JP5108491B2 - 合成樹脂製部品のシール構造 - Google Patents

Description

この発明は、例えば自動車用内燃機関の吸気系におけるレゾネータや吸気ダクト等として好適な合成樹脂製部品に関し、特にその合成樹脂材料自体の弾性を利用したシール構造の改良に関する。

例えば自動車用の内燃機関における吸気騒音を低減するために、共鳴室となるレゾネータを吸気系の適宜位置に設けることが知られているが、このレゾネータやこれに付随する吸気ダクトは、内部空間を外部に対し密閉する必要があるものの、内部密閉空間と外部空間との圧力差が比較的小さいことから、それほど厳重なシール構造は要求されない。従って、これらの吸気系部品を構成する複数の部品をそれぞれ適宜な柔軟性を有する合成樹脂材料のブロー成形や射出成形によって形成し、かつこれらの部品を互いに嵌合させて、部品自体の弾性を利用してシールするようにしたシール構造が採用される傾向にある。

例えば、本出願人が先に提案した特許文献１，２には、上面が開口したバケツ状に成形されたレゾネータボディと、その開口を覆うレゾネータカバーと、をそれぞれある程度の柔軟性を有する合成樹脂材料にて成形し、それぞれの開口縁部を嵌合させた状態で、レゾネータカバー周縁のフック部をレゾネータボディ周縁の突起に係合させることにより、共鳴室となる内部空間を密閉するようにした自動車用内燃機関のレゾネータが開示されている。
特開２００２−１９５１１９号公報 特開２０００−１０４６３５号公報

上記のような合成樹脂製部品のシール構造においては、各々の部品を成形する際にシール構造部分もアンダーカットとならないことが望ましいため、一般に、単純なシール突起と溝との嵌合あるいはシール壁同士の面接触などによってシールがなされているが、このような従来のシール構造では、必ずしも十分なシール性が得られない。特に、吸気系部品のモジュール化などにより大型化した合成樹脂製部品にあっては、その開口縁部でのシール性確保がより困難となり易い。

そこで、この発明は、合成樹脂製の第１部品の開口縁部と第２部品の開口縁部とを互いに嵌合させて内部に密閉空間を形成する合成樹脂製部品のシール構造において、各々の開口縁部の形状の変更により、線接触と面接触との２重シールとし、かつ線接触のシール反力によって面接触の面圧が確保されるようにして、シール性を向上させたものである。

すなわち一方の第１部品には、両部品の互いの挿入方向に沿って延びる第１側壁が設けられているとともに、該第１側壁の一方の壁面が上記挿入方向に平行な第１シール面として構成され、かつこの第１側壁の他方の壁面と該第１側壁の先端面とが交差する角部を斜めに切り落とした形をなす傾斜シール面が形成されている。

また他方の第２部品には、上記第１側壁と反対側に向かうように上記挿入方向に沿って延びる第２側壁が設けられているとともに、該第２側壁の一方の壁面が、上記挿入方向に平行でかつ上記第１シール面に面接触する第２シール面として構成され、さらに、上記傾斜シール面に対向して該傾斜シール面に線接触する角部を有する段部が形成されているとともに、この段部と上記第２側壁との間に、上記第１側壁の先端部が進入する凹部を備えている。

そして、両部品が組み合わされた状態において、上記角部と上記傾斜シール面とが線接触するとともに上記第１，第２シール面が面接触して、２重シールを構成する。

ここで、上記の線接触となる第１部品側の上記傾斜シール面は、両部品の互いの挿入方向に対し傾斜しているので、第２部品の段部の角部に確実に当接し、良好な線接触によるシールが得られると同時に、そのシール反力が、第１側壁を第２側壁へ向けて押し付けるような方向へ発生する。つまり第１側壁が第２側壁の方へ微視的に撓み変形する。従って、第１，第２シール面の間で、良好な面接触によるシール性が得られ、上記の良好な線接触によるシールと相俟って、全体として２重シールによる高いシール性が得られる。

本発明の好ましい一つの態様では、上記第１部品にさらに、第１側壁の基部に隣接して係止壁が設けられているとともに、この係止壁と第１側壁との間に、上記第２側壁の先端部が進入する凹部が形成されている。そして、第１，第２側壁が相互に挿入されるときに、上記角部と上記傾斜シール面とが接する前に、上記第２側壁の先端部が上記凹部内に進入するように、上記係止壁の突出量が設定されている。これにより、例えば多少の寸法ばらつき等によって、上記シール反力が局部的に過大となったような場合にも、第２側壁の先端部が第１側壁から離れて浮き上がるようなことがなく、第１，第２シール面の面接触状態が確実に維持される。

また上記係止壁は、両部品の組立時に、第２側壁を所定位置に案内するガイドとしても機能する。そのため、望ましくは、互いに対向する上記係止壁の内壁面と上記第２側壁の先端側の壁面とが、相補な傾斜面をなす。

また、本発明の一つの態様では、両部品が組み合わされたときに、上記第２側壁の先端が上記第１部品に当接することにより、上記角部と上記傾斜シール面との接触部における変形量が管理されるようになっている。このように第２側壁の先端と第１部品との当接により相対位置を管理することにより、第１側壁の先端は（傾斜シール面と角部との接触を除いて）第２部品の凹部底面に対し挿入方向に強く圧接することがないので、上述した第１側壁の微視的な撓み変形を阻害することがない。

この発明によれば、線接触と面接触との２重シールとなるとともに、線接触のシール反力によって面接触の面圧が確保されるため、全体として高いシール性が得られる。また基本的に複雑なアンダーカットとなるような形状を必要としないので、ブロー成形や射出成形等によって容易に成形することができる。

以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１〜図３は、この発明の一実施例として、自動車用内燃機関の吸気系に用いられる合成樹脂製のレゾネータ１の一部を示している。このレゾネータ１は、レゾネータ部２と該レゾネータ部２に至る吸気ダクト部３とが一体に構成された比較的大型の吸気系部品であって、上面が開口した下側のレゾネータボディ４と、その上面開口を覆う上側のレゾネータカバー５と、に分割構成されており、両者を組み合わせることで、内部に共鳴室となる空間ならびにこれに至る吸気通路となる空間が形成されている。なお、本願の「密閉空間」とは厳密な意味で完全に密閉されている空間を意味するのではなく、単に部品内の周囲が囲まれた空間を指し、当然のことながら、吸気ダクト部３の端部等は開口した形状をなしている。

上記レゾネータボディ４およびレゾネータカバー５は、それぞれ、例えばポリプロピレンのような適宜な柔軟性ならびに弾性を有する合成樹脂材料にて、周縁が立ち上がった皿状に射出成形されており、後述するように各々の開口縁部が互いに嵌合している。そして、レゾネータカバー５の周縁に形成された複数個の矩形のフック部７（図示した部分には１個のみが示されている）が、レゾネータボディ４開口縁の突起８に係合するとともに、レゾネータカバー５の周縁に形成された複数個の係止片９が、レゾネータボディ４開口縁周囲にフランジ状に膨出形成された帯状の膨出部１０のスリット１０ａ（図６参照）を通して該膨出部１０に係合することにより、互いに一体に組み立てられるようになっている。

図４および図５の断面図は、本発明の要部であるレゾネータボディ４とレゾネータカバー５との間のシール構造を示しており、特に図４は、両者がまだ組み合わされていない状態を示し、図５は、両者が組み合わされた状態を示している。

この実施例では、レゾネータボディ４が第１部品に相当し、その開口縁部に沿って、第１側壁１１が設けられている。この第１側壁１１は、２つの部品（つまりレゾネータボディ４とレゾネータカバー５）の互いの挿入方向に沿ってベース部１９から延び、特に、その内側（内部空間の側）の壁面が、上記挿入方向に平行な第１シール面１２をなしている。また外側の壁面１１ａも実質的に上記挿入方向と平行である。なお、この実施例では、上記挿入方向は、図４，図５の上下の方向であり、レゾネータボディ４およびレゾネータカバー５の射出成形時の型抜き方向と一致している。上記第１側壁１１の先端面１１ｂと上記壁面１１ａとが交差する先端外側（外部空間の側）の角部は、傾斜シール面１３として斜めに切り落とされた形をなしている。この傾斜シール面１３の上記挿入方向に対する傾斜角は、図示例では４５°程度であるが、材質等に応じて例えば３０°〜６０程度の適当な角度とすることができる。上記先端面１１ｂは、上記挿入方向に対し実質的に直交している。

また、上記第１側壁１１の基部に隣接して該第１側壁１１の内側に係止壁１４が設けられている。この係止壁１４は、第１側壁１１と同じ方向（つまり図の上方）へ向かってベース部１９から延び、第１側壁１１との間に、溝状の凹部１５を形成している。上記係止壁１４の凹部１５側の壁面１４ａは、上記挿入方向に対し比較的緩く傾斜した傾斜面をなしている。この壁面１４ａの傾斜角は、図示するように上記傾斜シール面１３の傾斜角よりも小さい。また、第１側壁１１の基部における上記凹部１５側の壁面１１ｃは、上記壁面１４ａと対称となるような傾斜角でもって部分的に傾斜している。つまり、凹部１５は、底面１５ａと上記壁面１４ａと上記壁面１１ｃとによって、上方へ向かって幅広となる台形状の断面形状を有している。なお、上記ベース部１９は、上記第１側壁１１に比較して厚肉であり、相対的に高い剛性を有している。

さらに、上記第１側壁１１の外側の壁面１１ａから側方へフランジ部１６が延びているとともに、該フランジ部１６の先端から第１側壁１１と同じ方向（つまり図の上方）へ向かってカバー壁１７が延びており、このカバー壁１７と第１側壁１１との間には、比較的大きな溝状の凹部１８が形成されている。上記カバー壁１７は、主に外観品質を確保するためのものであり、基本的に、シール性には関与していない。なお膨出部１０と重複する箇所では、図６に示すように、上記カバー壁１７が膨出部１０に連続し、凹部１８は消失している。

一方、第２部品に相当するレゾネータカバー５には、その開口縁部に沿って、第２側壁２１が設けられている。この第２側壁２１は、ベース部２３から上記の挿入方向に沿って、かつ第１側壁１１とは反対に図の下方へ向かって延びており、特に、その外側（外部空間の側）の壁面が、上記挿入方向に平行な第２シール面２２をなしている。また、内側（内部空間の側）の壁面２１ａも基本的に上記挿入方向と平行であるが、先端部においては、その内側の壁面２１ｂは、比較的広い範囲に亘り、レゾネータボディ４側の係止壁１４の傾斜壁面１４ａと相補な傾斜角でもって傾斜している。また、第２側壁２１の第２シール面２２の先端側には、レゾネータボディ４側の凹部１５の壁面１１ｃと相補な傾斜面２１ｃが設けられている。なお、上記凹部１５の底面１５ａに対向する第２側壁２１の先端面２１ｄは、上記挿入方向に対し実質的に直交している。

上記ベース部２３は、上記第２側壁２１に比較して相対的に高い剛性を有するように厚肉となっているものであって、上記第２側壁２１の基部から側方（外側）へ延び、さらにその先端から第２側壁２１と同じ方向（つまり図の下方）へ向かってカバー壁２４が延びている。これにより、上記カバー壁２４と第２側壁２１との間に、比較的大きな凹部２５が形成されている。なお、上記カバー壁２４は、やはり主に外観品質を確保するためのものであり、基本的に、シール性には関与していない。

上記凹部２５内には、上記傾斜シール面１３に対向する矩形の段部２６が形成されており、この段部２６と上記第２側壁２１との間に、矩形断面に凹んだ溝状の凹部２７が残されている。上記段部２６は、９０°折れ曲がった角部２６ａを有し、この角部２６ａの位置は、上記傾斜シール面１３の中間付近に対応している。

上記の説明ならびに図４から明らかなように、レゾネータボディ４の開口縁部およびレゾネータカバー５の開口縁部のいずれも、成形時にアンダーカットとなる部分を有しておらず、従って、通常の射出成形によって容易に成形することができる。

上記のように構成されたレゾネータボディ４およびレゾネータカバー５を互いに嵌合させ、かつ前述したフック部７等により両者を固定保持した状態では、図５に示すように、第１側壁１１の第１シール面１２と第２側壁２１の第２シール面２２とが重なり合って互いに面接触し、かつ同時に、段部２６の角部２６ａが傾斜シール面１３に線接触する。そして、互いに反対方向へ延びる第１側壁１１の先端部は段部２６に隣接する凹部２７内に進入し、第２側壁２１の先端部は係止壁１４により形成される凹部１５内に進入する。また、各々のカバー壁１７，２４は互いに非接触で重なり合い、レゾネータカバー５側のカバー壁２４がレゾネータボディ４側のカバー壁１７内側の凹部１８内に入り込んだ形となる。

ここで、角部２６ａと線接触する傾斜シール面１３は、両部品の互いの挿入方向に対し傾斜しているので、両者は確実に当接し、良好な線接触によるシールが得られると同時に、そのシール反力が、第１側壁１１を第２側壁２１へ向けて押し付けるような方向へ発生する。つまり第１側壁１１が第２側壁２１の方へ微視的に撓み変形する。従って、第１，第２シール面１２，２２の間の面圧が確保され、良好な面接触によるシール性が得られる。従って、線接触によるシールと面接触によるシールとが相俟って、全体として２重シールによる高いシール性が得られる。第２シール面２２に連なる傾斜面２１ｃは、第１シール面１２に連なる傾斜した壁面１１ｃとやはり面接触し、実質的にシール面の一部をなしている。

また、第２側壁２１の先端部の内側の傾斜した壁面２１ｂと係止壁１４の傾斜した壁面１４ａとの間には、設計上はごく僅かな隙間が与えられている。但し、例えば寸法ばらつき等により上記シール反力が局部的に過大となったような場合には、内側へ変位した第２側壁２１の先端の壁面２１ｂが係止壁１４の壁面１４ａに当接する。従って、第２側壁２１が第１側壁１１から離れて浮き上がるようなことがなく、第１，第２シール面１２，２２の面接触状態が確実に維持される。そして、上記係止壁１４は、上記の第２側壁２１側の傾斜壁面２１ｂとともに、組立時に第２側壁２１を所定位置に案内するガイドとしても機能し、両者の組立がより容易となる。特に、所定の挿入方向に沿った挿入時に、角部２６ａが傾斜シール面１３に当接する前（つまり側方へのシール反力が生じる前）に、第２側壁２１の先端が凹部１５内に入り込むように、係止壁１４の高さ寸法が設定されており、確実なガイド機能が得られる。

また、設計上は、レゾネータボディ４とレゾネータカバー５とが組み合わされたときに、レゾネータカバー５側の第２側壁２１の先端面２１ｄがレゾネータボディ４側の凹部１５の底面１５ａに当接し、これによってレゾネータボディ４とレゾネータカバー５との相対的な位置が規定されるようになっている。このとき、上記角部２６ａと傾斜シール面１３とが上記挿入方向に沿って当接し、かつ一定量（例えば０．２ｍｍ）だけ変位するように、各部の寸法が設定されている。従って、角部２６ａと傾斜シール面１３との接触部における変形量が各部で常に一定に管理され、安定したシール性が得られる。なお、図５では、説明のために、実際には互いに圧接して変位する角部２６ａと傾斜シール面１３とが、変形せずに互いにオーバラップした形に図示されている。また、第２側壁２１の先端面２１ｄがレゾネータボディ４に優先的に当接して相対位置を管理することにより、設計上は、第１側壁１１の先端面１１ｂが凹部２７の底面２７ａに圧接せず、両者間にごく僅かな隙間が存在するので、上述したシール反力による第１側壁１１の微視的な撓み変形を阻害することがなく、第１，第２シール面１２，２２の間の面圧がより確実に確保される。

このように、上記実施例の構成によれば、別部品のシール部材を用いることなく合成樹脂製のレゾネータボディ４およびレゾネータカバー５自体によってより高いシール性が得られる。そのため、レゾネータとしての騒音減衰作用が所期の特性でもって確保でき、また経時的にも安定した性能を維持することができる。

なお、図４，図５に示したシール構造は、実際には、中空のレゾネータ１の両側に設けられており、従って、レゾネータボディ４の両側の一対の第１側壁１１の内側にレゾネータカバー５の両側の第２側壁２１がはまり込むことになるが、上述した本発明のシール構造は、このような内側の部品と外側の部品との間の締まりばめの関係に依存することなく、図４，図５に示した個々の側のシール構造でもって単独にシール作用が得られる。従って、部品の大きさに無関係に所期のシール性が確保され、近年のモジュール化した大型吸気系部品に特に適したものとなる。また、上記実施例は、図６に明らかなように、レゾネータ１の開口縁部が直線状をなす部分を図示しているが、複雑な曲線部分においても同様のシール構造を備えている。

以上、この発明を内燃機関のレゾネータに適用した一実施例について説明したが、この発明のシール構造は、上記実施例に限定されず、種々のダクト状のものや箱状のものなどの合成樹脂製部品に広く適用することができる。また射出成形に限らず、ブロー成形などの他の成形方法によって成形する場合にも同様に適用が可能である。なお、上記実施例では、第１側壁１１が外部空間の側に、第２側壁２１が内部空間の側に、それぞれ設けられているが、本発明がこれに限定されないことは言うまでもない。

この発明に係るシール構造を備えたレゾネータの組立状態を示す要部の正面図。 レゾネータボディの要部の正面図。 レゾネータカバーの要部の正面図。 レゾネータボディとレゾネータカバーとの間のシール構造を示す分解断面図。 同シール構造を組立状態で示す断面図。 レゾネータボディの要部を示す平面図。

符号の説明

４…レゾネータボディ
５…レゾネータカバー
１１…第１側壁
１２…第１シール面
１３…傾斜シール面
１４…係止壁
１５…凹部
２１…第２側壁
２２…第２シール面
２６…段部
２６ａ…角部

Claims (3)

1. 合成樹脂製の第１部品の開口縁部と第２部品の開口縁部とを互いに嵌合させて内部に密閉空間を形成する合成樹脂製部品のシール構造において、
   上記第１部品に、両部品の互いの挿入方向に沿って延びる第１側壁が設けられているとともに、該第１側壁の一方の壁面が上記挿入方向に平行な第１シール面として構成され、かつこの第１側壁の他方の壁面と該第１側壁の先端面とが交差する角部を斜めに切り落とした形をなす傾斜シール面が形成されており、
   上記第２部品には、上記第１側壁と反対側に向かうように上記挿入方向に沿って延びる第２側壁が設けられているとともに、該第２側壁の一方の壁面が、上記挿入方向に平行でかつ上記第１シール面に面接触する第２シール面として構成され、さらに、上記傾斜シール面に対向して該傾斜シール面に線接触する角部を有する段部が形成されているとともに、この段部と上記第２側壁との間に、上記第１側壁の先端部が進入する凹部を備え、
   上記第１部品にさらに、上記第１側壁の基部に隣接して係止壁が設けられているとともに、この係止壁と第１側壁との間に、上記第２側壁の先端部が進入する溝状の第２の凹部が形成されており、
   両部品が組み合わされた状態において、上記角部と上記傾斜シール面とが線接触するとともに上記第１，第２シール面が面接触して、２重シールを構成し、さらに、上記第２側壁の先端部が上記第２の凹部内に位置し、上記係止壁により上記第２側壁の先端部の変位が規制され、
   互いに対向する上記係止壁の内壁面と上記第２側壁の先端側の壁面とが、相補な傾斜面をなすことを特徴とする合成樹脂製部品のシール構造。
2. 第１，第２側壁が相互に挿入されるときに、上記角部と上記傾斜シール面とが接する前に、上記第２側壁の先端部が上記第２の凹部内に進入するように、上記係止壁の突出量が設定されていることを特徴とする請求項１に記載の合成樹脂製部品のシール構造。
3. 両部品が組み合わされたときに、上記第２側壁の先端が上記第１部品に当接することにより、上記角部と上記傾斜シール面との接触部における変形量が管理されることを特徴とする請求項１または２に記載の合成樹脂製部品のシール構造。

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