(57)【要約】【課題】  雄ねじ部と雌ねじ部の螺合部の局部的な歪みを低減する締結構造を提供する。【解決手段】  雌ねじ部６Ａが形成された第１の部材１に対して雄ねじ部７を有する部材８を螺合させることで第２の部材５と第１の部材１とを締結する締結構造において、雄ねじ部７を雌ねじ部６Ａに螺合させた際に、螺合部全体に引っ張りトルクが分散されるように雄ねじ部のピッチＰ２を形成する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
雌ねじ部が形成された第１の部材に対して雄ねじ部を有する部材を螺合させることで第２の部材と第１の部材とを締結する締結構造において、
前記雄ねじ部を前記雌ねじ部に螺合させた際に、螺合部全体に引っ張りトルクが分散されるように前記雄ねじ部のピッチを形成したことを特徴とする締結構造。
【請求項２】
請求項１記載の締結構造において、
前記雄ねじ部のピッチが前記雌ねじ部のピッチよりも小さく形成されていることを特徴とする締結構造。
【請求項３】
請求項１または２記載の締結構造において、
第１の部材はエンジンのシリンダーブロックであり、第２の部材は前記雄ねじ部を有する部材に挿通されるシリンダーヘッドであることを特徴とする締結構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、雌ねじ部が形成された部材に対して雄ねじ部を有する部材を螺合させることで複数の部材を締結する締結構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
雌ねじ部が形成された部材に対して雄ねじ部を有する部材となるボルトを螺合させることで、複数の部材を締結する締結構造は広く知られている。このような締結構造は、ボルトを雌ねじ部に対して螺合させることにより螺合部に対して引っ張りトルクを発生させて異なる部材を締結している。螺合式の締結構造では、締結方向と逆方向の回転トルクが与えられると螺合部が緩むようになっている。締結構造の一例としては、例えば特許文献１が挙げられる。特許文献１では、締結後の緩みを防止するために、ボルトにピッチの異なる雄ねじ部を形成し、各雄ねじ部にそれぞれ雌ねじ部が形成されたナットをそれぞれ螺合させることで、一方のナットの動きで他方のナットの動きを阻止している。
【０００３】
【特許文献１】特開昭６３−２４６４４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に雄ねじ部と雌ねじ部を螺合させる締結構造においては、雄ねじ部と雌ねじ部が互いのねじ山が螺合可能な同一ピッチに形成されていて、両者の締結が進むほどに引っ張りトルクが発生する。このため、雄ねじ部が形成された部材は、引っ張りトルクの掛かる方向に引っ張られて伸張するので、螺合部における引っ張り方向に位置する雌ねじ部に局所的に荷重が与えられて、雌ねじ部や雌ねじ部が形成された部材の歪みが誘発し易い傾向となる。
【０００５】
例えば、雌ねじ部を有する第１の部材がエンジンのシリンダーブロックであり、雄ねじ部が有する部材がシリンダーブロックをシリンダーヘッドに締結するヘッドボルトの場合、雌ねじ部に対する局所的な荷重は、シリンダーブロックやシリンダーライナの歪みとなり、オイル消費やブローバイの増大要因となってしまう。
【０００６】
本発明は、雄ねじ部と雌ねじ部の螺合部の局部的な歪みを低減するとともに、シリンダーブロックの歪みを低減してオイル消費やブローバイを低減可能とする締結構造を提供することを、その目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明に係る、雌ねじ部が形成された第１の部材に対して雄ねじ部を有する部材を螺合させることで第２の部材と第１の部材とを締結する締結構造では、雄ねじ部を雌ねじ部に螺合させた際に、螺合部全体に引っ張りトルクが分散されるように雄ねじ部のピッチを形成したことを特徴としている。  
本発明に係る締結構造において、雄ねじ部のピッチを雌ねじ部のピッチよりも小さく形成したことを特徴としている。  
本発明に係る締結構造において、第１の部材はエンジンのシリンダーブロックであり、第２の部材は、雄ねじ部を有する部材に挿通されるシリンダーヘッドであることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、雌ねじ部が形成された第１の部材に対して雄ねじ部を有する部材を螺合させることで第２の部材と第１の部材とを締結する締結構造では、雌ねじ部に螺合される雄ねじ部のピッチを、両者を螺合させた際に、螺合部全体に引っ張りトルクが分散されるように形成したので、従来の締結構造よりも、締結時における螺合部の局所への荷重を抑制することができ、雌ねじ部や第１の部材の歪みを低減することができる。また、第１の部材がエンジンのシリンダーブロック、第２の部材が雄ねじ部を有する部材に挿通されるシリンダーヘッドである場合、シリンダーブロックの歪みが低減されるのでオイル消費やブローバイを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。図１において、符号１は互いに隣接して直列配置された４つのシリンダー２，２・・と、矢印Ａで示すこれらシリンダー２，２・・の配列方向（以下「配列方向Ａ」と記す）に沿って冷却水路３が形成されたシリンダーブロックを示す。シリンダーブロック１の上部１Ａには、図２に示すように燃焼室が形成される周知のシリンダーヘッド５が図示しないガスケットを介して装着される。本形態において、シリンダーブロック１は、図１に示すようにシリンダーライナ４を備えた構成であるが、シリンダーライナ４を備えていない構成であってもよい。
【００１０】
シリンダーブロック１の上面１Ｃには、雌ねじ部６Ａを有する複数の取付孔６がシリンダーブロック１の下部１Ｂに向かって略垂直に形成されている。複数の取付孔６は、各シリンダー２の周囲に配設されている。各取付孔６の雌ねじ部６Ａには、シリンダーボルト８の雄ねじ部７がそれぞれ締め込まれて螺合される。各シリンダーボルト８は、シリンダーヘッド５を貫通し雌ねじ部６Ａに雄ねじ部７を螺合させて締め込むことで、シリンダーヘッド５とシリンダーブロック１とを締結している。
【００１１】
各シリンダーボルト８は、それぞれ雄ねじ部７を雌ねじ部６Ａに螺合させた際に、螺合部全体に引っ張りトルクが分散されるように雄ねじ部７のピッチＰ２が形成されている。すなわち、図３（ａ）に示すように、雄ねじ部７のピッチＰ２は、ボルト下方から上方に向かって行くに従いそのピッチが狭められているとともに、雌ねじ部６ＡのピッチＰ１よりも僅かに小さく形成されている。
【００１２】
図４は、シリンダーボルト８の雄ねじ部７のピッチＰ２を雌ねじ部６ＡのピッチＰ１と同等にした場合と、ピッチＰ２を変化させた場合の雌ねじ部６Ａの負担荷重変化を示す図である。図４において、縦軸が負担荷重、横軸が雌ねじ部６Ａの上からのねじ山数をそれぞれ示す。１山目は、取付孔６の最上位に形成され、シリンダーボルト８の雄ねじ部７の１山目と螺合するネジ山であり、下方に向かって２山目、３山目・・・となっている。図４において、白抜けのバーは、雄ねじ部７のピッチＰ２を全て雌ねじ部６ＡのピッチＰ１と同一ピッチにしたときの分担荷重の特性を示す。この状態において、雌ねじ部６Ａに対する分担荷重が上方に位置する程に高くなるのは、ボルトを締め込んで引っ張りトルクが発生すると、引っ張り方向にボルトが伸張し、引っ張り方向に位置する雌ねじ部６Ａとボルトの上方側の雄ねじ部７との圧接状態が強くなって引っ張り方向側の雌ねじ部６Ａのねじ山に負担が集中するためであると考えられる。これに対し、雄ねじ部７のピッチＰ２を、上方に行くに従い雌ねじ部６ＡのピッチＰ１よりも小さくしたところ、図４に黒帯で示すように、雌ねじ部６Ａにかかる負担荷重が低減し、この形態では略均一化するようになった。これは、引っ張り方向にボルトが伸張した際に、図３（ｂ）に示すように、雄ねじ部７のピッチＰ２と雌ねじ部６ＡのピッチＰ１とが同一になり、引っ張り方向側の雌ねじ部６Ａのねじ山に負担荷重が集中しないようになったためである。すなわち、雌ねじ部６Ａに対する負担荷重が分散されたためである。
【００１３】
このように、雌ねじ部６Ａが形成されたシリンダーブロックに対して雄ねじ部７を有するシリンダーボルト８を螺合させることで、シリンダーヘッド５とシリンダーブロック１とを締結する締結構造において、雌ねじ部６Ａと螺合する雄ねじ部７のピッチＰ２を、両者を螺合させた際に、螺合部全体に引っ張りトルクが分散されるように形成することで、従来の締結構造よりも、締結時における螺合部の局所への荷重を抑制することができ、雌ねじ部６Ａやシリンダーブロック１の局所的な歪みを低減することができ、オイル消費やブローバイを低減することができる。
【００１４】
ここで、雄ねじ部７のピッチＰ２と雌ねじ部６ＡのピッチＰ１との大小関係と変化量について説明します。本願発明者が、両ねじ部のピッチの関係を考察したところ、雄ねじ部７のピッチＰ２を雌ねじ部６ＡのピッチＰ１よりも１／１００００〜１／１００程度小さくすると、雌ねじ部６Ａに局所的に係る荷重を低減することができるという考察結果を得た。
【００１５】
その根拠を以下に説明する。まず、目的として最小のピッチ変化が考えられる場合として２つの山に均等に荷重をかける場合を考えると、
ボルト軸力：Ｔ
ねじ部の有効断面積：Ａ
雌ねじ部のピッチ：Ｐ１
雄ねじ部のピッチ：Ｐ２
ボルト材のヤング率：Ｅ
とすると、
ねじ一山にかかる力はТ／２で表される。両方のねじ山に均等に力がかかるためには、Т／２の軸力がかかったときに、雄ねじ部のピッチＰ２が引き伸ばされて雌ねじ部のピッチＰ１と等しくなることが条件となる。
これを式で表すと式１となる。
【００１６】
Т／２＝（Ｐ１−Ｐ２）／Ｐ２×Ｅ×Ａ・・・（式１）
この式を変形すると式２となる。
Ｐ２＝Ｐ１×Ｅ×Ａ／（Ｅ×Ａ−Ｔ／２）・・・（式２）
ここで、ボルト材のヤング率Ｅは塑性域締め付けの場合（そのボルトで最も高い軸力を発生させた場合）Ｃ×σy×Ａとなる。（σyはボルト材の降伏応力、Ｃは締め付け条件により異なるおそれがあるが、凡そ０．９〜０．８の値をとる）仮にＣが０．８だとして、計算すると、
Ｐ２＝Ｐ１×Ｅ×Ａ／（Ｅ×Ａ＋０．４σy×Ａ）＝Ｐ１×Ｅ×（Ｅ＋０．４σy）となる。
【００１７】
一般的にボルトに使用される鋼の場合、ヤング率Ｅは２００ＧＰa程度であり、σyは５００〜１０００ＭＰａの値をとる。
【００１８】
したがって、
Ｐ２＝Ｐ１×（２００／２００．４）＝０．９９８Ｐ１となる。また、鋼の特性上（Ｐ１−Ｐ２）／Ｐ２は１／１００に至る前に降伏してしまうので、雄ねじ部７のピッチＰ２と雌ねじ部６ＡのピッチＰ１との差は、１／１００００〜１／１００程度を雄ねじ部７のピッチＰ２を小さくすれば良好な効果を得られる。
【００１９】
本形態では、雌ねじ部６Ａが形成された部材としてシリンダーブロックを選択し、このシリンダーブロック１とシリンダーヘッド１の締結構造を例示したが、本発明に掛かる締結構造は、エンジン部品の締結にのみ適用されるものではなく、他の分野の締結部分に適用しても無論かまわない。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態である締結構造が適用されるシリンダーブロックの平面図である。
【図２】図１のＢ−Ｂ線断面図である。
【図３】雌ねじ部と雄ねじ部の螺合状態を説明する部分拡大断面図である。
【図４】雄ねじ部のピッチを雌ねじ部のピッチ変化による負担荷重の変化を示す図である。
【符号の説明】
【００２１】
１    第１の部材
５    第２の部材
６Ａ    雌ねじ部
７    雄ねじ部
８    部材
Ｐ１    雄ねじ部のピッチ
Ｐ２    雌ねじ部のピッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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