WO2021205838A1 - 吸気管加熱装置の製造方法および吸気管加熱装置 - Google Patents

Abstract

ポリイミド樹脂を含む絶縁性フィルムが支持部に確実に接着した吸気管加熱装置の製造方法および吸気管加熱装置を提供する。吸気管加熱装置の製造方法は、ポリイミド樹脂を含む第１の樹脂から形成された絶縁性フィルムの裏面に沿って延びるように金属材料から形成される電熱部を配置し、ポリフェニレンサルファイド樹脂を含む第２の樹脂から形成された支持部に対して電熱部が密着するように、電熱部を間に挟んで絶縁性フィルムを支持部に対して圧着し、エンジンの吸気管内に絶縁性フィルムが露出するように支持部を吸気管に取り付ける。

Description

吸気管加熱装置の製造方法および吸気管加熱装置

　本開示は、吸気管加熱装置の製造方法および吸気管加熱装置に関する。

　従来から、例えば、溶液を加熱して溶液の混合度を向上させる加熱装置が提案されている。一般的に、加熱装置は、通電により加熱される電熱部が絶縁性フィルム内に配置され、この絶縁性フィルムが支持部に対して接着されている。このとき、絶縁性フィルムを支持部に対して容易に接着することが求められる。

　そこで、絶縁性フィルムを容易に接着する技術として、例えば、特許文献１には、暖房便座の製造に際して、成形品の裏面に発熱体を手作業で取り付ける手間を解消する暖房便座の製造方法が提案されている。この方法は、発熱体を覆う樹脂層が成形品に対して接着されるため、樹脂層を容易に接着させることができる。

日本国特開平１０－２３４６２１号公報

　しかしながら、特許文献１の方法は、発熱体を覆う樹脂層を成形品に対して直接的に接着するため、成形品に対して接着力の低い材料を樹脂層に用いることが困難であった。例えば、エンジンの吸気管に用いられるポリフェニレンサルファイド樹脂は、ポリイミド樹脂に対して接着力が低いため、吸気管を加熱する吸気管加熱装置において、支持部を吸気管に対応してポリフェニレンサルファイド樹脂で形成すると、ポリイミド樹脂を含む絶縁性フィルムを支持部に接着させることが困難となる。

　本開示は、ポリイミド樹脂を含む絶縁性フィルムが支持部に確実に接着した吸気管加熱装置の製造方法および吸気管加熱装置を提供することを目的とする。

　本開示に係る吸気管加熱装置の製造方法は、ポリイミド樹脂を含む第１の樹脂から形成された絶縁性フィルムの裏面に沿って延びるように金属材料から形成される電熱部を配置し、ポリフェニレンサルファイド樹脂を含む第２の樹脂から形成された支持部に対して電熱部が密着するように、電熱部を間に挟んで絶縁性フィルムを支持部に対して圧着し、エンジンの吸気管内に絶縁性フィルムが露出するように支持部を吸気管に取り付けるものである。

　本開示に係る吸気管加熱装置は、ポリイミド樹脂を含む第１の樹脂から形成された絶縁性フィルムと、絶縁性フィルムの裏面に沿って延びるように配置され、金属材料から形成されて通電により加熱する電熱部と、ポリフェニレンサルファイド樹脂を含む第２の樹脂から形成され、電熱部を密着させた状態で電熱部を間に挟んで絶縁性フィルムが接着されて、エンジンの吸気管内に絶縁性フィルムの表面が露出するように吸気管に取り付けられる支持部とを備えるものである。

　本開示によれば、ポリイミド樹脂を含む絶縁性フィルムを支持部に確実に接着させることが可能となる。

図１は、本開示の実施の形態に係る吸気管加熱装置を備えたエンジンの構成を示す図である。 図２は、吸気管加熱装置の要部の構成を示す図である。 図３は、電熱部が形成される様子を示す図である。 図４は、絶縁性フィルムが金型内に配置された様子を示す図である。 図５Ａは、実施の形態２に係る加熱装置の製造方法を示す図である。 図５Ｂは、実施の形態２に係る加熱装置の製造方法を示す図である。 図５Ｃは、実施の形態２に係る加熱装置の製造方法を示す図である。

　以下、本開示に係る実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

（実施の形態１）
　図１に、本開示の実施の形態１に係る吸気管加熱装置を備えたエンジンの構成を示す。エンジンは、例えば、吸気工程、圧縮工程、膨張工程および排気工程の４つの工程を繰り返す、いわゆる４ストローク機関であり、シリンダー１ａと、ピストン１ｂと、点火プラグ１ｃと、吸気バルブ１ｄと、排気バルブ１ｅと、吸気管２と、排気管３と、インジェクタ４と、吸気管加熱装置５とを有する。

　シリンダー１ａは、内部に燃焼室Ｃが形成され、上部には吸気口Ｐ１および排気口Ｐ２が形成されている。

　ピストン１ｂは、シリンダー１ａの燃焼室Ｃに配置され、燃焼室Ｃを往復運動する。ピストン１ｂは、上昇することで燃焼室Ｃ内の混合気を圧縮した後、点火プラグ１ｃにより混合気が燃焼され、その燃焼ガスの膨張により下降する。そして、ピストン１ｂは、再び上昇することで燃焼室Ｃから燃焼ガスを排気口Ｐ２から排出した後、下降して吸気口Ｐ１から燃焼室Ｃに混合気を吸入する。

　点火プラグ１ｃは、ピストン１ｂで圧縮された混合気に点火して燃焼させるもので、燃焼室Ｃの上部に配置されている。

　吸気バルブ１ｄは、吸気口Ｐ１に配置され、燃焼室Ｃに混合気を吸入するときに吸気口Ｐ１を開くように形成されている。
　排気バルブ１ｅは、排気口Ｐ２に配置され、燃焼室Ｃから燃焼ガスを排出するときに排気バルブ１ｅを開くように形成されている。

　吸気管２は、シリンダー１ａに向かって空気を導くもので、先端部がシリンダー１ａの吸気口Ｐ１に接続され、その先端部近傍において空気と燃料が混合される。そして、吸気管２は、先端部近傍で混合された混合気をシリンダー１ａの吸気口Ｐ１を介して燃焼室Ｃに導く。ここで、吸気管２は、ポリフェニレンサルファイド樹脂から形成されている。

　排気管３は、シリンダー１ａの燃焼室Ｃから排出された燃焼ガスを外部に導くもので、シリンダー１ａの排気口Ｐ２に接続されている。
　インジェクタ４は、吸気管２に配置され、吸気管２の先端部近傍に向かって燃料を噴射する。

　なお、シリンダー１ａ、ピストン１ｂ、吸気バルブ１ｄ、排気バルブ１ｅおよび排気管３は、例えば、金属から形成することができる。

　吸気管加熱装置５は、絶縁性フィルム６と、電熱部７と、支持部８と、温度測定部９と、温度制御部１０とを有する。
　絶縁性フィルム６は、吸気管２の先端部近傍において吸気管２内に露出するように配置、すなわち空気と燃料が混合される部分に露出するように配置される。絶縁性フィルム６は、フィルム形状を有し、耐熱性、耐燃料性（燃料に対する耐性）および絶縁性を有するポリイミド樹脂から形成されている。

　電熱部７は、絶縁性フィルム６の裏面に沿って延びるように配置されている。電熱部７は、金属材料から形成されており、通電により加熱する。これにより、電熱部７は、絶縁性フィルム６の表面側、すなわち吸気管２において空気と燃料が混合される部分を加熱する。電熱部７は、例えば、銅などから構成することができる。

　支持部８は、絶縁性フィルム６および電熱部７を支持するもので、吸気管２内に絶縁性フィルム６が露出するように吸気管２に一体に固定されている。ここで、支持部８は、吸気管２と同様に、ポリフェニレンサルファイド樹脂から形成されている。すなわち、支持部８は、絶縁性フィルム６を構成するポリイミド樹脂との接着力が電熱部７を構成する金属材料より低い材料から形成されることになる。このため、支持部８は、電熱部７を間に挟んで電熱部７を密着させた状態で絶縁性フィルム６が接着されている。

　温度測定部９は、吸気管２内の温度を測定するもので、吸気管２内に露出するように配置されている。
　温度制御部１０は、温度測定部９で測定された吸気管２内の温度に基づいて、電熱部７への給電を制御して加熱温度を調節する。

　図２に示すように、支持部８は、吸気管２に沿って湾曲した形状を有し、その表面に沿って絶縁性フィルム６および電熱部７が配置されている。電熱部７は、所定の方向に延びる複数の延在部７ａが所定の方向と直交する方向に並ぶように蛇行して配置されている。

　次に、吸気管加熱装置５の製造方法について説明する。

　まず、図３に示すように、ポリイミド樹脂から形成された絶縁性フィルム６の裏面６ａに沿って延びるように電熱部７を配置する。このとき、絶縁性フィルム６の裏面６ａ上に金属膜用の接着剤を塗布することにより、絶縁性フィルム６に対して電熱部７を接着することができる。

　このように、ポリイミド樹脂から絶縁性フィルム６を形成することにより、絶縁性フィルム６を平坦なフィルム形状に形成することができ、電熱部７を絶縁性フィルム６上に容易に配置することができる。

　ここで、電熱部７は、端子１１ａと端子１１ｂの間を、絶縁性フィルム６の裏面６ａに沿って延びるように配置される。具体的には、電熱部７は、所定の方向Ｘに延びる複数の延在部７ａが所定の方向Ｘと直交する方向Ｙに等間隔で並ぶように蛇行して形成されている。
　このように、電熱部７は、蛇行して形成されることにより、絶縁性フィルム６の全面に広がるように配置することができる。

　続いて、図４に示すように、電熱部７を配置した絶縁性フィルム６が、金型１２内に配置される。ここで、電熱部７および絶縁性フィルム６の裏面６ａ上に接着剤を塗布した状態で、絶縁性フィルム６が金型１２内に配置される。
　このとき、絶縁性フィルム６は、電熱部７を金型１２の成型空間（キャビティ）Ｃａ側に向けて金型１２内に配置される。すなわち、絶縁性フィルム６は、表面６ｂが金型１２に当接すると共に裏面６ａが成型空間Ｃａ側を向くように配置される。

　このようにして、絶縁性フィルム６が金型１２内に配置されると、ポリフェニレンサルファイド樹脂Ｒが金型１２の流入口Ｆから成型空間Ｃａに注入される。これにより、図２に示すように、ポリフェニレンサルファイド樹脂Ｒから構成された支持部８が成型されると同時に、支持部８の表面に電熱部７が密着するように電熱部７を間に挟んで絶縁性フィルム６がインサート成形で支持部８に圧着される。

　一般的に、ポリフェニレンサルファイド樹脂Ｒは、ポリイミド樹脂に対する接着力が低く、ポリフェニレンサルファイド樹脂Ｒから形成された支持部８に対して、ポリイミド樹脂から形成された絶縁性フィルム６を直接的に接着させることが困難であった。このため、絶縁性フィルム６は、例えば、両面テープなどの接着部材を介して支持部８に接着されていた。

　そこで、上記のように、支持部８に対して電熱部７が密着するように電熱部７を間に挟んで絶縁性フィルム６を支持部８に対して圧着させることにより、金属材料から形成された電熱部７を介して支持部８に絶縁性フィルム６を確実に接着することができる。
　このように、両面テープなどの接着部材を介さずに、絶縁性フィルム６を支持部８に直接的に接着させるため、絶縁性フィルム６を平坦に形成することができる。また、絶縁性フィルム６をインサート成形で圧着するため、絶縁性フィルム６を支持部８に対して容易に接着させることができる。

　また、支持部８に対して電熱部７を間に挟んだ状態で絶縁性フィルム６を圧着することにより、電熱部７が支持部８内に入り込んだ状態で接着される。これにより、絶縁性フィルム６を支持部８に対して強固に接着させることができる。

　なお、電熱部７は、側方に突出する返し部を配置することもできる。ここで、返し部は、電熱部７から側方に突出していればよく、例えば電熱部７を粗面加工することで形成してもよい。これにより、返し部が支持部８に係合するため、絶縁性フィルム６を支持部８に対してより強固に接着させることができる。

　また、接着剤が塗布された電熱部７を間に挟んで支持部８に絶縁性フィルム６が圧着されるため、絶縁性フィルム６を支持部８に対して強固に接着させることができる。

　実際に、接着剤が塗布された電熱部７を間に挟んで、ポリイミド樹脂から構成された絶縁性フィルム６をポリフェニレンサルファイド樹脂Ｒから構成された支持部８に対してインサート成形で圧着した。その結果、絶縁性フィルム６が、電熱部７に接着剤を塗布しない場合と比較して、支持部８に対して強固に接着することがわかった。特に、エポキシ系の接着剤を塗布することにより、絶縁性フィルム６が、支持部８に対してより強固に接着された。

　ここで、金型１２の流入口Ｆから成型空間Ｃａに注入されるポリフェニレンサルファイド樹脂Ｒは、図３に示すように、所定の方向Ｘに沿うように成型空間Ｃａに注入されることが好ましい。これにより、ポリフェニレンサルファイド樹脂Ｒは、複数の延在部７ａに沿って注入されるため、電熱部７がポリフェニレンサルファイド樹脂Ｒの注入圧力で破損するのを抑制することができる。

　そして、絶縁性フィルム６が支持部８に接着されると、エンジンの吸気管２内に絶縁性フィルム６が露出するように支持部８を配置して、吸気管２に対して支持部８一体に固定する。例えば、支持部８は、再度、成型することにより、吸気管２に対して一体に固定することができる。
　このようにして、吸気管加熱装置を製造することができる。

　次に、本実施の形態の動作について説明する。

　まず、図１に示すように、吸気管２からシリンダー１ａに向かって空気が導かれる一方、吸気管２の先端部近傍に向かって、すなわち吸気管加熱装置５の絶縁性フィルム６の表面上に向かってインジェクタ４から燃料が噴射される。これにより、絶縁性フィルム６の表面上において空気と燃料が混合された混合気が形成され、その混合気が吸気口Ｐ１を介してシリンダー１ａの燃焼室Ｃに流入する。そして、燃焼室Ｃに流入した混合気は、ピストン１ｂで圧縮された後、点火プラグ１ｃで燃焼されて、燃焼ガスとして排気口Ｐ２から排気管３に排出される。

　このとき、温度測定部９が、吸気管２内の温度を測定し、その温度情報を温度制御部１０に順次出力する。温度制御部１０は、温度測定部９で測定された温度情報に基づいて電熱部７に給電し、これにより電熱部７が加熱される。電熱部７は、例えば、約１００度以上に加熱することができる。

　電熱部７の加熱により、絶縁性フィルム６の表面が加熱されるため、絶縁性フィルム６の表面に付着した燃料を加熱して気化させることがきる。これにより、絶縁性フィルム６の表面上において空気と燃料を確実に混合することができ、混合度の高い混合気を形成することができる。これにより、混合度の高い混合気がシリンダー１ａの燃焼室Ｃに供給されるため、混合気を確実に燃焼させることができ、一酸化炭素などの有害物質の発生を抑制することができる。
　このようにして、温度制御部１０が、温度測定部９の温度情報に基づいて電熱部７の加熱温度を調節することにより、混合度の高い混合気をシリンダー１ａの燃焼室Ｃに順次供給することができる。

　このとき、絶縁性フィルム６は、ポリイミド樹脂から構成されるため、吸気管２内の燃料から電熱部７を確実に保護することができる。また、支持部８は、ポリフェニレンサルファイド樹脂から構成されるため、絶縁性フィルム６および電熱部７を強固に支持することができる。

　また、絶縁性フィルム６は、金属材料から形成された電熱部７を支持部８に密着させた状態で支持部８に確実に接着されるため、燃料、エンジンオイル、凝縮水、排気再循環ガス成分などの流体の侵入を防ぎ、電熱部７を確実に保護することができる。
　また、絶縁性フィルム６は、支持部８に対して平坦に配置されるため、電熱部７の熱を厚み方向に均一に伝導させることができ、燃料を効率的に加熱することができる。

　本実施の形態によれば、ポリイミド樹脂を含む樹脂から形成された絶縁性フィルム６が、ポリフェニレンサルファイド樹脂を含む樹脂から形成された支持部８に対して、金属材料から形成された電熱部７が密着するように電熱部７を間に挟んで支持部８に圧着される。このため、ポリイミド樹脂を含む絶縁性フィルム６を支持部８に対して確実に接着させることができる。

（実施の形態２）
　以下、本開示の実施の形態２について説明する。ここでは、上記の実施の形態１との相違点を中心に説明し、上記の実施の形態１との共通点については、共通の参照符号を使用して、その詳細な説明を省略する。

　上記の実施の形態１では、電熱部７は、接着剤により絶縁性フィルム６の裏面６ａ上に接着されたが、絶縁性フィルム６の裏面６ａに沿って延びるように配置されていればよく、これに限られるものではない。

　例えば、図５Ａに示すように、液状に形成されたポリイミド樹脂の前駆体、例えばポリイミドワニス２１を金属板２２の表面上に塗布することができる。

　金属板２２に塗布されたポリイミドワニス２１は、図５Ｂに示すように、熱処理することによりイミド化して硬化されて、ポリイミド樹脂からなる絶縁性フィルム６が金属板２２上に生成される。このとき、液状のポリイミドワニス２１が金属板２２の表面に密着した状態で硬化されるため、接着剤などを介さずに、金属板２２の表面上に絶縁性フィルム６を直接的に接着させることができる。

　ここで、液状のポリイミドワニス２１は、金属板２２の表面上に凹凸部を形成した後に、金属板２２の表面上に塗布することが好ましい。これにより、ポリイミドワニス２１が金属板２２の凹凸部の間に入り込んで、絶縁性フィルム６を金属板２２の表面上に強固に接着させることができる。

　このようにして、金属板２２に絶縁性フィルム６が接着されると、図５Ｃに示すように、金属板２２が加工されて、絶縁性フィルム６の裏面６ａに沿って延びるように電熱部７が形成される。例えば、電熱部７は、金属板２２をエッチング加工することにより形成することができる。これにより、絶縁性フィルム６の裏面６ａに直接的に接着させた状態で電熱部７を配置することができる。

　そして、実施の形態１と同様に、電熱部７が配置された絶縁性フィルム６を金型１２内に配置して、ポリフェニレンサルファイド樹脂Ｒが金型１２内に注入される。これにより、ポリフェニレンサルファイド樹脂Ｒから構成された支持部８が、電熱部７を間に挟んで絶縁性フィルム６に圧着されることになる。

　このとき、絶縁性フィルム６と電熱部７は、接着剤などを介さずに直接的に接着されているため、金型１２内に注入されるポリフェニレンサルファイド樹脂Ｒの熱などで接着力が低下することを抑制することができ、電熱部７の姿勢を維持しつつ絶縁性フィルム６を支持部８に強固に接着させることができる。

　また、絶縁性フィルム６と電熱部７が、直接的に接着されているため、製造された吸気管加熱装置を吸気管２に配置した場合に、吸気管２内の熱などで接着力が低下することを抑制することができる。

　本実施の形態によれば、液状に形成されたポリイミドワニス２１を金属板２２の表面上に塗布した後に、ポリイミドワニス２１を硬化して金属板２２に絶縁性フィルム６を接着させる。これにより、絶縁性フィルム６と電熱部７が、直接的に接着されるため、外部からの熱などで接着力が低下することを抑制することができる。

　なお、上記の実施の形態１および２では、電熱部７は、複数の延在部７ａが所定の方向Ｘと直交する方向Ｙに並ぶように配置されたが、所定の方向Ｘと交差する方向に並ぶように配置されていればよく、これに限られるものではない。

　また、上記の実施の形態１および２では、絶縁性フィルム６は、ポリイミド樹脂から形成されたが、ポリイミド樹脂を含む樹脂から形成されていればよく、ポリイミド樹脂のみから形成されるものに限られるものではない。
　また、上記の実施の形態１および２では、支持部８は、ポリフェニレンサルファイド樹脂から形成されたが、ポリフェニレンサルファイド樹脂を含む樹脂から形成されていればよく、ポリフェニレンサルファイド樹脂のみから形成されるものに限られるものではない。

　その他、上記の実施の形態は、何れも本発明の実施をするにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。例えば、上記の実施の形態で説明した各部の形状や個数などについての開示はあくまで例示であり、適宜変更して実施することができる。

　本出願は、２０２０年４月８日付で出願された日本国特許出願（特願２０２０－０６９８２９）および２０２０年９月１１日付で出願された日本国特許出願（特願２０２０－１５２９１２）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

　本開示に係る吸気管加熱装置の製造方法は、支持部と絶縁性フィルムの間に電熱部が配置された吸気管加熱装置の製造方法に利用できる。

１ａ　シリンダー
１ｂ　ピストン
１ｃ　点火プラグ
１ｄ　吸気バルブ
１ｅ　排気バルブ
２　吸気管
３　排気管
４　インジェクタ
５　吸気管加熱装置
６　絶縁性フィルム
６ａ　裏面
６ｂ　表面
７　電熱部
７ａ　延在部
８　支持部
９　温度測定部
１０　温度制御部
１１ａ，１１ｂ　端子
１２　金型
２１　ポリイミドワニス
２２　金属板
Ｃ　燃焼室
Ｐ１　吸気口
Ｐ２　排気口
Ｘ　方向
Ｙ　方向
Ｃａ　成型空間
Ｆ　流入口
Ｒ　ポリフェニレンサルファイド樹脂

Claims (7)

1. 　ポリイミド樹脂を含む第１の樹脂から形成された絶縁性フィルムの裏面に沿って延びるように金属材料から形成される電熱部を配置し、
   　ポリフェニレンサルファイド樹脂を含む第２の樹脂から形成された支持部に対して前記電熱部が密着するように、前記電熱部を間に挟んで前記絶縁性フィルムを前記支持部に対して圧着し、
   　エンジンの吸気管内に前記絶縁性フィルムが露出するように前記支持部を前記吸気管に取り付ける吸気管加熱装置の製造方法。
2. 　前記電熱部にエポキシ系の接着剤を塗布し、前記接着剤が塗布された前記電熱部を間に挟んで前記支持部に前記絶縁性フィルムを圧着する請求項１に記載の吸気管加熱装置の製造方法。
3. 　前記電熱部を成型空間側に向けて前記絶縁性フィルムを金型内に配置し、
   　前記第２の樹脂を前記成型空間に注入することにより、前記支持部の表面に前記電熱部を間に挟んで前記絶縁性フィルムを圧着する請求項１に記載の吸気管加熱装置の製造方法。
4. 　前記電熱部は、所定の方向に延びる複数の延在部が前記所定の方向と交差する方向に並ぶように蛇行して配置され、
   　前記第２の樹脂は、前記所定の方向に沿って前記成型空間に注入される請求項３に記載の吸気管加熱装置の製造方法。
5. 　液状に形成された前記ポリイミド樹脂の前駆体を金属板の表面上に塗布し、前記ポリイミド樹脂の前駆体を硬化して前記金属板に前記絶縁性フィルムを接着した後、前記金属板を加工して前記絶縁性フィルムの裏面に沿って延びるように前記電熱部を形成する請求項１に記載の吸気管加熱装置の製造方法。
6. 　前記ポリイミド樹脂の前駆体は、ポリイミドワニスである請求項５に記載の吸気管加熱装置の製造方法。
7. 　ポリイミド樹脂を含む第１の樹脂から形成された絶縁性フィルムと、
   　前記絶縁性フィルムの裏面に沿って延びるように配置され、金属材料から形成されて通電により加熱する電熱部と、
   　ポリフェニレンサルファイド樹脂を含む第２の樹脂から形成され、前記電熱部を密着させた状態で前記電熱部を間に挟んで前記絶縁性フィルムが接着されて、エンジンの吸気管内に前記絶縁性フィルムの表面が露出するように前記吸気管に取り付けられる支持部とを備える吸気管加熱装置。

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