JP7468400B2

JP7468400B2 - Bolts and bolt fastening structure

Info

Publication number: JP7468400B2
Application number: JP2021024997A
Authority: JP
Inventors: 謙一郎長岡
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2021-02-19
Filing date: 2021-02-19
Publication date: 2024-04-16
Anticipated expiration: 2041-02-19
Also published as: JP2022127073A

Description

本発明は、首振り機構を備えたボルト、および、当該ボルトを用いたボルト締付構造に関する。 The present invention relates to a bolt equipped with a swivel mechanism and a bolt tightening structure using the bolt.

例えば、自動車用エンジンの排気システムにおいては、各気筒の排気を合流させる排気マニホールドがボルト締結によりエンジンに取り付けられている。エンジンが停止されて長時間放置されると、排気マニホールドの温度は雰囲気温度（大気の温度）まで低下する。またエンジンが運転状態とされると排気マニホールドの温度は例えば８００［℃］以上にもなる。このため、エンジンの運転と停止が繰り返されると、排気マニホールドは、上記の温度差により、膨張と収縮を繰り返し、温度差による熱ひずみの発生に伴う変形と復元を繰り返す場合がある。排気マニホールドが、熱ひずみの発生に伴う変形と復元を繰り返した場合、当該排気マニホールドを締結しているボルトの座面が接触している排気マニホールドの面の傾斜角度が、大きくなったり小さくなったりする場合がある。この場合、ボルトの軸部に対して頭部を揺動させる応力の印加が繰り返され、ボルトの頭部が折損する可能性がある。 For example, in the exhaust system of an automobile engine, an exhaust manifold that merges the exhaust from each cylinder is attached to the engine by bolts. When the engine is stopped and left for a long time, the temperature of the exhaust manifold drops to the ambient temperature (air temperature). When the engine is in operation, the temperature of the exhaust manifold can reach, for example, 800°C or higher. For this reason, when the engine is repeatedly started and stopped, the exhaust manifold may repeatedly expand and contract due to the above-mentioned temperature difference, and may repeatedly deform and restore due to the occurrence of thermal strain due to the temperature difference. When the exhaust manifold repeatedly deforms and restores due to the occurrence of thermal strain, the inclination angle of the surface of the exhaust manifold that is in contact with the seating surface of the bolt fastening the exhaust manifold may increase or decrease. In this case, the application of stress that causes the head to swing relative to the shaft of the bolt is repeated, and the head of the bolt may break.

そのため、従来、ボルトにカラーを装着することが知られている。具体的には、排気マニホールドのフランジとボルトの間にカラーを挟むことでボルトの座面を排気マニホールドのフランジから離し、排気マニホールドのフランジの熱ひずみによる影響を避けている。例えば、特許文献１では、カラーの内周面とボルトの軸の間に隙間を設けることで、ボルトに対する排気マニホールドのフランジの熱ひずみによる影響をより少なくする技術が開示されている。 For this reason, it has been known to attach a collar to the bolt. Specifically, by sandwiching a collar between the exhaust manifold flange and the bolt, the bolt seat is separated from the exhaust manifold flange, and the effects of thermal strain on the exhaust manifold flange are avoided. For example, Patent Document 1 discloses a technology that reduces the effects of thermal strain on the bolt from the exhaust manifold flange by providing a gap between the inner circumferential surface of the collar and the axis of the bolt.

特開平８－２４６８６８号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-246868

しかしながら、ボルトの締結にカラーを用いた場合、排気マニホールドのフランジの熱ひずみによる影響を避けられるというメリットが得られる反面、カラーを装着して大きく突出したボルトが他の部材に干渉するというデメリットが発生する。近年のエンジンは極めてタイトな設計がされているため、ボルトが大きく突出することは、あまり好ましくない。 However, while using collars to fasten bolts has the advantage of avoiding the effects of thermal distortion of the exhaust manifold flange, it has the disadvantage that the bolts that protrude significantly due to the collars attached can interfere with other components. Modern engines are designed to be extremely tight, so it is not desirable for the bolts to protrude significantly.

本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、カラー等を用いてボルトを大きく突出させることなく、被締付体の熱ひずみによる影響を回避し、折損を防止することが可能なボルト及びボルトの締付構造を提供することを課題とする。 The present invention was conceived in light of these points, and aims to provide a bolt and bolt tightening structure that can avoid the effects of thermal strain on the tightened object and prevent breakage without using a collar or other device to make the bolt protrude significantly.

上記課題を達成するため、本発明の第１の発明は、円柱状の軸部と前記軸部の一方端に設けられた頭部とを有するボルトであって、前記軸部は、一方端の側には前記頭部と連結される軸部側連結部を有するとともに、他方端の側にはねじ部を有し、前記頭部は、一方端の側には前記軸部の外径よりも大きな外径とされた大径部を有するとともに、他方端の側には前記軸部と連結される頭部側連結部を有し、前記軸部に対して前記頭部が揺動可能となるように、首振り機構として前記軸部側連結部と前記頭部側連結部が連結されている、ボルトである。 In order to achieve the above object, the first invention of the present invention is a bolt having a cylindrical shank and a head provided at one end of the shank, the shank having a shank side connecting part that connects to the head at one end and a threaded part at the other end, the head having a large diameter part at one end that has an outer diameter larger than the outer diameter of the shank and a head side connecting part that connects to the shank at the other end, the shank side connecting part and the head side connecting part being connected as a swivel mechanism so that the head can swing relative to the shank.

次に、本発明の第２の発明は、上記第１の発明に係るボルトであって、前記頭部側連結部の外径は、前記軸部の外径よりも小さく設定されている、ボルトである。 The second aspect of the present invention is the bolt according to the first aspect of the present invention, in which the outer diameter of the head-side connecting portion is set smaller than the outer diameter of the shaft portion.

次に、本発明の第３の発明は、上記第１の発明または第２の発明に係るボルトであって、前記首振り機構は、自在継手である、ボルトである。 The third aspect of the present invention is a bolt according to the first or second aspect of the present invention, in which the swivel mechanism is a universal joint.

次に、本発明の第４の発明は、上記第１の発明～第３の発明に係るボルトを用いて、締め付け相手となる相手材に被締付体を締め付けるボルト締付構造であって、前記相手材には、前記軸部の前記ねじ部をねじ込むねじ穴が設けられており、前記被締付体には、前記軸部が挿通されて前記ねじ穴へと通じる連通孔が設けられており、前記ボルトの前記軸部が前記連通孔に挿通されて、前記ねじ部が前記ねじ穴にねじ込まれて、前記ボルトを用いて前記被締付体を前記相手材に締め付けた状態において、前記頭部側連結部の個所における前記連通孔の内径は、前記頭部側連結部の外径よりも大きく、かつ、前記大径部の外径よりも小さく設定されている、ボルト締付構造である。 Next, the fourth invention of the present invention is a bolt tightening structure in which a fastened body is tightened to a mating material using the bolt according to the first to third inventions above, the mating material is provided with a threaded hole into which the threaded portion of the shank is screwed, the fastened body is provided with a communication hole through which the shank is inserted and which leads to the threaded hole, and when the shank of the bolt is inserted into the communication hole and the threaded portion is screwed into the threaded hole, and the fastened body is tightened to the mating material using the bolt, the inner diameter of the communication hole at the head side connecting portion is set to be larger than the outer diameter of the head side connecting portion and smaller than the outer diameter of the large diameter portion.

第１の発明によれば、被締付体としての、例えば排気マニホールドが、熱ひずみの発生に伴う変形と復元を繰り返したとしても、首振り機構により、ボルトの頭部の座面が排気マニホールドのフランジ表面に追従するので、頭部を揺動させる応力の印加が繰り返されても頭部が折損することはない。よって、カラー等を用いてボルトを大きく突出させることなく、被締付体の熱ひずみによる影響を回避し、折損等を防止することができる。 According to the first invention, even if the object to be fastened, for example an exhaust manifold, repeatedly deforms and restores due to thermal strain, the swivel mechanism allows the seating surface of the bolt head to follow the flange surface of the exhaust manifold, so the head will not break even if stress that swings the head is repeatedly applied. Therefore, it is possible to avoid the effects of thermal strain on the object to be fastened and prevent breakage, etc., without having to use a collar or the like to make the bolt protrude significantly.

第２の発明によれば、相手材に対し被締付体をボルトによって締め付ける場合、相手材にはボルトの軸部をねじ込むねじ穴が、被締付体には軸部が挿通されてねじ穴へと通じる連通孔が、それぞれ設けられている。このような場合において、連通孔とねじ穴の内径がそれぞれ同じ大きさであっても、頭部が揺動しても、頭部側連結部の外径が軸部の外径に収まっているため、頭部側連結部と連通孔の内壁との干渉を避けることができる。 According to the second invention, when a fastening body is fastened to a mating material by a bolt, the mating material is provided with a threaded hole into which the shank of the bolt is screwed, and the fastening body is provided with a communication hole through which the shank is inserted and leads to the threaded hole. In such a case, even if the inner diameters of the communication hole and the threaded hole are the same size, even if the head swings, the outer diameter of the head-side connecting part is within the outer diameter of the shank, so interference between the head-side connecting part and the inner wall of the communication hole can be avoided.

第３の発明によれば、自在継手であれば、ボルトの頭部を軸部に対して揺動可能に保持しつつ、頭部で受けたトルクを軸部に伝えることができるため、首振り機構としては好適である。 According to the third invention, a universal joint is suitable as a swivel mechanism because it can hold the bolt head oscillatingly relative to the shaft while transmitting the torque received by the head to the shaft.

第４の発明によれば、被締付体が熱ひずみの発生に伴う変形と復元を繰り返したとしても、首振り機構により、ボルトの頭部の座面が被締付体の表面に追従するので、頭部を揺動させる応力の印加が繰り返されても頭部が折損することはない。また、被締付体に設けられた連通孔と頭部側連結部それぞれの径の大小関係により、頭部が揺動した際に、頭部側連結部と連通孔の内壁との干渉を避けることができる。 According to the fourth invention, even if the fastened body repeatedly deforms and restores due to thermal strain, the swivel mechanism allows the seating surface of the bolt head to follow the surface of the fastened body, so the head will not break even if stress that swings the head is repeatedly applied. In addition, due to the relationship between the diameters of the communication hole and the head side connecting part provided in the fastened body, interference between the head side connecting part and the inner wall of the communication hole can be avoided when the head swings.

第１の実施形態に係るボルトの分解斜視図である。FIG. 2 is an exploded perspective view of the bolt according to the first embodiment. ボルトの被締付体である排気マニホールドと締め付け相手となるシリンダヘッドを示した図である。FIG. 2 is a diagram showing an exhaust manifold, which is an object to be fastened with a bolt, and a cylinder head, which is a counterpart to be fastened with the bolt. 締め付けに第１の実施形態に係るボルトを用いた場合の図２における線III－IIIに沿った断面図である。3 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG. 2 when the bolt according to the first embodiment is used for fastening. フランジに熱ひずみが発生した場合における第１の実施形態に係るボルトの頭部の揺動を説明する図である。10A to 10C are diagrams illustrating the swing of the head of the bolt according to the first embodiment when thermal strain occurs in the flange. 第２の実施形態に係るボルトの分解斜視図である。FIG. 11 is an exploded perspective view of a bolt according to a second embodiment. 締め付けに第２の実施形態に係るボルトを用いた場合の図２における線III－IIIに沿った断面図である。3 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG. 2 when a bolt according to a second embodiment is used for fastening. フランジに熱ひずみが発生した場合における第２の実施形態に係るボルトの頭部の揺動を説明する図である。13A to 13C are diagrams illustrating the swing of the head of the bolt according to the second embodiment when thermal strain occurs in the flange. 揺動可能な首振り機構を有するボルトの変形例を示す図である。13A and 13B are diagrams showing a modified example of a bolt having a swingable swivel mechanism. 変形例のボルトを回すためのソケットを示す図である。13A and 13B are diagrams showing a modified socket for turning a bolt.

〈第１の実施形態〉
以下、本発明の一実施形態に係るについて説明する。 First Embodiment
Hereinafter, a method according to one embodiment of the present invention will be described.

図１は、本実施形態に係るボルト１０の分解斜視図である。図１に示すように、ボルト１０は、円柱状の軸部３０と、軸部３０の一方端に設けられる頭部２０とを有する。軸部３０は、雄ねじが形成されたねじ部３１と、形成されていない円柱部３２を備え、円柱部３２の上面３２ａに、軸部側連結部に相当する第１ヨーク部６０を有する。頭部２０は、工具からのトルクを受ける六角部２１と座部２２からなる大径部２５を有するとともに、座部２２の座面２２ａには、頭部側連結部に相当する第２ヨーク部４０を有する。なお、大径部２５の外径Ａは、軸部の外径Ｂよりも大きく設定されている。 Figure 1 is an exploded perspective view of a bolt 10 according to this embodiment. As shown in Figure 1, the bolt 10 has a cylindrical shank 30 and a head 20 provided at one end of the shank 30. The shank 30 has a threaded portion 31 having a male thread and a cylindrical portion 32 having no male thread, and a first yoke portion 60 corresponding to the shank side connecting portion on the upper surface 32a of the cylindrical portion 32. The head 20 has a large diameter portion 25 consisting of a hexagonal portion 21 and a seat portion 22 that receive torque from a tool, and a second yoke portion 40 corresponding to the head side connecting portion on the seat surface 22a of the seat portion 22. The outer diameter A of the large diameter portion 25 is set to be larger than the outer diameter B of the shank.

ボルト１０では、軸部３０に対して頭部２０が揺動可能となるように、首振り機構として、第１ヨーク部６０と、第２ヨーク部４０を連結し、自在継手７０を構成している。具体的には、自在継手７０は、十字形に突出する４本のピン５１～５４を備えたクロスピン５０と、クロスピン５０において同軸の２本のピン５２、５４を第１の軸として回転可能に支持する第１ヨーク部６０と、残りの同軸の２本のピン５１、５３を第２の軸として回転可能に支持する第２ヨーク部４０と、から構成される。 In the bolt 10, the first yoke portion 60 and the second yoke portion 40 are connected as a swivel mechanism to form a universal joint 70 so that the head 20 can swing relative to the shaft portion 30. Specifically, the universal joint 70 is composed of a cross pin 50 having four pins 51 to 54 protruding in a cross shape, a first yoke portion 60 that rotatably supports the two coaxial pins 52 and 54 of the cross pin 50 as a first axis, and a second yoke portion 40 that rotatably supports the remaining two coaxial pins 51 and 53 as a second axis.

第１ヨーク部６０は、具体的には、軸部３０における円柱部３２の上面３２ａから突出した２つの突起６１、６２からなり、突起６１の外面６１ａおよび突起６２の外面６２ａと、円柱部３２の外周面３２ｂとは連なっている。 Specifically, the first yoke portion 60 is composed of two protrusions 61, 62 protruding from the upper surface 32a of the cylindrical portion 32 in the shaft portion 30, and the outer surface 61a of the protrusion 61 and the outer surface 62a of the protrusion 62 are connected to the outer peripheral surface 32b of the cylindrical portion 32.

第２ヨーク部４０は、具体的には、頭部２０における座部２２の座面２２ａから突出した２つの突起４１、４２からなり、外面４１ａから外面４２ａまでの最大幅である外径Ｃと、軸部３０の外径Ｂとは同じである。これらの突起４１、４２と突起６１、６２に設けられたそれぞれのピン孔に対し、クロスピン５０のピン５１～５４を挿入することで、自在継手７０として機能する。なお、突起４１、４２の外面４１ａ、４２ａおよび突起６１、６２の外面６１ａ、６２ａは、曲面になっており、それぞれのピン孔に挿入されたピン５１～５４の先端についても、その曲面に合わせた形状となっている。 The second yoke portion 40 specifically consists of two protrusions 41, 42 protruding from the seat surface 22a of the seat portion 22 in the head portion 20, and the outer diameter C, which is the maximum width from the outer surface 41a to the outer surface 42a, is the same as the outer diameter B of the shaft portion 30. The pins 51 to 54 of the cross pin 50 are inserted into the respective pin holes provided in these protrusions 41, 42 and protrusions 61, 62, and function as a universal joint 70. The outer surfaces 41a, 42a of the protrusions 41, 42 and the outer surfaces 61a, 62a of the protrusions 61, 62 are curved surfaces, and the tips of the pins 51 to 54 inserted into the respective pin holes are also shaped to match the curved surfaces.

図２は、ボルト１０の被締付体に相当する排気マニホールド１００と締め付け相手となる相手材に相当するシリンダヘッド１３０を示した図である。図３は、図２における線III－IIIに沿った断面図である。なお、図２では、シリンダヘッド１３０に対してフランジ１１０を締め付けているボルト１０を省略している。図２、３に示すように、排気マニホールド１００は、フランジ１１０を有しており、フランジ１１０とシリンダヘッド１３０の間にガスケット１２０を挟んだうえでシリンダヘッド１３０に取り付けられる。 Figure 2 shows the exhaust manifold 100, which corresponds to the object to which the bolt 10 is fastened, and the cylinder head 130, which corresponds to the mating material to which the bolt 10 is fastened. Figure 3 is a cross-sectional view taken along line III-III in Figure 2. Note that the bolt 10 fastening the flange 110 to the cylinder head 130 is omitted in Figure 2. As shown in Figures 2 and 3, the exhaust manifold 100 has a flange 110, and is attached to the cylinder head 130 with a gasket 120 sandwiched between the flange 110 and the cylinder head 130.

シリンダヘッド１３０には、軸部３０のねじ部３１をねじ込むねじ穴１３２が複数設けられており、フランジ１１０とガスケット１２０には、軸部３０が挿通されてねじ穴１３２へと通じる連通孔１１１、１２１がそれぞれ設けられている。このような連通孔１１１、１２１とねじ穴１３２に対しボルト１０の軸部３０を入れてねじ込んでいくと、頭部２０の座面２２ａがフランジ１１０の表面１１３に当接し、さらにねじ込むことによってシリンダヘッド１３０に対しフランジ１１０をガスケット１２０と併せて締め付ける。 The cylinder head 130 has a number of threaded holes 132 into which the threaded portion 31 of the shaft portion 30 is screwed, and the flange 110 and the gasket 120 have communication holes 111, 121 through which the shaft portion 30 is inserted and which lead to the threaded holes 132. When the shaft portion 30 of the bolt 10 is inserted and screwed into these communication holes 111, 121 and the screw hole 132, the seat surface 22a of the head 20 comes into contact with the surface 113 of the flange 110, and further screwing tightens the flange 110 together with the gasket 120 against the cylinder head 130.

図３に示すように、シリンダヘッド１３０には、上述したように、ボルト１０の軸部３０におけるねじ部３１をねじ込むねじ穴１３２が設けられている。また、フランジ１１０とガスケット１２０には、ねじ穴１３２に対応する連通孔１１１、１２１が設けられている。ここで、連通孔１１１、１２１の内径Ｒは、第２ヨーク部４０の外径Ｃより大きく設定されている。したがって、ボルト１０の軸部３０におけるねじ部３１が連通孔１１１、１２１を通ってねじ穴１３２にねじ込まれ、頭部２０の座面２２ａによってフランジ１１０とガスケット１２０がシリンダヘッド１３０に対して押し付けられた場合に、第２ヨーク部４０と連通孔１１１の内壁１１２には隙間Ｌが存在することになる。 3, the cylinder head 130 has a threaded hole 132 into which the threaded portion 31 of the shaft portion 30 of the bolt 10 is screwed, as described above. The flange 110 and the gasket 120 have communication holes 111 and 121 corresponding to the threaded hole 132. Here, the inner diameter R of the communication holes 111 and 121 is set to be larger than the outer diameter C of the second yoke portion 40. Therefore, when the threaded portion 31 of the shaft portion 30 of the bolt 10 is screwed into the threaded hole 132 through the communication holes 111 and 121 and the flange 110 and the gasket 120 are pressed against the cylinder head 130 by the seat surface 22a of the head portion 20, a gap L is present between the second yoke portion 40 and the inner wall 112 of the communication hole 111.

図４は、フランジ１１０に熱ひずみが発生した場合におけるボルト１０の頭部２０の揺動を説明する図である。図４に示すように、エンジン運転中は、シリンダヘッド１３０、ガスケット１２０、フランジ１１０ともに高熱となるため、熱膨張により熱ひずみが発生し、例えばフランジ１１０がしなり、冷却時における状態と比べると、フランジ１１０の表面１１３が変形する。そして、エンジンが停止すれば、熱膨張は収まり、フランジ１１０は元の形に復元する。従来のボルトの場合、このようなフランジ１１０の表面１１３の変形と復元により、ボルトの首下に応力が集中し、ボルトの折損等重大な不具合に至る場合があった。 Figure 4 is a diagram illustrating the oscillation of the head 20 of the bolt 10 when thermal strain occurs in the flange 110. As shown in Figure 4, when the engine is running, the cylinder head 130, gasket 120, and flange 110 all become very hot, causing thermal expansion and thermal strain, for example bending the flange 110 and deforming the surface 113 of the flange 110 compared to its state when cooled. When the engine is stopped, the thermal expansion subsides and the flange 110 returns to its original shape. In the case of conventional bolts, such deformation and restoration of the surface 113 of the flange 110 causes stress to concentrate under the neck of the bolt, which can lead to serious problems such as bolt breakage.

なお、フランジ１１０の表面１１３が変形する態様としては様々な場合があり、そもそもフランジ１１０やガスケット１２０の加工精度が悪く、冷却時においてフランジ１１０がしなっていて、熱膨張によってそのしなりが元に戻る、ということもある。いずれにせよ、エンジン周りに配置されるフランジ１１０やガスケット１２０は、冷却時における状態と加熱時における状態でその形状が変化し、フランジ１１０の表面１１３が変形（復元）するため、ボルト１０の座面２２ａを直接フランジ１１０に接触させずにカラーを用いていた。 The surface 113 of the flange 110 can deform in various ways. For example, the machining precision of the flange 110 or gasket 120 may be poor, causing the flange 110 to bend when cooled, and the flange 110 may return to its original shape due to thermal expansion. In any case, the flange 110 and gasket 120 arranged around the engine change shape depending on whether they are cooled or heated, and the surface 113 of the flange 110 deforms (restores), so a collar was used to prevent the bearing surface 22a of the bolt 10 from directly contacting the flange 110.

しかしながら、本実施形態に係るボルト１０は、頭部２０が軸部３０に対して自在継手７０により接合されることで、揺動可能な首振り機構を有する結果、ボルト１０の座面２２ａによる押付け力を保ったまま、フランジ１１０の表面１１３に追従して頭部２０を動かすことができる。また、その際、隙間Ｌにより、突起４１や突起４２と連通孔１１１の内壁１１２とが干渉することはない。つまり、図４に示すように頭部２０が揺動する際、突起４１の根本部分や、突起４２の先端部分については、軸部３０における円柱部３２の延長線上からはみ出ることになる。そのため、仮に隙間Ｌが無く、突起４１や突起４２と内壁１１２が近接していると、干渉が起こってしまう。隙間Ｌは、このような干渉を避けるために設けられたものである。 However, in the bolt 10 according to this embodiment, the head 20 is joined to the shaft 30 by a universal joint 70, and as a result, the head 20 has a swinging mechanism, and can move in accordance with the surface 113 of the flange 110 while maintaining the pressing force of the seat 22a of the bolt 10. In addition, at that time, the gap L prevents the protrusions 41 and 42 from interfering with the inner wall 112 of the communication hole 111. In other words, when the head 20 swings as shown in FIG. 4, the base of the protrusion 41 and the tip of the protrusion 42 protrude from the extension line of the cylindrical portion 32 of the shaft 30. Therefore, if there was no gap L and the protrusions 41 and 42 were close to the inner wall 112, interference would occur. The gap L is provided to avoid such interference.

以上のように、ボルト１０の座面２２ａを直接フランジ１１０に接触させた場合に、エンジンの熱により上述したようなフランジ１１０の表面１１３の変形が起こったとしても、当該変形を自在継手７０が吸収するため、ボルト１０の首下に応力が集中するということはない。よって、本実施形態に係るボルト１０によれば、カラー等を用いてボルト１０を大きく突出させることなく、被締付体である排気マニホールド１００の熱ひずみによる影響を回避し、ボルト１０における頭部２０の折損等を防止することができる。 As described above, when the bearing surface 22a of the bolt 10 is in direct contact with the flange 110, even if the heat of the engine causes deformation of the surface 113 of the flange 110 as described above, the universal joint 70 absorbs the deformation, so stress does not concentrate under the neck of the bolt 10. Therefore, with the bolt 10 according to this embodiment, it is possible to avoid the effects of thermal strain on the exhaust manifold 100, which is the object to be fastened, and prevent breakage of the head 20 of the bolt 10, without having to protrude the bolt 10 significantly using a collar or the like.

〈第２の実施形態〉
続いて、本発明の第２の実施形態に係るボルト２００について説明する。本実施形態に係るボルト２００は、実施形態１と異なり、第２ヨーク部２４０の外径Ｗが軸部３０の外径Ｂより小さい点が特徴である。なお、実施形態１にてすでに説明した事項については適宜説明を省略する。 Second Embodiment
Next, a bolt 200 according to a second embodiment of the present invention will be described. The bolt 200 according to this embodiment is characterized in that the outer diameter W of the second yoke portion 240 is smaller than the outer diameter B of the shaft portion 30, unlike the bolt 200 according to the first embodiment. Note that the description of the matters already described in the first embodiment will be omitted as appropriate.

図５は、本実施形態に係るボルト２００の分解斜視図である。図５に示すように、第２ヨーク部２４０は、第１の実施形態と同様、頭部２０の座面２２ａから突出した２つの突起２４１、２４２からなる。突起２４１の外面２４１ａから突起２４２の外面２４２ａまでの外径Ｗは、第１の実施形態と異なり、軸部３０の外径Ｂより小さく設定されている。 Figure 5 is an exploded perspective view of the bolt 200 according to this embodiment. As shown in Figure 5, the second yoke portion 240, like the first embodiment, consists of two projections 241, 242 projecting from the seat surface 22a of the head 20. Unlike the first embodiment, the outer diameter W from the outer surface 241a of the projection 241 to the outer surface 242a of the projection 242 is set smaller than the outer diameter B of the shaft portion 30.

第１ヨーク部２６０は、第１の実施形態と同様、軸部３０における円柱部３２の上面３２ａから突出した２つの突起２６１、２６２からなる。突起２６１の外面２６１ａから突起２６２の外面２６２ａまでの幅は、突起２４１の外面２４１ａから突起２４２の外面２４２ａまでの外径Ｗに合わせてある。これらの突起２４１、２４２と突起２６１、２６２に設けられたそれぞれのピン孔に対し、クロスピン２５０のピン２５１～２５４を挿入することで、自在継手７５として機能する。なお、クロスピン２５０のピン２５１～２５４の長さは、上述した各幅に合わせるべく、第１の実施形態に比較してそれぞれ短く設定されている。 The first yoke portion 260, like the first embodiment, consists of two protrusions 261, 262 protruding from the upper surface 32a of the cylindrical portion 32 of the shaft portion 30. The width from the outer surface 261a of the protrusion 261 to the outer surface 262a of the protrusion 262 is set to match the outer diameter W from the outer surface 241a of the protrusion 241 to the outer surface 242a of the protrusion 242. By inserting the pins 251 to 254 of the cross pin 250 into the pin holes provided in these protrusions 241, 242 and protrusions 261, 262, respectively, it functions as a universal joint 75. The lengths of the pins 251 to 254 of the cross pin 250 are set shorter than those of the first embodiment in order to match the above-mentioned widths.

図６は、ボルト２００を用いた場合の図２における線III－IIIに沿った断面図である。図６に示すように、シリンダヘッド１３０には、ボルト２００の軸部３０におけるねじ部３１をねじ込むねじ穴１３２が設けられている。また、フランジ１１０とガスケット１２０には、ねじ穴１３２に対応する連通孔１１５、１２５が設けられている。ここで、連通孔１１５、１２５の内径Ｒ１は、ねじ穴１３２の内径Ｒ２と同じに設定されている。しかし、上述したように、突起２４１の外面２４１ａから突起２４２の外面２４２ａまでの外径Ｗが、軸部３０の外径Ｂより小さく設定されているため、当然、第２ヨーク部２４０と連通孔１１５の内壁１１６には隙間Ｌが設けられることになる。 Figure 6 is a cross-sectional view taken along line III-III in Figure 2 when the bolt 200 is used. As shown in Figure 6, the cylinder head 130 is provided with a screw hole 132 into which the screw portion 31 of the shaft portion 30 of the bolt 200 is screwed. The flange 110 and the gasket 120 are provided with communication holes 115 and 125 corresponding to the screw hole 132. Here, the inner diameter R1 of the communication holes 115 and 125 is set to be the same as the inner diameter R2 of the screw hole 132. However, as described above, since the outer diameter W from the outer surface 241a of the protrusion 241 to the outer surface 242a of the protrusion 242 is set to be smaller than the outer diameter B of the shaft portion 30, a gap L is naturally provided between the second yoke portion 240 and the inner wall 116 of the communication hole 115.

図７は、フランジ１１０に熱ひずみが発生した場合におけるボルト２００の頭部２０の揺動を説明する図である。図７に示すように、本実施形態に係るボルト２００は、第１の実施形態と同様、頭部２０が軸部３０に対して自在継手７０により接合されることで、揺動可能な首振り機構を有する結果、ボルト２００の座面２２ａによる押付け力を保ったまま、フランジ１１０の表面１１３に追従して頭部２０を動かすことができる。 Figure 7 is a diagram illustrating the swing of the head 20 of the bolt 200 when thermal strain occurs in the flange 110. As shown in Figure 7, the bolt 200 according to this embodiment, like the first embodiment, has a swingable swivel mechanism in which the head 20 is joined to the shaft 30 by a universal joint 70, and as a result, the head 20 can be moved to follow the surface 113 of the flange 110 while maintaining the pressing force of the seat 22a of the bolt 200.

また、その際、隙間Ｌにより、突起２４１や突起２４２と連通孔１１５の内壁１１６とが干渉することはない。つまり、突起２４１の根本部分や、突起２４２の先端部分については、もともと軸部３０における円柱部３２の延長線上より内側にあるため、頭部２０が揺動しても延長線上からはみ出ることはない。 In addition, at this time, the gap L prevents the protrusions 241 and 242 from interfering with the inner wall 116 of the communication hole 115. In other words, the base of the protrusion 241 and the tip of the protrusion 242 are originally inside the extension line of the cylindrical portion 32 of the shaft portion 30, so they do not protrude from the extension line even if the head 20 swings.

以上のように、相手材であるシリンダヘッド１３０に対し被締付体である排気マニホールド１００をボルト２００によって締め付ける場合、シリンダヘッド１３０にはボルト２００の軸部３０をねじ込むねじ穴１３２が、排気マニホールド１００のフランジ１１０やガスケット１２０には軸部３０が挿通されてねじ穴１３２へと通じる連通孔１１５、１２５が、それぞれ設けられている。そして、連通孔１１５、１２５とねじ穴１３２の径がそれぞれ同じ大きさであっても、第２ヨーク部２４０の外径Ｗが軸部３０の外径Ｂに収まっているため、第２ヨーク部２４０と連通孔１１５の内壁１１６との干渉を避けることができる。 As described above, when the exhaust manifold 100, which is the object to be fastened, is fastened to the cylinder head 130, which is the mating member, by the bolt 200, the cylinder head 130 has a threaded hole 132 into which the shaft portion 30 of the bolt 200 is screwed, and the flange 110 and the gasket 120 of the exhaust manifold 100 have communication holes 115, 125 through which the shaft portion 30 is inserted and which lead to the threaded hole 132. Even if the diameters of the communication holes 115, 125 and the threaded hole 132 are the same, the outer diameter W of the second yoke portion 240 fits within the outer diameter B of the shaft portion 30, so interference between the second yoke portion 240 and the inner wall 116 of the communication hole 115 can be avoided.

本発明のボルト１０、２００は、本実施の形態で説明した外観、構成、構造等に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。また、ボルト１０、２００による被締付体やその相手材として、シリンダヘッド１３０、排気マニホールド１００、ガスケット１２０を例に説明したが、これらに限定されるものではない。例えば、熱ひずみ以前に、そもそも被締付体の加工精度が悪く、ボルト１０、２００の座面２２ａが当接する被締付体の表面において、ねじ穴に対する直角が出ていない場合であっても、頭部２０の揺動によりバラつきを吸収できるため、このような被締付体であっても締め付けを可能とする。 The bolts 10 and 200 of the present invention are not limited to the appearance, configuration, structure, etc. described in this embodiment, and various modifications, additions, and deletions are possible within the scope of the present invention. In addition, although the cylinder head 130, exhaust manifold 100, and gasket 120 have been described as examples of objects to be fastened by the bolts 10 and 200 and their mating materials, they are not limited to these. For example, even if the machining precision of the object to be fastened is poor before thermal strain occurs and the surface of the object to be fastened that abuts against the seating surface 22a of the bolts 10 and 200 is not at a right angle to the screw hole, the head 20 can absorb the variations by swinging, so that even such objects to be fastened can be fastened.

また、上述した各実施形態では、ボルトの頭部と軸部を自在継手により接合したが、揺動可能な首振り機構が実現できればよく、例えばボールジョイントにより接合してもよい。具体的には、図８に示すように、軸部３０における円柱部３２の上面３２ａに球部３１０（軸部側連結部）を設けるとともに、頭部２０の座面２２ａには、球受け３２０（頭部側連結部）を設けることで、軸部３０に対して頭部２０が揺動するボルト３００とすることもできる。 In addition, in each of the above-described embodiments, the head and shank of the bolt are joined by a universal joint, but as long as a swingable swivel mechanism can be realized, they may be joined by, for example, a ball joint. Specifically, as shown in FIG. 8, a ball portion 310 (shank-side connecting portion) may be provided on the upper surface 32a of the cylindrical portion 32 of the shank 30, and a ball receiver 320 (head-side connecting portion) may be provided on the seat surface 22a of the head 20, thereby making it possible to create a bolt 300 in which the head 20 swings relative to the shank 30.

さらに、頭部２０から球部３１０にかけて六角穴３３０が設けられており、図９に示すようなソケット４００を用いて頭部２０と軸部３０の両方にトルクをかけることができる。つまり、ソケット４００は、頭部２０の六角部２１に対応する六面４１０を有し、六角穴３３０に対応する六角棒４２０を有する。ソケット４００を別途用意されたハンドルに取り付けてボルト３００を回すツールとして利用することができる。 Furthermore, a hexagonal hole 330 is provided from the head 20 to the ball portion 310, and a torque can be applied to both the head 20 and the shaft portion 30 using a socket 400 as shown in FIG. 9. In other words, the socket 400 has six faces 410 corresponding to the hexagonal portion 21 of the head 20, and a hexagonal bar 420 corresponding to the hexagonal hole 330. The socket 400 can be attached to a separately prepared handle and used as a tool to turn the bolt 300.

また、クロスピンの形状として十字状のものを例に挙げたが、十字形に突出する４本のピンを備えたものであればよく、例えば立方体や球からなるコマ部から４本のピンが突出したものをクロスピンとしてもよい。また、より滑らかに頭部２０を揺動させるべく、第１ヨーク部６０や第２ヨーク部４０におけるピン孔にベアリングを組み込むこともできる。 Although a cross-shaped cross pin has been given as an example, any pin with four pins protruding in a cross shape may be used, and for example, a cross pin may have four pins protruding from a cubic or spherical frame. Also, bearings can be incorporated into the pin holes in the first yoke portion 60 and the second yoke portion 40 to allow the head portion 20 to swing more smoothly.

また、頭部２０における大径部２５は、六角部２１と座部２２からなるものとして説明したが、六角部２１のみとしてもよい。その場合、六角部２１の外径を軸部３０の外径Ｂより大きくし、六角部２１における軸部３０側の面を座面とし、その座面より第２ヨーク部４０、２４０が形成されるものとすればよい。 In addition, the large diameter portion 25 in the head 20 has been described as consisting of the hexagonal portion 21 and the seat portion 22, but it may be the hexagonal portion 21 alone. In that case, the outer diameter of the hexagonal portion 21 is made larger than the outer diameter B of the shaft portion 30, and the surface of the hexagonal portion 21 facing the shaft portion 30 is made to be a seat surface, and the second yoke portion 40, 240 is formed from the seat surface.

１０ボルト
２０頭部
２１六角部
２２座部
２２ａ座面
２５大径部
３０軸部
３１ねじ部
３２円柱部
３２ａ上面
３２ｂ外周面
４０第２ヨーク部
４１突起
４１ａ外面
４２突起
４２ａ外面
５０クロスピン
６０第１ヨーク部
６１突起
６１ａ外面
６２突起
６２ａ外面
７０自在継手
１００排気マニホールド
１１０フランジ
１１１連通孔
１１２内壁
１１３表面
１２０ガスケット
１３０シリンダヘッド 10 Bolt 20 Head 21 Hexagonal portion 22 Seat portion 22a Seat surface 25 Large diameter portion 30 Shaft portion 31 Threaded portion 32 Cylindrical portion 32a Upper surface 32b Outer circumferential surface 40 Second yoke portion 41 Protrusion 41a Outer surface 42 Protrusion 42a Outer surface 50 Cross pin 60 First yoke portion 61 Protrusion 61a Outer surface 62 Protrusion 62a Outer surface 70 Universal joint 100 Exhaust manifold 110 Flange 111 Communication hole 112 Inner wall 113 Surface 120 Gasket 130 Cylinder head

Claims

A bolt having a cylindrical shaft portion and a head portion provided at one end of the shaft portion,
The shaft portion has a shaft portion-side connecting portion connected to the head portion at one end side and a threaded portion at the other end side,
The head portion has a large diameter portion at one end thereof, the large diameter portion having an outer diameter larger than an outer diameter of the shaft portion, and a head-side connecting portion at the other end thereof, the head portion being connected to the shaft portion,
The shaft portion side connecting portion and the head portion side connecting portion are connected as a swing mechanism so that the head portion can swing relative to the shaft portion,
The outer diameter of the head side connecting portion is set smaller than the outer diameter of the shaft portion.
bolt.

2. The bolt of claim 1 ,
The oscillating mechanism is a universal joint.
bolt.

A bolt tightening structure in which a tightened body is tightened to a mating member by using a bolt ,
The bolt has a cylindrical shaft portion and a head portion provided at one end of the shaft portion,
The shaft portion has a shaft portion-side connecting portion connected to the head portion at one end side and a threaded portion at the other end side,
The head portion has a large diameter portion at one end thereof, the large diameter portion having an outer diameter larger than an outer diameter of the shaft portion, and a head-side connecting portion at the other end thereof, the head portion being connected to the shaft portion,
The shaft portion side connecting portion and the head portion side connecting portion are connected as a swing mechanism so that the head portion can swing relative to the shaft portion,
The mating member is provided with a screw hole into which the screw portion of the shaft portion is screwed,
The fastening body is provided with a communication hole through which the shaft portion is inserted and which leads to the screw hole,
In a state in which the shank of the bolt is inserted into the communicating hole, the threaded portion is screwed into the threaded hole, and the fastened body is fastened to the mating member by using the bolt,
The inner diameter of the communication hole at the head side connecting portion is set to be larger than the outer diameter of the head side connecting portion and smaller than the outer diameter of the large diameter portion.
Bolt tightening structure.

The bolt tightening structure according to claim 3,
The outer diameter of the head side connecting portion is set smaller than the outer diameter of the shaft portion.
Bolt tightening structure.