JP6411102B2 - 締結位置決め構造 - Google Patents

Description

本発明は、熱による膨張及び収縮の程度が異なる複数の部品を締結する際の締結位置決め構造に関する。

車両用のエンジンに設けられているエキゾーストマニホールド（以下、エキマニと略称する。）は、エンジンの運転に伴い、その内部を数百℃になる高温の燃焼排ガスが流通する。特に、エンジンが高回転の場合は、排ガスが毎分数千サイクルの脈動する圧力で通過するため、熱や騒音がエンジンルーム内に、さらには車両の外部にまで放散され伝達される。

このようなエキマニからの熱の放散により、エンジンルーム内の各種ハーネス類及びダクト類等に熱害がもたらされる場合がある。従って、従来からエキマニ等の熱源や騒音源から熱及び騒音が外部に放散されるという事態を抑制するために、熱源及び騒音源に対する防護装置、特に熱防護装置として種々のヒートインシュレータ（以下、インシュレータと略称する。）が設けられている。

エキマニにインシュレータを設ける際には、エキマニ本体とインシュレータとを互いに締結する必要がある。インシュレータは、鋼板と断熱材とが積層されて構成される等、エキマニ本体の材料とは異なる。このため、エキマニ本体とインシュレータとの温度差と、互いの熱膨張率の相違による歪みが生じて、インシュレータにクラックが生じてしまう。

このクラックの発生の防止策として、エキマニとインシュレータとの締結部のボルト孔を平面視で長孔にし、熱膨張又は収縮方向に隙間を持たせることで回避することが考えられる。しかしながら、エキマニにインシュレータを組み付ける際に、長孔における長手方向の位置決めが難しく、該長手方向の位置決めを間違えた場合は、やはりクラックが生じてしまう。

このようなボルト等の締結部の位置決めのために、インシュレータかエキマニの締結部か、又はボルト自体に加工を施すことが考えられる。例えば、引用文献１では、複数のボルト孔のうち、位置決め用として径が小さいボルト孔を設けている。

実開昭５８−０７２５１３号公報

しかしながら、上記のように、位置決め用のボルト孔を設ける従来技術では、位置決め用のボルト孔を形成する工数が新たに生じる。また、エキマニ及びインシュレータのような熱の影響を請け、且つ振動が多い部品では変形が大きく、位置決め用のボルト孔を設ける部位が限られる場合がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、より正確な位置決めと組み付けとが可能で且つ熱変形をも吸収できる複数の部品の締結技術を提供することにある。

本願は、上記課題を解決すべく、締結部の下穴に簡潔な構造である絞り部を設けることにより、正確な位置決めと組み付けとが可能で、且つ熱変形をも吸収することができる締結位置決め構造を発明した。

具体的に、第１の発明は、締結部を有する第１の部品と、熱による伸縮方向に長径を有する長孔が形成され、該長孔をボルトにより第１の部品の締結部と締結される第２の部品とを備えた締結位置決め構造を対象とし、第２の部品の長孔は、ボルトの締結位置から長手方向に移動することを規制する絞り部を有し、長孔における絞り部から長手方向の締結位置側の孔径は、ボルトの軸径以上であり、第１の部品及び第２の部品は、金属からなり、長孔は、伸張方向と反対側の端部に締結位置となる孔部を有し、絞り部は、伸張方向と反対側の端部にボルトの軸を当接させた状態におけるボルトの軸径方向の締結位置よりも外側で、締結位置を部分的に囲むように長孔の両側部に設けられており、長孔における絞り部が対向する部分の体積は、非熱膨張時におけるボルトの移動を規制する一方、熱膨張時におけるボルトの移動を容易とするように設定されている。

このように、長孔における絞り部から長手方向の締結位置側の孔径がボルトの軸径以上であることにより、該ボルトが締結位置から長手方向に移動することを規制することができるので、組み付け時の正確な位置決めが可能となる。また、長孔における絞り部同士が対向する部分の長さが、熱変形を吸収することができるように設定されているため、ボルトが締結位置から長手方向に移動する際に、該ボルトの移動を絞り部が遮ることはない。また、第１の部品及び第２の部品は、金属延性を有するため、歪みが大きくても、該歪みを吸収することができる。また、締結部において、熱により一定の方向に延びるので、該一定の方向についての熱膨張を吸収することができる。

第２の発明は、上記第１の発明において、長孔の内壁と、締結位置に締結されたボルトとの隙間からは、第１の部品の一部を視認することができる。

これによれば、位置決め及び組み付け性を向上することができる。

第３の発明は、上記第１の発明において、第１の部品はエキゾーストマニホールドであり、第２の部品はヒートインシュレータである。

これによれば、高温で且つ振動が多い部品であっても、クラックを防ぐことができる。

第４の発明は、上記第１の発明において、第２の部品の表面及び裏面にそれぞれ配置され、長孔における締結位置の周囲を覆う環状のフローティング材をさらに備えているものである。

これによれば、第２の部品における長孔の周縁部をボルトにより締結する際に、第２の部品の表面及び裏面にそれぞれ配置され、締結位置の周囲を覆う環状のフローティング材（緩衝材）が、該締結位置の周囲において、ボルト、第１の部品及び第２の部品のそれぞれの間に介在する。すなわち、長孔の周縁部が環状のフローティング材を挟んでボルトで締結されるため、第２の部品に形成された長孔の周縁部の熱による膨張又は収縮時の擦動が容易となる。このため、長孔の周縁部に生じるクラックを抑制することができる。

第５の発明は、上記第４の発明において、フローティング材は、金属細線からなるサスメッシュである。

これによれば、所望の特性を有するフローティング材を得ることができる。

本発明によれば、より正確な位置決めと組み付けとが可能で、且つ熱変形をも吸収できる締結位置決め構造を実現することができる。

図１は本発明の第１の実施形態に係る締結位置決め構造を有する部品と締結される、他の部品の一例であるエキゾーストマニホールドを示す模式的な平面図である。 図２は本発明の第１の実施形態に係る締結位置決め構造を有する部品の一例であるヒートインシュレータを示す平面図である。 図３は本発明の第１の実施形態に係る締結位置決め構造により互いに締結されたエキゾーストマニホールドとヒートインシュレータとを示す平面図である。 図４は本発明の第１の実施形態に係る締結位置決め構造を示す平面図である。 図５は本発明の第２の実施形態に係る締結位置決め構造を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物又はその用途を制限することを意図しない。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について図１〜図４を参照しながら説明する。

図１は本実施形態に係る締結位置決め構造を有する部品と締結される、車両用エンジンのエキゾーストマニホールド（エキマニ１０）を示している。図２は本実施形態に係る締結位置決め構造を有する部品であるヒートインシュレータ（インシュレータ２０）を示している。

図２に示すインシュレータ２０には、本発明に係る締結位置決め構造を有する長円状のボルト孔（長孔）２１Ａ、２２Ａ及び２５Ａと、ほぼ真円状又は長円状の通常のボルト孔２３Ｃ、２４Ｃとが形成されている。ボルト孔２３Ｃ、２４Ｃは、インシュレータ２０の熱による伸縮時の基点となり、図２に示す基準線Ａ１上に位置する。

インシュレータ２０には、例えば、鉄板（鋼板）又はアルミニウム板を用いることができる。なお、インシュレータ２０は、単層構造でもよく、また、２層以上の積層構造でもよい。

図１に示すエキマニには、インシュレータ２０の各ボルト孔２１Ａ、２２Ａ、２３Ｃ、２４Ｃ及び２５Ａとそれぞれ対応する締結部２１Ｂ、２２Ｂ、２３Ｂ、２４Ｂ及び２５Ｂが設けられている。ここで、各締結部２１Ｂ〜２５Ｂは模式的に表されており、ボルトを締結するブラケット等は省略されている。図３には、エキマニ１０にインシュレータ２０を複数のボルトにより締結した状態を示している。エキマニ１０には、例えば、ステンレススティールを用いることができる。

なお、図２には、エキマニ１０の各締結部２１Ｂ、２２Ｂ及び２５Ｂの伸張方向を示す矢印Ａ２を付記している。ここでは、各矢印Ａ２は、一例として、基準線Ａ１に対してほぼ垂直で、該基準線Ａ１を挟んで、それぞれ離れる方向に向かう。

また、一変形例として、複数のボルト孔２１Ａ、２２Ａ及び２５Ａは、それぞれの長手方向の軸が同一平面に位置しないように設けられていてもよい。このようにすれば、各ボルト孔２１Ａ、２２Ａ及び２５Ａは、各締結部２１Ｂ、２２Ｂ及び２５Ｂにおける熱による歪みに応じて該歪みを吸収することができる。また、各ボルト孔２１Ａ、２２Ａ及び２５Ａの長手方向を熱による歪み方向に合わせることにより、締結部２１Ｂ、２２Ｂ及び２５Ｂに生じる歪みを相殺することができる。

また、一変形例として、複数のボルト孔２１Ａ、２２Ａ及び２５Ａ孔は、それぞれの長手方向の軸が互いに平行とならないように設けられていてもよい。このようにすれば、締結部２１Ｂ、２２Ｂ及び２５Ｂにおける熱による歪みに応じて該歪みを吸収することができる。また、各ボルト孔２１Ａ、２２Ａ及び２５Ａの長手方向を熱による歪み方向に合わせるようにすれば、締結部２１Ｂ、２２Ｂ及び２５Ｂに生じる歪みを相殺することができる。

図４に本実施形態に係る締結位置決め構造を有するボルト孔２１Ａの平面構成を示す。図４に示すように、ボルト孔２１Ａは、対向する周縁部に一対の絞り部（くびれ部）２１ａが設けられている。他のボルト孔２２Ａ、２５Ａに対しても同様に、それぞれ絞り部２１ａが設けられている。

長円状のボルト孔２１Ａは、伸張方向Ａ２に沿ってその長軸が設定される。また、ボルト孔２１Ａの絞り部２１ａは、長軸の中心から伸張方向Ａ２側にずらして設けられている。すなわち、絞り部２１ａは、ボルトの締結位置２１ｂを囲むように設けられる。従って、ボルト孔２１Ａにおける絞り部２１ａから長手方向の締結位置２１ｂ側の孔径は、ボルトの軸径以上に設定される。また、長孔における絞り部２１ａ同士が対向する部分の長さは、熱変形を吸収することができるように、インシュレータ２０の材料及びその厚さによって計算されて設定される。

本実施形態においては、一例として、ボルトの軸径を１４．２ｍｍとし、締結位置２１ｂの径を１６．８ｍｍとし、絞り部２１ａのＡ２方向側へのずれ量を２．０ｍｍとしている。また、ボルト孔２１Ａにおける絞り部２１ａ同士が対向する部分の最小幅は、例えば、１３．７ｍｍとしている。各絞り部２１ａの体積は、エキマニ１０とインシュレータ２０とを組み付ける際には、ボルトの移動を確実に阻止でき、且つ、熱による膨張時には、ボルトの移動が容易に行える程度、すなわち容易に変形する程度に設定する。

−効果−
以上より、本実施形態によれば、長孔であるボルト孔２１Ａ等における絞り部２１ａから長手方向の締結位置２１ｂ側の孔径がボルトの軸径以上であることにより、該ボルトが締結位置２１ｂから長手方向に移動することを規制できるので、組み付け時の正確な位置決めが可能となる。また、長孔における絞り部２１ａ同士が対向する部分の長さが、熱変形を吸収することができるように設定されているため、ボルトが締結位置２１ｂから長手方向に移動する際に、該ボルトの移動を絞り部２１ａが遮ることはない。

（第２の実施形態）
本実施形態は、ボルト孔２１Ａ等の各長孔の周縁部にフローティング材を設ける構成が第１の実施形態と異なっているが、他の点については、第１の実施形態と同様の構成である。そこで、以下の説明では、第１の実施形態の構成要素と同様の構成要素については、同一の符号を用いて説明する。

図５はインシュレータ２０のボルト孔２１Ａの周縁部に、環状のカラー３２に支持されたフローティング材３０を配設した状態の断面構造を示している。フローティング材３０は、金属細線を環状に絡めて圧縮形成されたサスメッシュであり、ボルト孔２１Ａの周縁部の上面及び下面に一対で接触する。カラー３２は、例えばスティールからなり、ボルト孔３２ａの上端部及び下端部からそれぞれ垂直に張り出す鍔部（フランジ）によって各フローティング材３０を支持する。

図示しないエキマニ１０の締結部２１Ｂにはブラケット４０が配設されており、ボルト孔２１Ａの周縁部に挟み込まれたフローティング材３０を支持するカラー３２は、ブラケットの下面に溶接されたナット４２と、ボルト４１とによって締結される。このときのカラー３２におけるインシュレータ２０のボルト孔２１Ａに対する配置位置は、図４に示した締結位置２１ｂである。

図５においては、一例として、ボルト孔２１Ａに、カラー３２に支持されたフローティング材３０を設ける構成を示したが、長孔である他のボルト孔２２Ａ、２５Ａに対しても同様に、カラー３２に支持されたフローティング材３０を設ける。

このように、第２の実施形態においては、カラー３２に支持されたフローティング材３０をボルト孔２１Ａ、２２Ａ及び２５Ａの各周縁部に配設しているため、エキマニ１０からの振動を吸収することができる。

その上、インシュレータ２０における各ボルト孔２１Ａ、２２Ａ及び２５Ａの周縁部をボルト４１により締結すると、締結位置２１ｂの周囲を覆う環状のフローティング材３０が、該締結位置２１ｂの周囲において、ボルト４１、インシュレータ２０及びエキマニ１０のそれぞれの間に介在する。すなわち、各ボルト孔２１Ａ、２２Ａ及び２５Ａの周縁部が環状のフローティング材３０を挟んでボルト４１で締結されることから、インシュレータ２０に形成された各ボルト孔２１Ａ、２２Ａ及び２５Ａの周縁部の熱による膨張又は収縮時の擦動が容易となる。このため、各ボルト孔２１Ａ、２２Ａ及び２５Ａの周縁部に生じるクラックを容易に且つ確実に抑制することができる。

なお、第１の実施形態及び第２の実施形態においては、互いに締結される部品として、エキマニ１０とインシュレータ２０とを用いたが、これに限られず、温度により互いの伸縮の程度が異なる部品同士の締結が必要な、他の排気系の部品又は触媒を含む部品等に対しても適用が可能である。

本発明に係る締結位置決め構造は、複数の部品の締結位置において温度による互いの伸縮の程度が異なる部品の位置決め及び組み付けとクラックの防止との両立が必要な用途等に適用することができる。

１０ エキゾーストマニホールド（エキマニ）（第１の部品）
２０ ヒートインシュレータ（インシュレータ）（第２の部品）
２１Ａ ボルト孔（長孔）
２１ａ 絞り部
２１ｂ 締結位置
２２Ａ ボルト孔（長孔）
２３Ｃ ボルト孔
２４Ｃ ボルト孔
２５Ａ ボルト孔（長孔）
２１Ｂ、２２Ｂ、２３Ｂ、２４Ｂ、２５Ｂ 締結部
３０ フローティング材
３２ カラー
３２ａ ボルト孔
４０ ブラケット
４１ ボルト
４２ ナット

Claims (5)

1. 締結部を有する第１の部品と、
   熱による伸縮方向に長径を有する長孔が形成され、該長孔をボルトにより前記第１の部品の前記締結部と締結される第２の部品とを備えた締結位置決め構造において、
   前記第２の部品の前記長孔は、前記ボルトの締結位置から長手方向に移動することを規制する絞り部を有し、
   前記長孔における前記絞り部から長手方向の締結位置側の孔径は、前記ボルトの軸径以上であり、
   前記第１の部品及び第２の部品は、金属からなり、
   前記長孔は、伸張方向と反対側の端部に締結位置となる孔部を有し、
   前記絞り部は、前記伸張方向と反対側の端部に前記ボルトの軸を当接させた状態における前記ボルトの軸径方向の前記締結位置よりも外側で、前記締結位置を部分的に囲むように前記長孔の両側部に設けられており、
   前記長孔における前記絞り部が対向する部分の体積は、非熱膨張時における前記ボルトの移動を規制する一方、熱膨張時における前記ボルトの移動を容易とするように設定されていることを特徴とする締結位置決め構造。
2. 請求項１に記載の締結位置決め構造において、
   前記長孔の内壁と、前記締結位置に締結された前記ボルトとの隙間からは、前記第１の部品の一部を視認することができることを特徴とする締結位置決め構造。
3. 請求項１又は２に記載の締結位置決め構造において、
   前記第１の部品は、車両用エンジンのエキゾーストマニホールドであり、
   前記第２の部品は、前記エキゾーストマニホールドのヒートインシュレータであることを特徴とする締結位置決め構造。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の締結位置決め構造において、
   前記第２の部品の表面及び裏面にそれぞれ配置され、前記長孔における前記締結位置の周囲を覆う環状のフローティング材をさらに備えていることを特徴とする締結位置決め構造。
5. 請求項４に記載の締結位置決め構造において、
   前記フローティング材は、金属細線からなるサスメッシュであることを特徴とする締結位置決め構造。

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