(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気流のための流動通路を形成する円筒状ボア部と、この円筒状ボア部に配置されたバタフライ弁軸受ボス部と、この円筒状ボア部の一方の端部に円筒状ボア部の長さ方向に直角に接続されている取付用フランジ部とより構成された内燃機関の吸入空気制御装置の殻において、この内燃機関の吸入空気制御装置の殻を無機フィラーで強化された樹脂材料によって構成し、かつ、取付用フランジ部の外周形状を、円形または円形に近い形状としたことを特徴とする、内燃機関の吸入空気制御装置の殻。
【請求項２】
樹脂材料が、ポリフェニレンオキサイド、ポリブチレンテラフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリメチルペンテン、ポリアミド類、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミドより選ばれたものである、請求項１に記載の内燃機関の吸入空気制御装置の殻。
【請求項３】
取付用フランジ部の取付ボルト挿入穴に、円筒金具がインサートされてなる、請求項１または請求項２に記載の内燃機関の吸入空気制御装置の殻。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の吸入空気制御装置の殻（以下、単に「ハウジング」ということがある）に関する。さらに詳しくは、内燃機関の吸気流のための誘導通路を形成する樹脂製の真円度を改良した円筒状ボア部と、取付用フランジ部とより構成された殻（ハウジング）に関する。円筒状ボア部には、吸気量を制御するバタフライ弁が配置されて、内燃機関の吸入空気制御装置とされる。なお、本発明において「真円度」とは真円に対する差をいい、外接円と内接円の半径差をもって真円度とし、ＪＩＳ  Ｂ０６２１の最小自乗中心法に準拠した測定した値をいう。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内燃機関の吸入空気制御装置のハウジングは、そのほとんどが、アルミニウム、亜鉛などの金属材料でダイカスト成形法によって製造した後に、円筒状ボア部内周面を機械加工によって仕上げて製品化している。このため、製作工程が煩雑であると共に、これを製作する際には相当の熟練を必要としていた。さらに、吸入空気制御装置のハウジングの前後に配置される部品のうち、エアーインテークチューブやインテークマニホールドなどは、軽量化を目的として樹脂材料で製造（樹脂化）されいるので、吸入空気制御装置のハウジングも軽量化のため同様に樹脂化が要望されていた。
【０００３】
しかしながら、この吸入空気制御装置のハウジングを樹脂化する場合、金属の機械加工並の寸法精度を達成することは難しい。特に、このハウジングの場合は、円筒状ボア部の長さ方向に直角の方向の切断面が実質上円形の断面を呈しており、円筒状ボア部とバタフライ弁とのクリアランスは、弁全閉時の空気漏れ性能に影響するため、円筒状ボア部内面の真円度は１００μｍ以下の極めて高い寸法精度が要求されている。通常の円筒状成形品の場合、口径が大きくなると共に真円度は大きくなる傾向にあり、吸入空気制御装置のハウジングのような口径が数十mm〜百数十mmの場合には、円筒状ボア部の内面の真円度１００μｍ以下の寸法精度を樹脂製品で達成することは極めて困難である。
【０００４】
従来、高い寸法精度が要求されるハウジングを樹脂化した例として、繊維強化ポリアミド樹脂での実例はあるが、この場合は、弁のシャフトを支える軸受け用ボスを含む円筒状ボア部の口径を、他の部分の径よりも小さく絞り込むことにより円筒状ボア部の真円度の向上を図っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の吸入空気制御装置のハウジングは、図５に平面図、図６に側面図、図７に図５のＡ−Ａ部分（Ｌ字型接続部）の部分拡大縦断面図として示した通り、円筒状ボア部５１と、この一方の端部に、ボア部の長さ方向に対して直角に外側に鍔状に延在する取付用フランジ部５２が設けられた構造のものである。本発明者らは、このハウジングを樹脂化する際に、円筒状ボア部５１の口径を小さく絞り込むことなく、円筒状ボア部の真円度の向上を図った製品とすべく種々検討した。その結果、まず、射出成形法によって得られる樹脂製製品は、射出圧力・樹脂温度のアンバランスによって、成形品に密度の部分差、分子配向・繊維配向の部分差、収縮率の微差などにより製品に変形が生じることを確認した。
【０００６】
また、吸入空気制御装置のハウジングを樹脂化する際においては、射出成形法が採用されるが、このハウジングにバタフライ弁を組立て吸入空気制御装置とし、これを機器本体の適所に配置し締め込み固定する目的で、円筒状ボア部の一方の端部に設けられている取付用フランジ部５２は、従来のものは平面形状が四角形（矩形）とされており、平面形状が四角形のフランジ部の各角部内側に、取付用フランジ部面に直角の方向に取付ボルト挿入用穴５４が配置されており、この取付ボルト挿入用穴５４は、製品を射出成形法によって製造する際に、金型のコアピンによって位置が拘束されるので、この部分には成形収縮が生じ難く、取付ボルト挿入用の穴５４と穴５４との間に、成形収縮による変形が生じることが分った。
【０００７】
さらに、平面形状が四角形のフランジ部は、円筒状ボア部５１の長さ方向に対して直角に切断した断面がＬ字型を呈するように接続されているので（以下、この部分を「Ｌ字型接続部」という）、射出成形法で製造した製品（吸入空気制御装置）は、このＬ字型接続部近傍の樹脂が多くなり肉厚部分と見なされる。このＬ字型接続部の樹脂が多い部分（図７の符号６０参照）には、熱が溜まり易く他の部分より冷却に時間がかかり、この部分が冷却すると他の部分に比べて収縮率が大きくなり、Ｌ字型接続部外周縁部の浮上がりがおこり、および、円筒状ボア内側への収縮による変形が生じることが分った（図７の符号ａ参照）。なお、図７において符号ｂは、パッキング締め代である。
【０００８】
この収縮により、取付用フランジ部５２はソリ、円筒状ボア部５１の真円度が低下することが判明した。特に、円筒状ボア部５１の真円度は、取付ボルト挿入用穴５４付近は収縮率が小さいのに対して、穴と穴の中間部分の収縮率が大きくなり、取付用フランジ部はその平面形状が四葉のクローバー状の形となる。このように変形した製品は、取付ボルト挿入用穴５４に取付用ボルトを挿入して機器本体の所定位置に取付けボルトを締め込むと、取付用フランジ部のソリが影響して円筒状ボア部真円度は更に悪くなることが分った。
【０００９】
このため、本発明者らは、まず、成形条件を種々変更することにより、吸入空気制御装置のハウジングの取付用フランジ部５２のソリや円筒状ボア部５１の変形を小さくすることを試みたが、ソリや変形には変化がなく真円度も目標とする１００μｍには達しなかった。次に、Ｌ字型接続部に対応する部分の金型の温度調節用導管を密に配置して、冷却能力を高くすることも考えたが、湾曲した角部に沿って温度調節用導管を配置することは困難であることが分った。また、Ｌ字型接続部への熱の密集を防ぐため、この部分の肉厚を薄くすることも考えたが、肉厚を薄くするとハウジングの剛性が低下して、耐久性能に問題が生じることが分った。さらに、Ｌ字型接続部の内倒れを防ぐためコーナー補強リブを設置することも考えたが、金型構造上全周へ放射状に補強リブを設置することは困難であることが分った。
【００１０】
かかる状況にあって、円筒状ボア部の一方の端部に、円筒状ボア部の長さ方向に直角に接続されている取付用フランジ部とより構成された内燃機関の吸入空気制御装置の殻（ハウジング）であって、樹脂材料により構成されているにも拘らず、取付用フランジ部のソリが少なく、かつ、円筒状ボア部の変形が小さく真円度が１００μｍ以下のものを提供すべく鋭意検討した結果、本発明を完成するに至ったものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明では、吸気流のための流動通路を形成する円筒状ボア部と、この円筒状ボア部に配置されたバタフライ弁軸受ボス部と、この円筒状ボア部の一方の端部に円筒状ボア部の長さ方向に直角に接続されている取付用フランジ部とより構成された内燃機関の吸入空気制御装置の殻において、この内燃機関の吸入空気制御装置の殻を無機フィラーで強化された樹脂材料によって構成し、かつ、取付用フランジ部の外周形状を、円形または円形に近い形状としたことを特徴とする、内燃機関の吸入空気制御装置の殻を提供する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明に係る内燃機関の吸入空気制御装置の殻（ハウジング）は、円筒状ボア部と、この円筒状ボア部一方の端部に円筒状ボア部の長さ方向に直角に接続されている取付用フランジ部とより構成される。ハウジングを構成する円筒状ボア部の内側適所に、吸気量を制御するバタフライ弁が最大径部に形成された回転軸によって回転自在に軸支されて、内燃機関の吸入空気制御装置とされる。回転軸は、円筒状ボア部の壁面に対向して設けられたボス部に遊嵌される。
【００１３】
本発明に係る内燃機関の吸入空気制御装置のハウジングは、取付用フランジ部の外周形状を、円形または円形に近い形状とする。円形とは、一例を後記する図１に示したように、平面形状が円筒状ボア部と同心円を形成するようにすることを意味する。しかし、取付ボルト挿入用穴を含む円形のフランジでは、取付面積が増大し他の部品と干渉することもあるので、取付ボルト挿入用穴をボス形状とし、ボスを円形の外周から外側に突出させた円形に近い形状とすることもできる（後記の図３参照）。外周形状を円形または円形に近い形状とした取付用フランジ部は、取付ボルト挿入用穴の部分を肉厚とし、他の部分は肉薄にするのが好ましい。
【００１４】
円筒形ボア部が収縮により内側へ変形する応力が作用すると、取付用フランジ部の外周形状を四角形（矩形）とした場合は、取付用フランジ部のフランジ部の外周形状が平面でかつ直線状であるため、応力に打ち勝つだけの支持力が乏しくソリや変形が生じる。これに対し、取付用フランジ部の外周形状を円形または円形に近い形状とすると、円筒形ボア部が収縮により内側へ変形する応力が作用しても、支持力が大きくなり変形応力に対し耐えることができ、四角形（矩形）とした場合に比較しソリや変形が大幅に改善することができる。
【００１５】
取付用フランジ部のソリに対しては、ハウジングの成形条件、形状変更などで対処することは困難であるので、後工程で取付ボルト挿入用穴に円筒状金具をインサートして、ソリの量だけ取付用フランジ部の表面に金具を突出させることが有効である。突出させる量は、ソリ量と同等からソリ量にパッキンの締め代を加えた値以内とすることが好ましく０．１ｍｍ程度である。取付ボルト挿入用穴に金具をインサートするには、熱圧入、超音波圧入などの方法によることができる。このように金具をインサートしたとしても、施工時は受け治具を使用してフランジ部に無理な力を加えないように締め込み固定することが重要である。さらに、金具の頭部を取付用フランジ部の表面から突出させておくと、取付ボルトを締め込んだ際に製品の取付用フランジ部に無理な圧縮応力が作用せず、円筒状ボア部の真円度が悪くなることがなく好ましい。
【００１６】
本発明に係る内燃機関の吸入空気制御装置のハウジングは、樹脂材料によって構成される。ハウジングの製造方法は、射出成形法によるのが好ましい。使用できる樹脂材料は射出成形が可能であり、耐熱性、耐薬品性、耐摩耗性などに優れたものが良く、具体的にはポリフェニレンオキサイド、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリメチルペンテン、ポリアミド類、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルイミド、ポリイミド、ポリアミドイミドなどが挙げられる。これら樹脂材料には、例えば、ガラス繊維、炭素繊維、無機フィラーなどを配合して強化するのが好適である。
【００１７】
【実施例】
以下、本発明を図面に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はその趣旨を超えない限り以下の記載例に限定されるものではない。
【００１８】
［実施例１］
図１は、本発明に係る内燃機関の吸入空気制御装置の殻（ハウジング）一例の平面図であり、図２は、図１に示した製品の側面図であり、取付用フランジ部の外周形状は円形とされている。図１および図２において、１１は円筒状ボア部、１２は取付用フランジ部、１３はバタフライ弁軸受けボス部、１４は取付ボルト挿入用穴、１５はストッパー（閉）、１６はストッパー（開）、１７はスプリング取付座である。
【００１９】
ガラス繊維強化ポリフェニレンサルファイド（三菱エンジニアリングプラスチックス社製、商品名：ノバップス７７０Ｆ１Ｘ２）を原料樹脂として、射出成形機（東芝機械社製：ＩＳ１５０成形機）で、全体の高さ８０mm、円筒状ボア部の高さ７０mm、円筒状ボア部の外径６５mm、内径６０mm、取付用フランジ部の外径１０８mmの成形品のハウジングを製造した。得られた成形品を、常温で２４時間放置したあと、円筒状ボア部内面であってボア部の上端から３５mmの位置での真円度を、東京精密社製のロンコムＩＤ−４４で測定した結果は、８５μｍであった。
【００２０】
図１に示した例において、軸受けボスの位置を１０mm単位で変更し、変更した位置での真円度を測定したところ、上端から１５mmの位置では１２０μｍ、上端から２５mmの位置は９０μｍ、上端から３５mmの位置では８５μｍ、上端から４５mmの位置は１００μｍ、上端から５５mmの位置は１２０μｍであった。軸受けボスの位置が上端から１５mm以上離れると、目標値の１００μｍ真円度が得られることが分った。
【００２１】
［実施例２］
図３は、本発明に係る内燃機関の吸入空気制御装置のハウジングの他の例の平面図であり、図４は、図３に示したハウジングの側面図である。図３および図４において、３１は円筒状ボア部、３２は取付用フランジ部、３３はバタフライ弁軸受けボス部、３４は取付ボルト挿入用穴、３５はストッパー（閉）、３６はストッパー（開）、３７はスプリング取付座、３８は取付ボルト用ボス部をそれぞれ示す。
【００２２】
図４は、取付用フランジ部の外周形状は円形であるが、取付ボルト挿入用穴をボス形状とし円形の外周縁から外側に突出させたものである。実施例１におけると同様の手順で射出成形法によって、全体の高さ７５mm、円筒状ボア部の高さ６５mm、円筒状ボア部の外径６５mm、内径６０mm、取付用フランジ部の外径８０mm、対向するボスの外側までのスパン１２０mmの成形品であるハウジングを製造した。得られたハウジングを、常温で２４時間放置したあと、円筒状ボア部内面であってボア部の上端から４０mmの位置での真円度を、実施例１におけると同様に測定した結果、９０μｍであり、目標値の１００μｍ以下であった。
【００２３】
この例で得たハウジングの取付ボルト挿入用穴に、３００℃に加熱したインサート金具（東海金属工業社製：ダッジウルトラサート４、ネジ無しφ９通し穴付き）を熱圧入し、インサート金具を取付用フランジ部の表裏にそれぞれ０．１mm突出してインサートした。この製品を取り付けボルトを用いて相手部品に締め込んだ後、再度同様に真円度を測定したところ９０μｍで変化がなく、目標値の１００μｍ以下であった。
【００２４】
［比較例１］
図５は、従来の内燃機関の吸入空気制御装置のハウジングの一例の平面図であり、図６は、図５に示した製品の側面図であり、取付用フランジ部の外周形状は四角形であり、図７は、図５のＡ−Ａ部分（Ｌ字型接続部）の部分拡大縦断面図である。図７において、図５ないし図７において、５１は円筒状ボア部、５２は取付用フランジ部、５３はバタフライ弁軸受けボス部、５４は取付ボルト挿入用穴、５５はストッパー（閉）、５６はストッパー（開）、５８は取付ボルト用ボス部、５９はパッキン、６０は冷却が遅れる部分（熱の密集部）である。
【００２５】
実施例１におけると同様の手順で射出成形法によって、全体の高さ７５mm、円筒状ボア部の高さ６５mm、円筒状ボア部の外径６５mm、内径６０mm、９０mm×９０mmの四角形の取付用フランジ部を有するウジングを製造した。得られたハウジングを、常温で２４時間放置したあと、円筒状ボア部内面であってボア部の上端から４０mmの位置での真円度を、実施例１におけると同様に測定した結果、１２０μｍであり、目標値の１００μｍを超えていた。
【００２６】
この例で得たハウジングは、図７に示す通り四角形の取付用フランジ部の外周縁部に浮上がり（符号ａ相当分）が起こり、ソリが発生した。これは、図７に示す箇所に熱が密集し、冷却されにくくなったことにより収縮が大きくなりソリが発生したものである。このまま取り付けボルトを用いて相手部品に締め込んだ後、再度真円度を測定したところ１５０μｍであり、真円度が悪化した。
【００２７】
【発明の効果】
本発明は以上詳細に説明した通りであり、次の様な特別に有利な効果を奏し、その産業上の利用価値は極めて大である。
１．本発明に係る樹脂製内燃機関の吸入空気制御装置の殻（ハウジング）は、射出成形法によって製品の製造が可能であるので、従来の金属製品の殻を製造する際に行っていた後工程での機械仕上げが不要となり、工程の削減、簡素化を計ることができてコスト面で極めて有利である。
２．本発明に係る殻（ハウジング）は、殻を構成する円筒状ボア部の口径を他の部分の径よりも小さく絞り込むことなく、円筒状ボア部の真円度の向上が可能であるので、絞り込みによる吸気量の低減が防止でき、内燃機関の吸入空気制御装置の性能の向上に寄与できる。
【００２８】
３．本発明に係る殻（ハウジング）は、樹脂材料によって製造することにより殻の軽量化が図れるばかりでなく、樹脂材料の熱伝導率が金属に比較して小さいので、弁近傍の流速が高まったときに生じる弁近傍のアイシング防止にも極めて有効である。
４．本発明に係る殻（ハウジング）にソリが発生した場合であっても、取付ボルト用穴に後工程で円筒状金具をインサートすることにより、取付ボルト締め付けによる真円度の悪化が生じない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る吸入空気制御装置の殻の一例の平面図である。
【図２】  図１に示した製品の側面図である。
【図３】  本発明に係る吸入空気制御装置の殻の他の例の平面図である。
【図４】  図３に示した製品の側面図である。
【図５】  従来の吸入空気制御装置の殻の一例の平面図である。
【図６】  図５に示した製品の側面図である。
【図７】  図５のＡ−Ａ部分の部分拡大縦断面図である。
【符号の説明】
１１、３１、５１：円筒状ボア部
１２、３２、５２：取付用フランジ部
１３、３３、５３：バタフライ弁軸受けボス部
１４、３４、５４：取付ボルト挿入用穴
１５、３５、５５：ストッパー（閉）
１６、３６、５６：ストッパー（開）
１７、３７、５７：スプリング取付座
３８、５８：取付ボルト用ボス部
５９：パッキン
６０：冷却が遅れる部分（熱の密集部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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