(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被締結部材であるねじ締付部材をねじ部材によって締結する方法であって、
上記ねじ締付部材を上記ねじ部材の材質よりも硬度の低い材質で構成し、上記ねじ締付部材の着座面を該着座面と接する上記ねじ部材の座面よりも小径に形成した状態で、
上記ねじ締付部材のうち上記ねじ部材の座面と接する部分が塑性変形して上記ねじ締付部材の着座面が上記ねじ部材の座面に倣った形状となるように、該ねじ部材を締め付ける第１の工程と、
上記第１の工程において締め付けられた上記ねじ部材を緩める第２の工程と、
上記第２の工程において緩められた上記ねじ部材を、角度法締付けによって締め付ける第３の工程とを行う
ことを特徴とするねじ締付方法。
【請求項２】
請求項１において、
上記ねじ締付部材の着座面の外径をＤ０とし、上記ねじ部材の座面の外径をＤ１とし、上記ねじ締付部材の着座面の中央に開口する挿通孔の内径をｄ０とし、雄ねじが形成されていて上記挿通孔へ挿通される軸部の外径をｄ１とした場合に、Ｄ０＜Ｄ１−（ｄ０−ｄ１）の関係式が成立するように上記着座面を形成する
ことを特徴とするねじ締付方法。
【請求項３】
請求項１又は２において、
上記ねじ部材の材質を鋼とし、上記ねじ締付部材の材質をアルミニウム又はアルミニウム合金とする
ことを特徴とするねじ締付方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ねじ部材を用いて被締結部材を他の部材と締結する際のねじ部材の締め付け方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ボルトやナット等のねじ部材は、部品を固定する手段等として広く利用されている。例えば、特許文献１には、ボルトを用いて回転子の軸端に冷却用のファンブレードを固定する構造が開示されている。この特許文献１に開示された構造では、充分な剛性と大きさを持った平座金（プレーンワッシャー）をボルトとファンブレードの間に挟み込んでいる。つまり、この構造では、ボルトの頭部が平座金の表面に接触し、平座金の裏面がファンブレードと接触する。
【０００３】
ところで、ねじ部材としてのボルトを用いて被締結部材を確実に締結するには、充分な締付け力が得られるように、ボルトの軸部に充分な軸力（引張力）を作用させることが求められる。ボルトを締め付ける際に軸部に作用する軸力を管理する方法としては、様々なものが提案されている。なお、ここではボルトを締め付ける場合について説明するが、例えばスタッドボルトにナットを締め付ける際におけるスタッドボルトの軸力の管理についても、同様に行われる。
【０００４】
最も簡便な方法としては、トルク法が知られている。このトルク法は、ボルトを回転させるのに要するトルク（締付けトルク）を管理する方法である。ところが、ボルトを締め付ける際の締付けトルクは、その９０％前後がねじ面や座面での摩擦によって消費されてしまい、ボルトに軸力を発生させるために利用されるのはその１０％前後であることが一般に知られている。例えば特許文献１の構造では、ボルト座面と平座金の間における摩擦や雄ねじと雌ねじの間における摩擦によって、ボルトの締付けトルクの殆どが消費されてしまう。従って、このトルク法を用いてボルトに作用する軸力を高精度で管理するのは難しい。
【０００５】
ボルトに作用する軸力を高精度で管理するための締付け方法としては、角度法が知られている。この角度法は、ボルトが回転した角度（締付角度）を指標として、ボルトの締め付けを行う方法である。
【０００６】
この角度法では、ボルトの締め付け過程における特定の状態を基準点とし、その基準点から予め定めた角度だけボルトを締め込むことになる。従って、角度法によってボルトを締め付ける際には、ボルトの締付角度を計測するための基準点を定めなければならない。この基準点を定める手法としては、例えばボルトの締付けトルクが所定値に達した状態を基準点とする方法が知られている。また、ボルトを締め付ける際の締付けトルク波形の勾配から仮想の着座原点を定め、この着座原点を基準点とする方法も知られている。この方法は、例えば特許文献２に開示されている。この方法では、図９に示すように、ボルトを締め付けている最中に締付けトルク波形の勾配ｄＴ／ｄθを算出し、傾きがｄＴ／ｄθの直線と締付けトルクＴ＝０(ゼロ)の横軸が交わる点を仮想の着座原点θ０とする。そして、この着座原点θ０から所定の角度θ１だけボルトが回転した時点で、ボルトの締め付けを終了する。
【０００７】
また、フランジ付き六角ボルト２０では、図１０(Ａ)に示すように、その座面２３が平面ではなく傾斜面となっていることも多い。この場合、ねじ部材の座面は、その中央部から外周側へ向かって末広がりになった円錐面状となる。例えば、鋼製のボルト２０で鋳鉄製の被締結部材４０を締結する場合、つまりボルト２０と被締結部材４０の硬さが同程度の場合には、ボルト２０に軸力が作用するとその頭部２１が変形し、ボルト２０の座面２３が全面に亘って被締結部材４０と接触する（図１０(Ｂ)を参照）。このため、ボルト２０を締め込む過程でのボルト２０と被締結部材４０の間における摩擦係数μが安定化し、図９に示すように、締付けトルク波形の勾配ｄＴ／ｄθが概ね一定となる。その結果、着座原点θ０を正確に特定することができ、ボルトに作用する軸力を高精度で管理できる。
【特許文献１】特開２００１−１５３０９５号公報
【特許文献２】特開２００４−０７４３０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
近年、例えば自動車用のエンジンでは、軽量化等を目的としてアルミニウム合金製の部品が数多く採用されてきており、アルミニウム合金製の部品を鋼製のボルトによって締結するケースも増えている。ところが、ボルトの材質よりも硬度の低い材質で被締結部材が構成されている場合には、ボルトに作用する軸力を高精度で管理するのが困難になるという問題がある。
【０００９】
この問題点について説明する。図１１に示すように、被締結部材４０の材質がボルト２０の材質よりも低硬度の場合、ボルト２０を締め付けてゆくと、ボルト２０は殆ど変形せずに被締結部材４０が変形してゆくことになる。つまり、ボルト２０を締め付けてゆくと、それにつれて被締結部材４０が陥没してゆき、ボルト２０の座面２３と被締結部材４０の間だけでなく、ボルト２０のフランジ２２の側面と被締結部材４０との間にも摩擦力が作用する状態になる（図１１(Ｂ)を参照）。また、ボルト２０の側面と被締結部材４０との接触面積は、ボルト２０を回転させると次第に増加してゆき（図１１(Ｃ)を参照）、フランジ２２の側面と被締結部材４０の間での摩擦により消費される締付けトルクも増大してゆく。
【００１０】
このため、図１２に示すように、ボルトの締付けトルクが大きくなっても軸力はあまり増えなくなってしまい、締付けトルク波形の勾配ｄＴ／ｄθがボルトを締め付ける過程で変化してしまう。また、ボルトの座面形状はボルト毎に全く同じではないため、締付けトルク波形もボルト毎に相違してしまう。従って、一般的には軸力の高精度な管理が可能とされている締付け方法によってボルトを締め付けたとしても、締付けトルク波形の勾配ｄＴ／ｄθが締付け過程で変化してしまうと、ボルトに作用する軸力を一定に管理するのが困難であった。ここではボルトを締め付ける場合を例に説明したが、ねじ部材としてのナットをスタッドボルト等に締め付ける際にも同様の問題が生じる。
【００１１】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ねじ部材の材質よりも硬度の低い材質で被締結部材が構成されている場合であっても、軸力を高い精度で管理できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
第１の発明は、被締結部材であるねじ締付部材をねじ部材によって締結する場合のねじ締付方法を対象としている。そして、上記ねじ締付部材を上記ねじ部材の材質よりも硬度の低い材質で構成し、上記ねじ締付部材の着座面を該着座面と接する上記ねじ部材の座面よりも小径に形成した状態で、上記ねじ締付部材のうち上記ねじ部材の座面と接する部分が塑性変形して上記ねじ締付部材の着座面が上記ねじ部材の座面に倣った形状となるように、該ねじ部材を締め付ける第１の工程と、上記第１の工程において締め付けられた上記ねじ部材を緩める第２の工程と、上記第２の工程において緩められた上記ねじ部材を、角度法締付けによって締め付ける第３の工程とを行うものである。
【００１３】
第１の発明では、ねじ締付部材がねじ部材よりも硬度の低い材質で構成されている。このため、ねじ部材を締め込んでゆく過程では、ねじ締付部材のうちねじ部材の座面と接する部分で塑性変形が生じる。
【００１４】
また、この第１の発明では、ねじ締付部材の着座面がねじ部材の座面よりも小径となっており、ねじ部材を締め込んだ状態でも、ねじ部材の最外周部はねじ締付部材と非接触状態となる。このため、ねじ部材から受ける力によってねじ締付部材が塑性変形しても、ねじ締付部材と接触するのはねじ部材の座面だけとなる。つまり、ねじ部材の側面がねじ締付部材に接触することはなく、両者の間に摩擦力が作用することもない。従って、ねじ部材を締め込む過程でねじ締付部材が変形しても、ねじ部材とねじ締付部材の接触面積が概ね一定に保たれ、ねじ部材とねじ締付部材の間における摩擦係数も概ね一定となる。
【００１５】
上述したように、この第１の発明では、ねじ部材を締め込んでゆく過程で硬度の低いねじ締付部材が塑性変形する。このため、ねじ部材の座面が例えば円錐面状になっていてねじ締付部材の着座面と平行でない場合でも、ねじ締付部材の着座面が変形してねじ部材の座面に倣った形状となり、ねじ締付部材の着座面がほぼ全面に亘ってねじ部材の座面と接触する。従って、ねじ締付部材の着座面がねじ部材の座面に倣った形状になると、その後にねじ部材を締め込む過程では、ねじ部材とねじ締付部材の間における摩擦係数が概ね一定となる。
【００１６】
また、第１の発明では、ねじ部材の締付けを行う際に、いわゆる二度締めが行われる。ねじ部材の座面が例えば円錐面状になっていてねじ締付部材の着座面と平行でない場合、一回目にねじ部材を締め付ける過程ではねじ締付部材の着座面が変形してゆくため、ねじ部材とねじ締付部材の間における摩擦係数が多少変化することもある。ところが、ねじ部材を一旦緩めて二回目にねじ部材を締め付ける際には、ねじ締付部材の着座面は、一回目にねじ部材を締め付けた時の塑性変形によって既にねじ部材の座面に倣った形状となっている。このため、二回目にねじ部材を締め付ける際には、締付け過程の初期からねじ締付部材の着座面が全面に亘ってねじ部材の座面と接触する状態となり、ねじ部材とねじ締付部材の間における摩擦係数が殆ど一定の値となる。つまり、二回目にねじ部材を締め付ける際には、締付け過程のほぼ全域に亘って、ねじ部材とねじ締付部材の間における摩擦係数が一定に保たれる。
【００１７】
また、第１の発明の第３の工程では、角度法によってねじ部材の締め付けが行われる。この角度法は、ねじ部材が回転した角度を指標として軸力を管理する締付け方法である。この発明では、ねじ締付部材の着座面がねじ部材の座面よりも小径となっており、ねじ部材とねじ締付部材の間における摩擦係数が概ね一定となる。このため、例えばねじ部材の締付けトルクが基準値（スナッグトルク）に達した時点から所定の角度だけねじ部材を締め込む場合には、ねじ部材の締付けトルクがスナッグトルクに達した時点で発生する軸力が概ね一定となり、そこから所定の角度だけねじ部材を締め込むことで目標とする軸力を確実に発生させることができる。また、ボルトを締め付ける際の締付けトルク波形の勾配から定めた仮想の着座原点から所定の角度だけねじ部材を締め込む場合には、締付けトルク波形の勾配ｄＴ／ｄθが概ね一定となって着座原点のズレが抑えられるため、その着座原点から所定の角度だけねじ部材を締め込むことで目標とする軸力を確実に発生させることができる。
【００１８】
第２の発明は、上記第１の発明において、上記ねじ締付部材の着座面の外径をＤ０とし、上記ねじ部材の座面の外径をＤ１とし、上記ねじ締付部材の着座面の中央に開口する挿通孔の内径をｄ０とし、雄ねじが形成されていて上記挿通孔へ挿通される軸部の外径をｄ１とした場合に、Ｄ０＜Ｄ１−（ｄ０−ｄ１）の関係式が成立するように上記着座面を形成するものである。
【００１９】
第２の発明では、ねじ締付部材の座面が上記の関係を満たすような形状となる。ここで、軸部が挿通孔を貫通した状態において、挿通孔の内径ｄ０から軸部の外径ｄ１を差し引いた値（ｄ０−ｄ１）は、ねじ部材とねじ締付部材が相対的に移動可能な距離の最大値に該当する。従って、ねじ部材の座面の外径Ｄ１から（ｄ０−ｄ１）を差し引いた値よりもねじ締付部材の着座面の外径Ｄ０を小さくしておけば、如何なる場合もねじ部材の最外周部分がねじ部材の着座面と接触することはない。従って、ねじ部材とねじ締付部材の相対的な位置関係を正確に設定しなくても、ねじ部材の側面がねじ締付部材の着座面と非接触状態に保たれ、ねじ部材とねじ締付部材の間における摩擦係数の変動が抑制される。なお、この発明における軸部は、ねじ部材がボルトである場合はねじ部材自身の軸部を意味し、ねじ部材がナットである場合はねじ部材が螺合するボルト等の軸部を意味する。
【００２０】
第３の発明は、上記第１又は第２の発明において、上記ねじ部材の材質を鋼とし、上記ねじ締付部材の材質をアルミニウム又はアルミニウム合金とするものである。
【００２１】
第３の発明では、鋼よりも硬度の低いアルミニウム又はアルミニウム合金によってねじ締付部材が構成される。
【発明の効果】
【００２２】
本発明では、ねじ部材よりも硬度の低いねじ締付部材について、その着座面の直径をねじ部材の座面の直径よりも小さく設定している。このため、ねじ部材を締め込む過程でねじ締付部材が変形しても、ねじ部材とねじ締付部材の接触面積を概ね一定に保つことができ、ねじ部材とねじ締付部材の間における摩擦係数を概ね一定とすることができる。この結果、ねじ部材を締め込むことにより生じる軸力の大きさを正確に推定することができ、ねじ締付部材を締結するのに必要な軸力を高い精度で発生させることができる。従って、本発明によれば、安定した締付け力を得ることができ、ねじ部材の緩み等に起因するトラブルを未然に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２４】
図１に示すように、自動車用のレシプロエンジンでは、シリンダブロック１にクランクシャフトが支持されている。具体的に、シリンダブロック１の下部には主軸受部２が形成されている。主軸受部２には、ベアリングキャップ１０が取り付けられている。主軸受部２とベアリングキャップ１０の軸受面には、それぞれ軸受メタル３が取り付けられている。そして、主軸受部２とベアリングキャップ１０は、クランクシャフトの主軸部４を回転自在に支持するジャーナル軸受を構成している。
【００２５】
上記ベアリングキャップ１０は、２本のフランジ付き六角ボルト２０によって主軸受部２に締結されている。ベアリングキャップ１０を締結するボルト２０は、その軸部２４に形成された雄ねじが主軸受部２に形成された雌ねじと噛みあう。これらボルト２０を締め込む際には、本発明に係るねじ締付方法が用いられる。そして、ボルト２０の雄ねじが主軸受部２の雌ねじと噛みあうことで締結力が発生し、ベアリングキャップ１０が主軸受部２に固定される。
【００２６】
図２に示すように、上記ボルト２０は、雄ねじの形成された軸部２４と、軸部２４の基端側に形成された六角柱状の頭部２１とを備えている。このボルト２０は、その材質が鋼である。ボルト２０の頭部２１には鍔状のフランジ２２が形成されており、図２におけるフランジ２２の下面が座面２３となっている。図３に示すように、ボルト２０の座面２３は、軸部２４の基端からフランジ２２の外周側へ向かって広がる円錐面となっている。つまり、ボルト２０の座面２３は、その中心側から外周側へ向かって末広がりとなった傘型形状の面となっている。なお、図２及び図３と図１とでは、上下が逆になっている。また、図３では、ボルト２０の座面２３の傾斜を誇張して図示している。
【００２７】
被締結部材である上記ベアリングキャップ１０は、本発明に係るねじ締付部材を構成している。このベアリングキャップ１０は、その材質がアルミニウム合金である。つまり、ベアリングキャップ１０は、その硬度が鋼製のボルト２０よりも低くなっている。なお、本実施形態では、シリンダブロック１の主軸受部２の材質も、ベアリングキャップ１０と同様にアルミニウム合金となっている。
【００２８】
上記ベアリングキャップ１０には、着座凸部１１が形成されている。この着座凸部１１は、ベアリングキャップ１０における主軸受部２と反対側の面から突出しており、その外周面が略円筒面となっている。また、ベアリングキャップ１０には、ボルト孔１３が形成されている。このボルト孔１３は、ボルト２０の軸部２４を挿通するための挿通孔である。ボルト孔１３は、ベアリングキャップ１０を着座凸部１１側の面から主軸受部２側の面へ向かって貫通する円形断面の空孔である。ボルト孔１３の軸心は、着座凸部１１の外周面の軸心とほぼ一致している。
【００２９】
上記ベアリングキャップ１０において、着座凸部１１の外径Ｄ０は、下限値Ｄ０ｍｉｎ以上で且つ上限値Ｄ０ｍａｘ未満となるように設定されている。
【００３０】
先ず、着座凸部１１の外径Ｄ０の上限値Ｄ０ｍａｘについて説明する。この上限値Ｄ０ｍａｘは、下記の式１によって得られる値である。なお、この式１において、Ｄ１はボルト２０における座面２３の外径を、ｄ０は上記ボルト孔１３の内径を、ｄ１はボルト２０における軸部２４の外径をそれぞれ示している。
Ｄ０ｍａｘ ＝ Ｄ１−（ｄ０−ｄ１）                       〈式１〉
【００３１】
上記ボルト孔１３の内径ｄ０はボルト２０の軸部２４の外径ｄ１よりも必ず大きいため、ボルト孔１３の内周面とボルト２０の軸部２４との間には隙間が形成される。このため、ボルト２０の頭部２１と着座凸部１１の相対的な位置は、最大で（ｄ０−ｄ１）だけズレる可能性がある。これに対し、着座凸部１１の外径Ｄ０の値をボルト２０の座面２３の外径Ｄ１から（ｄ０−ｄ１）を差し引いた値よりも小さくしておけば、ボルト２０とベアリングキャップ１０の位置関係が如何なる場合であっても、ボルト２０のフランジ２２のうち座面２３よりも外側の部分が着座凸部１１と接触することはない。
【００３２】
次に、着座凸部１１の外径Ｄ０の下限値Ｄ０ｍｉｎについて説明する。この下限値Ｄ０ｍｉｎは、ボルト２０の締結力によってベアリングキャップ１０の着座面１２に作用する面圧が所定の上限値（許容面圧）を超えないように設定される。具体的には、下記の式２によって得られる値が下限値Ｄ０ｍｉｎとなる。なお、この式２において、Ｆはボルト２０に作用する軸力（即ち締結力）を、Ｐｍａｘは着座面１２の許容面圧を、ｄ０は上記ボルト孔１３の内径をそれぞれ示している。また、Ｐｍａｘの値は、ベアリングキャップ１０の材質であるアルミニウム合金の降伏応力（３００ＭＰａ前後）よりも小さい値に設定される。
Ｄ０ｍｉｎ ＝ {(４／π)・(Ｆ／Ｐｍａｘ) ＋ ｄ０２}１／２      〈式２〉
【００３３】
−ボルトの締付け方法−
本実施形態の締付け方法では、上述したように形成されたベアリングキャップ１０をボルト２０によってシリンダブロック１の主軸受部２に締結する。
【００３４】
図３に示すように、ボルト２０を締め込む過程では、ボルト２０の座面２３における外周側の部分が最初に着座面１２と接触する。そこからボルト２０を締め込んでゆくと、ボルト２０よりも硬度の低い着座凸部１１では、ボルト２０の座面２３と接触する箇所で塑性変形が生じる（図３(Ｂ)を参照）。ボルト２０を更に締め込んでゆくと、着座凸部１１では塑性変形が進行し、最終的には着座面１２がボルト２０の座面２３に倣った円錐面となり、着座面１２の全体がボルト２０の座面２３と接触する状態になる（図３(Ｃ)を参照）。着座面１２が全面に亘ってボルト２０の座面２３と接触する状態になると、そこから更にボルト２０を締め込んでも、着座凸部１１とボルト２０の頭部２１との接触面積は一定に保たれ、ベアリングキャップ１０とボルト２０の間における摩擦係数μも概ね一定に保たれる。
【００３５】
また、本実施形態の締付け方法では、ボルト２０の二度締めが行われる。つまり、この締付け方法では、最初にボルト２０を締め込む第１の工程と、この締め込んだボルト２０を一旦緩める第２の工程と、その後に再びボルト２０を締め込んでベアリングキャップ１０を主軸受部２に締結する第３の工程とが行われる。
【００３６】
一回目にボルト２０を締め込む過程では、着座凸部１１で塑性変形が生じ、着座面１２がボルト２０の座面２３に倣った形状となる（図３を参照）。一回目の締付けでは着座凸部１１に塑性変形が生じるため、図４(Ｃ)に示すように、ボルト２０の締付角度が比較的小さい領域では、締付けトルク波形が僅かに湾曲する。一方、ボルト２０の締付角度が比較的大きい領域では、着座面１２が全面に亘ってボルト２０の座面２３と接する状態になる。このため、締付けトルク波形が殆ど直線状となり、ボルト２０を締め付ける際の締付けトルクＴがボルト２０の回転した角度（締付角度θ）にほぼ比例することになる。
【００３７】
一回目にボルト２０を締め込む際には、軸受メタル３を取り付けずにベアリングキャップ１０だけを主軸受部２に締結する。この状態で、主軸受部２の軸受面とベアリングキャップ１０の軸受面の両方に対して、同時に仕上げ加工が施される。軸受面の加工が終了すると、ボルト２０が一旦抜き取られ、ベアリングキャップ１０が主軸受部２から取り外される。その後、主軸受部２の軸受面とベアリングキャップ１０の軸受面のそれぞれには、軸受メタル３が取り付けられる。そして、クランクシャフトの主軸部４をベアリングキャップ１０で挟み込み、この状態のベアリングキャップ１０をボルト２０によって再び主軸受部２に固定する。
【００３８】
二回目にボルト２０を締め込む際には、着座面１２が既にボルト２０の座面２３に倣った円錐面状となっている。このため、ボルト２０の締付角度θが比較的小さい領域でも、着座凸部１１の着座面１２が全面に亘ってボルト２０の座面２３と接触する状態になる。このため、二回目の締付けでは、図４(Ｄ)に示すように、ボルト２０を締め込む過程の初期から終期までのほぼ全域に亘って締付けトルク波形が概ね直線状となり、ボルト２０を締め付ける際の締付けトルクＴがボルト２０の回転した角度（締付角度θ）にほぼ比例することになる。
【００３９】
ボルト２０を締め込む際には、締付けトルク波形の勾配を利用した角度法によるボルト２０の締付けが行われる。図５(Ｂ)に示すように、ボルト２０を締め込んでゆく過程では、ボルト２０の締付けトルクがＴに達した時点でのボルト２０の締付角度θと、ボルト２０の締付けトルクが（Ｔ＋ｄＴ）に達した時点でのボルト２０の締付角度（θ＋ｄθ）とを実測し、その値を利用して締付けトルク波形の勾配（ｄＴ／ｄθ）を算出する。そして、これら２点を通る傾き（ｄＴ／ｄθ）の直線を定め、その直線を表す式からＴ＝０(ゼロ)となるときの締付角度の値を算出し、その値を仮想の着座原点θ０とする。そして、ボルト２０が着座原点θ０から所定の角度θ１だけ回転した時点で、ボルト２０の締付けが完了する。
【００４０】
−実施形態の効果−
本実施形態では、アルミニウム合金製のベアリングキャップ１０の着座面１２を、鋼製のボルト２０の座面２３よりも小径に形成している。このため、ボルト２０を締め込む際にはその座面２３だけがベアリングキャップ１０と接触することになり、ボルト２０の頭部２１とベアリングキャップ１０の接触面積を概ね一定に保つことができ、その結果、ボルト２０の頭部２１とベアリングキャップ１０の間における摩擦係数を概ね一定とすることができる。従って、本実施形態によれば、ボルト２０ごとの着座原点θ０の位置のバラツキを抑えることができ、ボルト２０に生じる軸力の大きさを高精度で均一化することができる。
【００４１】
この点について説明する。被締結部材４０の着座面４１がボルト２０の座面２３よりも広く設定される従来の構造において、被締結部材４０がボルト２０よりも低硬度の場合には、ボルト２０を締め付ける過程で被締結部材４０の着座面４１が陥没し（図１１を参照）、それに起因してボルト２０の頭部２１と被締結部材４０の間の摩擦係数が変動する。このため、図５(Ａ)に示すように、ボルト２０を締め込む際の締付けトルク波形が湾曲した形状となり、またボルト２０ごとに締付けトルク波形が大きく変化するため、ボルト２０ごとに着座原点θ０の位置が大幅に異なり、締付け完了時にボルト２０に作用する軸力を一定に管理するのが難しかった。
【００４２】
これに対し、本実施形態では、ベアリングキャップ１０の着座面１２がボルト２０の座面２３よりも小径に設定されているため、ボルト２０を締め付ける過程で着座面１２が変形することによってボルト２０の頭部２１と着座凸部１１の接触面積が安定化し（図３を参照）、ボルト２０の頭部２１とベアリングキャップ１０の間の摩擦係数が概ね一定となる。このため、図５(Ｂ)に示すように、ボルト２０を締め込む際の締付けトルク波形がほぼ直線状となり、またボルト２０ごとの締付けトルク波形の変化も小さくなるため、ボルト２０ごとの着座原点θ０の変動を抑えることができ、締付け完了時にボルト２０に作用する軸力をほぼ一定に保つことができる。
【００４３】
−実施形態の変形例１−
上記実施形態において、ボルト２０を締め込む際には、スナッグトルクを利用した角度法を採用してもよい。この場合には、ボルト２０を締め込む過程でボルト２０の締付けトルクが所定のスナッグトルクに達した時点を基準とし、その時点から所定の角度だけボルト２０を締め込んだ時点でボルト２０の締付けを完了させる。
【００４４】
上述したように、被締結部材４０の着座面４１がボルト２０の座面２３よりも広く設定される従来の構造において、被締結部材４０がボルト２０よりも低硬度の場合には、ボルト２０の頭部２１と被締結部材４０との間の摩擦係数が変動する。このため、図６(Ａ)に示すように、ボルト２０の締付けトルクが所定のスナッグトルクに達したときにボルト２０に作用する軸力は、ボルト２０ごとに大幅に異なる。このため、その後にボルト２０を同じ角度だけ回転させて締付けを完了しても、その時点でボルト２０に生じる軸力は、ボルト２０ごとに大きく相違してしまう。
【００４５】
これに対し、本実施形態では、ベアリングキャップ１０の着座面１２がボルト２０の座面２３よりも小径に設定されており、ボルト２０の頭部２１と着座凸部１１との接触面積が概ね一定に保たれる。このため、図６(Ｂ)に示すように、ボルト２０の締付けトルクが所定のスナッグトルクに達した時点でボルト２０に作用する軸力は、ボルト２０ごとに概ね等しくなる。このため、その後にボルト２０を同じ角度だけ回転させて締付けを完了した時点では、ボルト２０に生じる軸力が概ね同じ値となる。
【００４６】
−実施形態の変形例２−
本実施形態では、図７に示すように、ベアリングキャップ１０の着座凸部１１に外周溝１４を形成してもよい。この外周溝１４は、着座凸部１１の外周面に開口する凹溝であって、着座凸部１１の全周に亘って形成されている。
【００４７】
上述したように、本実施形態で用いるボルト２０では、その座面２３が円錐面状となっている。このため、ボルト２０の座面２３と接触する着座凸部１１の剛性が均一だと、その外周部分ほどボルト２０との接触面圧が高くなる。これに対し、本変形例のように着座凸部１１に外周溝１４を形成すると、着座凸部１１では外周部分の剛性が低下し、ボルト２０を締め込む過程で着座凸部１１の外周部分で比較的大きな弾性変形が生じる。従って、本変形例によれば、着座凸部１１の全体に亘ってボルト２０との接触面圧を均一化させることができ、ボルト２０の頭部２１とベアリングキャップ１０の間の摩擦係数を更に安定化させることができる。
【００４８】
−その他の実施形態−
上記実施形態ではベアリングキャップ１０をボルト２０によって締結するようにしているが、本発明に係るねじ締付部材はベアリングキャップ１０に限定されるものではない。例えば、エンジンのカムキャップやシリンダーヘッドがアルミニウム合金製である場合には、これらを鋼製のボルト２０で締結する際に上記実施形態の締付け方法を用いてもよい。つまり、カムキャップやシリンダーヘッドの着座面をボルト２０の座面２３よりも小径に形成し、その上でカムキャップやシリンダーヘッドをボルト２０でシリンダブロック１に固定してもよい。
【００４９】
また、本発明に係るねじ部材は、ボルト２０に限定されるものではなく、雌ネジの形成されたナット３０であってもよい。図８は、ボルト孔１３に挿通されたスタッドボルト３５にフランジ付き六角ナット３０を螺合させた場合を示している。このナット３０では、その一端側に鍔状のフランジ３１が形成され、図８におけるフランジ３１の下面が座面３２となる。着座凸部１１の着座面１２の外径は、ナット３０の座面３２の外径よりも小さくなっている。このナット３０を締め込むと、スタッドボルト３５に軸力が作用すると共に、着座凸部１１の着座面１２がナット３０の座面３２に倣った形状に変形する。
【００５０】
また、上記実施形態では、着座凸部１１の外径Ｄ０の上限値Ｄ０ｍａｘをボルト２０の座面２３の外径Ｄ１とし、着座凸部１１の外径Ｄ０の値をこの上限値未満にしてもよい。ボルト２０の軸心と着座凸部１１の軸心が一致していれば、この場合でも、ボルト２０のフランジ２２のうち座面２３より外側の部分が着座凸部１１と接触することはない。
【００５１】
また、上記実施形態では、ねじ締付部材としてのベアリングキャップ１０の材質をアルミニウム合金としているが、鋼製のボルト２０によって締結されるねじ締付部材の材質はアルミニウム合金に限られるものではなく、例えばアルミニウムであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施形態の適用対象であるエンジンの要部を示す概略構成図である。
【図２】本発明の実施形態におけるボルトとベアリングキャップの要部拡大図である。
【図３】本発明の実施形態におけるボルトとベアリングキャップの要部を示す概略断面図である。
【図４】ボルトの締付けトルク波形を示すグラフであって、(Ａ)は従来構造での１回目の締付け時の締付けトルク波形を、(Ｂ)は従来構造での２回目の締付け時の締付けトルク波形を、(Ｃ)は実施形態での１回目の締付け時の締付けトルク波形を、(Ｄ)は実施形態での２回目の締付け時の締付けトルク波形をそれぞれ示している。
【図５】ボルトの締付けトルク波形を示すグラフであって、(Ａ)は従来構造での締付けトルク波形を、(Ｂ)は本発明の実施形態での締付けトルク波形をそれぞれ示している。
【図６】ボルトの締付けトルク波形を示すグラフであって、(Ａ)は従来構造での締付けトルク波形を、(Ｂ)は本発明の実施形態の変形例１での締付けトルク波形をそれぞれ示している。
【図７】本発明の実施形態の変形例２におけるボルトとベアリングキャップの要部拡大図である。
【図８】本発明のその他の実施形態におけるナットとベアリングキャップの要部拡大図である。
【図９】ボルトと被締結部材が同程度の硬度である場合でのボルトの締付けトルク波形を示すグラフである。
【図１０】ボルトと被締結部材が同程度の硬度である場合でのボルトと被締結部材の要部を示す概略断面図である。
【図１１】従来技術においてボルトよりも低硬度の被締結部材をボルトで締結する場合におけるボルトと被締結部材の要部を示す概略断面図である。
【図１２】従来技術においてボルトよりも低硬度の被締結部材をボルトで締結する場合におけるボルトの締付けトルク波形である。
【符号の説明】
【００５３】
１０    ベアリングキャップ（ねじ締付部材）
１２    着座面
１３    ボルト孔（挿通孔）
２０    フランジ付き六角ボルト（ボルト、ねじ部材）
２３    座面
２４    軸部
３０    フランジ付き六角ナット（ナット、ねじ部材）
３２    座面
３５    スタッドボルト（軸部）
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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