JP2009197929A - クランク軸 - Google Patents

Abstract

【課題】クランク軸の剛性を低下させることなく、重量を低減する。
【解決手段】クランクピン２と、クランクジャーナル５と、クランクピン及びクランクジャーナルを相互に連結するクランクウェブ６とを有し、このクランクウェブにおけるクランクピン側の面に凹部１１が形成されたクランク軸において、凹部の底面が、クランクジャーナルの軸心よりクランクピン側の領域において、クランクピン及びクランクジャーナルの各々とクランクウェブとの接合面３１・３２間をつなぐ仮想円柱状体３３の外周面３４に沿って、クランクピン側からクランクジャーナル側へ漸次深さを増すように形成されたものとする。
【選択図】図４

Description

本発明は、クランクピンと、クランクジャーナルと、クランクピン及びクランクジャーナルを相互に連結するクランクウェブとを有し、このクランクウェブにおけるクランクピン側の面に、軽量化のために肉抜きとなる凹部が形成されたクランク軸に関するものである。

自動車のエンジンに設けられるクランク軸においては、軽量化により軸受やエンジン全体に対して種々の利点が得られ、特に回転中心となるクランクジャーナルの軸心に対して、コンロッドが繋がるクランクピン側の重量を落とすことで、慣性力相殺のためのカウンターウェイトの重量も落とすことができることから、クランク軸全体の重量を効果的に削減することができ、このような観点に基づいて、従来から、様々の形態の肉抜きが行われている。

特に鋳造製のクランク軸では、クランクピン及びクランクジャーナルの各軸心を含む平面を分割面とした型で鋳造する場合の型抜きの便宜などから、クランクピンとクランクジャーナルとを相互に連結するクランクウェブにおけるクランクピン側の面に、型の分割面に直交する向きに真直に延在する溝状の凹部を形成することが一般的に行われている。また、クランクウェブにおけるクランクピン側の面に、軸方向に凹設された鋳抜き部を形成する技術も知られている（特許文献１参照）。
特許第３１５８９７１号公報

しかるに、クランク軸においては、コンロッドからクランクピンに作用する押圧力をクランクジャーナルに伝達するクランクウェブの剛性が、クランク軸が回転する際の捩り剛性や曲げ剛性を確保する上で重要となるが、このクランクウェブにおいて実質的に剛性に寄与する部分は、クランクピンとクランクジャーナルとを繋ぐ仮想円柱状体の部分であり、前記の特許文献１に開示された技術のように、仮想円柱状体を欠損する態様で鋳抜き部が形成されていると、クランク軸の剛性を確保する上で不利となる。

本発明は、このような発明者の知見に基づいて案出されたものであり、その主な目的は、クランク軸の剛性を低下させることなく、重量を低減することができるように構成されたクランク軸を提供することにある。

このような課題を解決するために、本発明においては、請求項１に示すとおり、クランクピン（２）と、クランクジャーナル（５）と、前記クランクピン及び前記クランクジャーナルを相互に連結するクランクウェブ（６）とを有し、このクランクウェブにおける前記クランクピン側の面に凹部（１１）が形成されたクランク軸において、前記凹部の底面が、少なくともクランクジャーナルの軸心よりクランクピン側の領域において、前記クランクピン及び前記クランクジャーナルの各々と前記クランクウェブとの接合面（３１・３２）間をつなぐ仮想円柱状体（３３）の外周面（３４）に沿って、前記クランクピン側から前記クランクジャーナル側へ漸次深さを増すように形成されたものとした。

これによると、クランクピンとクランクジャーナルとを連結するクランクウェブにおいて実質的に剛性に寄与する仮想円柱状体の外周面に沿って凹部の底面を形成することで、仮想円柱状体に欠損が生じることを避けることができ、これによりクランク軸の剛性を低下させることなく、重量を低減することができる。

この場合、凹部の底面は、仮想円柱状体の外周面と同一曲面とすることで最大の重量削減効果が得られるが、所要の余裕をもって仮想円柱状体の外周面の外側をその外周面に沿って延在するように形成する構成も可能である。

前記クランク軸においては、請求項２に示すとおり、前記凹部における前記クランクピン側の縁部（１２）が、前記クランクピンの外周面に沿うようにそのクランクピンの軸心を中心とした円弧状に延設された構成とすることができる。

これによると、クランクピンの直近まで凹部を形成することができるため、無駄肉を削減して、クランクピン側の重量をより一層低減することができる。

このように本発明によれば、クランクピンとクランクジャーナルとを連結するクランクウェブにおいて実質的に剛性に寄与する仮想円柱状体の外周面に沿って凹部の底面を形成することで、仮想円柱状体に欠損が生じることを避けることができ、これによりクランク軸の剛性を低下させることなく、重量を削減することができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明が適用されるクランク軸を示す斜視図である。図２は、図１に示したクランク軸の要部斜視図である。図３は、図１に示したクランク軸の要部側面図である。図４は、図１に示したクランク軸の要部断面図である。

図１に示すように、このクランク軸は、鋳造により製作され、コンロッド１が取り付けられるクランクピン２と、クランクケース３に軸受４を介して回転自在に支持されるクランクジャーナル５と、クランクピン２及びクランクジャーナル５を相互に連結するクランクウェブ６とが複数連なって形成されており、クランクジャーナル５の軸心を挟んでクランクピン２と相反する側にはカウンターウェイト７が設けられている。

クランクピン２の端部の周囲には、図２に示すように、コンロッド１の端面に当接してコンロッド１の軸方向位置を規定する円環状面１０が、クランクピン２の軸心に対して直交する態様で設けられている（図３参照）。

クランクウェブ６におけるクランクピン２側の面には、重量削減のために肉抜きされた凹部１１が形成されている。この凹部１１は、クランクピン２の端部近傍からクランクジャーナル５の軸心を超えてカウンターウェイト７側に至る範囲に形成されている。

凹部１１におけるクランクピン２側の縁部１２は、クランクピン２の直近の円環状面１０の近傍に位置し、クランクピン２の軸心を中心とした円弧状に延設され、両端がクランクウェブ６の側面１３に到達するように形成されている。このようにクランクピン２の外形に沿ってその直近から肉抜きすることで、クランクピン２側の重量をより一層削減することができる。

凹部１１におけるカウンターウェイト７側の縁部１４は、クランクピン２及びクランクジャーナル５の各軸心を含む平面に直交する態様で、略一直線状に形成され、クランクウェブ６の全幅に渡って延在している。

なお、カウンターウェイト７側の縁部１４は、このような略一直線状に形成する他、例えばクランクピン２側の縁部１２と対称的にクランクピン２側に凸となる曲線状あるいは折れ線状に形成することも可能であり、これによりクランクピン２及びクランクジャーナル５の各軸心を含む平面を分割面とした型で鋳造する場合の型抜きが容易になる。また、これとは逆に、クランクピン２側に凹となる形状も可能であり、この場合、クランクピン２側の縁部１２と同心の円弧状に形成すれば、これらの縁部１２・１４の円心を中心として型を回転させることで型抜きを行うことができる。

凹部１１には、クランクピン２側の縁部１２からカウンターウェイト７側の縁部１４に至る間に、クランクピン２側の段差部２１と、底面となる円柱面状部２２及び平面状部２３と、カウンターウェイト７側の段差部２４とを有している。

クランクピン２側の段差部２１は、縁部１２に沿って、クランクピン２の軸心を中心とした円弧状に延在し、円錐台面状をなしている。平面状部２３は、クランクジャーナル５の軸心に対して略直交する平面状に形成されている。カウンターウェイト７側の段差部２４は、縁部１４に沿って、帯状に延在している。

円柱面状部２２は、図４に示すように、クランクジャーナル５の軸心よりクランクピン２側の領域において、クランクピン２及びクランクジャーナル５の各々とクランクウェブ６との接合面３１・３２を相互につなぐ仮想円柱状体３３の外周面３４に沿って、クランクピン２側からクランクジャーナル５側へ漸次深さを増すように形成されている。

接合面３１・３２は、円柱形をなすクランクピン２及びクランクジャーナル５の各軸心に対して直交する平面上で円形をなし、仮想円柱状体３３は、互いに平行で且つ中心がずれた円形の接合面３１・３２を底面とし、接合面３１・３２の径が同一であれば円柱形をなし、接合面３１・３２の径が異なれば円錐台形をなす。

このクランクピン２とクランクジャーナル５とを繋ぐ仮想円柱状体３３は、クランクウェブ６において実質的に剛性に寄与する部分であり、仮想円柱状体３３の外周面３４に沿って凹部１１の底面を形成することで、この仮想円柱状体３３に欠損が生じないため、クランク軸の剛性を実質的に低下させることなく、クランクピン２側の重量を削減することができる。

さらに、前記のように、凹部１１におけるクランクピン２側の縁部１２及び段差部２１をクランクピン２の軸心を中心とした円弧状に延設することで、クランクピン２の外周に沿って大きく肉抜きすることができ、この肉抜きによりクランクジャーナル５の軸心よりクランクピン２側の重量を減らすことで、その慣性力を相殺するカウンターウェイト７の重量も減らせるため、クランク軸全体の重量を大幅に削減することができる。

なお、凹部１１の底面を構成する円柱面状部２２は、仮想円柱状体３３の外周面３４と同一曲面とすることで最大の重量削減効果が得られるが、所要の余裕をもって外周面３４の外側を外周面３４に沿って延在するように形成する構成も可能である。またここでは、クランクジャーナル５の軸心よりクランクピン２側の領域に円柱面状部２２を形成したが、この円柱面状部２２がクランクジャーナル５の軸心を超えてカウンターウェイト７側まで延在する構成も可能である。

本発明が適用されるクランク軸を示す斜視図である。 図１に示したクランク軸の要部斜視図である。 図１に示したクランク軸の要部側面図である。 図１に示したクランク軸の要部断面図である。

符号の説明

２ クランクピン
５ クランクジャーナル
６ クランクウェブ
７ カウンターウェイト
１０ 円環状面
１１ 凹部
１２・１４ 縁部
２２ 円柱面状部
３１・３２ 接合面
３３ 仮想円柱状体
３４ 外周面

Claims (2)

1. クランクピンと、クランクジャーナルと、前記クランクピン及び前記クランクジャーナルを相互に連結するクランクウェブとを有し、このクランクウェブにおける前記クランクピン側の面に凹部が形成されたクランク軸であって、
   前記凹部の底面が、少なくともクランクジャーナルの軸心よりクランクピン側の領域において、前記クランクピン及び前記クランクジャーナルの各々と前記クランクウェブとの接合面間をつなぐ仮想円柱状体の外周面に沿って、前記クランクピン側から前記クランクジャーナル側へ漸次深さを増すように形成されたことを特徴とするクランク軸。
2. 前記凹部における前記クランクピン側の縁部が、前記クランクピンの外周面に沿うようにそのクランクピンの軸心を中心とした円弧状に延設されたことを特徴とする請求項１に記載のクランク軸。

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