(57)【要約】【課題】本発明は、一対の金属部材を適性締結軸力で安定して締結でき、温度の増減変化に対し、隙間の発生や過度の軸力による軸力作用位置近傍の変形の発生を確実に防止できる金属部材の結合構造を提供することにある。【解決手段】線膨張係数が第１係数Ａであるシリンダヘッド（第１金属部材）と線膨張係数が第１係数とは異なる第２係数Ｂであるシリンダブロック（第２金属部材）とをボルト（第３金属部材）によって結合するもので、第３金属部材は、線膨張係数Ｃが上記第１係数Ａと上記第２係数Ｂとの間の第３係数Ｃで構成され、第１金属部材と第３金属部材との第１結合部ｐ１と第１金属部材と第２金属部材との第２結合部ｐ２との間の第１距離をＸ、第２金属部材と第３金属部材との第３結合部ｐ３と第２結合部ｐ２との間の第２距離をＹ、としたときに、次式（Ａ−Ｃ）Ｘ＝（Ｃ−Ｂ）Ｙ  を満たすことを特徴とする。【選択図】              図１
2004225872.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
線膨張係数が第１係数である第１金属部材と線膨張係数が上記第１係数とは異なる第２係数である第２金属部材とを第３金属部材によって結合する金属部材の結合装置において、
上記第３金属部材は、線膨張係数が上記第１係数と上記第２係数との間の第３係数である金属部材で構成され、
上記第１係数をＡ、
上記第２係数をＢ、
上記第３係数をＣ、
上記第１金属部材と上記第３金属部材との第１結合部と第１金属部材と第２金属部材との第２結合部との間の第１距離をＸ、
上記第２金属部材と上記第３金属部材との第３結合部と上記第２結合部との間の第２距離をＹ、
としたときに、上記第１距離と第２距離との関係が、次式
（Ａ−Ｃ）Ｘ＝（Ｃ−Ｂ）Ｙ
を満たすように、設定されていることを特徴とする金属部材の結合構造。
【請求項２】
上記第１金属部材がエンジンのシリンダヘッドであって、上記第２金属部材が上記エンジンのシリンダブロックであって、上記第３金属部材が上記シリンダヘッドを上記シリンダブロックに結合させるシリンダヘッドボルトであり、
上記エンジンのシリンダヘッドとシリンダブロックとの結合構造に適用されることを特徴とする請求項１記載の金属部材の結合構造。
【請求項３】
上記シリンダヘッドボルトがシリンダライナの軸方向に沿って配設され、
該シリンダヘッドボルトと上記シリンダブロックとの結合部の上記軸方向下方にウォータージャケットが形成されている
ことを特徴とする請求項２記載の金属部材の結合構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、互いに重なり合う一対の金属部材を第３の金属部材で締め付け、一体化する金属部材の結合構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一対の金属部材、例えば、内燃機関のシリンダブロックとシリンダヘッドとを一体的に結合する場合、通常、シリンダヘッド側より金属ボルトを差込み、同ボルトをシリンダブロック側に形成したボルト穴の低部側に形成される内螺子に螺着させ、締め付けることでエンジン本体の組付け結合処理がなされている。
【０００３】
このような、結合構造を採る内燃機関はシリンダブロックとシリンダヘッドの間にガスケットを介装しており、このシール機能も加わり、シリンダブロックとシリンダヘッドの間に隙間が生じることを抑制し、燃焼室からのガス漏れ、ウォータージャケットからの水漏れ、油路からのオイル漏れ等を防止するようにしている。
【０００４】
ところで、内燃機関は冷態時と暖気完了時とではかなりの温度変化を生じ、金属部材からなるシリンダブロック、シリンダヘッド及びこれらの結合部に嵌着された締結用のボルトはそれぞれの線膨張係数に応じた伸び変形を生じ、この際、締結軸力の作用位置の間で引っ張り方向の軸力を受けることとなる。
【０００５】
例えば、図７に示すように、締結用のボルトがエンジンの常温相当の位置▲１▼で締結用の軸力を受けているとし、この状態より雰囲気温度の上昇、即ち、エンジン駆動に応じた温度相当の位置▲２▼、位置▲３▼に順次達すると軸力は増大する。逆に、エンジン停止や大気温の比較的大きな低下に応じてエンジンが冷却され降下すると、その降下した温度相当の位置▲４▼で軸力は低下する。このような温度の上昇と低下が、この後、各温度相当の位置▲５▼、位置▲６▼と順次繰り返され、再度常温位置▲７▼に達するとすると、シリンダヘッド側のへたりも加わり、軸力がδｋｇｆ程度低下する。この軸力低下は経時的に増加する傾向にある。
【０００６】
このような軸力低下を予め見越し、当初の締結ボルトの軸方向の締め付け力を十分に付加しておくことで、軸力低下による２つの金属部材であるシリンダブロックとシリンダヘッドの合わせ面間に隙間が生じることを抑制し、特に、収縮変形量が比較的大きくなる低温雰囲気下でも、締結力が消滅して、相対的なずれが発生したり、隙間が生じるということを抑制するようにしている。
しかし、締結ボルトの軸力低下を予め見越し、当初の締結ボルトの軸方向の締め付け力を過度に付加した場合、次の様な問題が生じる。
【０００７】
例えば、図９に示すように、シリンダヘッド側（紙面上側）から締結用ボルトが差込まれて、紙面下側のシリンダブロックの一部であるシリンダライナ１１０の上壁部１２０に締め付け結合されるとする。この際、図９における紙面上側のシリンダヘッドとその下側のシリンダライナ１１０の上端部との両対向面間に不図示のガスケットのグロメットが挟まれた状態が生じる。すると、締結用ボルトの締め付けによる軸力の増加に応じてシリンダライナ１１０の上端部とシリンダヘッド側が圧接方向に変位し、その際、シリンダライナ１１０の上端部がグロメットをてこ支点としてシリンダヘッド側に変位する。結果として、上壁部と一体のシリンダライナ１１０の上部が図９に２点鎖線で示すように変形する。即ち、ボルト締め付け穴１００の近傍におけるシリンダライナ１１０のボアＢの変形量ｂがμｍのレベルで増加してボアＢ’となる。なお、図８に示すように、このボア変形量μｍは締結ボルトの軸方向の締め付け軸力ｋｇｆの増加に応じて増加しており、この変形に関連してシリンダライナの早期偏磨耗が生じ、耐久性の低下を招くこととなる。
【０００８】
そこで、特開平８−２１２９９号公報（特許文献１）に開示されたシリンダブロックの結合構造では、アルミ合金製のシリンダブロック本体内に鋳鉄製のシリンダライナを鋳ぐるようにし、このシリンダライナのデッキ面より十分に離れた低部側の部位に螺子溝を形成しておき、ここにシリンダヘッド側から差込んだボルトを螺着し、シリンダヘッドとシリンダブロック本体側を一体結合するようにしている。この構造では、温度変化によってシリンダブロック本体が膨張収縮してもシリンダライナ側に螺着されたボルト側の軸力の変化は最小限に抑えられ、ボルトの軸力が安定し、ガス漏れ等が発生することを防止できる。
【０００９】
【特許文献１】
特開平８−２１２９９号公報（段落「００１３」〜「００１６」、図２）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
このように、常温時に所定締結力で隙間なく締め付け結合されていた一対の金属部材は、その線膨張係数が締結用の金属部材である締結ボルトに対し異なる場合、その締結力の作用位置間の長さにもよるが、温度の高低変化により膨張収縮を比較的大きく繰り返し、場合により、特に低温雰囲気下では重合面に隙間が生じる場合があり、しかも、これに対処すべく過度の軸力を予め付加しておくとすると、軸力の作用位置近傍の変形が生じてしまうという問題がある。
【００１１】
そこで、この問題に対処すべく上述の特許文献１に開示されたシリンダブロックの結合構造を用いるとした場合、アルミ合金製のシリンダブロック本体内に鋳鉄製のシリンダライナを鋳ぐるむという限定構成を採ることとなり、これ以外の素材の組合せを採るシリンダブロックの結合構造を採るものにはその技術を適用することができない。特に、シリンダライナを一体鋳造するシリンダブロックにはその技術を適用できない。更に、軸受けがシリンダブロック本体でなくシリンダライナの低部に一体鋳造され、この点でも特殊構成を採っており、実施の汎用性にかけるものとなっている。
【００１２】
このように、相互に線膨張係数が異なる一対の金属部材を締結用の金属部材で一体的に結合するにあたり、一対の金属部材と締結用の金属部材の線膨張係数とがずれているとしても、雰囲気温度の増減変化に対し、常に、締結用の金属部材が適性な締結軸力を安定して保つ状態で一対の金属部材を締結することが望まれている。これにより、所定締結力で隙間なく、又、過度の軸力により作用位置近傍に変形が生じることを防止できるような金属部材の結合構造が望まれている。
【００１３】
本発明は、以上のような課題に基づきなされたもので、締結用の金属部材が一対の金属部材を適性締結軸力で安定して締結でき、雰囲気温度の増減変化に対し、隙間の発生や過度の軸力による軸力作用位置近傍の変形の発生を確実に防止できる金属部材の結合構造を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、線膨張係数が第１係数である第１金属部材と線膨張係数が上記第１係数とは異なる第２係数である第２金属部材とを第３金属部材によって結合する金属部材の結合装置において、上記第３金属部材は、線膨張係数が上記第１係数と上記第２係数との間の第３係数である金属部材で構成され、上記第１係数をＡ、上記第２係数をＢ、上記第３係数をＣ、上記第１金属部材と上記第３金属部材との第１結合部と第１金属部材と第２金属部材との第２結合部との間の第１距離をＸ、上記第２金属部材と上記第３金属部材との第３結合部と上記第２結合部との間の第２距離をＹ、としたときに、上記第１距離と第２距離との関係が、次式
（Ａ−Ｃ）Ｘ＝（Ｃ−Ｂ）Ｙ
を満たすように、設定されていることを特徴とする。
【００１５】
このように、第１金属部材及び第２金属部材と、締結用の第３金属部材との各線膨張係数及び締結用の第３金属部材により締結力が作用する位置間の長さである第１、第２距離Ｘ、Ｙが、（Ａ−Ｃ）Ｘ＝（Ｃ−Ｂ）Ｙを満たすので、雰囲気温度変化があっても、第１金属部材の第３金属部材に対する延びの過剰分が第３金属部材の第２金属部材に対向する部分が比較的延びることで過剰分を打ち消すことができ、常に、締結用の第３金属部材に加わる締結軸力が安定し、常温での締結時に加えた初期の締結軸力を保持できる。このため、常に、締結用の金属部材が締結軸力を安定して保つ状態で第１金属部材及び第２金属部材を締結し、初期の締結軸力で隙間なく締め付け結合状態を安定して保持でき、又、過度の締結軸力の発生を防止して締め付け座面の変形を防止できる。
【００１６】
請求項２の発明は、請求項１記載の金属部材の結合構造において、上記第１金属部材がエンジンのシリンダヘッドであって、上記第２金属部材が上記エンジンのシリンダブロックであって、上記第３金属部材が上記シリンダヘッドを上記シリンダブロックに結合させるシリンダヘッドボルトであり、上記エンジンのシリンダヘッドとシリンダブロックとの結合構造に適用されることを特徴とする。  このように、シリンダヘッドとシリンダブロックとをシリンダヘッドボルトで締結する場合も、シリンダヘッドのシリンダヘッドボルトに対する延びの過剰分がシリンダヘッドボルトのシリンダブロックに対向する部分が比較的延びることで過剰分を打ち消すことができ、常に、シリンダヘッドボルトが締結軸力を安定して保つ状態でシリンダヘッドとシリンダブロックを締結し、初期の締結軸力で隙間なく締め付け結合状態を保持でき、ガス漏れやオイル漏れを防止０でき、又、過度の締結軸力の発生を防止してシリンダヘッド側の締め付け座面の変形を防止できる。
【００１７】
請求項３の発明は、請求項２記載の金属部材の結合構造において、上記シリンダヘッドボルトがシリンダライナの軸方向に沿って配設され、該シリンダヘッドボルトと上記シリンダブロックとの結合部の上記軸方向下方にウォータージャケットが形成されていることを特徴とする。
このように、シリンダヘッドとシリンダブロックとをシリンダヘッドボルトで締結している結合部がウォータージャケットに対して上方に位置するとしても、常に、シリンダヘッドボルトが締結軸力を安定して保つ状態でシリンダヘッドとシリンダブロックを締結するので、結合部近傍のシリンダライナに過度の変形が生じるということを確実に防止できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１乃至図３には本発明の実施形態としての金属部材の結合構造を適用して組付けられたエンジン１の概略図を示した。このエンジン１は直列４気筒縦置きエンジンであり、各気筒の燃料室での燃焼爆発行程において生じる高圧燃焼ガスのガス圧を不図示のピストン及びクランク軸の働きで回転力として出力するという周知の４サイクル内燃機関の構成を採る。このエンジン１の本体はシリンダブロック２の上側にシリンダヘッド３を重ね、下側に板金性のオイルパン４を重ね、これらは相互に一体的に結合されている。特に、シリンダブロック２とシリンダヘッド３とは本発明の一実施形態としての金属部材の結合構造を適用して一体結合される。
【００１９】
シリンダブロック２は鋳鉄ＦＣによって鋳造されており、前後左右に略矩形状を成すように縦向きの外壁６を連続形成し、それらに囲まれた内部に、各気筒のシリンダライナ５をその軸線方向を縦向きにした状態でシリンダブロック２の長手方向Ｘに順次直列状に配備している。しかも、各シリンダライナ５の上端及び下端は上壁７及び下壁８で相互に連結され、外壁側と一体形成される。このようなシリンダブロック２は外壁６と各シリンダライナ５との間にウォータージャケット９を形成し、このウォータージャケット９は冷却水循環系に接続されている。
【００２０】
シリンダブロック２内の各シリンダライナ５の上部側には、各シリンダライナ５の中央より側方のウォータージャケット９側に膨出するように、しかも、上壁７側より下方に向けて所定の縦幅ｈ１を確保した状態でボス部１１が形成される。
このボス部１１には上壁７側に開口する縦穴１４が形成される。特に、この縦穴１４は、上壁側開口より縦長さの比較的長い穴として形成され、その低部側に後述の締結用のボルト１２が螺合する螺子穴１３が形成される。
【００２１】
このようなボス部１１は、図２に示すように、各シリンダライナ５に対してそれぞれの平面視における４角に配備されている。各ボス部１１の縦穴１４にボルト１２を差込み、その下部の螺子穴１３にボルト１２を螺合させることによりシリンダヘッド３がシリンダブロックに締結される。このため、燃料室で生じる爆発圧は４角の各ボルト１２に分散して均等に受けとめられるようにでき、シリンダブロック２とシリンダヘッド３間に相互変動が生じないよう締結力をボルト１２を介し各ボス部１１に均等に付与できるようにしている。
【００２２】
シリンダブロック２の上壁７の上向重合面ｆ１にはガスケット１５を介しシリンダヘッド３の下向重合面ｆ２が重ね合わされる。
ここで、シリンダヘッド３はシリンダブロック２の上向重合面ｆ１の全体を覆うと共に、各気筒のシリンダライナ５の上部を閉鎖することで各気筒の燃料室を形成する。
シリンダヘッド３はアルミ合金でダイキャスト鋳造されており、不図示の動弁系を収容し、しかも、これら動弁系と干渉しない部位に不図示の上部ウォータージャケットを形成される。
【００２３】
この上部ウォータージャケットはシリンダブロックの上壁に形成された複数の冷却水通路１６を介しシリンダブロック２側のウォータージャケット９に連通する。
更に、シリンダヘッド３内の不図示の動弁系にオイル供給するオイル循環路（図示せず）がシリンダヘッド３内に形成されている。
シリンダヘッド３はその外周縁よりフランジ１７を突出し形成する。このフランジ１７はシリンダブロック２側の上壁７にガスケット１５を介し重ねられ、本発明の適用された金属部材の結合構造を用い、シリンダブロック２側に複数箇所、即ち、各ボス部１１との対向位置で一体的に結合される。
【００２４】
図１、図３に示すように、シリンダヘッド３のフランジ１７は縦幅Ｘを有し、各ボス部１１との対向位置に貫通穴１８を形成される。この貫通穴１８はボス部１１の縦穴１４と対向し、これらに締結用のボルト１２が上方より嵌挿され、同螺子穴１３に螺着される。なお、この金属部材であるシリンダブロック２とシリンダヘッド３の結合構造は、各締結用金属部材であるボルト１２による締結位置において同様に構成されることよりここでは、一ヵ所のみの説明を主に行ない、重複説明を略す。
【００２５】
図１、図３に示すように、このボルト１２の締結状態において、ボルト１２とフランジ１７上面との接合部を軸力作用位置ｐ１とし、螺子穴１３に螺着する部位のほぼ中央部を軸力作用位置Ｐ３とし、シリンダブロック２とシリンダヘッド３との両重合面ｆ１、ｆ２の対向位置、即ち、ガスケット１５の厚さ方向中央部を中間軸力作用位置ｐ２とする。
【００２６】
ここで締結用の金属部材であるボルト１２はボス部１１の螺子穴１３に対し、常温雰囲気下で、軸力が適性値となるように締め付け処理が成され、一対の金属部材であるシリンダブロック２とシリンダヘッド３とを一体結合する。
更に、このボルト１２によるシリンダブロック２とシリンダヘッド３との締結を詳細に説明する。
ここで、図５に示すように、アルミ合金製のシリンダヘッド（ａ）を第１金属部材とし、その線膨張係数を第１係数Ａ（２１×１０−６）とする。
【００２７】
鋳鉄ＦＣによって鋳造されたシリンダブロック（ｂ）を第２金属部材とし、その線膨張係数を第２係数Ｂ（１０×１０−６）とする。
鋼製のボルト（ｃ）を締結用の第３金属部材とし、その線膨張係数を第３係数Ｃ（１２×１０−６）とする。
ここで、シリンダヘッド（ａ）の線膨張係数Ａと、シリンダブロック（ｂ）の線膨張係数Ｂとは異なり、特に、Ａ＞Ｂの特性として選択された。しかも、ボルトの線膨張係数Ｃは第１係数Ａと第２係数Ｂとの間の係数、即ち、Ａ＞Ｃ＞Ｂの特性として選択された。
【００２８】
次に、図３に示すように、ここで、第１金属部材であるシリンダヘッド３と締結用の第３金属部材であるボルト１２との第１結合部をフランジ１７上面の軸力作用位置ｐ１とする。第１金属部材であるシリンダヘッド３と第２金属部材であるシリンダブロック２との第２結合部をシリンダブロック２とシリンダヘッド３との両重合面ｆ１、ｆ２間の中間軸力作用位置ｐ２とする。第２金属部材であるシリンダブロック２と第３金属部材であるボルト１２との第３結合部を螺子穴１３中央の軸力作用位置ｐ３とする。
【００２９】
更に、第１結合部である軸力作用位置ｐ１と、第２結合部である中間軸力作用位置ｐ２との距離を第１距離Ｘ、第３結合部である軸力作用位置ｐ３と第２結合部である中間軸力作用位置ｐ２との間の第２距離をＹ、とする。
この場合において、図１、図３に示すボルト１２の締結構造では、第１距離Ｘと第２距離Ｙとの関係が、次式（イ）
（Ａ−Ｃ）Ｘ＝（Ｃ−Ｂ）Ｙ・・・・・・・（イ）
を満たすように設定されている。
【００３０】
即ち、式（イ）を書き換えると、
（２１×１０−６―１２×１０−６）Ｘ＝（１２×１０−６−１０×１０−６）Ｙ
９Ｘ＝２Ｙ
∴  Ｙ＝４．５Ｘ
これより、ボルト１２の座面である軸力作用位置ｐ１とボス部１１の螺子穴１３中央の軸力作用位置ｐ３との距離（Ｘ＋Ｙ）は、シリンダヘッド３のフランジ１７部の厚さである軸力作用位置ｐ１と中間軸力作用位置ｐ２との間の第１距離Ｘの５、５倍となる。即ち、ここでフランジ１７部の厚さを第１距離Ｘとして、ボルト１２の座面とシリンダブロック２とボルト１２との第３結合部との間の距離（Ｘ＋Ｙ）が第１距離Ｘの５、５倍となるように、このボルト１２を嵌合して螺着できる長さの縦穴１４とそれに続く螺子穴１３を形成したボス部１１を設けることで式（イ）を満たすことと成る。
【００３１】
このような式（イ）を満たす結合構造において、ボルトを（ｃ）、シリンダヘッドを（ａ）、シリンダブロックを（ｂ）とし、相対的な長さと位置の関係を、図４の中央に常温位置として示した。
ここで、常温状態において、式（イ）を満たす結合構造におけるボルト（ｃ）、シリンダヘッド（ａ）、シリンダブロックｂはこれが高温状態（温度変化量Δｔとする）になると、図４の右側に示すように、ボルト（ｃ）とシリンダヘッド（ａ）との第１結合部（軸力作用位置ｐ１）とボルト（ｃ）とシリンダブロック（ｂ）との第３結合部（軸力作用位置ｐ３）との間の距離がＣ（Ｘ＋Ｙ）・Δｔと伸び変形する。
【００３２】
これに対し、ボルト（ｃ）とシリンダブロック（ｂ）との第３結合部（軸力作用位置ｐ３）とシリンダヘッド（ａ）とシリンダブロック（ｂ）との第２結合部（軸力作用位置ｐ２）との間の距離Ｙの部分がＢＹ・Δｔと変形し、第１結合部（軸力作用位置ｐ１）と第２結合部（軸力作用位置ｐ２）との間の距離ＸがＡＸ・Δｔと比較的大きく伸び変形する。
【００３３】
即ち、比較的大きい線膨張係数Ａであるアルミ合金製のシリンダヘッド（ａ）は、比較的大きく膨張して、常温での軸力作用位置ｐ１、ｐ２間の距離Ｘに対向する部分のボルト（ｃ）の伸び（ＣＸ・Δｔ）より過剰分αだけ大きく延びている。しかし、ここでの過剰分αはボルト１２の常温軸力作用位置ｐ２、ｐ３間の距離Ｙに対向する部分がシリンダブロック（ｂ）に対して比較的長い距離（ＣＹ・Δｔ）と延びることで、過剰分αを打ち消すことができる。
【００３４】
即ち、ボルト（ｃ）とシリンダヘッド（ａ）との第１結合部である軸力作用位置Ｐ１とボルト（ｃ）とシリンダブロック（ｂ）との第３結合部である軸力作用位置Ｐ３と間において、ボルト（ｃ）は、Ｘ＋ＹからＣ（Ｘ＋Ｙ）・△ｔへと延び変形する。これに対して、シリンダヘッド（ａ）のフランジ１７も高温変化に伴い延び変形して、ボルト（ｃ）とシリンダヘッド（ａ）との第１結合部である軸力作用位置Ｐ１とシリンダヘッド（ａ）とシリンダブロック（ｂ）との第２結合部である軸力作用位置Ｐ２との間の距離ＸはＡＸ・△ｔへと変化する。また、シリンダブロック（ｂ）も高温変化に伴い延び変形し、シリンダヘッド（ａ）とシリンダブロック（ｂ）との第２結合部である軸力作用位置Ｐ２とボルト（ｃ）とシリンダブロック（ｂ）との第３結合部である軸力作用位置ｐ３との間の距離ＹはＢＹ・△ｔへと変化する。
従って、温度変化量△ｔであるときのシリンダヘッド（ａ）、シリンダブロック（ｂ）、及びボルト（ｃ）の変化量は以下のようになる。
（１）シリンダヘット（ａ）とボルト（ｃ）との第１結合部とシリンダヘッド（ａ）とシリンダブロック（ｂ）との第２結合部との間でのシリンダヘッド（ａ）の変化量：ＡＸ・△ｔ
（２）シリンダヘッド（ａ）とシリンダブロック（ｂ）との第２結合部とシリンダブロック（ｂ）とボルト（ｃ）との第３結合部との間でのシリンダブロック（ｂ）の変化量：ＢＹ・△ｔ
（３）シリンダヘッド（ａ）とボルト（ｃ）との第１結合部とシリンダブロック（ｂ）とボルト（ｃ）との第３結合部との間でのボルト（ｃ）の変化量：Ｃ（Ｘ＋Ｙ）・△ｔ
そして、シリンダヘッド（ａ）、シリンダブロック（ｂ）、ボルト（ｃ）、及びボルト（ｃ）のひずみ変化量δとの関係は以下の式によって表される。
【００３５】
ＡＸ・△ｔ＋ＢＹ・△ｔ＝Ｃ（Ｘ＋Ｙ）・△ｔ＋δ・・・・・（ロ）
これを整理すると、
（（Ａ−Ｃ）Ｘ＋（Ｂ−Ｃ）Ｙ）・△ｔ＝δ・・・・・（ハ）
式（ハ）で、ボルト（ｃ）のひずみ変化量δを零とすれば、温度変化によるシリンダヘッド（ａ）、シリンダブロック（ｂ）、及びボルト（ｃ）の伸び変形によってボルト（ｃ）の締結軸力に増減変化が生じることなく、常温時と同等の締結軸力でシリンダヘッド（ａ）及びシリンダブロック（ｂ）を一体結合できることとなる。
【００３６】
即ち、シリンダヘッド（ａ）の線膨張係数Ａ、シリンダブロック（ｂ）の線膨張係数Ｂ、ボルト（ｃ）の線膨張係数Ｃ、ボルト（ｃ）とシリンダヘッド（ａ）との第１結合部である軸力作用位置Ｐ１とシリンダヘッド（ａ）とシリンダブロック（ｂ）との第２結合部である軸力作用位置Ｐ２との間の距離Ｘ、及びシリンダヘッド（ａ）とシリンダブロック（ｂ）との第２結合部である軸力作用位置Ｐ２とボルト（ｃ）とシリンダブロック（ｂ）との第３結合部である軸力作用位置Ｐ３との間の距離Ｙとの関係が、上式（イ）を満足する場合にボルト（ｃ）のひずみ変化量δを零とすることができ、温度変化に関係なく常温時と同響の緒結軸力でシリンダヘッド（ａ）及びシリンダブロック（ｂ）を一体結合できることとなる。
【００３７】
逆に、常温状態より低温状熊（温度変化量−Δｔ）になると、図４の左側に示すように、シリンダヘッド（ａ）、シリンダブロック（ｂ）、及びボルト（ｃ）が収縮変形することとなり、この場合においても、それぞれの変形量は上式（ロ）に基づくことになる。
【００３８】
即ち、比較的大きい線膨張係数Ａであるアルミ合金製のシリンダヘッド（ａ）は、比較的大きく縮む（ＡＸ・−Δｔ）ので、常温での軸力作用位置ｐ１、ｐ２間の距離Ｘに対向する部分のボルト（ｃ）の縮み変化量（ＣＸ・−Δｔ）より過剰分βだけ余分に縮小している。しかし、ここでの過剰分βはボルト１２の常温軸力作用位置ｐ２、ｐ３間の距離Ｙに対向する部分がシリンダブロック（ｂ）の縮み変化量（ＢＹ・−Δｔ）に対して比較的大きな縮み変化量（ＣＹ・−Δｔ）となることで、過剰分βを打ち消すことができる。
【００３９】
即ち、この場合においても、上式（イ）を満足する構成であるため、ボルト（ｃ）のひずみ変化量δは零となって、収縮変形によってボルト（ｃ）の締結軸力に増減変化が生じることはなく、常温時と同等の締結軸力でシリンダヘッド（ａ）及びシリンダブロック（ｂ）を一体結合できる。
このように、温度変化があっても、第１金属部材の第３金属部材に対する延びの過剰分αが第３金属部材の第２金属部材に対向する部分が比較的延びることで過剰分αを打ち消すことができ、
即ち、図１のシリンダヘッド２及びシリンダブロック３は温度の増減変化に関係なく、常温時と同等の締結軸力で一体結合され、両重合面ｆ１、ｆ２間に隙間が生じたり、ガス漏れ、水漏れ、オイル漏れ等を引き起こすことを防止でき、しかも、伸縮変形によって締結軸力が過度に増加することによる、シリンダヘッド３側の締め付け座面の変形を防止できる。
【００４０】
更に、図１、図３に示したように、ボルト１２とシリンダブロック２との第３結合部である軸力作用位置ｐ３がボス部１１に形成され、ボス部１１の側方及び軸方向下方にウォータージャケット９が配備される構成であるため、この場合、図８、９で説明したように、本来、シリンダブロック２に過度の締結軸力（上方への引っ張り力）が加わると、シリンダライナ５が変形するおそれがある。しかし、本実施形態にあっては、図１、３のシリンダライナ５はそれと一体のボス部１１に常温時においても、高温、低温時においても過度の締結軸力を加えるということがなく、適性軸力を安定して保つことができるので、第３結合部である軸力作用位置ｐ３の近傍のシリンダライナ５に過度の変形が生じるということを確実に防止でき、シリンダライナ５に偏磨耗が生じ、耐久性が低下するということを確実に防止できる。
【００４１】
図１には本発明が適用された金属部材の結合構造として、エンジン本体を構成するシリンダブロック２とシリンダヘッド３を、締結用の金属部材であるボルト１２により締結し、雰囲気温度の増減変化に対しても適性な締結軸力を維持できる用に構成したものを説明したが、これに代えて、図６に示すように構成しても良い。
【００４２】
この図６に示す金属部材の結合構造は、第１金属部材として鋳鉄製のパイプ１８とアルミ合金製のパイプ１９とを鋼製のボルト２０で一体的に結合したものであるとし、例えば、極寒冷地において使用され、高温流動体であるスチームが間欠的に流されるものであるとする。
ここで、鋳鉄製のパイプ１８のフランジ１８ａとアルミ合金製のアルミパイプ１９のフランジ１９ａとは相互に重ね合わされ、両フランジの各貫通穴２１、２２にボルト２０を嵌挿し、ボルト２０の螺子部にナット２３を螺着し適性締結軸力で締め付け、一体結合している。
【００４３】
この場合も、アルミパイプ１９のフランジ１９ａの線膨張係数を第１係数Ａ、鋳鉄パイプ１８のフランジ１８ａの線膨張係数を第２係数Ｂ、鋼製のボルト２０の線膨張係数を第３係数Ｃとし、各線膨張係数が、Ａ＞Ｃ＞Ｂの特性を持つものが採用される。
更に、アルミパイプ１９のフランジ１９ａの軸力作用位置ｐ１と、両フランジの重なる中間軸力作用位置ｐ２との距離を第１距離Ｘとし、両フランジの重なる中間軸力作用位置ｐ２と鋳鉄パイプ１８のフランジ１８ａの軸力作用位置ｐ３との距離を第２距離Ｙとし、上述の式（イ）を満たすように鋳鉄製のパイプ１８のフランジ１８ａとアルミ合金製のアルミパイプ１９のフランジ１９ａ及びボルト２０の長さ等が選択され、形成される。
【００４４】
図６の鋳鉄製のパイプ１８とアルミ合金製のパイプ１９とは使用時において、高温のスチームが流され、不使用時に極低温に冷却される。しかし、上述の式（イ）を満たすように鋳鉄製のパイプ１８とアルミ合金製のパイプ１９とが形成されることで、温度の増減変化に関係なく、常温時と同等の締結軸力で両フランジ１８ａ、１９ａは一体結合され、両重合面ｆ１、ｆ２間に隙間が生じたり、スチーム漏れを引き起こすことを確実に防止できる。
【００４５】
上述のところにおいて、第１金属部材をアルミ合金で、第２金属部材を鋳鉄で、締結用の第３金属部材を鋼製のボルトとして説明したが、これに限定されるものではなく、第１乃至第３金属部材の各線膨張係数Ａ、Ｂ、Ｃが、Ａ＞Ｃ＞Ｂの関係にあるものであれば、同様に採用でき、それらの結合構造を式（イ）の特性を保持できるように形成することで、図１の金属部材の結合構造と同様の効果を得ることができる。
【００４６】
【発明の効果】
以上のように、本発明は、雰囲気温度変化があっても常に、締結用の第３金属部材の締結軸力は安定し、常温での締結時に加えた初期の締結軸力と同等に保持できるので、常に、締結用の金属部材が締結軸力を安定して保った状態で第１金属部材及び第２金属部材を締結し、適正な締結軸力で隙間なく締め付け結合状態を保持でき、又、過度の締結軸力の発生を防止して締め付け座面の変形を防止できる。
【００４７】
請求項２の発明は、シリンダヘッドとシリンダブロックとをシリンダヘッドボルトで締結する場合も、常に、シリンダヘッドボルトの締結軸力を安定して保った状態でシリンダヘッドとシリンダブロックを締結し、適正な締結軸力で隙間なく締め付け結合状態を保持でき、ガス漏れやオイル漏れを防止でき、又、過度の締結軸力の発生を防止してシリンダヘッド側の締め付け座面の変形を防止できる。
【００４８】
請求項３の発明は、常に、シリンダヘッドボルトの締結軸力を安定して保った状態でシリンダヘッドとシリンダブロックを締結するので、結合部近傍のシリンダライナに過度の変形が生じるということを確実に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態としての金属部材の結合構造を適用したエンジンの概略側面図である。
【図２】図１のエンジンのシリンダブロックの上面図である。
【図３】図１のエンジンのシリンダライナとその要部のボス部の拡大断面図である。
【図４】図１のエンジンのシリンダヘッドとシリンダブロックの結合構造における温度変化を説明する説明線図である。
【図５】図１のエンジンのシリンダヘッドとシリンダブロックの結合構造における素材の線膨張係数を説明する線図である。
【図６】
本発明の他の実施形態である、一対のパイプの結合構造の要部切欠断面図である。
【図７】従来の締結ボルトの軸力―温度変化の特性線図である。
【図８】従来のシリンダライナのボア変形量―軸力変化の特性線図である。
【図９】従来のシリンダライナのボアの変形説明図である。
【符号の説明】
１      エンジン
２      シリンダブロック（第２金属部材）
３      シリンダヘッド（第１金属部材）
１２    ボルト（第３金属部材）
ｐ１    軸力作用位置（第１結合部）
ｐ２    中間軸力作用位置（第２結合部）
ｐ３    軸力作用位置（第３結合部）
Ａ      第１係数（線膨張係数）
Ｂ      第２係数（線膨張係数）
Ｃ      第３係数（線膨張係数）
Ｘ      第１距離
Ｙ      第２距離
【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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【図８】
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【図９】
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