JP4702806B2

JP4702806B2 - スタッドボルト取り付け構造

Info

Publication number: JP4702806B2
Application number: JP2007183839A
Authority: JP
Inventors: 川恒春立
Original assignee: UD Trucks Corp
Current assignee: UD Trucks Corp
Priority date: 2007-07-13
Filing date: 2007-07-13
Publication date: 2011-06-15
Anticipated expiration: 2027-07-13
Also published as: JP2009019720A

Description

本発明は、エンジンに装着される各種機器（例えば排気マニホールド）を取り付けるスタッドボルトの緩みを防止する技術に関する。

図１０は、エンジンのシリンダヘッド２に排気マニホールド１２が取り付けられた従来の状態を示している。
排気マニホールド１２の排気部１３に、フランジ１４が設けられている。そのフランジ１４の両端部に設けられた貫通孔１２ａ（図１１参照）をスタッドボルト４Ａが貫通している。
フランジ１４は、シリンダヘッド２の外壁に形成された平坦な座２ａに締結することにより、固定されている。

図１１を参照して、スタッドボルト４Ａは、シリンダヘッド２の外壁に形成された雌ネジ部２ｃに螺合されている。
フランジ１４の貫通孔１２ａは、スタッドボルト４Ａが余裕をもって貫通するような径で形成されている。
貫通孔１２ａにスタッドボルト４Ａを貫通せしめ、スタッドボルト４Ａにダブルナット３を螺合することによって、フランジ１４をシリンダヘッド２に固定している。

ダブルナット３のフランジ１４側のナット３ａが、フランジ１４をシリンダヘッド２に固定している。ダブルナット３のフランジ１４から離隔した側のナット３ｂが、ナット３ａの緩みを防止する機能を有している。

上述したスタッドボルト４Ａとダブルナット３には、次のような問題が存在する。
第１に、エンジン振動あるいは車両走行に伴う振動が、ダブルナット３を緩めてしまう。ダブルナット３が緩むと、フランジ１４をシリンダヘッド２へ固定する力が低減し、その結果、シリンダヘッド２から排気ガスが漏出する恐れがある。
その様なダブルナット３の緩みを防止するために、回り止め用の接着剤（例えば「ロックタイト」（登録商標）なる名称の接着剤）を使用することがある。しかし、回り止め用の接着剤を使用した場合には、例えば排気マニホールド１２の固定に使用されている場合には、振動及び／又は熱が繰り返し作用するため、接着剤の機能が発揮されないことがある。

そのため、振動や熱の繰り返しによるダブルナット３の緩み、あるいはスタッドボルトの抜けを防止する有効な技術が要請されているが、その様な要請に十分に応えることが出来る技術は、未だに提案されていない。
ねじの緩み止めに関する従来技術としては、例えば、ロックワッシャの形状を工夫して、ねじの緩みを防止する技術が提案されている（例えば、特許文献１）。
しかし、係る従来技術（特許文献１）は、ロックワッシャの使用を前提としており、ロックワッシャを使用しない部位（例えば、エンジンのシリンダヘッド２に排気マニホールド１２が取り付けられた部分）における上述した問題を解決することは出来ない。
特表２００７−５０４４０９号公報

本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、エンジンに装着される装置の取り付け緩みを防止する技術を提供することを目的としている。

本発明のスタッドボルト取り付け構造は、エンジンのシリンダヘッド（２）に排気マニホールド（１２）のフランジ（１４）を取付けるために、そのフランジ（１４）の貫通孔（１２ａ）を貫通するスタッドボルト（４）の雄ねじ部（４ａ）がシリンダヘッド（２）の雌ねじ部（２ｃ）に螺合しており、そしてダブルナット（３）で前記フランジ（１４）をシリンダヘッド（２）に固定するスタッドボルト取り付け構造において、前記スタッドボルト（４）の雄ねじ部（４ａ）の上部に雄ねじ部（４ａ）と同心のトルクス部（５）が形成され、そのトルクス部（５）は半径方向外方に向いて複数の突起（５ａ）が円周方向に等間隔に配置され、それらの突起（５ａ）の頂部（５ｂ）を結ぶ円の直径が雄ねじ部（４ａ）の外径より小さく形成され、複数のスタッドボルト（４）のトルクス部（５）と係合する貫通孔（８）を有するロックプレート（６）がロックボルト固定ボルト（２０）でシリンダヘッド（２）に取付けられ、そのロックプレート（６）の貫通孔（８）は半径方向内方へ突出した複数の突出部（８ａ）が円周方向に等間隔に配置され、そのロックプレート（６）の貫通孔（８）の突出部（８ａ）の数はトルクス部（５）の突起（５ａ）の数よりも多く、前記トルクス部（５）と前記ロックプレート（６）の貫通孔（８）とはトルクス部（５）の突起（５ａ）がロックプレート（６）の貫通孔（８）の突出部（８ａ）とが噛み込んで塑性変形して結合されている

また、本発明のスタッドボルト取り付け構造は、前記トルクス部（５）の突起（５ａ）は６個形成され、トルクス部（５）の貫通孔（８）の突出部（８ａ）は円周方向に８個形成されていることが好ましい。

さらに、本発明のスタッドボルト取り付け構造は、前記ロックプレート（６）には固定ボルト（２０）の軸部（２０ａ）が貫通する固定ボルト（２０）用の貫通孔（７）が形成されており、ロックプレート（６）と前記シリンダヘッド（２）との対向位置を調整可能とするために、固定ボルト（２０）用の貫通孔（７）に長孔が形成されていることが好ましい。

上述した構成を具備する本発明のスタッドボルト取り付け構造及びスタッドボルト取り付け方法によれば、複数のスタッドボルト（４）のトルクス部（５）が単一のロックプレート（６）に係合して固定されている。
そして、個々のスタッドボルト（４）が緩み方向へ回転しようとしても、複数のスタッドボルト（４）が固定されているロックプレート（６）をスタッドボルト（４）の緩み方向へ回転することは不可能なので、スタッドホルト（４）が緩んでしまうことはない。

また本発明によれば、前記ロックプレート（６）は、複数のスタッドボルト（４）のトルクス部（５）がロックプレート（６）の貫通孔（８）と係合した場合に、対象部材（１２）とは干渉しない形状に形成されているので、ロック部材を用いて対象部材（１２）にその他の部材を締結する作業については、作業性を損なうこと無く、従来と同様に行うことが出来る。

本発明において、トルクス部（５）用の貫通孔（８）における半径方向内方へ突出した突出部（８ａ）の数を、トルクス部（５）の断面形状における半径方向外方へ突出する突起（５ａ）の数よりも多くすれば（請求項２）、トルクス部（５）の断面形状における半径方向外方へ突出する突起（５ａ）が、トルクス部（５）用の貫通孔（８）における半径方向内方へ突出した突出部（８ａ）へ確実に噛み込み（請求項４）、スタッドボルト（４）がロックプレート（６）へ確実に係合して、固定されるのである。

以下、添付図面における図１〜図９を参照して、本発明の実施形態について説明する。
図１及び図２は、エンジンのシリンダヘッド２に排気マニホールド１２が取り付けられた状態を示している。
図１において、排気マニホールド１２の排気部１３は、シリンダヘッド２の図示しない排気口に連通している。ここで、符号１３は包括的な表示である。図１において、左端部の排気部は符号１３ａで示されており、中央の排気部は符号１３ｂで示されており、右端の排気部は符号１３ｃで示されている。

排気部１３ａ〜１３ｃの各々には、全体が概略菱形をしているフランジ１４が設けられている。
フランジ１４の両端部に設けられた貫通孔１２ａ（図３参照）を、スタッドボルト４が貫通している。
フランジ１４は、シリンダヘッド２の外壁に形成された平坦な座２ａに、スタッドボルト４によって、締結して固定されている。

スタッドボルト４の上部に、ロックプレート６が係合している。スタッドボルト４とロックプレート６との係合は、図５において符号６ａ、６ｂ、６ｃで示す３箇所の部位で行われる。

図１における符号１５は、従来のカバーを示している。
図示はされていないが、本来であれば、図示の実施形態においてカバー１５は使用されない。本来、図１でカバー１５が示されている箇所には、カバー１５ではなく、ロックプレート６が、カバー１６（図７、８参照）を介してシリンダヘッド２に取り付けられる（係る状態は図示せず）。その際に、ロックプレート６は、図１における左側に配置されている状態から、裏返された態様（図示せず）で、配置される。ロックプレート６を裏返しにするのは、ロックプレート６のカバー１６との係合と、排気部１３ｃの両側のスタッドボルト４との係合と、排気部１３ｂの右側のスタッドボルト４への係合とを、可能ならしめるためである。

図１の部分拡大を示す図２において、座２ａにカバー１６が固定されている。図２において、カバー１６は、一部のみが示されている。そして、ロックプレート６は、一部を破断した状態で示されている。
カバー１６の上部にロックプレート６が載置されている。ロックプレート６とカバー１６とは、ロックプレート固定ボルト２０によって固定されている。図２において、ロックプレート６は、部位６ｂにおける第２の貫通孔８でスタットボルト４と結合しており、部位６ｃの第３の貫通孔８でスタットボルト４と結合している。

図３を参照して、スタッドボルト４は、シリンダヘッド２に形成された雌ネジ部２ｃに螺合して、締結されている。
フランジ１４の貫通孔１２ａは、スタッドボルト４が余裕をもって貫通できる様に、スタッドボルト４の外径よりも若干大きな内径を有する様に形成されている。
貫通孔１２ａを貫通したスタッドボルト４は、ダブルナット３によって、フランジ１４を、シリンダヘッド２に固定している。

従来技術と同様に、ダブルナット３のフランジ１４側のナット３ａが、フランジ１４をシリンダヘッド２に固定している。ダブルナット３の反フランジ１４側のナット３ｂが、ナット３ａの緩みを防止している。

図３において、スタッドボルト４における雄ねじ部４ａの下端部は、シリンダヘッド２に形成された雌ネジ部２ｃに螺合している。
そして、上記ダブルナット３は、雄ねじ部４ａ上端部側に螺合されている。
雄ねじ部４ａにおいて、ダブルナット３が螺合している箇所の上部に、トルクス部５が形成されている。

図４を参照すると、トルクス部５は、雄ねじ部４ａと同心に形成されている。
トルクス部５は、半径方向外方に向けて、図示の例では６個の突起５ａが突出している。６個の突起５ａは、円周方向へ等間隔に配置されている。そして図４で示す様に、トルクス部５における突起５ａの頂部５ｂを結ぶ円の直径（図示を省略）が、雄ねじ部４ａの外径よりも小さくなる様に形成されている。

図５及び図６は、ロックプレート６を詳細に示している。
図５において、ロックプレート６は鋼板から構成され、３個の貫通孔８と、１個の長孔７を穿孔している。３個の貫通孔８は、スタッドボルト４のトルクス部５と係合する位置に形成されている。
また図５において、ロックプレート６の円弧状線６ｆは、ロックプレート６が、排気マニホールド１２の排気部１３（図１）と干渉しない様に設けられている。

図１をも参照すると、図１の左端のトルクス部５が、図５における部位６ａに形成された第1の貫通孔８に対応している。図１において、左から２番目のスタッドボルトにおけるトルクス部５が、図５における部位６ｂに形成された第２の貫通孔８に対応している。図１の左から３番目のスタッドボルトにおけるトルクス部５が、図５における部位６ｃの第３の貫通孔８に対応している。

図６は、図５における部位６ａに形成された第1の貫通孔８の拡大図である。
貫通孔８は、図６においては８個の突起８ａが、半径方向内方に向けて突出している。８個の突起８ａは、円周方向へ等間隔に配置されている。突起８ａの数（図６の例では８個）は、トルクス部５の突起５ａの数（図４の例では６個）よりも多数となる様に形成されている。
貫通孔８の突起８ａにおける底部８ｂを結ぶ円（図示は省略）の直径は、トルクス部５の外径とほぼ等しい。ロックプレート６のその他の貫通孔８、８の形状も、図６を参照して説明したのと同じである。

図５において、長孔７は、貫通孔８の上方に穿孔されており、後述するロックプレート固定ボルト２０に対応した位置に設けられている。
図１及び図２において、ロックプレート固定ボルト２０は通常のボルトから構成されており、雄ねじが形成された軸部と、当該軸部の端部に設けられた６角形の頭部とを有している。

図７及び図８は、ロックプレート６を下方から支持するための、カバー１６を示している。
カバー１６は、菱形状の平鋼板１８と、平鋼板１８に垂直に固定された柱状体１７とにより構成されている。平鋼板１６の両端部に、ボルト孔１８ａ、１８ａが穿孔されている。
柱状体１の軸心に、雌ネジ部１７ａが設けられている。雌ネジ部１７ａは、ロックプレート６の長孔７（図８では２点鎖線で示す）と対応する位置に設けられている。この長孔７を貫通したロックプレート固定ボルト２０によって、ロックプレート６が（カバー１６を介して）、シリンダヘッド２の座面２ａに固定される。

図９は、スタッドボルト４のトルクス部５と、ロックプレート６の貫通孔８との係合を示している。
図９中、楕円で囲んで示す部分Ｚにおいて、トルクス部５の突起５ａが、ロックプレート６の貫通孔８の突起８ａと干渉して、或いは食い込んで係合している。係る干渉或いは食い込みによる係合の結果、トルクス部５の突起５ａと貫通孔８の突起８ａとが塑性変形を生じて、両者が結合される。

次に、図示の実施形態において、エンジンのシリンダヘッド２に排気マニホールド１２を取り付ける方法を説明する。
（１）先ず、スタッドボルト４を螺合する工程を実施する。係る工程では、対象部材（シリンダヘッド２）の所定個所（ねじ孔２ｃ、図３）に、スタッドボルト４を配置する。具体的には。シリンダヘッド２における所定の雌ネジ部２ｃ（図３）に、スタッドボルト４を螺合して締結する。
（２）次に、トルクス部５を係合する工程を行う。この工程では、複数のスタッドボルト４のトルクス部５を、ロックプレート６の貫通孔８に係合させる。
そして、トルクス部５の突起５ａと、貫通孔の突起８ａとを強制的に干渉させて、或いは強制的にかみ合わせて、両者を塑性変形によって結合させる。
（３）そして、固定用ボルト２０を対象部材であるシリンダヘッド２に螺合して締結する。すなわち、固定用ボルト２０の軸部２０ａを、ロックプレート６の貫通孔７に挿入して、シリンダヘッド２に螺合して締結する。

上記によって、スタッドボルト４の単体では、ナット３あるいはスタッドボルト４が回って、緩みが生じることがあっても、複数のトルクス部５がロックプレート６を介して一体となり、回ることがなく、緩みが生じない。

図示の実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述でないことを付記する。

本発明の実施形態を示す全体斜視図。図１の部分拡大図。トルクス部を有するスタッドボルトと、その取り付け状態を示す断面図。図３の上面図。ロックプレートの平面図。図５の部分拡大図。カバーの平面図。図７の側断面図。トルクス部とロックプレートの噛み込み係合を示す図。従来の実施形態を示す全体斜視図。図１０におけるスタッドボルトの取付けを示す断面図。

符号の説明

Ｂｓ・・・・・スタッドボルトを螺合する工程
Ｆｔ・・・・・トルクス部係合工程
Ｓｂ・・・・・固定ボルトの螺合工程
２・・・・・・シリンンダヘッド
２ｃ・・・・・雌ネジ部
３・・・・・・ダブルナット
４・・・・・・スタッドボルト
５・・・・・・トルクス部
６・・・・・・ロックプレート
８・・・・・・貫通孔
９・・・・・・固定ボルト
１２・・・・・対象部材、排気マニホールド
１２ａ・・・・貫通孔
１３・・・・・排気部
１４・・・・・フランジ部
１６・・・・・カバー

Claims

エンジンのシリンダヘッド（２）に排気マニホールド（１２）のフランジ（１４）を取付けるために、そのフランジ（１４）の貫通孔（１２ａ）を貫通するスタッドボルト（４）の雄ねじ部（４ａ）がシリンダヘッド（２）の雌ねじ部（２ｃ）に螺合しており、そしてダブルナット（３）で前記フランジ（１４）をシリンダヘッド（２）に固定するスタッドボルト取り付け構造において、前記スタッドボルト（４）の雄ねじ部（４ａ）の上部に雄ねじ部（４ａ）と同心のトルクス部（５）が形成され、そのトルクス部（５）は半径方向外方に向いて複数の突起（５ａ）が円周方向に等間隔に配置され、それらの突起（５ａ）の頂部（５ｂ）を結ぶ円の直径が雄ねじ部（４ａ）の外径より小さく形成され、複数のスタッドボルト（４）のトルクス部（５）と係合する貫通孔（８）を有するロックプレート（６）がロックボルト固定ボルト（２０）でシリンダヘッド（２）に取付けられ、そのロックプレート（６）の貫通孔（８）は半径方向内方へ突出した複数の突出部（８ａ）が円周方向に等間隔に配置され、そのロックプレート（６）の貫通孔（８）の突出部（８ａ）の数はトルクス部（５）の突起（５ａ）の数よりも多く、前記トルクス部（５）と前記ロックプレート（６）の貫通孔（８）とはトルクス部（５）の突起（５ａ）がロックプレート（６）の貫通孔（８）の突出部（８ａ）とが噛み込んで塑性変形して結合されていることを特徴とするスタッドボルト取り付け構造。
前記トルクス部（５）の突起（５ａ）は６個形成され、トルクス部（５）の貫通孔（８）の突出部（８ａ）は円周方向に８個形成されている請求項１記載のスタッドボルト取り付け構造。
前記ロックプレート（６）には固定ボルト（２０）の軸部（２０ａ）が貫通する固定ボルト（２０）用の貫通孔（７）が形成されており、ロックプレート（６）と前記シリンダヘッド（２）との対向位置を調整可能とするために、固定ボルト（２０）用の貫通孔（７）に長孔が形成されている請求項１記載のスタッドボルト取り付け構造。