(57)【要約】【課題】自動車や航空機のエンジンの吸気系に組み込まれるスロットルボディにおいて、その筐体を構成する部材に要求される各種の特性を向上させる。【解決手段】スロットルボディ筐体２の材料として、液晶ポリエステルを採用する。これにより、スロットルボディ筐体２の吸湿に起因する寸法の狂いや機械的強度の低下を防ぐことができる。また、スロットルボディ筐体２の成形時の寸法精度を向上させることができる。さらに、スロットルボディ筐体２の耐熱性を十分に高めることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スロットルボディを構成するスロットルボディ筐体であって、
液晶ポリエステルから構成されていることを特徴とするスロットルボディ筐体。
【請求項２】
請求項１に記載のスロットルボディ筐体にスロットルバルブが組み込まれていることを特徴とするスロットルボディ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、自動車（四輪自動車、三輪自動車、二輪自動車など）や航空機のエンジン（内燃機関）の吸気系に組み込まれるスロットルボディに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のスロットルボディにおいては、その筐体（スロットルボディ筐体）としてアルミニウム切削品などの金属製品が主に使用されてきた。
【０００３】
ところが、近年の軽量化および低コスト化の要望に応えるべく、樹脂製のスロットルボディ筐体が使われ始めている（例えば、特許文献１、２参照）。具体的には、ポリアミド（ＰＡ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）などの樹脂がスロットルボディ筐体の材料として提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２３２００１号公報（段落〔００４２〕の欄）
【特許文献２】特開２００９−１９７６０１号公報（段落〔００２７〕の欄）
【特許文献３】特開２００４−１８６１４号公報（段落〔０００２〕の欄）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、これらの樹脂では、それぞれ次のような欠点があることから、こうした欠点を伴わない代替材料が望まれていた。
【０００６】
すなわち、ポリアミドは、吸湿しやすいことから、寸法が狂うとともに、機械的強度が低下する。また、ポリアミドは、結晶性樹脂であるため、冷えると収縮する性質を有することから、成形時の寸法精度が劣る。さらに、ポリアミドは、耐熱性が十分に高いとは言えないため、スロットルボディの設置されるエンジンルームが約１５０℃の高温に達することを考慮すると、スロットルボディ筐体の材料には適さない。
【０００７】
一方、ポリエーテルイミドやポリブチレンテレフタレートは、いずれも耐熱性が十分に高いとは言えないため、スロットルボディの設置されるエンジンルームが約１５０℃の高温に達することを考慮すると、スロットルボディ筐体の材料には適さない。
【０００８】
そこで、本発明は、このような事情に鑑み、上述した欠点のないスロットルボディ筐体およびスロットルボディを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
かかる目的を達成するため、本発明者は、スロットルボディ筐体の吸湿に起因する寸法の狂いや機械的強度の低下を防ぎ、スロットルボディ筐体の成形時の寸法精度を向上させ、スロットルボディ筐体の耐熱性を十分に高めるべく、スロットルボディ筐体の材料として液晶ポリエステルを採用することに着目し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
すなわち、請求項１に記載の発明は、スロットルボディを構成するスロットルボディ筐体であって、液晶ポリエステルから構成されているスロットルボディ筐体としたことを特徴とする。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のスロットルボディ筐体にスロットルバルブが組み込まれているスロットルボディとしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ほとんど吸湿せず、冷却時に収縮しにくく、耐熱性に優れるという特性を有する液晶ポリエステルをスロットルボディ筐体の材料として採用したことから、スロットルボディ筐体の吸湿に起因する寸法の狂いや機械的強度の低下を防ぎ、また、スロットルボディ筐体の成形時の寸法精度を向上させ、さらに、スロットルボディ筐体の耐熱性を十分に高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１に係るスロットルボディを示す斜視図である。
【図２】同実施の形態１に係るスロットルボディが四輪自動車のエンジンの吸気系に組み込まれた状態を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
［発明の実施の形態１］
【００１５】
図１および図２には、本発明の実施の形態１を示す。
【００１６】
この実施の形態１に係るスロットルボディ１は、図１に示すように、所定形状のスロットルボディ筐体２を備えている。スロットルボディ筐体２は円筒状のボア部２ａを有しており、ボア部２ａ内には吸気通路４が形成されている。このボア部２ａには、金属製のスロットルシャフト５を介してバタフライ形（円形）のスロットルバルブ３が９０°回転自在に支持されており、スロットルシャフト５にはリターンスプリング（図示せず）が、スロットルバルブ３を閉弁方向へ付勢するように取り付けられている。また、スロットルボディ筐体２は円筒状のモータ収容部２ｂを有しており、モータ収容部２ｂには直流モータ６が収容されて固定されている。直流モータ６の出力軸には、歯車列（ギヤトレイン）７を介してアクチュエータ９が連結されており、アクチュエータ９はスロットルシャフト５に連結されている。
【００１７】
そして、図２に示すように、このスロットルボディ１を四輪自動車のインテークマニホールド１０とエンジン１１との間に設置した状態で、アクセルペダル１２が操作されると、その操作量に応じて直流モータ６の出力軸が所定の回転角度だけ回転し、その回転力が歯車列７およびアクチュエータ９を介してスロットルシャフト５に伝達され、スロットルバルブ３が所定の角度（０〜９０°の範囲内）だけ回転する。その結果、スロットルボディ筐体２のボア部２ａが所定の開度で開放され、吸気通路４が所定の断面積で開口する。これに伴い、インテークマニホールド１０からエンジン１１に流入する混合気の量、つまりエンジン１１の吸気量が増し、エンジン１１の回転速度が増大する。
【００１８】
ところで、スロットルボディ筐体２は、液晶ポリエステルから構成されている。この液晶ポリエステルは、サーモトロピック液晶ポリマーと呼ばれるポリエステルであり、好適には、芳香族ヒドロキシカルボン酸、芳香族ジカルボン酸および芳香族ジオールを重合させて得られ、４００℃以下の温度で異方性溶融体を形成するものである。
【００１９】
なお、より容易に液晶ポリエステルを製造するために、芳香族ヒドロキシカルボン酸、芳香族ジカルボン酸および芳香族ジオールといった原料モノマーの一部をエステル形成性誘導体にしてから重合させることもできる。
【００２０】
このエステル形成性誘導体としては、例えば、次のようなものである。分子内にカルボキシル基を有する芳香族ヒドロキシカルボン酸および芳香族ジカルボン酸の場合は、このカルボキシル基を高反応性の酸ハロゲン基や酸無水物などの基に転化したエステル形成性誘導体、このカルボキシル基をエステル交換反応によりポリエステルを生成するようなエステルに転化したエステル形成性誘導体などを挙げることができる。また、分子内にフェノール性ヒドロキシル基（フェノール性水酸基）を有する芳香族ヒドロキシカルボン酸および芳香族ジオールの場合は、このフェノール性ヒドロキシル基を、エステル交換反応によりポリエステルを生成するようにエステルに転化したエステル形成性誘導体などが挙げられる。このようなエステル形成性誘導体を用いる好適な液晶ポリエステルの製造方法については後述する。
【００２１】
この液晶ポリエステルを構成している構造単位の具体例を以下に示す。
【００２２】
芳香族ヒドロキシカルボン酸に由来する構造単位：
2011117404.tif 000003
【００２３】
これらの構造単位は、芳香環にある水素原子の一部が、ハロゲン原子、アルキル基およびアリール基から選ばれる置換基で置換されていてもよい。
【００２４】
芳香族ジカルボン酸に由来する構造単位：
2011117404.tif 000004
【００２５】
これらの構造単位は、芳香環にある水素原子の一部が、ハロゲン原子、アルキル基およびアリール基から選ばれる置換基で置換されていてもよい。
【００２６】
芳香族ジオールに由来する構造単位：
2011117404.tif 000005
【００２７】
これらの構造単位は、芳香環にある水素原子の一部が、ハロゲン原子、アルキル基およびアリール基から選ばれる置換基で置換されていてもよい。
【００２８】
前記の構造単位に任意に有していてもよい置換基について簡単に説明する。ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子または臭素原子が挙げられる。また、アルキル基としては、メチル基、エチル基、ブチル基などの炭素数１〜４程度の低級アルキル基が挙げられる。さらに、アリール基としては典型的にはフェニル基が挙げられる。但し、液晶ポリエステルは、後述するように、流動開始温度が３６０℃以上であることが好ましいので、このような流動開始温度の液晶ポリエステルを得るためには、これらの置換基を有しないことが望ましい。
【００２９】
先に例示した液晶ポリエステルの構造単位の好適な組み合わせについて詳述する。
【００３０】
液晶ポリエステルの構造単位の組み合わせとしては、以下の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）または（ｆ）に示すもの（以下、「（ａ）〜（ｆ）」ということがある。）が好ましい。
（ａ）：（Ａ1 ）と、（Ｂ1 ）および／または（Ｂ2 ）と、（Ｃ1 ）との組み合わせ
（ｂ）：（Ａ1 ）および（Ａ2 ）の組み合わせ。
（ｃ）：（ａ）の構造単位の組み合わせにおいて、（Ａ1 ）の一部を（Ａ2 ）で置き換えた組み合わせ
（ｄ）：（ａ）の構造単位の組み合わせにおいて、（Ｂ1 ）の一部を（Ｂ3 ）で置き換えた組み合わせ
（ｅ）：（ａ）の構造単位の組み合わせにおいて、（Ｃ1 ）の一部を（Ｃ3 ）で置き換えた組み合わせ
（ｆ）：（ｂ）の構造単位の組み合わせに（Ｂ1 ）と（Ｃ1 ）の構造単位を加えた組み合わせ
【００３１】
前記（ａ）〜（ｆ）に示す組み合わせにおいて、ｐ−ヒドロキシ安息香酸から誘導される（Ａ1 ）の構造単位は、全構造単位の合計に対して３０モル％以上が好ましく、４５モル％以上がさらに好ましい。（Ａ1 ）のモル比率をこのようにすれば、得られる液晶ポリエステルは、耐熱性、機械的強度などの特性においてバランスの優れたものとなる。
【００３２】
また、前記（ａ）〜（ｆ）に示す構造単位の組み合わせにおいて、液晶ポリエステルの分子鎖の直線性を向上させると、その流動開始温度が上がることを利用して、好適な流動開始温度、すなわち３６０℃以上の流動開始温度の液晶ポリエステルを製造することができる。より具体的には、前記の（Ｂ1 ）と（Ｂ2 ）において、（Ｂ1 ）は液晶ポリエステル分子の直線性を向上させ、（Ｂ2 ）は液晶ポリエステル分子の屈曲性を向上させる（直線性を低下させる）ので、この（Ｂ1 ）と（Ｂ2 ）の共重合比を増減することにより、流動開始温度を調整することができる。
【００３３】
先ほど例示した中でも、液晶ポリエステルとしては、前記（ａ）の液晶ポリエステル、すなわち、ｐ−ヒドロキシ安息香酸から誘導される構造単位［（Ａ1 ）］と、４，４−ジヒドロキシビフェニルから誘導される構造単位［（Ｃ1 ）］と、テレフタル酸から誘導される構造単位および／またはイソフタルから誘導される構造単位［（Ｂ1 ）および／または（Ｂ2 ）］とを有する液晶ポリエステルが好ましい。
【００３４】
また、この場合、（Ｃ1 ）／（Ａ1 ）のモル比率は、０．２以上１以下であることが好ましく、［（Ｂ1 ）＋（Ｂ2 ）］／（Ｃ1 ）のモル比率は、０．９以上１．１以下であることが好ましく、（Ｂ2 ）／（Ｂ1 ）のモル比率は、０より大きく１以下であると好ましく、０より大きく０．３以下であるとさらに好ましい。
【００３５】
上述したように、液晶ポリエステルは、その流動開始温度が３６０℃以上であることが好ましく、３６０〜４１０℃であることが一層好ましく、３７０〜４００℃であることが特に好ましい。液晶ポリエステルの流動開始温度が、このような範囲である場合、液晶ポリエステル自体の耐熱性が十分に発現され、液晶ポリエステルを用いて得られる成形体の耐はんだ性が極めて良好となり、実用的な成形温度で成形体を得ることが可能である。なお、ここでいう流動開始温度とは、内径１ｍｍ、長さ１０ｍｍのダイスを取り付けた毛細管型レオメーターを用い、９．８ＭＰａ（１００ｋｇｆ／ｃｍ2 ）の荷重下において昇温速度４℃／分で液晶ポリエステルをノズルから押し出すときに、溶融粘度が４８００Ｐａ・ｓ（４８０００ポアズ）を示す温度を意味し、こうした流動開始温度は、当分野で周知の液晶ポリエステルの分子量を表す指標である（例えば、小出直之編「液晶ポリマー−合成・成形・応用−」第９５〜１０５頁、シーエムシー、１９８７年６月５日発行を参照）。
【００３６】
次に、この液晶ポリエステルの製造方法について説明する。
【００３７】
液晶ポリエステルは、芳香族ジオールおよび芳香族ヒドロキシカルボン酸のフェノール性ヒドロキシル基を脂肪酸無水物（無水酢酸など）によりアシル化してアシル化物（芳香族ジオールアシル化物および芳香族ヒドロキシカルボン酸アシル化物）を得るアシル化工程と、得られたアシル化物のアシル基と、芳香族ジカルボン酸および芳香族ヒドロキシカルボン酸のアシル化物のカルボキシル基とが、エステル交換を起こすようにして重合して液晶ポリエステルを得る重合工程とを有する製造方法により製造されることが好ましい。
【００３８】
無水酢酸などの脂肪酸無水物の使用量は、芳香族ジオールおよび／または芳香族ヒドロキシカルボン酸の使用量を考慮し、これらの原料モノマーにあるフェノール性ヒドロキシル基の合計モル量に対して、１〜１．２モル倍が好ましく、１〜１．１５モル倍がより好ましく、１．０３〜１．１２モル倍がさらに好ましく、１．０５〜１．１モル倍が特に好ましい。
【００３９】
アシル化工程における芳香族ジオールおよび芳香族ヒドロキシカルボン酸のアシル化反応は、１３０〜１８０℃で３０分〜２０時間行うことが好ましく、１４０〜１６０℃で１〜５時間行うことがより好ましい。
【００４０】
次に、前記アシル化工程によって得られたアシル化物（芳香族ジオールアシル化物および芳香族ヒドロキシカルボン酸のアシル化物）のアシル基と、芳香族ジカルボン酸および芳香族ヒドロキシカルボン酸のアシル化物のカルボキシル基とをエステル交換させて（エステル交換反応）重合させる重合工程について説明する。なお、この芳香族ジカルボン酸は、アシル化工程の際に、反応系中に存在させていてもよく、換言すれば、アシル化工程において、芳香族ジオール、芳香族ヒドロキシカルボン酸および芳香族ジカルボン酸を同一反応系中に存在させていてもよい。これは、芳香族ジカルボン酸にあるカルボキシル基および任意に置換されていてもよい置換基は、いずれも脂肪酸無水物によって何ら影響を受けないためである。よって、芳香族ジオール、芳香族ヒドロキシカルボン酸および芳香族ジカルボン酸を同一の反応器に仕込んで、脂肪酸無水物によってアシル化する形式でもよく、先に、芳香族ジオールおよび芳香族ヒドロキシカルボン酸を反応器に仕込んで、脂肪酸無水物によってこれらをアシル化した後に、芳香族ジカルボン酸を反応器に仕込む形式でもよい。操作上の簡便さから前者の形式がより好ましい。
【００４１】
前記エステル交換反応による重合は、１３０〜４００℃の範囲で０．１〜５０℃／分の割合で昇温させながら反応させることが好ましく、１５０〜３５０℃の範囲で０．３〜５℃／分の割合で昇温させながら反応させることがより好ましい。
【００４２】
また、前記エステル交換反応を行う際には、ル・シャトリエ‐ブラウンの法則（平衡移動の原理）により、平衡を移動させるため、副生する脂肪酸（酢酸など）と未反応の脂肪酸無水物（無水酢酸など）は、蒸発させて系外へ留去させることが好ましい。また、留出する脂肪酸の一部を還流させて反応器に戻すことによって、脂肪酸と同伴して蒸発または昇華する原料モノマーなどを凝縮または逆昇華し、反応器に戻すこともできる。
【００４３】
アシル化反応およびエステル交換反応は、回分装置を用いて行っても、連続装置を用いて行ってもよい。いずれの反応装置（反応器）を用いても、本発明に適用する液晶ポリエステルを得ることができる。
【００４４】
また、前記重合工程の後に、得られた液晶ポリエステルを冷却して取り出し、この液晶ポリエステルを粉砕によって粉体状としたり、粉体状にした液晶ポリエステルを造粒してペレット状としたりして、得られる固体状（粉体状またはペレット状）の液晶ポリエステルをさらに加熱して高分子量化することもできる。このような液晶ポリエステルの高分子量化は、当分野で固相重合と呼ばれている。この固相重合は、液晶ポリエステルの高分子量化に特に有効であり、この高分子量化により、上述したような好適な流動開始温度を有する液晶ポリエステルを得ることが容易になる。この固相重合の反応条件としては、固体状の液晶ポリエステルを不活性気体（窒素など）雰囲気下または減圧下で１〜２０時間熱処理する方法などが採用される。この場合、熱処理に使用される装置としては、既知の乾燥機、反応機、イナートオーブン、混合機、電気炉などが挙げられる。
【００４５】
なお、スロットルボディ筐体２の成形方法としては、種々の方法を採用することができるが、薄肉部を有する成形体が得られやすい点で射出成形が特に好ましい。
【００４６】
この射出成形について詳しく説明する。成形温度は、液晶ポリエステルの流動開始温度を基準として、この流動開始温度より１０〜８０℃ほど高い温度とすることが好ましい。成形温度がこの範囲内であれば、液晶ポリエステルが優れた溶融流動性を発現し、スロットルボディ筐体２が薄肉部または複雑な形状を有する場合においても、良好な成形性を発現することができる。
【００４７】
以上説明したように、スロットルボディ１は、スロットルボディ筐体２の材料として液晶ポリエステルが採用されている。したがって、従来のポリアミドと異なり、スロットルボディ筐体２が吸湿して寸法が狂ったり機械的強度が低下したりする事態の発生を防ぐことができる。また、液晶ポリエステルが非晶性を示すことから、冷えても収縮しにくいため、従来のポリアミドに比べて、スロットルボディ筐体２の成形時の寸法精度を高めることができる。さらに、従来のポリアミド、ポリエーテルイミド、ポリブチレンテレフタレートに比べて、スロットルボディ筐体２の耐熱性を十分に高めることができる。その結果、このスロットルボディ筐体２を備えたスロットルボディ１は、約１５０℃の高温に達するエンジンルームにも設置することが可能となる。
【００４８】
しかも、スロットルボディ筐体２は、上述したとおり、非晶性の液晶ポリエステルから構成されているため、そのボア部２ａの真円度の熱に対する寸法安定性が向上する。したがって、このスロットルボディ筐体２を備えたスロットルボディ１においては、設計どおりの開度、ひいてはエンジン１１の吸気量を確保することができる。
【００４９】
また、スロットルボディ筐体２の材料である液晶ポリエステルは、薄くても強度が大きいため、その使用量を減らしてスロットルボディ１、ひいては四輪自動車を軽量化することができる。
［発明のその他の実施の形態］
【００５０】
なお、上述した実施の形態１では、スロットルボディ筐体２が液晶ポリエステルから構成されているスロットルボディ１について説明した。
【００５１】
しかし、本発明の目的を損なわない範囲内で、液晶ポリエステル以外の樹脂、例えば、ポリアミド、ポリエステル、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルケトン、ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテルおよびその変性物、ポリスルフォン、ポリエーテルスルフォン、ポリエーテルイミドなどの熱可塑性樹脂や、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂などの熱硬化性樹脂の１種または２種以上を任意成分として液晶ポリエステルに配合することもできる。
【００５２】
また、本発明の目的を損なわない範囲内で、充填剤（フィラー）や添加剤を任意成分として液晶ポリエステルに配合することもできる。具体例を挙げると、板状の充填剤として、例えば、タルク、マイカ（雲母）、ガラスフレーク、モンモリロナイト、スメクタイト、黒鉛、窒化ホウ素、二硫化モリブデンなどを挙げることができる。これら板状の充填剤は、単独で使用してもよく、２種類以上を同時に使用しても構わない。また、中空の充填剤として、例えば、シラスバルーン、ガラスバルーン、セラミックバルーン、有機樹脂バルーン、フラーレンなどを挙げることができる。また、繊維状の無機充填剤としては、例えば、ガラス繊維、炭素繊維、ウォラストナイト、ホウ酸アルミニウムウイスカ、チタン酸カリウムウイスカ、シリカアルミナ繊維、アルミナ繊維などを挙げることができる。これら繊維状の無機充填剤は、単独で使用してもよく、２種類以上を使用しても構わない。さらに、球状の無機充填剤としては、ガラスビーズ、シリカビーズなどを挙げることができる。一方、添加剤としては、フッ素樹脂、金属石鹸類などの離型改良剤；染料、顔料などの着色剤；酸化防止剤；熱安定剤；紫外線吸収剤；帯電防止剤；界面活性剤などの当分野で通常使用されているような添加剤を挙げることができる。また、高級脂肪酸、高級脂肪酸エステル、高級脂肪酸金属塩、フルオロカーボン系界面活性剤などの外部滑剤効果を有する添加剤を配合してもよい。
【００５３】
また、上述した実施の形態１では、四輪自動車のエンジンの吸気系にスロットルボディ１を組み込む場合について説明したが、三輪自動車や二輪自動車、或いは航空機のエンジンの吸気系に組み込まれるスロットルボディ１に本発明を同様に適用することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は、自動車（四輪自動車、三輪自動車、二輪自動車など）や航空機のエンジンの吸気系に組み込まれるスロットルボディに広く適用することができる。
【符号の説明】
【００５５】
１……スロットルボディ
２……スロットルボディ筐体
２ａ……ボア部
２ｂ……モータ収容部
３……スロットルバルブ
４……吸気通路
５……スロットルシャフト
６……直流モータ
７……歯車列
９……アクチュエータ
１０……インテークマニホールド
１１……エンジン
１２……アクセルペダル
【図１】
2011117404.tif 000006
【図２】
2011117404.tif 000007