JP2007192255A - 締結構造 - Google Patents

Abstract

【課題】相対的に耐熱性に差がある部材間を信頼性高く締結できる締結構造の提供。
【解決手段】シリンダヘッドカバー１とシリンダヘッド２とそれらの間に介装されるガスケット３とボルト４とを有し、シリンダヘッド２にはシリンダヘッドカバー１に当接する凸部である距離規制部２３を備える。距離規制部２３は介装するガスケット３の過剰圧縮を防止するための部材である。シリンダヘッドカバー１及びシリンダヘッド２の間の当接する部分で、万が一、熱による変形が生じた場合、シリンダヘッドカバー１における距離規制部２３が当接する部分（当接部１３）が変形することになる。従って、距離規制部２３の凸部はあまり変形せずに当接部１３の変形が進むので、締結力が低下しても、変形後の当接部１３の形状が距離規制部の凸部に噛み合うような形状になるので、ずれの発生を抑制できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、高温などの過酷な条件などで使用しても長時間、安定して使用できる締結構造に関する。

従来技術として、エンジンのシリンダヘッドカバー（ロッカーカバー）をシリンダヘッドにガスケットを介してボルトにて固定する構造が開示されている（特許文献１〜４など）。特許文献１では、ガスケットの過剰圧縮を防止する小突起が開示されている（特許文献１）。このロッカーカバーはナイロンなどの合成樹脂又はアルミニウムで構成され、特に小突起をロッカーカバーに形成することが開示されている。
実開昭６３−５４８４７号公報 特開平１０−１８４４４７号公報 特開２０００−２８３２９４号公報 特開平４−２５５５５５号公報

ところで、特許文献４にもあるように、マグネシウム合金製のシリンダヘッドカバーを採用することがある。マグネシウム合金を採用することで軽量化を達成できる。マグネシウム合金は高温クリープ性が低いので、他の実用金属と比較して耐熱性が課題になることが多い。

例えば、シリンダヘッドカバーはシリンダヘッド上にガスケットを介して締結されている。ここで、シリンダヘッドカバーが熱により変形すると、締結しているボルト軸力が低下して横方向にずれやすくなって、オイルシール性の低下、部材間のずれによる異音の発生、或いはパワープラント全体としての剛性の低下などの発生が危惧される。近年、自動車用部品に求められる性能は非常に高く、僅かな性能低下の可能性でも極力抑えることが望まれている。

本発明は上記実情に鑑み為されたものであり、２つの部材間で相対的に耐熱性に差がある部材間を信頼性高く締結できる締結構造を提供することを解決すべき課題とする。

上記課題を解決する目的で本発明者は鋭意検討を行った結果、以下の発明を完成した。すなわち、本発明の締結構造は、第１部材と、該第１部材を構成する材料よりも使用環境下においてクリープ変形量が小さい材料から構成される第２部材と、該第１部材及び該第２部材の間に介装されるガスケットと、該第１部材及び該第２部材を締結する締結部材と、を有する締結構造であって、
前記第２部材は、前記第１部材に当接する凸部及び／又は凹部であって、前記ガスケットが当接する部分の該第１部材及び該第２部材の間の距離を規制して該ガスケットの過度の圧縮を防止する距離規制部を備え、
前記第１部材は、前記距離規制部が当接する凹部、平面部及び／又は凸部からなる当接部を備えることを特徴とする。

第１部材と第２部材とをそれらの間にガスケットを介して締結する場合に、ガスケットの過剰圧縮を防止するために、第１部材及び第２部材の間の距離を規制する距離規制部を設けている。その距離規制部としては、凸部及び／又は凹部として第２部材側に設けることで、熱による変形が生じたとしても第１部材において距離規制部が当接する当接部が変形することになる。従って、距離規制部の凸部及び凹部はあまり変形せず、仮に当接部の変形が進んで、締結部材による締結力が、万が一、０になったとしても、変形後の当接部の形状が距離規制部の凸部又は凹部に噛み合うような形状になるので部材間のずれによる異音発生、剛性低下、シール性の低下などの発生を抑制できる。

特に、前記第１部材はマグネシウム又はマグネシウム合金（以下、「マグネシウム合金など」と称する）から構成されている場合に本発明の締結構造の効果が充分に発揮される。更に、前記第１部材はシリンダヘッドカバー、前記第２部材はシリンダヘッドであって、前記第２部材はアルミニウム合金製である場合に効果的である。また、前記距離規制部は前記凸部であり、前記当接部は前記平面部であると、単純な形状で効果を発揮することができる。

以上、本発明の締結構造は上記構成を有するので、相対的に変形しやすい第１部材が変形したとしても、両者の間のずれ方向の噛み合わせは維持できるので第１部材及び第２部材の間のずれが生じ難い。当然、両者の間のシール性を確保するガスケットの過剰圧縮を防止することもできる。

本発明の締結構造について、実施形態に基づき以下詳細に説明する。本実施形態の締結構造を適用する好適な用途としては自動車のエンジンにおけるシリンダヘッドとシリンダヘッドカバーとを締結する締結構造が例示できる。自動車は軽量化が望まれており、シリンダヘッドとシリンダヘッドカバーとの間でも素材を変更することがあり、そのような場合に本実施形態の締結構造の作用効果が充分に発揮できる。

なお、本明細書における「シリンダヘッド」にはシリンダヘッドそのものの他、シリンダヘッドの上部に接合された「カムカバー」をも含む概念である。特に、カムカバーのシリンダヘッドカバーに締結される面に距離規制部を形成することは精度的に問題になり難いので、第２部材としてカムカバーを採用し、第１部材としてのシリンダヘッドカバーとの間を締結する締結構造に対して本発明の締結構造を適用することも望ましい態様である。

構成：本実施形態の締結構造は、第１部材と第２部材とガスケットと締結部材とを有する。第１部材及び第２部材は締結部材により締結される部材である。ガスケットは第１部材及び第２部材の間に介装されている。

第１部材としては特にクリープ変形が問題になりうる材料が採用される。例えば、マグネシウム、マグネシウム合金などから構成できる。第２部材は第１部材よりも使用環境下においてクリープ変形量が小さい材料から構成される部材である。例えば、第２部材はアルミニウム、アルミニウム合金、鉄系材料などから構成できる。

第１部材及び第２部材が使用される環境としては、一般的に材料のクリープ変形量が大きくなる高温下である場合に本締結構造を採用する効果が高い。例えば、第１部材としてはシリンダヘッドカバー、第２部材としてはシリンダヘッドである組み合わせが挙げられる。シリンダヘッドなどが使用されるエンジンルームはエンジンの影響で高温になる。

第１部材及び第２部材はガスケットを介して締結される。ここで、介装されるガスケットを過剰に圧縮しないようにする目的で、第１部材には当接部が、第２部材には距離規制部がそれぞれ設けられる。距離規制部と当接部とが組み合わされることで第１部材と第２部材との間に形成される隙間の幅が規制される。

第２部材に形成される距離規制部は凸部及び／又は凹部である。凸部と凹部とを組み合わせることもできる。第１部材に形成される当接部は距離規制部が当接する部材である。当接部は凹部、平面部及び／又は凸部である。これら凹部、平面部そして凸部の形状は特に限定しない。ここで距離規制部の凸部や凹部に噛み合うような形状の凹凸形状を当接部にも形成すると、第１部材及び第２部材の間でのずれ方向の動きが規制されるので望ましい。当然、当接部の形状は平面状の平面部であっても充分に機能が発揮される。平面部とすると、凸部や凹部とするための加工などを行う工数を減らすことができる。距離規制部及び当接部は互いに当接することで、第１部材及び第２部材の間を所定の距離に規制する。

ガスケットは第１部材及び第２部材の間に介装されて両者の間のシール性を向上したり、振動の伝達を抑制する部材である。ガスケットを構成する材料は特に限定しないが、エラストマーなど弾性体から形成されていることが望ましい。

締結部材は特に限定されず、ボルトなど一般的な部材が採用できる。

作用効果：以上の構成を有することから本実施形態の締結構造は以下の作用効果を発揮する。

(i)第１部材と第２部材とを締結した直後は、実験などにより規定した適正の締結力（例えば、締結部材がボルトの場合、締め付けトルクが規定される）にて締結されており、所望の性能が発揮されている。第１部材及び第２部材の間は、距離規制部及び当接部により規定される所定の距離を開けて締結され、間に介装されるガスケットの過剰圧縮が防止される。また、距離規制部と当接部との形状を噛み合うような形状にすることで、第１部材及び第２部材の間のずれを防止できる。

(ii)締結後、しばらく使用すると、使用条件などにより、距離規制部及び当接部に作用する応力により当接部が塑性変形する場合がある。当接部（第１部材）の方が距離規制部（第２部材）よりもクリープ変形量が大きいので、変形が生じるならばその変形は当接部に集中する。当接部が変形した場合、その変形は距離規制部が当接部に当接する部分の形状に倣って進行するので、距離規制部の形状として凸部や凹部を採用している本実施形態の締結構造においては、変形後の当接部の形状も距離規制部の凸部や凹部に噛み合うような形状に変形する。従って、本実施形態の締結構造は、万が一、当接部のクリープ変形により締結部材が緩んで締結部材による締結力が０になることが有ったとしても、当接部が距離規制部と噛み合うように変形するので第１部材及び第２部材の間でのずれの発生が抑制できる。

(iii)また、締結部材による締結力を適正値以上にした場合も距離規制部及び当接部に作用する応力により当接部が塑性変形する場合がある。その場合にも、当接部の方が距離規制部よりも変形量が大きくなり、変形が生じるならばその変形は当接部に集中する。従って、(ii)と同様の理由によって、万が一、当接部のクリープ変形により締結部材が緩んで締結部材による締結力が０になることが有ったとしても、当接部が距離規制部と噛み合うように変形するので第１部材及び第２部材の間でのずれの発生が抑制できる。

以上説明したように、本実施形態の締結構造は第１部材及び第２部材の間の締結力により、両者が接する部分に変形が生じることがあっても、締結力の低下によるずれの発生などを効果的に抑制できる。

以下、実施例に基づき更に詳細に説明する。

構成：本実施例の締結構造は自動車用のアルミニウム合金製のシリンダヘッドとマグネシウム合金製のシリンダヘッドカバーとを締結する締結構造である。マグネシウム合金の方がアルミニウム合金よりも自動車のエンジンルーム内の環境下におけるクリープ変形量は大きいので、シリンダヘッドカバーが第１部材に相当し、シリンダヘッドが第２部材に相当することになる。

本実施例の締結構造は、図１及び２に示すように、第１部材としてのシリンダヘッドカバー１と第２部材としてのシリンダヘッド２と両者の間に介装されるガスケット３と締結部材としてのボルト４とを有する。

シリンダヘッドカバー１は、本体部１１と、本体部１１にそれぞれ設けられた、ボルト通し孔１２、平面状の当接部１３、ガスケット用溝１４とをもつ。シリンダヘッド２は、本体部２１と、本体部２１にそれぞれ設けられた、ボルト固定孔２２、凸部である距離規制部２３とをもつ。

図２に示すように、シリンダヘッドカバー１とシリンダヘッド２との間のガスケット用溝１４内にガスケット３を嵌め込んだ状態でボルト４にて締結する。ここで、距離規制部２３がシリンダヘッド２の本体部２１からシリンダヘッドカバー１に向けて突出しているので、ガスケット３が介装される部分において、シリンダヘッドカバー１及びシリンダヘッド２の間に隙間が生じてガスケット３の過剰圧縮が防止できる。

従来の締結構造は、図３及び４に示すように、シリンダヘッドカバー９とシリンダヘッド８と両者の間に介装されるガスケット３と締結部材としてのボルト４とを有する。ガスケット３及びぼると４は実施例の締結構造で採用されたものと同じものが採用できる。

シリンダヘッドカバー９は、本体部９１と、本体部９１にそれぞれ設けられた、ボルト通し孔９２、本実施例における距離規制部に相当する凸部９３、ガスケット用溝９４とをもつ。シリンダヘッド８は、本体部８１と、本体部８１にそれぞれ設けられた、ボルト固定孔８２とをもつ。

図４に示すように、シリンダヘッドカバー９とシリンダヘッド８との間のガスケット用溝９４内にガスケット３を嵌め込んだ状態でボルト４にて締結する。ここで、凸部９３がシリンダヘッドカバー９の本体部９１からシリンダヘッド８に向けて突出しているので、ガスケット３が介装される部分において、シリンダヘッドカバー９及びシリンダヘッド８の間に隙間が生じてガスケット３の過剰圧縮が防止できる。

作用効果：以上説明したように、ガスケット３の過剰圧縮が防止できる点では実施例の締結構造と従来の締結構造とは同様の作用効果を発揮する。

しかしながら、締結後、しばらく使用した後における作用効果が異なっている。すなわち、締結後、しばらく使用すると使用条件などにより、シリンダヘッド２、８とシリンダヘッドカバー１、９とが当接する部分で変形が生じることがある。

本実施例の締結構造では距離規制部２３及び当接部１３が当接しているので両者の間で、よりクリープ変形量が大きい当接部１３が変形することになる。変形後の当接部１３は、図２（ｂ）に示すように、距離規制部２３の凸形状に合わせて変形し距離規制部２３に噛み合うような形状になる。従って、当接部１３の変形によってボルト４により締結力が低下しても、距離規制部２３及び変形した当接部１３との噛み合わせによって、ずれの発生が抑制でき、シール性の確保、ずれ発生による異音発生などが抑制できる。

従来の締結構造では凸部９３及びシリンダヘッド８が当接しているので両者の間で、よりクリープ変形量が大きい凸部９３が変形することになる。変形後の凸部９３は、図４（ｂ）に示すように、シリンダヘッド８の平面形状に合わせて変形し平面状になる。従って、凸部９３の変形によってボルト４の軸力が低下して締結力が低下すると、凸部９３及びシリンダヘッド８の間に加わる当接力が小さくなる。ここで、凸部９３及び凸部９３が当接するシリンダヘッド８は平面状なので、ずれ方向に抗することはできず、ずれの程度によってはシール性が低下したり、ずれ発生による異音発生などが危惧される。

なお、従来の締結構造において、シリンダヘッド８側に距離規制部に相当する部材を形成していない理由は以下の通りである。すなわち、エンジン内に設けられる種々の部品の位置決めの正確さを向上するためには何らかの基準が必要であるが、その基準として従来、シリンダヘッドの上面（すなわち、シリンダヘッドカバーが締結される面）が採用されており、そのような基準となる面に対して凸部や凹部を加工・形成することは困難だったことが一因である。

本実施例の締結構造を示す概略図である。 本実施例の締結構造を示す概略断面図である。 従来の締結構造を示す概略図である。 従来の締結構造を示す概略断面図である。

符号の説明

１、９…シリンダヘッドカバー
１１、９１…本体部 １２、９２…ボルト通し孔 １３…当接部 １４、９４…ガスケット用溝 ９３…凸部
２、８…シリンダヘッド
２１、８１…本体部 ２２、８２…ボルト固定孔 ２３…距離規制部
３…ガスケット
４…ボルト

Claims (4)

1. 第１部材と、該第１部材を構成する材料よりも使用環境下においてクリープ変形量が小さい材料から構成される第２部材と、該第１部材及び該第２部材の間に介装されるガスケットと、該第１部材及び該第２部材を締結する締結部材と、を有する締結構造であって、
   前記第２部材は、前記第１部材に当接する凸部及び／又は凹部であって、前記ガスケットが当接する部分の該第１部材及び該第２部材の間の距離を規制して該ガスケットの過度の圧縮を防止する距離規制部を備え、
   前記第１部材は、前記距離規制部が当接する凹部、平面部及び／又は凸部からなる当接部を備えることを特徴とする締結構造。
2. 前記第１部材はマグネシウム又はマグネシウム合金から構成される請求項１に記載の締結構造。
3. 前記第１部材はシリンダヘッドカバー、前記第２部材はシリンダヘッドであって、
   前記第２部材はアルミニウム合金製である請求項１又は２に記載の締結構造。
4. 前記距離規制部は前記凸部であり、
   前記当接部は前記平面部である請求項１〜３のいずれかに記載の締結構造。
   

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