JP2004278765A - ボルトおよび内燃機関 - Google Patents
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Abstract
【課題】ボルトに軸方向荷重を作用させる外力が作用する被締結部材に形成されたネジ孔の雌ネジ部に発生する集中応力を低減するボルトを提供することを目的とする。
【解決手段】内燃機関のクランク軸は、クランクケースの上部支持壁３１と上部支持壁３１にボルト４０により締結された下部支持壁により回転可能に支持される。ボルト４０は上部支持壁３１に形成されたネジ孔３４にねじ込まれてネジ孔３４の雌ネジ部３５と螺合した雄ネジ部４４を有する。上部支持壁３１の許容応力はボルト４０の許容応力よりも小さく、ボルト４０には上部支持壁３１に作用する爆発荷重に基づく軸方向荷重が作用する。雄ネジ部４４には、雌ネジ部３５の螺合終端部Ｒａと軸方向Ａ２で重なる位置に、雄ネジ部４４の中心軸線Ｌ３と同心の円孔４５が形成された低剛性部４４ｂが設けられる。
【選択図】 図３
【解決手段】内燃機関のクランク軸は、クランクケースの上部支持壁３１と上部支持壁３１にボルト４０により締結された下部支持壁により回転可能に支持される。ボルト４０は上部支持壁３１に形成されたネジ孔３４にねじ込まれてネジ孔３４の雌ネジ部３５と螺合した雄ネジ部４４を有する。上部支持壁３１の許容応力はボルト４０の許容応力よりも小さく、ボルト４０には上部支持壁３１に作用する爆発荷重に基づく軸方向荷重が作用する。雄ネジ部４４には、雌ネジ部３５の螺合終端部Ｒａと軸方向Ａ２で重なる位置に、雄ネジ部４４の中心軸線Ｌ３と同心の円孔４５が形成された低剛性部４４ｂが設けられる。
【選択図】 図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被締結部材に形成されたネジ孔にねじ込まれるボルト、および該ボルトが使用された内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のボルトとして、例えば特許文献１に開示されたものがある。２つの被締結部材を締結するこのボルトにおいて、一方の被締結部材に形成された貫通孔からなる螺孔にねじ込まれる螺軸の先端部には、工具が挿入可能な六角形などの凹穴が形成される。そして、ボルトが螺軸で破断したときには、螺孔の開口から凹穴に挿入された工具により螺軸が弛められて、螺孔から螺軸が取り除かれる。
【０００３】
また、例えば特許文献２に記載されているように、外力が作用する被締結部材を締結するボルトの場合、該被締結部材に作用する外力に基づく軸方向荷重がボルトに作用するとき、該被締結部材に形成されたネジ孔の雌ネジ部の、雄ネジ部の先端部と螺合する部分に集中応力が発生することが知られている。
【０００４】
【特許文献１】
登録実用新案第３０１６３０８号公報
【特許文献２】
実願昭６３−３９２２９号（実開平１−１４３４１８号）のマイクロフィルム
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特許文献１に開示された技術では、凹穴は工具を挿入するためのものであり、しかも螺孔が形成された前記一方の被締結部材に外力が作用するかは不明であるうえ、前記一方の被締結部材の許容応力とボルトの許容応力との関係も不明であることから、該外力に基づく軸方向荷重がボルトに作用したときに、螺軸の先端部が螺合する雌ネジ部に発生する集中応力を低減することについては考慮されていない。さらに、凹穴が形成された螺軸での径方向の肉厚は周方向に同一ではない。
【０００６】
また、ボルトが内燃機関において爆発荷重が作用する被締結部材の締結に使用される場合には、雌ネジ部に発生する前述の集中応力を低減する際には、ボルトよりも許容応力が小さい被締結部材の強度低下を極力回避することが好ましい。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、請求項１〜３記載の発明は、ボルトに軸方向荷重を作用させる外力が作用する被締結部材に形成されたネジ孔の雌ネジ部に発生する集中応力を低減するボルトを提供することを目的とする。そして、請求項２，３記載の発明は、さらに、請求項１記載のボルトが使用される内燃機関において、ボルトに軸方向荷重を作用させる爆発荷重が作用する機関本体の構成部材に該ボルトがねじ込まれるネジ孔が形成される場合に、該構成部材の強度低下を防止すること、もしくは強度を向上させることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
請求項１記載の発明は、第１被締結部材と第２被締結部材とを締結するボルトであって、前記第１被締結部材に形成されたネジ孔にねじ込まれて該ネジ孔の雌ネジ部と螺合した雄ネジ部を有するボルトにおいて、前記ボルトには前記第１被締結部材に作用する外力に基づく軸方向荷重が作用し、前記雄ネジ部には、前記雌ネジ部における前記雄ネジ部との螺合部分のうちの螺合終端部と軸方向で重なる位置に、前記雄ネジ部の中心軸線と同心の断面が円形の中空部が形成された低剛性部が形成されているボルトである。
【０００９】
これによれば、雄ネジ部において中空部が形成された低剛性部では、雄ネジ部が中実である場合に比べて剛性が低下しているので、第１被締結部材に作用する外力に基づいてボルトに軸方向荷重が作用したとき、低剛性部が比較的容易に弾性変形するため、雄ネジ部のねじ山から螺合終端部のねじ山に作用する荷重が緩衝される。しかも、中空部の断面は円形であるため、螺合終端部のねじ山に作用する雄ネジ部のネジ山から荷重は、螺合終端部に対してその周方向で均等に緩衝される。
【００１０】
この結果、請求項１記載の発明によれば、次の効果が奏される。すなわち、第１被締結部材に作用する外力に基づく軸方向荷重が作用するボルトのねじ山からネジ孔の螺合終端部のねじ山に作用する荷重が緩衝されるので、螺合終端部の谷底を形成する谷底部に発生する集中応力が低減する。しかも、集中応力は螺合終端部のねじ山の周方向で均等に低減するので、第１被締結部材の強度設計が容易になる。
【００１１】
請求項２記載の発明は、クランク軸がクランクケースに設けられた第１軸受部と該第１軸受部にボルトにより締結された第２軸受部とにより回転可能に支持され、前記ボルトは前記第１軸受部に形成されたネジ孔にねじ込まれて該ネジ孔の雌ネジ部と螺合した雄ネジ部を有する内燃機関において、前記第１軸受部の許容応力は前記ボルトの許容応力よりも小さく、前記ボルトには前記第１軸受部に作用する爆発荷重に基づく軸方向荷重が作用し、前記雄ネジ部には、前記雌ネジ部における前記雄ネジ部との螺合部分のうちの螺合終端部と軸方向で重なる位置に、前記雄ネジ部の中心軸線と同心の断面が円形の中空部が形成された低剛性部が形成されている内燃機関である。
【００１２】
これによれば、クランクケースを通じて爆発荷重が作用する第１軸受部のネジ孔にねじ込まれたボルトの低剛性部では、請求項１記載のボルトと同様に剛性が低下しているので、第１軸受部およびクランク軸を介して爆発荷重が作用する第２軸受部を締結するボルトに、該爆発荷重に基づく軸方向荷重が作用したとき、低剛性部と螺合終端部との間で、請求項１と同様の作用がなされる。さらに、雄ネジ部から螺合終端部に作用する荷重の緩衝する手段である中空部は、ボルトに形成されるので、ネジ孔の空洞を大きくする必要がないか、または空洞を極力小さくできる。
【００１３】
この結果、請求項２記載の発明によれば、次の効果が奏される。すなわち、第１軸受部に作用する爆発荷重に基づく軸方向荷重が作用するボルトのネジ山から螺合終端部のネジ山に作用する荷重が緩衝されるので、螺合終端部での谷底部に発生する集中応力が低減する。しかも、集中応力は雄ネジ部の周方向で均等に低減するので、第１軸受部の強度設計が容易になる。さらに、集中応力を低減するために、第１軸受部に形成されるネジ孔の空洞を大きくする必要がないか、または極力小さくできるので、第１軸受部の強度低下が防止され、もしくは強度が向上して、第１軸受部ひいては内燃機関の大型化および重量増を招来することなく、第１軸受部の所要の強度を確保できる。
【００１４】
請求項３記載の発明は、シリンダブロックとクランク軸を回転可能に支持するクランクケースとがボルトにより締結され、前記ボルトは前記クランクケースに形成されたネジ孔にねじ込まれて該ネジ孔の雌ネジ部と螺合した雄ネジ部を有する内燃機関において、前記クランクケースの許容応力は前記ボルトの許容応力よりも小さく、前記ボルトには前記クランクケースに作用する爆発荷重に基づく軸方向荷重が作用し、前記雄ネジ部には、前記雌ネジ部における前記雄ネジ部との螺合部分のうちの螺合終端部と軸方向で重なる位置に、前記雄ネジ部の中心軸線と同心の断面が円形の中空部が形成された低剛性部が形成されている内燃機関である。
【００１５】
これによれば、爆発荷重が作用するクランクケースのネジ孔にねじ込まれたボルトの低剛性部では、請求項１記載のボルトと同様に剛性が低下しているので、クランクケースおよびシリンダブロックを締結するボルトに、該爆発荷重に基づく軸方向荷重が作用したとき、低剛性部と螺合終端部との間で、請求項１と同様の作用がなされる。さらに、雄ネジ部から螺合終端部に作用する荷重の緩衝する手段である中空部は、ボルトに形成されるので、ネジ孔の空洞を大きくする必要がないか、または空洞を極力小さくできる。
【００１６】
この結果、請求項３記載の発明によれば、次の効果が奏される。すなわち、クランクケースに作用する爆発荷重に基づく軸方向荷重が作用するボルトのネジ山から螺合終端部のネジ山に作用する荷重が緩衝されるので、螺合終端部での谷底部に発生する集中応力が低減する。しかも、集中応力は雄ネジ部の周方向で均等に低減するので、クランクケースの強度設計が容易になる。さらに、集中応力を低減するために、クランクケースに形成されるネジ孔の空洞を大きくする必要がないか、または極力小さくできるので、クランクケースの強度低下が防止され、もしくは強度が向上して、クランクケースひいては内燃機関の大型化および重量増を招来することなく、クランクケースの所要の強度を確保できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図１ないし図５を参照して説明する。
図１〜図３は第１実施例を説明するための図である。図１，図２を参照すると、本発明に係るボルトであるジャーナルボルト４０が使用された内燃機関Ｅ１は、自動二輪車などの車両に搭載されるＤＯＨＣ型の直列４気筒４ストローク内燃機関である。内燃機関Ｅ１は、４つのシリンダ２が一体成形されたシリンダブロック１と、シリンダブロック１の下部であるスカート部から構成される上部クランクケース半体３ａの下端部に多数のボルトにより結合された下部クランクケース半体３ｂと、シリンダブロック１の上端部に結合されたシリンダヘッド４と、シリンダヘッド４の上端部に結合されたヘッドカバー５とを構成部材として構成される機関本体を備える。
【００１８】
各シリンダ２には、ピストン６が往復動可能に嵌合されて、シリンダヘッド４とピストン６との間には燃焼室７が形成される。また、上部クランクケース半体３ａと下部クランクケース半体３ｂとからなるクランクケース３には、該クランクケース３により形成されるクランク室８内に収容されたクランク軸１０が回転可能に支持される。そして、各ピストン６はコンロッド９を介してクランク軸１０に連結され、ピストン６の往復運動がクランク軸１０の回転運動に変換される。
【００１９】
一方、シリンダヘッド４には、燃焼室７毎に、燃焼室７に開口する１対の吸気ポート１１をそれぞれ開閉する１対の吸気弁１２および燃焼室７に開口する１対の排気ポート（図示されず）をそれぞれ開閉する１対の排気弁（図示されず）が装着される。各吸気弁１２および前記各排気弁は、タイミングチェーン１３を有する伝動機構を介してクランク軸１０に連動して、クランク軸１０の１／２の回転速度で回転駆動される吸気カム軸１４および排気カム軸（図示されず）を有する動弁装置Ｖ１により、クランク軸１０の回転に同期して所定の時期に開閉作動される。この動弁装置Ｖ１は、シリンダヘッド４とヘッドカバー５とから形成される動弁室１５内に配置される。
【００２０】
各シリンダ２において、図示されない吸気装置で形成された混合気が、ピストン６が下降する吸気行程で、開弁した１対の吸気弁１２を通って吸気ポート１１から燃焼室７内に吸入される。シリンダ２内に吸入された混合気は、圧縮行程で上昇するピストン６により圧縮された後、点火栓により点火されて燃焼し、膨張行程で燃焼ガスの圧力により下降するピストン６が、コンロッド９を介してクランク軸１０を回転駆動する。燃焼ガスは、排気行程で、開弁した前記１対の排気弁を通って排気ガスとして燃焼室７から前記排気ポートに排出され、さらに排気装置（図示されず）を介して外部に排出される。
【００２１】
上部クランクケース半体３ａと下部クランクケース半体３ｂとの合わせ面１６が含まれる仮想平面Ｐ上にほぼ位置する回転中心線Ｌ１を有するクランク軸１０は、その複数の、この実施例では５つのジャーナル部１０ｃにて、回転中心線Ｌ１の方向Ａ１に間隔をおいて設けられるジャーナル部１０ｃと同数の５つの軸受部分Ｂから構成される軸受装置により回転可能に支持される。
【００２２】
クランクケース３の一側で、クランク室８外に突出するクランク軸１０の一端部１０ａには、クランクケース３側から、始動電動機に一方向クラッチを介して駆動連結される始動用被動ギヤ１７と、交流発電機１８のロータとが、順次取り付けられる。被動ギヤ１７および交流発電機１８は、クランクケース３とそれに結合されたカバー１９とにより形成される収容室２０内に収容れる。また、クランクケース３の他側で、クランク室８外に突出するクランク軸１０の他端部１０ｂには、タイミングチェーン１３が巻き掛けられる駆動スプロケット２１が取り付けられる。駆動スプロケット２１は、クランクケース３とそれに結合されたカバー２２とにより形成される伝動室２３内に収容される。
【００２３】
ジャーナル部１０ｃの外周に配置された主軸受である軸受メタル２４を介して該ジャーナル部１０ｃを回転可能に支持する各軸受部分Ｂは、上部クランクケース半体３ａに設けられる第１軸受部としての上部ジャーナル支持壁３１と、下部クランクケース半体３ｂに設けられて、ジャーナル部１０ｃを挟む位置に配置された１対のジャーナルボルト４０により上部ジャーナル支持壁３１に締結される第２軸受部としての下部ジャーナル支持壁３２とからなる。ここで、各上部ジャーナル支持壁３１は上部クランクケース半体３ａに一体成形され、各下部ジャーナル支持壁３２は下部クランクケース半体３ｂに一体成形されている。なお、２５は、両ジャーナル支持壁３１，３２を位置決めするためのピンである。
【００２４】
図２を参照すると、各軸受部分Ｂにおいて、各ジャーナルボルト４０は、下部ジャーナル支持壁３２の下面に形成された締付け面に当接する頭部４１と、軸部４２とから構成される。軸部４２は、下部ジャーナル支持壁３２に形成された貫通孔からなる挿通孔３３に挿通されて、上部ジャーナル支持壁３１に形成されたネジ孔３４にねじ込まれる。
【００２５】
ここで、内燃機関Ｅ１の軽量化のために、シリンダブロック１および下部クランクケース半体３ｂは軽金属基合金からなる形成材料、例えばアルミニウム基合金から形成される。そして、シリンダブロック１および下部クランクケース半体３ｂの許容応力は、例えば鉄基合金からなる形成材料で形成されるジャーナルボルト４０の許容応力よりも小さく設定されている。
【００２６】
図３を併せて参照すると、合わせ面１６に直交する中心軸線Ｌ２を有する有底のネジ孔３４は、雌ネジが形成された雌ネジ部３５と、雌ネジ部３５とネジ孔３４の底面３７との間の非ネジ部３６とを有する。また、合わせ面１６に直交する中心軸線Ｌ３を有するジャーナルボルト４０の軸部４２は、円筒部４３と、円筒部４３よりも軸部４２の先端面４２ａ寄りの位置で雌ネジが形成された雄ネジ部４４とを有する。
【００２７】
各軸受部分Ｂにおいて、第１被締結部材としての上部ジャーナル支持壁３１と第２被締結部材としての下部ジャーナル支持壁３２とが、１対のジャーナルボルト４０により締結された状態で、各ジャーナルボルト４０の雄ネジ部４４とネジ孔３４の雌ネジ部３５とは、螺合部分Ｒで互いに螺合する。この実施例では、雌ネジ部３５における螺合部分Ｒは、雌ネジ部３５の一部分である。その結果、雄ネジ部４４の先端面４２ａよりも底面寄りの雌ネジ部３５の部分は、雄ネジ部４４と螺合しない非螺合部３５ｆとなる。そして、非螺合部３５ｆと非ねじ部３６とにより、ネジ孔３４において、ジャーナルボルト４０により占有されない空間である空洞３８が形成される。
【００２８】
雄ネジ部４４には、雌ネジ部３５における螺合部分Ｒのうちの螺合終端部Ｒａ、すなわち螺合部分Ｒにおける雄ネジ部４４の先端部のネジ山４４ａの１ピッチが螺合するネジ溝３５ａを形成する部分であって、該ネジ溝３５ａを挟んで中心軸線Ｌ２の方向（後述する軸方向Ａ２と同じ方向である。）で両側に位置するネジ山３５ｂ，３５ｃと谷底３５ｄを形成する谷底部３５ｅとを含む部分と、中心軸線Ｌ３の方向Ａ２すなわち軸方向Ａ２で重なる位置に、雄ネジ部４４での中空部を構成する孔４５が形成される。
【００２９】
孔４５は、先端面４２ａから中ぐり加工、鋳造もしくは鍛造により雄ネジ部４４の中心軸線Ｌ３と同心に形成された円形の断面を有する有底の円孔であり、軸方向Ａ２で螺合終端部Ｒａよりも長く延びる深さを有する。さらに、孔４５のうち、螺合終端部Ｒａと軸方向Ａ２で重なる部分は、先端面４２ａに向かって拡開するテーパ面からなる内周面を有することにより、他の部分である円柱面からなる内周面を有する円柱部４５ａに比べて大径の径を有する大径部４５ｂを構成する。それゆえ、大径部４５ｂでの雄ネジ部４４の肉厚（径方向での厚みである。）は、円柱部４５ａの肉厚よりも小さくなっている。ここで、円柱部４５ａの長さ、および大径部４５ｂが形成されている雄ネジ部４４の部分である薄肉部４４ｂ１の肉厚は、後述する集中応力の低減程度および締付強度の確保の観点から適切な値に設定される。
【００３０】
そして、雄ネジ部４４において、この孔４５が形成された部分は、孔４５が設けられておらず中実の部分に比べて、剛性が小さくなることから低剛性部４４ｂを構成し、該低剛性部４４ｂでは、ジャーナルボルト４０に軸方向Ａ２での荷重である軸方向荷重が作用したとき、中実の部分に比べて軸方向Ａ２での弾性変形が生じやすくなっている。
【００３１】
次に、前述のように構成された第１実施例の作用および効果について説明する。
内燃機関Ｅ１が運転されると、燃焼室７内での混合気の燃焼により生じる爆発荷重が、シリンダヘッド４と結合されたシリンダブロック１に、図２において上向きに作用する。同時に、爆発荷重は、ピストン６およびコンロッド９を介して、各軸受部分Ｂにより回転可能に支持されたクランク軸１０に作用し、さらに下部クランクケース半体３ｂに、図２にて下向きに作用する。
【００３２】
そして、各軸受部分Ｂでは、爆発荷重により、シリンダブロック１と一体の上部ジャーナル支持壁３１には、上向きの荷重が作用し、下部クランクケース半体３ｂと一体の下部ジャーナル支持壁３２には、下向きの荷重が作用する。また、上部ジャーナル支持壁３１と下部ジャーナル支持壁３２とを一体に締結している１対のジャーナルボルト４０には、上部ジャーナル支持壁３１に作用する外力である爆発荷重に基づいて、その反力が軸方向荷重として作用し、同時に下部ジャーナル支持壁３２に作用する爆発荷重に基づいて、前記反力と同じ向きの軸方向荷重が作用する。
【００３３】
このため、図３に示されるように、雌ネジ部３５においては、螺合終端部Ｒａの非螺合部３５ｆ寄りにあるネジ山３５ｂに、上向きの荷重Ｆａが作用し、螺合終端部Ｒａを挟んでネジ山３５ｂとは反対側のネジ山３５ｃに、雄ネジ部４４のネジ山４４ａから下向きの荷重Ｆｂが作用して、螺合終端部Ｒａの谷底部３５ｅには、集中荷重が発生する。
【００３４】
このとき、雄ネジ部４４には、螺合終端部Ｒａと軸方向Ａ２で重なる位置に、雄ネジ部４４の中心軸線Ｌ３と同心に形成された断面が円形の孔４５が形成された低剛性部４４ｂが設けられ、ネジ山４４ａは低剛性部４４ｂに形成されていることにより、低剛性部４４ｂでは、雄ネジ部４４が中実である場合に比べて剛性が低下しており、ジャーナルボルト４０に爆発荷重に基づく軸方向荷重が作用したとき、低剛性部４４ｂが比較的容易に弾性変形するため、雄ネジ部４４のネジ山４４ａから螺合終端部Ｒａのネジ山３５ｃに作用する荷重Ｆｂが緩衝されるので、螺合終端部Ｒａでの谷底部３５ｅに発生する集中応力が低減する。しかも、孔４５の断面は円形であるため、螺合終端部Ｒａのねじ山３５ｃに作用する雄ネジ部４４のネジ山４４ａから荷重Ｆｂは、螺合終端部Ｒａに対してその周方向で均等に緩衝されて、集中応力は螺合終端部Ｒａのねじ山３５ｃの周方向で均等に低減するので、上部ジャーナル支持壁３１の強度設計が容易になる。さらに、雄ネジ部４４から螺合終端部Ｒａに作用する荷重Ｆｂの緩衝する手段である孔４５は、ジャーナルボルト４０に形成されるので、集中応力を低減するために、ジャーナルボルト４０の許容応力よりも小さい許容応力の上部ジャーナル支持壁３１に形成されるネジ孔３４の空洞３８を大きくする必要がないか、または極力小さくできるので、上部ジャーナル支持壁３１の強度低下が防止され、もしくは強度が向上して、上部ジャーナル支持壁３１ひいては内燃機関Ｅ１の大型化および重量増を招来することなく、上部ジャーナル支持壁３１の所要の強度を確保できる。
【００３５】
しかも、ネジ山４４ａは、低剛性部４４ｂのうちでも、薄肉部４４ｂ１に形成されているので、弾性変形がより生じやすくなっていると共に、低剛性部４４ｂの他の部分では薄肉部４４ｂ１よりも肉厚が大きくなっているので、雄ネジ部４４のネジ山４４ａに作用する荷重Ｆｂの緩衝と同時に、螺合終端部Ｒａ以外の螺合部分Ｒでの所要の締結強度が確保される。
【００３６】
次に、図４を参照して、本発明の第２実施例を説明する。この第２実施例は、合わせ面１６が含まれる仮想平面Ｐにシリンダ軸線Ｌ４が直交する第１実施例の内燃機関Ｅ１に対して、仮想平面Ｐに対してシリンダ軸線Ｌ４が傾斜している内燃機関Ｅ２である点で相違し、その他の点では基本的に同一の構成を有するものである。それゆえ、第１実施例の部材と同一の部材または対応する部材について、同一の符号を使用して示すことにより、その具体的説明は省略する。そして、この第２実施例においても、第１実施例と同様の作用および効果が奏される。
【００３７】
次に、図５を参照して、本発明の第３実施例を説明する。この第３実施例は、シリンダブロック５２とクランクケース５１とを締結するスタッドボルトに、第１実施例と同様の孔４５が設けられた内燃機関Ｅ３である。そのため、第１実施例と同一の符号を使用している。また、必要に応じて図３を併せて参照する。
【００３８】
本発明に係るボルトであるスタッドボルト４０１，４０２が使用された内燃機関Ｅ３は、自動二輪車などの車両に搭載されるＯＨＶ型の単気筒４ストローク内燃機関である。内燃機関Ｅ３は、クランクケース５１と、該クランクケース５１の上端部に順次重ねられたシリンダブロック５２およびシリンダヘッド５３と、シリンダヘッド５３に結合されたヘッドカバー５４とを構成部材として構成される機関本体を備える。
【００３９】
そして、クランクケース５１、シリンダブロック５２およびシリンダヘッド５３は、４本のスタッドボルト４０１，４０２（図５にはそのうちの２本が示されている。）により一体に締結される。
【００４０】
第１実施例と同様に、単一のシリンダからなるシリンダブロック５２には、ピストンが往復動可能に嵌合されて、シリンダヘッド５３と該ピストンとの間には燃焼室が形成される。また、クランクケース５１には、該クランクケース５１により形成されるクランク室内に収容されたクランク軸５５が回転可能に支持される。そして、各ピストンはコンロッドを介してクランク軸５５に連結され、前記ピストンの往復運動がクランク軸５５の回転運動に変換される。
【００４１】
シリンダヘッド５３には、前記燃焼室に連通する吸気ポートおよび排気ポート５３ａをそれぞれ開閉する吸気弁および排気弁が装着され、それら吸気弁および排気弁が、シリンダヘッド５３とヘッドカバー５４とにより形成される動弁室５６内に収容されるロッカアームを有する動弁装置により、クランク軸５５の回転に同期して所定の時期に開閉される。そして、該ロッカアームは、シリンダヘッド５３に固定されるホルダ５７に保持されるロッカ軸に揺動可能に支持されて、クランク軸５５に連動して回転するカム軸により作動するプッシュロッドにより揺動させられる。
【００４２】
そして、吸気装置で形成された混合気が、前記ピストンが下降する吸気行程で、開弁した前記吸気弁を通って前記吸気ポートから前記燃焼室内に吸入される。シリンダブロック５２内に吸入された混合気は、圧縮行程で上昇する前記ピストンにより圧縮された後、点火栓により点火されて燃焼し、膨張行程で燃焼ガスの圧力により下降する前記ピストンが、コンロッドを介してクランク軸５５を回転駆動する。燃焼ガスは、排気行程で、開弁した前記排気弁を通って排気ガスとして前記燃焼室から前記排気ポート５３ａに排出され、さらに排気装置を介して外部に排出される。
【００４３】
クランク軸５５を、玉軸受からなる１対の主軸受（図５には、一方の主軸受５８が示されている。）を介して回転可能に支持するクランクケース５１は、クランク軸５５を含むと共にクランク軸５５の回転中心線Ｌ１に直交する合わせ面を有する１対のクランクケース半体（図５には、一方のクランクケース半体５１ａが示されている。）から構成される、いわゆる左右割りのクランクケースである。
【００４４】
前記クランク室内には、クランク軸５５と、該クランク軸５５に発進クラッチおよび変速クラッチを介して駆動連結される主軸を有する変速機とが収容される。
【００４５】
４本のスタッドボルト４０１，４０２は、クランクケース５１に対してシリンダブロック５２およびシリンダヘッド５３を共締めする１対の第１スタッドボルト４０１と、クランクケース５１に対してシリンダブロック５２、シリンダヘッド５３およびホルダ５７を共締めする１対の第２スタッドボルト４０２からなる。
【００４６】
各スタッドボルト４０１，４０２は、その軸部４２の両端部である下端部および上端部に雄ネジ部４４，４６がそれぞれ形成され、その下端部がクランクケース５１に形成されたネジ孔３４にねじ込まれている。そして、一方の第１スタッドボルト４０１および一方の第２スタッドボルト４０２は、一方のクランクケース半体５１ａに形成されたネジ孔３４にねじ込まれ、図示されない他方の第１スタッドボルトおよび他方の第２スタッドボルトは、他方のクランクケース半体に形成されたネジ孔にねじ込まれる。
【００４７】
そして、各第１スタッドボルト４０１は、シリンダブロック５２およびシリンダヘッド５３にそれぞれ形成された貫通孔からなる挿通孔６０，６２に挿通され、シリンダヘッド５３の上端面から上方に突出する雄ネジ部４６にナット６５が螺合する。各第２スタッドボルト４０２は、シリンダブロック５２、シリンダヘッド５３およびホルダにそれぞれ形成された貫通孔からなる挿通孔６１，６３，６４に挿通され、ホルダ５７の上端面から上方に突出する雄ネジ部４６にナット６６が螺合する。
【００４８】
ここで、内燃機関Ｅ３の軽量化のために、シリンダブロック５２、クランクケース５１およびシリンダヘッド５３は軽金属基合金からなる形成材料、例えばアルミニウム基合金から形成される。そして、シリンダブロック５２、クランクケース５１およびシリンダヘッド５３の許容応力は、例えば鉄基合金からなる形成材料で形成される各スタッドボルト４０１，４０２の許容応力よりも小さく設定されている。
【００４９】
クランクケース５１とシリンダブロック５２との合わせ面６７に直交する中心軸線Ｌ２を有する有底のネジ孔３４は、雌ネジが形成された雌ネジ部３５と、雌ネジ部３５と底面３７との間の非ネジ部３６とを有する。また、各スタッドボルト４０１，４０２は、合わせ面６７に直交する中心軸線Ｌ３を有する。
【００５０】
図３を併せて参照すると、第１被締結部材としてのクランクケース５１と第２被締結部材としてのシリンダブロック５２とが４本のスタッドボルト４０１，４０２により締結された状態で、各スタッドボルト４０１，４０２の雄ネジ部４４とネジ孔３４の雌ネジ部３５とは、螺合部分Ｒで互いに螺合する。ここで、螺合部分Ｒ、非螺合部３５ｆおよび空洞３８は、第１実施例と同様である。さらに、第１実施例と同様に、雄ネジ部４４には、雌ネジ部３５の螺合終端部Ｒａと中心軸線Ｌ３の方向、すなわち軸方向Ａ２で重なる位置に、雄ネジ部での中空部を構成する孔４５が形成されて、低剛性部４４ｂが形成される。
【００５１】
この第３実施例にれば、各スタッドボルト４０１，４０２に関して、第１実施例のジャーナルボルト４０と同様の次の作用および効果が奏される。
【００５２】
すなわち、内燃機関Ｅ３が運転されると、前記燃焼室内での混合気の燃焼により生じる爆発荷重が、シリンダヘッド５３に、図５にて上向きに作用する。同時に、爆発荷重は、前記ピストンおよび前記コンロッドを介してクランク軸５５に作用し、さらにクランクケース５１に、図５にて下向きに作用する。
【００５３】
そして、シリンダブロック５２とクランクケース５１とを一体に締結している４本のスタッドボルト４０１，４０２には、クランクケース５１に作用する外力である爆発荷重に基づいて、その反力が軸方向荷重として作用する。それと同時に、各第１スタッドボルト４０１には、シリンダヘッド５３に作用する爆発荷重に基づいて、前記反力と同じ向きの軸方向荷重が作用し、各第２スタッドボルト４０２には、シリンダヘッド５３を介してホルダ５７に作用する爆発荷重に基づいて、前記反力と同じ向きの軸方向荷重が作用する。
【００５４】
このとき、螺合終端部Ｒａに谷底部３５ｅに発生する集中応力に関して、クランクケース５１に形成されたネジ孔３４の雌ネジ部３５および各スタッドボルト４０１，４０２の雄ネジ部４４との間では、第１実施例と同様の作用および効果が奏される。
【００５５】
図３の括弧内の符号を併せて参照すると、雄ネジ部４４には、螺合終端部Ｒａと軸方向Ａ２で重なる位置に、雄ネジ部４４の中心軸線Ｌ３と同心に形成された断面が円形の孔４５が形成された低剛性部４４ｂが設けられ、ネジ山４４ａは低剛性部４４ｂに形成されていることにより、低剛性部４４ｂでは、雄ネジ部４４が中実である場合に比べて剛性が低下しており、スタッドボルト４０１，４０２に爆発荷重に基づく軸方向荷重が作用したとき、低剛性部４４ｂが比較的容易に弾性変形するため、雄ネジ部４４のネジ山４４ａから螺合終端部Ｒａのネジ山３５ｃに作用する荷重が緩衝されるので、螺合終端部Ｒａでの谷底部３５ｅに発生する集中応力が低減する。しかも、孔４５の断面は円形であるため、螺合終端部Ｒａのねじ山３５ｃに作用する雄ネジ部４４のネジ山４４ａからの荷重は、螺合終端部Ｒａに対してその周方向で均等に緩衝されて、集中応力は螺合終端部Ｒａのねじ山３５ｃの周方向で均等に低減するので、クランクケース５１の強度設計が容易になる。さらに、雄ネジ部４４から螺合終端部Ｒａに作用する荷重の緩衝する手段である孔４５は、スタッドボルト４０１，４０２に形成されるので、集中応力を低減するために、スタッドボルト４０１，４０２の許容応力よりも小さい許容応力のクランクケース５１に形成されるネジ孔３５の空洞３８を大きくする必要がないか、または極力小さくできるので、クランクケース５１の強度低下が防止され、もしくは強度が向上して、クランクケース５１ひいては内燃機関Ｅ３の大型化および重量増を招来することなく、クランクケース５１の所要の強度を確保できる。
【００５６】
以下、前述した実施例の一部の構成を変更した実施例について、変更した構成に関して説明する。
第２軸受部は、第１実施例では下部クランクケースに一体成形された下部ジャーナル支持壁により構成されたが、互いに分離した別個の部材であるベアリングキャップであってもよい。
【００５７】
クランクケースは、第３実施例では左右割りのクランクケースであったが、クランク軸の回転中心線を含みかつシリンダ軸線に直交する平面で分割されるクランクケース、いわゆる上下割りのクランクケースであってもよい。
【００５８】
前記実施例では、本発明に係るボルトは、内燃機関のクランク軸の軸受部分またはクランクケースとシリンダブロックとを締結するものであったが、内燃機関を構成する任意の２つの被締結部材を締結してもよく、さらに内燃機関の任意の２つの被締結部材を締結してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示し、本発明に係るボルトであるジャーナルボルトが使用された内燃機関の、概ね図２のＩ−Ｉ矢視での断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ矢視での断面図である。
【図３】図２の要部拡大断面図である。
【図４】本発明の第２実施例を示し、図２に対応する断面図である。
【図５】本発明の第３実施例を示し、本発明に係るボルトであるスタッドボルトが使用された内燃機関の部分断面図である。
【符号の説明】
１…シリンダブロック、２…シリンダ、３…クランクケース、４…シリンダヘッド、５…ヘッドカバー、６…ピストン、７…燃焼室、８…クランク室、９…コンロッド、１０…クランク軸、１１…吸気ポート、１２…吸気弁、１３…タイミングチェーン、１４…吸気カム軸、１５…動弁室、１６…合わせ面、１７…被動ギヤ、１８…交流発電機、１９…カバー、２０…収容室、２１…駆動スプロケット、２２…カバー、２３…伝動室、２４…軸受メタル、２５…ピン、
３１…上部ジャーナル支持壁、３２…下部ジャーナル支持壁、３３…挿通孔、３４…ネジ孔、３５…雌ネジ部、３６…非ネジ部、３７…底面、３８…空洞、
４０…ジャーナルボルト、４１…頭部、４２…軸部、４３…円筒部、４４…雄ネジ部、４４ｂ…低剛性部、４５…孔、４６…雄ネジ部、
４０１，４０２…スタッドボルト、５１…クランクケース、５２…シリンダブロック、５３…シリンダヘッド、５４…ヘッドカバー、５５…クランク軸、５６…動弁室、５７…ホルダ、５８…主軸受、５９…主軸、６０〜６４…挿通孔、６５，６６…ナット、６７…合わせ面、
Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３…内燃機関、Ｖ１，…動弁装置、Ｐ…仮想平面、Ｌ１…回転中心線、Ｌ２，Ｌ３…中心軸線、Ｌ４…シリンダ軸線、Ａ１…方向、Ｂ…軸受部分、Ｒ…螺合部分、Ｒａ…螺合終端部、Ｆａ，Ｆｂ…荷重。
【発明の属する技術分野】
本発明は、被締結部材に形成されたネジ孔にねじ込まれるボルト、および該ボルトが使用された内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のボルトとして、例えば特許文献１に開示されたものがある。２つの被締結部材を締結するこのボルトにおいて、一方の被締結部材に形成された貫通孔からなる螺孔にねじ込まれる螺軸の先端部には、工具が挿入可能な六角形などの凹穴が形成される。そして、ボルトが螺軸で破断したときには、螺孔の開口から凹穴に挿入された工具により螺軸が弛められて、螺孔から螺軸が取り除かれる。
【０００３】
また、例えば特許文献２に記載されているように、外力が作用する被締結部材を締結するボルトの場合、該被締結部材に作用する外力に基づく軸方向荷重がボルトに作用するとき、該被締結部材に形成されたネジ孔の雌ネジ部の、雄ネジ部の先端部と螺合する部分に集中応力が発生することが知られている。
【０００４】
【特許文献１】
登録実用新案第３０１６３０８号公報
【特許文献２】
実願昭６３−３９２２９号（実開平１−１４３４１８号）のマイクロフィルム
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特許文献１に開示された技術では、凹穴は工具を挿入するためのものであり、しかも螺孔が形成された前記一方の被締結部材に外力が作用するかは不明であるうえ、前記一方の被締結部材の許容応力とボルトの許容応力との関係も不明であることから、該外力に基づく軸方向荷重がボルトに作用したときに、螺軸の先端部が螺合する雌ネジ部に発生する集中応力を低減することについては考慮されていない。さらに、凹穴が形成された螺軸での径方向の肉厚は周方向に同一ではない。
【０００６】
また、ボルトが内燃機関において爆発荷重が作用する被締結部材の締結に使用される場合には、雌ネジ部に発生する前述の集中応力を低減する際には、ボルトよりも許容応力が小さい被締結部材の強度低下を極力回避することが好ましい。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、請求項１〜３記載の発明は、ボルトに軸方向荷重を作用させる外力が作用する被締結部材に形成されたネジ孔の雌ネジ部に発生する集中応力を低減するボルトを提供することを目的とする。そして、請求項２，３記載の発明は、さらに、請求項１記載のボルトが使用される内燃機関において、ボルトに軸方向荷重を作用させる爆発荷重が作用する機関本体の構成部材に該ボルトがねじ込まれるネジ孔が形成される場合に、該構成部材の強度低下を防止すること、もしくは強度を向上させることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
請求項１記載の発明は、第１被締結部材と第２被締結部材とを締結するボルトであって、前記第１被締結部材に形成されたネジ孔にねじ込まれて該ネジ孔の雌ネジ部と螺合した雄ネジ部を有するボルトにおいて、前記ボルトには前記第１被締結部材に作用する外力に基づく軸方向荷重が作用し、前記雄ネジ部には、前記雌ネジ部における前記雄ネジ部との螺合部分のうちの螺合終端部と軸方向で重なる位置に、前記雄ネジ部の中心軸線と同心の断面が円形の中空部が形成された低剛性部が形成されているボルトである。
【０００９】
これによれば、雄ネジ部において中空部が形成された低剛性部では、雄ネジ部が中実である場合に比べて剛性が低下しているので、第１被締結部材に作用する外力に基づいてボルトに軸方向荷重が作用したとき、低剛性部が比較的容易に弾性変形するため、雄ネジ部のねじ山から螺合終端部のねじ山に作用する荷重が緩衝される。しかも、中空部の断面は円形であるため、螺合終端部のねじ山に作用する雄ネジ部のネジ山から荷重は、螺合終端部に対してその周方向で均等に緩衝される。
【００１０】
この結果、請求項１記載の発明によれば、次の効果が奏される。すなわち、第１被締結部材に作用する外力に基づく軸方向荷重が作用するボルトのねじ山からネジ孔の螺合終端部のねじ山に作用する荷重が緩衝されるので、螺合終端部の谷底を形成する谷底部に発生する集中応力が低減する。しかも、集中応力は螺合終端部のねじ山の周方向で均等に低減するので、第１被締結部材の強度設計が容易になる。
【００１１】
請求項２記載の発明は、クランク軸がクランクケースに設けられた第１軸受部と該第１軸受部にボルトにより締結された第２軸受部とにより回転可能に支持され、前記ボルトは前記第１軸受部に形成されたネジ孔にねじ込まれて該ネジ孔の雌ネジ部と螺合した雄ネジ部を有する内燃機関において、前記第１軸受部の許容応力は前記ボルトの許容応力よりも小さく、前記ボルトには前記第１軸受部に作用する爆発荷重に基づく軸方向荷重が作用し、前記雄ネジ部には、前記雌ネジ部における前記雄ネジ部との螺合部分のうちの螺合終端部と軸方向で重なる位置に、前記雄ネジ部の中心軸線と同心の断面が円形の中空部が形成された低剛性部が形成されている内燃機関である。
【００１２】
これによれば、クランクケースを通じて爆発荷重が作用する第１軸受部のネジ孔にねじ込まれたボルトの低剛性部では、請求項１記載のボルトと同様に剛性が低下しているので、第１軸受部およびクランク軸を介して爆発荷重が作用する第２軸受部を締結するボルトに、該爆発荷重に基づく軸方向荷重が作用したとき、低剛性部と螺合終端部との間で、請求項１と同様の作用がなされる。さらに、雄ネジ部から螺合終端部に作用する荷重の緩衝する手段である中空部は、ボルトに形成されるので、ネジ孔の空洞を大きくする必要がないか、または空洞を極力小さくできる。
【００１３】
この結果、請求項２記載の発明によれば、次の効果が奏される。すなわち、第１軸受部に作用する爆発荷重に基づく軸方向荷重が作用するボルトのネジ山から螺合終端部のネジ山に作用する荷重が緩衝されるので、螺合終端部での谷底部に発生する集中応力が低減する。しかも、集中応力は雄ネジ部の周方向で均等に低減するので、第１軸受部の強度設計が容易になる。さらに、集中応力を低減するために、第１軸受部に形成されるネジ孔の空洞を大きくする必要がないか、または極力小さくできるので、第１軸受部の強度低下が防止され、もしくは強度が向上して、第１軸受部ひいては内燃機関の大型化および重量増を招来することなく、第１軸受部の所要の強度を確保できる。
【００１４】
請求項３記載の発明は、シリンダブロックとクランク軸を回転可能に支持するクランクケースとがボルトにより締結され、前記ボルトは前記クランクケースに形成されたネジ孔にねじ込まれて該ネジ孔の雌ネジ部と螺合した雄ネジ部を有する内燃機関において、前記クランクケースの許容応力は前記ボルトの許容応力よりも小さく、前記ボルトには前記クランクケースに作用する爆発荷重に基づく軸方向荷重が作用し、前記雄ネジ部には、前記雌ネジ部における前記雄ネジ部との螺合部分のうちの螺合終端部と軸方向で重なる位置に、前記雄ネジ部の中心軸線と同心の断面が円形の中空部が形成された低剛性部が形成されている内燃機関である。
【００１５】
これによれば、爆発荷重が作用するクランクケースのネジ孔にねじ込まれたボルトの低剛性部では、請求項１記載のボルトと同様に剛性が低下しているので、クランクケースおよびシリンダブロックを締結するボルトに、該爆発荷重に基づく軸方向荷重が作用したとき、低剛性部と螺合終端部との間で、請求項１と同様の作用がなされる。さらに、雄ネジ部から螺合終端部に作用する荷重の緩衝する手段である中空部は、ボルトに形成されるので、ネジ孔の空洞を大きくする必要がないか、または空洞を極力小さくできる。
【００１６】
この結果、請求項３記載の発明によれば、次の効果が奏される。すなわち、クランクケースに作用する爆発荷重に基づく軸方向荷重が作用するボルトのネジ山から螺合終端部のネジ山に作用する荷重が緩衝されるので、螺合終端部での谷底部に発生する集中応力が低減する。しかも、集中応力は雄ネジ部の周方向で均等に低減するので、クランクケースの強度設計が容易になる。さらに、集中応力を低減するために、クランクケースに形成されるネジ孔の空洞を大きくする必要がないか、または極力小さくできるので、クランクケースの強度低下が防止され、もしくは強度が向上して、クランクケースひいては内燃機関の大型化および重量増を招来することなく、クランクケースの所要の強度を確保できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図１ないし図５を参照して説明する。
図１〜図３は第１実施例を説明するための図である。図１，図２を参照すると、本発明に係るボルトであるジャーナルボルト４０が使用された内燃機関Ｅ１は、自動二輪車などの車両に搭載されるＤＯＨＣ型の直列４気筒４ストローク内燃機関である。内燃機関Ｅ１は、４つのシリンダ２が一体成形されたシリンダブロック１と、シリンダブロック１の下部であるスカート部から構成される上部クランクケース半体３ａの下端部に多数のボルトにより結合された下部クランクケース半体３ｂと、シリンダブロック１の上端部に結合されたシリンダヘッド４と、シリンダヘッド４の上端部に結合されたヘッドカバー５とを構成部材として構成される機関本体を備える。
【００１８】
各シリンダ２には、ピストン６が往復動可能に嵌合されて、シリンダヘッド４とピストン６との間には燃焼室７が形成される。また、上部クランクケース半体３ａと下部クランクケース半体３ｂとからなるクランクケース３には、該クランクケース３により形成されるクランク室８内に収容されたクランク軸１０が回転可能に支持される。そして、各ピストン６はコンロッド９を介してクランク軸１０に連結され、ピストン６の往復運動がクランク軸１０の回転運動に変換される。
【００１９】
一方、シリンダヘッド４には、燃焼室７毎に、燃焼室７に開口する１対の吸気ポート１１をそれぞれ開閉する１対の吸気弁１２および燃焼室７に開口する１対の排気ポート（図示されず）をそれぞれ開閉する１対の排気弁（図示されず）が装着される。各吸気弁１２および前記各排気弁は、タイミングチェーン１３を有する伝動機構を介してクランク軸１０に連動して、クランク軸１０の１／２の回転速度で回転駆動される吸気カム軸１４および排気カム軸（図示されず）を有する動弁装置Ｖ１により、クランク軸１０の回転に同期して所定の時期に開閉作動される。この動弁装置Ｖ１は、シリンダヘッド４とヘッドカバー５とから形成される動弁室１５内に配置される。
【００２０】
各シリンダ２において、図示されない吸気装置で形成された混合気が、ピストン６が下降する吸気行程で、開弁した１対の吸気弁１２を通って吸気ポート１１から燃焼室７内に吸入される。シリンダ２内に吸入された混合気は、圧縮行程で上昇するピストン６により圧縮された後、点火栓により点火されて燃焼し、膨張行程で燃焼ガスの圧力により下降するピストン６が、コンロッド９を介してクランク軸１０を回転駆動する。燃焼ガスは、排気行程で、開弁した前記１対の排気弁を通って排気ガスとして燃焼室７から前記排気ポートに排出され、さらに排気装置（図示されず）を介して外部に排出される。
【００２１】
上部クランクケース半体３ａと下部クランクケース半体３ｂとの合わせ面１６が含まれる仮想平面Ｐ上にほぼ位置する回転中心線Ｌ１を有するクランク軸１０は、その複数の、この実施例では５つのジャーナル部１０ｃにて、回転中心線Ｌ１の方向Ａ１に間隔をおいて設けられるジャーナル部１０ｃと同数の５つの軸受部分Ｂから構成される軸受装置により回転可能に支持される。
【００２２】
クランクケース３の一側で、クランク室８外に突出するクランク軸１０の一端部１０ａには、クランクケース３側から、始動電動機に一方向クラッチを介して駆動連結される始動用被動ギヤ１７と、交流発電機１８のロータとが、順次取り付けられる。被動ギヤ１７および交流発電機１８は、クランクケース３とそれに結合されたカバー１９とにより形成される収容室２０内に収容れる。また、クランクケース３の他側で、クランク室８外に突出するクランク軸１０の他端部１０ｂには、タイミングチェーン１３が巻き掛けられる駆動スプロケット２１が取り付けられる。駆動スプロケット２１は、クランクケース３とそれに結合されたカバー２２とにより形成される伝動室２３内に収容される。
【００２３】
ジャーナル部１０ｃの外周に配置された主軸受である軸受メタル２４を介して該ジャーナル部１０ｃを回転可能に支持する各軸受部分Ｂは、上部クランクケース半体３ａに設けられる第１軸受部としての上部ジャーナル支持壁３１と、下部クランクケース半体３ｂに設けられて、ジャーナル部１０ｃを挟む位置に配置された１対のジャーナルボルト４０により上部ジャーナル支持壁３１に締結される第２軸受部としての下部ジャーナル支持壁３２とからなる。ここで、各上部ジャーナル支持壁３１は上部クランクケース半体３ａに一体成形され、各下部ジャーナル支持壁３２は下部クランクケース半体３ｂに一体成形されている。なお、２５は、両ジャーナル支持壁３１，３２を位置決めするためのピンである。
【００２４】
図２を参照すると、各軸受部分Ｂにおいて、各ジャーナルボルト４０は、下部ジャーナル支持壁３２の下面に形成された締付け面に当接する頭部４１と、軸部４２とから構成される。軸部４２は、下部ジャーナル支持壁３２に形成された貫通孔からなる挿通孔３３に挿通されて、上部ジャーナル支持壁３１に形成されたネジ孔３４にねじ込まれる。
【００２５】
ここで、内燃機関Ｅ１の軽量化のために、シリンダブロック１および下部クランクケース半体３ｂは軽金属基合金からなる形成材料、例えばアルミニウム基合金から形成される。そして、シリンダブロック１および下部クランクケース半体３ｂの許容応力は、例えば鉄基合金からなる形成材料で形成されるジャーナルボルト４０の許容応力よりも小さく設定されている。
【００２６】
図３を併せて参照すると、合わせ面１６に直交する中心軸線Ｌ２を有する有底のネジ孔３４は、雌ネジが形成された雌ネジ部３５と、雌ネジ部３５とネジ孔３４の底面３７との間の非ネジ部３６とを有する。また、合わせ面１６に直交する中心軸線Ｌ３を有するジャーナルボルト４０の軸部４２は、円筒部４３と、円筒部４３よりも軸部４２の先端面４２ａ寄りの位置で雌ネジが形成された雄ネジ部４４とを有する。
【００２７】
各軸受部分Ｂにおいて、第１被締結部材としての上部ジャーナル支持壁３１と第２被締結部材としての下部ジャーナル支持壁３２とが、１対のジャーナルボルト４０により締結された状態で、各ジャーナルボルト４０の雄ネジ部４４とネジ孔３４の雌ネジ部３５とは、螺合部分Ｒで互いに螺合する。この実施例では、雌ネジ部３５における螺合部分Ｒは、雌ネジ部３５の一部分である。その結果、雄ネジ部４４の先端面４２ａよりも底面寄りの雌ネジ部３５の部分は、雄ネジ部４４と螺合しない非螺合部３５ｆとなる。そして、非螺合部３５ｆと非ねじ部３６とにより、ネジ孔３４において、ジャーナルボルト４０により占有されない空間である空洞３８が形成される。
【００２８】
雄ネジ部４４には、雌ネジ部３５における螺合部分Ｒのうちの螺合終端部Ｒａ、すなわち螺合部分Ｒにおける雄ネジ部４４の先端部のネジ山４４ａの１ピッチが螺合するネジ溝３５ａを形成する部分であって、該ネジ溝３５ａを挟んで中心軸線Ｌ２の方向（後述する軸方向Ａ２と同じ方向である。）で両側に位置するネジ山３５ｂ，３５ｃと谷底３５ｄを形成する谷底部３５ｅとを含む部分と、中心軸線Ｌ３の方向Ａ２すなわち軸方向Ａ２で重なる位置に、雄ネジ部４４での中空部を構成する孔４５が形成される。
【００２９】
孔４５は、先端面４２ａから中ぐり加工、鋳造もしくは鍛造により雄ネジ部４４の中心軸線Ｌ３と同心に形成された円形の断面を有する有底の円孔であり、軸方向Ａ２で螺合終端部Ｒａよりも長く延びる深さを有する。さらに、孔４５のうち、螺合終端部Ｒａと軸方向Ａ２で重なる部分は、先端面４２ａに向かって拡開するテーパ面からなる内周面を有することにより、他の部分である円柱面からなる内周面を有する円柱部４５ａに比べて大径の径を有する大径部４５ｂを構成する。それゆえ、大径部４５ｂでの雄ネジ部４４の肉厚（径方向での厚みである。）は、円柱部４５ａの肉厚よりも小さくなっている。ここで、円柱部４５ａの長さ、および大径部４５ｂが形成されている雄ネジ部４４の部分である薄肉部４４ｂ１の肉厚は、後述する集中応力の低減程度および締付強度の確保の観点から適切な値に設定される。
【００３０】
そして、雄ネジ部４４において、この孔４５が形成された部分は、孔４５が設けられておらず中実の部分に比べて、剛性が小さくなることから低剛性部４４ｂを構成し、該低剛性部４４ｂでは、ジャーナルボルト４０に軸方向Ａ２での荷重である軸方向荷重が作用したとき、中実の部分に比べて軸方向Ａ２での弾性変形が生じやすくなっている。
【００３１】
次に、前述のように構成された第１実施例の作用および効果について説明する。
内燃機関Ｅ１が運転されると、燃焼室７内での混合気の燃焼により生じる爆発荷重が、シリンダヘッド４と結合されたシリンダブロック１に、図２において上向きに作用する。同時に、爆発荷重は、ピストン６およびコンロッド９を介して、各軸受部分Ｂにより回転可能に支持されたクランク軸１０に作用し、さらに下部クランクケース半体３ｂに、図２にて下向きに作用する。
【００３２】
そして、各軸受部分Ｂでは、爆発荷重により、シリンダブロック１と一体の上部ジャーナル支持壁３１には、上向きの荷重が作用し、下部クランクケース半体３ｂと一体の下部ジャーナル支持壁３２には、下向きの荷重が作用する。また、上部ジャーナル支持壁３１と下部ジャーナル支持壁３２とを一体に締結している１対のジャーナルボルト４０には、上部ジャーナル支持壁３１に作用する外力である爆発荷重に基づいて、その反力が軸方向荷重として作用し、同時に下部ジャーナル支持壁３２に作用する爆発荷重に基づいて、前記反力と同じ向きの軸方向荷重が作用する。
【００３３】
このため、図３に示されるように、雌ネジ部３５においては、螺合終端部Ｒａの非螺合部３５ｆ寄りにあるネジ山３５ｂに、上向きの荷重Ｆａが作用し、螺合終端部Ｒａを挟んでネジ山３５ｂとは反対側のネジ山３５ｃに、雄ネジ部４４のネジ山４４ａから下向きの荷重Ｆｂが作用して、螺合終端部Ｒａの谷底部３５ｅには、集中荷重が発生する。
【００３４】
このとき、雄ネジ部４４には、螺合終端部Ｒａと軸方向Ａ２で重なる位置に、雄ネジ部４４の中心軸線Ｌ３と同心に形成された断面が円形の孔４５が形成された低剛性部４４ｂが設けられ、ネジ山４４ａは低剛性部４４ｂに形成されていることにより、低剛性部４４ｂでは、雄ネジ部４４が中実である場合に比べて剛性が低下しており、ジャーナルボルト４０に爆発荷重に基づく軸方向荷重が作用したとき、低剛性部４４ｂが比較的容易に弾性変形するため、雄ネジ部４４のネジ山４４ａから螺合終端部Ｒａのネジ山３５ｃに作用する荷重Ｆｂが緩衝されるので、螺合終端部Ｒａでの谷底部３５ｅに発生する集中応力が低減する。しかも、孔４５の断面は円形であるため、螺合終端部Ｒａのねじ山３５ｃに作用する雄ネジ部４４のネジ山４４ａから荷重Ｆｂは、螺合終端部Ｒａに対してその周方向で均等に緩衝されて、集中応力は螺合終端部Ｒａのねじ山３５ｃの周方向で均等に低減するので、上部ジャーナル支持壁３１の強度設計が容易になる。さらに、雄ネジ部４４から螺合終端部Ｒａに作用する荷重Ｆｂの緩衝する手段である孔４５は、ジャーナルボルト４０に形成されるので、集中応力を低減するために、ジャーナルボルト４０の許容応力よりも小さい許容応力の上部ジャーナル支持壁３１に形成されるネジ孔３４の空洞３８を大きくする必要がないか、または極力小さくできるので、上部ジャーナル支持壁３１の強度低下が防止され、もしくは強度が向上して、上部ジャーナル支持壁３１ひいては内燃機関Ｅ１の大型化および重量増を招来することなく、上部ジャーナル支持壁３１の所要の強度を確保できる。
【００３５】
しかも、ネジ山４４ａは、低剛性部４４ｂのうちでも、薄肉部４４ｂ１に形成されているので、弾性変形がより生じやすくなっていると共に、低剛性部４４ｂの他の部分では薄肉部４４ｂ１よりも肉厚が大きくなっているので、雄ネジ部４４のネジ山４４ａに作用する荷重Ｆｂの緩衝と同時に、螺合終端部Ｒａ以外の螺合部分Ｒでの所要の締結強度が確保される。
【００３６】
次に、図４を参照して、本発明の第２実施例を説明する。この第２実施例は、合わせ面１６が含まれる仮想平面Ｐにシリンダ軸線Ｌ４が直交する第１実施例の内燃機関Ｅ１に対して、仮想平面Ｐに対してシリンダ軸線Ｌ４が傾斜している内燃機関Ｅ２である点で相違し、その他の点では基本的に同一の構成を有するものである。それゆえ、第１実施例の部材と同一の部材または対応する部材について、同一の符号を使用して示すことにより、その具体的説明は省略する。そして、この第２実施例においても、第１実施例と同様の作用および効果が奏される。
【００３７】
次に、図５を参照して、本発明の第３実施例を説明する。この第３実施例は、シリンダブロック５２とクランクケース５１とを締結するスタッドボルトに、第１実施例と同様の孔４５が設けられた内燃機関Ｅ３である。そのため、第１実施例と同一の符号を使用している。また、必要に応じて図３を併せて参照する。
【００３８】
本発明に係るボルトであるスタッドボルト４０１，４０２が使用された内燃機関Ｅ３は、自動二輪車などの車両に搭載されるＯＨＶ型の単気筒４ストローク内燃機関である。内燃機関Ｅ３は、クランクケース５１と、該クランクケース５１の上端部に順次重ねられたシリンダブロック５２およびシリンダヘッド５３と、シリンダヘッド５３に結合されたヘッドカバー５４とを構成部材として構成される機関本体を備える。
【００３９】
そして、クランクケース５１、シリンダブロック５２およびシリンダヘッド５３は、４本のスタッドボルト４０１，４０２（図５にはそのうちの２本が示されている。）により一体に締結される。
【００４０】
第１実施例と同様に、単一のシリンダからなるシリンダブロック５２には、ピストンが往復動可能に嵌合されて、シリンダヘッド５３と該ピストンとの間には燃焼室が形成される。また、クランクケース５１には、該クランクケース５１により形成されるクランク室内に収容されたクランク軸５５が回転可能に支持される。そして、各ピストンはコンロッドを介してクランク軸５５に連結され、前記ピストンの往復運動がクランク軸５５の回転運動に変換される。
【００４１】
シリンダヘッド５３には、前記燃焼室に連通する吸気ポートおよび排気ポート５３ａをそれぞれ開閉する吸気弁および排気弁が装着され、それら吸気弁および排気弁が、シリンダヘッド５３とヘッドカバー５４とにより形成される動弁室５６内に収容されるロッカアームを有する動弁装置により、クランク軸５５の回転に同期して所定の時期に開閉される。そして、該ロッカアームは、シリンダヘッド５３に固定されるホルダ５７に保持されるロッカ軸に揺動可能に支持されて、クランク軸５５に連動して回転するカム軸により作動するプッシュロッドにより揺動させられる。
【００４２】
そして、吸気装置で形成された混合気が、前記ピストンが下降する吸気行程で、開弁した前記吸気弁を通って前記吸気ポートから前記燃焼室内に吸入される。シリンダブロック５２内に吸入された混合気は、圧縮行程で上昇する前記ピストンにより圧縮された後、点火栓により点火されて燃焼し、膨張行程で燃焼ガスの圧力により下降する前記ピストンが、コンロッドを介してクランク軸５５を回転駆動する。燃焼ガスは、排気行程で、開弁した前記排気弁を通って排気ガスとして前記燃焼室から前記排気ポート５３ａに排出され、さらに排気装置を介して外部に排出される。
【００４３】
クランク軸５５を、玉軸受からなる１対の主軸受（図５には、一方の主軸受５８が示されている。）を介して回転可能に支持するクランクケース５１は、クランク軸５５を含むと共にクランク軸５５の回転中心線Ｌ１に直交する合わせ面を有する１対のクランクケース半体（図５には、一方のクランクケース半体５１ａが示されている。）から構成される、いわゆる左右割りのクランクケースである。
【００４４】
前記クランク室内には、クランク軸５５と、該クランク軸５５に発進クラッチおよび変速クラッチを介して駆動連結される主軸を有する変速機とが収容される。
【００４５】
４本のスタッドボルト４０１，４０２は、クランクケース５１に対してシリンダブロック５２およびシリンダヘッド５３を共締めする１対の第１スタッドボルト４０１と、クランクケース５１に対してシリンダブロック５２、シリンダヘッド５３およびホルダ５７を共締めする１対の第２スタッドボルト４０２からなる。
【００４６】
各スタッドボルト４０１，４０２は、その軸部４２の両端部である下端部および上端部に雄ネジ部４４，４６がそれぞれ形成され、その下端部がクランクケース５１に形成されたネジ孔３４にねじ込まれている。そして、一方の第１スタッドボルト４０１および一方の第２スタッドボルト４０２は、一方のクランクケース半体５１ａに形成されたネジ孔３４にねじ込まれ、図示されない他方の第１スタッドボルトおよび他方の第２スタッドボルトは、他方のクランクケース半体に形成されたネジ孔にねじ込まれる。
【００４７】
そして、各第１スタッドボルト４０１は、シリンダブロック５２およびシリンダヘッド５３にそれぞれ形成された貫通孔からなる挿通孔６０，６２に挿通され、シリンダヘッド５３の上端面から上方に突出する雄ネジ部４６にナット６５が螺合する。各第２スタッドボルト４０２は、シリンダブロック５２、シリンダヘッド５３およびホルダにそれぞれ形成された貫通孔からなる挿通孔６１，６３，６４に挿通され、ホルダ５７の上端面から上方に突出する雄ネジ部４６にナット６６が螺合する。
【００４８】
ここで、内燃機関Ｅ３の軽量化のために、シリンダブロック５２、クランクケース５１およびシリンダヘッド５３は軽金属基合金からなる形成材料、例えばアルミニウム基合金から形成される。そして、シリンダブロック５２、クランクケース５１およびシリンダヘッド５３の許容応力は、例えば鉄基合金からなる形成材料で形成される各スタッドボルト４０１，４０２の許容応力よりも小さく設定されている。
【００４９】
クランクケース５１とシリンダブロック５２との合わせ面６７に直交する中心軸線Ｌ２を有する有底のネジ孔３４は、雌ネジが形成された雌ネジ部３５と、雌ネジ部３５と底面３７との間の非ネジ部３６とを有する。また、各スタッドボルト４０１，４０２は、合わせ面６７に直交する中心軸線Ｌ３を有する。
【００５０】
図３を併せて参照すると、第１被締結部材としてのクランクケース５１と第２被締結部材としてのシリンダブロック５２とが４本のスタッドボルト４０１，４０２により締結された状態で、各スタッドボルト４０１，４０２の雄ネジ部４４とネジ孔３４の雌ネジ部３５とは、螺合部分Ｒで互いに螺合する。ここで、螺合部分Ｒ、非螺合部３５ｆおよび空洞３８は、第１実施例と同様である。さらに、第１実施例と同様に、雄ネジ部４４には、雌ネジ部３５の螺合終端部Ｒａと中心軸線Ｌ３の方向、すなわち軸方向Ａ２で重なる位置に、雄ネジ部での中空部を構成する孔４５が形成されて、低剛性部４４ｂが形成される。
【００５１】
この第３実施例にれば、各スタッドボルト４０１，４０２に関して、第１実施例のジャーナルボルト４０と同様の次の作用および効果が奏される。
【００５２】
すなわち、内燃機関Ｅ３が運転されると、前記燃焼室内での混合気の燃焼により生じる爆発荷重が、シリンダヘッド５３に、図５にて上向きに作用する。同時に、爆発荷重は、前記ピストンおよび前記コンロッドを介してクランク軸５５に作用し、さらにクランクケース５１に、図５にて下向きに作用する。
【００５３】
そして、シリンダブロック５２とクランクケース５１とを一体に締結している４本のスタッドボルト４０１，４０２には、クランクケース５１に作用する外力である爆発荷重に基づいて、その反力が軸方向荷重として作用する。それと同時に、各第１スタッドボルト４０１には、シリンダヘッド５３に作用する爆発荷重に基づいて、前記反力と同じ向きの軸方向荷重が作用し、各第２スタッドボルト４０２には、シリンダヘッド５３を介してホルダ５７に作用する爆発荷重に基づいて、前記反力と同じ向きの軸方向荷重が作用する。
【００５４】
このとき、螺合終端部Ｒａに谷底部３５ｅに発生する集中応力に関して、クランクケース５１に形成されたネジ孔３４の雌ネジ部３５および各スタッドボルト４０１，４０２の雄ネジ部４４との間では、第１実施例と同様の作用および効果が奏される。
【００５５】
図３の括弧内の符号を併せて参照すると、雄ネジ部４４には、螺合終端部Ｒａと軸方向Ａ２で重なる位置に、雄ネジ部４４の中心軸線Ｌ３と同心に形成された断面が円形の孔４５が形成された低剛性部４４ｂが設けられ、ネジ山４４ａは低剛性部４４ｂに形成されていることにより、低剛性部４４ｂでは、雄ネジ部４４が中実である場合に比べて剛性が低下しており、スタッドボルト４０１，４０２に爆発荷重に基づく軸方向荷重が作用したとき、低剛性部４４ｂが比較的容易に弾性変形するため、雄ネジ部４４のネジ山４４ａから螺合終端部Ｒａのネジ山３５ｃに作用する荷重が緩衝されるので、螺合終端部Ｒａでの谷底部３５ｅに発生する集中応力が低減する。しかも、孔４５の断面は円形であるため、螺合終端部Ｒａのねじ山３５ｃに作用する雄ネジ部４４のネジ山４４ａからの荷重は、螺合終端部Ｒａに対してその周方向で均等に緩衝されて、集中応力は螺合終端部Ｒａのねじ山３５ｃの周方向で均等に低減するので、クランクケース５１の強度設計が容易になる。さらに、雄ネジ部４４から螺合終端部Ｒａに作用する荷重の緩衝する手段である孔４５は、スタッドボルト４０１，４０２に形成されるので、集中応力を低減するために、スタッドボルト４０１，４０２の許容応力よりも小さい許容応力のクランクケース５１に形成されるネジ孔３５の空洞３８を大きくする必要がないか、または極力小さくできるので、クランクケース５１の強度低下が防止され、もしくは強度が向上して、クランクケース５１ひいては内燃機関Ｅ３の大型化および重量増を招来することなく、クランクケース５１の所要の強度を確保できる。
【００５６】
以下、前述した実施例の一部の構成を変更した実施例について、変更した構成に関して説明する。
第２軸受部は、第１実施例では下部クランクケースに一体成形された下部ジャーナル支持壁により構成されたが、互いに分離した別個の部材であるベアリングキャップであってもよい。
【００５７】
クランクケースは、第３実施例では左右割りのクランクケースであったが、クランク軸の回転中心線を含みかつシリンダ軸線に直交する平面で分割されるクランクケース、いわゆる上下割りのクランクケースであってもよい。
【００５８】
前記実施例では、本発明に係るボルトは、内燃機関のクランク軸の軸受部分またはクランクケースとシリンダブロックとを締結するものであったが、内燃機関を構成する任意の２つの被締結部材を締結してもよく、さらに内燃機関の任意の２つの被締結部材を締結してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示し、本発明に係るボルトであるジャーナルボルトが使用された内燃機関の、概ね図２のＩ−Ｉ矢視での断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ矢視での断面図である。
【図３】図２の要部拡大断面図である。
【図４】本発明の第２実施例を示し、図２に対応する断面図である。
【図５】本発明の第３実施例を示し、本発明に係るボルトであるスタッドボルトが使用された内燃機関の部分断面図である。
【符号の説明】
１…シリンダブロック、２…シリンダ、３…クランクケース、４…シリンダヘッド、５…ヘッドカバー、６…ピストン、７…燃焼室、８…クランク室、９…コンロッド、１０…クランク軸、１１…吸気ポート、１２…吸気弁、１３…タイミングチェーン、１４…吸気カム軸、１５…動弁室、１６…合わせ面、１７…被動ギヤ、１８…交流発電機、１９…カバー、２０…収容室、２１…駆動スプロケット、２２…カバー、２３…伝動室、２４…軸受メタル、２５…ピン、
３１…上部ジャーナル支持壁、３２…下部ジャーナル支持壁、３３…挿通孔、３４…ネジ孔、３５…雌ネジ部、３６…非ネジ部、３７…底面、３８…空洞、
４０…ジャーナルボルト、４１…頭部、４２…軸部、４３…円筒部、４４…雄ネジ部、４４ｂ…低剛性部、４５…孔、４６…雄ネジ部、
４０１，４０２…スタッドボルト、５１…クランクケース、５２…シリンダブロック、５３…シリンダヘッド、５４…ヘッドカバー、５５…クランク軸、５６…動弁室、５７…ホルダ、５８…主軸受、５９…主軸、６０〜６４…挿通孔、６５，６６…ナット、６７…合わせ面、
Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３…内燃機関、Ｖ１，…動弁装置、Ｐ…仮想平面、Ｌ１…回転中心線、Ｌ２，Ｌ３…中心軸線、Ｌ４…シリンダ軸線、Ａ１…方向、Ｂ…軸受部分、Ｒ…螺合部分、Ｒａ…螺合終端部、Ｆａ，Ｆｂ…荷重。
Claims (3)
- 第１被締結部材と第２被締結部材とを締結するボルトであって、前記第１被締結部材に形成されたネジ孔にねじ込まれて該ネジ孔の雌ネジ部と螺合した雄ネジ部を有するボルトにおいて、
前記ボルトには前記第１被締結部材に作用する外力に基づく軸方向荷重が作用し、前記雄ネジ部には、前記雌ネジ部における前記雄ネジ部との螺合部分のうちの螺合終端部と軸方向で重なる位置に、前記雄ネジ部の中心軸線と同心の断面が円形の中空部が形成された低剛性部が形成されていることを特徴とするボルト。 - クランク軸がクランクケースに設けられた第１軸受部と該第１軸受部にボルトにより締結された第２軸受部とにより回転可能に支持され、前記ボルトは前記第１軸受部に形成されたネジ孔にねじ込まれて該ネジ孔の雌ネジ部と螺合した雄ネジ部を有する内燃機関において、
前記第１軸受部の許容応力は前記ボルトの許容応力よりも小さく、前記ボルトには前記第１軸受部に作用する爆発荷重に基づく軸方向荷重が作用し、前記雄ネジ部には、前記雌ネジ部における前記雄ネジ部との螺合部分のうちの螺合終端部と軸方向で重なる位置に、前記雄ネジ部の中心軸線と同心の断面が円形の中空部が形成された低剛性部が形成されていることを特徴とする内燃機関。 - シリンダブロックとクランク軸を回転可能に支持するクランクケースとがボルトにより締結され、前記ボルトは前記クランクケースに形成されたネジ孔にねじ込まれて該ネジ孔の雌ネジ部と螺合した雄ネジ部を有する内燃機関において、
前記クランクケースの許容応力は前記ボルトの許容応力よりも小さく、前記ボルトには前記クランクケースに作用する爆発荷重に基づく軸方向荷重が作用し、前記雄ネジ部には、前記雌ネジ部における前記雄ネジ部との螺合部分のうちの螺合終端部と軸方向で重なる位置に、前記雄ネジ部の中心軸線と同心の断面が円形の中空部が形成された低剛性部が形成されていることを特徴とする内燃機関。
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