(57)【要約】【課題】コストダウンを図りながら、螺着部分に応力が集中することを防ぐことができるようにする。【解決手段】被螺着部材（シリンダボディ２）のねじ孔４１内にねじ込まれるボルトであって、雄ねじ４４の先端部にテーパ部４６が形成される。このテーパ部４６は、ねじ山４５の高さが雄ねじ４４の先端側に向かうにしたがって漸次低くなるように形成されている。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被螺着部材のねじ孔内にねじ込まれるボルトであって、
雄ねじ部の先端部分に、ねじ山の高さが雄ねじ部の先端側に向かうにしたがって漸次低くなるテーパ部が形成されているボルト。
【請求項２】
請求項１記載のボルトにおいて、
テーパ部は、少なくとも二つのねじ山に形成されているボルト。
【請求項３】
交番荷重を受ける部材が請求項１記載のボルトによって固定されているエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被螺着部材にねじ込まれるボルトおよびこのボルトを用いたエンジンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンのように交番荷重が加えられる受圧部材を支持部材に固定するに当っては、前記支持部材に穿設されたねじ孔に、前記受圧部材を貫通した固定用ボルトをねじ込む固定構造を採ることがある。この場合、支持部材の剛性と固定用ボルトの剛性とが大きく異なると、支持部材に雌ねじの谷部を起点としてクラックが発生することがある。
【０００３】
例えば、アルミニウム合金からなる支持部材に相対的に剛性が高いクロムモリブデン鋼製の固定用ボルトによって受圧部材を固定するような場合、ねじ孔における固定用ボルトの螺条が螺合している部分と、固定用ボルトが螺合していない部分との境界部分に引張応力が集中し、前記境界部分からクラックが発生することがある。
【０００４】
このようなクラックの発生を防ぐことができるボルトとしては、例えば特許文献１に開示されたものがある。特許文献１に示されているボルトは、エンジンのクランクキャップをシリンダボディに固定するためのもので、先端部に剛性を相対的に低下させるための低剛性部を設けたものである。
【０００５】
このようにボルトの先端部の剛性が低下することにより、螺合部分に生じる引張応力・圧縮応力が低減し、その結果、応力集中に起因するクラックの発生を防ぐことができる。この従来のボルトにおいて、先端部の剛性を低下させるに当っては、ボルトの先端面からボルト内に延びる孔を穿設することによって行っている。この孔は、ボルトの母材を形成するための鋳造工程で形成されたり、機械加工や鍛造などによって形成される。
【特許文献１】特開２００４−２７８７６５号公報（第３図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述したように先端部に孔を穿設すると、このボルトの製造コストが高くなってしまうという問題があった。すなわち、先端部の孔を鋳造や鍛造によって形成するためには金型に凸部を形成しなければならないし、孔を例えば切削加工によって形成する場合は、加工工数が多くなってしまうからである。
【０００７】
本発明はこのような問題を解消するためになされたもので、コストダウンを図りながら、螺合部分に応力が集中することを防ぐことができるボルトおよびこのボルトを使用したエンジンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的を達成するために、本発明に係るボルトは、被螺着部材のねじ孔内にねじ込まれるボルトであって、雄ねじの先端部に、ねじ山の高さが雄ねじの先端側に向かうにしたがって漸次低くなるテーパ部を形成したものである。
【０００９】
請求項２に記載した発明に係るボルトは、請求項１に記載したボルトにおいて、テーパ部を少なくとも二つのねじ山に形成したものである。
【００１０】
請求項３に記載した発明に係るエンジンは、交番荷重を受ける部材が請求項１に記載したボルトによって固定されているものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ねじ孔における固定用ボルトが螺合している部位と、ボルトが螺合していない部位との境界部分は、テーパ部を構成する複数のねじ山が螺合する部分によって形成される。このため、前記境界部分における複数の螺条に引張応力が分散されるようになるから、本発明に係るボルトを被螺着部に螺着し、このボルトに交番荷重が加えられたとしても、前記境界部分を起点としてクラックが発生することはない。
【００１２】
また、テーパ部を構成するねじ山、言い換えれば、雄ねじの先端側に向かうにしたがって高さが漸次低くなるようなねじ山は、転造によれば雄ねじを刻設する工程において形成することができるから、専らテーパ部を形成するための何らかの加工をボルトに施す必要はない。
したがって、本発明によれば、コストダウンを図りながら、螺合部分に応力が集中することを防ぐことができるボルトを提供することができる。
【００１３】
請求項２記載の発明によれば、ねじ孔における固定用ボルトが螺合している部位と、ボルトが螺合していない部位との境界部分に生じる引張応力は、少なくとも２〜３箇所に分散される。このため、テーパ部が形成されることにより起こるボルトの剛性の低下を可及的少なく抑えながら、前記境界部分に応力が集中することを防ぐことができる。
【００１４】
請求項３記載の発明によれば、交番荷重が加えられる部材を固定する部位にクラックが発生することがないエンジンを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係るボルトの一実施の形態を図１ないし図４によって詳細に説明する。
図１は本発明に係るボルトによってクランクキャップがシリンダボディに固定されたエンジンの断面図、図２は要部を拡大して示す断面図、図３はボルトの螺着部分を示す断面図、図４はボルトの先端部を拡大して示す断面図である。
【００１６】
これらの図において、符号１で示すものは、この実施の形態による自動車用エンジンを示す。このエンジン１は、シリンダボディ２の上端部に二つのシリンダヘッド３，４が取付けられた水冷式Ｖ型多気筒エンジンである。このエンジン１の各Ｖバンク５，６には、それぞれ複数の気筒が設けられている。
【００１７】
前記両シリンダヘッド３，４は、各気筒の吸気弁７と排気弁８とを駆動する動弁装置９と、吸気ポート１０に燃料を噴射するインジェクタ１１とをそれぞれ備えており、図示していないヘッドボルトによってシリンダボディ２に固定されている。前記シリンダボディ２は、アルミニウム合金を材料として鋳造によって所定の形状の形成されている。このシリンダボディ２によって、本発明でいう被螺着部材が構成されている。
【００１８】
前記シリンダボディ２の下端部には、このエンジン１のクランク軸１２を後述するクランクキャップ１３と協働して回転自在に支持するための複数の縦壁１４が設けられている。これらの縦壁１４は、クランク軸１２の軸線方向（図１の紙面とは直交する方向）に間隔をおいて互いに離間する状態で設けられている。
前記クランク軸１２は、図２に示すように、前記縦壁１４に形成された断面半円状の凹部１５と、クランクキャップ１３に形成された断面半円状の凹部１６とにそれぞれ軸受メタル１７（図１参照）を介して回転自在に支持されている。
【００１９】
前記クランクキャップ１３は、前記縦壁１４の下端部に４本の固定用ボルト２１〜２４によってそれぞれ取付けられた複数の板状の軸支部２５と、これらの軸支部２５どうしを互いに接続する連結部（図示せず）とから構成されている。このクランクキャップ１３は、シリンダボディ２の下端部に取付けられたアッパークランクケース２６の内側に収容されている。このアッパークランクケース２６の下端部には、ロアークランクケース２７が取付けられ、さらに、このロアークランクケース２７の下端部には、オイルパン２８が取付けられている。
【００２０】
前記クランクキャップ１３の前記軸支部２５と、これが取付けられるシリンダボディ２の縦壁１４とは、図１に示すように、シリンダボディ２の下方に形成されているクランク室３１をクランク軸１２の軸線方向に複数の小室に分けるように形成されている。これらの小室内に、クランク軸１２のクランクウェブ３２およびクランクアーム３３が収容されている。
【００２１】
この実施の形態によるクランクキャップ１３は、アルミニウム合金を材料として鋳造によって所定の形状に成形されている。前記軸支部２５内には、図２に示すように、鋳鉄製のコア３４が鋳込まれている。このコア３４は、前記凹部１６が形成されるとともに、前記固定用ボルト２１〜２４を通すための貫通孔３５が穿設されている。すなわち、このクランクキャップ１３は、クランク軸１２から加えられる力を前記コア３４によって受けるように形成されている。
【００２２】
クランクキャップ１３をシリンダボディ２に固定するための４本の固定用ボルト２１〜２４は、この実施の形態では材料としてクロムモリブデン鋼を使い、転造によって製造されたものである。これら４本の固定用ボルト２１〜２４のうち、クランク軸１２に近接する位置にある内側の２本の固定用ボルト２２，２３は、図２に示すように、前記軸支部２５を同図において上下方向に貫通するとともに、前記縦壁１４を上下方向に貫通するねじ孔３６にねじ込まれている。
【００２３】
これらの固定用ボルト２２，２３の外側に位置する２本の固定用ボルト２１，２４は、前記軸支部２５を上下方向に貫通するとともに、前記縦壁１４の下端から縦壁１４の上部まで延びる非貫通孔からなるねじ孔４１にねじ込まれている。このねじ孔４１は、図３に示すように、縦壁１４の下端面に開口し上方へ延びる断面円形の孔４２と、この孔４２の上端から上方に延びるように形成された雌ねじ４３とから構成されている。
【００２４】
前記ねじ孔４１に螺着する前記外側の２本の固定用ボルト２１，２４の雄ねじ４４は、図２に示すように、固定用ボルト２１，２４における先端側の半部であって、前記軸支部２５の上端部内に位置する部位から先端側に形成されている。この雄ねじ４４の先端部には、図３および図４に示すように、ねじ山４５の高さ（外径）が雄ねじ４４の先端側に向かうにしたがって漸次低く（小さく）なるようにテーパ部４６が形成されている。
【００２５】
この実施の形態によるテーパ部４６は、図４に示すように、固定用ボルト２１，２４の軸心を通る破断面に表れる２〜３箇所のねじ山４５を用いて形成されている。これらのねじ山４５には、固定用ボルト２１，２４の軸線に対して角度θだけ傾斜するテーパ面４７が形成されている。前記テーパ面４７を有するねじ山４５は、雄ねじ４４を刻設するための転造用ダイス（図示せず）によって雄ねじ４４の形成と同時に形成される。
【００２６】
この実施の形態による固定用ボルト２１，２４は、予め先端部に前記テーパ面４７が形成された母材（雄ねじ４４が形成されていない状態の素線）から製造される。すなわち、固定用ボルト２１，２４は、鍛造や切削などにより前記母材を形成する工程と、この母材に焼き入れなどの各種の表面処理、硬化処理を施す工程と、この母材に冷間転造により雄ねじ４４を刻設する工程などを経て製造されている。
【００２７】
このように先端部にテーパ部４６が形成された固定用ボルト２１，２４と他の固定用ボルト２２，２３を使用してクランクキャップ１３がシリンダボディ２に固定されたエンジン１においては、運転時の爆発行程における荷重がクランク軸１２からクランクキャップ１３を介して前記固定用ボルト２１〜２４に加えられる。前記爆発行程における荷重は、各気筒で爆発が起こる毎に作用するから交番荷重と見なすことができる。
【００２８】
前記爆発荷重が固定用ボルト２１，２４に加えられると、固定用ボルト２１，２４とシリンダボディ２のねじ孔４１とには、図４中に矢印で示すように応力が生じる。すなわち、ねじ孔４１における雄ねじ４４のねじ山の全域が螺合している部位Ａ（テーパ部以外の部位）には、図４において下方へ引張応力が生じ、ねじ孔４１における固定用ボルト２１，２４が螺合していない部位Ｂには、図４において上方へ引張応力が生じる。このとき、ねじ孔４１における前記テーパ部４６のねじ山４５が螺合する部位Ｃは、前記領域Ａと領域Ｂとの境界部分を構成することになる。
【００２９】
ねじ孔４１が上述したように上下方向の両方から引かれる場合、前記部位Ｃに位置する雌ねじ４３の谷部４３ａに引張応力が集中し易い。しかし、この実施の形態では、２〜３箇所の谷部４３ａに引張応力を分散させることができる。なお、テーパ部４６が形成されていない従来の固定用ボルトを使用した場合は、図５に示すように、一箇所の谷部５１に前記引張応力が集中する。図５において、５２はクランクキャップ固定用ボルトを示し、５３はシリンダボディ５４のねじ孔を示す。従来では、前記応力集中が原因でシリンダボディ５４に前記谷部５１を起点とするクラック５５が発生するおそれがあった。
【００３０】
したがって、この実施の形態においては、２〜３箇所の谷部４３ａに前記引張応力を分散させることができるから、シリンダボディ２の相対的に剛性が低くなる側部に固定用ボルト２１，２４がねじ込まれているにもかかわらず、ねじ孔の谷部に応力が集中することが原因でシリンダボディ２にクラックが発生することはない。この結果、この実施の形態による固定用ボルト２１，２４を用いてクランクキャップ１３をシリンダボディ２に固定することによって、爆発行程における荷重からなる交番荷重がクランクキャップ１３と固定用ボルト２１，２４とを介してシリンダボディ２に加えられるにもかかわらず、応力集中が原因でクラックが発生することがないエンジン１を製造することができる。
【００３１】
前記固定用ボルト２１，２４におけるねじ山４５の高さが先端側に向かうにしたがって漸次低くなるような雄ねじ４４は、この雄ねじ４４を刻設する工程において形成することができるから、専らテーパ部４６を形成するための何らかの加工をボルトに施す必要はない。なお、固定用ボルト２１，２４の雄ねじ４４は、上述したように転造によって形成する他に、切削加工によって形成することもできる。
上述した実施の形態では４本の固定用ボルト２１〜２４のうちシリンダボディ２の相対的に剛性が低くなる部位に螺着する外側の２本の固定ボルト２１，２４にテーパ部４６を設ける例を示したが、前記４本の固定用ボルト２１〜２４のうち他の２本の固定用ボルト２２，２３にもテーパ部４６を設けることができる。
【００３２】
また、上述した実施の形態においては、本発明に係るボルトをクランクキャップ１３の固定に用いる例を示したが、本発明に係るボルトは、エンジン１の他のボルト、例えばシリンダヘッド３，４をシリンダボディ２に固定するためのヘッドボルトに適用することができ、エンジン１の他の機器、装置にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係るボルトによってクランクキャップがシリンダボディに固定されたエンジンの断面図である。
【図２】要部を拡大して示す断面図である。
【図３】ボルトの螺着部分を示す断面図である。
【図４】ボルトの先端部を拡大して示す断面図である。
【図５】従来のボルトの螺着部分を拡大して示す断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１…エンジン、２…シリンダボディ、１２…クランク軸、１３…クランクキャップ、１４…縦壁、２１，２４…固定用ボルト、４１…ねじ孔、４３…雌ねじ、４４…雄ねじ、４５…ねじ山、４６…テーパ部。
【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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