JP2002122126A - クランクシャフト - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】結合端部に生じる疲労破壊、及び、クランクピ
ン及びジャーナル部における焼け付きを防止することが
できるクランクシャフトを提供する。 【解決手段】クランクピン２とアーム部３の結合端部に
形成されたフィレット部７の曲率半径は、前記ジャーナ
ル部４の軸心側が大きくなっていると共に、前記ジャー
ナル部４と前記アーム部３との結合端部に形成されたフ
ィレット部７の曲率半径は、前記クランクピン２に近い
側が大きくなっている。よって、部分Ｂ及び部分Ｃで発
生する強い引張り力は、比較的大きい曲率半径のフィレ
ット部７によって緩和され、疲労破壊が生じるのを防止
することができる。又、クランクピンの面Ａ付近は、コ
ンロッド５によって強く押圧されるが、その箇所では、
クランクピン２とベアリング６との接触面積が広いの
で、焼け付きが生じるのを防止することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、内燃機関におけ
るクランクシャフトの改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図５は、従来のクランクシャフト５０を
示す。

【０００３】図５に示すように、従来のクランクシャフ
ト５０において、クランクピン５１とアーム部５２の結
合端部、及び、ジャーナル部５３とアーム部５２の結合
端部には、Ｒ状の凹みであるフィレット部５４が、前記
結合端部に沿って、前記クランクピン５１又は、前記ジ
ャーナル部５３の外周を一周するように形成されてい
る。

【０００４】前記フィレット部５４は、前記結合端部に
加わる引張り力の集中を緩和させ、疲労破壊が生じるの
を防止するために形成されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記結合端部に加わる
引張り力の集中の緩和には、前記フィレット部５４の拡
大が有効である。しかしながら、最近はエンジンの小型
化に伴ない、クランクシャフト５０の全長の短縮が図ら
れており、前記フィレット部５４を拡大しようとした場
合、前記クランクピン５２と、同クランクピン５２の外
周に介在された図示しないベアリングとの当接幅Ｗ１、
又は、同様に、前記ジャーナル部５３と、同ジャーナル
部５３の外周に介在された図示しないベアリングとの当
接幅Ｗ２を狭くしなくてはならない。すると、前記クラ
ンクピン５２又は前記ジャーナル部５３と前記ベアリン
グとの面圧が過大となり、両者が焼け付いてしまうとい
う問題が生じる。

【０００６】本発明は、上記問題点を解消するためにな
されたものであり、その目的は、クランクシャフトの限
られた全長の中で、結合端部に生じる疲労破壊、及び、
クランクピン及びジャーナル部における焼け付きを防止
することができるクランクシャフトを提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、支持部に支持され、ピストンの動力が伝達部材によ
って伝達されて回転運動を行うと共に、クランクピンと
アーム部の結合端部、あるいはジャーナル部とアーム部
の結合端部に、フィレット部が形成されたクランクシャ
フトにおいて、前記フィレット部の内少なくとも一つの
フィレット部では、前記伝達部材から伝達される力によ
って生じる引張り力の最も強い部分の曲率半径が、大き
いことをその主旨とした。

【０００８】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
のクランクシャフトにおいて、前記クランクピンとアー
ム部の結合端部で、前記伝達部材から伝達される力によ
って生じる引張り力の最も強い部分とは、該クランクシ
ャフトの軸心に近い側であることをその主旨とした。

【０００９】請求項３に記載の発明は、請求項１又は請
求項２に記載のクランクシャフトにおいて、前記ジャー
ナル部とアーム部の結合端部で、前記伝達部材から伝達
される力によって生じる引張り力の最も強い部分とは、
前記クランクピンに近い側であることをその主旨とし
た。

【００１０】（作用）請求項１に記載の発明によれば、
クランクピンとアーム部の結合端部、あるいはジャーナ
ル部とアーム部の結合端部に生じる最も強い引張り力
は、フィレット部の曲率半径の大きい部分によってその
集中が緩和される。又、クランクピンとアーム部の結合
端部、あるいはジャーナル部とアーム部の結合端部にお
いて、比較的フィレット部の曲率半径が小さい部分にお
いては、前記クランクピンと前記伝達部材、あるいは、
前記ジャーナル部と前記伝達部材との接触面積が大きい
ので、両者の面圧が低くなる。

【００１１】請求項２に記載の発明によれば、クランク
ピンとアーム部に結合端部で、クランクシャフトの軸心
に近い側に加わる最も強い引張り力は、曲率半径の大き
いフィレット部によってその集中が緩和される。又、伝
達部材により強く押圧されるクランクピンのクランクシ
ャフトの軸心から遠い側は、フィレット部の曲率半径が
比較的小さいので、前記伝達部材との接触面積が大き
く、両者の面圧が低くなる。

【００１２】請求項３に記載の発明によれば、ジャーナ
ル部とアーム部の結合端部で、クランクピンに近い側に
加わる最も強い引張り力は、曲率半径の大きいフィレッ
ト部によってその集中が緩和される。又、ジャーナル部
のクランクピンに遠い側は、フィレット部の曲率半径が
比較的小さいので、前記支持部との接触面積が大きく、
面圧が低くなる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に、本発明のクランクシャフ
トを具体化した第１実施形態を図１〜図２に従って説明
する。

【００１４】図１はクランクシャフト１の正面図を示
す。図２は、図１における要部断面図を示す。

【００１５】図１に示すように、クランクシャフト１
は、複数（図においては４個）のクランクピン２と、ア
ーム部３、及び、ジャーナル部４がそれぞれ一体に連結
されて構成されている。

【００１６】前記複数のクランクピン２には、それぞ
れ、２点鎖線で示す伝達部材としてのコンロッド５が取
り付けられている。詳しくは、図２に示すように、前記
コンロッド５に形成された円形穴５ａ内に前記クランク
ピン２が回転可能に支持されている。又、クランクピン
２の外周には、図２に示すように、伝達部材としてのコ
ンロッド５側に金属製の板状ベアリング６が摩擦力低減
のために介在されている。

【００１７】さらに、前記コンロッド５の他端は、図１
における上方において、図示しないピストンと連結され
ている。

【００１８】又、前記ジャーナル部４は、図示しないシ
リンダブロックの支持部としてのジャーナル受け部に、
前記クランクピン２と同様、同ジャーナル部４の外周に
図示しないベアリングを介在した状態で、回転可能に支
持されている。

【００１９】前記クランクピン２と前記アーム部３の結
合端部には、それぞれ、フィレット部７が形成されてい
る。前記フィレット部７とは、切削加工によりＲ状の凹
みが形成されたものであり、クランクピン２とアーム部
３の結合端部に沿って、クランクピン２の外周を一周す
るように形成されている。

【００２０】又、前記フィレット部７の曲率半径は、ク
ランクピン２の外周を一周する間において、その大きさ
が除変しており、前記ジャーナル部４の軸心（＝クラン
クシャフト１の軸心）側（図２においては下方）の曲率
半径が大きく形成されている。

【００２１】同様に、前記ジャーナル部４と前記アーム
部３との結合端部にも切削加工によってＲ状の凹みであ
るフィレット部７が形成されていると共に、ジャーナル
部３の円周に沿って、その大きさが除変しており、同フ
ィレット部７の形成された結合端部側のアーム部３と連
結したクランクピン２に近い側の曲率半径が大きく形成
されている。

【００２２】以下に、上記のように構成したクランクシ
ャフト１の作動状態における説明をする。

【００２３】前記ピストンが上下に摺動すると、同ピス
トンに連結された前記コンロッド５も上下に移動し、前
記クランクシャフト１は、ジャーナル部４を回転軸とし
て回転する。

【００２４】その際、図１において、矢印Ｆで示す方向
に、ピストンの動力がコンロッド５を伝達してクランク
ピン２に加わるので、同クランクピン２の前記ジャーナ
ル部４の軸心から遠い側の面Ａは、同コンロッド５によ
って強く押圧される。すると、点Ａ付近において、前記
ベアリング６と前記クランクピン２の間には強い摩擦力
が生じる。

【００２５】又、前記クランクピン２の点Ａで示す部分
が強く押圧されると、前記ジャーナル部４は、前記ジャ
ーナル受け部に押し付けられるので、前記コンロッド５
によって押圧されるクランクピン２に対して遠い側の面
Ｄにおいて、前記ジャーナル受け部と同ジャーナル部４
との間に強い摩擦力が生じる。

【００２６】ただし、前記クランクピン２の面Ａ付近に
おいては、同クランクピン２と前記アーム部３の結合端
部に形成されたフィレット部７の曲率半径が比較的小さ
いので、その分クランクピン２とベアリング６との当接
幅Ｗ１が広い。すると、前記クランクピン２と前記ベア
リング６との接触面積が広いので、両者の間にはたらく
面圧は比較的低くなり、摩擦力は緩和される。

【００２７】又、同様に、前記ジャーナル部４の面Ｄ付
近においては、同ジャーナル部４と前記アーム部３との
結合端部に形成されたフィレット部７の曲率半径が比較
的小さいので、その分ジャーナル部４とベアリングとの
当接幅Ｗ２が広い。すると、前記ジャーナル部４と前記
ベアリングとの接触面積が広いので、両者の間にはたら
く面圧は比較的低くなり、摩擦力は緩和される。

【００２８】さらに、クランクピン２の面Ａ付近が、前
記コンロッド５によって強く押圧されると、図１におい
て２点鎖線で示すように、アーム部３の、クランクピン
２と連結しているのとは反対側の端部がハの字状に広が
ろうとする。すると、クランクピン２とアーム部３の結
合端部における前記ジャーナル部４の軸心に近い側の部
分Ｂ、及び、ジャーナル部４とアーム部３との結合端部
において、同フィレット部７の形成された結合端部側の
アーム部３と連結したクランクピン２に近い側の部分Ｃ
において、最も強い引張り力が発生する。

【００２９】ただし、前記フィレット部７は、部分Ｂ及
び部分Ｃ付近において、曲率半径が大きく形成されてい
るので、部分Ｂ及び部分Ｃで発生する最も強い引張り力
は同フィレット部７によって緩和される。

【００３０】次に、上記のように構成したクランクシャ
フト１の特徴を以下に記載する。

【００３１】（１）クランクピン２とアーム部３との結
合端部に形成したフィレット部７の曲率半径を、引張り
力の大きい側、即ち、ジャーナル部４の軸心に近い側を
大きくし、引張り力の集中を緩和すると共に、その反対
側はフィレット部７を小さくして、ベアリング６との当
接幅Ｗ１を広くして、クランクピン２とベアリング６の
面圧を低くしたので、クランクシャフト１の限られた全
長において、クランクピン２とアーム部３との結合端部
の疲労破壊を防止できると共に、クランクピン２とベア
リング６が焼け付くことを防止できる。

【００３２】（２）ジャーナル部４とアーム部３との結
合端部に形成したフィレット部７の曲率半径を、引張り
力の大きい側、即ち、クランクピン２に近い側を大きく
し、引張り力の集中を緩和すると共に、その反対側はフ
ィレット部７を小さくして、ベアリングとの当接幅Ｗ２
を広くして、ジャーナル部４とベアリングとの面圧を低
くしたので、クランクシャフト１の限られた全長におい
て、ジャーナル部４とアーム部３との結合端部の疲労破
壊を防止できると共に、ジャーナル部４とベアリングが
焼け付くことを防止できる。

【００３３】（第２実施形態）次に、本発明のクランク
シャフトを具体化した第２実施形態を図１〜図４に従っ
て説明する。

【００３４】第１実施形態においては、図１及び図２に
示す前記フィレット部７は、切削加工のみによって形成
されたものであったが、本実施形態においては、切削加
工の後にロール掛け加工を行ったものである。

【００３５】前記ロール掛け加工とは、図３に示すよう
に、装置本体部８に、円盤状の回転体９が、１点鎖線で
示す中心軸において回転可能に支持されて構成されるロ
ール掛け装置１０を用いた加工方法である。そして、前
記回転体９を回転させた状態で、同回転体９を、前記ク
ランクピン２と前記アーム部３の結合端部に形成された
前記フィレット部７、及び、前記ジャーナル部４と前記
アーム部３の結合端部に形成された前記フィレット部７
に押圧させることによって、圧縮残留応力を発生させる
ものである。

【００３６】そして、上記したように、圧縮残留応力の
発生された前記フィレット部７は、引張り力に対して耐
力が増す。

【００３７】又、本実施形態における前記フィレット部
７の形状は、第１実施形態におけるフィレット部７と同
様の形状をしている。

【００３８】さらに、前記クランクピン２、若しくは、
前記ジャーナル部４の外周を一周する間において、その
曲率半径の大きさの異なるフィレット部７に対してロー
ル掛け加工を行うためには、以下のような加工方法が考
えられる。

【００３９】第１の方法は、図３に示すように、ワーク
の回転に同期して、Ａで示す矢印のように装置本体８を
左右に移動させることで加工する方法である。例えば、
前記フィレット部７において比較的大きい曲率半径の部
分にロール掛け加工を行う場合には、前記装置本体８を
図３における右側に移動させることによってロール掛け
加工を行うことができる。

【００４０】第２の方法は、図４に示すように、ロール
掛け装置１０の備える回転体１１を大小のＲを持つ連続
体により構成し、ワークの回転に同期して、同回転体１
１の回転軸の角度が変化する機構を付けることによっ
て、加工する方法である。例えば、前記フィレット部７
の比較的小さい曲率半径の部分にロール掛け加工を行う
場合には、前記回転体１１の回転軸の角度を図４（ア）
に示すように調節し、同回転体１１を比較的立てた状態
にすることで、同回転体１１の小さいＲの部分によって
ロール掛け加工を行う。又、前記フィレット部７の比較
的大きな曲率半径の部分にロール掛け加工を行う場合に
は、前記回転体１１の回転角度を図４（イ）に示すよう
に調節し、同回転体１１を比較的寝かした状態にするこ
とで、同回転体１１の大きいＲの部分によってロール掛
け加工を行うようにする。

【００４１】次に、上記のように構成したクランクシャ
フト１の特徴を以下に記載する。

【００４２】フィレット部７にロール掛け加工を行った
ので、同フィレット部７に圧縮残留応力が発生され、引
張り力に対する耐力を増すことができるので、第１実施
形態において記載された効果に加え、さらに、結合端部
に生じる疲労破壊を防止することができる。

【００４３】○第１実施形態及び第２実施形態におい
て、前記フィレット部７はＲ形状をしていたが、滑らか
な曲面であって、引張り力の集中を緩和させることがで
きる形状であれば、特にＲ形状に限定されるものではな
い。

【００４４】

【発明の効果】請求項１及び請求項２に記載の発明によ
れば、クランクピンとアーム部との結合端部に疲労破壊
が生じるのを防止することができると共に、クランクピ
ンと伝達部材に焼け付きが生じるのを防止することがで
きる。

【００４５】請求項１及び請求項３に記載の発明によれ
ば、ジャーナル部とアーム部との結合端部に疲労破壊が
生じるのを防止することができると共に、ジャーナル部
と支持部に焼け付きが生じるのを防止することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態におけるクランクシャフト１の正
面図。

【図２】同じく、要部断面図。

【図３】ロール掛け加工装置１０の正面図。

【図４】ロール掛け加工の作動説明図。

【図５】従来のクランクシャフト５０の正面図。

【符号の説明】

１…クランクシャフト、２…クランクピン、３…アーム
部、４…ジャーナル部、５…伝達部材としてのコンロッ
ド、６…伝達部材としてのベアリング、７…フィレット
部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 支持部に支持され、ピストンの動力が伝
   達部材によって伝達されて回転運動を行うと共に、クラ
   ンクピンとアーム部の結合端部、あるいはジャーナル部
   とアーム部の結合端部に、フィレット部が形成されたク
   ランクシャフトにおいて、 前記フィレット部の内少なくとも一つのフィレット部で
   は、前記伝達部材から伝達される力によって生じる引張
   り力の最も強い部分の曲率半径が、大きいことを特徴と
   するクランクシャフト。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のクランクシャフトにお
   いて、 前記クランクピンとアーム部の結合端部で、前記伝達部
   材から伝達される力によって生じる引張り力の最も強い
   部分とは、該クランクシャフトの軸心に近い側であるこ
   とを特徴とするクランクシャフト。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２に記載のクランク
   シャフトにおいて、 前記ジャーナル部とアーム部の結合端部で、前記伝達部
   材から伝達される力によって生じる引張り力の最も強い
   部分とは、前記クランクピンに近い側であることを特徴
   とするクランクシャフト。