JP2009250346A - 組立式クランクシャフト及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン運転時の爆発力に対する強度を高めて締結部の抜けを防止すること。
【解決手段】組立式クランクシャフト１は、複数の分割ピース２Ａ〜２Ｊを締結部３にて互いに組み付けて一体に組み立てられる。締結部３は、隣り合う分割ピース２Ａ〜２Ｊのうち一方の分割ピース２Ａ〜２Ｊに設けられた穴部７と、他方の分割ピース２Ａ〜２Ｊに設けられた軸部５とを含み、穴部７に軸部５を圧入して締結することで隣り合う分割ピース２Ａ〜２Ｊが互いに組み付けられる。分割ピース２Ａ〜２Ｊには、穴部７の一部を構成する袖部６が設けられ、袖部６が穴部７に圧入された軸部５の一部を覆う。袖部６が軸部５の一部を覆った状態で、袖部６の先端が軸部５の付け根に当接する。隣り合う分割ピース２Ａ〜２Ｊの間で軸部５を覆った袖部６によりジャーナル部１０又はピン部９が構成される。
【選択図】 図３

Description

この発明は、エンジンのクランクシャフトに係り、詳しくは、複数の分割ピースを一体に組み立ててなる組立式クランクシャフト及びその製造方法に関する。

従来、この種の技術として、例えば、下記の特許文献１に複数の構成部品（ジャーナル軸を含む部品、クランクピンを含む部品）を接合部にて一体的に連結させた組立クランクシャフトが記載されている。この組立クランクシャフトは、隣り合う構成部品を接合部にてボルトにより締結することで剛性を高めている。

特開２００５−３５１４５２号公報

ところが、特許文献１に記載の組立クランクシャフトでは、ボルトによる締結長が比較的短いものとなっていた。このため、エンジンの運転時にピストン及びコンロッドを介して作用する爆発力に対して接合部の強度が不十分になるおそれがあった。このため、場合によっては、接合部で構成部品に抜けが生じるおそれがあった。

この発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、エンジン運転時の爆発力に対する締結部の強度を高め、締結部の抜けを防止した組立式クランクシャフト及びその製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、複数の分割ピースを締結部にて互いに組み付けて一体に組み立ててなる組立式クランクシャフトであって、締結部は、隣り合う分割ピースのうち一方の分割ピースに設けられた穴部と、他方の分割ピースに設けられた軸部とを含み、穴部に軸部を圧入して締結することにより隣り合う分割ピースが互いに組み付けられることと、一方の分割ピースには、穴部の一部を含む袖部が設けられ、袖部が穴部に圧入された軸部の一部を覆うことと、袖部が軸部の一部を覆った状態で、袖部の先端が軸部の付け根に当接することとを備え、隣り合う分割ピースの間で軸部を覆った袖部によりジャーナル部又はピン部を構成したことを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、隣り合う分割ピースの一方に設けられた穴部に、他方の分割ピースに設けられた軸部の全体が圧入されるので、軸部と穴部による締結部の長さが最大限確保される。軸部と穴部が締結された状態で、袖部の先端が軸部の付け根に当接し、軸部の先端が穴部の内壁に接するので、軸部がその両端にてエンジンの爆発力による反力を支持することとなる。

上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、袖部の先端と軸部の付け根がそれぞれ面取りされたことを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、袖部の先端と軸部の付け根との当接部分における応力集中が面取りにより分散される。

上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、袖部の先端と軸部の付け根がそれぞれ焼き入れされたことを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項１又は２に記載の発明の作用に加え、袖部の先端と軸部の付け根との当接部分の硬度が焼き入れにより増大する。

上記目的を達成するために、請求項４に記載の発明は、複数の分割ピースを一体に組み立ててなる組立式クランクシャフトの製造方法であって、厚板状のカウンタウェイト部と、カウンタウェイト部の一端側へ突出する軸部と、カウンタウェイト部の他端側へ突出する袖部と、袖部及びカウンタウェイト部を貫通する穴部とを含む複数の分割ピースを作製し、隣り合う分割ピースのうち一方の分割ピースに設けられた袖部の穴部に、他方の分割ピースに設けられた軸部を圧入し、軸部の一部を袖部で覆うと共に袖部の先端を軸部の付け根に当接させて締結することにより隣り合う分割ピースを互いに組み付け、隣り合う分割ピースの間で軸部を覆った袖部によりジャーナル部又はピン部を構成することを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、隣り合う分割ピースの一方に設けられた穴部に、他方の分割ピースに設けられた軸部の全体が圧入されるので、軸部と穴部による締結部の長さが最大限確保される。軸部と穴部が締結された状態で、袖部の先端が軸部の付け根に当接し、軸部の先端が穴部の内壁に接するので、軸部がその両端にてエンジンの爆発力による反力を支持することとなる。

上記目的を達成するために、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、分割ピースの作製時に、袖部の先端と軸部の付け根をそれぞれ面取りすることを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項４に記載の発明の作用に加え、袖部の先端と軸部の付け根との当接部分における応力集中が面取りにより分散される。

上記目的を達成するために、請求項６に記載の発明は、請求項４又は５に記載の発明において、分割ピースの作製時に、袖部の先端と軸部の付け根をそれぞれ焼き入れすることを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項４又は５に記載の発明の作用に加え、袖部の先端と軸部の付け根との当接部分の硬度が焼き入れにより増大する。

請求項１に記載の発明によれば、エンジン運転時の爆発力に対する締結部の強度を高めることができ、締結部の抜けを防止することができる。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、袖部の先端と軸部の付け根の強度をそれぞれ高めることができ、締結部の耐久性を向上させることができる。

請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２に記載の発明の効果に加え、袖部の先端と軸部の付け根の強度をそれぞれ高めることができ、締結部の耐久性を向上させることができる。

請求項４に記載の発明によれば、エンジン運転時の爆発力に対する締結部の強度を高めることができ、締結部の抜けを防止することができる。

請求項５に記載の発明によれば、請求項４に記載の発明の効果に加え、袖部の先端と軸部の付け根の強度をそれぞれ高めることができ、締結部の耐久性を向上させることができる。

請求項６に記載の発明によれば、請求項４又は５に記載の発明の効果に加え、袖部の先端と軸部の付け根の強度をそれぞれ高めることができ、締結部の耐久性を向上させることができる。

以下、本発明の組立式クランクシャフト及びその製造方法を具体化した一実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。この実施形態では、本発明を４気筒エンジン用の組立式クランクシャフトに具体化して説明する。

図１に、本実施形態の組立式クランクシャフト１を側面図により示す。この組立式クランクシャフト１は、１０個の分割ピース２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅ，２Ｆ，２Ｇ，２Ｈ，２Ｉ，２Ｊを締結部３にて互いに組み付けて一体に組み立てることにより構成される。各分割ピース２Ａ〜２Ｊとして、例えば、適量のカーボンを含有した「Ｓ４５Ｃ」や「Ｓ３５Ｃ」等の鍛造成形品を使用することができる。

図１において、左側から第２分割ピース２Ｂ、第４分割ピース２Ｄ、第６分割ピース２Ｆ及び第８分割ピース２Ｈは互いに同一形状をなしている。これら分割ピース２Ｂ，２Ｄ，２Ｆ，２Ｈは、厚板状のカウンタウェイト部４と、そのカウンタウェイト部４の一端側（図面左側）へ突出する軸部５と、そのカウンタウェイト部４の他端側（図面右側）へ突出する袖部６と、その袖部６及びカウンタウェイト部４を貫通する穴部７とを備える。これら分割ピース２Ｂ，２Ｄ，２Ｆ，２Ｈにおいて、軸部５は、カウンタウェイト部４のほぼ中央に配置され、袖部６及び穴部７は、カウンタウェイト部４の片端寄りに配置される。

図１において、左側から第３分割ピース２Ｃ、第５分割ピース２Ｅ、第７分割ピース２Ｇ及び第９分割ピース２Ｉは、互いに同一形状をなしている。これら分割ピース２Ｃ，２Ｅ，２Ｇ，２Ｉは、厚板状のカウンタウェイト部４と、そのカウンタウェイト部４の一端側（図面左側）へ突出する軸部５と、そのカウンタウェイト部４の他端側（図面右側）へ突出する袖部６と、その袖部６及びカウンタウェイト部４を貫通する穴部７とを備える。これら分割ピース２Ｃ，２Ｅ，２Ｇ，２Ｉにおいて、軸部５は、カウンタウェイト部４の片端寄りに配置され、袖部６及び穴部７は、カウンタウェイト部４のほぼ中央に配置される。

図１において、左端の第１分割ピース２Ａと右端の第１０分割ピース２Ｊは、他の分割ピース２Ｂ〜２Ｉと異なる形状をなしている。第１分割ピース２Ａは略筒形をなし、その内部に穴部７を含む。第１０分割ピース２Ｊは、軸部５と、その軸部５の一端に形成されたフランジ部８とを備える。

この実施形態において、各分割ピース２Ａ〜２Ｊの締結部３は、それぞれ隣り合う分割ピース２Ａ〜２Ｊの一方に形成された穴部７と、隣り合う分割ピース２Ａ〜２Ｊの他方に形成された軸部５とを含む。各締結部３にて、それぞれ穴部７に軸部５を圧入して締結することにより、隣り合う分割ピース２Ａ〜２Ｊが互いに組み付けられる。

図２，３に、一例として、第２分割ピース２Ｂ、第３分割ピース２Ｃ及び第４分割ピース２Ｄの組み付け工程を側面図により示す。第２及び第３の分割ピース２Ｂ，２Ｃの組み付けは、第２分割ピース２Ｂの袖部６に開いた穴部７に、第３分割ピース２Ｃの軸部５を圧入して締結することにより行われる。この圧入により、袖部６が穴部７に圧入された軸部５の一部を覆うこととなる。このように第２分割ピース２Ｂの袖部６が第３分割ピース２Ｃの軸部５の一部を覆った状態で、袖部６の先端が軸部５の付け根に当接することとなる。このように隣り合う分割ピース２Ｂ，２Ｃの間で軸部５を覆った袖部６によりピン部９が構成される。同様に、第３分割ピース２Ｃの袖部６に開いた穴部７に、第４分割ピース２Ｄの軸部５を圧入して締結することにより、両分割ピース２Ｃ，２Ｄの組み付けが行われる。この圧入により、袖部６が穴部７に圧入された軸部５の一部を覆うこととなり、その状態で袖部６の先端が軸部５の付け根に当接することとなる。このように隣り合う分割ピース２Ｃ，２Ｄの間で軸部５を覆った袖部６によりジャーナル部１０が構成される。第５分割ピース２Ｅ〜第９分割ピース２Ｉの組み付けについても上記と同様である。

この他、第２分割ピース２Ｂの軸部５を第１分割ピース２Ａの穴部７に圧入することにより、両分割ピース２Ａ，２Ｂの組み付けが行われる。このように第２分割ピース２Ｂの軸部５を覆った第１分割ピース２Ａの外周によりジャーナル部１０が構成される。また、第１０分割ピース２Ｊの軸部５を第９分割ピース２Ｉの穴部７に圧入することにより、両分割ピース２Ｉ，２Ｊの組み付けが行われる。このように隣り合う分割ピース２Ｉ，２Ｊの間で軸部５を覆った袖部６によりジャーナル部１０が構成される。

図４に、締結状態の締結部３を断面図により示す。図４に示すように、締結状態において、袖部６が軸部５の一部を覆った状態で、袖部６の先端が軸部５の付け根に当接する。また、軸部５の先端は穴部７の一端開口縁７ａに整合するように配置される。ここで、袖部６の先端と軸部５の付け根は、それぞれ面取りされて湾曲面をなしている。また、袖部６の先端と軸部５の付け根は、それぞれ面取りされた部分に焼き入れ１１が施されている。この面取り及び焼き入れ１１は、各分割ピース２Ａ〜２Ｊの作製時に行われる。

この組立式クランクシャフト１は、各ピン部９及び各ジャーナル部１０に潤滑油を供給するための油通路を有する。図５に、組み付け状態の第５〜第９の分割ピース２Ｅ〜２Ｉを断面図により示す。各分割ピース２Ｅ〜２Ｉには、ピン部９及びジャーナル部１０を垂直に貫通する油孔１２が形成されると共に、隣接するピン部９及びジャーナル部１０の油孔１２を互いに連通させる連通油孔１３が形成される。これら油孔１２，１３により油通路が構成される。この組立式クランクシャフト１がエンジンに組み付けられた状態で、潤滑油は各ジャーナル部１０に供給される。従って、各ジャーナル部１０に供給された潤滑油は、ジャーナル部１０の油孔１２を通じてジャーナル部１０の外周に供給されると共に、各ジャーナル部１０の油孔１２から連通油孔１３を通じて隣接するピン部９の油孔１２へ流れ、その油孔１２からピン部９の外周に供給される。ここで、各油孔１２及び各連通油孔１３は、各分割ピース２Ａ〜２Ｊを互いに組み付けてから形成することができる。あるいは、各分割ピース２Ａ〜２Ｊを互いに組み付ける前に、各分割ピース２Ａ〜２Ｊに予め油孔１２及び連通油孔１３を形成しておくこともできる。

上記した組立式クランクシャフト１を製造するには、厚板状のカウンタウェイト部４と、そのカウンタウェイト部４の一端側へ突出する軸部５と、そのカウンタウェイト部４の他端側へ突出する袖部６と、その袖部６及びカウンタウェイト部４を貫通する穴部７とを含む各分割ピース２Ｂ〜２Ｉをそれぞれ作製すると共に、両端の分割ピース２Ａ，２Ｊをそれぞれ作製しておく。ここで、各分割ピース２Ａ〜２Ｊの作製時に、袖部６の先端と軸部５の付け根をそれぞれ面取りすると共に、袖部６の先端と軸部５の付け根にそれぞれ焼き入れ１１を施す。

次に、隣り合う分割ピース２Ｂ〜２Ｉのうち一方の分割ピース２Ｂ〜２Ｉに設けられた袖部６の穴部７に、他方の分割ピース２Ｂ〜２Ｉに設けられた軸部５を圧入し、軸部５の一部を袖部６で覆うと共に、袖部６の先端を軸部５の付け根に当接させて締結することにより隣り合う分割ピース２Ｂ〜２Ｉを互いに組み付ける。また、第１分割ピース２Ａを第２分割ピース２Ｂに組み付けると共に、第１０分割ピース２Ｊを第９分割ピース２Ｉに組み付ける。第２分割ピース２Ｂへの第１分割ピース２Ａの組み付けは、第１分割ピース２Ａの穴部７に、第２分割ピース２Ｂの軸部５を圧入して締結することにより行われる。一方、第９分割ピース２Ｉへの第１０分割ピース２Ｊの組み付けは、第９分割ピース２Ｉの袖部６に開いた穴部７に、第１０分割ピース２Ｊの軸部５を圧入して締結することにより行われる。ここで、隣り合う分割ピース２Ａ〜２Ｊの間で、軸部５を覆った袖部６によりジャーナル部１０又はピン部９を構成する。その後、油孔１２及び連通油孔１３を加工するなどの所要の後加工をすることにより組立式クランクシャフト１が完成する。

以上説明したこの実施形態の組立式クランクシャフト１の構成によれば、隣り合う分割ピース２Ａ〜２Ｊの一方に設けられた穴部７に、他方の分割ピース２Ａ〜２Ｊに設けられた軸部５の全体が圧入されるので、軸部５と穴部７による締結部３の長さが最大限に確保される。このため、締結部３として最大限の締結力を得ることができる。また、図６に示すように、軸部３と穴部７が締結された状態で、袖部６の先端が軸部５の付け根に当接し、軸部５の先端が穴部７の内壁に接するので、軸部５がその両端にてエンジンの爆発力による反力を支持することとなる。このため、軸部５に抜け力が働き難い構成となり、エンジン運転時に爆発力がピン部９やジャーナル部１０に作用しても、その爆発力に対する締結部３の強度を高めることができ、締結部３の抜けを防止することができる。つまり、組立式クランクシャフト１がエンジンに使用され、エンジン運転時にピストンの運動力が組立式クランクシャフト１の各ピン部９及び各ジャーナル部１０に作用して、各締結部３の締結が抜ける方向に力が加わっても、各締結部３の強固な締結状態を保つことができる。

この実施形態では、袖部６の先端と軸部５の付け根がそれぞれ面取りされるので、袖部６の先端と軸部５の付け根との当接部分における応力集中が面取りにより分散される。このため、袖部６の先端と軸部５の付け根の強度をそれぞれ高めることができ、締結部３の耐久性を向上させることができる。

また、この実施形態では、袖部６の先端と軸部５の付け根がそれぞれ焼き入れされることから、袖部６の先端と軸部５の付け根との当接部分における硬度が焼き入れ１１により増大する。この意味でも、袖部６の先端と軸部５の付け根の強度を高めることができ、締結部３の耐久性を向上させることができる。

更に、この実施形態では、油孔１２及び連通油孔１３を通じて各ジャーナル部１０及び各ピン部９に潤滑油を供給することができ、各ジャーナル部１０及び各ピン部９に要求される潤滑性能を確保することができる。

なお、この発明は前記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更して以下のように実施することもできる。

（１）前記実施形態では、図４に示すように、軸部５の先端を穴部７の一端開口縁７ａに整合させるように配置したが、図７に示すように、軸部５の先端を穴部７の一端開口縁７ａよりやや内側に配置するように構成してもよい。この場合も、前記実施形態と同様に、軸部５の両端にてエンジンの爆発力による反力を支持することができる。

（２）前記実施形態では、単に軸部５を穴部７に圧入するように締結部３を構成したが、軸部の外周に、その軸線方向に延び交互に山部と谷部が並ぶセレーションを形成して、その軸部を穴部に圧入することにより塑性締結するように構成することもできる。

（３）前記実施形態では、本発明を４気筒用エンジンのための組立式クランクシャフト１に具体化したが、本発明を４気筒以外の気筒数のエンジンのための組立式クランクシャフトに具体化することもできる。

（４）前記実施形態では、図４に示すように、袖部６の先端と軸部５の付け根の両方を湾曲面に面取りしたが、図８に示すように、軸部５の付け根を湾曲面に面取りする一方で、袖部６の先端を斜め平坦に面取りするようにしてもよい。

組立式クランクシャフトを示す側面図。 一部の分割ピースの組み付け工程を示す側面図。 一部の分割ピースの組み付け工程を示す側面図。 締結状態の締結部を示す断面図。 組み付け状態の一部の分割ピースを示す断面図。 締結部に作用する爆発力と反力の関係を示す説明図。 締結状態の締結部を示す断面図。 締結状態の締結部を示す断面図。

符号の説明

１ 組立式クランクシャフト
２Ａ 第１分割ピース
２Ｂ 第２分割ピース
２Ｃ 第３分割ピース
２Ｄ 第４分割ピース
２Ｅ 第５分割ピース
２Ｆ 第６分割ピース
２Ｇ 第７分割ピース
２Ｈ 第８分割ピース
２Ｉ 第９分割ピース
２Ｊ 第１０分割ピース
３ 締結部
５ 軸部
６ 袖部
７ 穴部
９ ピン部
１０ ジャーナル部
１１ 焼き入れ

Claims (6)

1. 複数の分割ピースを締結部にて互いに組み付けて一体に組み立ててなる組立式クランクシャフトであって、
   前記締結部は、隣り合う分割ピースのうち一方の分割ピースに設けられた穴部と、他方の分割ピースに設けられた軸部とを含み、前記穴部に前記軸部を圧入して締結することにより前記隣り合う分割ピースが互いに組み付けられることと、
   前記一方の分割ピースには、前記穴部の一部を含む袖部が設けられ、前記袖部が前記穴部に圧入された前記軸部の一部を覆うことと、
   前記袖部が前記軸部の一部を覆った状態で、前記袖部の先端が前記軸部の付け根に当接することと
   を備え、前記隣り合う分割ピースの間で前記軸部を覆った前記袖部によりジャーナル部又はピン部を構成したことを特徴とする組立式クランクシャフト。
2. 前記袖部の先端と前記軸部の付け根がそれぞれ面取りされたことを特徴とする請求項１に記載の組立式クランクシャフト。
3. 前記袖部の先端と前記軸部の付け根がそれぞれ焼き入れされたことを特徴とする請求項１又は２に記載の組立式クランクシャフト。
4. 複数の分割ピースを一体に組み立ててなる組立式クランクシャフトの製造方法であって、
   厚板状のカウンタウェイト部と、前記カウンタウェイト部の一端側へ突出する軸部と、前記カウンタウェイト部の他端側へ突出する袖部と、前記袖部及び前記カウンタウェイト部を貫通する穴部とを含む複数の分割ピースを作製し、
   隣り合う分割ピースのうち一方の分割ピースに設けられた前記袖部の前記穴部に、他方の分割ピースに設けられた前記軸部を圧入し、前記軸部の一部を前記袖部で覆うと共に前記袖部の先端を前記軸部の付け根に当接させて締結することにより前記隣り合う分割ピースを互いに組み付け、
   前記隣り合う分割ピースの間で前記軸部を覆った前記袖部によりジャーナル部又はピン部を構成する
   ことを特徴とする組立式クランクシャフトの製造方法。
5. 前記分割ピースの作製時に、前記袖部の先端と前記軸部の付け根をそれぞれ面取りすることを特徴とする請求項４に記載の組立式クランクシャフトの製造方法。
6. 前記分割ピースの作製時に、前記袖部の先端と前記軸部の付け根をそれぞれ焼き入れすることを特徴とする請求項４又は５に記載の組立式クランクシャフトの製造方法。

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