JP4979226B2 - クランクシャフト支持構造 - Google Patents

Description

この発明は、自動車等のエンジンに使用するクランクシャフトの支持構造に関するものである。

クランクシャフト１は、図７に示すように、軸部２と、クランクアーム３と、隣接するクランクアーム３の間にコンロッドを配置するためのクランクピン４とを有する。

軸部２を支持する軸受５としては、例えば、滑り軸受（図示せず）が用いられることがある。または、図８に示すような、外輪６と、外輪６の内径面に沿って配置される針状ころ７と、隣接する針状ころ７の間隔を保持する保持器８とを備える針状ころ軸受５が用いられるのが一般的である。

このような針状ころ軸受５は、針状ころ７と軌道面とが線接触するので、軸受投影面積が小さい割に高負荷容量と高剛性が得られる利点を有しており、自動車や二輪エンジン等、あらゆる分野に広く利用されている。また、針状ころ軸受５は、滑り軸受と比較すると負荷容量は低いが、回転時の摩擦抵抗が小さいので、回転トルクの低減や支持部分の給油量を減らすことが可能となる。

ただし、軸部２の両端には、図７のＰ部のようにクランクアーム３が配置されており、針状ころ軸受５を軸方向に挿入することができない。そこで、このような場所に使用可能な軸受が、例えば、米国特許第１９２１４８８号公報（特許文献１）に記載されている。

同公報に記載されている針状ころ軸受は、図９に示すような、外輪９を軸受の軸線方向に延びる分割線９ｃによって分割した外輪部材９ａ，９ｂと、同様に分割した保持器（図示せず）とを備える。
米国特許第１９２１４８８号公報

上記公報に記載されている針状ころ軸受は、クランクシャフト１のクランクアーム３に挟まれた軸部２に組込む場合、針状ころを収容した保持器および外輪部材９ａ，９ｂをそれぞれ径方向から組込むことができる。

このとき、外輪９は、図１０（ａ）に示すように、完全な円筒形状となるのが理想的であるが、実際には、図１０（ｂ）に示すように、外輪部材９ａ，９ｂが径方向にずれて、分割部分に段差ができる。さらに、この段差は組込み精度が悪いほど大きくなる。

そして、この段差部分を針状ころ７が通過すると、異常音が発生する。この異常音は、段差が大きいほど大きくなり、また、軸受が高速回転するほど大きくなるので、クランクシャフト１等の高速回転軸を支持する軸受にとっては大きな問題となる。

そこで、この発明の目的は、針状ころが外輪の段差部分を通過するときの異常音を抑制可能なクランクシャフト支持構造を提供することである。

この発明に係るクランクシャフト支持構造は、クランクシャフトと、クランクシャフトを回転自在に支持する針状ころ軸受とを備える。針状ころ軸受に注目すると、軸受の軸線方向に延びる分割線によって分割された複数の外輪部材を有する外輪と、外輪の軌道面上に転動自在に配置される複数の針状ころとを備え、分割線は、針状ころ軸受の最大ラジアル荷重点を基準として、円周方向の両側に５０°以上離れて設けられる。

上記構成のように、外輪の分割線を最大ラジアル荷重点から離れた位置に配置することにより、針状ころが段差部分を通過するときの異常音を抑えることができる。その結果、騒音の少ないクランクシャフト支持構造を得ることができる。なお、本明細書中「最大ラジアル荷重点」とは、クランクシャフトに組込まれた針状ころ軸受の外輪円周上で、最も大きなラジアル荷重が負荷される点をいうものとする。

好ましくは、分割線は、軸受中心を中心として最大ラジアル荷重点と対称な点を基準として、円周方向の両側に５０°以上離れて設けられる。通常、軸受中心を中心として最大ラジアル荷重点と対称な点にも大きなラジアル荷重が負荷される。そこで、外輪の分割線をこの点からも離れた位置に配置することにより、より騒音の少ないクランクシャフト支持構造を得ることができる。

この発明は、外輪の段差部分を最大ラジアル荷重点から離れた位置に配置することで、針状ころが段差部分を通過するときの異常音を抑制した、騒音の少ないクランクシャフト支持構造を得ることができる。

図２を参照して、この発明の一実施形態に係るクランクシャフト支持構造を説明する。

図２に示すクランクシャフト支持構造は、軸部１６、軸部１６の両端に位置するクランクアーム１７、およびクランクアーム１７の軸部１６と反対側に配置されるクランクピン１８を有するクランクシャフト１５と、クランクシャフト１５を回転自在に支持する針状ころ軸受１１と、クランクケース１９およびクランクケースキャップ２０とを備える。

針状ころ軸受１１は、図１に示すように、軸受の軸線方向に延びる分割線によって分割された複数の外輪部材１２ａを有する外輪１２と、外輪１２の軌道面上に転動自在に配置される複数の針状ころ１３と、複数の針状ころを収容するポケットを有する保持器１４とを備える。

外輪部材１２ａは、図３（ａ）に示すような切削加工によって形成した円筒形状の外輪１２に衝撃を加えて円周方向に２分割することにより得られる（図３（ｂ）参照）。このとき、分割部分の端面には研削加工等を施さないので、図３（ｃ）に示すように割れたときの凹凸が残っている。軸受使用時には、対応する端面を突合させることにより円筒形状の外輪１２を得る。なお、このような製造方法を「自然割り」という。

一方、保持器１４は、図４（ａ）に示すように、切断部１４ｂで円周方向に２分割された分割保持器１４ａを２つ組み合わせて形成する。また、図４（ｂ）に示すように、針状ころ１３を収容するポケット１４ｃを有する。

次に、上記構成の針状ころ軸受１１をクランクシャフト１５に組込む方法を説明する。

まず、保持器１４の各ポケットに針状ころ１３を組込む。次に、一方側の外輪部材１２ａをクランクケース１９に組込み、その上に一方側の分割保持器１４ａ、クランクシャフト１５、他方側の保持器１４ａ、他方側の外輪部材１２ａを置く。最後にクランクケースキャップ２０を組み込み固定する。

このとき、２つの外輪部材１２ａの分割線は、クランクシャフト支持構造１５の最大ラジアル荷重点を基準として、円周方向の両側に５０°以上離れた位置に設けられる。上記構成とすることにより、外輪部材１２ａの突合部分に段差がある場合でも、針状ころ１３が段差部分を通過するときの異常音を抑えることができる。その結果、騒音の少ないクランクシャフト支持構造を得ることができる。

さらに、図５に示すように、一般に軸受中心を中心として最大ラジアル荷重点と対称な点にも大きな荷重が負荷されるので、外輪部材１２ａの分割線は、この点を基準として円周方向の両側に５０°以上離れた位置に設けられる。つまり、最大ラジアル荷重点の両端５０°〜１３０°の範囲内に設けるとよい。

次に、この発明の効果を確認するために、クランクシャフトの最大ラジアル荷重点と外輪部材１２ａの分割線との位置関係を変えて、軸受回転中の音を測定する試験を実施した。

なお、試験に使用したクランクシャフト支持構造は、最大ラジアル荷重点と分割線とが一致するもの（表中０°と記載されているもの）と、両者が３０°，５０°，７０°，９０°ずれているものをそれぞれ使用した。また、軸受の回転数として、１０００ｒｐｍ，１８００ｒｐｍ，５０００ｒｐｍでそれぞれ試験を実施した。結果を表１および図６に示す。

表１および図６を参照して、外輪部材１２ａの分割線が最大ラジアル荷重点から５０°以上離れているものは、回転中の音が小さく、また、回転速度を変化させても音の大きさはあまり変化しないことが確認された。さらに、この試験では、分割線と最大ラジアル荷重点とが９０°離れて配置されているときに、最も音が小さくなることが確認された。

なお、保持器１４は、金属材料をプレス加工や切削加工して製造した金属製保持器であってもよいし、弾性変形能の高い樹脂材料を射出成型して製造した樹脂製保持器としてもよい。

また、外輪１２は、２つの外輪部材１２ａからなる例を示したが、これに限ることなく、３つ以上の外輪部材１２ａを組み合わせるものであってもよい。

さらに、この発明に係るクランクシャフト支持構造は、自動車や二輪車等のあらゆるエンジンのクランクシャフトに適用可能である。また、エンジンの気筒数は単気筒であっても多気筒であってもよいが、図７のＰ部に示すような両端をクランクアームで挟まれた軸部を有する多気筒エンジンに使用されるクランクシャフトに適用することにより、より大きな効果が期待できる。

以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

この発明は、エンジンのクランクシャフト支持構造に有利に利用される。

図２に使用される針状ころ軸受を示す図である。 この発明の一実施形態に係るクランクシャフト支持構造を示す図である。 図１の針状ころ軸受の外輪部材を示す図であって、（ａ）分割前の正面図、（ｂ）は（ａ）を２箇所で分割した状態を示す図、（ｃ）は（ｂ）の分割部分の拡大図である。 図１の針状ころ軸受の保持器を示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は側断面図である。 この発明の効果を確認するための試験結果を示す図である。 図１の針状ころ軸受に負荷されるラジアル荷重の分布を示す図である。 従来のクランクシャフトを示す図である。 図７の軸部を支持する従来の針状ころ軸受を示す図である。 図８の針状ころ軸受に使用する従来の外輪を示す図である。 図９の外輪部材を組み合わせたときの状態を示す図であって、（ａ）は正確に組み合わされた例、（ｂ）はずれて組み合わされた例である。

符号の説明

１，１５ クランクシャフト、２，１６ 軸部、３，１７ クランクアーム、４，１８ クランクピン、５，１１ 針状ころ軸受、６，９，１２ 外輪、９ａ，９ｂ，１２ａ 外輪部材、９ｃ 分割線、７，１３ 針状ころ、８，１４ 保持器、１４ａ 分割保持器、１４ｂ 切断部、１４ｃ ポケット、１９ クランクケース、２０ クランクケースキャップ。

Claims (1)

1. クランクシャフトと、
   クランクケースと、
   クランクケースキャップと、
   前記クランクシャフトを回転自在に支持する針状ころ軸受とを備えたクランクシャフト支持構造であって、
   前記針状ころ軸受は、軸受の軸線方向に延びる分割線によって分割された複数の外輪部材を有する外輪と、前記外輪の軌道面上に転動自在に配置される複数の針状ころと、前記針状ころを保持する保持器とを備え、
   前記外輪は２つの半円形状の外輪部材となるよう自然割りで分割されており、
   前記分割線は、２つの前記外輪部材を突合させた際に円筒形状となるよう分割された線であり、
   前記外輪は、２つの前記外輪部材を突合させて円筒形状を形成した場合に、前記針状ころ軸受の最大ラジアル荷重点を基準の０°として、一方側の分割線が、軸方向から見て時計回りに７０°〜１１０°の範囲で前記最大ラジアル荷重点から離れて設けられ、他方側の分割線が、軸方向から見て反時計回りに７０°〜１１０°の範囲で前記最大ラジアル荷重点から離れて設けられるように、２つの前記外輪部材を前記クランクケースおよび前記クランクケースキャップ間に組み込んで固定されて設けられ、
   前記針状ころ軸受の回転数が１０００〜５０００ｒｐｍの間において、音響値が５４．６〜６２．５ｄＢの範囲内にある、クランクシャフト支持構造。

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