JP5217606B2 - 内燃機関の吸気ダクト及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の吸気系のダクトに係り、詳しくは外気を吸入して内燃機関へ導く吸気ダクト及びその製造方法に関する。

自動車等の内燃機関の吸気系ダクトは、織布製や多孔質製のダクトを用いて、これらの織布や多孔質による無反射効果により吸気口からの吸気騒音を低減する構造が知られている。

また、特に自動車用とされてはいないが、断熱性や結露防止性を有するものとして、主として発泡体層や繊維層からなり硬鋼線で補強された送吸気用ダクトがある（特許文献１参照）。
特開平１０−１６０２３１号公報（明細書の段落［０００８］［０００９］参照）

自動車等の内燃機関に用いられる吸気系ダクトは、外気を吸入してエアクリーナへ導く吸気ダクト及びエアクリーナと内燃機関との間を繋ぐダクトからなっている。そのため、狭いエンジンルームの中で様々な機器を避けて配置されることになり、ダクトには曲げ抵抗が小さい柔軟性が求められ、且つ曲げられたときに座屈し難いものであることが求められる。

その点、従来知られている織布製や多孔質製の吸気系ダクトは、柔軟であり、しかも繊維が用いられているために音のエネルギーを吸収して騒音を低減させる効果がある。ところが、吸気系ダクトには負圧がかかるため、例えば、保形性のない筒状織布のみからなる吸気系ダクトを形成した場合は、筒状の形状を維持することが困難となる。従って、筒状織布の形状を維持するために、何らかの補強材を用いて補強しなければならない。

また、特許文献１においては、筒状の形態を維持するために、筒状体の内面を硬質樹脂線や硬鋼線等の補強材で補強しており、実施例として、樹脂シートまたはフィルムを用いて前記補強材を筒状体の内面に固定している。この特許文献１の技術を転用して、例えば、図５に示すような不織布製のダクト５０を具体化することも考えられる。この不織布製のダクト５０は帯状の不織布５１が隙間なく螺旋状に巻回されて形成され、隣合う不織布５１の側端は接着剤で互いに接着されている。不織布製のダクト５０の内面には螺旋状に巻回された樹脂シート５３が接着され、樹脂シート５３の重なり部において補強材５２が挟み込まれている。補強材５２も螺旋状に巻回されている。

このようにすることで、不織布製のダクト５０の形状を維持することが可能となるが、消音効果がある不織布をその効果を損なう樹脂シートまたはフィルムで覆わねばならないという別な問題に遭遇することになる。また、補強材５２のために、ダクト５０の内周面に突条が連続して形成される。このため、ダクト５０の通気抵抗が高くなり、内燃機関の吸気効率が低下する。

本発明は、このような問題に着目してなされたものであり、その目的とするところは、障害物を避けて配管することが可能な柔軟性を有し、かつ、形状保持を可能とする剛性を高めることができると共に、通気抵抗を低減できる自動車等の内燃機関に用いられる吸気系ダクトを提供することにある。

上記問題を解決するために請求項１に記載の内燃機関の吸気ダクトの発明は、熱可塑性樹脂の繊維からなる不織布の帯状体の一部を重ね合わせて、螺旋状に巻回して形成した内燃機関の吸気ダクトにおいて、前記帯状体の片側の幅端部が折り返されて重合部が形成され、前記重合部を形成する前記帯状体の片側の幅端部の端面と、前記重合部の側に隣合う前記帯状体における前記片側の幅端部と反対側の幅端部の端面とが同一面となるか、又は、前記重合部を形成する前記帯状体の片側の幅端部の端面を、前記重合部の側に隣合う前記帯状体における前記片側の幅端部と反対側の幅端部によって覆うように、重合部が被覆されていることを特徴とするものである。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の吸気ダクトにおいて、前記帯状体の重合部と、その重合部を被覆する前記帯状体の幅端部とが、互いに圧縮状態に融着して帯状補強部を形成していることを特徴とするものである。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の内燃機関の吸気ダクトにおいて、前記重合部は、前記帯状体の幅端部が表面側に谷折れ状態に折り返されて形成されていることを特徴とするものである。

請求項４に記載の内燃機関の吸気ダクトの製造方法の発明は、内燃機関の吸気ダクトの製造方法であって、熱可塑性樹脂の繊維からなる不織布の帯状体の一部を重ね合わせ、螺旋状に巻回して管体を形成する際、前記帯状体の片側の幅端部を折り返して重合部を形成し、前記重合部を形成する前記帯状体の片側の幅端部の端面と、前記重合部の側に隣合う前記帯状体における前記片側の幅端部と反対側の幅端部の端面とが同一面となるか、又は、前記重合部を形成する前記帯状体の片側の幅端部の端面が、前記重合部の側に隣合う前記帯状体における前記片側の幅端部と反対側の幅端部によって覆われるように前記重合部を被覆し、前記重合部及びその重合部を被覆する前記帯状体の幅端部を加熱手段により加熱して、それぞれの繊維を圧縮状態に融着して前記重合部及び前記幅端部を結合した後、前記管体を整形して形成することを特徴とするものである。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の内燃機関の吸気ダクトの製造方法において、前記管体は、吸気ダクトの内径に相当する外径を有する回転軸に、前記不織布の帯状体の一部が重合するように前記帯状体を螺旋巻回して形成されることを特徴とするものである。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の内燃機関の吸気ダクトの製造方法において、前記重合部及びその重合部を被覆する前記幅端部は、前記回転軸の回転方向と逆方向に回転するローラにより圧縮され融着して互いに結合することを特徴とするものである。

請求項７に記載の発明は、請求項４ないし６のうちいずれか一項に記載の内燃機関の吸気ダクトの製造方法において、前記加熱手段は、加熱されたローラ、過熱水蒸気、高温空気及びヒーターからの輻射熱のうちいずれか一つまたはそれらの組み合わせであることを特徴とするものである。

（作用）
本発明の吸気ダクトによれば、熱可塑性樹脂の繊維からなる不織布が螺旋状に巻回されて形成される吸気ダクトにおいて、不織布の帯状体の片側の幅端部が折り返されて重合部が形成されている。そして、その重合部が、その重合部に隣合う帯状体における片側の端部と反対側の幅端部により被覆されている。そのため、重合部においては、不織布の帯状体が三重に重なっているので、その他の部分が一重の帯状体で形成されていることに比べ、剛性が高められている。

そして、帯状体の重合部と、その重合部を被覆する帯状体の幅端部とが、互いに圧縮状態に融着して吸気ダクトにおける帯状補強部を形成するようにすれば、その帯状補強部は、三重の帯状体が互いに融着してずれる虞がなく結合するので、吸気ダクトを十分に補強することができる。

更に、帯状体の幅端部が表面側に谷折れ状態に折り返されて形成されているようにすれば、折り返された幅端部の端面が帯状体との間に形成する段差部は、吸気ダクトの表側に現れて吸気ダクトの内側には現れない。従って、エンジンに吸引される空気が吸気ダクトの中を高速で流れても、段差部がないので、流れが乱されることが未然に防止される。

本発明の吸気ダクトの製造方法において、熱可塑性樹脂の繊維からなる不織布の帯状体の一部を重ね合わせ、螺旋状に巻回して管体を形成する際、帯状体の片側の幅端部を折り返して重合部を形成した。そして、その重合部の側に隣合う帯状体における片側の幅端部と反対側の幅端部で前記重合部を被覆し、重合部及びその重合部を被覆する帯状体の幅端部を加熱手段により加熱して、それぞれの繊維を圧縮状態に融着して重合部及び幅端部を結合した。その後、管体を所定長にカットする等して整形して吸気ダクトを形成するようにした。そのため、補強材を用いることなく、重合部及び幅端部からなる三重の帯状体の結合により強固な帯状補強部を形成することができる。

そして、吸気ダクトの内径に相当する外径を有する回転軸に、帯状体の一部が重合するように帯状体を螺旋巻回して管体を形成すれば、管体を連続的に製造できる。そのとき、重合部及びその重合部を被覆する幅端部を、前記回転軸の回転方向と逆方向に回転するローラを用いて、圧縮して融着するようにすれば、帯状補強部の形成も連続して行うことができる。

本発明によれば、螺旋状に巻回された不織布の帯状体の幅端部において折り返されて形成された重合部と、その重合部を被覆する幅端部とが結合して帯状補強部を形成し、その帯状補強部が内燃機関の吸気ダクトを補強している。そして、帯状補強部が形成されていない部分は一重の不織布の帯状体で形成されている。そのため、柔軟性を有しているにも拘わらず、負圧が作用しても形状を維持することができる内燃機関の吸気ダクト及びその製造方法を提供できる。

（第１の実施形態）
以下、本発明を具体化した内燃機関の吸気ダクトの一実施形態を図１、図２及び図４を用いて説明する。

図１に示すように、本実施形態の吸気ダクト１は、熱可塑性樹脂製繊維からなる不織布の帯状体５が螺旋状に巻回されて形成された管体１０を整形したものであり、この吸気ダクト１はその外周側に帯状補強部２が螺旋状に形成されている。

図２（ａ）に示すように、管体１０を形成する際の帯状体５は後述する回転軸１１の外周に螺旋巻回されており、帯状体５の片側の幅端部（図面、右側の端部）は谷折れ状態に折り返されて重合部３を形成している。そして、その重合部３の側に隣合う（図面、右側の）帯状体５における片側の幅端部と反対側（図面、左側）の幅端部４が、重合部３を被覆している。本実施形態では、重合部３の端面３ａと幅端部４の端面４ａとは、同一面に位置決めされている。

図２（ｂ）に示すように、帯状体５の重合部３及び重合部３を被覆する幅端部４は、加熱圧縮されて互いに融着し帯状補強部２を形成している。その帯状補強部２は、三重の帯状体５が加熱圧縮状態で固化しており、厚さが元の厚さの略２／３に、即ち帯状体５の略２枚分の厚さに変化している。図中、重合端面３ｂ、回転軸１１及び帯状体５の裏面により空隙部６が形成されているように示されているが、実際の空隙部６は微小なものであり、吸気ダクト１内を流通する空気の流れを乱すほどの大きさではない。

本実施形態における不織布の帯状体５は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）製繊維で形成された不織布であり、その繊維の太さは１．５〜５５μｍであり、不織布の目付は１５００ｇ／ｍ^２である。また、不織布を形成する熱可塑性樹脂製繊維として、ＰＥＴ以外にも、ポリプロピレン、ポリエチレン等を用いることができる。

（変形例）
次に、図４を用いて、第１の実施形態の吸気ダクト１の変形例について説明する。この変形例の吸気ダクト１は、幅端部４が重合部３を被覆するに止まらず、重合部３が形成されていない帯状体５の一重の部分の表面を被覆している点が、第１の実施形態とは異なるが、その他の部分は同一である。

図４に示すように、幅端部４の端面４ａは、帯状体５の表面側において、隣合う二つの重合部３の中間付近まで延長されている。そして後述する製造方法において、重合部３と幅端部４とが加熱圧縮される際、延長された幅端部４はその下側に位置する帯状体５と共に同時に加熱圧縮される。しかし、その圧縮量は重合部３付近の圧縮量に比べて小さいために、延長された幅端部４とその下側に位置する帯状体５とは、部分的に融着するに止まる。従って、その部分的に融着された部分の通気性は殆ど損なわれることがない。

上記実施形態の内燃機関の吸気ダクト１によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）上記実施形態では、ＰＥＴ製繊維からなる不織布の帯状体５が螺旋状に巻回されて形成された吸気ダクト１において、重合部３とその重合部３を被覆する幅端部４とが、互いに圧縮状態に融着して帯状補強部２を形成している。その帯状補強部２は、三重の帯状体５が互いに融着してずれる虞がなく結合しているので、吸気ダクトを十分に補強することができる。また、帯状補強部２以外の部分は一重の帯状体５で形成されているので、不織布の通気性及び吸音性等の特性が維持されている。従って、帯状補強部２の剛性により、負圧が作用しても変形することなく形状が維持され、且つ通気性及び吸音性に優れた吸気ダクト１を提供できる。

（２）上記実施形態では、帯状補強部２は、帯状体５と異材質の補強部材を用いて形成されることなく、且つ接着剤を用いて形成されることもなく、帯状体５どうしを加熱圧着して融着して形成されている。従って、リサイクル性に極めて優れた吸気ダクト１を提供できる。

（３）上記実施形態では、帯状体５の片側の幅端部が表面側に谷折れ状態に折り返されて形成されている。従って、折り返された幅端部の端面３ａと帯状体５とにより形成される段差は、吸気ダクト１の表側に現れて吸気ダクト１の内側には現れることはない。従って、エンジンに吸引される空気が吸気ダクト１の中を高速で流れても、内側には段差がないので、空気の流れが乱されることが未然に防止される吸気ダクト１を提供できる。

（４）上記実施形態では、幅端部４の端面４ａは、帯状体５の表面側において、隣合う二つの重合部３の中間付近まで延長され、その延長された幅端部４とその下側に位置する帯状体５とが、部分的に融着されている。従って、その延長された幅端部４が被覆する帯状体５は一部のみが目詰まりするに止まるので、通気性及び吸音性の大半が維持される優れた吸気ダクト１を提供できる。

（製造方法）
以下、第１の実施形態の内燃機関の吸気ダクトの製造方法を、図３を用いて説明する。
先ず、製造装置を説明する。図３に示すように、管体１０の内径に相当する外径を有する回転軸１１は、回転可能に一端（図３の右側）を支持され、図示しない駆動源から回転力を受けて、図の右から左へ軸方向に見たとき、例えば時計回りに回転している。帯状体５は、図示しない巻き出し装置から一定の張力がかけられた状態で回転軸１１に供給される。このとき、帯状体５の図中右側の幅端部は谷折れ状態に折り返されて重合部３を形成している。

重合部３及び重合部３を被覆する幅端部４を加熱圧縮するためのローラ１３が、回転軸１１の回転方向と逆方向に回転可能に、かつ、回転軸１１に対する距離の遠近を調節可能に、図示しない支持体に軸支されている。本実施形態では、ローラ１３は内蔵するヒーターにより所定温度に加熱調節されている。

更に、ローラ１３に対し、回転軸１１の回転方向前方側において、重合部３及び重合部３を被覆する幅端部４を加熱するため加熱手段として、高温空気１２ａを吹き出すノズル１２が複数設けられている。図３においては、ローラ１３の外周縁１３ａにより加熱圧縮される直前の部分を高温空気１２ａにより加熱するノズル１２のみを図示し、他のノズルは図示を省略している。また、ノズル１２の吹出口の形状は、被加熱部に対しその所定長さに沿って高温空気１２ａを吹き出すことができるようなものが好ましいが、スポット的な高温空気１２ａを吹き出すノズル１２として図示している。

図示しないが、帯状補強部２が形成された管体１０を回転状態で回転軸１１から引き抜くための装置が図３の左側に設けられている。この引抜装置は、例えば公知のキャタピラ式コンベアを回転可能にしたものの後方に巻き取り装置を設けたものでもよく、ロール式巻き取り装置のみが同じく回転可能に設けられているものでもよい。

次に、製造方法について説明する。上記の通り、一定速度で回転する回転軸１１に対し所定のリード角を維持しつつ不織布からなる帯状体５を供給し、回転軸１１の外周面に螺旋状に巻回していく。このときの帯状体５の図中右側の幅端部は折り返されて重合部３を形成している。回転軸１１に巻きつけられた帯状体５の重合部３は、更に一巻きされる帯状体５の幅端部４に被覆される前に、その重合部３を図示しないノズルから吹き出される高温空気１２ａにより加熱される。重合部３を被覆する幅端部４が回転と共に図３の左方向へ移動してノズル１２の位置に来たとき、幅端部４が加熱され、重合部３は再加熱される。その加熱により融着可能領域まで温度が高められた重合部３及び幅端部４は、ローラ１３の外周縁１３ａにより加熱されると共に圧縮され融着して、帯状補強部２が形成される。この加熱圧縮が連続して行われることで、帯状補強部２が螺旋状に形成される。そして、巻き取り装置に引かれて回転軸１１の左端から外された管体１０は長尺のままロール状に巻かれて保管される。

管体１０を所定長さに裁断し整形すれば、吸気ダクト１を形成することができる。そして、その吸気ダクト１を、その柔軟性を利用してエンジンルーム内等に屈曲させながら配管してもよいが、予め配管経路に沿った形状に成形して用いることもできる。その成形は、配管経路と同様のキャビティーを有する型に吸気ダクト１をセットし、加熱して、少なくとも帯状補強部２の温度が熱可塑性樹脂製繊維の軟化温度以上溶融温度以下に高められた後冷却することで行われる。

上記実施形態の内燃機関の吸気ダクトの製造方法によれば、以下のような効果を得ることができる。
（５）上記実施形態では、一定速度で回転する回転軸１１に対し所定のリード角を維持しつつ不織布かならなる帯状体５を供給し、回転軸１１の外周面に螺旋状に巻回した。そして、重合部３及び重合部３を被覆する幅端部４における繊維を加熱融着することで帯状補強部２を有する管体１０を形成し、その管体１０を整形して吸気ダクト１を形成した。従って、別部品としての補強材を用いることなく、不織布からなる帯状体５のみを材料として、帯状補強部２を有する吸気ダクト１を製造することができる。

（６）上記実施形態では、重合部３及び重合部３を被覆する幅端部４を、予め高温空気１２ａにより加熱し、かつ回転するローラ１３の外周縁１３ａにより加熱圧縮して、螺旋状の帯状補強部２を形成した。そのため、重合部３及び重合部３を被覆する幅端部４における繊維が適切に融着され剛性が高められた帯状補強部２を有する吸気ダクト１を製造することができる。

（７）上記実施形態では、回転軸１１に帯状体５を螺旋巻回させ、帯状補強部２を有する管体１０を形成した。そして、その管体１０を、回転させながら回転軸１１から連続して引き抜くようにしたので、長尺の管体１０を形成することができる。従って、この長尺の管体１０から所要長さの吸気ダクト１を連続して製造できる。

（変更例）
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、重合部３及び重合部３を被覆する幅端部４を加熱圧縮して、元の厚さの略２／３になるようにしたが、元の厚さの略１／２になるまで加熱圧縮するようにしてもよい。そのようにして形成した吸気ダクト１の表面及び内面は、凹凸のない略均一面として形成される。
・上記実施形態では、帯状体５の幅端部を一度折り返して重合部３を形成したが、帯状体５の幅端部を二度折り返すことで、３枚の帯状体５からなる重合部３を形成するようにしてもよい。このようにすれば、目付重量が軽い不織布からなる帯状体５を用いて吸気ダクト１を形成する時、３枚の帯状体５からなる重合部３と幅端部４とを加熱圧縮して結合させれば、剛性がある帯状補強部２を形成できる。

本発明の実施形態の吸気ダクトを示す正面図。 上記吸気ダクトの製造途中において、（ａ）は不織布の帯状体５が回転軸に螺旋状に巻回されている様を模式的に示す部分断面図、（ｂ）は帯状体の重合部及び幅端部が加熱圧縮されて帯状補強部が形成された状態を模式的に示す部分断面。 本発明の実施形態の製造方法を模式的に示す斜視図。 図２（ｂ）で示す状態の変形例を模式的に示す部分断面。 従来技術に関わる補強材を用いたダクトを示す一部断面図。

符号の説明

１…吸気ダクト、２…帯状補強部、３…重合部、４…幅端部、５…帯状体、１０…管体、１１…回転軸、１２ａ…高温空気、１３…ローラ。

Claims (7)

1. 熱可塑性樹脂の繊維からなる不織布の帯状体の一部を重ね合わせて、螺旋状に巻回して形成した内燃機関の吸気ダクトにおいて、前記帯状体の片側の幅端部が折り返されて重合部が形成され、前記重合部を形成する前記帯状体の片側の幅端部の端面と、前記重合部の側に隣合う前記帯状体における前記片側の幅端部と反対側の幅端部の端面とが同一面となるか、又は、前記重合部を形成する前記帯状体の片側の幅端部の端面を、前記重合部の側に隣合う前記帯状体における前記片側の幅端部と反対側の幅端部によって覆うように、前記重合部が被覆されていることを特徴とする内燃機関の吸気ダクト。
2. 前記帯状体の重合部と、その重合部を被覆する前記帯状体の幅端部とが、互いに圧縮状態に融着して帯状補強部を形成していることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸気ダクト。
3. 前記重合部は、前記帯状体の片側の幅端部が表面側に谷折れ状態に折り返されて形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の吸気ダクト。
4. 内燃機関の吸気ダクトの製造方法であって、熱可塑性樹脂の繊維からなる不織布の帯状体の一部を重ね合わせ、螺旋状に巻回して管体を形成する際、前記帯状体の片側の幅端部を折り返して重合部を形成し、前記重合部を形成する前記帯状体の片側の幅端部の端面と、前記重合部の側に隣合う前記帯状体における前記片側の幅端部と反対側の幅端部の端面とが同一面となるか、又は、前記重合部を形成する前記帯状体の片側の幅端部の端面が、前記重合部の側に隣合う前記帯状体における前記片側の幅端部と反対側の幅端部によって覆われるように前記重合部を被覆し、前記重合部及びその重合部を被覆する前記帯状体の幅端部を加熱手段により加熱して、それぞれの繊維を圧縮状態に融着して前記重合部及び前記幅端部を結合した後、前記管体を整形して形成することを特徴とする内燃機関の吸気ダクトの製造方法。
5. 前記管体は、吸気ダクトの内径に相当する外径を有する回転軸に、前記不織布の帯状体の一部が重合するように前記帯状体を螺旋巻回して形成されることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の吸気ダクトの製造方法。
6. 前記重合部及びその重合部を被覆する前記幅端部は、前記回転軸の回転方向と逆方向に回転するローラにより圧縮され融着して互いに結合することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の吸気ダクトの製造方法。
7. 前記加熱手段は、加熱されたローラ、過熱水蒸気、高温空気及びヒーターからの輻射熱のうちいずれか一つまたはそれらの組み合わせであることを特徴とする請求項４ないし６のうちいずれか一項に記載の内燃機関の吸気ダクトの製造方法。

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