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発明の名称 樹脂製インテークマニホールド
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平10−128759
公開日 平成10年(1998)5月19日
出願番号 特願平8−291464
出願日 平成8年(1996)11月1日
代理人
発明者 若村 和幸 / 永井 善照 / 長谷川 博三
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 (A) 膨潤性フッ素雲母系鉱物が均一に分散された強化ポリアミド樹脂と (B)繊維状強化材との樹脂組成物で構成された樹脂製インテークマニホールド。
【請求項2】 樹脂組成物の配合割合が、(A) 膨潤性フッ素雲母系鉱物が均一に分散された強化ポリアミド樹脂75〜90重量%と (B)繊維状強化材25〜10重量%とである請求項1記載の樹脂製インテークマニホールド。
【請求項3】 強化ポリアミド樹脂が、膨潤性フッ素雲母系鉱物0.01〜10重量%が均一に分散されたものである請求項1〜2のいずれかに記載の樹脂製インテークマニホールド。
【請求項4】 中空部が、低融点合金コアを溶融するロストコア成形により作られたものである請求項1〜3のいずれかに記載の樹脂製インテークマニホールド。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、軽量で剛性や耐熱性が高く、内壁面の平滑性や肉厚の均一性に優れ、自動車のエンジンルーム内の分配管として好適に利用できる樹脂製インテークマニホールドに関するものである。
【0002】
【従来の技術】インテークマニホールドは、自動車等の燃料供給装置から混合気体を均等にエンジンの各シリンダーに送る分配管であり、各シリンダーへ混合気体を送る役目だけでなく、液状のままマニホールドの壁面を流れ伝わる燃料を均等に分配したり、燃料の気化を助ける機能を有している。
【0003】従来よりインテークマニホールドは、アルミニウム合金を用い鋳造により製造されている。しかし、この工法では生産性が低くて高価なものになること、さらに、アルミニウム合金は軽合金とはいえ重く、例えばV型6気筒エンジンに使用した場合、その重量は約5Kgにもなるという問題があり、合成樹脂に置き換えることが検討されている。
【0004】その他にも、インテークマニホールドの材料をアルミニウム合金から合成樹脂に置き換えると、耐食性の向上、断熱効果による吸入空気温の低下、振動騒音の低減といった二次的効果をもたらすことも期待されており、当業界では20年以上も前から開発が続けられている。
【0005】例えば、英国フォード社が不飽和ポリエステル樹脂を用い、低融点合金コア法により製造したインテークマニホールドを1983年に発表している。また、1985年には西独BASF社及びBayer 社がナイロン樹脂を用い、同じく低融点合金コア法により製造したインテークマニホールドを発表している。しかし、インテークマニホールドとして使用するには、フランジ部の強度や耐熱性をさらに高めることが必要であり、この部分の強度(特に剛性)や耐熱性を向上させる目的で、通常はナイロン66及び/又はナイロン6にガラス繊維等の繊維状強化材を30重量%程度混入させた樹脂組成物が材料として用いられている。
【0006】一般に、高含有量の繊維状強化材で強化された樹脂組成物では、成形時の流動性が低下するので高い成形圧が必要になるばかりか、高圧のためコアが変形し易いという問題がある。一方、繊維状強化材の含有量を低くすると、流動性は良くなるが、剛性が上がらないという問題があり、その改善が要望されている。
【0007】特開平2−240160号公報には、層状珪酸塩が均一に分散された強化ポリアミド樹脂と繊維状強化材とが特定量配合された樹脂組成物を用いた自動車エンジンルーム内部品材料(シリンダーヘッドカバー、ラジエータータンク、タイミングベルトカバー、エアークリーナーインレットパイプ、ペーパーキャニスター、パワーステアリングオイルリザーバー、フューエルストレーナー)が提案されているが、特に高い剛性、耐熱性及び耐薬品性が要求されるインテークマニホールドに使用するには十分といえるものではなかった。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、軽量で剛性や耐熱性が高く、内壁面の平滑性や肉厚の均一性に優れた樹脂製インテークマニホールドを提供しようとするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、特定の膨潤性フッ素雲母系鉱物が均一に分散された強化ポリアミド樹脂とガラス繊維との樹脂組成物で構成されたインテークマニホールドとすることで、この目的が達成できることを見出し、本発明に到達した。
【0010】すなわち、本発明の要旨は次の通りである。
(A) 膨潤性フッ素雲母系鉱物が均一に分散された強化ポリアミド樹脂と (B)繊維状強化材との樹脂組成物で構成された樹脂製インテークマニホールド。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明について詳細に説明する。
【0012】本発明における強化ポリアミド樹脂(A) は、ポリアミド樹脂に膨潤性フッ素雲母系鉱物が均一に分散されたものである。ここで、均一に分散するとは、膨潤性フッ素雲母系鉱物の一枚一枚が、もしくは平均的な重なりが5層以下の多層物が平行に又はランダムに、もしくは平行とランダムが混在した状態で、その50%以上が、好ましくは70%以上が塊を形成することなく分散している状態をいう。具体的には、強化ポリアミド樹脂のペレットについて広角X線回折測定を行い、膨潤性フッ素雲母系鉱物の厚み方向に起因するピークが消失されていることから確認できる。
【0013】ポリアミド樹脂は、アミノカルボン酸、ラクタムあるいはジアミンとジカルボン酸とから形成されるアミド結合を有する溶融成形可能な重合体を意味する。
【0014】このようなポリアミド樹脂の好ましい例としては、ポリカプロアミド(ナイロン6)、ポリテトラメチレンアジパミド(ナイロン46)、ポリヘキサメチレンアジパミド(ナイロン66)、ポリヘキサメチレンセバカミド(ナイロン 610)、ポリヘキサメチレンドデカミド(ナイロン 612)、ポリウンデカメチレンアジパミド(ナイロン 116)、ポリウンデカミド(ナイロン11)、ポリドデカミド(ナイロン12)、ポリビス(4−アミノシクロヘキシル)メタンドデカミド、(ナイロンPACM12)、ポリビス(3−メチル−4−アミノシクロヘキシル)メタンドデカミド(ナイロンジメチルPACM12)、ポリメタキシリレンアジパミド(ナイロンMXD6)、ポリウンデカメチレンテレフタルアミド(ナイロン 11T)、ポリウンデカメチレンヘキサヒドロテレフタルアミド(ナイロン11T(H))及びこれらの共重合ポリアミド、混合ポリアミド等があり、その中でもナイロン6、ナイロン66が特に好ましい。
【0015】ポリアミド樹脂の相対粘度は特に限定されないが、溶媒として96重量%硫酸を用い、温度25℃、濃度1g/dlの条件で測定された相対粘度で 1.5〜 5.0の範囲にあるものが好ましい。この相対粘度が 1.5未満のものでは、インテークマニホールドとしたときの機械的強度が低下する。一方、この相対粘度が 5.0を超えるものでは、成形性が急速に低下するので好ましくない。
【0016】本発明における膨潤性フッ素雲母系鉱物は、合成雲母の水酸基をフッ素で置換したもので、次式で示されものである。
αMF・β(aMgF2 ・bMgO)・γSiO2(式中、Mはナトリウム又はリチウムを表し、α、β、γ、a及びbは各々係数を表し、 0.1≦α≦2 、 2≦β≦3.5 、 3≦γ≦4 、 0≦a≦1 、 0≦b≦1 、a+b=1 である。)
【0017】このような膨潤性フッ素雲母系鉱物の製造法としては、例えば、酸化珪素と酸化マグネシウムと各種のフッ化物とを混合し、その混合物を電気炉あるいはガス炉で1400〜1500℃の温度で完全に溶融し、その冷却過程で反応容器内にフッ素雲母系鉱物を結晶生長させる、いわゆる溶融法がある。
【0018】また、タルクを出発物質として用い、これにアルカリイオンをインターカレーションしてフッ素雲母系鉱物を得る方法がある(特開平2−149415号公報)。この方法ではタルクに珪フッ化アルカリあるいはフッ化アルカリを混合し、磁性ルツボ内で 700〜1200℃で短時間加熱処理することによって膨潤性フッ素雲母系鉱物を得ることができる。
【0019】本発明における膨潤性フッ素雲母系鉱物は、樹脂組成物全体の0.01〜10重量%を占めることが好ましく、0.1 〜10重量%を占めることがより好ましい。この割合が0.01重量%未満では、剛性や耐熱性に優れた樹脂製インテークマニホールドが得られない。一方、この割合が10重量%を超えると、射出成形が困難となり好ましくない。
【0020】本発明における強化ポリアミド樹脂(A) を得るには、ポリアミド樹脂を形成するアミノカルボン酸、ラクタムあるいはジアミンとジカルボン酸等のモノマーに、上記の膨潤性フッ素雲母系鉱物を所定量存在させた状態で、モノマーを重合すればよい。
【0021】なお、強化ポリアミド樹脂中(A) には、その特性を大きく損なわない範囲で、顔料、離型剤、熱安定剤、酸化防止剤、難燃剤、可塑剤等を添加することができる。
【0022】本発明における繊維状強化材(B) は、耐熱性を有し、弾性率、強度、弾性回復率等の力学特性に優れた短繊維、ウィスカー、フィブリッド等の繊維状の配合材であり、例えばガラス繊維、炭素繊維、炭化珪素繊維、アルミナ繊維、チタン酸カリウムウィスカー、ホウ酸アルミニウムウィスカー等の無機繊維、アラミド繊維等の有機繊維等を挙げることができる。これらの中で力学特性、経済性等を総合的に考慮するとガラス繊維が特に好ましい。
【0023】繊維状強化材がガラス繊維である場合には、使用するガラス繊維は、繊維長が0.1 〜7mmの範囲にあるものが好ましく、 0.3〜5mmの範囲にあるものがより好ましい。また、繊維径は9〜13μmの範囲にあるものが好ましい。
【0024】繊維状強化材(B) の配合割合は、剛性、耐熱性、内壁面の平滑性や肉厚の均一性等のバランスの点で、強化ポリアミド樹脂(A) 75〜90重量%に対して25〜10重量%とすることが好ましい。この割合が10重量%未満では、剛性や耐熱性に優れたインテークマニホールドが得られない。一方、この割合が25重量%を超えると、射出成形が難しくなり好ましくない。
【0025】また、必要に応じ、マトリックス樹脂である強化ポリアミド樹脂(A) との界面接着力を向上させ、補強効果をさらに上げる目的で、種々の化合物で処理した繊維状強化材等を使用してもよいし、タルク、ワラストナイト、マイカ、クレー、カオリン、炭酸カルシウム、硫酸バリウム等の粒状無機化合物を本発明の特性を損なわない範囲で添加してもよい。
【0026】次に、本発明の樹脂製インテークマニホールドの製造法について説明する。本発明の方法においては、樹脂製インテークマニホールドの中空部を、低融点合金コアを溶融するロストコア成形により作ることが好ましい。
【0027】ロストコア成形とは、アンダーカットの形状をもつロストコア(以下「コア」という。)を可溶性の材料で製作し、このコアをインサートして成形材料を射出成形し、取り出された射出成形品から中空コアを溶解除去することによって、目的の射出成形品が残される成形プロセスである。すなわち、コア製作/被覆射出成形/コアの溶出という3工程を経て目的の射出成形品を製作する成形プロセスのことである(プラスチックエージ、1992年、第10巻、第 149〜 153頁参照)。
【0028】本発明の方法においては、まず初めに、低融点合金を用いてコアを作製する。この際、低融点合金としては、スズ−ビスマス合金(融点 138℃)、スズ−鉛−アンチモン合金(融点 187℃)等が使用される。また、このコアは精密鋳造によって作られるものであり、通常は金型が必要である。そして、精密鋳造としては、例えば金属溶解部及びコア成形(鋳造)部がセットになった専用のコア製造システム、ダイカスト鋳造、シェルモールド鋳造、ロストワックス鋳造等が、成形サイクルや生産量に応じて採用される。
【0029】次に、本発明における樹脂組成物を用いて被覆射出成形する。この際、樹脂組成物は、通常の射出成形法によって金型内に固定された低融点合金コアを包み込むような形で成形される。
【0030】そして、コアを包み込んだ成形品を、誘導加熱により温度をあげ、低融点合金コアを溶解することによって、コアの除去を行う。この際、包み込まれたコアの寸法や形状にもよるが、加熱に要する時間は15〜90秒程度である。
【0031】このようにして製造された樹脂製インテークマニホールドは、軽量で剛性(引張、圧縮、曲げ)や耐熱性、耐衝撃性、耐薬品性(耐ガソリン性、耐油性、耐不凍液性等)等に優れ、内壁面の平滑性や肉厚の均一性も良好であるので、自動車のエンジンルーム内の分配管として好適に利用できる。
【0032】
【実施例】次に、実施例により本発明をさらに具体的に説明する。なお、実施例及び比較例に用いた原料及び特性値の測定法は次の通りである。
1.原料■膨潤性フッ素雲母系鉱物ボールミルにより平均粒径が2μmとなるように粉砕したタルクに対し、平均粒径が同じく2μmの珪フッ化ナトリウムを全量の20重量%となるように混合し、これを磁性ルツボに入れ、電気炉で1時間 800℃に保持し、フッ素雲母系鉱物を合成した。生成したフッ素雲母系鉱物の粉末について、広角X線回折測定(リガク社製、RAD−rB型広角X線回折装置を使用)を行った結果、原料タルクのc軸方向の厚み 9.2Åに対するピークは消失し、膨潤性フッ素雲母系鉱物の生成を示す12〜16Åに対応するピークが認められた。
■強化ナイロン6樹脂(A−1)ε−カプロラクタム10kgに対して、1kgの水と200gの膨潤性フッ素雲母系鉱物とを添加し、これを内容量30リットルの反応缶に入れ、ε−カプロラクタムを重合し、強化ナイロン6樹脂(A−1)を得た。なお、重合反応は次のごとく行った。すなわち、攪拌しながら原料混合物を 250℃に加熱し、徐々に水蒸気を放出しつつ、1.5MPaの圧力まで昇圧し、次いで、常圧まで放圧した後、260 ℃で3時間重合した。重合の終了した時点で反応缶から強化ナイロン6樹脂を払い出し、これを切断してペレットとした。このペレットを95℃の熱水で処理して精練を行った後、真空乾燥した。この強化ナイロン6樹脂は、相対粘度が 2.5であり、膨潤性フッ素雲母系鉱物を 2.0重量%含有するものであった。また、この強化ナイロン6樹脂のペレットについて、広角X線回折測定を行った結果、膨潤性フッ素雲母系鉱物の厚み方向のピークは完全に消失しており、ナイロン6樹脂中に膨潤性フッ素雲母系鉱物が均一に分散されていることがわかった。
■強化ナイロン6樹脂(A−2)膨潤性フッ素雲母系鉱物を400gに変えた他は、■に示した方法と同様にして強化ナイロン6樹脂(A−2)を得た。この強化ナイロン6樹脂は、相対粘度が 2.4であり、膨潤性フッ素雲母系鉱物を 4.0重量%含有するものであった。また、この強化ナイロン6樹脂のペレットについて、広角X線回折測定を行った結果、膨潤性フッ素雲母系鉱物の厚み方向のピークは完全に消失しており、ナイロン6樹脂中に膨潤性フッ素雲母系鉱物が均一に分散されていることがわかった。
■ナイロン6樹脂ユニチカ社製、A1013BRL、相対粘度 2.5■ガラス繊維日本電気硝子社製、T −289 、繊維長 0.4mm、繊維径13μm【0033】2.測定法(a) 比重:ASTM D− 792に準じて測定した。
(b) 引張強さ、引張伸度:ASTM D− 638に準じて測定した。
(c) 曲げ弾性率:ASTM D− 790に準じて測定した。
(d) バーフロー流動長:幅20mm、厚み1mmのスパイラル状の金型を用い、樹脂の溶融温度 270℃、射出圧力100MPa、金型温度90℃、射出速度50mm/秒で射出成形することにより流動長を求めた。
(e) 吸水率:肉厚 3.2mmの板状成形品を用い、23℃の水中に 168時間浸漬し、重量変化を測定することにより吸水率を求めた。
【0034】実施例1強化ナイロン6樹脂(A−1)を原料に用い、2軸押出機を用いてガラス繊維を20重量%含有した樹脂組成物のペレットを得た。このペレットは次のようにして製造した。すなわち、2つの供給口とベント口を備えた内径45mmの2軸押出機を用い、シリンダー温度を270 ℃に設定し、第1供給口から強化ナイロン6樹脂を投入し、樹脂が溶融したのを確認した後、第2供給口からガラス繊維を供給し、ベント口を脱気ながら、ストランド状に引取り、水冷後これを切断してペレットとした。このペレットを用いて、シリンダー温度 270℃、射出時間8秒、冷却時間10秒の条件で射出成形し、各種の試験片を作製した。次に、上記のペレットを用いて、ロストコア成形により図1に示した樹脂製インテークマニホールドを次の方法で製造した。すなわち、まず初めに、融点 138℃のスズ−ビスマス合金を用い、精密鋳造によってコアを作製した。次に、上記のペレットを用い、このコアを60 MPaの圧力で被覆射出成形した。そして最終的に、このコアを包み込んだ成形品を、誘導加熱により温度を 150℃まで上げ、スズ−ビスマス合金を溶融することによって、コアの除去を行った。この際、加熱に要した時間は45秒であった。この方法で得られたインテークマニホールドは、内壁面の平滑性や肉厚の均一性に優れたものであった。
【0035】実施例2強化ナイロン6樹脂(A−1)に代えて強化ナイロン6樹脂(A−2)を用いた他は、実施例1と同様にして樹脂組成物のペレットを得、各種の試験片を作製した。また、このペレットを用い、実施例1と同様の方法によりインテークマニホールドを作製したところ、内壁面の平滑性や肉厚の均一性に優れたものが得られた。
【0036】比較例1ナイロン6樹脂を原料に用い、2軸押出機を用いてガラス繊維を30重量%含有した樹脂組成物のペレットを得、実施例1と同様にして各種の試験片を作製した。また、このペレットを用い、実施例1と同様の方法によりインテークマニホールドを作製したところ、60 MPaの圧力では被覆射出成形ができず、100MPaの圧力をかけることで被覆射出成形ができた。しかし、この方法で得られたインテークマニホールドは、内壁面の平滑性や肉厚の均一性に劣るものであった。
【0037】実施例1〜2及び比較例1における各種の試験片の特性値を表1に示す。
【0038】
【表1】

【0039】
【発明の効果】本発明によれば、軽量で剛性や耐熱性が高く、内壁面の平滑性や肉厚の均一性に優れ、自動車のエンジンルーム内の分配管として好適に利用できる樹脂製インテークマニホールドを得ることができる。




 

 


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