(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂製の大筒部と該大筒部の一部の管壁から外方へ突出して先端に開口をもち該大筒部の内外を連通する小筒部とよりなるダクト本体と、該小筒部の該開口の先端を覆う多孔質部材と、よりなる吸気ダクトであって、
前記小筒部は前記開口の先端にフランジ部をもち、
前記多孔質部材は、前記大筒部の管壁と該フランジ部との間に受け治具を挿入し加圧治具と該受け治具とで前記多孔質部材と該フランジ部を加圧することで該フランジ部に接合されていることを特徴とする吸気ダクト。
【請求項２】
樹脂製の大筒部と該大筒部の一部の管壁から外方へ突出して先端に開口をもち該大筒部の内外を連通する小筒部とよりなるダクト本体を形成する第１工程と、熱可塑性材料を含む多孔質部材を該開口を覆うように該小筒部に熱溶着する第２工程と、よりなる吸気ダクトの製造方法であって、
前記小筒部は前記開口の先端にフランジ部をもち、前記大筒部の管壁と該フランジ部との間に受け治具を挿入し、加圧治具と該受け治具とで前記多孔質部材と該フランジ部を加圧することで前記多孔質部材を該フランジ部に熱溶着することを特徴とする吸気ダクトの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンへ空気を供給する通路としての吸気ダクトとその製造方法に関し、詳しくは吸気時の騒音が低減された吸気ダクトとその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車エンジンの吸気系では、吸気時にエアクリーナホースあるいは吸気ダクトなどの吸気ダクトにおいて騒音が発生するという問題がある。この吸気騒音は、特にエンジンの低速回転時に耳障りである。そこで従来より、図７に示すように、吸気ダクト 100にサイドブランチ 101及び／又はレゾネータ 102を設け、ヘルムホルツの共鳴理論などに基づいて計算される特定周波数の騒音を低減することが行われている。
【０００３】
ところがサイドブランチ 101は、長いものでは約30cmの長さにもなり、レゾネータ 102の容積は大きいものでは14リットルもの大きさとなる。そのためこれらの吸音装置のエンジンルーム内に占めるスペースが大きくなり、他の部品の搭載の自由度が低くなるという不具合が生じる。
【０００４】
そこで実開昭64-22866号公報には、吸気ダクト内にオリフィスを配置し、オリフィスの位置で吸気を絞ることで吸気騒音を低減することが開示されている。このように吸気通路を絞ることにより、音響質量が大きくなり、低音域の吸気音を低減することができる。
【０００５】
また実開平３-43576号公報には、エアクリーナケースに並列に接続された２本の吸気ダクトと、２本の吸気ダクトからそれぞれ分岐した分岐管と、各分岐管が共に連結された共通のレゾネータを有し、一方の吸気ダクトにおける分岐管の接続部の上流側に運転状態に応じて選択的に開く開閉弁を備えた吸気音低減装置が開示されている。
【０００６】
この実開平３-43576号公報に開示の装置によれば、エンジン回転数に応じて開閉弁を制御して吸気ダクトを１本又は２本に切り替えることにより、エンジン回転数に応じて吸入空気量を制御し、かつ吸気騒音を低減することができる。
【０００７】
ところが上記した吸気通路を絞る方法では、エンジンの高速回転時に吸入空気量が不足して出力が低下するという不具合がある。
【０００８】
また実開平３-43576号公報に開示の装置では、開閉弁を駆動するために電子制御回路、電磁開閉弁、あるいはダイヤフラムアクチュエータなどを用いているので、コスト面から好ましいものではない。また電子制御回路や電磁開閉弁などが必要であるため、複雑な装置となり高価となるばかりかメンテナンス工数も多大である。
【０００９】
そこで特開平11−343938号公報には、熱可塑性樹脂繊維を含む不織布から加熱圧縮成形により形成された吸気ダクトが開示されている。このように吸気ダクトを不織布成形体から形成することにより、吸気音を効果的に低減することができる。また同公報には、吸気音が低減される理由として以下の三つの理由が考えられ、これらの相乗効果によって吸気騒音が低減されると考えられるとの記載がある。
（１）不織布は弾性体であるので制振作用を有し、管壁の振動による音波の発生が抑制される。
（２）不織布の繊維間の多数の隙間に入り込んだ音波は、隙間の粘性と熱伝導の作用によりそのエネルギーが弱まり、また音圧の変動に伴い繊維自身が共振して音エネルギーが減衰する。
（３）管壁の少なくとも一部がある程度の通気性を有することにより、音波の一部がその管壁を通過することで定在波の発生が抑制される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところが不織布成形体は、一般の樹脂成形体に比べて高価であるため、不織布成形体から形成された吸気ダクトは従来の吸気ダクトに比べてきわめて高価となるという問題があった。そこで不織布の使用量を低減すべく鋭意研究を行った結果、ダクト本体の管壁の一部に開口を形成し、その開口を不織布で覆うだけでも十分に吸気騒音を低減できることが明らかとなった。
【００１１】
しかしながら、さらなる研究の結果、ダクト本体の管壁の一部に開口を形成しその開口を不織布で覆った吸気ダクトでは、開口と不織布をもたない吸気ダクトに比べて吸気圧損が大きいという不具合があることが明らかとなった。
【００１２】
また開口を不織布で覆うには、熱板溶着など熱溶着法を用いるのが簡便で生産性も高く好ましい。しかしながら例えば断面楕円形などの扁平形状のダクト本体の管壁の一部に開口を形成し、その開口に不織布を熱溶着する場合には、溶着時の加圧力によってダクト本体が変形するため、加圧力が均一に伝わらず溶着が不均一となるという問題があった。このように不織布の溶着が不均一になると溶着強度が低下し、不均一さの程度が大きい場合には不織布とダクト本体の間に生じた隙間から音が漏れ、不織布による吸気騒音の低減作用が損なわれるという問題がある。
【００１３】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、ダクト本体の管壁の一部に形成された開口が不織布などの多孔質部材で覆われた吸気ダクトにおいて、吸気圧損を低減することを一つの目的とする。また、このような吸気ダクトを安定して製造するとともに、ダクト本体の開口へ多孔質部材を均一に熱溶着して溶着強度を向上させることをもう一つの目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の吸気ダクトの特徴は、樹脂製の大筒部と大筒部の一部の管壁から外方へ突出して先端に開口をもち大筒部の内外を連通する小筒部とよりなるダクト本体と、小筒部の開口の先端を覆う多孔質部材と、よりなる吸気ダクトであって、小筒部は開口の先端にフランジ部をもち、多孔質部材は、大筒部の管壁とフランジ部との間に受け治具を挿入し加圧治具と受け治具とで多孔質部材とフランジ部を加圧することでフランジ部に接合されていることにある。
【００１５】
また本発明の吸気ダクトの製造方法の特徴は、樹脂製の大筒部と大筒部の一部の管壁から外方へ突出して先端に開口をもち大筒部の内外を連通する小筒部とよりなるダクト本体を形成する第１工程と、熱可塑性材料を含む多孔質部材を開口を覆うように小筒部に熱溶着する第２工程と、よりなる吸気ダクトの製造方法であって、小筒部は開口の先端にフランジ部をもち、大筒部の管壁とフランジ部との間に受け治具を挿入し、加圧治具と受け治具とで多孔質部材とフランジ部を加圧することで多孔質部材をフランジ部に熱溶着することにある。
【００１７】
【発明の実施の形態】
ダクト本体の管壁の一部に開口を形成しその開口を不織布で覆った吸気ダクトでは、開口と不織布をもたない吸気ダクトに比べて吸気圧損が大きいという問題がある。この原因は、不織布にはある程度の通気性があるために、吸気時に不織布を通過してダクト本体内へ外気が流入する副流が発生する。この副流がダクト本体の入口開口から吸入された空気流である本流に影響を及ぼすため、吸気圧損が大きくなると考えられる。
【００１８】
そこで鋭意研究した結果、ダクト本体の管壁の一部に内外を連通する小筒部を形成し、その小筒部の先端に不織布を配置することにより吸気圧損が低減されることが明らかとなった。本発明の吸気ダクトは、このような発見に基づいてなされたものである。
【００１９】
すなわち本発明の吸気ダクトは、ダクト本体と多孔質部材とから構成され、ダクト本体は樹脂製の大筒部と、大筒部の一部の管壁から外方へ突出して先端に開口をもち大筒部の内外を連通する小筒部とから構成されている。そして多孔質部材は、小筒部の開口の先端を覆うように配置されている。このような構成とすることにより、多孔質部材はダクト本体からオフセットされた状態となり、小筒部をもたずダクト本体側面の開口に多孔質部材が直接固定された吸気ダクトに比べて吸気圧損を低減することができる。ダクト本体の材質としては、ＰＰ、高密度ＰＥ、ＰＡなど各種の熱可塑性樹脂から選択して用いることができる。
【００２０】
小筒部の高さは、高くするほど吸気圧損の低減量を多くすることができる。つまり多孔質部材を通過して進入した空気による副流が小筒部内を流れる間に整流されて本流に対する影響が小さくなると考えられ、小筒部が高いほど整流される時間が長くなるため吸気圧損がより低減されると考えられる。しかしながら小筒部の高さは３〜10mm程度で十分であり、あまり高くしすぎると吸気ダクトに大きな凸部が形成されることとなってスペース面や材料コスト面で不具合が生じる。
【００２１】
吸気時に生じる騒音は、主として吸気ダクトの内部で発生する音波の定在波に起因し、定在波の周波数は吸気ダクト長、吸気ダクト径及び吸気ダクトの材質などによって決まる。そこで本発明では、開口をもつ小筒部を大筒部の管壁の一部に形成し、小筒部の開口を多孔質部材で覆っている。これにより前述の三つの作用が奏され、吸気騒音が低減される。
【００２２】
小筒部は、その開口の形状を大筒部の長手方向に長い長方形状あるいは楕円形状とすることが好ましく、大筒部の周方向に延びる幅を大筒部の周長の１／20以上とすることがさらに望ましい。このような開口に多孔質部材を配置することにより、理由は不明であるが吸気騒音をより低減することができる。開口の短手方向の幅が大筒部の周長の１／20より小さくなると、多孔質部材を配置した効果を得にくくなり吸気騒音が大きくなってしまう。また開口の短手方向の幅の上限には特に制限がないものの、幅を大きくしても吸気騒音低減の効果はほとんど変化がなく、多孔質部材量の増大によりコストが上昇するという不具合がある。したがって、コストの問題に加えて成形工程あるいは多孔質部材の接合工程などを考慮した現実的な開口幅としては、大筒部の周長の１／20以上で１／４以下程度とすることが好ましい。
【００２３】
また開口の長手方向の長さが長いほど吸気騒音を低減することができるが、多孔質部材の量が多くなるためコスト増大の不具合も大きくなってしまう。そのバランスを考慮すると、開口の長さは上記した開口の幅より大きければよく、大筒部の全長の１／４以下とするのが好ましい。なおこの長さは、エンジンの必要吸気量、吸気ダクトの径あるいは通気抵抗などによって適宜調整される値である。
【００２４】
開口の長手方向の中心は、大筒部の端部から大筒部の全長の１／４の位置にあることが望ましい。このようにすることにより、吸気騒音を一層低減することができる。吸気ダクト内では、吸気ダクトの長さと同じ半波長の一次共鳴音、吸気ダクトの長さと同じ波長の二次共鳴音、吸気ダクトの長さの２／３の波長の三次共鳴音などが発生し、これらが吸気騒音となる。そして共鳴音を低減するには、各音波の節に相当する位置を外して開口を設けることが好ましい。したがって開口の長手方向の中心を、大筒部の端部から大筒部の全長の１／４の位置とすれば、特に大きな音量となる一次共鳴音及び二次共鳴音を効果的に低減することができる。
【００２５】
また開口の長手方向の中心は、大筒部の外気取り入れ口に対向する端部から大筒部の全長の１／４の位置とすることがさらに好ましい。こうすることで開口をエンジンからより遠ざけることができ、エンジンからの騒音が開口及び多孔質部材を透過して聞こえるのを抑制できるので、騒音を一層抑制することができる。
【００２６】
多孔質部材は各種材質の繊維、紙あるいは発泡体などから形成されたものを用いることができるが、熱可塑性繊維から形成された不織布あるいは織布、編布などが特に望ましい。熱可塑性樹脂繊維製の不織布などを用いれば、複雑な形状の吸気ダクトであっても、熱プレス成形などで容易に賦形することができるので、開口の形状に容易に適合させることができる。また熱溶着によって小筒部の開口に接合できるので、開口を覆う工程の工数を低減することができる。熱可塑性樹脂繊維は不織布などの一部を構成していてもよいし、全体が熱可塑性樹脂繊維から構成されていてもよい。また熱可塑性ではない繊維に熱可塑性樹脂製のバインダを含浸させた布でも、熱可塑性樹脂繊維から形成された布と同様に熱プレス成形などによる賦形と開口への熱溶着が可能である。なお多孔質部材を開口に固定するには、熱溶着に限らず接着あるいは機械的な係合による固定方法なども利用できる。
【００２７】
多孔質部材の通気性が高すぎると、吸気ダクト内の音波が開口及び多孔質部材を透過して外部に漏れるため、騒音が増大するという不具合がある。そこで通気性の程度は、圧力差98Paのときの空気の通気量が１ｍ2 当たり6000m3/h以下とすることが望ましい。なお通気量とは、試験体により区画された２室間の圧力差を98Paに設定した時に、試験体の単位面積あたりを通過する単位時間あたりの空気量をいう。単位面積当たり6000m3/h以下という限定は、もちろん圧力差が98Paの空気の場合の限定であり、吸気の圧力が異なれば通気量の限定数値も異なることはいうまでもない。
【００２８】
圧力差98Paのときの空気の１ｍ2 当たりの通気量が6000m3/hを超えると、開口及び多孔質部材を通過する音波が多くなって透過音が大きくなる。また通気量がゼロであると、 200Hz以下の低周波数域の騒音の抑制作用が小さくなるが、従来の吸気ダクトに比べれば騒音を抑制することができる。通気量がゼロの不織布とするには、多孔質部材の外側表面に膜状の表皮層を形成すればよい。内側表面に表皮層を形成しても通気量をゼロとすることはできるが、前述した（２）の理由による騒音の低減が困難となるので好ましくない。なお多孔質部材における圧力差98Paのときの空気の通気量は、ゼロより大きく4200m3/h未満であることが好ましく、０＜通気量＜3000m3/hの範囲が特に好ましい。
【００２９】
また、経年変化、水分の浸入などにより多孔質部材の厚さや特性が変化し、開口及び多孔質部材を透過する透過音及び吸気ダクト先端の吸気口から放射される出口音のバランスが崩れて吸気騒音を抑制する性能が変化する場合がある。
【００３０】
そこで多孔質部材は所定機能が付与された機能層をもつことが望ましい。この機能層としては、撥水層、目詰まり防止層などが例示され、例えばそれぞれの機能を有する繊維をその部分に混在させた不織布などを用いることができる。またそれぞれの機能をもつフィルムを多孔質部材に積層して用いてもよい。
【００３１】
この機能層の位置は、多孔質部材の厚さ方向で適宜設定できる。例えば撥水層を用いる場合には、多孔質部材の表面層あるいは中間層に設けることが望ましい。これにより水分の浸入が防止され、多孔質部材の特性の変化が防止されるため吸気騒音低減効果を長期間維持することができる。またエアクリーナへの水の浸入も抑制されるので、エアクリーナエレメントの通気性が損なわれることによるエンジン不調も抑制できる。
【００３２】
なお多孔質部材で開口を覆う方法としては、一体成形法、加熱溶着法、接着法、機械的係合法など、公知の種々の方法を採用することができる。多孔質部材を開口より大きな面積に形成して覆えばよいが、コスト面からは開口面積とほぼ同等のできるだけ小さな面積で開口全体を覆うようにすることが望ましい。
【００３３】
さて本発明の吸気ダクトの製造方法における第１工程では、樹脂製の大筒部と大筒部の一部の管壁から外方へ突出して先端に開口をもち大筒部の内外を連通する小筒部とよりなるダクト本体が形成される。この第１工程は、大筒部を一対の半割形状として射出成形あるいはプレス成形で製造し、その後一体化することもできるが、ブロー成形を用いるのが好ましい。ブロー成形によれば、大筒部と小筒部とからなる成形品をブロー成形で一体として形成し、離型後に大筒部の両端と小筒部の先端を切除することによって、本発明にいうダクト本体を容易に製造することができる。ダクト本体の材質としては、ＰＰ、高密度ＰＥ、ＰＡなど各種の熱可塑性樹脂から選択して用いることができる。
【００３４】
第２工程では、熱可塑性材料を含む多孔質部材が小筒部の開口を覆うように熱溶着される。熱溶着法としては、熱板溶着法、振動溶着法など公知の溶着方法を用いることができる。例えば小筒部の先端を切り落としただけの開口端面に多孔質部材を溶着することができる。
【００３５】
しかしながら熱溶着時には、両者を加圧して圧接させる必要があるので、大筒部の剛性が低い場合には加圧力によって大筒部が変形し、溶着が不均一となる場合がある。そこで小筒部の先端にフランジ部を形成しておく。このようにすれば、大筒部の管壁とフランジ部との間に受け治具を挿入し、加圧治具と受け治具とで多孔質部材とフランジ部を加圧することができ、大筒部に加圧力が伝わらないようにすることができるので、大筒部の変形を防止しつつ熱溶着することが可能となる。
【００３６】
多孔質部材は熱溶着可能で所定の通気性及び柔軟性を有するものを用いることができるが、熱可塑性繊維から形成された不織布あるいは織布、編布などが特に望ましい。熱可塑性樹脂繊維製の不織布などを用いれば、複雑な形状の吸気ダクトであっても、熱プレス成形などで容易に賦形することができるので、開口の形状に容易に適合させることができる。なお熱可塑性樹脂繊維は不織布などの一部を構成していてもよいし、全体が熱可塑性樹脂繊維から構成されていてもよい。また熱可塑性ではない繊維に熱可塑性樹脂製のバインダを含浸させた布でも、熱可塑性樹脂繊維から形成された布と同様に熱プレス成形などによる賦形が可能であり、開口への熱溶着も可能である。
【００３７】
【実施例】
以下、実施例及び試験例により本発明を具体的に説明する。
【００３８】
（実施例）
図１及び図２に本発明の一実施例の吸気ダクトを示す。この吸気ダクトは、自動車の外気取り入れ口に配置される入口端部11と、エンジンのインテークマニホールドに固定される出口端部12を有する筒状の大筒部10と、入口端部11側の一側面から突出し大筒部10の内外を連通する小筒部20とからなるダクト本体１と、小筒部20の開口周縁部に設けられたフランジ部21に熱溶着され開口を覆う不織布２とから構成されている。
【００３９】
小筒部20は、周方向の長さ（幅）が大筒部10の一般周長の１／５とされ、長さは大筒部10全長の１／４であって、その開口は長方形状に形成されている。また小筒部20の長手方向の中心は、入口端部11から全長の１／４の位置にある。
【００４０】
以下、この吸気ダクトの製造方法を説明し、構成の詳細な説明に代える。
【００４１】
先ず高密度ＰＥからなるパリソンを成形型内に導入し、ブロー成形によって図３に示す成形体３を形成する。この成形体３は、大筒部10となる大径部30と、大径部30の一部の管壁から膨出し小筒部20となる首部31と、首部31の先端から膨出する頭部32とから構成されている。
【００４２】
次に切断刃具４を用い、大径部30の両端を切除するとともに、頭部32を首部31の近傍で切除する。これにより図４に示すように大筒部10と小筒部20が形成されるとともに、小筒部20の先端にはフランジ部21が形成される。
【００４３】
一方、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）繊維製不織布（目付量 700g/m2、厚さ 1.5mm、通気量3500m3/h・m2）を所定形状に裁断し、必要であれば熱プレスによって所定形状に付勢して、不織布２を用意しておく。この不織布２には、低融点ＰＥＴ繊維よりなるバインダ繊維が30重量％含まれている。
【００４４】
そして不要部分が切除された成形体３を、図５に示すような受け治具５に配置する。受け治具５は板状の受け部50をもち、受け部50が大筒部10とフランジ部21の間に挿入される。その状態で図示しない熱板がフランジ部21の表面に当接され、フランジ部21が溶融して熱板が除去された直後に不織布２がフランジ部21に載せられる。そして図示しない押圧部材が矢印方向に不織布２をフランジ部21に押圧する。
【００４５】
このとき、フランジ部21は受け部50によって支持されているので、不織布２とフランジ部21は押圧部材と受け部50によって加圧されるとともに、その加圧力は大筒部10には加わらない。したがって大筒部10の変形が防止されているので、不織布２はフランジ部21に均一に溶着され、高い溶着強度で溶着される。溶着後、受け治具５が除去され、本実施例の吸気ダクトが得られる。
【００４６】
なお本実施例では大筒部10まで受け治具５内に配置しているが、図６に示すように剛性を有する板状の受け治具51を大筒部10とフランジ部21の間に挿入して熱溶着しても同様の作用効果が奏されることはいうまでもない。
【００４７】
本実施例の吸気ダクトと、小筒部20及び不織布２をもたず大筒部10のみからなること以外は実施例と同様に形成された比較例の吸気ダクトについて、それぞれ自動車の外気取り入れ口とエンジンのインテークマニホールドとの間に配置し、外気取り入れ口における吸気音の音圧レベルを測定した。その結果、本実施例の吸気ダクトは比較例の吸気ダクトに比べて吸気音の音圧レベルが約８ｄＢ低下し、吸気騒音を大きく低減できた。
【００４８】
（試験例）
首部31の高さ（小筒部20の高さ）を０，３，５，７，10mmとして、それぞれ実施例と同様にして吸気ダクトを形成した。首部31の高さ（小筒部20の高さ）が０mmのものは、大筒部10に直接形成された開口に不織布２が溶着されている。また小筒部20及び開口をもたず、大筒部10のみからなること以外は同様の吸気ダクトも用意した。
【００４９】
それぞれの吸気ダクトに空気流量６m3/minで空気を導入した場合の吸気圧損を測定し、結果を小筒部20の高さが０mmの時の値に対する相対値（％）で表１に示す。
【００５０】
【表１】
0003835117.tif 000002
【００５１】
表１から明らかなように、開口を設けそれを不織布２で覆うことで吸気圧損が増大するが、小筒部20を形成することにより、さらにその高さが高くなるにつれて、吸気圧損が低下していることがわかる。したがって、許容される吸気圧損を満足する小筒部20の高さを選択すればよいことになる。
【００５２】
【発明の効果】
すなわち本発明の吸気ダクトによれば、吸気圧損の増大を抑制しつつ吸気騒音を低減することができ、かつ不織布などの使用量が低減されるのできわめて安価である。
【００５３】
また本発明の吸気ダクトの製造方法によれば、上記吸気ダクトを小さな工数で容易に製造でき、かつ高い溶着強度で不織布などの多孔質部材を溶着することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の吸気ダクトの斜視図である。
【図２】本発明の一実施例の吸気ダクトの要部断面図である。
【図３】本発明の一実施例の製造方法において形成されたブロー成形体の断面図とその接断位置を示す説明図である。
【図４】本発明の一実施例の製造方法において形成され不要部が切除されたブロー成形体の断面図である。
【図５】本発明の一実施例の製造方法において熱溶着している状態を示す断面図である。
【図６】本発明の一実施例の製造方法において熱溶着している状態の他の態様を示す断面図である。
【図７】従来の吸気ダクトの斜視図である。
【符号の説明】
１：ダクト本体        ２：不織布（多孔質部材）  ３：成形体
４：接断刃具          ５：受け治具              10：大筒部
20：小筒部            21：フランジ部
【図１】
0003835117.tif 000003
【図２】
0003835117.tif 000004
【図３】
0003835117.tif 000005
【図４】
0003835117.tif 000006
【図５】
0003835117.tif 000007
【図６】
0003835117.tif 000008
【図７】
0003835117.tif 000009