JP4681440B2 - 合成樹脂製カバー類のフランジ構造 - Google Patents

Description

この発明は、例えば内燃機関のシリンダヘッドカバーやチェーンケースなどの合成樹脂製のカバー類における周縁のフランジ構造の改良に関する。

例えば、内燃機関のシリンダヘッド上面に取り付けられるシリンダヘッドカバーは、特許文献１等に開示されているように、薄肉なカバー側壁の端縁に該カバー側壁よりも厚肉となったフランジ部を有し、このフランジ部と一体に略円筒状のボルトボス部が複数箇所に設けられた構成となっている。そして、上記フランジ部とシリンダヘッドとの間にガスケットを介して、複数のボルトにより締付固定されている。

なお、特許文献１は軽合金からなるシリンダヘッドカバーを開示しているが、近時は、主に軽量化のために、例えばガラス繊維強化ポリアミド樹脂等の合成樹脂製のシリンダヘッドカバー等が多く利用されている。
特開２０００−１０４８９１号公報

上記のように適宜な間隔で配置されるボルトにより取り付けられるカバー類、例えばシリンダヘッドカバーにあっては、良く知られているように、ボルト近傍では十分なシール面圧が確保できるものの、ボルトとボルトとの間の中間部ではシール面圧が低下し、シール性が低下しやすい。

特に、合成樹脂製のシリンダヘッドカバーでは、内燃機関の運転に伴って温度が高くなると、樹脂材料の剛性低下が生じるため、ボルト間のシール性低下がより顕著となる。

本発明は、内燃機関のシリンダヘッドカバーのように高温環境下で使用される合成樹脂製カバー類において、フランジ部の過度の厚肉化などによる大幅な重量増加を伴うことなく、ボルト間の部分でのシール性低下を抑制することを目的としている。

本発明に係る合成樹脂製カバー類のフランジ構造は、カバー側壁の端縁に該カバー側壁よりも厚肉となったフランジ部を有するとともに、適宜な間隔で配置された略円筒状のボルトボス部が、このフランジ部に連結されて一体に成形されてなり、相対的に熱膨張率が小さな相手側部材と上記フランジ部との間にガスケットを介して上記ボルトボス部を通るボルトにより取り付けられるとともに、この組立時よりも相対的に温度が高い環境下で使用される合成樹脂製カバー類において、一対のボルトボス部の間のフランジ部のボルト軸方向の高さが、ボルトボス部に接する両端部から両ボルトボス部の間の中央部へ向かって徐々に小さくなるように変化していることを特徴としている。

上記の合成樹脂製カバー類のフランジ部は、各ボルトボス部の位置でボルトにより固定されているが、例えば内燃機関の運転などにより温度上昇すると、相手側部材との熱膨張率差に起因して、相手側部材よりも相対的に大きく膨張しようとする。従って、一対のボルトにより両端部が拘束されているボルト間のフランジ部に着目すると、温度上昇に伴って長手方向（ボルト間の方向）に圧縮応力が発生する。ここで、上記のようにフランジ部のボルト軸方向の高さが変化していると、これに伴って上記の圧縮応力が斜め方向へ傾き、その反力として、ボルト間の中央部を下方へ付勢する分力が発生する。つまり、熱膨張に伴い、フランジ部のボルト間の中央部が相手側部材へ向かって押し付けられることになり、この部分でのシール性が向上する。

望ましくは、さらに、上記フランジ部の厚さが、ボルトボス部に接する両端部から両ボルトボス部の間の中央部へ向かって徐々に大きくなるように変化している。

すなわち、上記のようにフランジ部のボルト軸方向の高さが両ボルトボス部の間の中央部で低くなるようにすると、フランジ部自体の剛性としては、高さが低い中央部でボルトボス部近傍の両端部よりも低くなってしまい、好ましくない。これに対し、フランジ部の厚さが、ボルトボス部に接する両端部から両ボルトボス部の間の中央部へ向かって徐々に大きくなるようにすれば、高さが低い中央部での剛性低下が相殺され、この中央部でのシール性がより確実に得られる。

本発明の一つの態様では、厚肉となったフランジ部そのものの高さが変化するが、他の一つの態様では、フランジ部の一部としてボルト軸方向に沿ったリブ状部を有しており、このリブ状部の高さが変化している。

この発明に係る合成樹脂製カバー類のフランジ構造によれば、樹脂材料の剛性低下が懸念される高温時に、温度上昇に伴う熱膨張を利用してフランジ部のボルトボス部の間の部分におけるシール性低下を効果的に抑制することができる。

以下、内燃機関のシリンダヘッドカバー１に適用した一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、この発明に係る直列４気筒内燃機関用の合成樹脂製シリンダヘッドカバー１の概略を示す斜視図である。このシリンダヘッドカバー１は、例えばガラス繊維強化ポリアミド樹脂を用いて一体に射出成形されたものであって、全体として下面が開口した略矩形の箱状をなしており、上面中央部に４個の点火プラグ挿入孔２が一列に並んで配置されているとともに、一端部に図示せぬオイルフィラーキャップが取り付けられるオイル注入口３を有している。このシリンダヘッドカバー１の周囲の側壁４は比較的に薄肉に成形されており、その端縁に、該側壁４よりも厚肉となったフランジ部５が一体に形成されている。

上記のフランジ部５は、全周に亘って連続しており、適宜な間隔で配置された略円筒状のボルトボス部６が、このフランジ部５に連結されて一体に成形されている。図示例では、長手方向に沿った一方の側壁４について、その前後両端部および中間の２箇所の計４箇所にボルトボス部６が設けられている。このボルトボス部６は、フランジ部５とともに、側壁４から外側へ張り出した形に形成されている。換言すれば、適宜な間隔に設けられた一対のボルトボス部６同士を互いに連結するようにフランジ部５が設けられている。上記ボルトボス部６には、図示しないボルトが挿入されるボルト挿入孔７が貫通形成されている。

上記フランジ部５のフランジ面には、全周に連続した１本のガスケット保持溝８（図４，図５参照）が凹設されており、ここに保持されるゴム製のガスケット（図示せず）を介して、図示しないシリンダヘッドの上面にシリンダヘッドカバー１が固定されるようになっている。ここで、相手側部材であるシリンダヘッドは、アルミニウム合金からなり、シリンダヘッドカバー１に比較して、相対的に熱膨張率が小さい。

図２〜図５は、隣接する２つのボルトボス部６の間に設けられたフランジ部５の詳細を示している。図２に明らかなように、フランジ部５のボルト軸方向の高さは一定ではなく、２つのボルトボス部６に挟まれた区間の両端部５ａ，５ａつまりボルトボス部６に接する部分で、ボルトボス部６と略等しい最も大きい高さを有し、ここから２つのボルトボス部６の間の中央部５ｂに向かって徐々に低くなるように、その高さが変化している。なお、図４，図５に示すように、側壁４から張り出したフランジ部５の上面９は傾斜面をなしているが、”フランジ部の高さ”としては、例えば傾斜面の中の最も高い位置（つまり側壁４との接続部の高さ）、あるいは傾斜面の中の最も低い位置（つまり最も外側での高さ）、あるいは両者の中間の高さ、などのいずれであってもよい。

また、図３に示すように、フランジ部５の肉厚つまりボルトに直交する方向に沿った厚さ（図５に符号ｔで示す）も一定ではなく、ボルトボス部６に接する両端部５ａ，５ａで最も薄く、ここから両ボルトボス部６の間の中央部５ｂへ向かって徐々に大きくなり、中央部５ｂで最大の厚さとなる。ここで、特に、フランジ部５の厚さの増減変化がシリンダヘッドカバー１の内側と外側とで対称に生じるようになっており、厚さが大となる中央部５ｂ付近では、フランジ部５に接続される側壁４がシリンダヘッドカバー１の内側へ相対的に後退している。なお、フランジ部５の厚さの増減変化は、上記のように対称に生じさせるほか、一方の側、例えば、シリンダヘッドカバー１の内側のみを変化させ、外側を一定とすることもできる。また、ガスケット保持溝８は、２つのボルトボス部６に挟まれた区間では、フランジ部５の厚さ変化に拘わらず直線状に設けられている。

図６は、上記のように構成された本発明のフランジ構造の作用を説明するための説明図であって、２つのボルトボス部６は、図示しないボルトによってシリンダヘッド１１に対し堅固に固定されている。この状態で、内燃機関の運転により、シリンダヘッドカバー１の温度がシリンダヘッド１１とともに上昇すると、熱膨張率の差に起因してシリンダヘッドカバー１の方が相対的に大きく膨張しようとする。つまりボルトにより位置が拘束された２つのボルトボス部６の間で、フランジ部５がその長手方向へ沿って伸びようとする。そのため、フランジ部５では、圧縮応力ひいてはその反力がボルトボス部６から中央部５ｂへ向かって作用するが、図示するようにフランジ部５の高さが中央部５ｂで低くなっていることから、ボルトボス部６から加わる反力が矢印Ｆ１，Ｆ１のように斜め下方へ傾いたものとなる。その結果、矢印Ｆ２で示すように、フランジ部５の中央部５ｂがシリンダヘッド１１のフランジ面に垂直に押し付けられる。従って、ボルトボス部６近傍に比べてシール性が低下しやすい中央部５ｂ付近でのシール面圧が向上し、ガスケットを介して良好なシール性能が得られる。

しかも、上記実施例では、中央部５ｂ付近の厚さを端部５ａよりも大としたことで、高さが減少したことに伴う中央部５ｂ付近のフランジ部５自体の剛性低下が相殺される。従って、シール反力による中央部５ｂ付近の変形を抑制して、より確実なシールを行うことができる。なお、前述したように、厚さの増減変化が対称に与えられているので、図６で説明した反力Ｆ１がシリンダヘッドカバー１の内側や外側へ傾くことがない。

次に、図７は、上記実施例の変形例を示しており、この実施例では、厚肉のフランジ部５の最下縁に、フランジ面に沿って外側に張り出すようにサブフランジ２１が設けられている。このサブフランジ２１は、ボルト軸方向の高さは一定であり、フランジ部５の厚さ方向に沿った寸法つまりフランジ部５からの突出量ｔ２が、ボルトボス部６に近い両端部５ａ，５ａでは小さく、両ボルトボス部６の間の中央部５ｂでは大となっている。そして、フランジ部５のボルト軸方向の高さは前述の実施例と同様に変化しているが、その厚さｔは、両端部５ａ，５ａから中央部５ｂへ亘って一定である。

つまり、この実施例では、フランジ部５の厚さを変化させる代わりに、サブフランジ２１の突出量ｔ２を変化させることで、同様の中央部５ｂ付近の剛性向上が達成される。なお、サブフランジ２１と併せて、フランジ部５の厚さｔを前述の実施例と同様に僅かに変化させるようにしてもよい。

図８〜図１０は、この発明の第２の実施例を示している。この実施例においては、フランジ部５の一部として傾斜した上面９からボルト軸方向に沿って壁状に立ち上がるリブ状部３１を有しており、このリブ状部３１の高さ（ボルト軸方向の高さ）が、両端部５ａ，５ａから中央部５ｂへ向かって徐々に低くなるように変化している。傾斜した上面９の高さ位置は一定である。このようにリブ状部３１の高さを変化させた構成によっても、図６で説明した作用が同様に得られる。

また、この実施例では、リブ状部３１を含むフランジ部５の厚さｔが前述の実施例と同様に変化しており、中央部５ｂ付近の剛性が向上している。

図１１は、この第２の実施例の変形例を示しており、この実施例では、図７の実施例と同様に、厚肉のフランジ部５の最下縁に、フランジ面に沿って外側に張り出すようにサブフランジ２１が設けられている。このサブフランジ２１は、ボルト軸方向の高さは一定であり、フランジ部５の厚さ方向に沿った寸法つまりフランジ部５からの突出量ｔ２が、ボルトボス部６に近い両端部５ａ，５ａでは小さく、両ボルトボス部６の間の中央部５ｂでは大となっている。そして、フランジ部５の厚さｔは、両端部５ａ，５ａから中央部５ｂへ亘って一定となっている。

図１２は、図１１の実施例の一部を変更したさらなる変形例を示しており、この実施例では、上記サブフランジ２１の先端縁に、ボルト軸方向に立ち上がる第２のリブ状部３２が付加されている。この第２のリブ状部３２は、リブ状部３１と同じく、そのボルト軸方向の高さが、両端部５ａ，５ａから中央部５ｂへ向かって徐々に低くなるように変化している。

以上、この発明を内燃機関のシリンダヘッドカバーに適用した実施例を説明したが、本発明は、内燃機関の前面に取り付けられる合成樹脂製チェーンケース、金属製本体と組み合わされる合成樹脂製エアクリーナカバー、合成樹脂製オイルパン、などの種々の合成樹脂製カバー、さらには、シリンダヘッド側面に取り付けられる合成樹脂製吸気マニホルド、などにも適用することができる。すなわち、本発明におけるカバー類とは、ガスケットを介してシールを行う種々の形状の部品を包含するものである。また、必ずしも内燃機関の部品に限定されず、高温環境下で用いられる種々の部品に適用することができる。

この発明に係るシリンダヘッドカバーの斜視図。 その要部の斜視図。 同じく上面図。 図３のＡ−Ａ線に沿った断面図。 図３のＢ−Ｂ線に沿った断面図。 温度上昇時の作用を説明する説明図。 フランジ部の変形例を示す要部の断面図。 この発明に係るシリンダヘッドカバーの第２の実施例を示す斜視図。 図８のＣ−Ｃ線に沿った断面図。 図８のＤ−Ｄ線に沿った断面図。 フランジ部の変形例を示す要部の断面図。 同じく変形例を示す要部の断面図。

符号の説明

１…シリンダヘッドカバー
４…側壁
５…フランジ部
５ａ…端部
５ｂ…中央部
６…ボルトボス部
３１…リブ状部

Claims (3)

1. カバー側壁の端縁に該カバー側壁よりも厚肉となったフランジ部を有するとともに、適宜な間隔で配置された略円筒状のボルトボス部が、このフランジ部に連結されて一体に成形されてなり、相対的に熱膨張率が小さな相手側部材と上記フランジ部との間にガスケットを介して上記ボルトボス部を通るボルトにより取り付けられるとともに、この組立時よりも相対的に温度が高い環境下で使用される合成樹脂製カバー類において、
   一対のボルトボス部の間のフランジ部のボルト軸方向の高さが、ボルトボス部に接する両端部から両ボルトボス部の間の中央部へ向かって徐々に小さくなるように変化していることを特徴とする合成樹脂製カバー類のフランジ構造。
2. 上記フランジ部の厚さが、ボルトボス部に接する両端部から両ボルトボス部の間の中央部へ向かって徐々に大きくなるように変化していることを特徴とする請求項１に記載の合成樹脂製カバー類のフランジ構造。
3. 上記フランジ部の一部としてボルト軸方向に沿ったリブ状部を有し、このリブ状部の高さが変化してい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カバー類のフランジ構造。
   

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