JP4281540B2

JP4281540B2 - 振動抑制締結構造

Info

Publication number: JP4281540B2
Application number: JP2003416691A
Authority: JP
Inventors: 理江佐々木; 徳貴鈴木; 拓巳高橋; 健阿部; 通成小澤; 淳氏山本
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2003-12-15
Filing date: 2003-12-15
Publication date: 2009-06-17
Anticipated expiration: 2023-12-15
Also published as: JP2005172197A

Description

本発明は、上下に分割されたシリンダヘッドカバーのような二つの物体を被締結部材に固定する締結構造に係り、特に振動・騒音対策として有効な浮かし構造で固定する振動抑制締結構造に関するものである。

従来、図２に示すように、エンジンのシリンダヘッド１４に取り付けられるヘッドカバー１７は、ロアーケース１８とアッパーケース２２とからなり、各々に設けられるボス部１６、２０、２５にボルトが挿入され、締付・固定される。エンジンの燃焼に伴いシリンダヘッド１４が振動し、この振動がロアーケース１８とアッパーケース２２に伝達することで、騒音が発生する。

この騒音の原因となる振動を抑制するために用いられる従来の振動抑制締結構造を図５により説明する。

図５に示すように、ロアーケース１８は、ガスケット３６を介しシリンダヘッド１４に載置され、通しボルト３８とこの通しボルト３８に嵌合されるラバー焼付カラー３０により締付・固定される。アッパーケース２２は、ロアーケース１８との間にゴムパッキン４０を介し載置され、ロアーケース１８と同じく通しボルト３８とラバー焼付カラー３０により締付・固定される。さらに、アッパーケース２２と通しボルト３８との間にラバー焼付カラー３０のラバー部４１を介すことで、アッパーケース２２が、振動を遮断するための浮かし構造で固定されるようにしている（特許文献１参照）。

特開平１０−１１０６２７号公報

しかしながら、ラバー焼付カラー３０のラバー部４１を締め切らないように通しボルト３８で締付けられるため、後述するようにロアーケース１８の締付力が弱く支持剛性が不足し、シリンダヘッド１４から伝わる振動によりロアーケース１８が、大きく振動し、騒音を発生させる。例えば、この際のロアーケース１８の横曲げ振動モードを例にとると、共振点より低い周波数では弓状に反り曲がるように変形し、共振点付近では太鼓状に拡がるように変形するような振動モードとなる。また、共振点に関係なくピーク付近の振動モードも大きく影響する。

このため、ロアーケース１８はラバー焼付カラー３０の最下端部のみが当接するだけで締付けられるため、ロアーケース１８の締結断面積が小さく支持剛性が不足し、ロアーケース１８が、大きく振動し、騒音を発生させる。

一方、ロアーケース１８の支持剛性をできるだけ高めるようにラバー焼付カラー３０のラバー部４１を押しつぶす構成として通しボルト３８を強く締め付けると、アッパーケース２２を支持している浮かし構造の本来の効果が得られず、アッパーケース２２は大きく振動し、騒音を発生させる。

要するに、ロアーケース１８の支持剛性を高め得る通しボルト３８の締付力と、アッパーケース２２を支持する浮かし構造の効果を発揮し得る通しボルト３８の締付力とが異なるため、通しボルト３８の一つの締付力では振動を効果的に抑制し締結することが困難である。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、シリンダヘッドなどの被締結部材に、ロアーケースとアッパーケースなどの二つの締結部材を振動を抑制するように締結する構造を提供することにある。

上記目的を達成するための請求項１に係る発明は、被締結部材であり、かつ振動する基体にねじ穴を形成し、その基体上に載置される第１締結部材と第２締結部材に、ボルトを挿通させるための貫通孔を各々形成し、それら貫通孔を通し上記ボルトを上記ねじ穴に螺合して、上記第１締結部材および第２締結部材を上記基体に締付・固定する締結構造において、上記ボルトは、長手方向の中間部に段部が形成されると共に上端部に締付工具を係合させるためのスタット部が形成された段付きボルトであり、上記第１締結部材の上記貫通孔の上部に、上記段付きボルトの上記段部を回転可能かつ密に収容するための凹部を形成し、上記基体上に上記第１締結部材を載置して、その第１締結部材を上記段付きボルトで、その段部の下面と側面とが上記凹部の下面と側面とに当接するように上記基体上に締結・固定し、その第１締結部材上に、上記段付きボルトのボルト軸が上記第２締結部材の上記貫通孔を挿通するように上記第２締結部材を載置し、上記貫通孔と上記段付きボルトとの間にラバー焼付カラーを挿入し、そのラバー焼付カラーを介してナットを上記ボルト軸に螺合して上記第２締結部材を締付・固定するものである。

上記目的を達成するための請求項２に係る発明は、上記ラバー焼付カラーは、上記第２締結部材の上記貫通孔に挿入された胴部および上記ナットに当接する座部からなるカラー部と、そのカラー部に焼き付けられたラバー部とからなり、そのラバー部は、上記座部の下面を覆うと共に上記第２締結部材の上面に当接し、そのラバー部の変形・つぶれ代を調整すべく上記胴部の最下端部が上記段部の上面に当接するものである。

上記目的を達成するための請求項３に係る発明は、上記基体は、シリンダヘッドであり、上記締結部材は、上記第１締結部材としてのロアーケースと、上記第２締結部材としてのアッパーケースからなるヘッドカバーであるものである。

本発明によれば、以下のような優れた効果を発揮するものである。

（１）段付きボルトにより第１締結部材を最適な締付力で固定し、段付きボルトに螺合されるナットにより第２締結部材を最適な締付力で固定することで、第１締結部材と第２締結部材とに発生する振動を各々効果的に抑制することができる。

（２）段付きボルトの段部により第１締結部材を締付けることで、第１締結部材の締結断面積が広くなり、これにより第１締結部材の支持剛性が高くなり振動拡大を抑制することができる。

以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

本実施の形態は、本発明の振動抑制締結構造をシリンダヘッド１４とこれに取り付けられるヘッドカバー１７とを締結する構造に適用するもので、先ず、図１、２に基づき本実施の形態の構成を説明する。

図２はシリンダヘッド１４とヘッドカバー１７の構成図を示す。

図２に示すように、被締結部材であるシリンダヘッド１４（基体）に取り付けられるヘッドカバー１７は、第２締結部材であるアッパーケース２２と、インジェクター（図示しない）を配置するスペースを確保するための底上げ部材としての第１締結部材であるロアーケース１８とからなる。これらロアーケース１８とアッパーケース２２は、締結点を少なくするために、ロアーケース１８をアッパーケース２２とシリンダヘッド１４の間に挟み、後述する段付きボルト６により共に締付・固定される。

シリンダヘッド１４がエンジンの燃焼に伴い加振力を受け振動すると、この振動がロアーケース１８とアッパーケース２２に伝わり、さらにロアーケース１８とアッパーケース２２が振動することで、騒音が発生する。このような騒音の原因となる振動を低減するための締結構造として、本実施の形態の振動抑制締結構造が用いられる。

図１は、本実施の形態の振動抑制締結構造の構成図を示す。

図１に示すように、シリンダヘッド１４上にガスケット２を介しロアーケース１８が載置され、このロアーケース１８は長手方向の中央部に段部５を有する段付きボルト６により締結・固定される。ロアーケース１８上には、段付きボルト６のボルト軸１０が挿通するようにアッパーケース２２がゴムパッキン８を介し載置され、そして、突出したボルト軸１０にラバー部材であるラバー焼付カラー３０を挿入しナット１２を螺合することで、アッパーケース２２が締付・固定される。

シリンダヘッド１４はその外周に沿いボス部１６が設けられ、このボス部１６の中心部には段付きボルト６を螺合するためのねじ穴１５が形成される（図２参照）。

ロアーケース１８は、その外周に沿いボス部２０が設けられる。このボス部２０の中心部には、段付きボルト６を挿入するための貫通孔１９が上下方向に延出するように形成され、また、ボス部２０の上面部には段付きボルト６の段部５が回転可能かつ密に収容される凹部２１が形成される（図１、２参照）。

アッパーケース２２は、材質がアルミニウムからなり、その外周に沿いボス部２５が設けられる。このボス部２５の中心部には、ラバー焼付カラー３０が挿入される貫通孔２４が上下方向に延出するように形成される（図２参照）。なお、アッパーケース２２の材質はアルミニウムに限らず、樹脂でもよい。

段付きボルト６は、ボルト軸１０とボルト軸１０の長手方向の中央部に形成される円筒形の段部５と、ボルト軸１０の上端部に形成される断面四角形のスタット部２６とを備え、ボルト軸１０の下端部には、段付きボルト６をシリンダヘッド１４のねじ穴１５に螺合するためのねじ山２８が形成される。このねじ山２８をねじ穴１５に螺合させ、段付きボルト６を締付けることで、段付きボルト６の段部５の下面と側面が各々ロアーケース１８の凹部２１の下面と側面とに当接し、ロアーケース１８がシリンダヘッド１４に強固に締付・固定される。段付きボルト６の締付は、段付きボルト６のスタット部２６に締付工具を係合させることにより行われる。なお、スタット部２６の断面形状は、これに限らず、締付工具により段付きボルト６の締付けを行える形状であればよく、例えば、六角形や、長円形でもよい。また、ロアーケース１８にアッパーケース２２を載置した際にアッパーケース２２より上方に突出する、ボルト軸１０の部分には、ナット１２を螺合するためのねじ山２９が形成される。ボルト軸１０にラバー焼付カラー３０を嵌合させると共に、ラバー焼付カラー３０をアッパーケース２２の貫通孔２４に挿入し、ナット１２をねじ山２９に締付けることで、アッパーケース２２がロアーケース１８に固定される。

ラバー焼付カラー３０は、座部３１および胴部３２からなるカラー部３４と、座部３１の下面から胴部３２の中央部までを覆うようにカラー部３４に焼き付けられるラバー部３５とからなる。アッパーケース２２をボルト軸１０に挿入し、ラバー焼付カラー３０を嵌入すると共にボルト軸１０に螺合されるナット１２を締付けることで、アッパーケース２２にラバー焼付カラー３０のラバー部３５が当接し、段付きボルト６からアッパーケース２２へ伝わる振動が遮断される。さらに、カラー部３４の最下端部が、段付きボルト６の段部５の上面と当接することにより、ラバー部３５の変形・つぶれ代を調整できる。

次に、本形態の振動抑制締結構造の作用について説明する。

ロアーケース１８は段付きボルト６の段部５とシリンダヘッド１４との間に挟み込まれ、さらに、強固な支持剛性が得られるように、段付きボルト６のねじ山２８がシリンダヘッド１４のねじ穴１５に締付けられる。

一方、アッパーケース２２とロアーケース１８との間にゴムパッキン８が介され、アッパーケース２２と段付きボルト６との間にラバー焼付カラー３０のラバー部３５が介されることで、アッパーケース２２が浮かし構造により固定され、段付きボルト６およびロアーケース１８からアッパーケース２２に伝達する振動が遮断される。さらに、浮かし構造の効果が発揮されるように、段付きボルト６のねじ山２９にナット１２が締付けられる。

つまり、段付きボルト６のねじ山２８を、シリンダヘッド１４のねじ穴１５に締付ける力を調整することで、ロアーケース１８の締付力が調整可能となり、また、段付きボルト６のねじ山２９にナット１２を締付ける力を調整することで、アッパーケース２２の締付力が調整可能となる。これにより、ロアーケース１８とアッパーケース２２が各々に最適な締付力で締付・固定され、振動が効果的に抑制される。

また、ロアーケース１８の凹部２１の底面が段付きボルト６の段部５の底面と当接することで、ロアーケース１８が広い断面積で締付けられ支持剛性が高まり、さらに、ロアーケース１８の凹部２１の側面が段付きボルト６の段部５の側面と当接することで、ロアーケース１８の水平方向の挙動が抑えられる。

図３は、シリンダヘッド１４とヘッドカバー１７を締結する構造として、本発明の振動抑制締結構造と従来の振動抑制締結構造を各々用いた際の、エンジンから発生する騒音の各周波数における音圧レベルの測定結果を示す。測定にあたって、測定位置は、エンジンの上方約１ｍとし、またエンジン回転数は１０８０ｒｐｍとした。図３に示すように、本発明の振動抑制締結構造を用いた場合、従来の振動抑制締結構造を用いた場合に比べて、低音可聴域の周波数約６００Ｈｚから約２０００Ｈｚの帯域で、音圧レベルが約２ｄＢＡ低減した。

図４は、シリンダヘッド１４とヘッドカバー１７を締結する構造として、本発明の振動抑制締結構造と従来の振動抑制締結構造を各々用いた際の、エンジンの各回転数におけるヘッドカバー１７上部の振動レベルの測定結果を示す。図４に示すように、本発明の振動抑制締結構造を用いた場合、従来の振動抑制締結構造を用いた場合に比べて、エンジン回転数約１０００ｒｐｍから約２８０００ｒｐｍの広い領域で、振動レベルが２〜４ｄＢＡ程度低減した。

このように本実施の形態に係る振動抑制締結構造は、段付きボルト６によりロアーケース１８を最適な締付力で固定し、段付きボルト６に螺合されるナット１２によりアッパーケース２２を最適な締付力で固定することで、ロアーケース１８とアッパーケース２２とに発生する振動を各々効果的に抑制することができるという効果と、段付きボルト６の段部５の下面をロアーケース１８の凹部２１の下面と当接させ、段付きボルト６を締付けることで、ロアーケース１８の締結断面積が広くなり、これによりロアーケース１８の支持剛性を高め振動拡大を抑制することができるという効果と、ロアーケース１８の凹部２１の側面と段付きボルト６の段部５の側面とを当接させることで、ロアーケース１８の水平方向の挙動を抑え振動拡大を抑制できるという効果と、アッパーケース２２を浮かし構造でロアーケース１８に固定することで、アッパーケース２２の振動を抑制することができるという効果がある。

さらに、これらの効果により振動を抑制することで、振動に起因する騒音を低減できるという効果がある。

なお、これまで実施の形態で説明したが、本発明はこの形態に限定されない。

本実施の形態の振動抑制締結構造の構成図を示す。シリンダヘッドとヘッドカバーの構成図を示す。本発明の振動抑制締結構造と従来の振動抑制締結構造の各々を用い、シリンダヘッドとヘッドカバーを締結した場合の音圧レベルの測定結果を示す。本発明の振動抑制締結構造と従来の振動抑制締結構造の各々を用い、シリンダヘッドとヘッドカバーを締結した場合の振動レベルの測定結果を示す。従来の振動抑制締結構造の構成図を示す。

符号の説明

５段部
６段付きボルト
１０ボルト軸
１２ナット
１４シリンダヘッド（被締結部材、基体）
１７シリンダカバー
１８ロアーケース（第１締結部材）
２１凹部
２２アッパーケース（第２締結部材）
３０ラバー焼付カラー（ラバー部材）

Claims

被締結部材であり、かつ振動する基体にねじ穴を形成し、その基体上に載置される第１締結部材と第２締結部材に、ボルトを挿通させるための貫通孔を各々形成し、それら貫通孔を通し上記ボルトを上記ねじ穴に螺合して、上記第１締結部材および第２締結部材を上記基体に締付・固定する締結構造において、
上記ボルトは、長手方向の中間部に段部が形成されると共に上端部に締付工具を係合させるためのスタット部が形成された段付きボルトであり、
上記第１締結部材の上記貫通孔の上部に、上記段付きボルトの上記段部を回転可能かつ密に収容するための凹部を形成し、
上記基体上に上記第１締結部材を載置して、その第１締結部材を上記段付きボルトで、その段部の下面と側面とが上記凹部の下面と側面とに当接するように上記基体上に締結・固定し、
その第１締結部材上に、上記段付きボルトのボルト軸が上記第２締結部材の上記貫通孔を挿通するように上記第２締結部材を載置し、上記貫通孔と上記段付きボルトとの間にラバー焼付カラーを挿入し、そのラバー焼付カラーを介してナットを上記ボルト軸に螺合して上記第２締結部材を締付・固定することを特徴とする振動抑制締結構造。
上記ラバー焼付カラーは、上記第２締結部材の上記貫通孔に挿入された胴部および上記ナットに当接する座部からなるカラー部と、そのカラー部に焼き付けられたラバー部とからなり、そのラバー部は、上記座部の下面を覆うと共に上記第２締結部材の上面に当接し、そのラバー部の変形・つぶれ代を調整すべく上記胴部の最下端部が上記段部の上面に当接する請求項１記載の振動抑制締結構造。
上記基体は、シリンダヘッドであり、上記締結部材は、上記第１締結部材としてのロアーケースと、上記第２締結部材としてのアッパーケースからなるヘッドカバーである請求項１または２記載の振動抑制締結構造。