JP6717236B2 - 樹脂成形体 - Google Patents

Description

本開示は、一部に穴が形成されている樹脂成形体に関する。

例えば車両のラジエータにおいては、軽量化を目的として、冷却水を貯えるタンクの部分が樹脂によって形成されている。当該タンクの一部には、外部から冷却水を供給するための穴が形成されている。

上記ラジエータが機能しているときには、タンクの内部は高圧となる。このため、タンクに形成された穴の内壁面には、穴を押し広げるような力が加えられる。当該力によってタンクが破損してしまうことの無いように、樹脂成形体であるタンクには内柱や補強リブ等が設けられることが多い。

例えば下記特許文献１に記載されている車両用熱交換器のタンクには、冷媒が流入する入力ポートの内側に、熱交換器の幅方向に向かって伸びる内柱（橋渡し部）が形成されている。このような構成により、冷媒の圧力によるタンクの破損が防止されている。

特開２００９−２２８９１５号公報

ところで、樹脂成形体を射出成形によって成形すると、その一部にウェルドラインと称される線が残ってしまう場合がある。ウェルドラインは、ゲートから型内に流入した溶融樹脂が分流し、分流したそれぞれの流れが再び合流する部分において生じるものである。このため、一部に穴が形成されている樹脂成形体の成形時においては、穴の近傍において特にウェルドラインが生じやすい。

樹脂成形体のうちウェルドラインが生じている部分では、引っ張り応力に対する強度が低下する傾向がある。このため、上記のように内部が高圧となるタンクの一部にウェルドラインが生じていると、ウェルドラインを起点としてタンクが破損してしまう可能性がある。

本開示は、一部に穴が形成された構成としながらも、ウェルドラインの発生を抑制することのできる樹脂成形体、を提供することを目的とする。

本開示に係る樹脂成形体は、一部に穴（３１）が形成されている樹脂成形体であって、成形時においてゲートから溶融樹脂が流入した部分であるゲート部（ＧＰ）と、穴において、対向する内壁面同士を繋ぐように形成された内柱部（６０Ｂ）と、を備える。内柱部は、ゲート部から穴に向かう方向である樹脂流れ方向、に沿って伸びるように形成されている。内柱部は、樹脂流れ方向に対し垂直な断面の断面形状が、当該断面の位置によって変化する一方、樹脂流れ方向に対し垂直な断面における断面積が、当該断面の位置によって変化しない形状となっている。

このような構成の樹脂成形体では、穴において対向する内壁面同士を内柱部が繋いでいる。このため、内壁面同士を広げるような力が加えられたとしても、樹脂成形体が破損することは内柱部によって防止される。

また、内柱部は樹脂流れ方向に沿って伸びるように形成されている。このため、成形時においては、穴を避けるように分流した２つの樹脂流れが再び合流する箇所に、内柱部を通過した樹脂流れが更に合流する。当該箇所においては、従来であればウェルドラインが生じていた方向に沿うように、内柱部を通過した樹脂が供給されることとなる。このため、合流箇所におけるウェルドラインの発生は抑制され、樹脂成形体の強度低下が防止される。

本開示によれば、一部に穴が形成された構成としながらも、ウェルドラインの発生を抑制することのできる樹脂成形体が提供される。

図１は、第１実施形態に係る樹脂成形体であるタンクの構成を示す図である。 図２は、図１のタンクを下面側から見て描いた図である。 図３は、図１のタンクのうち注水部の構成を示す断面図である。 図４は、図１のタンクのうち注水部の構成を示す断面図である。 図５は、成形時における溶融樹脂の流れを模式的に示す図である。 図６は、第２実施形態に係る樹脂成形体であるタンクうち、注水部の構成を示す断面図である。 図７は、第２実施形態に係る樹脂成形体であるタンクうち、注水部の構成を示す断面図である。 図８は、第３実施形態に係る樹脂成形体であるタンクうち、注水部の構成を示す断面図である。 図９は、図８に示される内柱部を下面側から見て描いた図である。

以下、添付図面を参照しながら本実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

第１実施形態について説明する。第１実施形態に係る樹脂成形体は、車両に搭載されるラジエータ用のタンク１０として構成されている。図１及び図２を参照しながら、タンク１０の形状について説明する。

タンク１０は、ラジエータ（全体は不図示）に供給される冷却水を一時的に貯えて、当該冷却水を複数のチューブに供給するための容器である。タンク１０は、その全体が樹脂の射出成型によって形成されている。タンク１０は、本体部２０と、注水部３０と、冷却水通路部４０と、を有している。

本体部２０は、タンク１０のほぼ全体を占める部分である。本体部２０は、図１における下方側（図２における紙面手前側）が外部に開放された容器として構成されている。本体部２０のうち上記のように開口している部分（以下、「開口部２２」とも称する）には、不図示の金属プレートがカシメ固定され、当該金属プレートに複数のチューブが接続される。本体部２０の外表面には、強度を高めるための補強リブ２１が複数形成されている。図２に示されるように、本体部２０の内側には冷却水を貯えるための空間ＳＰが形成されている。

本体部２０のうち図１の右端となる部分（符号ＧＰが付されている部分）は、タンク１０を射出成型によって成形する際に、ゲートから型内に溶融樹脂が流入した部分となっている。当該部分のことを、以下では「ゲート部ＧＰ」と表記する。

図１においては、ゲート部ＧＰから型内に溶融樹脂が流入した方向、つまり右から左に向かう方向がｘ方向とされており、同方向に沿ってｘ軸が設定されている。また、図１の紙面奥側から手前側に向かう方向がｙ方向とされており、同方向に沿ってｙ軸が設定されている。更に、図１の下方から上方に向かう方向がｚ方向とされており、同方向に沿ってｚ軸が設定されている。図２以降においても、同様にしてｘ軸、ｙ軸、ｚ軸が設定されている。

注水部３０は、空のラジエータに外部から冷却水を注水する際の、冷却水の入口として形成された部分である。注水部３０は、本体部２０のうちｘ方向において概ね中央となる位置から、ｚ方向に向けて突出するように形成されている。注水部３０には、ｚ方向に沿って貫くような円形の貫通穴３１が形成されている（図２を参照）。貫通穴３１により、外部の空間と空間ＳＰとが連通されている。尚、車両においてラジエータと内燃機関との間で冷却水が循環しているときには、貫通穴３１は不図示の蓋によって塞がれた状態とされる。

注水部３０のうち−ｘ方向側の側面には、圧力調整管３２が形成されている。圧力調整管３２は円管状となっており、注水部３０の側面から−ｘ方向側に向かって伸びるように形成されている。圧力調整管３２の内部空間は、注水部３０の内部空間に繋がっている。圧力調整管３２は、冷却水の温度上昇などに起因してタンク１０の内部の圧力が上昇し過ぎた際に、当該圧力を開放する目的で設けられている。圧力調整管３２には、タンク１０の内圧を調整するための不図示の機構（開閉弁等）が接続される。

冷却水通路部４０は、内燃機関とラジエータとの間で循環する冷却水の、タンク１０への入口として形成された部分である。冷却水通路部４０は、本体部２０からｙ方向に向けて突出する第１部分４１と、第１部分４１の途中から概ね−ｘ方向に向けて突出する第２部分４２とを有している。第２部分４２の先端には開口４３が形成されており、冷却水は開口４３を通じてタンク１０の内部（空間ＳＰ）へと供給される。尚、冷却水通路部４０は、上記のようにタンク１０への冷却水の入口として用いられるものであってもよいが、タンク１０からの冷却水の出口として用いられるものであってもよい。

図３及び図４を参照しながら、タンク１０の更に具体的な形状について説明する。図３には、ｙ軸に対して垂直な面で注水部３０を切断した場合の断面が示されている。また、図４には、ｘ軸に対して垂直な面で注水部３０を切断した場合の断面が示されている。両図に示されるように、貫通穴３１の内部には内柱部６０が設けられている。内柱部６０は平板状に形成されており、貫通穴３１において対向する内壁面同士を繋ぐように形成されている。

貫通穴３１の内壁面のうち内柱部６０の一端が繋がっている部分Ｓ１は、上面視において最もゲート部ＧＰに近い部分となっている。また、貫通穴３１の内壁面のうち内柱部６０の他端が繋がっている部分Ｓ２は、上面視において最もゲート部ＧＰから遠い部分となっている。つまり、内柱部６０は、ゲート部ＧＰから貫通穴３１に向かう方向、すなわち成形時において溶融樹脂が流れる方向(以下では「樹脂流れ方向」とも称する）に沿って伸びるように形成されている。本実施形態では、上記の樹脂流れ方向はｘ方向と一致している。

ラジエータと内燃機関との間で冷却水が循環しているときには、冷却水の温度上昇などに起因してタンク１０の内部の圧力が高くなることがある。このため、タンク１０に形成された貫通穴３１の内壁面には、貫通穴３１を押し広げるような力が加えられる。このため、当該力によってタンク１０が破損してしまうことが懸念される。しかしながら、本実施形態では、貫通穴３１の内側に形成された内柱部６０によってタンク１０の強度が向上しており、これによりタンク１０の破損が防止されている。尚、内柱部６０による補強のみで十分である場合には、本体部２０に形成された補強リブ２１を減らしたり無くしたりすることも可能である。

上記のような内柱部６０が形成されていることのもう一つの効果について、図５を参照しながら説明する。図５（Ａ）には、仮に内柱部６０が形成されていないとした場合における、成形時の溶融樹脂の流れが示されている。この場合、ゲート部ＧＰから型内に流入した溶融樹脂は、ｘ方向に沿って流れながら貫通穴３１に向かう。貫通穴３１の近傍に到達した溶融樹脂は、貫通穴３１に沿った二つの流れに分かれることとなる。図５（Ａ）では、これらのうち一方の流れが矢印ＡＲ１で示されており、他方の流れが矢印ＡＲ２で示されている。

二つの溶融樹脂の流れは、貫通穴３１よりもｘ方向側の部分（部分Ｓ２の近傍である）において再度合流する。その結果、当該部分では、貫通穴３１の縁からｘ方向に伸びるようなウェルドラインＷＬ１が生じてしまうこととなる。ウェルドラインＷＬ１では、ｙ軸に沿うような引っ張り応力に対する強度が低下しやすい。このため、ラジエータの内圧が高くなったときには、ウェルドラインＷＬ１を起点としてタンク１０が破損してしまう可能性がある。

図５（Ｂ）には、本実施形態に係るタンク１０の成形時における溶融樹脂の流れが示されている。本実施形態では、矢印ＡＲ１で示される溶融樹脂の流れと、矢印ＡＲ２で示される溶融樹脂の流れとが合流する箇所に、内柱部６０を通過した溶融樹脂の流れ（矢印ＡＲ３）も合流する。つまり、従来であれば図５（Ａ）のようにウェルドラインＷＬ１が生じていた箇所に対して、ウェルドラインＷＬ１に沿うように、内柱部６０を樹脂流れ方向に沿って通過した溶融樹脂が供給される。このため、図５（Ａ）に示されるようなウェルドラインＷＬ１の発生が抑制され、タンク１０の強度低下が防止される。

尚、図５（Ｂ）に示されるような経路で溶融樹脂が流れる場合には、矢印ＡＲ１で示される溶融樹脂の流れと、矢印ＡＲ３で示される溶融樹脂の流れとが合流する箇所に、比較的小さなウェルドラインＷＬ１１が生じることがある。同様に、矢印ＡＲ２で示される溶融樹脂の流れと、矢印ＡＲ３で示される溶融樹脂の流れとが合流する箇所に、比較的小さなウェルドラインＷＬ１２が生じることがある。しかしながら、ウェルドラインＷＬ１１、ＷＬ１２は、いずれも図５（Ａ）のウェルドラインＷＬ１に比べれば小さなものとなるので、タンク１０の強度低下はほとんど生じない。

また、ウェルドラインＷＬ１は、タンク１０のうち応力が集中しやすい箇所（本体部２０のｚ方向側における頂点）に生じていたのに対し、ウェルドラインＷＬ１１、ＷＬ１２は、上記とは異なる箇所に生じる。このため、ウェルドラインＷＬ１１、ＷＬ１２に起因したタンク１０の強度低下は更に生じにくくなっている。

第２実施形態について、図６、７を参照しながら説明する。本実施形態に係るタンク１０Ａは、貫通穴３１の内側に形成された内柱部６０Ａの形状において第１実施形態と異なっている。以下では、第１実施形態と異なる点について主に説明し、第１実施形態と共通する点については適宜説明を省略する。

本実施形態における内柱部６０Ａは、平板状ではなく円柱状となっている。内柱部６０Ａは、その中心軸を樹脂流れ方向（ｘ方向）に沿わせた状態で、貫通穴３１の内壁面のうち部分Ｓ１と部分Ｓ２とを繋ぐように形成されている。このような態様でも、第１実施形態において説明したものと同様の効果を奏する。また、本実施形態では、内柱部６０Ａを円柱状としたことにより、粘度の高い溶融樹脂が内柱部６０Ａに流入しやすくなるという効果も得られる。

第３実施形態について、図８、９を参照しながら説明する。本実施形態に係るタンク１０Ｂは、貫通穴３１の内側に形成された内柱部６０Ｂの形状において第１実施形態と異なっている。以下では、第１実施形態と異なる点について主に説明し、第１実施形態と共通する点については適宜説明を省略する。

本実施形態における内柱部６０Ｂは、第１実施形態と同様に概ね平板状となっている。ただし、図８に示されるように、内柱部６０Ｂのｚ軸に沿った寸法（つまり高さ）は、ｘ方向側に行くほど次第に大きくなっている。図８においては、最も−ｘ方向側における上記寸法が「Ｈ１」と示されており、最もｘ方向側における上記寸法が「Ｈ２」と示されている。Ｈ１はＨ２よりも小さい。

また、図９に示されるように、内柱部６０Ｂのｙ軸に沿った寸法（つまり幅）は、ｘ方向側に行くほど次第に小さくなっている。図９においては、最も−ｘ方向側における上記寸法が「Ｗ１」と示されており、最もｘ方向側における上記寸法が「Ｗ２」と示されている。Ｗ１はＷ２よりも大きい。

ｘ軸に対して垂直な面で内柱部６０Ｂを切断した場合における断面積は、第１実施形態や第２実施形態の場合と同様に、当該切断面のｘ座標によることなく一定となっている。つまり、内柱部６０Ｂは、樹脂流れ方向（ｘ方向）に対し垂直な断面における断面積が、当該断面の位置によって変化しない形状となっている。溶融樹脂の流れに対する抵抗が、内柱部６０Ｂの途中となる位置において局所的に大きくなってしまうようなことが無いため、成形時においてはスムーズに溶融樹脂を通過させることができる。

このような内柱部６０Ｂの形状は、例えば本体部２０の形状等による制約により、内柱部６０Ｂの一端側における高さを低くしなければならない場合等において特に有効である。

以上においては、樹脂成形体がラジエータ用のタンクとして構成されている場合の例について説明した。上記のような樹脂成形体の構成は、他の樹脂製品に対しても適用することができる。例えば、インタークーラの一部に適用することができる。

尚、内部に内柱部が形成される穴は、本実施形態のように貫通穴３１であってもよいが、貫通していない有底の穴であってもよい。

以上、具体例を参照しつつ本実施形態について説明した。しかし、本開示はこれらの具体例に限定されるものではない。これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、条件、形状などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。

１０，１０Ａ，１０Ｂ：タンク
３１：貫通穴
６０，６０Ａ，６０Ｂ：内柱部
ＧＰ：ゲート部

Claims (3)

1. 一部に穴（３１）が形成されている樹脂成形体であって、
   成形時においてゲートから溶融樹脂が流入した部分であるゲート部（ＧＰ）と、
   前記穴において、対向する内壁面同士を繋ぐように形成された内柱部（６０Ｂ）と、を備え、
   前記内柱部は、
   前記ゲート部から前記穴に向かう方向である樹脂流れ方向、に沿って伸びるように形成されており、
   前記内柱部は、
   前記樹脂流れ方向に対し垂直な断面の断面形状が、当該断面の位置によって変化する一方、
   前記樹脂流れ方向に対し垂直な断面における断面積が、当該断面の位置によって変化しない形状となっている樹脂成形体。
2. 内部が高圧となるタンクの一部として形成されている、請求項１に記載の樹脂成形体。
3. 前記タンクはラジエータ用のタンクである、請求項２に記載の樹脂成形体。

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