JP6715013B2 - ダクト接続構造およびダクトの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、合成樹脂製のダクトとゴム製のダクトを接続するダクト接続構造、及び、そのように接続されたダクトの製造方法に関する。特に、ブロー成形された合成樹脂製ダクトをゴム製ダクトに接続する構造、及び、そのような接続構造を有するダクトの製造方法に関する。

ブロー成形された合成樹脂製のダクトや、ゴム製のダクトは、種々の用途に用いられている。特に、自動車の内燃機関に空気を供給する吸気系のダクトや、組電池の空冷システムの送風用ダクト等に、これらダクトが用いられる。

ブロー成形された合成樹脂製のダクトにゴム製のダクトを接続する際には、例えば、ゴム製ダクトの端部をブロー成形された合成樹脂製ダクトの端部にかぶせて、外側をバンドで締める接続構造が採られる。しかしながらこの構造では、接続部の抜け強度を十分に高めることが難しい。また、バンドの締め付け力を強くすると、ブロー成形された合成樹脂製ダクトがつぶれてしまう恐れがあるため、その場合には、金属製カラーのような補強部材を追加する必要に迫られることがある。

また、ブロー成形された合成樹脂製のダクトの端部にゴム製のダクトをいわゆるインサート成形により形成し一体化する技術が知られている。
例えば、特許文献１には、ジャバラ部を有するようブロー成形された中間硬質部の両端に、ゴム材料により軟質部と接続部をインサート成形してエアクリーナホースを製造する技術が開示されており、当該エアクリーナホースによれば、高い振動吸収性と高い耐負圧性が得られることが開示されている。

特開２００５−２８２４４９号公報

しかしながら、特許文献１に開示されるような、ブロー成形されたダクトの端部にゴム材料により軟質ダクトをインサート成形することは、成形技術として難しい。ブロー成形されたダクトは、外周面こそ金型により正確な形状が得られるものの、内周面の形状を正確に規定することが難しいため、ゴム材料により軟質ダクトをインサート成形しようとする際に、ブロー成形されたダクトの内周面とインサート成形の金型との間に隙間が生じてしまい、その隙間からゴム材料が漏れ出して、軟質ダクトのインサート成形が失敗しやすいからである。

本発明の目的は、ブロー成形された合成樹脂製ダクトとゴム製のダクトとを確実に接続できるダクト接続構造を提供することにある。また、本発明の他の目的は、そのようなダクト接続構造を有するダクトの製造方法を提供することにある。

発明者は、鋭意検討の結果、ゴム製ダクトに埋入一体化された第３のダクトを、ブロー成形された熱可塑性樹脂製ダクトに溶着すると、ブロー成形されたダクトとゴム製ダクトがうまく接続できることを知見し、本発明を完成させた。

本発明は、熱可塑性樹脂によりブロー成形されてなる第１のダクトと、ゴム製の第２のダクトとを接続する構造であって、第２のダクトを構成するゴムは、エチレンプロピレンジエンゴム、アクリルゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、またはクロロプレンゴムのいずれかであり、第１ダクトと第２ダクトの間に、熱可塑性樹脂製の第３のダクトを介在させて、第１ダクト、第２ダクト、第３ダクトが一本の中空ダクトとされており、第３ダクトの一端を全周にわたって第２ダクトの端部の管壁に埋入させて一体化し、第３ダクトの他端を全周にわたって第１ダクトの端部に溶着するとともに、第３ダクトと第１ダクトが溶着される部位に生ずる溶着バリがダクト内部に露出しないように、第２ダクトの端部の内周側にバリ隠し部を円筒状に突出形成した、ダクト接続構造である（第１発明）。

第１発明においては、第３ダクトが直筒状であり、かつ、第３ダクトが第２ダクトに埋入されていない部分の軸方向長さＬが、第３ダクトの直径Ｄの３分の１以下とされることが好ましい（第２発明）。

また、本発明は、第１発明または第２発明のダクト接続構造を有するダクトの製造方法であって、第１ダクトをブロー成形する工程、第３ダクトを射出成形する工程、第３ダクトをインサート部材として金型に配置した状態でゴムを射出して、第３ダクトの一端が全周にわたって第２ダクトの端部の管壁に埋入されるように、第２ダクトを射出成形する工程、第１ダクトの端部と第３ダクトの他端とを熱盤溶着する工程、を含むダクト製造方法である（第３発明）。第３発明においては、第２ダクトの射出成形工程の後に、第１ダクトの端部と第３ダクトの熱盤溶着を行うことが好ましい（第４発明）。

本発明のダクト接続構造（第１発明）や本発明のダクト製造方法（第３発明）によれば、ブロー成形された熱可塑性樹脂製ダクトとゴム製のダクトとを確実に接続できる。そして、本発明によれば、ゴム製の第２ダクトの端部内周部にバリ隠し部を円筒状に突出形成したので、溶着バリがダクト内部に露出しないようにでき、さらに、溶着に際し、バリ隠し部が熱盤と干渉しても、バリ隠し部が変形して第３ダクトの端部と熱盤が接触するのを邪魔せず、かつ、溶着した後には、バリ隠し部がもとの形状に復元して溶着バリを隠すという効果も得られる。
さらに、第２発明のようにすれば、溶着の確実さや強度が高められうる。また、第４発明のようにすれば、第２ダクトの射出成型工程でインサート成形がしやすい。

第１実施形態のダクトの接続構造を示す一部断面図である。 第１実施形態のダクトを製造する工程を示す図である。 ダクトの接続部の変更例を示す断面図である。

以下図面を参照しながら、自動車の内燃機関に空気を供給するための吸気系に用いられるダクトを例として、発明の実施形態について説明する。発明は以下に示す個別の実施形態に限定されるものではなく、その形態を変更して実施することもできる。

図１は、第１実施形態のダクト１の接続構造を示す一部断面図である。図１では、ダクトの中心線の上側を断面で、中心線の下側を外観で示している。ダクト１は、第１ダクト１１と第２ダクト１２と第３ダクト１３とが、一本の中空ダクトとなるように接続一体化されたダクトである。第１ダクト１１と第２ダクト１２の間に、第３のダクト１３が介在されている。第１ダクト１１は、ブロー成形により成形された熱可塑性樹脂製のダクトである。第２ダクト１２は、ゴム製のダクトである。第３ダクト１３は熱可塑性樹脂製のダクトである。本実施形態では、第３ダクト１３は射出成形により形成されている。

本実施形態のダクト１は、自動車の内燃機関に空気を供給する吸気系に用いられるダクトである。第２ダクト１２の端部は、例えばスロットルボディーや、インテークマニフォールドやターボチャージャやインタークーラーなどに接続される。また、第１ダクト１１の端部には、他のゴム製ダクトやエラストマー製の接続部材などが接続される。

第１ダクト１１や第２ダクト１２の形状は、中空管状であり、直管であってもよいが曲がり管であってもよく、周囲の部材の配置や、求められる剛性・柔軟性等を考慮して定められる。第１ダクト１１や第２ダクト１２がジャバラ部を有するダクトであってもよい。また、これらダクトの端部には、他のダクトや周辺部材などと接続するための部分が設けられるが、その形状等は特に限定されない。

第１ダクト１１や第３ダクト１３を形成する熱可塑性樹脂としては、特に限定されず、ブロー成形や射出成形に適した熱可塑性樹脂材料が選択して用いられる。例えば、ポリプロピレン樹脂などのオレフィン系樹脂や、ポリアミド樹脂などが、好ましく使用できる。第１ダクト１１を形成する熱可塑性樹脂と第３ダクト１３を形成する熱可塑性樹脂とは互いに溶着可能な樹脂を選択する。好ましくは、第１ダクト１１や第３ダクト１３を形成する熱可塑性樹脂として同種の樹脂を選択する。熱可塑性樹脂には、各種補強材料、例えば、タルクやガラス繊維などを配合してもよい。本実施形態においては、第１ダクト１１と第３ダクト１３をガラス繊維入りのポリアミド樹脂により形成している。

第２ダクト１２を形成するゴム材料については、特に限定されない。例えば、エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）やアクリルゴム（ＡＣＭ）、アクリロニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ），クロロプレンゴム（ＣＲ）などが好ましく使用できる。また、第２ダクト１２を形成するゴム材料としては、第３ダクトとの接着性が良好なゴムを選択することが好ましい。ゴム材料の典型的な硬度は５０〜９０デュロＡであり、６０〜８５デュロＡであることが好ましい。本実施形態においては、第２ダクト１２を硬度６５デュロＡのアクリルゴムにより形成している。なお、必要に応じて、第２ダクトに補強繊維を含ませてもよい。

ダクト１において、第２ダクト１２と第３ダクト１３とが接続される構造について説明する。第３ダクト１３の一端１３ａが全周にわたって第２ダクト１２の端部１２ａの管壁に埋入されて両者が一体化している。埋入は、第３ダクト１３の一端１３ａが完全に埋入されている必要はなく、第３ダクト１３の一端１３ａの一部、例えば、外周面が露出していてもよい。埋入された部分で、第２ダクトを構成するゴム材料に、第３ダクトが接着されている。後述する他の実施形態のように、両者の一体化の強度を高めるために、第３ダクトの埋入される部分（１３ａ）に穴や段差やリブなどを設けて、両者の機械的な結合強度を高めてもよい。

ダクト１において、第１ダクト１１と第３ダクト１３とが接続される構造について説明する。第３ダクト１３の他端１３ｂは、全周にわたって第１ダクト１１の端部１１ａに溶着されている。本実施形態においては、第１ダクト１１の端部１１ａにリング状に突出した溶着部１１１が設けられていて、溶着部１１１と第３ダクトの他端１３ｂが溶着されている。溶着は、熱盤溶着であってもよいし振動溶着であってもよい。

好ましくは、第３ダクト１３は、直筒状である。埋入される端部１３ａと溶着された端部１３ｂの径や形状が異なる場合などには、径や形状が軸方向に変化するような直筒状であってもよい。本実施形態では、ほぼまっすぐな直筒に第３ダクト１３が形成されている。このような形状の第３ダクトは、射出成形や押出成形により製造できる。
また、第３ダクト１３が第２ダクトの端部１２ａに埋入されていない部分の軸方向長さＬが、（換言すれば、第３ダクト１３が第２ダクト１２の端部１２ａの端面から突出する部分の長さＬが）、第３ダクトの直径Ｄの３分の１以下とされることが好ましい。特に好ましくは、第２ダクト１２の端部１２ａの端面にほぼ隣接して、第３ダクト１３の溶着部である他端１３ｂが配置されるよう、第３ダクト１３が第２ダクトの端部１２ａに埋入されていない部分の軸方向長さＬが７ｍｍ以下となるように構成される。本実施形態では、第３ダクト１３の直径Ｄは５０ｍｍであり、長さＬは５ｍｍとされている。

また、第１ダクト１１と第３ダクト１３とが溶着する部分で溶着バリがダクト内側にはみ出さないように、本実施形態のように、第１ダクト１１の端部１１ａの溶着部１１１の内側に、バリ隠し部１１２をリング状に突出形成させてもよい。

上記実施形態の接続構造を有するダクト１の製造方法について説明する。図２に製造工程の概略を模式的に示す。
まず、熱可塑性樹脂を射出成形して、第３ダクト１３を製造する（図２（ａ））。射出成形法や使用する金型等については特に限定されない。
また、熱可塑性樹脂をブロー成形して、第１ダクト１１を製造する。本実施形態では、いわゆるサクションブロー成形により、ダクト壁に継ぎ目がない曲がり形状の第１ダクト１１を製造したが、いわゆるバリかみブロー成形などによって第１ダクト１１を製造してもよく、ブロー成形法も特に限定されない。

得られた第３ダクト１３をインサート部材として金型（図示せず）に配置した状態でゴム材料を射出して、第３ダクト１３の一端（１３ａ）が全周にわたって第２ダクト１２の端部の管壁に埋入されるように、第２ダクト１２を射出成形する（図２（ｂ））。
すなわち、第３ダクト１３を金型内部に配置していわゆるインサート射出成形を行い、第２ダクト１２を製造し、第３ダクトの端部１３ａが埋入一体化された第２ダクト１２を得る。この工程において、第２ダクトと第３ダクトの接着性が高まるよう、第３ダクトが埋入される部分の表面にプライマー処理等を行うことが好ましい。

その後、第１ダクトの端部１１ａと第３ダクト１３の他端１３ｂとを溶着する（図２（ｃ）。この実施形態では、熱盤溶着により両者を溶着している。高温の熱盤Ｈを準備し、まず、熱盤に第１ダクトの溶着部１１１や第３ダクトの他端１３ｂを押し付けて軟化させる（図２（ｃ））。第１ダクトがバリ隠し部１１２を備える場合には、熱盤Ｈに穴やくぼみを設けてバリ隠し部１１２が熱盤に接触しないようにすればよい。
溶着する部分の温度が十分に高まったら、熱盤Ｈをどかして、第３ダクトと第１ダクト同士を互いに押し付けあわせて、両者を溶着する。溶着時には、第２ダクト１２の端部１２ａの部分を保持して押し付け動作を行うようにすれば、第３ダクトが第２ダクト端部から突出する部分が短くても、第３ダクトを第１ダクトに押し付けることができる。
以上の工程を経て、第１ダクト１１、第３ダクト１３及び第２ダクト１２が一体化されたダクト１が得られる（図２（ｄ））。

なお、図２に示した製造方法の説明では、第２ダクト１２のインサート成形を先に行い、その後、第１ダクト１１と第３ダクト１３の溶着を行う方法について説明したが、インサート工程と溶着工程の順序を逆にして、まず、第１ダクト１１と第３ダクト１３の溶着を行ってから、第２ダクト１２のインサート成形を行うようにしてもよい。

上記実施形態の接続構造や製造方法にかかる作用効果について説明する。
上記接続構造によれば、ブロー成形したダクトを、ゴム製のダクトに確実に接続することができる。特許文献１の技術においては、ブロー成形されたダクトのダクト内周面の形状の不正確さにより、ゴム製ダクトをインサート成形することに困難があったが、上記実施形態においては、ゴム製ダクト（第２ダクト１２）にインサートされるのは、射出成形された第３ダクト１２であって、形状精度が高いためインサート成形を確実に行うことができる。また、第１ダクト１１がブロー成形されたダクトであるため、第１ダクト部分の形状の成形自由度が高い。

さらに、上記実施形態のように、第３ダクト１３が直筒状であり、かつ、第３ダクト１３が第２ダクト１２に埋入されていない部分の軸方向長さＬが、第３ダクト１３の直径Ｄの３分の１以下とされていると、ゴム製の第２ダクト１２の部分を保持して溶着工程を行っても、第３ダクト１３が溶着される他端１３ｂのあるべき位置を的確に保つことができ、溶着の確実さや強度が高められうる。また、溶着工程において、ゴム製の第２ダクト１２の端部１２ａを保持して溶着工程を行えば、ゴム製の第２ダクトの管壁が一種のクッションの役割をして、溶着の確実さの向上に貢献する。

また、上記製造方法により、第１ダクト１１、第３ダクト１３及び第２ダクト１２を一体化してダクト１を得るようにすると、特許文献１に開示されるような従来技術では製造が不安定で失敗しやすかったダクトを、確実に得ることができる。

さらに、上記製造方法のように、第２ダクト１２の射出成形工程（図２（ｂ））の後に、第１ダクト１１の端部と第３ダクト１３の溶着を行う（図２（ｃ）ようにすれば、第２ダクトの射出成型工程で長いダクトを用いてインサート成形する必要がなく、インサート成形がしやすい。また、インサート成形の金型も小型化できる。

また、第３ダクト１３が直筒状であり、かつ、第３ダクト１３が第２ダクト１２に埋入されていない部分の軸方向長さＬが、第３ダクトの直径Ｄの３分の１以下として、かつ、第２ダクト１２の射出成形工程（図２（ｂ））の後に、第１ダクト１１の端部と第３ダクト１３の溶着を行う（図２（ｃ）ようにすれば、図２（ｂ）に図示したような、ゴム製ダクト（第２ダクト１２）の端部に近接して、熱可塑性樹脂製のリング状の溶着部が一体化されたような複合ダクト部材が得られる。この複合ダクト部材は、熱可塑性樹脂製の種々のダクトに溶着を利用して接続することができ、接続すべき相手方熱可塑性樹脂製ダクトの形状が変わっても共通して利用することが可能であり、汎用性及び生産効率が高い。

発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の改変をして実施することができる。以下に発明の他の実施形態について説明するが、以下の説明においては、上記実施形態と異なる部分を中心に説明し、同様である部分についてはその詳細な説明を省略する。また、以下に示す実施形態は、その一部を互いに組み合わせて、あるいは、その一部を置き換えて実施できる。

図３には、ダクトの接続部の変更例を断面図で示す。図３では、第３ダクト１３と第１ダクト１１が溶着される前の状態で示している。
図３（ａ）の例では、第３ダクト１４が、中心軸に沿った断面形状で異なっている。本実施形態では、第３ダクト１４は、直筒状の部分に対し、ダクトの外側及び内側に向かって突出形成されたリブを加えた、Ｔの字状の断面形状となっている。このような断面形状の第３ダクト１４を、リブの部分が埋入するように第２ダクト１２にインサート成形すると、第２ダクト１２と第３ダクト１４の接合強度が高められてより好ましい。

図３（ｂ）の例では、第３ダクト１５が第２ダクト１２に埋入される部分で、第３ダクト１５に貫通穴が設けられていて、第２ダクト１２を構成するゴム材料が第３ダクト１５の貫通穴を埋めるように充填されている。このような構成によっても、第２ダクト１２と第３ダクト１４の接合強度が高められて、より好ましい。

また、図３（ｂ）の例では、ゴム製ダクトである第２ダクト１２の端部の内周側に、バリ隠し部１２２が円筒状に突出形成されている。バリ隠し部１２２により、溶着部分に溶着バリが生じても、溶着バリがダクト内部に露出しないようにできる。また、バリ隠し部１２２をゴム製ダクトである第２ダクト１２の端部に設けるようにすれば、熱盤溶着工程で、熱盤に第３ダクト１５の端部を押し付ける際にバリ隠し部１２２が熱盤と干渉しても、バリ隠し部１２２が変形して、第３ダクト１５の端部と熱盤が接触するのを邪魔せず、かつ、溶着した後には、バリ隠し部１２２がもとの形状に復元して溶着バリを隠す機能を発揮できて、好ましい。

また、第１ダクト１１が溶着される端部は、図３（ａ）に示すように、バリ隠し部などを有しないまっすぐな円筒形状であってもよい。あるいは、図３（ｂ）に示すように、第１ダクト１１のダクト一般形状部から、ダクト外周方向に溶着バリの大きさ程度だけ拡径させたような、端部が拡径された形状であってもよい。第１ダクト１１の端部を図３（ｂ）に示す形状とすれば、溶着バリがダクト一般形状面よりもダクト内周側にはみ出すことなく、第１ダクト１１の内周面と第２ダクト１２の内周面とがほぼ同じ径で滑らかにつながるようにできる。

さらに、図３（ｃ）の例では、第３ダクト１６が第２ダクト１２に埋入される部分において、第３ダクト１６の外周面の部分が露出するようになっている。第３ダクト１６と第２ダクト１２の接合強度が十分に確保できれば、このような埋入形態であってもよい。同様に、第３ダクトを第２ダクトの内周面側に配置して第３ダクトの内周面の部分が露出するようにしてもよい。

また、ダクト１において、ダクトそのものの断面形状（ダクト中心軸と直交する面で見た断面形状）は、円形でもよいし、楕円、長円、Ｒ掛けされた多角形状（例えば矩形状）であってもよく、特に限定されない。また、ダクトの中心線の形状は特に限定されない。なお、接続部におけるダクト中心線の形状は特に限定されないが、直線状であることが好ましい。接続部におけるダクト中心線が直線状であると、溶着の際にダクト同志を押し付け合ってもずれにくく、溶着の確実性の向上に寄与する。同様の観点から、第１ダクト１１と第３ダクト１３とが溶着される溶着面は、接続部のダクト中心軸と直交するように設けることが好ましい。

上記実施形態で示したダクト接続構造を有するダクト１の用途は、特に限定されず、自動車エンジンの吸気系以外の他の技術分野にも応用できる。特に好ましくは、ターボエンジンの加圧された吸気系に使用できる。そのほかにも、ダクト１は、燃料電池に空気を供給する配管や、空調システムにおける送風通路や、電気自動車やハイブリット自動車や蓄電装置などの大型電池の空冷システムにおける冷却風通路などに使用できる。

上記ダクト接続構造やダクト製造方法は種々の分野に応用でき、熱可塑性樹脂でブロー成形されたダクトとゴム製ダクトを確実に接続できて産業上の利用価値が高い。

１ ダクト
１１ 第１ダクト
１１ａ 端部
１１１ 溶着部
１１２ バリ隠し部
１２ 第２ダクト
１２ａ 端部
１３ 第３ダクト
１３ａ 端部（一端）
１３ｂ 端部（他端）
Ｈ 熱盤
１４，１５，１６ 第３ダクト

Claims (4)

1. 熱可塑性樹脂によりブロー成形されてなる第１のダクトと、ゴム製の第２のダクトとを接続する構造であって、
   第２のダクトを構成するゴムは、エチレンプロピレンジエンゴム、アクリルゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、またはクロロプレンゴムのいずれかであり、
   第１ダクトと第２ダクトの間に、熱可塑性樹脂製の第３のダクトを介在させて、第１ダクト、第２ダクト、第３ダクトが一本の中空ダクトとされており、
   第３ダクトの一端を全周にわたって第２ダクトの端部の管壁に埋入させて一体化し、
   第３ダクトの他端を全周にわたって第１ダクトの端部に溶着するとともに、
   第３ダクトと第１ダクトが溶着される部位に生ずる溶着バリがダクト内部に露出しないように、第２ダクトの端部の内周側にバリ隠し部を円筒状に突出形成した、
   ダクト接続構造。
2. 第３ダクトが直筒状であり、かつ、第３ダクトが第２ダクトに埋入されていない部分の軸方向長さＬが、第３ダクトの直径Ｄの３分の１以下とされた請求項１に記載のダクト接続構造。
3. 請求項１または請求項２に記載のダクト接続構造を有するダクトの製造方法であって、
   第１ダクトをブロー成形する工程、
   第３ダクトを射出成形する工程、
   第３ダクトをインサート部材として金型に配置した状態でゴムを射出して、第３ダクトの一端が全周にわたって第２ダクトの端部の管壁に埋入されるように、第２ダクトを射出成形する工程、
   第１ダクトの端部と第３ダクトの他端とを熱盤溶着する工程、
   を含むダクト製造方法。
4. 第２ダクトの射出成形工程の後に、第１ダクトの端部と第３ダクトの熱盤溶着を行う請求項３に記載のダクト製造方法。

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