JP2012041900A - 吸気系部品の締結構造 - Google Patents

Abstract

【課題】金属製のスロットルボディを合成樹脂製吸気マニホルド１の取付フランジ４に簡単かつ確実に固定できるようにする。
【解決手段】合成樹脂製の取付フランジ４には、四隅にナット取付部７が形成され、ここに金属製のナット１１が挿入固定される。ナット１１は、正方形の板状をなす基部１２とねじ孔１４を有する筒状部１３とからなる。ナット取付部７は、基部１２が挿入されるように取付フランジ４の側方へ向かって一端が開口した基部挿入スロット２１と、筒状部１３が挿入される切欠部２２と、からなる。自由状態では、筒状部１３の先端面１３ａはフランジ面８から僅かに後退しており、ボルトを締め付けていくと、基部挿入スロット２１内側のリブが押し潰されていき、先端面１３ａが金属製スロットルボディのフランジ面に当接する。
【選択図】図３

Description

この発明は、内燃機関における合成樹脂製吸気系部品のフランジと金属製吸気系部品のフランジとをボルトを介して結合するようにした締結構造の改良に関する。

例えば近年の自動車用内燃機関にあっては、その軽量化を図るために、吸気マニホルド、吸気コレクタ、エアクリーナなどの吸気系部品として合成樹脂製の部品が多用される傾向にあり、従って、これらの合成樹脂製吸気系部品に金属製吸気系部品が連結されることがある。例えば、合成樹脂製吸気コレクタの吸気入口におけるフランジに、スロットルバルブを具備した金属製のスロットルボディが取り付けられることがあり、この場合、特許文献１，２に開示されているように、合成樹脂製フランジに金属製のナットを配し、金属製フランジを貫通するボルトによって締結するのが一般的である。

ここで、特許文献１は、合成樹脂製フランジの孔に金属製のスリーブを例えばヒートインサート法によって固定し、このスリーブの裏側に別のナットを配置して、スリーブを貫通したボルト先端に螺合させる構成となっている。

また特許文献２は、上記のスリーブの省略を図るために、金属製のナットとして、円筒状のねじ部と鍔部とを備えた構成のナットを用い、合成樹脂製フランジの四隅に放射状に設けたＵ字形の切欠嵌合溝に上記円筒状のねじ部を嵌合保持させる構成となっている。

特開２００６−１６１６５０号公報 特開平７−１５８５２４号公報

しかしながら、上記特許文献１のように金属製のスリーブとナットとを個別に設けた構成では、部品点数が多くなるのは勿論のこと、金属製スリーブを例えばヒートインサート法などによりフランジの孔に挿入するために作業工程が多く、作業効率が悪い。

また上記特許文献２の構成では、ボルトの締付作業を行う際に、ナットを何らかの工具によって回転方向に固定保持しておく必要があり、やはり作業効率が悪い。なお、特許文献２の一つの実施例では、ナットのフランジに隣接する回り止め防止壁が設けられているが、この回り止め防止壁は矩形の鍔部の一辺に隣接しているに過ぎず、ボルトを十分に締め付けようとする際に、ナットの回転を確実に阻止することはできない。

この発明は、吸気通路が開口するフランジを備えた合成樹脂製吸気系部品と、対応する吸気通路が開口するフランジを備えた金属製吸気系部品と、を、上記合成樹脂製フランジに配した金属製ナットと上記金属製フランジを貫通するボルトとによって互いに締結する締結構造において、
上記ナットは、矩形の板状をなす基部と、この基部から筒状に突出し、かつねじ孔を有する筒状部と、が一体に形成されてなり、
上記合成樹脂製フランジには、上記金属製フランジとの接合面に沿った前端壁と、フランジ背面に沿った後端壁と、これら前端壁と後端壁との間において上記基部の幅に対応した間隔でもって延びた一対の回転規制壁と、によって、該合成樹脂製フランジの側方へ向かって一端が矩形に開口した基部挿入スロットが形成されているとともに、
上記前端壁に、上記基部挿入スロットへの基部の挿入方向に沿って上記筒状部を挿入可能な切欠部が設けられており、
上記基部挿入スロットおよび上記切欠部からなるナット取付部に挿入配置された上記ナットに対し、上記筒状部先端面が上記金属製フランジに当接するまで上記ボルトを締め付けるようにしたことを特徴としている。

すなわち、上記ナットは、合成樹脂製フランジの側方から基部を上記基部挿入スロットに挿入し、かつ筒状部を上記切欠部に沿って挿入することによって、合成樹脂製フランジに取り付けられる。ボルト締め付け前の状態では、筒状部の先端面は合成樹脂製フランジの接合面から所定の締め代分だけ後退している。このナットに対し金属製フランジを貫通したボルトを締め付けていくと、上記前端壁が上記基部と金属製フランジとの間で狭圧され、最終的に、筒状部先端面が金属製フランジにいわゆるメタルタッチとして接する。この締め付け作業の間、上記ナットは、上記基部が両側から一対の回転規制壁によって拘束されるため、回転することができない。そして、締付トルクを受けるこれらの回転規制壁は、フランジ背面に沿った後端壁によって互いに連結されているため、拡開変形することがない。

好ましい一つの態様では、上記基部挿入スロットにおける上記前端壁の内側面に、上記基部と接するリブが突出形成されており、上記筒状部先端面が上記金属製フランジに当接するまで上記ボルトを締め付けることで上記リブが押し潰されていくようになっている。

このような構成では、上記のリブが上記の締め代として機能し、各部の多少の寸法誤差を容易に吸収して、確実な締結が可能となる。例えば、仮にナットの基部の前面の平面がねじ孔中心軸線に対し多少傾いていたとしても、これに沿ってリブが押し潰されていくため、円滑な締付作業ならびに確実な固定が可能である。

また好ましい一つの態様では、上記基部は、背面中央部に肉抜き部を有し、上記ねじ孔を貫通したボルト先端がこの肉抜き部内に位置する。従って、ボルト先端は基部挿入スロットの後端壁に接触することがなく、かつねじ孔全体を貫通してこれに螺合した状態とすることができる。

この発明によれば、ナットの矩形の基部が後端壁を具備した基部挿入スロットに確実に保持され、その回転が阻止されるので、ボルトの締付作業が容易であり、かつ大きな締付トルクを与えた場合でも基部挿入スロットの拡開変形が生じることがない。そして、筒状部先端面がいわゆるメタルタッチとして金属製フランジに当接するので、合成樹脂製フランジの経時的な塑性変形による緩みを生じるおそれがない。

この発明が適用される合成樹脂製吸気マニホルドの平面図。 この吸気マニホルドのスロットルボディ取付フランジの正面図。 ナット取付部にナットを取り付けた状態の斜視図。 ナット取付部を図２の矢印Ａ方向から見た側面図。 図４のＢ−Ｂ線に沿った断面図。 ナットの半断面図。 ナットの底面図。 ボルトによってスロットルボディを取り付けた状態を示す要部の断面図。

以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、この発明が適用される合成樹脂製吸気系部品の一例として合成樹脂製吸気マニホルド１を示しており、この合成樹脂製吸気マニホルド１は、細長い箱状をなすコレクタ部２とこのコレクタ部２から延びる複数本のブランチ部３とを有し、コレクタ部２の一端に、金属製のスロットルボディ３１（図８参照）を取り付けるためのスロットルボディ取付フランジ４が一体に設けられている。この吸気マニホルド１は、例えばナイロン系の繊維強化合成樹脂のような強度ならびに剛性の高い樹脂材料にて例えば２部品程度に適宜に分割して射出成形され、かつ摩擦溶着等によって一体化されているが、上記取付フランジ４は、分割されることなくその全体が一体に成形されている。

図２は、上記取付フランジ４の詳細を示しており、図示するように、この取付フランジ４は、全体として略正方形をなすとともに、中央に吸気入口５を有し、その周囲を囲むように略円形にパッキン取付溝６が設けられている。そして、この取付フランジ４の四隅に、ナット取付部７がそれぞれ設けられており、これらのナット取付部７の部分と上記吸気入口５周囲とに連続して、上記スロットルボディ３１との接合面となるフランジ面８が形成されている。換言すれば、フランジ面８は完全な正方形には連続しておらず、隣接するナット取付部７の間の部分でいわゆる肉抜きされた形となっている。

上記ナット取付部７は、それぞれ取付フランジ４の側方へ向かって開口し、図３に示すようにそれぞれに金属製のナット１１が側方から挿入される。

上記ナット１１は、図６および図７に示すように、正方形の板状をなす基部１２と、この基部１２の中心から突出した円筒状の筒状部１３と、を有し、筒状部１３の中心に沿ってねじ孔１４が貫通形成されている。上記基部１２の背面には、該基部１２の外形に沿った正方形の肉抜き部１５が設けられており、上記ねじ孔１４は、この肉抜き部１５に開口している。このナット１１は、例えば鍛造によって基部１２と筒状部１３とが一体に形成されており、その成形の都合上、基部１２の四隅のコーナに若干のＲ面が残存している。なお、筒状部１３の先端面１３ａは、上記ねじ孔１４の中心軸に直交する比較的精度の高い平面に形成されている。

図４および図５は、上記のようなナット１１に対応した上記ナット取付部７の詳細を示している。このナット取付部７は、上記基部１２が挿入される基部挿入スロット２１と、上記筒状部１３が挿入される略Ｕ字形の切欠部２２と、から構成されている。上記基部挿入スロット２１は、図４に示すように、上記フランジ面８に沿った前端壁２３と、この前端壁２３と平行でかつ取付フランジ４の背面に沿った後端壁２４と、上記前端壁２３と上記後端壁２４との間において両者を連結した一対の平行な回転規制壁２５，２５と、によって、全体が直方体形状の空間をなすように形成され、かつその一端が取付フランジ４の側方へ向かって矩形に開口している。上記回転規制壁２５，２５は、上記基部１２の幅Ｌ１（図７参照）よりも極僅かだけ大きい間隔Ｌ２でもって平行に延びている。また、上記基部挿入スロット２１の底面は、回転規制壁２５，２５に直交する底壁２６によって封止されているが、この底壁２６は、ナット１１が所定位置まで挿入されたときに、基部１２の一辺にほぼ接した状態となり、従って、回転規制壁２５と同様にナット１１の回転の阻止に寄与する。

上記切欠部２２は、上記筒状部１３の側方からの挿入が可能なように上記前端壁２３に切欠形成されたものであって、上記筒状部１３の直径よりも極僅かだけ大きい開口幅Ｌ３を有する矩形部２２ａと、上記筒状部１３の直径と実質的に等しい直径の円弧部２２ｂと、が連続した形状をなしている。上記円弧部２２ｂは、半円よりも大きい角度範囲を有し、これにより、この円弧部２２ｂと上記矩形部２２ａとの境界に、互いに対向する一対の突起部２７，２７が形成されている。これらの一対の突起部２７，２７の間の開口幅Ｌ４は、筒状部１３の直径よりも僅かに小さい。各々の突起部２７と矩形部２２ａの側面との間の段差は、Ｒ面ないし傾斜面でもって滑らかに接続された構成となっている。

また、上記前端壁２３の内側面には、上記矩形部２２ａ側縁に沿うようにして一対の平行なリブ２８，２８が形成されている。これらのリブ２８，２８は、図４に示すように矩形断面を有し、かつ図５に示すように、各々直線状に延びて底壁２６に達している。

上記のような構成のナット取付部７に対し、上記のナット１１は、取付フランジ４の側方から基部１２を基部挿入スロット２１に差し入れ、かつ筒状部１３とともにフランジ面８と平行にスライドさせていくように圧入することで、ナット取付部７に挿入される。すなわち、基部１２は、基部挿入スロット２１に沿って自由に摺動可能であり、筒状部１３が一対の突起部２７を押し広げつつ該突起部２７を乗り越えることで、円弧部２２ｂに密に嵌合し、堅固に固定保持された状態となる。圧入されたナット１１は、多少の振動や衝撃では移動あるいは脱落することがないので、予めナット１１を組み付けた状態として吸気マニホルド１を搬送ないし取り扱うことが可能である。なお、図２に示すように、４個のナット取付部７の中で、一対のナット取付部７の基部挿入スロット２１は例えば図２の右方へ向かって開口し、他の一対のナット取付部７の基部挿入スロット２１は例えば図２の左方へ向かって開口しており、従って、取付フランジ４の四角形の一辺と平行な方向に沿って、ナット１１の圧入が行われる。

上記のように取り付けられたナット１１に対して、金属製のスロットルボディ３１が図８に示すように、ボルト３２によって締結される。なお、上記スロットルボディ３１は、詳細には図示していないが、上記吸気入口５に対応した吸気通路を有し、該吸気通路にスロットルバルブが配置されているものであって、フランジ面３３ａを有するフランジ３３の四隅にそれぞれ貫通孔３４が設けられ、これら貫通孔３４を通して上記ボルト３２が配置されている。そして、これらのボルト３２をナット１１に対し締め付けることによって、スロットルボディ３１が取付フランジ４に固定される。

ここで、図８は、詳しくは、ボルト３２がまだ十分に締め付けられていない状態に対応しており、リブ２８，２８が押し潰されていない状態を示しているが、このようにリブ２８，２８に基部１２の前面が接しているときに、初期状態では、ナット１１の筒状部１３の先端面１３ａが、図示するようにフランジ面８から僅かに後退している。そして、このような状態からボルト３２をさらに締め付けていくと、リブ２８，２８が徐々に押し潰されていき、筒状部１３の先端面１３ａがスロットルボディ３１のフランジ面３３ａに当接する。このナット１１の先端面１３ａとスロットルボディ３１のフランジ面３３ａとは金属部材同士のいわゆるメタルタッチとして当接するので、これによって両者の位置関係が定まり、それ以上の締付は困難となる。このように締め付けた状態において、ボルト３２の先端はナット１１の筒状部１３を貫通して肉抜き部１５内に位置し、ボルト３２の螺条がナット１１のねじ孔１４の全長に亘って螺合している。また、設計上はリブ２８，２８のみが部分的に押し潰された段階でナット１１の先端面１３ａがフランジ面３３ａに当接する。なお、吸気入口５周囲のパッキン取付溝６には、ゴム等の弾性材料からなるパッキン３５が収容され、フランジ面３３ａとの間をシールしている。

上記のような構成においては、ボルト３２を締め付ける際に、ナット１１は、その基部１２が基部挿入スロット２１内において拘束されているため、他の治具でもって保持する必要はなく、ボルト３２のみを締付操作すればよい。このとき、基部挿入スロット２１の一対の回転規制壁２５，２５が底壁２６とともに締付トルクの反力を受けるが、これら一対の回転規制壁２５，２５は、基部挿入スロット２１を構成する後端壁２４によって互いに連結されているので、上記反力によって互いに拡開変形することがない。また、筒状部１３およびこれと嵌合する切欠部２２の円弧部２２ｂは、互いに円形に沿っているので、周方向の反力を受けることがなく、切欠部２２の変形や損傷のおそれがない。

また、ボルト３２の締付に伴って、前端壁２３に部分的に突出したリブ２８，２８が優先的に押し潰されていくので、このリブ２８，２８が締め代として機能し、各部の多少の寸法誤差を容易に吸収して、確実な締結が可能となる。例えば、仮にナット１１の基部１２の前面の平面がねじ孔１４中心軸線に対し多少傾いていたとしても、この傾いた面に対応してリブ２８，２８が押し潰されていくため、ボルト３２の円滑な締付作業が可能であり、かつ常に確実な固定を行うことができる。また上記のように金属部材同士のメタルタッチにより締め代が管理されるので、経時的な緩みを生じることがない。

なお、上記実施例では、基部挿入スロット２１を成形するコアの型抜きを考慮してリブ２８，２８が平行な直線状に形成されており、リブ２８，２８を付加したことによる成形の複雑化が回避される。成形・加工が可能であれば、上記リブ２８，２８に代えて、エンボス等の局部的な突起を設けるようにしてもよい。

以上、この発明の一実施例を説明したが、この発明は上記のような吸気マニホルド１に限定されず、例えば合成樹脂製エアクリーナや合成樹脂製吸気管、吸気コレクタ、等の合成樹脂製吸気系部品と金属製吸気系部品との接合箇所に広く適用することが可能である。

１…吸気マニホルド
４…スロットルボディ取付フランジ
７…ナット取付部
１１…ナット
１２…基部
１３…筒状部
１４…ねじ孔
１５…肉抜き部
２１…基部挿入スロット
２２…切欠部
２３…前端壁
２４…後端壁
２５…回転規制壁
２８…リブ
３１…スロットルボディ
３２…ボルト

Claims (3)

1. 吸気通路が開口するフランジを備えた合成樹脂製吸気系部品と、対応する吸気通路が開口するフランジを備えた金属製吸気系部品と、を、上記合成樹脂製フランジに配した金属製ナットと上記金属製フランジを貫通するボルトとによって互いに締結する締結構造において、
   上記ナットは、矩形の板状をなす基部と、この基部から筒状に突出し、かつねじ孔を有する筒状部と、が一体に形成されてなり、
   上記合成樹脂製フランジには、上記金属製フランジとの接合面に沿った前端壁と、フランジ背面に沿った後端壁と、これら前端壁と後端壁との間において上記基部の幅に対応した間隔でもって延びた一対の回転規制壁と、によって、該合成樹脂製フランジの側方へ向かって一端が矩形に開口した基部挿入スロットが形成されているとともに、
   上記前端壁に、上記基部挿入スロットへの基部の挿入方向に沿って上記筒状部を挿入可能な切欠部が設けられており、
   上記基部挿入スロットおよび上記切欠部からなるナット取付部に挿入配置した上記ナットに対し、上記筒状部先端面が上記金属製フランジに当接するまで上記ボルトを締め付けるようにしたことを特徴とする合成樹脂製吸気系部品の締結構造。
2. 上記基部挿入スロットにおける上記前端壁の内側面に、上記基部と接するリブが突出形成されており、上記筒状部先端面が上記金属製フランジに当接するまで上記ボルトを締め付けることで上記リブが押し潰されていくことを特徴とする請求項１に記載の合成樹脂製吸気系部品の締結構造。
3. 上記基部は、背面中央部に肉抜き部を有し、上記ねじ孔を貫通したボルト先端がこの肉抜き部内に位置することを特徴とする請求項１または２に記載の合成樹脂製吸気系部品の締結構造。

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