JP7472802B2 - クランクシャフト - Google Patents

Description

この発明は、回転軸線方向に複数のクランク部が並んで配置されたクランクシャフトに関するものである。

特許文献１には、直列３気筒式内燃機関に使用されるクランクシャフトが記載されている。このクランクシャフトは、第２気筒内を往復動するピストンと、そのピストンおよびクランクピンを連結するコネクティングロッドとの慣性力にバランスさせるためのウェイト（バランスウェイト）を、第１気筒および第３気筒に設けられたバランスウェイトに振り分けることによってクランクシャフトまたは内燃機関が大型化することを抑制するように構成されている。具体的には、第２気筒のクランクピンの両側に位置する一対のクランクウェブ（以下、第２クランクウェブ対と記す。）の板厚を、第１気筒のクランクピンの両側に位置する一対のクランクウェブ（以下、第１クランクウェブ対と記す）および第３気筒のクランクピンの両側に位置する一対のクランクウェブ（以下、第３クランクウェブ対と記す）の板厚よりも薄く形成することにより、第２クランクウェブ対の外面間距離を、第１クランクウェブ対および第３クランクウェブ対の外面間距離よりも短くするように構成されている。すなわち、クランクウェブの板厚およびジャーナル部の位置を変更することにより、クランクシャフトの軸長や、クランクシャフトの回転中心からクランクウェブの外縁までの距離が長くなることを抑制しつつ、第２気筒の慣性力にバランスさせるためのバランスウェイトを、第１気筒および第３気筒に設けられたバランスウェイトに振り分けるように構成されている。

特許文献１に記載されたクランクシャフトは、更に、第１クランクウェブ対のうちクランクシャフトの軸線方向における中央側のクランクウェブ（以下、第２クランクウェブと記す）の剛性を、クランクシャフトの端部側のクランクウェブ（以下、第１クランクウェブと記す）の剛性よりも高くするために、第２クランクウェブの板厚を、第１クランクウェブの板厚よりも厚く形成している。同様に、第３クランクウェブ対のうちクランクシャフトの軸線方向における中央側のクランクウェブ（以下、第５クランクウェブと記す）の剛性を、クランクシャフトの端部側のクランクウェブ（以下、第６クランクウェブと記す）の剛性よりも高くするために、第６クランクウェブの板厚を、第５クランクウェブの板厚よりも厚く形成している。

特開２０１２－２４７０４３号公報

特許文献１に記載されたクランクシャフトは、第２クランクウェブ対にバランスウェイトを設けた従来のクランクシャフトと同様の振動低減効果を維持しつつ、クランクシャフトの軸長が長くなることを抑制するために、第２気筒内を往復動するピストンと、そのピストンおよびクランクピンを連結するコネクティングロッドとの慣性力にバランスさせるためのバランスウェイトを、第１気筒および第３気筒に設けられたバランスウェイトに振り分けている。しかしながら、第２クランクウェイブ対にバランスウェイトを設けた従来のクランクシャフトの振動低減効果を向上させるために、第１クランクウェブ対や第３クランクウェブ対に設けられたバランスウェイトの配置や、クランクアームあるいはクランクピンを支持する剛性などを変更することを検討する余地があった。

この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであって、振動低減効果を向上させることができるクランクシャフトを提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、この発明は、互いに対向した一対のクランクアーム、および前記一対のクランクアームの先端側の対向面に両端が連結されたクランクピンを有し、前記クランクピンの中心軸線と平行な回転軸線を中心として回転するように構成されたクランク部が、前記回転軸線方向に並んで複数設けられたクランクシャフトであって、前記複数のクランク部のうちの前記回転軸線の一端側の第１クランク部における前記一対のクランクアームには、前記クランクピンに作用する慣性力に対向する慣性力を生じさせる一対のバランスウェイトが、前記回転軸線を挟んで前記クランクピンが連結された端部とは反対側の端部に連結され、前記複数のクランク部のうちの前記回転軸線の他端側の第２クランク部における前記一対のクランクアームには、前記クランクピンに作用する慣性力に対向する慣性力を生じさせる一対のバランスウェイトが、前記回転軸線を挟んで前記クランクピンが連結された端部とは反対側の端部に連結され、（１）前記第１クランク部の前記一対のバランスウェイトのうち、前記回転軸線の中央側の第１内側ウェイトの質量が、前記一対のバランスウェイトのうち、前記回転軸線の端部側の第１外側ウェイトの質量よりも大きく形成され、かつ前記第２クランク部の前記一対のバランスウェイトのうち、前記回転軸線の中央側の第２内側ウェイトの質量が、前記一対のバランスウェイトのうち、前記回転軸線の端部側の第２外側ウェイトの質量よりも大きく形成されていること、（２）前記第１クランク部の前記一対のクランクアームのうち、前記回転軸線の端部側の第１外側クランクアームに前記クランクピンが連結された第１連結部の剛性、および前記第２クランク部の前記一対のクランクアームのうち、前記回転軸線の端部側の第２外側クランクアームに前記クランクピンが連結された第２連結部の剛性が、前記回転軸線方向において前記第１クランク部と前記第２クランク部との間の他のクランク部における前記一対のクランクアームに前記クランクピンが連結された部分の剛性よりも高く形成されていることとの上記（１）、（２）の少なくともいずれか一方の条件を満たして形成され、前記第１内側ウェイトおよび前記第１外側ウェイトは、板状に形成され、前記第１外側ウェイトの側面の面積が、前記第１内側ウェイトの側面の面積よりも小さく形成され、前記第１外側ウェイトにおける前記第１クランク部の回転方向における長さが、前記第１内側ウェイトにおける前記第１クランク部の回転方向における長さよりも短く形成され、前記第１連結部の剛性が、前記第１クランク部の前記一対のクランクアームのうち、前記第１外側クランクアームに対向した第１内側クランクアームに前記クランクピンが連結された第３連結部の剛性よりも高く形成され、かつ前記第２連結部の剛性が、前記第２クランク部の前記一対のクランクアームのうち、前記第２外側クランクアームに対向した第２内側クランクアームに前記クランクピンが連結された第４連結部の剛性よりも高く形成されていることを特徴とするものである。

また、この発明では、前記第１内側ウェイトおよび前記第１外側ウェイトは、扇状に形成され、前記第１内側ウェイトの中心角が、前記第１外側ウェイトの中心角よりも大きく形成されていてよい。

また、この発明では、前記第１外側ウェイトにおける前記第１クランク部の回転軸線の半径方向における長さが、前記第１内側ウェイトにおける前記第１クランク部の回転軸線の半径方向における長さよりも短く形成されていてよい。

また、この発明では、前記第１内側ウェイトおよび前記第１外側ウェイトは、扇状に形成され、前記第１内側ウェイトの半径が、前記第１外側ウェイトの半径よりも大きく形成されていてよい。

また、この発明では、前記第２内側ウェイトおよび前記第２外側ウェイトは、板状に形成され、前記第２外側ウェイトの側面の面積が、前記第２内側ウェイトの側面の面積よりも小さく形成されていてよい。

また、この発明では、前記第２外側ウェイトにおける前記第２クランク部の回転方向における長さが、前記第２内側ウェイトにおける前記第２クランク部の回転方向における長さよりも短く形成されていてよい。

また、この発明では、前記第２内側ウェイトおよび前記第２外側ウェイトは、扇状に形成され、前記第２内側ウェイトの中心角が、前記第２外側ウェイトの中心角よりも大きく形成されていてよい。

また、この発明では、前記第２外側ウェイトにおける前記第２クランク部の回転軸線の半径方向における長さが、前記第２内側ウェイトにおける前記第２クランク部の回転軸線の半径方向における長さよりも短く形成されていてよい。

また、この発明では、前記第２内側ウェイトおよび前記第２外側ウェイトは、扇状に形成され、前記第２内側ウェイトの半径が、前記第２外側ウェイトの半径よりも大きく形成されていてよい。

また、この発明では、前記第３連結部および前記第４連結部の剛性が、前記他のクランク部における前記一対のクランクアームに前記クランクピンが連結された部分の剛性よりも高く形成されていてよい。

また、この発明では、前記第１連結部の板厚および前記第２連結部の板厚が、前記他のクランク部における前記一対のクランクアームに前記クランクピンが連結された部分の板厚よりも厚く形成されていてよい。

また、この発明では、前記剛性は、前記クランクアームの曲げ方向の剛性と、前記クランクアームの捩れ方向の剛性との少なくともいずれか一方を含んでよい。

そして、この発明では、前記複数のクランク部における前記回転軸線方向の幅が同一に形成されていてよい。

この発明によれば、クランクシャフトの一方の端部側に設けられた第１クランク部と、他方の端部側に設けられた第２クランク部とのそれぞれに一対のバランスウェイトが取り付けられ、それら一対のバランスウェイトのうちのクランクシャフトの軸線方向における中央側（内側）のバランスウェイトの質量が、外側のバランスウェイトの質量よりも大きく形成されている。このようにクランクシャフトの回転軸線方向における内側のバランスウェイトの質量を、外側のバランスウェイトの質量よりも大きくすることにより、一対のバランスウェイトの質量を同一とした場合よりも、振動低減効果を向上させることができる。または、第１クランク部における第１外側クランクアームにクランクピンが連結された第１連結部と、第２クランク部における第２外側クランクアームにクランクピンが連結された第２連結部との剛性が、他のクランク部におけるクランクアームにクランクピンが連結された部分の剛性よりも高く形成されている。このように第１連結部と第２連結部との剛性を高くすることにより、クランクアームにクランクピンが連結された部分の全てを同一の剛性とした場合よりも、振動低減効果を向上させることができる。さらに、内側のバランスウェイトの質量を外側のバランスウェイトよりも大きくし、または第１連結部と第２連結部との剛性を他の部分の剛性よりも高くすればよく、したがって、各クランク部の軸線方向の幅を変更する必要がなく、クランクシャフトの軸長が変化することや、各クランク部の間に設けられるジャーナル部の位置が既存の位置からずれることを抑制できる。

この発明の実施形態におけるクランクシャフトの一例を説明するための斜視図である。 振動低減効果を検証するための各ウェイトの質量の振り分け方のパターンを示す図である。 図１に示すクランクシャフトを出力部側から見た側面図である。 振動低減効果を検証するための各クランクアームの剛性の定め方のパターンを示す図である。

この発明の実施形態におけるクランクシャフトの一例を説明するための斜視図を図１に示してある。図１に示すクランクシャフト１は、エンジンブロック内で燃料と空気との混合気を燃焼することにより駆動するピストンの往復運動を、回転運動に変換して出力するものである。すなわち、クランクシャフト１には、ピストンを往復動させる荷重が伝達されるとともに、その荷重をトルクに変換して出力する。

図１に示すクランクシャフト１は、上述したように変換されたトルクを出力するための出力部２と、クランクシャフト１の端部を回転自在に保持する後端部３とを備えている。この出力部２と後端部３とは、同一の回転軸線上に配置され、図示しないクランクケースに回転自在に保持されている。より具体的には、出力部２には、クランクケースに保持される先端側ジャーナル部４が形成され、後端部３にも同様に、クランクケースに保持される後端側ジャーナル部５が形成されている。

また、図１に示すクランクシャフト１は、直列式の３気筒内燃機関に使用されるものである。したがって、従来知られているクランクシャフトと同様に、三つのクランク部６，７，８が、上記回転軸線を中心として回転するように、回転軸線に沿って順に並んで配置されている。

上述した三つのクランク部６，７，８のうちの回転軸線方向における出力部２側のクランク部（以下、先端側クランク部と記す）６は、互いに対向した第１外側クランクアーム９および第１内側クランクアーム１０と、それらのクランクアーム９，１０に連結された先端側クランクピン１１とにより構成されている。

第１外側クランクアーム９は、一方の側面が先端側ジャーナル部４に連結されかつ回転軸線から半径方向外側に所定の長さを有している。また、第１内側クランクアーム１０は、第１外側クランクアーム９における他方の側面に対向して配置されている。そして、中心軸線が回転軸線と平行となるように配置された先端側クランクピン１１の両端が、互いに対向した第１外側クランクアーム９と第１内側クランクアーム１０との側面（対向面）のうちの先端側（回転軸線の半径方向における外側）の連結部９ａ，１０ａに連結されている。なお、先端側クランク部６が、この発明の実施形態における「第１クランク部」に相当し、上記連結部９ａが、この発明の実施形態における「第１連結部」に相当し、連結部１０ａが、この発明の実施形態における「第３連結部」に相当する。

第１内側クランクアーム１０における第１外側クランクアーム９に対向した面とは反対側の側面には、回転軸線上に配置されかつクランクケースに保持される第１ジャーナル部１２の一端が連結されている。この第１ジャーナル部１２の他端が、中間クランク部７に連結されている。

中間クランク部７は、互いに対向した第１中間クランクアーム１３および第２中間クランクアーム１４と、それらのクランクアーム１３，１４に連結された中間クランクピン１５とにより構成されている。

第１中間アーム１３は、一方の側面が上記第１ジャーナル部１２に連結されかつ回転軸線から半径方向外側に所定の長さを有している。また、第２中間クランクアーム１４は、第１中間クランクアーム１３における他方の側面に対向して配置されている。そして、中心軸線が回転軸線と平行に配置された中間クランクピン１５の両端が、互いに対向した第１中間クランクアーム１３と第２中間クランクアーム１４との側面（対向面）のうちの先端側（回転軸線の半径方向における外側）の連結部１３ａ，１４ａに連結されている。なお、中間クランク部７が、この発明の実施形態における「他のクランク部」に相当する。

また、上述した三つのクランク部６，７，８のうちの回転軸線方向における後端部３側のクランク部（以下、後端側クランク部と記す）８は、互いに対向した第２外側クランクアーム１６および第２内側クランクアーム１７と、それらのクランクアーム１６，１７に連結された後端側クランクピン１８とにより構成されている。

第２外側クランクアーム１６は、一方の側面が後端側ジャーナル部５に連結されかつ回転軸線から半径方向外側に所定の長さを有している。また、第２内側クランクアーム１７は、第２外側クランクアーム１６における他方の側面に対向して配置されている。そして、中心軸線が回転軸線と平行に配置された後端側クランクピン１８の両端が、互いに対向した第２外側クランクアーム１６と第２内側クランクアーム１７との側面（対向面）のうちの先端側（回転軸線の半径方向における外側）の連結部１６ａ，１７ａに連結されている。なお、後端側クランク部８が、この発明の実施形態における「第２クランク部」に相当し、連結部１６ａが、この発明の実施形態における「第２連結部」に相当し、連結部１７ａが、この発明の実施形態における「第４連結部」に相当する。

そして、第２内側クランクアーム１７と第２中間クランクアーム１４とが、第２ジャーナル部１９によって連結され、その第２ジャーナル部１９がクランクケースに回転自在に保持されている。

なお、先端側クランク部６、中間クランク部７、および後端側クランク部８は、回転軸線の回転方向に所定の角度（約１２０°）ずつズレて形成されている。

上述した先端側クランク部６および後端側クランク部８には、各クランクピン１１，１５，１８が回転することによる振動を低減するため、言い換えると、各クランクピン１１，１５，１８に作用する慣性力に対抗する慣性力を生じさせるための板状に形成されたバランスウェイト２０，２１，２２，２３が設けられている。なお、図１に示すバランスウェイト２０，２１，２２，２３は、扇状に形成されている。

具体的には、回転軸線を挟んで第１外側クランクアーム９の反対側には、第１外側ウェイト２０が連結され、回転軸線を挟んで第１内側クランクアーム１０の反対側には、第１内側ウェイト２１が連結されている。同様に、回転軸線を挟んで第２外側クランクアーム１６の反対側には、第２外側ウェイト２２が連結され、回転軸線を挟んで第２内側クランクアーム１７の反対側には、第２内側ウェイト２３が連結されている。

一方、中間クランク部７には、バランスウェイトを設けていない。すなわち、中間クランク部７における中間クランクピン１５が回転することによる振動を低減するためのバランスウェイトの質量分を、先端側クランク部６および後端側クランク部８に設けられたバランスウェイトに振り分けている。そのため、第１外側ウェイト２０および第１内側ウェイト２１は、先端側クランクピン１１の回転運動に伴って定められる質量に、中間クランクピン１５の回転運動に伴って定められる質量の一部を加算した質量となるように構成されている。同様に、第２外側ウェイト２２および第２内側ウェイト２３は、後端側クランクピン１８の回転運動に伴って定められる質量に、中間クランクピン１５の回転運動に伴って定められる質量の一部を加算した質量となるように構成されている。なお、従来知られているように、先端側クランク部６や後端側クランク部８に加算される質量の合計は、中間クランク部７にバランスウェイトを取り付けるとした場合の質量よりも小さい質量であってよい。

上述したように先端側クランク部６にバランスウェイトを設ける場合であっても、第１外側ウェイト２０と第１内側ウェイト２１との質量を同一にすることや異ならせることができ、同様に、後端側クランク部８にバランスウェイトを設ける場合であっても、第２外側ウェイト２２と第２内側ウェイト２３との質量を同一にすることや異ならせることができるため、本発明者等は、各ウェイト２０，２１，２２，２３の質量の振り分け方によって振動低減効果が異なるか否かを確認するシミュレーションを行った。

具体的には、図２に示すように、第１外側ウェイト２０の質量が第１内側ウェイト２１の質量よりも大きく、かつ第２外側ウェイト２２の質量が第２内側ウェイト２３の質量よりも小さいパターンＡ、各ウェイト２０，２１，２２，２３の質量が同等のパターンＢ、第１外側ウェイト２０の質量が第１内側ウェイト２１の質量よりも小さく、かつ第２外側ウェイト２２の質量が第２内側ウェイト２３の質量よりも小さいパターンＣ、第１外側ウェイト２０の質量が第１内側ウェイト２１の質量よりも大きく、かつ第２外側ウェイト２２の質量が第２内側ウェイト２３の質量よりも大きいパターンＤ、および第１外側ウェイト２０の質量が第１内側ウェイト２１の質量よりも小さく、かつ第２外側ウェイト２２の質量が第２内側ウェイト２３の質量よりも大きいパターンＥの５つのパターンでシミュレーションを行った。

このシミュレーションでは、クランクシャフト１を所定の回転数で回転させるとともに、エンジン負荷を一定値にしてエンジンを運転した場合における先端側ジャーナル部４、第１ジャーナル部１２、第２ジャーナル部１９、および後端側ジャーナル部５の振動、および各ジャーナル部４，１２，１９，５の振動の平均値を求めた。なお、６００Hzから１６００Hzの周波数帯の振動を抽出して求めた。

その結果を表１に示してある。なお、表１には、パターンＡを基準とした振動レベルを示してある。

表１に示すように、先端側ジャーナル部４、第１ジャーナル部１２、第２ジャーナル部１９、および後端側ジャーナル部５のそれぞれにおいて、パターンＣが最も振動を低減することができる。すなわち、第１外側ウェイト２０の質量が第１内側ウェイト２１の質量よりも小さく、かつ第２外側ウェイト２２の質量が第２内側ウェイト２３の質量よりも小さくなるように形成することにより、クランクシャフト１の振動を低減することができる。

同様に、パターンＣ、およびパターンＤで上述したシミュレーションを行った際に、先端側ジャーナル部４に作用する荷重を比較した。その結果を表２に示してある。なお、表２には、ピストンが往復動する方向（上下）の荷重の平均値をパターンＡを基準とした荷重レベルと、ピストンが往復動する方向に直交する方向（左右）の荷重の平均値をパターンＡを基準とした荷重レベルを示している。

表２に示すように先端側ジャーナル部４に作用する荷重は、パターンＣが他のパターンＤよりも小さいことが分かる。すなわち、パターンＣが、振動を低減する効果が高いことが分かる。

したがって、この発明の実施形態におけるクランクシャフトは、第１外側ウェイト２０の質量を第１内側ウェイト２１の質量よりも小さく形成し、かつ第２外側ウェイト２２の質量を第２内側ウェイト２３の質量よりも小さく形成している。具体的には、第１外側ウェイト２０の軸線方向を向いた側面の面積を、第１内側ウェイト２１の軸線方向を向いた側面の面積よりも小さくし、かつ第２外側ウェイト２２の軸線方向を向いた側面の面積を、第２内側ウェイト２１の軸線方向を向いた側面の面積よりも小さく形成している。

図３は、クランクシャフト１を出力部２側から見た側面図である。図３に示す例では、第１外側ウェイト２０および第１内側ウェイト２１は、それぞれ扇状に形成されていて、第１外側ウェイト２０の中心角αが、第１内側ウェイト２１の中心角βよりも小さく形成されている。すなわち、先端側クランク部６の回転方向において、第１外側ウェイト２０の長さが、第１内側ウェイト２１の長さよりも短く形成されている。このように第１外側ウェイト２０および第１内側ウェイト２１を形成することにより、第１外側ウェイト２０の軸線方向を向いた側面の面積が、第１内側ウェイト２１の軸線方向を向いた側面の面積よりも小さくなるように形成される。なお、第１外側ウェイト２０と第１内側ウェイト２１との板厚や外形寸法は、ほぼ同一である。

同様に、第２外側ウェイト２２および第２内側ウェイト２３は、それぞれ扇状に形成されていて、第２外側ウェイト２２の中心角が、第２内側ウェイト２３の中心角よりも小さく形成されている。すなわち、後端側クランク部８の回転方向において、第２外側ウェイト２２の長さが、第２内側ウェイト２３の長さよりも短く形成されている。このように第２外側ウェイト２２および第２内側ウェイト２３を形成することにより、第２外側ウェイト２２の軸線方向を向いた側面の面積が、第２内側ウェイト２３の軸線方向を向いた側面の面積よりも小さくなるように形成される。

上述したように各ウェイト２０，２１，２２，２３を形成することにより、回転軸線方向における先端側クランク部６の幅、および後端側クランク部８の幅は、中間クランク部７の幅と同一に形成されている。言い換えると、先端側ジャーナル部４および第１外側クランクアーム９（または第１外側ウェイト２０）の境界部分と、第１ジャーナル部１２および第１内側クランクアーム１０（または第１内側ウェイト２１）の境界部分との距離が、第１ジャーナル部１２および第１中間クランクアーム１３の境界部分と、第２ジャーナル部１９および第２中間クランクアーム１４の境界部分との距離と同一となるように形成されている。同様に、後端側ジャーナル部５および第２外側クランクアーム１６（または第２外側ウェイト２２）の境界部分と、第２ジャーナル部１９および第２内側クランクアーム１７（または第２内側ウェイト２３）の境界部分との距離が、第１ジャーナル部１２および第１中間クランクアーム１３の境界部分と、第２ジャーナル部１９および第２中間クランクアーム１４の境界部分との距離と同一となるように形成されている。

上述したようにクランクシャフト１の一方の端部側に設けられたクランク部（ここでは、先端側クランク部６）と、他方の端部側に設けられたクランク部（ここでは、後端側クランク部８）とのそれぞれに一対のバランスウェイトを取り付けるとともに、それら一対のバランスウェイトのうちのクランクシャフト１の軸線方向における中央側（内側）のバランスウェイトの質量を、外側のバランスウェイトの質量よりも大きくすることにより、振動低減効果を向上させることができる。そのようにバランスウェイトの質量を異ならせるために、バランスウェイトの中心角と半径との少なくともいずれか一方を異ならせることにより、言い換えると、バランスウェイトの側面の面積を異ならせることにより、各ジャーナル部４，１２，１５，１９の距離を一定にすることができる。したがって、各ジャーナル部４，１２，１５，１９の位置が、既存のクランクシャフトの位置とずれることを抑制できる。その結果、既存のクランクケースの形状を変更することなく、クランクシャフト１を収容することができる。

なお、第１外側ウェイト２０の中心角と第１内側ウェイト２１の中心角とを異ならせることにより、第１内側ウェイト２１の質量を、第１外側ウェイト２０の質量よりも大きくするものに限らず、各バランスウェイト２０，２１の中心角を異ならせることに加えて、または各バランスウェイト２０，２１の中心角を異ならせることに代えて、第１内側ウェイト２１の半径を、第１外側ウェイト２０の半径よりも大きく形成することにより、第１内側ウェイト２１の質量を、第１外側ウェイト２０の質量よりも大きくしてもよい。

同様に、第２外側ウェイト２２の中心角と第２内側ウェイト２３の中心角とを異ならせることにより、第２内側ウェイト２３の質量を、第２外側ウェイト２２の質量よりも大きくするものに限らず、各バランスウェイト２２，２３の中心角を異ならせることに加えて、または各バランスウェイト２２，２３の中心角を異ならせることに代えて、第２内側ウェイト２３の半径を、第２外側ウェイト２２の半径よりも大きく形成することにより、第２内側ウェイト２３の質量を、第２外側ウェイト２２の質量よりも大きくしてもよい。

また、各バランスウェイト２０，２１，２２，２３は、扇状に形成されたものに限らず、側面が長方形状であるものなど、その形状は特に限定されない。バランスウェイト２０，２１，２２，２３の側面を長方形状に形成した場合には、その幅や長さを異ならせることにより、第１内側ウェイト２１と第１外側ウェイト２０との質量を異ならせ、また第２内側ウェイト２３と第２外側ウェイト２２との質量を異ならせてよい。

さらに、図１に示すクランクシャフト１は、直列３気筒内燃機関を対象としたものであるが、直列４気筒内燃機関を対象としたものなど、クランク部を４つ以上配置したクランクシャフトであってもよい。

またさらに、図１に示すクランクシャフト１は、中間クランク部７にバランスウェイトを設けていないが、先端側クランク部６、中間クランク部７、および後端側クランク部８のそれぞれにバランスウェイトを設けていてもよい。そのような場合であっても、第１内側ウェイト２１の質量を第１外側ウェイト２０の質量よりも大きくし、かつ第２内側ウェイト２３の質量を第２外側ウェイト２２の質量よりも大きく形成すればよい。

また、クランクアーム９，１０，１３，１４，１６，１７が曲がる方向に振動し、または捩れる方向に振動することを要因としてクランクシャフト１が振動する。そのため、本発明者等は、クランクアーム９，１０，１３，１４，１６，１７の剛性を向上させることによる振動の低減効果について検証するためのシミュレーションを行った。なお、ここに示す剛性は、クランクアーム９，１０，１３，１４，１６，１７が曲がる方向の剛性およびクランクアーム９，１０，１３，１４，１６，１７が捩れる方向の剛性を示している。

具体的には、図４に示すように、各クランクアーム９，１０，１３，１４，１６，１７の剛性を一定としたパターンＦ、第１外側クランクアーム９および第２外側クランクアーム１６の剛性を上記パターンＦよりも高くし、第１内側クランクアーム１０および第２内側クランクアーム１７の剛性を上記パターンＦと同一とし、第１中間クランクアーム１３および第２中間クランクアーム１４の剛性を上記パターンＦよりも低下させたパターンＧ、第１外側クランクアーム９、第１内側クランクアーム１０、第２内側クランクアーム１７、および第２外側クランクアーム１６の剛性を上記パターンＦよりも高くし、第１中間クランクアーム１３および第２中間クランクアーム１４の剛性を上記パターンＦよりも低下させたパターンＨの三つのパターンでシミュレーションを行った。なお、各クランクアーム９，１０，１３，１４，１６，１７の剛性は、クランクアームのうち、クランクピン１１，１５，１８が取り付けられる部分である連結部９ａ，１０ａ，１３，１４ａ，１６ａ，１７ａの板厚を変更することによって変化させた。

このシミュレーションでは、クランクシャフト１を所定の回転数で回転させるとともに、エンジン負荷を一定値にしてエンジンを運転した場合における先端側ジャーナル部４、第１ジャーナル部１２、第２ジャーナル部１９、および後端側ジャーナル部５の振動を求めた。なお、６００Hzから１６００Hzの周波数帯の振動を抽出して求めた。

その結果を表３に示してある。なお、表３には、パターンＦを基準とした振動レベルを示してある。

表３に示すように、先端側ジャーナル部４、第１ジャーナル部１２，第２ジャーナル部１９、および後端側ジャーナル部５のそれぞれにおいて、パターンＧおよびパターンＨが振動を低減することができる。すなわち、第１中間クランクアーム１３および第２中間クランクアーム１４の剛性を低下させたとしても、その中間クランクアーム１３，１４を挟んだ両側のクランクアーム９，１０，１６，１７の剛性を向上させることにより、振動低減効果を向上させることができる。

特に、第１外側クランクアーム９および第２外側クランクアーム１６の剛性を向上させることによって振動を低減できるものと考えられる。すなわち、クランクシャフト１の両端側のクランクアーム９，１６の剛性を、他のクランクアーム１０，１３，１４，１７よりも高くすることにより振動低減効果を向上させることができると考えられる。

同様に、パターンＧ、およびパターンＨで上述したシミュレーションを行った際に、先端側ジャーナル部４に作用する荷重を比較した。その結果を表４に示してある。なお、表４には、ピストンが往復動する方向（上下）の荷重の平均値をパターンＦを基準とした荷重レベルと、ピストンが往復動する方向に直交する方向（左右）の荷重の平均値をパターンＦを基準とした荷重レベルを示している。

表４に示すように先端側ジャーナル部４に作用する荷重は、パターンＧおよびパターンＨがパターンＦよりも小さいことが分かる。すなわち、パターンＧおよびパターンＨが、振動を低減する効果が高いことが分かる。特に、第１外側クランクアーム９および第２外側クランクアーム１６の剛性を向上させることによって振動を低減できるものと考えられる。すなわち、クランクシャフト１の両端側のクランクアーム９，１６の剛性を、他のクランクアーム１０，１３，１４，１７よりも高くすることにより振動低減効果を向上させることができると考えられる。

したがって、この発明の実施形態におけるクランクシャフトは、第１外側クランクアーム９（または連結部９ａ）および第２外側クランクアーム１６（または連結部１６ａ）の剛性を他のクランクアーム１０，１３，１４，１７（または連結部１０ａ，１３ａ，１４ａ，１７ａ）の剛性よりも高く形成している。

このように両端側のクランクアーム９，１６（または連結部９ａ，１６ａ）の剛性を、他のクランクアーム１０，１３，１４，１７（または連結部１０ａ，１３ａ，１４ａ，１７ａ）の剛性よりも高く形成することにより、振動低減効果を向上させることができる。また、そのように両端側のクランクアーム９，１６の剛性を高くするために、クランクピン１１，１８が連結される連結部９ａ，１６ａの剛性を高くすることで、各ジャーナル部４，１２，１５，１９の１が、既存のクランクシャフト１とずれることを抑制できる。その結果、既存のクランクケースの形状を変更することなく、クランクシャフト１を収容することができる。

なお、両端側のクランクアーム９，１６（連結部９ａ，１６ａ）の剛性を高くする手段は、上述した板厚を変更する手段に限らず、例えば、クランクアーム９，１６のうちクランクピン１１，１８が連結された面とは反対側の側面（背面）にリブを設けるなどによって剛性を高くしてもよい。

また、上述したように第１内側ウェイト２１の質量を第１外側ウェイト２０の質量よりも大きくし、かつ第２内側ウェイト２３の質量を第２外側ウェイト２２の質量よりも大きくすることにより振動の低減効果を向上させることに加えて、第１外側クランクアーム９および第２外側クランクアーム１６の剛性を他のクランクアーム１０，１３，１４，１７の剛性よりも高くすることにより、振動の低減効果を更に向上させてもよく、いずれか一方の手段によって振動の低減効果を向上させてもよい。

１ クランクシャフト
２ 出力部
３ 後端部
４ 先端側ジャーナル部
５ 後端側ジャーナル部
６ 先端側クランク部
７ 中間クランク部
８ 後端側クランク部
９，１６ 外側クランクアーム
９ａ，１０ａ，１３ａ，１４ａ，１６ａ，１７ａ 連結部
１０，１７ 内側クランクアーム
１１ 先端側クランクピン
１２，１９ ジャーナル部
１３，１４ 中間クランクアーム
１５ 中間クランクピン
１８ 後端側クランクピン
２０，２２ 外側ウェイト
２１，２３ 内側ウェイト

Claims (13)

1. 互いに対向した一対のクランクアーム、および前記一対のクランクアームの先端側の対向面に両端が連結されたクランクピンを有し、前記クランクピンの中心軸線と平行な回転軸線を中心として回転するように構成されたクランク部が、前記回転軸線方向に並んで複数設けられたクランクシャフトであって、
   前記複数のクランク部のうちの前記回転軸線の一端側の第１クランク部における前記一対のクランクアームには、前記クランクピンに作用する慣性力に対向する慣性力を生じさせる一対のバランスウェイトが、前記回転軸線を挟んで前記クランクピンが連結された端部とは反対側の端部に連結され、
   前記複数のクランク部のうちの前記回転軸線の他端側の第２クランク部における前記一対のクランクアームには、前記クランクピンに作用する慣性力に対向する慣性力を生じさせる一対のバランスウェイトが、前記回転軸線を挟んで前記クランクピンが連結された端部とは反対側の端部に連結され、
   （１）前記第１クランク部の前記一対のバランスウェイトのうち、前記回転軸線の中央側の第１内側ウェイトの質量が、前記一対のバランスウェイトのうち、前記回転軸線の端部側の第１外側ウェイトの質量よりも大きく形成され、かつ前記第２クランク部の前記一対のバランスウェイトのうち、前記回転軸線の中央側の第２内側ウェイトの質量が、前記一対のバランスウェイトのうち、前記回転軸線の端部側の第２外側ウェイトの質量よりも大きく形成されていること、
   （２）前記第１クランク部の前記一対のクランクアームのうち、前記回転軸線の端部側の第１外側クランクアームに前記クランクピンが連結された第１連結部の剛性、および前記第２クランク部の前記一対のクランクアームのうち、前記回転軸線の端部側の第２外側クランクアームに前記クランクピンが連結された第２連結部の剛性が、前記回転軸線方向において前記第１クランク部と前記第２クランク部との間の他のクランク部における前記一対のクランクアームに前記クランクピンが連結された部分の剛性よりも高く形成されていること
   との上記（１）、（２）の少なくともいずれか一方の条件を満たして形成され、
   前記第１内側ウェイトおよび前記第１外側ウェイトは、板状に形成され、
   前記第１外側ウェイトの側面の面積が、前記第１内側ウェイトの側面の面積よりも小さく形成され、
   前記第１外側ウェイトにおける前記第１クランク部の回転方向における長さが、前記第１内側ウェイトにおける前記第１クランク部の回転方向における長さよりも短く形成され、
   前記第１連結部の剛性が、前記第１クランク部の前記一対のクランクアームのうち、前記第１外側クランクアームに対向した第１内側クランクアームに前記クランクピンが連結された第３連結部の剛性よりも高く形成され、かつ前記第２連結部の剛性が、前記第２クランク部の前記一対のクランクアームのうち、前記第２外側クランクアームに対向した第２内側クランクアームに前記クランクピンが連結された第４連結部の剛性よりも高く形成されている
   ことを特徴とするクランクシャフト。
2. 請求項１に記載のクランクシャフトであって、
   前記第１内側ウェイトおよび前記第１外側ウェイトは、扇状に形成され、
   前記第１内側ウェイトの中心角が、前記第１外側ウェイトの中心角よりも大きく形成されている
   ことを特徴とするクランクシャフト。
3. 請求項１または２に記載されたクランクシャフトであって、
   前記第１外側ウェイトにおける前記第１クランク部の回転軸線の半径方向における長さが、前記第１内側ウェイトにおける前記第１クランク部の回転軸線の半径方向における長さよりも短く形成されている
   ことを特徴とするクランクシャフト。
4. 請求項３に記載のクランクシャフトであって、
   前記第１内側ウェイトおよび前記第１外側ウェイトは、扇状に形成され、
   前記第１内側ウェイトの半径が、前記第１外側ウェイトの半径よりも大きく形成されている
   ことを特徴とするクランクシャフト。
5. 請求項１ないし４のいずれか一項に記載のクランクシャフトであって、
   前記第２内側ウェイトおよび前記第２外側ウェイトは、板状に形成され、
   前記第２外側ウェイトの側面の面積が、前記第２内側ウェイトの側面の面積よりも小さく形成されている
   ことを特徴とするクランクシャフト。
6. 請求項５に記載のクランクシャフトであって、
   前記第２外側ウェイトにおける前記第２クランク部の回転方向における長さが、前記第２内側ウェイトにおける前記第２クランク部の回転方向における長さよりも短く形成されている
   ことを特徴とするクランクシャフト。
7. 請求項６に記載のクランクシャフトであって、
   前記第２内側ウェイトおよび前記第２外側ウェイトは、扇状に形成され、
   前記第２内側ウェイトの中心角が、前記第２外側ウェイトの中心角よりも大きく形成されている
   ことを特徴とするクランクシャフト。
8. 請求項５ないし７のいずれか一項に記載されたクランクシャフトであって、
   前記第２外側ウェイトにおける前記第２クランク部の回転軸線の半径方向における長さが、前記第２内側ウェイトにおける前記第２クランク部の回転軸線の半径方向における長さよりも短く形成されている
   ことを特徴とするクランクシャフト。
9. 請求項８に記載のクランクシャフトであって、
   前記第２内側ウェイトおよび前記第２外側ウェイトは、扇状に形成され、
   前記第２内側ウェイトの半径が、前記第２外側ウェイトの半径よりも大きく形成されている
   ことを特徴とするクランクシャフト。
10. 請求項１ないし９のいずれか一項に記載のクランクシャフトであって、
    前記第３連結部および前記第４連結部の剛性が、前記他のクランク部における前記一対のクランクアームに前記クランクピンが連結された部分の剛性よりも高く形成されている
    ことを特徴とするクランクシャフト。
11. 請求項１ないし１０のいずれか一項に記載のクランクシャフトであって、
    前記第１連結部の板厚および前記第２連結部の板厚が、前記他のクランク部における前記一対のクランクアームに前記クランクピンが連結された部分の板厚よりも厚く形成されている
    ことを特徴とするクランクシャフト。
12. 請求項１ないし１１のいずれか一項に記載のクランクシャフトであって、
    前記剛性は、前記クランクアームの曲げ方向の剛性と、前記クランクアームの捩れ方向の剛性との少なくともいずれか一方を含む
    ことを特徴とするクランクシャフト。
13. 請求項１ないし１２のいずれか一項に記載のクランクシャフトであって、
    前記複数のクランク部における前記回転軸線方向の幅が同一に形成されている
    ことを特徴とするクランクシャフト。

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