(57)【要約】【課題】  締結部の強度を向上させることができるシリンダブロックを提供する。【解決手段】  ブロック本体１１とベアリングキャップ１２とでクランクシャフト１３を支持し、ブロック本体１１に形成されたネジ穴１５に固定ボルト１７を螺合させてブロック本体１１にベアリングキャップ１２を固定するシリンダブロック１０であって、上記ネジ穴１５の内面の周方向において、クランクシャフトから受ける負荷によって応力が集中する部位に、径方向外側に突出する切欠部２３を形成したものである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブロック本体とベアリングキャップとでクランクシャフトを支持し、ブロック本体に形成されたネジ穴に固定ボルトを螺合させてブロック本体にベアリングキャップを固定するシリンダブロックであって、
上記ネジ穴の内面の周方向において、クランクシャフトから受ける負荷によって応力が集中する部位に、径方向外側に突出する切欠部を形成したことを特徴とするシリンダブロック。
【請求項２】
上記切欠部は、上記ネジ穴の周方向において上記クランクシャフトと近接する部位に形成される請求項１記載のシリンダブロック。
【請求項３】
上記切欠部は、上記ネジ穴の長手方向において、クランクシャフトから受ける負荷によって応力が集中する部位に形成される請求項１又は２記載のシリンダブロック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンのシリンダブロックに係り、特に、ブロック本体にベアリングキャップを締結する固定ボルトが螺合するネジ穴に発生する応力を低減して、亀裂などの発生防止を図ったシリンダブロックに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
まず、図８を用いてエンジンのシリンダブロックの概略を説明する。
【０００３】
図に示すように、シリンダブロック１０は図示しないシリンダが収容されるブロック本体１１と、そのブロック本体１１の下部に連結されるベアリングキャップ１２とを備え、これらブロック本体１１とベアリングキャップ１２との間に、クランクシャフト１３がベアリング（図示せず）を介して回転可能に支持される。
【０００４】
ブロック本体１１とベアリングキャップ１２との固定にはボルト締結が用いられる。つまり、ブロック本体１１の下面において、クランクシャフト１３の両側に位置する部位にネジ穴１５がそれぞれ複数個形成され、ベアリングキャップ１２にはネジ穴１５と対応する位置にボルト挿通穴１６が形成される。固定ボルト１７をベアリングキャップ１２の挿通穴１６を通してブロック本体１１のネジ穴１５と螺合させることにより、ベアリングキャップ１２がブロック本体１１に締結・固定される。
【０００５】
ところで、ブロック本体１１とベアリングキャップ１２との締結部はクランクシャフト１３からの負荷を受けるのであるが、近年のエンジン高出力化に伴って、この負荷がますます高く（過酷に）なっている。これに対して、シリンダブロック１０（ブロック本体１１、ベアリングキャップ１２等）は、エンジン軽量化等の目的から、鉄鋼材料よりも強度の低いアルミニウム合金製のものが用いられるようになっている。この結果、ブロック本体１１のネジ穴１５がクランクシャフト１３から受ける負荷（応力）に耐えきれなくなり、ネジ穴１５の内面に亀裂等が発生する可能性があった。
【０００６】
このため、材料面やサイズ面以外の対策によって（つまり、重量を増加させることなく）シリンダブロック１０の締結部の強度を向上させることが課題となっている。
【０００７】
ここで、特許文献１にはボルト締結部の強度を向上させる対策として、ボルト頭部の着座面の一部を傾斜させることが記載されている。この構成によれば、ボルト頭部と着座面との間に隙間（逃がし）が形成されるため、ボルトの変形を許容でき、ボルトおよびネジ穴に発生する応力を低減することができる。
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−２８８９５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、この構造をシリンダブロック１０の締結部に適用した場合、固定ボルト１７の変形によりブロック本体１１とベアリングキャップ１２との隙間が変化するため、以下の問題が発生してしまう。
【００１０】
１）クランクシャフト１３とシリンダブロック１０との隙間が変化するため、クランクシャフト１３の破損につながるおそれがある。
【００１１】
２）クランクシャフト１３とベアリングとの隙間が変化するため、ベアリングの焼き付き（損傷）につながるおそれがある。
【００１２】
３）騒音・振動の発生につながるおそれがある。
【００１３】
つまり、シリンダブロック１０では、固定ボルト１７の変形を増加（許容）させて応力を低減させることは得策ではない。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、固定ボルトの変形を増加させることなく、締結部の強度を向上させることができるシリンダブロックを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために本発明は、ブロック本体とベアリングキャップとでクランクシャフトを支持し、ブロック本体に形成されたネジ穴に固定ボルトを螺合させてブロック本体にベアリングキャップを固定するシリンダブロックであって、上記ネジ穴の内面の周方向において、クランクシャフトから受ける負荷によって応力が集中する部位に、径方向外側に突出する切欠部を形成したものである。
【００１６】
ここで、上記切欠部は、上記ネジ穴の周方向において上記クランクシャフトと近接する部位に形成することが好ましい。
【００１７】
また、上記切欠部は、上記ネジ穴の長手方向において、クランクシャフトから受ける負荷によって応力が集中する部位に形成しても良い。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、ネジ穴に発生する最大応力が低減されるため、固定ボルトの変形を増加させることなく、締結部の強度を向上させることができるという優れた効果を発揮するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２０】
本実施形態のシリンダブロックの概略構造は、図８に示したものと同様である。
【００２１】
即ち、本実施形態のシリンダブロック１０は、図示しないシリンダが収容されるブロック本体１１と、そのブロック本体１１の下部に連結されるベアリングキャップ１２とを備え、これらブロック本体１１とベアリングキャップ１２との間に、クランクシャフト１３がベアリング（図示せず）を介して回転可能に支持される。
【００２２】
ブロック本体１１の下面において、クランクシャフト１３の両側に位置する部位にはネジ穴１５がそれぞれ複数個形成され、ベアリングキャップ１２にはネジ穴１５と対応する位置にボルト挿通穴１６が形成される。固定ボルト１７をベアリングキャップ１２の挿通穴１６を通してブロック本体１１のネジ穴１５と螺合させることにより、ベアリングキャップ１２がブロック本体１１に締結・固定される。
【００２３】
さて、本実施形態のシリンダブロック１０の特徴は、ブロック本体１１に形成されるネジ穴１５にあるので、以下、図１及び図２を用いてネジ穴１５の構造を説明する。
【００２４】
図１はブロック本体１１の下面１１ａ側から見たネジ穴１５の正面図であり、図２（ａ）は図１のＩＩａ−ＩＩａ線断面図、図２（ｂ）は図１のＩＩｂ−ＩＩｂ線断面図、図２（ｃ）は図１のＩＩｃ−ＩＩｃ線断面図である。
【００２５】
図１中、２０はネジ穴１５のネジの山を示しており、２１はネジの谷を示している。
【００２６】
図から明らかなように、本実施形態のシリンダブロック１０のネジ穴１５の特徴は、ネジ穴１５の内面の周方向一部に、径方向外側に突出した切欠部２３が形成されている点にある。本実施形態の切欠部２３はネジ穴１５の山２０から径方向外側に円弧状に突出しており、その最大突出点Ｐ１がネジ穴１５の谷２１の位置と等しくなっている。本実施形態では、切欠部２３は、ネジ穴１５の長手方向（深さ方向）にほぼ全域に亘って形成される。
【００２７】
本実施形態の切欠部２３の形状を更に具体的に説明すると、図３に示すように、切欠部２３は、ネジ穴１５の谷２１の径Ｄの半分（Ｄ／２）を直径Ｄ’とする円２５の外周に沿ってくり抜かれて形成される。つまり、図３中ハッチングで示す部分がくり抜かれる部分である。この切欠部２３は、ドリルやスロッター等を用いて比較的容易に形成することができる。
【００２８】
係る切欠部２３を形成することにより、この部位では固定ボルト１７とネジ穴１５との係合（螺合）面積が小さくなる。特に、切欠部２３の最大突出点Ｐ１及びその近傍では、固定ボルト１７とネジ穴１５との係合が完全に解除・開放される。従って、この部分では固定ボルト１７からネジ穴１５への負荷伝達が遮断されることになり、クランクシャフト１３から固定ボルト１７に負荷が作用しても、この部位に発生する応力はほぼゼロとなる。そして、その分の応力がネジ穴１５の周方向の他の部位に分散される。従って、クランクシャフト１３から負荷を受けたときに発生する応力が最も大きくなる部位（応力集中部位）に切欠部２３を設ければ、ネジ穴１５に発生する最大応力を低減することができる。結果として、ネジ穴１５の強度が向上する。なお、この効果を得るためには、切欠部２３の最大突出点Ｐ１を、少なくともネジ穴１５と螺合する固定ボルト１７の山よりも径方向外側に位置させる必要がある。
【００２９】
本出願人は、切欠部２３の最適な形成位置を見つけるために、切欠部２３を有さない通常のネジ穴に発生する応力の解析を行った。その解析イメージを図４に実線Ａで示す。図はクランクシャフト１３の右側に位置するネジ穴１５に発生する応力を示しており、ラインＡがネジ穴１５の中心から径方向外側に離れる程、その部分に発生する応力が高いことを意味している。
【００３０】
図から明らかなように、ネジ穴１５の左側、つまり、クランクシャフト１３側の部位に発生する応力の方がクランクシャフト１３から遠い部位（右側）に発生する応力よりも高くなる。そして、クランクシャフト１３との距離が最も短くなる点Ｐ’にて応力は最大となる。
【００３１】
この理由を図５を用いて説明すると、エンジンの燃焼行程では、ピストンの下降に伴って、クランクシャフト１３及びそれを支持するベアリングキャップ１２等に対して下方へ押し下げる力が作用する。このとき、固定ボルト１７はその上端のみが固定された、所謂、片持ち状態であるため、図に破線で示すように、ブロック本体１１、ベアリングキャップ１２の下部を外側に開く力が発生する。その結果、ネジ穴１５のクランクシャフト１３側の位置に大きな引張応力が発生する。この応力がネジ穴１５の耐力よりも大きければネジ穴１５に永久変形（亀裂など）が生じる原因となる。また、この引張応力はエンジンが爆発（燃焼）するたびに繰り返しかかるので、ネジ穴１５の内面に疲労破壊が発生する原因ともなる。
【００３２】
従って、図１に示すように、切欠部２３をネジ穴１５の内面の周方向においてクランクシャフト１３と近接する部位（応力集中部位）に形成すれば、その部分に発生する応力を他の部位に分散でき、ネジ穴１５に発生する最大応力を低減できる。特に、切欠部２３の最大突出点Ｐ１を、クランクシャフト１３との距離が最も近い位置（図４におけるポイントＰ’）に位置させれば、ネジ穴１５に発生する最大応力を最も効果的に低減できる。
【００３３】
本出願人は、切欠部２３による応力低減効果を確認するために、切欠部２３を形成したネジ穴１５に発生する応力の解析を行った。その解析イメージを図６に実線Ｂで示す。なお、図中の点線Ａは、図４に示した従来のネジ穴に発生する応力を比較のために示したものである。
【００３４】
図から明らかなように、切欠部２３を形成したネジ穴１５では、従来応力が集中していた点（切欠部２３の最大突出点Ｐ１）に発生する応力が従来と比較して著しく低減し、その他の部位、特に、切欠部２３の周方向両端部Ｐ２，Ｐ３に発生する応力が若干増加している。つまり、切欠部２３を形成したことにより、従来一点に集中していた応力が、周方向における他の部位、特に、切欠部２３の両端部Ｐ２，Ｐ３の二点に分散されたことを意味している。従って、ネジ穴１５に発生する最大応力（切欠部２３の両端部Ｐ２，Ｐ３に発生する応力Ｓｂ）は、従来のネジ穴に発生する最大応力Ｓａと比べて著しく低くなる。結果として、ネジ穴１５の強度が向上し、亀裂などの発生を防止できる。特に、ネジ穴１５に発生する最大応力Ｓｂがネジ穴１５の耐力よりも小さくなるように、切欠部２３の形状やサイズ等を設定すれば、亀裂等の発生をより確実に防止できる。なお、ネジ穴１５全体に発生する応力は従来と同じであるので、図６における実線Ｂ内の面積と点線Ａ内の面積とは等しくなる。
【００３５】
このように、本実施形態のシリンダブロックによれば、シリンダブロックの重量を増加させることなく、かつ安価に締結部の強度向上を図ることができる。
【００３６】
また、本実施形態のシリンダブロックによれば、ネジ穴１５及び固定ボルト１７に発生する最大応力が低くなるため、固定ボルト１７の変形（伸び）量が従来と比べて小さくなる。従って、ブロック本体１１とベアリングキャップ１２との隙間の変化は従来よりも小さくなり、「発明が解決しようとする課題」の欄で説明したような、不具合が発生することはない。
【００３７】
なお、本発明は上記実施形態に限定はされない。
【００３８】
例えば、切欠部２３の形状は円弧状に限らず、三角形状など、他の形状としても良い。
【００３９】
また、切欠部２３の切欠量（径方向突出量、周方向長さなど）も上記実施形態に限定はされず、ネジ穴１５に係る負荷を考慮して適宜設定すれば良い。しかしながら、切欠部２３のサイズ及び形状は、ブロック本体１１とベアリングキャップ１２との締結力を充分確保できる範囲内とすることは勿論である。しかしながら、ネジ穴１５の応力低減効果（強度向上効果）を充分に得たい場合などは、切欠部２３のサイズを大きく設定し、その分の締結力及び強度の低下を、ネジ穴１５及び固定ボルト１７のネジを細目化することにより補うことも可能である。
【００４０】
更に、上記実施形態では、切欠部２３をネジ穴１５の長手方向全域に亘って形成すると説明したが、本発明はこの点において限定されず、図７に示すように、切欠部２３をネジ穴１５の長手方向（深さ方向）の一部にのみ形成しても良い。つまり、ネジ穴１５に発生する応力はネジ穴１５の長手方向においても均一に発生するのではなく、応力が集中する部位が存在すると考えられるので、シミュレーションなどにより長手方向における応力集中部位を求めて、その部分にのみ切欠部２３を形成すれば、締結力（強度）の低下を最小限に抑えつつネジ穴１５の強度向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一実施形態に係るシリンダブロックのブロック本体のネジ穴の正面図である。
【図２】（ａ）は図１のＩＩａ−ＩＩａ線断面図、（ｂ）は図１のＩＩｂ−ＩＩｂ線断面図、（ｃ）は図１のＩＩｃ−ＩＩｃ線断面図である。
【図３】切欠部の形状を説明するための図である。
【図４】切欠部を有さない従来のネジ穴に発生する応力を示す図である。
【図５】クランクシャフトから受ける負荷によりシリンダブロックに発生する力を説明するための図である。
【図６】切欠部を有するネジ穴と切欠部を有さない従来のネジ穴に発生する応力を示す図である。
【図７】本発明の他の実施形態に係るネジ穴を示す側面断面図である。
【図８】シリンダブロックの概略図である。
【符号の説明】
【００４２】
１０  シリンダブロック
１１  ブロック本体
１２  ベアリングキャップ
１３  クランクシャフト
１５  ネジ穴
１７  固定ボルト
２３  切欠部
【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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【図８】
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