(57)【要約】【課題】汎用性の高い構造で、雄ねじ部の最終端近傍に位置する雌ねじ部に応力が集中するのを緩和する。【解決手段】シリンダブロック２に雌ねじ部２６が形成されている。クランクキャップ３に貫通孔３１が形成されている。雌ねじ部２６と貫通孔３１とが互いに連通するようにシリンダブロック２とクランクキャップ３とが配置されている。そして、２つの雄ねじ部１２ａ、１２ｂが貫通孔３１を通過して雌ねじ部２６のみと螺合するとともに、頭部１１がシリンダブロック２のクランク軸支持部２５との間でクランクキャップ３を挟持するようにボルト１が配置されている。【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部材と、
貫通孔が形成された第２部材と、
頭部、互いに離間しつつ配列された複数の雄ねじ部、及び、隣り合う前記雄ねじ部同士の間に位置するとともに、これらを連結する連結部を有する締結部材とを有しており、
前記貫通孔と前記雌ねじ部とが互いに連通するように前記第１部材と前記第２部材とが配置されており、
少なくとも２つ以上の前記雄ねじ部が前記貫通孔を通過して前記雌ねじ部のみと螺合するとともに、前記頭部が前記第１部材との間で前記第２部材を挟持するように前記締結部材が配置されていることを特徴とする締結構造。
【請求項２】
前記締結部材が、３つ以上の前記雄ねじ部を有しており、
前記頭部から離れた位置にある前記連結部ほど弾性係数が小さくなっていることを特徴とする請求項１に記載の締結構造。
【請求項３】
前記連結部の弾性係数が、前記雄ねじ部の配列方向に直交する径によって調整されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の締結構造。
【請求項４】
前記締結部材における、前記雌ねじ部と接している前記頭部に最も近い位置から前記頭部から最も遠い位置までの領域において、前記配列方向に係る中央から前記頭部側に前記連結部が存在していないことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の締結構造。
【請求項５】
前記第１部材がシリンダブロックであり、前記第２部材がクランクキャップであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の締結構造。
【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第１部材と他の第２部材とを、雌ねじ部と螺合する雄ねじ部が形成された締結部材によって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第１部材と他の第２部材とを、雌ねじ部と螺合する雄ねじ部が形成された締結部材によって締結する締結構造が知られている。例えば、内燃機関エンジンにおいては、第１部材であるシリンダブロックに形成されたクランク軸支持部と、このクランク軸支持部との間でクランク軸を支持する第２部材であるクランクキャップとが、締結部材であるボルトによって締結されている。このような締結構造においては、第２部材に貫通孔が形成されており、締結部材の雄ねじ部が第２部材の貫通孔を通過して第１部材の雌ねじ部と螺合することにより、第１部材と第２部材とが締結される。しかしながら、第１部材の縦弾性係数が締結部材のそれに比べ小さい場合、第１部材と第２部材との締結構造部分に変動荷重が作用すると、その荷重に起因する変動応力（以下、応力）が雄ねじ部の最終端近傍に位置する雌ねじ部に集中する。そして、締結構造部分にこの変動荷重が繰り返し作用することによって、雌ねじ部における応力が集中する部分に疲労亀裂が発生することがある。
【０００３】
そこで、雄ねじ部の最終端近傍に位置する雌ねじ部に応力が集中するのを緩和させるため、雄ねじ部の最終端近傍を最終端に向かって漸減させる技術が提案されている（特許文献１参照）。また、雌ねじ部の底部に空間を形成する技術が提案されている（特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１１６５６６号公報
【特許文献２】特開平８−２００３３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に記載された技術によると、雄ねじ部の最終端近傍と雌ねじ部との間に形成された応力緩和構造が有する変形自由度が小さいため、雌ねじ部に応力が集中するのをある程度緩和することができるものの、その効果は十分なものではない。また、上記特許文献２に記載された技術によると、雌ねじ部の底部に形成された空間が変形自由度の大きい応力緩和構造となるため、応力が集中するのを十分に緩和することができるものの、雌ねじ部の底部に特殊な加工を施すことになるため、周辺構造の強度に影響するなど設計上の制約を伴い、汎用性が低くなる。
【０００６】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、汎用性の高い構造で、雄ねじ部の最終端近傍に位置する雌ねじ部に応力が集中するのを緩和することができる締結構造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及び効果】
【０００７】
本発明に係る締結構造は、雌ねじ部が形成された第１部材と、貫通孔が形成された第２部材と、頭部、互いに離間しつつ配列された複数の雄ねじ部、及び、隣り合う前記雄ねじ部同士の間に位置するとともに、これらを連結する連結部を有する締結部材とを有しており、前記貫通孔と前記雌ねじ部とが互いに連通するように前記第１部材と前記第２部材とが配置されており、少なくとも２つ以上の前記雄ねじ部が前記貫通孔を通過して前記雌ねじ部のみと螺合するとともに、前記頭部が前記第１部材との間で前記第２部材を挟持するように前記締結部材が配置されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明によると、雌ねじ部と螺合している複数の雄ねじ部同士が連結部により連結されているため、締結構造に変動荷重が作用したときに、雄ねじ部からの荷重が各雌ねじ部に分散される。このため、雌ねじ部に特殊な加工を施すことなく、汎用性の高い構造で、締結部材の最終端に位置する雌ねじ部に応力が集中するのを緩和することができる。
【０００９】
本発明においては、前記締結部材が、３つ以上の前記雄ねじ部を有しており、前記頭部から離れた位置にある前記連結部ほど弾性係数が小さくなっていることが好ましい。これによると、締結構造に変動荷重が作用したときに、雄ねじ部先端部に応力が伝達され難くなるため、雄ねじ部からの荷重を各雄ねじ部に締結されている雌ねじ部に効率よく分散させることができる。
【００１０】
また、本発明においては、前記連結部の弾性係数が、前記雄ねじ部の配列方向に直交する径によって調整されていることが好ましい。これによると、連結部を長くすることなく弾性係数を小さくすることができる。これにより、連結部の弾性係数を小さくする場合においても、雌ねじ部を深く形成する必要がなくなり、さらに汎用性の高いものとなる。
【００１１】
加えて、本発明においては、前記締結部材における、前記雌ねじ部と接している前記頭部に最も近い位置から前記頭部から最も遠い位置までの領域において、前記配列方向に係る中央から前記頭部側に前記連結部が存在していないことがより好ましい。これによると、頭部に近い位置にある雄ねじ部に強く作用する第１及び第２部材の静的な締結力を損なうことなく、締結部材の最終端に位置する雌ねじ部に応力が集中するのを抑制することができる。
【００１２】
また、本発明においては、前記第１部材がシリンダブロックであり、前記第２部材がクランクキャップであってもよい。これによると、エンジンの爆発による変動荷重によってシリンダブロックに疲労亀裂が発生するのを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】
【００１３】
以下、本発明を実施するための好適な実施形態について図面を参照しつつ説明する。
【００１４】
（第１実施形態）
まず、本発明の第１実施形態に係る締結構造について説明する。図１は、本実施形態に係る締結構造を有するエンジン１０の分解部分断面図である。
【００１５】
図１に示すように、エンジン１０は、シリンダブロック（第１部材）２とクランクキャップ（第２部材）３とを有している。そして、シリンダブロック２とクランクキャップ３とが締結部材であるボルト１によって締結されている。シリンダブロック２は、アルミ合金により形成されており、図１中上方にて前後方向に延在しているボア部２１と、図１中下方に向かって延在しているスカート２２とを有している。ボア部２１内には、円柱形状を有するシリンダボア２３が形成されている。シリンダボア２３内には、図示しないピストンがシリンダボア２３の延在方向に沿って摺動自在に配置されている。ピストンには図示しないコンロッドを介して図示しないクランク軸が接続されている。
【００１６】
スカート２２の下方には図示しないオイルパンが配置されており、前記両者にまたがる内部空間がクランク室２４となっている。なお、シリンダボア２３の下方は、ピストンが組み付けられない状態では、クランク室２４に連通している。クランク室２４内には、図１における紙面に対する垂直方向に延在するようにクランク軸が配置されている。また、クランク室２４内には、クランク軸を支持するためのクランク軸支持部２５が形成されている。クランク軸支持部２５の図１中下端中央に、略矩形状の凹部２５ａが形成されており、その凹部２５ａの底面の中央に図示しない軸受けを介してクランク軸と接する円弧面２５ｂが形成されている。また、クランク軸支持部２５には、凹部２５ａの底面において円弧面２５ｂの両側にそれぞれ１つずつ形成された計２つの開口から図１中上方に向かって延在する円柱形状を有する孔のそれぞれの内周面に螺刻された２つの雌ねじ部２６が形成されている。
【００１７】
クランクキャップ３は、クランク軸支持部２５との間でクランク軸を回転自在に支持するためのものであり、クランク軸支持部２５の凹部２５ａと係合するように略矩形状となっている。また、クランクキャップ３の図１中上端中央に上述した軸受けを介してクランク軸と接する円弧面３ａが形成されている。さらに、クランクキャップ３には、クランクキャップ３を図１中上下方向に貫通する２つの貫通孔３１が形成されている。２つの貫通孔３１は、各雌ねじ部２６と対向するように、円弧面３ａの両側に１つずつ配置されている。また、貫通孔３１は、クランクキャップ３の図１中下端面に開口を有する座グリ部３１ａを有している。座グリ部３１ａの径は貫通孔３１の径より大きくなっている。
【００１８】
エンジン１０においては、クランクキャップ３とシリンダブロック２とが、円弧面３ａと円弧面２５ｂとが上述した軸受けを挟持しつつ対向するように、且つ、雌ねじ部２６と貫通孔３１とが互いに連通するように配置される。そして、ボルト１が貫通孔３１の座グリ部３１ａから挿入されることによって両者が締結される（図１矢印参照）。
【００１９】
次に、図２を参照しつつ、ボルト１について詳細に説明する。図２は、クランクキャップ３とシリンダブロック２とがボルト１によって締結された状態（締結構造）を示すエンジン１０の部分断面図である。図２に示すように、ボルト１は、頭部１１と、互いに離間しつつ配列された２つの雄ねじ部１２ａ、１２ｂと、隣り合う雄ねじ部１２ａ、１２ｂの間に位置するとともに、これらを連結する連結部１３と、頭部１１及び雄ねじ部１２ａを連結する首部１４とを有している。そして、頭部１１、首部１４、雄ねじ部１２ａ、連結部１３及び雄ねじ部１２ｂがボルト１の延在方向に沿って同軸上に順に配置されている。首部１４及び連結部１３は共に円柱形状を有している。また、連結部１３にはねじ山が形成されておらず、連結部１３が雌ねじ部２６と螺合しないようになっている。また、連結部１３の直径ｄ１が雄ねじ部１２ａの直径Ｄより小さくなっている。
【００２０】
次に、ボルト１によるクランクキャップ３とシリンダブロック２との締結構造について説明する。上述したように、雌ねじ部２６と貫通孔３１とが互いに連通するようにシリンダブロック２とクランクキャップ３とが配置されている。そして、２つの雄ねじ部１２ａ、１２ｂが貫通孔３１を通過して雌ねじ部２６のみと螺合するとともに、頭部１１がシリンダブロック２のクランク軸支持部２５との間でクランクキャップ３を挟持するようにボルト１が配置されている。このとき、ボルト１の頭部１１が、貫通孔３１内において座グリ部３１ａによって形成される座グリ面と当接している。
【００２１】
また、このとき、ボルト１における、雌ねじ部２６と接している頭部１１に最も近い位置から頭部１１から最も遠い位置までの領域Ａにおいて、ボルト１の延在方向（雄ねじ部１２ａ、１２ｂの配列方向）に係る中央から頭部１１側の領域Ｂに連結部１３が存在していない。
【００２２】
次に、図３を参照しつつ、上述した締結構造における雌ねじ部２６に作用する静的応力である平均応力と変動荷重に係る応力振幅との解析結果を、実施例であるボルト１を用いた場合と連結部１３を有さない従来例のボルトを用いた場合とで比較しつつ説明する。図３（ａ）には、各ボルトを用いた場合の雌ねじ部２６に作用する平均応力の解析結果を、図３（ｂ）には、各ボルトを用いた場合の雌ねじ部２６に作用する応力振幅の解析結果をそれぞれ示している。なお、各ボルトにおいては、雌ねじ部２６と噛み合うべき雄ねじ部のねじ山に、頭部側から順に１〜３１の番号が付されている。そして、実施例であるボルト１においては、連結部１３が２５番のねじ山に相当する位置にあるものとする。
【００２３】
図３（ａ）に示すように、雌ねじ部２６に作用する平均応力は、いずれのボルトを用いた場合においても、頭部１１に近い位置にあるほど大きくなっている。
【００２４】
一方、図３（ｂ）に示すように、雌ねじ部２６に作用する応力振幅は、いずれのボルトを用いた場合においても、頭部１１から遠い位置にあるほど大きくなっている。さらに、従来例のボルトを用いた場合には、当該ボルトの雄ねじ部における２８番のねじ山と接する領域付近で応力振幅のピークが現れており、雄ねじ部の最終端部近傍において変動荷重に係る応力が集中していることが分かる。これに対して、実施例のボルト１を用いた場合には、当該ボルト１の雄ねじ部１２ｂにおける２８番のねじ山と接する領域付近と、雄ねじ部１２ａにおける２４番のねじ山と接する領域付近とで応力振幅のピークが現れており、雄ねじ部１２ａの最終端部近傍及び雄ねじ部１２ｂの最終端部近傍に変動荷重に係る応力が分散していることが分かる。つまり、雄ねじ部１２ｂにおける２８番のねじ山と接する領域付近に応力が集中するのが緩和されている。
【００２５】
以上説明したように、第１実施形態の締結構造によると、ボルト１において、雌ねじ部２６と螺合している２つの雄ねじ部１２ａ、１２ｂが連結部１３により連結されているため、締結構造に変動荷重が作用したときに、雄ねじ部１２ａ、１２ｂからの荷重が雌ねじ部２６に分散される。このため、雌ねじ部２６に特殊な加工を施すことがない汎用性の高い構造で、ボルト１の最終端に位置する雌ねじ部２６に応力が集中するのを緩和することができる。これにより、爆発による変動荷重によってシリンダブロック２に疲労亀裂が発生するのを防止することができる。
【００２６】
また、ボルト１における、雌ねじ部２６と接している頭部１１に最も近い位置から頭部１１から最も遠い位置までの領域Ａにおいて、ボルト１の延在方向に係る中央から頭部１１側の領域Ｂに連結部１３が存在していない。つまり、平均応力が集中する箇所に連結部１３が配置されていない。これにより、頭部１１に近い位置にある雄ねじ部１２ａに強く作用するシリンダブロック２とクランクキャップ３との静的な締結力を損なうことなく、ボルト１の最終端に位置する雌ねじ部２６に応力が集中するのを緩和することができる。
【００２７】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図４は、第２実施形態に係るエンジン１１０の締結構造を示す部分断面図である。なお、第２実施形態においては、ボルト１０１の構成のみが第１実施形態と異なるため、以下、ボルト１０１の構成を中心に説明し、第１実施形態と実質的に同じ部材に関しては同一の符号を付してその説明を省略する。
【００２８】
図４に示すように、ボルト１０１は、頭部１１と、互いに離間しつつ配列された３つの雄ねじ部１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃと、隣り合う雄ねじ部１１２ａ、１１２ｂの間に位置するとともに、これらを連結する連結部１１３ａと、隣り合う雄ねじ部１１２ｂ、１１２ｃの間に位置するとともに、これらを連結する連結部１１３ｂと、頭部１１及び雄ねじ部１１２ａを連結する首部１４とを有している。そして、頭部１１、首部１４、雄ねじ部１１２ａ、連結部１１３ａ、雄ねじ部１１２ｂ、連結部１１３ｂ及び雄ねじ部１１２ｃがボルト１０１の延在方向に沿って同軸上に順に配置されている。
【００２９】
首部１４及び連結部１１３ａ、１１３ｂは円柱形状を有しており、ねじ山が形成されていない。このため、連結部１１３ａ、１１３ｂは雌ねじ部２６と螺合しない。そして、連結部１１３ａの直径ｄ２が雄ねじ部１１２ａの直径Ｄより小さくなっている。さらに、連結部１１３ｂの直径ｄ３が連結部１１３ａの直径ｄ２より小さくなっている。このため、頭部１１から離れた位置にある連結部１１３ａ、１１３ｂほど弾性係数が小さくなっている。連結部１１３ａ、１１３ｂの弾性係数は、締結構造に変動荷重が作用したときに、各雄ねじ部１１２ａ〜１１２ｃからの荷重が雌ねじ部２６に最も効率よく分散されるように調整されている。具体的には、連結部１１３ａ、１１３ｂの弾性係数が、ボルト１０１の延在方向（雄ねじ部１１２ａ〜１１２ｃの配列方向）に直交する径によって調整されている。
【００３０】
次に、ボルト１０１によるクランクキャップ３とシリンダブロック２との締結構造について説明する。雌ねじ部２６と貫通孔３１とが互いに連通するようにシリンダブロック２とクランクキャップ３とが配置されている。そして、３つの雄ねじ部１１２ａ〜１１２ｃが貫通孔３１を通過して雌ねじ部２６のみと螺合するとともに、頭部１１がシリンダブロック２のクランク軸支持部２５との間でクランクキャップ３を挟持するようにボルト１０１が配置されている。このとき、ボルト１０１の頭部１１が、貫通孔３１内において座グリ部３１ａによって形成される座グリ面と当接している。
【００３１】
また、ボルト１０１における、雌ねじ部２６と接している頭部１１に最も近い位置から頭部１１から最も遠い位置までの領域Ｃにおいて、ボルト１０１の延在方向に係る中央から頭部１１側の領域Ｅに連結部１１３ａ、１１３ｂが存在していない。
【００３２】
以上説明した第２実施形態の締結構造によると、第１実施形態と同様に、ボルト１０１において、雌ねじ部２６と螺合している３つの雄ねじ部１１２ａ〜１１２ｃが連結部１１３ａ、１１３ｂにより連結されているため、締結構造に変動荷重が作用したときに、各雄ねじ部１１２ａ〜１１２ｃからの荷重が雌ねじ部２６に分散される。このため、雌ねじ部２６に特殊な加工を施すことなく汎用性の高い構造で、ボルト１０１の最終端に位置する雌ねじ部２６に応力が集中するのを緩和することができる。
【００３３】
このとき、頭部１１から離れた位置にある連結部１１３ａ、１１３ｂほど弾性係数が小さくなっているため、締結構造に変動荷重が作用したときに、雄ねじ部１２ｂ先端部に応力が伝達され難くなる。これにより、各雄ねじ部１１２ａ〜１１２ｃからの荷重が雌ねじ部２６に効率よく分散される。
【００３４】
また、各連結部１１３ａ、１１３ｂの弾性係数が、ボルト１０１の延在方向に直交する径によって調整されているため、連結部１１３ａ、１１３ｂの長さを長くすることなく弾性係数を小さくすることができる。これにより、連結部１１３ａ、１１３ｂの弾性係数を小さくする場合においても、雌ねじ部２６を深く形成する必要がなくなり、さらに汎用性の高いものとなる。
【００３５】
さらに、ボルト１０１における、雌ねじ部２６と接している頭部１１に最も近い位置から頭部１１から最も遠い位置までの領域Ｃにおいて、ボルト１０１の延在方向に係る中央から頭部１１側の領域Ｅに連結部１１３ａ、１１３ｂが存在していない。これにより、頭部１１に近い位置にある雄ねじ部１１２ａに強く作用するシリンダブロック２とクランクキャップ３との静的な締結力を損なうことなく、ボルト１０１の最終端に位置する雌ねじ部２６に応力が集中するのを緩和することができる。
【００３６】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な変更が可能なものである。例えば、次のような発明を実施することもできる。
【００３７】
（１）上記第１及び２実施形態では、シリンダブロック２とクランクキャップ３とボルト１、１０１によって締結する構成を例にとって説明したが、雌ねじ部が形成された部材と、貫通孔が形成された部材とがボルト１、１０１によって締結されるのであれば上述した例以外の他の任意の部材同士を締結する構成であってもよい。
【００３８】
（２）上記第１及び第２実施形態では、ボルト１、１０１における、雌ねじ部２６と接している頭部１１に最も近い位置から頭部１１から最も遠い位置までの領域Ａ、Ｃにおいて、ボルト１、１０１の延在方向に係る中央から頭部１１側の領域Ｂ、Ｅに連結部１３、１１３ａ、１１３ｂが存在しない構成であるが、連結部が領域Ｂ、Ｅに存在する構成であってもよい。
【００３９】
（３）上記第１及び第２実施形態では、連結部１３、１１３ａ、１１３ｂが円柱形状を有する構成であるが、連結部１３、１１３ａ、１１３ｂの形状はこれに限定されるものではなく、他の断面形状を有するものであってもよい。
【００４０】
（４）上記第２実施形態では、ボルト１０１が３つの雄ねじ部１１２ａ〜１１２ｃを有する構成であるが、４つ以上の雄ねじ部を有する構成あってもよい。
【００４１】
（５）上記第２実施形態では、各連結部１１３ａ、１１３ｂの弾性係数が、ボルト１０１の延在方向に直交する径によって調整される構成であるが、連結部の長さによって調整される構成であってもよい。これによると、ボルトの製造が容易となる。
【００４２】
（６）上記第２実施形態では、頭部１１から離れた位置にある連結部１１３ａ、１１３ｂほど弾性係数が小さくなる構成であるが、各連結部の弾性係数の大小関係は任意のものであってもよい。
【００４３】
（７）上記第１実施形態では、雌ねじ部２６が、クランク軸支持部２５における円弧面２５ｂの両側にそれぞれ１つずつ計２つ形成されているが、雌ねじ部２６の数は任意のものであってよい、例えば、雌ねじ部２６が、円弧面２５ｂの両側にそれぞれ２つずつ計４つ形成されていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る締結構造を有するエンジンの部分断面図である。
【図２】図１に示す、クランクキャップとシリンダブロックとがボルトによって締結された状態を示すエンジンの部分断面図である。
【図３】図２に示すボルト及び従来例のボルトを用いた場合における、雌ねじ部に作用する平均応力と応力振幅との解析結果をそれぞれ示したグラフである。
【図４】本発明の第２実施形態に係るエンジンの締結構造を示す部分断面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１、１０１    ボルト（締結部材）
２     シリンダブロック（第１部材）
３     クランクキャップ（第２部材）
１０、１１０  エンジン
１１   頭部
１２ａ、１２ｂ雄ねじ部
１３   連結部
１４   首部
２１   ボア部
２２   スカート
２３   シリンダボア
２４   クランク室
２５   クランク軸支持部
２６   雌ねじ部
３１   貫通孔
３１ａ 座グリ部
１１２ａ〜１１２ｃ   雄ねじ部
１１３ａ、１１３ｂ   連結部
【図１】
2007232202.tif 000003
【図２】
2007232202.tif 000004
【図３】
2007232202.tif 000005
【図４】
2007232202.tif 000006