JP6653566B2

JP6653566B2 - フランジの固定構造

Info

Publication number: JP6653566B2
Application number: JP2015250822A
Authority: JP
Inventors: 裕史安田; 雅彦松尾
Original assignee: Mahle Filter Systems Japan Corp
Current assignee: Mahle Filter Systems Japan Corp
Priority date: 2015-12-24
Filing date: 2015-12-24
Publication date: 2020-02-26
Anticipated expiration: 2035-12-24
Also published as: JP2017115950A

Description

本発明は、合成樹脂製のフランジをボルトを用いて相手部材に締結固定するフランジの固定構造の改良に関する。

特許文献１にも記載されているように、例えば内燃機関の合成樹脂製のインテークマニホールドのフランジは、相手部材であるシリンダヘッドにボルトを用いて締結固定される。このようなフランジの固定構造では、合成樹脂製のフランジの損傷を招くことなく所定のボルト軸力を確保するように、フランジのボルトボス部に金属製のカラーが装着され、ボルトを締め付ける際、ボルトボス部がボルトの座面により板厚方向に押圧されてある程度の潰れ変形が生じるように、ボルトボス部の板厚方向寸法がカラーの板厚方向寸法よりも僅かに大きく設定されている。このような潰れ変形により、フランジのガタツキが防止されるとともに、ボルトの噛み合い部のシール性を確保するようになっている。

特開２０１４−１９６７８９号公報

ボルトボス部がフランジの外縁近傍に位置するレイアウトでは、ボルトボス部に、フランジの一般部の外縁よりも外方へ円弧状（円筒状）に張り出した張出部が設けられることがある。このように張出部が設けられる構造では、フランジを型成形する際に、張出部では合成樹脂材料が両側から回り込んで合流することとなり、この合流部分にウェルドライン（溶接線）が生じることがある。このため、ボルト締結時にボルトボス部が潰れ変形する際、ウェルドライン近傍の張出部に応力が発生すると、ウェルドラインに沿って亀裂を生じる等の不具合を招くおそれがある。特に、熱と湿度の影響、更に融雪剤（塩化カルシウム）が付着した際に、張出部に損傷を生じることが懸念される。

本発明は、このような事情に着目してなされたものであり、ボルトボス部がフランジの一般部の外縁よりも外方へ円弧状に張り出した張出部を有する構造でありながら、この張出部に亀裂等の損傷を生じることを抑制することができる新規なフランジの固定構造を提供することを目的としている。

この発明は、合成樹脂製のフランジを、相手部材に対してボルトを用いて板厚方向に締結固定するフランジの固定構造に関する。上記フランジの外縁近傍に、上記ボルトが挿通する円筒状の金属製のカラーが取り付けられたボルトボス部が設けられている。上記ボルトを締め付ける際、上記ボルトボス部が上記ボルトの座面により板厚方向に押圧されて潰れ変形するように、上記ボルトボス部の板厚方向寸法が上記カラーの板厚方向寸法よりも大きく設定されている。上記ボルトボス部は、上記フランジの上記ボルトボス部が設けられていない一般部の外縁よりも外方へ円弧状に張り出した張出部が設けられている。そして、この張出部の上記ボルトが着座する着座面に、上記潰れ変形を抑制するように、上記板厚方向に窪んだ凹部が上記着座面と平行な平坦面となるように形成されている。上記凹部は、上記張出部の張出方向に沿うウェルドラインを中心とする扇状の範囲で、かつ、上記ボルトの座面と対向する内周側部分に、形成されており、該凹部よりも外周側の部分には着座面が残存している。

このような凹部を設けることで、張出部における潰れ変形を抑制して、応力を緩和し、張出部に亀裂等が生じることを抑制することができる。

上記凹部は、上記張出部の張出方向に沿うウェルドラインを中心とする範囲に形成されているので、これによって、特にウェルドライン近傍の潰れ変形を抑制し、ウェルドラインに沿うような亀裂の発生を効果的に抑制することができる。

好ましくは、上記凹部が形成された部分のボルトボス部の板厚方向寸法は、上記カラーの板厚方向寸法よりも短く設定されている。

本発明によれば、ボルトボス部にフランジの一般部の外縁よりも外方へ円弧状に張り出した張出部を有する構造でありながら、ボルト締結時における張出部の潰れ変形を抑制し、張出部、特にウェルドラインに沿う部分の亀裂等の発生を抑制して、フランジの耐久性・信頼性を向上することができる。

本発明に係るインテークマニホールドのフランジの一例を示す平面図。図１の領域Ａを拡大して示す平面図。本発明の第１実施例に係るフランジの要部を示す平面図。上記第１実施例のフランジのボルト締結時の状態を示す断面図。上記第１実施例のフランジのボルト締結後の状態を示す断面図。本発明の第２実施例に係るフランジの要部を示す平面図。上記第２実施例のフランジのボルト締結時の状態を示す断面図。上記第２実施例のフランジのボルト締結後の状態を示す断面図。本発明の第３実施例に係るフランジの要部を示す平面図。上記第３実施例のフランジのボルト締結時の状態を示す断面図。上記第３実施例のフランジのボルト締結後の状態を示す断面図。本発明の第４実施例に係るフランジの要部を示す平面図。上記第４実施例のフランジのボルト締結時の状態を示す断面図。上記第４実施例のフランジのボルト締結後の状態を示す断面図。本発明の第５実施例に係るフランジの要部を示す平面図。上記第５実施例のフランジのボルト締結時の状態を示す断面図。上記第５実施例のフランジのボルト締結後の状態を示す断面図。本発明の第６実施例に係るフランジの要部を示す平面図。上記第６実施例のフランジのボルト締結時の状態を示す断面図。上記第６実施例のフランジのボルト締結後の状態を示す断面図。

以下、本発明に係る固定構造を、内燃機関の合成樹脂製のインテークマニホールドのフランジに適用した実施例について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下で「第２実施例」と記したものが、請求項に対応した実施例である。他の「第１実施例」、「第３実施例」〜「第６実施例」と記したものは、厳密には実施例ではなく、いずれも参考例である。

図１〜図５は、本発明の第１実施例に係るフランジ１０の固定構造を示している。このフランジ１０は、内燃機関のインテークマニホールドを相手部材であるシリンダヘッド１の取付面１Ａにボルト２を用いて締結固定する部分に適用されるものであり、例えばインテークマニホールドと一体的に形成され、あるいはインテークマニホールドとは別体として形成される。このフランジ１０には、シリンダヘッド１の取付面１Ａに開口する４つの気筒の吸気ポート１Ｂに連なる４つの吸気通路１１が気筒列方向に並んで形成されている。

ボルト２は、雄ねじが外周に形成された軸部３の一端に頭部４が設けられるとともに、座面５を有する円盤状の座金６が頭部４の下側に一体に設けられている。なお、座金６をボルト２とは別体として構成しても良い。

フランジ１０は、シリンダヘッド１の取付面１Ａに対し、複数本（この例では５本）のボルト２を用いて板厚方向に締結固定される。このフランジ１０の外縁近傍には、ボルトボス部１２が５箇所に設けられている。各ボルトボス部１２には、円筒状をなす金属製のカラー１３が取り付けられている。

ボルト締結時には、図４に示すように、フランジ１０のボルトボス部１２にカラー１３を圧入（挿入）した上で、このカラー１３の内側にボルト２を挿通して、ボルト２の軸部３の先端側をシリンダヘッド１に形成されたボルト孔１Ｃに螺合させて、ボルト２を締め付けることで、図５に示すように、ボルト２によりフランジ１０がシリンダヘッド１に締結・固定される。

ここで、合成樹脂製のフランジ１０のボルトボス部１２がボルト２の座面５により板厚方向に押圧されてある程度の潰れ変形が生じるように、ボルトボス部１２の基準板厚方向寸法Ｌ１（後述する凹部２０Ａが設けられていない部分の寸法）が、カラー１３の板厚方向寸法Ｌ２よりも僅かに大きく設定されている。このような潰れ変形により、ボルト締結後のフランジ１０のガタツキが防止されるとともに、ボルト２のネジ噛み合い部分のシール性を確保するようになっている。

図１に示す５つのボルトボス部１２のうち、特に図１中の上側３つのボルトボス部１２には、図２に示すように、ボルトボス部１２が設けられていないフランジ１０の一般部１４の外縁１５に対し、外方へ円弧状（半円筒状）に大きく張り出した張出部１６が設けられている。このため、フランジ１０を型成形する際、図２の矢印Ｂで示すように張出部１６では合成樹脂材料が円筒部分の両側から回り込むように流入し、その合流部分では、張出部１６の張出方向１７に沿うようにウェルドライン１８（溶接線）が生じる。なお、ウェルドライン１８は表面に線上に表われることもあるが、表面には表出せずに目視できない場合もある。

従って、ボルト締結時にボルトボス部１２が潰れ変形する際、ウェルドライン１８近傍の張出部１６に応力が発生すると、ウェルドライン１８に沿って亀裂を生じる等、張出部１６の損傷を招くおそれがある。特に、熱と湿度の影響、更に融雪剤（塩化カルシウム）が付着した際に、張出部１６に損傷を生じることが懸念される。

そこで本実施例では、張出部１６に、潰れ変形を抑制するように、板厚方向に窪んだ凹部２０Ａを形成している。この第１実施例では、凹部２０Ａは、ボルト２の座面５が着座する平坦な着座面１９側に凹設されるとともに、張出方向１７に沿うウェルドライン１８を中心とした扇状の周方向範囲にわたって凹設されている。凹部２０Ａが形成された部分のボルトボス部１２の板厚方向寸法Ｌ３は、凹部２０Ａが形成されていない部分の基準板厚方向寸法Ｌ１よりも短く、かつ、ボルト締結時に凹部２０Ａがボルト２の座面５に押圧されて潰れ変形することのないように、カラー１３の板厚方向寸法Ｌ２よりも僅かに短く設定されている。

従って、ボルト２を締結した際に、ウェルドライン１８を中心とした範囲に形成された凹部２０Ａの部分では、ボルト２の座面５に押圧されることがなく、潰れ変形が大幅に低減もしくは解消されることから、ウェルドライン１８に沿う亀裂を含めた張出部１６の損傷を確実に抑制することができる。

しかも、カラー１３の周囲のボルトボス部１２のうち、凹部２０Ａを除く残りの大半の部分では、その基準板厚方向寸法Ｌ１がカラー１３の板厚方向寸法Ｌ２よりも大きくなっているため、潰れ代が確保され、フランジ１０のガタツキを抑制することができる。

また、ボルトボス部１２の板厚方向の両側面のうち、ボルト２の座面５により押圧されて潰れ変形を生じる着座面１９側に凹部２０Ａを設けているために、潰れ変形をより確実に抑制もしくは解消することができる。

ここで、凹部２０Ａが設けられる部分の板厚方向寸法Ｌ３は、少なくとも基準板厚方向寸法Ｌ１よりも短ければウェルドライン１８の近傍の潰れ変形を抑制して、亀裂等の発生を抑制することができる。従って、上記実施例では凹部２０Ａが設けられる部分の板厚方向寸法Ｌ３を、カラー１３の板厚方向寸法Ｌ２よりも短くしているが、カラー１３と同等もしくはカラー１３よりも僅かに長くしても良く、この場合、凹部２０Ａを含めてカラー１３の周囲の全周にわたってボルトボス部１２の潰れ代が確保されるために、シール性を向上することができる。

なお、凹部２０Ａは、型成形時に同時に形成しても良く、あるいは、切削加工により型成形後に形成するようにしても良い。

以下の実施例では、既述した実施例と同様の構成要素には同じ参照符号を付し、重複する説明を適宜省略する。

図６〜図８は第２実施例を示している。この第２実施例では、ボルトボス部１２の張出部１６に設けられる凹部２０Ｂが、座面５（座金６）と対向する内周側の部分にのみ設けられている点で、上記の第１実施例と異なっている。つまり、この凹部２０Ｂは、第１実施例と同様に、着座面１９側に凹設されるとともに、張出方向１７に沿うウェルドライン１８を中心とした扇状の周方向範囲にわたって凹設されているものの、座面５と対向する内周寄りの部分にのみ形成されている。つまり、凹部２０Ｂよりも外周側の部分には、凹部２０Ｂよりも一段高い平坦な着座面１９が残存している。このような第２実施例においても、第１実施例と同様の作用効果が得られるとともに、外周部分にボルトボス部１２の平坦な着座面１９が全周にわたって残されることとなるために、見栄えが良くシール性も向上する。

図９〜図１１は第３実施例を示している。この第３実施例では、凹部２０Ｃが形成される範囲が上記第１実施例と異なっている。つまり、この第３実施例では、図９に示すように板厚方向からみて、張出方向１７に直交する直線２１よりも張出方向寄りの範囲にわたって凹部２０Ｃを形成している。この第３実施例でも上記第１実施例と同様の作用効果が得られるとともに、型成形後の凹部２０Ｃを切削加工により形成する場合に、その加工が容易となる。

図１２〜図１４は第４実施例を示している。上記第１〜第３実施例では、凹部２０Ａ〜２０Ｃが着座面１９と平行な平坦面となるように階段状に形成されているが、この第４実施例では、凹部２０Ｄが着座面１９に対して斜めに形成されている。具体的には、凹部２０Ｄは、ボルトボス部１２の外周側へ向かうに従って低くなるように、つまり外周側へ向かうに従って板厚方向寸法が小さくなるように、平坦な傾斜面として構成されており、内周側で着座面１９に接続している。また、凹部２０Ｄは、張出方向１７を中心とする範囲に形成されており、この第４実施例では、ウェルドライン１８に沿う内周側寄りの部分にも着座面１９の一部が残存するように、比較的狭い範囲に形成されている。

このような第４実施例でも、上記第１実施例と同様の作用効果が得られるとともに、型成形後の凹部２０Ｄを切削加工により形成する場合に、その加工が容易となる。また、ウェルドライン１８に沿う内周側寄りの部分にも着座面１９の一部が残存しており、カラー１３の周囲の全周にわたって潰れ代が確保されることから、シール性が向上する。

図１５〜図１７は第５実施例を示している。この第５実施例では、第４実施例に比して凹部２０Ｅが広い範囲にわたって形成されている。具体的には、凹部２０Ｅは、図１５に示すように板厚方向からみて、張出方向１７を中心とする半円弧状の範囲、つまりボルトボス部１２の中心を通って張出方向１７に直交する線２２よりも張出方向１７寄りの範囲にわたって形成されている。この凹部２０Ｅは、第４実施例と同様に、外周側へ向かうに従って板厚方向寸法が小さくなる平坦な傾斜面として構成されている。

このような第５実施例では、上記第４実施例に比して凹部２０Ｅが拡大することからシール性やフランジ１０の組付安定性はやや低下するものの、ウェルドライン１８に沿う亀裂等に発生をより確実に抑制することができる。

図１８〜図２０は第６実施例を示している。上記第１〜第５実施例では、ボルト２の座面５と対向する着座面１９側に凹部２０Ａ〜２０Ｅを形成していたが、この第６実施例では、ボルト２の座面５が着座しないシリンダヘッド１側（相手部材側）の側面に凹部２０Ｆを設けている。この凹部２０Ｆは、第４，５実施例と同様に、外周側へ向かうに従って板厚方向寸法が短くなる傾斜面とされており、また第１実施例と同様に、張出方向１７を中心とする扇状の範囲に形成されている。

このようにシリンダヘッド側の側面に凹部２０Ｆを設けた第６実施例においても、ボルト締結時には、凹部２０Ｆが設けられている部分の張出部１６の側面と、これに対向するシリンダヘッド１の側面と、の間に隙間が残されることから、潰れ変形が抑制され、上述した第１〜第５実施例と同様に、ウェルドライン１８に沿う部分の亀裂等の発生を抑制することができる。

以上のように本発明を具体的な実施例に基づいて説明してきたが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の変形・変更を含むものである。例えば、上記実施例では合成樹脂製のインテークマニホールドのフランジに本発明を適用しているが、ヘッドカバー等の他の樹脂部品のフランジの固定構造に本発明を同様に適用することが可能である。

１…シリンダヘッド（相手部材）
２…ボルト
５…座面
１０…フランジ
１２…ボルトボス部
１３…カラー
１４…一般部
１５…外縁
１６…張出部
１７…張出方向
１８…ウェルドライン
１９…着座面
２０Ａ〜２０Ｆ…凹部

Claims

合成樹脂製のフランジを、相手部材に対してボルトを用いて板厚方向に締結固定するフランジの固定構造において、
上記フランジの外縁近傍に、上記ボルトが挿通する円筒状の金属製のカラーが取り付けられたボルトボス部が設けられ、
上記ボルトを締め付ける際、上記ボルトボス部が上記ボルトの座面により板厚方向に押圧されて潰れ変形するように、上記ボルトボス部の板厚方向寸法が上記カラーの板厚方向寸法よりも大きく設定され、
かつ、上記ボルトボス部は、上記フランジの上記ボルトボス部が設けられていない一般部の外縁よりも外方へ円弧状に張り出した張出部を有し、
この張出部の上記ボルトが着座する着座面に、上記潰れ変形を抑制するように、上記板厚方向に窪んだ凹部が上記着座面と平行な平坦面となるように形成されており、
上記凹部は、上記張出部の張出方向に沿うウェルドラインを中心とする扇状の範囲で、かつ、上記ボルトの座面と対向する内周側部分に、形成されており、該凹部よりも外周側の部分には着座面が残存している、ことを特徴とするフランジの固定構造。
上記凹部が形成された部分のボルトボス部の板厚方向寸法は、上記カラーの板厚方向寸法よりも短く設定されている、請求項１に記載のフランジの固定構造。