JP6376855B2 - 吸気マニホルド - Google Patents

Description

本発明は、複数の部材を振動溶着することにより形成される吸気マニホルドに関する。

吸気系部品である合成樹脂製の吸気マニホルドは、分割された複数の部材を振動溶着することによって製造されている。このような製品は、耐圧強度確保等のため溶着強度を十分に保つことが必要であり、そのため、溶着冶具を用いて溶着部の直下及び直上を加圧し保持する必要がある。

しかし、複数の部材の溶着部が上下に重なるため、溶着部の直上及び直下から複数の部材を垂直方向に加圧して保持することができない場合がある。このような場合には、例えば、特許文献１に記載されているように、上方に位置する一の部材を加圧治具により上方から加圧、保持しつつ、その下方に位置する他の部材に対しては水平方向にスライド冶具を挿入して、該部材の加圧・保持を行っている。

特開２０１２−２６２７８

しかし、上記のようにスライド冶具を用いて部材を加圧、保持する場合には、スライド治具の構造が複雑となるとともに、スライド治具が片持ち式に支持されるため十分な溶着強度を確保することが困難であるという問題があった。また、スライド冶具及びスライド冶具を搭載する溶着機が大型化することとなり、コストが増加してしまうという問題点があった。

この発明に係る吸気マニホルドは、コレクタ室と、該コレクタ室から延び、これを取り囲むように湾曲しているブランチ通路とを備える。ブランチ通路は、主分割面において上流側部分と下流側部分とに分割されており、上流側部分は、湾曲の内周側部分を構成する第１部材と、外周側部分を構成する第２部材と、を溶着して構成されている。主分割面においては、第１部材が環状の接続端部を構成しており、この接続端部に下流側部分の環状の接続端部が溶着されている。
湾曲の外周側部分では、第１部材の接続端部に設けられた第１の治具受部の一方の面に第２部材との溶着部である第１の溶着部が設けられているとともに他方の面に下流側部分との溶着部である第２の溶着部が設けられており、これら溶着部はブランチ通路の開口部の外側に位置しているとともに、第２の溶着部が第１の溶着部よりも外側へ張り出していて互いに重なり合っておらず、第１の溶着部の直上および直下には、第１の治具受部の上面および第２部材に設けられた第１の治具受面がそれぞれ位置し、第２の溶着部の直上および直下には、下流側部分の接続端部に設けられた第２の治具受部の上面および上記第１の治具受部に設けられた第２の治具受面がそれぞれ位置し、第２の治具受面は第１の治具受部において第１の溶着部の外側に位置している。

本発明に係る吸気マニホルドでは、第１部材と下流側部分との第２の溶着部を、第１部材と第２部材との第１の溶着部よりも外側に張り出させたことにより、上流側部分と下流側部分とを重ね合わせたときに、全ての溶着部が互いに重なり合うことがない。したがって、スライド治具を用いることなく、溶着する上流側部分及び下流側部分における第２の溶着部の直上及び直下を加圧し、保持することができる。

一つの好ましい態様では、上流側部分の接続端部において、第１部材と下流側部分との第２の溶着部は、湾曲の内周側部分では、ブランチ通路の開口に隣接して位置し、湾曲の外周側部分では、ブランチ通路の開口から外側へ張り出して位置する。

さらに好ましい態様では、下流側部分は、第２の治具受部を備えた第３部材と第４部材とを溶着して構成され、前記主分割面における湾曲の外周側部分では、
第３部材と第４部材との溶着部である第３の溶着部に対し、第２の溶着部が外側に張り出している。

また、他の好ましい態様では、第１の溶着部と、第３の溶着部とは、主分割面と直交する方向に投影したときに、同じ位置にある。

本発明によれば、２つの部材からなる上流側部分と下流側部分とを溶着する場合に全ての溶着部が互いに重なり合うことがない。このため、溶着時に両者を上下方向に加圧することができ、上流側部分及び下流側部分を良好に溶着することができる。

一実施例に係る吸気マニホルドの側面図。 図１の吸気マニホルドの底面図。 吸気マニホルドの第１部材の上面図。 図３の第１部材の開口部及び接続端部の拡大図。 図３の第１部材の内側部分を示す斜視図。 吸気マニホルドの第２部材の上面図。 図６の第２部材の底部を示す斜視図。 吸気マニホルドの第３部材及び第４部材の斜視図。 第４部材と溶着後の第３部材の底部を示す斜視図。 吸気マニホルドの第４部材の内側部分を示す斜視図。 溶着後の第１部材及び第２部材の上面図。 図１１のＡ−Ａ線に沿った断面図。 溶着後の第３部材及び第４部材の上面図。 図１３のＢ−Ｂ線に沿った断面図。 上流側部分と下流側部分の分解図。 溶着後の上流側部分及び下流側部分の上面図。 図１６のＣ−Ｃ線に沿った断面図。

図１，２は、本実施例に係る合成樹脂製の吸気マニホルド１を図示している。なお、以下の説明では、理解を容易にするために、図１の姿勢を基準として「上」「下」「内側」「外側」等の用語を用いることとするが、本発明の吸気マニホルド１は、図１の取付姿勢に限定されるものではない。

吸気マニホルド１は、吸気口３を介して吸気が導入されるコレクタ室２と、コレクタ室２内に導入された吸気を内燃機関のシリンダに分配するようにコレクタ室２から延びるブランチ通路４と、を備えている。本実施形態では、吸気マニホルド１は、直列３気筒の内燃機関に用いられるものであるため、シリンダの数と同じく、３つのブランチ通路４が設けられている（図２参照）。

ブランチ通路４は、コレクタ室２を取り囲むように周方向に湾曲して延びており、主分割面５において上流側部分６と下流側部分８とに分割されている。上流側部分６は、略Ｕ字状に湾曲しており、湾曲の内周側部分を構成する第１部材１０と、外周側部分を構成する第２部材１２と、を振動溶着することにより構成されている。下流側部分８は、略逆Ｕ字状に湾曲しており、湾曲の内周側部分を構成する第３部材１４と、外周側部分を構成する第４部材１６と、を振動溶着することにより構成されている。第１部材１０〜第４部材１６は、いずれも熱可塑性合成樹脂（例えば、ガラス繊維を配合したナイロン樹脂）から成形されている。

このように構成された吸気マニホルド１は、吸気口３の外周に形成されたフランジ１９を介して図示しないスロットルボディに取り付けられるとともに、ブランチ通路４の終端部分に設けられたフランジ２０を介して図示しない内燃機関に取り付けられる。

次に図３〜図５を参照して第１部材１０について説明する。第１部材１０は、コレクタ室２の上面を構成するコレクタ室カバー部２２と、上流側部分におけるブランチ通路４の内周側部分を構成するブランチ通路形成部２４と、を備える。コレクタ室カバー部２２とブランチ通路形成部２４とは一体的に成形されているが、図５に示すように、両者は直接的には連通していない。

コレクタ室カバー部２２は、一方の側に略円形の３つの開口部２６を有している。ブランチ通路形成部２４は、開口部２６が設けられている側と対向する第１部材１０の側においてコレクタ室カバー部２２に隣接して設けられており、上流側部分６におけるブランチ通路４の内周側部分をそれぞれ構成する３つの内周側壁部２８を有している。図３，５に示すように、各内周側壁部２８は、略円形の開口部３０を一端に有するとともに、一端から他端へとブランチ通路４の長手方向に延びる縦長開口部３２を有している。

図３に示すように、コレクタ室カバー部２２の各開口部２６の外周及びブランチ通路形成部２４の各開口部３０の外周には、第１部材１０と第２部材１２とを振動溶着する際に図示しない治具を受ける「第１の治具受部」に相当する治具受部３４ａ，３４ｂが形成されている。各治具受部３４ａ，３４ｂの外周には上流側部分６と下流側部分８とを振動溶着するための溶着部３６ａ，３６ｂがそれぞれ形成されている。図３，４から分かるように、溶着部３６ａ，３６ｂは、ブランチ通路４の内周側となる部分では、開口部２６，３０に隣接して位置しているが、外周側となる部分では、開口部２６，３０から外側へ張り出して位置している。

さらに、コレクタ室カバー部２２の外周縁には、図５に示すように、外周リブ３８ａが形成されており、この外周リブ３８ａの内周側には、第２部材１２と振動溶着するための溶着部４０ａが外周リブ３８ａに沿って形成されている。溶着部４０ａの内周側には溶着部４０ａに沿って内周リブ４２ａが形成されている。同様に、各縦長開口部３２の外周縁には、外周リブ３８ｂが形成されており、この外周リブ３８ｂの内周側には、第２部材１２と振動溶着するための溶着部４０ｂが外周リブ３８ｂに沿って形成されている。溶着部４０ｂの内周側には溶着部４０ｂに沿って内周リブ４２ｂが形成されている。

図５に示すように、溶着部３６ａ，３６ｂは、外周リブ３８ａ，３８ｂよりも外側に張り出している。溶着部３６ａ，３６ｂの下面は、水平方向に延びており、上流側部分６と下流側部分８とを振動溶着する際に図示しない治具を受ける「第２の治具受面」に相当する治具受面４４ａ，４４ｂを構成する。

次に図６，７を参照して第２部材１２について説明する。第２部材１２は、コレクタ室２の底部を構成するコレクタ室基部５０と、ブランチ通路４の終端を構成するブランチ通路終端部５２と、を備える。コレクタ室基部５０とブランチ通路終端部５２とは一体的に成形されているが、図６に示すように、両者は直接的には連通していない。

コレクタ室基部５０の一方の側には吸気口３が形成されており、他方の側には、ブランチ通路４の始端をそれぞれ構成するブランチ通路始端部５４が形成されている。図７に示すように、ブランチ通路始端部５４では、上流側部分６におけるブランチ通路４の外周側となる部分を構成する外周側壁部５４ａがコレクタ室基部５０の底部から上方に延びている。

ブランチ通路終端部５２は、吸気口３が形成された側と同一の第２部材１２の側において、コレクタ室基部５０に隣接して形成されており、フランジ２０によって互いに接続されている。各ブランチ通路終端部５２では、上流側部分６におけるブランチ通路４の外周側となる部分を構成する外周側壁部５２ａがフランジ２０から立ち上がっており、ブランチ通路４の内周側となる部分にはブランチ通路４の長手方向に延びる縦長開口部５６が形成されている。各縦長開口部５６は、第１部材１０の内周側壁部２８に形成された縦長開口部３２と係合するように、縦長開口部３２と相補的な形状を有している。図７に示すように、フランジ２０には、各ブランチ通路終端部５２内部と連通する３つの吸気出口５８が開口形成されている。

コレクタ室基部５０の外周縁及び各縦長開口部５６の外周縁には、第１部材１０と振動溶着するための溶着部６０ａ，６０ｂが形成されている。図７に示すように、溶着部６０ａは、ブランチ通路始端部５４の上方端部において、外周側壁部５４ａよりも外側に張り出している。同様に、溶着部６０ｂは、ブランチ通路終端部５２の上方端部において、外周側壁部５２ａよりも外側に張り出している。溶着部６０ａ，６０ｂの下面は、水平方向に延びており、第１部材１０と第２部材１２とを振動溶着する際に図示しない治具を受ける「第１の治具受面」に相当する治具受面６２ａ，６２ｂを構成する。

次に図８，９を参照して第３部材１４について説明する。第３部材１４は、下流側におけるブランチ通路４の底部をそれぞれ構成する３つの溝部７０を有している。各溝部７０の両端には、略円形の開口部７２が開口形成されている。各溝部７０の外周縁には、第４部材１６と振動溶着するための溶着部７４が形成されている。

さらに、第３部材１４は、各溝部７０の両端から長手方向外側に張り出した「第２の治具受部」に相当する治具受部７６を有する。治具受部７６の上面は、水平方向に延びており、後述するように、上流側部分６（第１部材１０）と下流側部分８（第３部材１４）とを振動溶着する際に図示しない治具を受ける。

図９に示すように、水平方向に延びる各治具受部７６の下面には、治具受部７６の外周縁に沿って下方へと延びる外周リブ７８が周方向に形成されているとともに、開口部７２の外周縁に沿って下方へと延びる内周リブ８０が周方向に形成されている。これらのリブ７８，８０の間には上流側部分６つまり第１部材１０と振動溶着するための溶着部８２が周方向に形成されている。溶着部８２は、ブランチ通路４の内周側となる部分では、開口部７２に隣接して位置しているが、外周側となる部分では、開口部７２から外側へ張り出して位置している。溶着部８２と内周リブ８０との間における面は、図９に示すように、第３部材１４と第４部材１６とを振動溶着する際に図示しない治具を受ける治具受面８４を構成する。

次に図８，１０を参照して第４部材１６について説明する。第４部材１６は、第３部材１４の溝部７０を覆ってブランチ通路４の上面をそれぞれ構成する３つのカバー部９０と、第４部材１６と第３部材１４とを振動溶着する際に用いられる治具受部９２（図８）と、を有する。図８に示すように、治具受部９２は、カバー部９０の両端部から長手方向外側に張り出しており、その上面は、図示しない治具を受けるように水平方向に延びている。

第４部材１６の外周縁には、図１０に示すように、下方へと延びる外周リブ９４が形成されており、この外周リブ９４の内周側には、第３部材１４と振動溶着するための溶着部９６が外周リブ９４に沿って形成されている。さらに、溶着部９６の内周側には溶着部９６に沿って下方へと延びる内周リブ９８が形成されている。

次に図１１〜図１７を参照して本実施例に係る吸気マニホルド１の溶着方法について説明する。吸気マニホルド１は、個々に溶着された上流側部分６と下流側部分８とを振動溶着することによって形成される。

本実施例では、上流側部分６は、第１部材１０と第２部材１２とを振動溶着することによって形成される。図１２において開口部２６側について例示するように、「第１の溶着部」となる第１部材１０の溶着部４０ａ（４０ｂ）と第２部材１２の溶着部６０ａ（６０ｂ）とを突き合わせ、溶着部４０ａ（４０ｂ）の直上において、第１部材１０の治具受部３４ａ，３４ｂの上面を図示しない治具によって支持し、溶着部６０ａ，６０ｂの直下において、第２部材１２の治具受面６２ａ，６２ｂを図示しない治具によって支持する。なお、開口部３０側についても同様である。この状態で、加圧及び振動を加え、摩擦熱により溶着部４０ａ，４０ｂ，６０ａ，６０ｂを溶解させることによって、第１部材１０と第２部材１２とが溶着されて上流側部分６が形成される。

図１２から分かるように、溶着後の上流側部分６では、ブランチ通路４の湾曲の外周側部分において、「第２の溶着部」となる第１部材１０の溶着部３６ａ（３６ｂ）及び治具受面４４ａ（４４ｂ）は、「第１の溶着部」である第１部材１０と第２部材１２との溶着部４０ａ（４０ｂ），６０ａ（６０ｂ）よりも外側に張り出している。つまり、溶着部３６ａ，３６ｂは、溶着部４０ａ，４０ｂから所定の間隔を隔てて溶着部４０ａ，４０ｂよりも外側に位置している。本実施例では、溶着部３６ａ，３６ｂの断面中心部分と、溶着部４０ａ，４０ｂの断面中心部分との間隔は、少なくとも溶着部３６ａ，３６ｂ，６０ａ，６０ｂの幅よりも大きくなっている。

図１４に示すように、下流側部分８は、第３部材１４と第４部材１６とを振動溶着することによって形成される。「第３の溶着部」となる第３部材１４の溶着部７４と第４部材１６の溶着部９６とを突き合わせ、溶着部７４の直下において、第３部材１４の治具受面８４を図示しない治具によって支持し、溶着部９６の直上において、第４部材１６の治具受部９２の上面を図示しない治具によって支持する。この状態で、加圧及び振動を加え、摩擦熱により溶着部７４，９６を溶解させることによって、第３部材１４と第４部材１６とが溶着されて下流側部分８が形成される。図１４から分かるように、溶着後の下流側部分８では、ブランチ通路４の湾曲の外周側部分において、第３部材１４の溶着部８２及び治具受部７６は、第３部材１４と第４部材１６との溶着部７４，９６よりも外側に張り出している。つまり、「第２の溶着部」となる溶着部８２は、溶着部７４から所定の間隔を隔てて溶着部７４よりも外側（ブランチ通路４の湾曲の外周側）に位置している。本実施例では、溶着部８２の断面中心部分と、溶着部７４の断面中心部分との間隔は、少なくとも溶着部８２，７４の幅よりも大きくなっている。

その後、図１７に示すように、上流側部分６と下流側部分８とが振動溶着によって溶着される。なお、図１７では、開口部２６側について例示しているが、開口部３０側についても同様である。上流側部分６を構成する第１部材１０は、主分割面５において計６個の円環状の接続端部を構成しており、これらの接続端部に下流側部分８つまり第３部材１４の計６個の円環状の接続端部が溶着される（図１５参照）。まず、「第２の溶着部」を構成する溶着部３６ａ，３６ｂと溶着部８２とを互いに突き合わせるようにして、上流側部分６の上に下流側部分８を重ね合わせる。前述したように、溶着部３６ａ，３６ｂは、第１部材１０と第２部材１２との溶着部４０ａ，４０ｂ，６０ａ，６０ｂに対して外側に張り出しており、溶着部８２は、第３部材１４と第４部材１６との溶着部７４，９６に対して外側に張り出している。次いで、溶着部３６ａ，３６ｂの直下において、第１部材１０の治具受面４４ａ，４４ｂを図示しない治具によって支持し、溶着部８２の直上において、第３部材１４の治具受部７６の上面を図示しない治具によって支持する。この状態で、加圧及び振動を加えて、摩擦熱により溶着部３６ａ，３６ｂ，８２を溶解させることによって、第１部材１０と第３部材１４、つまり、上流側部分６と下流側部分８とが溶着される。上流側部分６と下流側部分８との溶着により吸気マニホルド１が完成する。図１７から分かるように、最終的に組み立てられた吸気マニホルド１では、第１部材１０と第２部材１２との溶着部４０ａ，４０ｂ，６０ａ，６０ｂと、第３部材１４と第４部材１６との溶着部７４，９６とは、図１の上下方向に投影したときに同じ位置にある。

このように構成された吸気マニホルド１では、吸気は、吸気口３を介してコレクタ室２内に導入され、開口部２６を通って上流側部分６から流出して下流側部分８へと流れる。次いで、吸気は、下流側部分８におけるブランチ通路４を通流し、開口部７２を通って上流側部分６へと戻る。その後、吸気は、上流側部分６におけるブランチ通路４を通流した後、吸気出口５８を通って吸気マニホルド１から流出して、図示しない内燃機関のシリンダに分配される。

上記実施例によれば、「第２の溶着部」となる第１部材１０の溶着部３６ａ，３６ｂ及び第３部材１４の溶着部８２が、「第１の溶着部」である第１部材１０と第２部材１２との溶着部４０ａ，４０ｂ，６０ａ，６０ｂ及び「第３の溶着部」である第３部材１４と第４部材１６との溶着部７４，９６に対し外側に張り出しているため、上流側部分６と下流側部分８とを重ね合わせたときに、４つの部材１０〜１６の溶着部の重畳を避けることができる。したがって、スライド治具を用いることなく、溶着部３６ａ，３６ｂの直下及び溶着部８２の直上から上流側部分６及び下流側部分８を支持することができる。

以上、この発明の一実施例を説明したが、本発明は上記実施例に限られず、種々の変更が可能である。

図示の実施例では、吸気マニホルドは、４つの部材から構成されているが、これに限定されず、下流側部分又は上流側部材を１つの部材から構成し、吸気マニホルドを３つの部材から構成するようにしてもよい。また、下流側部分及び上流側部分の一方又は双方を３つ以上の部材から構成し、吸気マニホルドを５つ以上の部材から構成してもよい。

１ 吸気マニホルド
４ ブランチ通路
６ 上流側部分
８ 下流側部分
１０ 第１部材
１２ 第２部材
１４ 第３部材
１６ 第４部材
３６ａ，３６ｂ 溶着部
４４ａ，４４ｂ 治具受面
７６ 治具受部
８２ 溶着部

Claims (4)

1. コレクタ室と、該コレクタ室から延び、これを取り囲むように湾曲しているブランチ通路とを備える合成樹脂製吸気マニホルドであって、
   ブランチ通路は、主分割面において上流側部分と下流側部分とに分割されており、上流側部分は、湾曲の内周側部分を構成する第１部材と、外周側部分を構成する第２部材と、を溶着して構成され、
   前記主分割面においては、第１部材が環状の接続端部を構成しており、この接続端部に下流側部分の環状の接続端部が溶着され、
   湾曲の外周側部分では、
   第１部材の接続端部に設けられた第１の治具受部の一方の面に第２部材との溶着部である第１の溶着部が設けられているとともに他方の面に下流側部分との溶着部である第２の溶着部が設けられており、
   これら溶着部はブランチ通路の開口部の外側に位置しているとともに、第２の溶着部が第１の溶着部よりも外側へ張り出していて互いに重なり合っておらず、
   第１の溶着部の直上および直下には、第１の治具受部の上面および第２部材に設けられた第１の治具受面がそれぞれ位置し、
   第２の溶着部の直上および直下には、下流側部分の接続端部に設けられた第２の治具受部の上面および上記第１の治具受部に設けられた第２の治具受面がそれぞれ位置し、
   第２の治具受面は第１の治具受部において第１の溶着部の外側に位置している、ことを特徴とする吸気マニホルド。
2. 上流側部分の接続端部において、第２の溶着部は、湾曲の内周側部分では、ブランチ通路の開口に隣接して位置し、湾曲の外周側部分では、ブランチ通路の開口から外側へ張り出して位置することを特徴とする請求項１に記載の吸気マニホルド。
3. 下流側部分は、第２の治具受部を備えた第３部材と第４部材とを溶着して構成され、
   前記主分割面における湾曲の外周側部分では、
   第３部材と第４部材との溶着部である第３の溶着部に対し、第２の溶着部が外側に張り出していることを特徴とする請求項１または２に記載の吸気マニホルド。
4. 第１の溶着部と、第３の溶着部とは、主分割面と直交する方向に投影したときに、同じ位置にあることを特徴とする請求項３に記載の吸気マニホルド。

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