JPH11125235A - クランクシャフト - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】クランクアームの捩じり応力に起因する振動騒
音の発生を好適に抑制することのできるクランクシャフ
トを提供する。 【解決手段】クランクシャフト１５は、互いに平行とな
るクランクジャーナル２１とクランクピン２３とをクラ
ンクアーム２２で連結することによって構成される。こ
うしたクランクシャフト１５は、クランクピン２３がコ
ンロッドで押されることによって矢印Ｅ方向へ捩じられ
るようになる。そして、クランクジャーナル２１の軸線
を中心とする回転方向についてのクランクアーム２２の
側面には、クランクジャーナル２２及びクランクピンの
軸線Ｌ１，Ｌ２から離れる方向へ突出する補強突部が、
それら軸線Ｌ１，Ｌ２を結ぶ方向（図中二点鎖線で示す
方向）へ延びるよう設けられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の出力軸
であるクランクシャフトに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、車載用内燃機関は、その出力軸
であるクランクシャフトがコンロッドを介してピストン
に連結され、同コンロッドによってピストンの往復移動
をクランクシャフトの回転へと変換している。こうした
クランクシャフトの一例として、実開昭５９−５８２１
２号公報に記載されたものが知られている。同公報に記
載のクランクシャフトを図６に示す。

【０００３】同図に示されるクランクシャフト７１は、
内燃機関に回転可能に支持されるクランクジャーナル７
２と、同ジャーナル７２の長手方向端部に固定されたク
ランクアーム７３と、同ジャーナル７２に対して平行に
延びてクランクアーム７３に連結されるクランクピン７
４とから構成されている。そのクランクピン７４は、コ
ンロッドを介してピストンに連結されるようになる。

【０００４】そして、ピストンが往復移動する際には、
コンロッドによってクランクピン７４が例えば図中矢印
Ａ方向に押され、クランクシャフト７１がクランクジャ
ーナル７２の軸線を中心に回転する。このとき、クラン
クピン７４がコンロッドに押されることによって、同ピ
ン７４を挟むクランクアーム７３には互いに拡開する方
向（図中矢印Ｂ方向）への力が働く。そのため、同公報
に記載のクランクシャフトは、クランクジャーナル７２
の軸線方向におけるクランクアーム７３の端面に補強肉
７５を突出形成することで、上記矢印Ｂ方向への力に対
する補強を行っている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このようにクランクア
ーム７３に補強肉７５を形成することで、上記矢印Ｂ方
向について同アーム７３の剛性を向上させることができ
るようにはなる。しかし、クランクピン７４がコンロッ
ドによって押されたとき、クランクアーム７３には上記
矢印Ｂ方向だけでなく同アーム７３を捩じる方向（図中
矢印Ｃ方向）にも力が働くこととなる。そして、クラン
クアーム７３に矢印Ｃ方向への力が働くと、クランクジ
ャーナル７２の軸線を中心とする回転方向についての同
アーム７３の側面において、クランクジャーナル７２と
クランクピン７４との両軸線Ｌ１，Ｌ２を結ぶ方向に延
びる図中の二点鎖線Ｔに沿って応力が集中する。その結
果、上記応力がわずかながらクランクアーム７３の弾性
変形を誘起して振動騒音が生じるようになる。

【０００６】本発明はこのような実情に鑑みてなされた
ものであって、その目的は、クランクアームの捩じり応
力に起因する振動騒音の発生を好適に抑制することので
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】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明では、互いに平行となるクラン
クジャーナルとクランクピンとの長手方向端部同士をク
ランクアームによって連結したクランクシャフトにおい
て、前記クランクジャーナルの軸線を中心とする回転方
向についての前記クランクアームの側面に補強突部を設
けた。

【０００８】同構成によれば、補強突部を設けることに
よって、クランクアームにおける捩じり方向の剛性が向
上する。また、同アームに捩じり方向の力が働いたと
き、クランクジャーナルの軸線を中心とする回転方向に
ついての同アームの側面にて、応力集中が生じるのを抑
制することができるようになる。従って、クランクアー
ムの捩じり応力に起因する振動騒音の発生が好適に抑制
される。

【０００９】請求項２記載の発明では、前記補強突部
は、前記クランクジャーナルと前記クランクピンとの両
軸線を結ぶ方向に延びるものとした。同構成によれば、
クランクアームに捩じり方向の力が働いたとき、クラン
クジャーナルの軸線を中心とする回転方向についてのク
ランクアームの側面に、クランクジャーナルとクランク
ピンとの両軸線を結ぶ線に沿って応力集中が生じるの
を、補強突部によって好適に抑制することができるよう
になる。

【００１０】請求項３記載の発明では、前記補強突部
は、その延設方向について同突部の外面が湾曲するよう
肉厚が変化するものとした。同構成によれば、補強突部
の延設方向について同突部の外面が湾曲するよう、その
補強突部の肉厚を変化させたため、クランクアームにお
ける必要部分のみを補強し、過大な重量増加を抑制しつ
つ同アームの捩じり剛性を高めることができるようにな
る。

【００１１】請求項４記載の発明では、前記補強突部
は、その幅方向について同突部の外面が円弧状に湾曲す
るよう肉厚が変化するものとした。同構成によれば、補
強突部の幅方向について同突部の外面が円弧状に湾曲す
るよう、その補強突部の肉厚を変化させたため、クラン
クアームに捩じり方向の力が働いたとき、補強突部の外
面に生じる応力を分散させて同応力の偏りを防止するこ
とができるようになる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した一実施
形態を図１〜図４に従って説明する。図４に示すよう
に、エンジン１１の下部には出力軸であるクランクシャ
フト１５が回転可能に支持されている。クランクシャフ
ト１５にはコンロッド１６を介してピストン１２が連結
され、そのコンロッド１６によってピストン１２の往復
移動がクランクシャフト１５の回転へと変換される。ま
た、ピストン１２の上側には燃焼室１７が設けられ、同
燃焼室１７には空気と燃料とからなる混合ガスが充填さ
れるようになる。そして、燃焼室１７内の混合ガスが点
火されて燃焼すると、同ガスの燃焼エネルギーによりピ
ストン１２が往復移動してクランクシャフト１５が回転
する。

【００１３】ここで、上記クランクシャフト１５の詳細
構造について図１〜図３を参照して説明する。図１に示
すように、クランクシャフト１５は、同一軸線Ｌ１上に
所定間隔をおいて設けられた複数のクランクジャーナル
２１と、各ジャーナル２１の長手方向端部にそれぞれ固
定されたクランクアーム２２と、各アーム２２間に固定
されて上記ジャーナル２１に対し平行となるクランクピ
ン２３とから構成されている。このクランクシャフト１
５は、クランクジャーナル２１がエンジン１１（図４）
に回転可能に支持されるとともに、クランクピン２３に
コンロッド１６（図４）が回動可能な状態で連結され
る。そして、クランクシャフト１５は、ピストン１２
（図４）の往復移動によってクランクピン２３がコンロ
ッド１６により押されることで、クランクジャーナル２
１の軸線Ｌ１を中心に回転するようになる。

【００１４】このようなクランクシャフト１５を矢印II
−II方向から見た断面図を図２に示す。同図に示される
ように、クランクジャーナル２１とクランクピン２３と
は、それぞれの軸線Ｌ１，Ｌ２が平行になるとともに、
クランクアーム２２によって互いに連結されている。ク
ランクアーム２２における軸線Ｌ１を中心とする回転方
向についての側部２２ａ，２２ｂ、即ち図中上下両側の
側部２２ａ，２２ｂは、クランクジャーナル２１とクラ
ンクピン２３との外周面をつなぐように延びている。こ
れら側部２２ａ，２２ｂにはそれぞれ補強突部２４ａ，
２４ｂが設けられている。

【００１５】補強突部２４ａ，２４ｂは、クランクアー
ム２２の側部２２ａ，２２ｂに沿って、クランクジャー
ナル２１とクランクピン２３との両軸線Ｌ１，Ｌ２を結
ぶ方向（図１に二点鎖線で示す方向）に延びている。更
に、補強突部２４ａ，２４ｂは、その延設方向において
外面２５が両軸線Ｌ１，Ｌ２から離れる側へ膨らむよう
円弧状に湾曲している。即ち、補強突部２４ａ，２４ｂ
は、外面２５が上記のうに湾曲するよう同突部２４ａ，
２４ｂの延設方向について肉厚が変化している。従っ
て、補強突部２４ａ，２４ｂ間の距離は、軸線Ｌ１と軸
線Ｌ２との中間付近で最も大きくなり、それら軸線Ｌ
１，Ｌ２側へ向かうほど小さくなる。

【００１６】このようなクランクアーム２２の補強突部
２４ａ，２４ｂを、矢印IIIａ−IIIａ方向、矢印IIIｂ
−IIIｂ方向、及び矢印IIIｃ−IIIｃ方向から見た断面
図をそれぞれ図３（ａ）〜（ｃ）に示す。なお、補強突
部２４ａ，２４ｂは、軸線Ｌ１，Ｌ２について線対称と
なっている。そのため、上記各図には補強突部２４ａの
みを図示し、補強突部２４ｂについては図示を省略す
る。これらの図に示されるように、補強突部２４ａ（２
４ｂ）は、その外面２５がクランクジャーナル２１及び
クランクピン２３から離れる方向に膨らむとともに、同
突部２４ａの延設方向と直交する方向（幅方向）におい
て滑らかな円弧状に湾曲している。即ち、補強突部２４
ａは、外面２５が上記のように湾曲するよう同突部２４
ａの幅方向について肉厚が変化している。なお、補強突
部２４ａの外面２５は、その曲率半径が同突部２４ａの
延設方向及び幅方向について一定ではなく適宜に異なっ
た値となるよう形成されている。

【００１７】ここで、クランクアーム２２の各寸法につ
いて説明する。クランクアーム２２において、図２の左
端部及び右端部の曲率半径Ｒ１，Ｒ２、及び補強突部２
４ａ，２４ｂの延設方向についての曲率半径Ｒ３は、そ
れぞれ下記の式（１）〜（３）によって表される関係を
有する。

【００１８】

【数１】 Ｒ１＞ＲＪ＋α …式（１） Ｒ２＞ＲＰ＋β …式（２） Ｒ３＞（Ｙ１＋Ｒ１＋Ｒ２）γ …式（３） なお、上記式（１）〜（３）において、ＲＪはクランク
ジャーナル２１の半径、ＲＰはクランクピン２３の半
径、α〜γは所定値を表す。本実施形態では、所定値α
と所定値βとは等しい値となっており、所定値α〜γの
一例としてα＝３ｍｍ、β＝３ｍｍ、γ＝０．５という
値が用いられる。

【００１９】一方、図３（ａ）〜（ｃ）に示される補強
突部２４ａ，２４ｂの幅方向についての外面２５の曲率
半径Ｒ４と、図３（ｂ）で示されるように外面２５の頂
部が平らな場合における同外面２５頂部の幅方向中央か
ら湾曲部分までの距離Ｙ２とは、下記の式（４）〜
（６）によって表される関係を有する。

【００２０】

【数２】 ０≦Ｙ２≦ｘ …式（４） Ｒ４≦ｙ …式（５） Ｙ２＋Ｒ４≦ｚ …式（６） なお、上記式（４）〜（６）において、ｘ〜ｚは所定値
を表す。本実施形態では、所定値ｘ，ｙ，ｚは順次大き
い値となっており、所定値ｘ〜ｚの一例としてｘ＝１０
ｍｍ，ｙ＝１５ｍｍ，ｚ＝２０ｍｍという値が用いられ
る。

【００２１】次に、上記のように構成されたクランクシ
ャフト１５の作用を説明する。ピストン１２（図４）の
往復移動がコンロッド１６（図４）を介してクランクシ
ャフト１５に伝達されるとき、そのコンロッド１６によ
って同シャフト１５のクランクピン２３が径方向（図２
中の矢印Ｄ方向）に押される。この状態にあっては、ク
ランクアーム２２に図２中の矢印Ｅ方向へ捩じろうとす
る力が働くことになる。こうしたねじり方向への力に基
づく応力は、クランクアーム２２の側部２２ａ，２２ｂ
において、特にクランクジャーナル２１及びクランクピ
ン２３の軸線Ｌ１，Ｌ２を結ぶ方向（図１の二点鎖線で
示す方向）に沿って集中し易くなる。

【００２２】しかし、本実施形態では、クランクアーム
２２の側部２２ａ，２２ｂに沿って軸線Ｌ１，Ｌ２と交
差する方向へ延びる補強突部２４ａ，２４ｂを設けたた
め、その補強突部２４ａ，２４ｂによってクランクアー
ム２２における上記捩じり方向の剛性が向上する。ま
た、クランクピン２３がコンロッド１６に押されること
に基づきクランクアーム２２に捩じり方向への力が働い
たとき、クランクアーム２２の側部２２ａ，２２ｂへの
応力集中も抑制されるようになる。

【００２３】また一般に、クランクアーム２２は、クラ
ンクジャーナル２１とクランクピン２３との中間に位置
する部分の捩じり剛性が低下し易い。この点、本実施形
態では、図２に示すように、補強突部２４ａ，２４ｂを
軸線Ｌ１，Ｌ２から離れる方向へ膨らむように自身の延
設方向について円弧状に湾曲させた。そのため、上記捩
じり剛性が低下し易く補強が必要とされる部分のみ、補
強突部２４ａ，２４ｂによるクランクアーム２２の肉付
けが行われる。従って、クランクアーム２２の過大な重
量増加を抑制しつつ、同アーム２２の捩じり剛性を高め
ることができるようになる。

【００２４】また、補強突部２４ａ，２４ｂの外面２５
は、同突部２４，２４ｂの延設方向と直交する方向（幅
方向）において、軸線Ｌ１，Ｌ２から離れる方向へ膨ら
むよう滑らかな円弧状に形成されている。そのため、ク
ランクアーム２２に上記捩じり方向の力が働いたとき、
外面２５に生じる応力を分散させて同応力の偏りを防止
することができるようにもなる。更に、外面２５の曲率
半径は、補強突部２４ａ，２４ｂの延設方向及び幅方向
に対して異なるようにしたため、その曲率半径の値を適
宜に調整することで、上記応力の偏りを防止し得る最適
な形状とすることもできる。

【００２５】以上詳述した本実施形態によれば、以下に
示す効果が得られるようになる。 ・クランクアーム２２に捩じり方向（図２中の矢印Ｅ方
向）へのが働くと、その力に基づき同アーム２２の側部
２２ａ，２２ｂにて応力集中が生じ易くなる。しかし、
本実施形態では、クランクアーム２２の側部２２ａ，２
２ｂに軸線Ｌ１，Ｌ２と交差する方向に延びる補強突部
２４ａ，２４ｂを設けたため、その補強突部２４ａ，２
４ｂによって同アーム２２における上記捩じり方向の剛
性を向上させることができる。また、クランクアーム２
２に上記捩じり方向への力が働いたとき、上記補強突部
２４ａ，２４ｂによって同アーム２２の側部２２ａ，２
２ｂでの応力集中を抑制することができる。従って、ク
ランクアーム２２の捩じり剛性低下及び応力集中に起因
する振動騒音の発生を抑制することができる。

【００２６】・クランクアーム２２は、クランクジャー
ナル２１とクランクピン２３との中間に位置する部分の
捩じり剛性が低下し易いが、補強突部２４ａ，２４ｂを
自身の延設方向について湾曲させることで、上記捩じり
剛性が低下し易い部分についてのみ補強を行うことがで
きるようになる。従って、クランクアーム２２の過大な
重量増加を抑制しつつ、同アーム２２の捩じり剛性を高
めることができる。

【００２７】・補強突部２４ａ，２４ｂの外面２５は、
同突部２４，２４ｂの延設方向と直交する方向（幅方
向）について滑らかな円弧状となるよう形成されてい
る。そのため、クランクアーム２２に捩じり方向の力が
働いたとき、外面２５に生じる応力を分散させて同応力
の偏りを防止することができる。

【００２８】・また、本実施形態では、補強突部２４
ａ，２４ｂにおける外面２５の曲率半径を、同突部２４
ａ，２４ｂの延設方向及び幅方向について異なる値をと
るようにした。そのため、上記外面２５の曲率半径を適
宜に調整することで、上記応力の偏りを防止し得る最適
な形状とすることができる。

【００２９】なお、本実施形態は、例えば以下のように
変更することもできる。 ・本実施形態では、補強突部２４ａ，２４ｂの外面２５
を円弧状に形成し、その外面２５の曲率半径が補強突部
２４ａ，２４ｂの延設方向及び幅方向について異なる値
をとるようにしたが、本発明はこれに限定されない。即
ち、図５（ａ）に示すように、外面２５の曲率半径を補
強突部２４ａ（２４ｂ）の延設方向及び幅方向について
一定としてもよい。また、図５（ｂ）に示すように、外
面２５の曲率半径を補強突部２４ａ（２４ｂ）の延設方
向について一定とし、同突部２４ａ，２４ｂの幅方向に
ついて異なる値をとるようにしてもよい。

【００３０】・補強突部２４ａ，２４ｂの外面２５を同
突部２４ａ，２４ｂの幅方向において必ずしも円弧状に
湾曲させる必要はない。例えば、図５（ｃ）に示すよう
に外面２５を複数の平坦面を交差させた形状としたり、
図５（ｄ）に示すように外面２５を方形状にしたりして
もよい。

【００３１】・補強突部２４ａ，２４ｂを必ずしも自身
の延設方向について円弧状に湾曲させる必要はない。即
ち、補強突部２４ａ，２４ｂを例えば自身の延設方向に
ついて曲率半径が異なるように湾曲させたり直線状に形
成したりしてもよい。

【００３２】・補強突部２４ａ，２４ｂを必ずしもクラ
ンクアーム２２の側部２２ａ，２２ｂの全長分形成する
必要はなく、その側部２２ａ、２２ｂにおける長さ方向
の一部のみに補強突部２４ａ，２４ｂが形成されていて
もよい。

【００３３】・本実施形態における所定値α，β，γ，
ｘ，ｙ，ｚは、上記実施形態中の値に限定されるもので
はなく、クランクシャフト１５の大きさ等に応じて適宜
に変更してもよい。

【００３４】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、補強突部
を設けることによって、クランクアームにおける捩じり
方向の剛性が向上する。また、同アームに捩じり方向の
力が働いたとき、クランクジャーナルの軸線を中心とす
る回転方向についての同アームの側面にて、応力集中が
生じるのを抑制することができるようになる。従って、
クランクアームの捩じり応力に起因する振動騒音の発生
を好適に抑制することができる。

【００３５】請求項２記載の発明によれば、クランクア
ームに捩じり方向の力が働いたとき、クランクジャーナ
ルの軸線を中心とする回転方向についてのクランクアー
ムの側面に、クランクジャーナルとクランクピンとの両
軸線を結ぶ線に沿って応力集中が生じるのを補強突部に
よって好適に抑制することができる。

【００３６】請求項３記載の発明によれば、補強突部の
延設方向について同突部の外面が湾曲するよう、その補
強突部の肉厚を変化させたため、クランクアームにおけ
る必要部分のみを補強し、過大な重量増加を抑制しつつ
同アームの捩じり剛性を高めることができる。

【００３７】請求項４記載の発明によれば、補強突部の
幅方向について同突部の外面が円弧状に湾曲するよう、
その補強突部の肉厚を変化させたため、クランクアーム
に捩じり方向の力が働いたとき、補強突部の外面に生じ
る応力を分散させて同応力の偏りを防止することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態のクランクシャフトを示す側面図。

【図２】図１のクランクシャフトを矢印II−II方向から
見た断面図。

【図３】図２のクランクアームを矢印IIIａ−IIIａ方
向、矢印IIIｂ−IIIｂ方向、及び矢印IIIｃ−IIIｃ方向
から断面図。

【図４】本実施形態のクランクシャフトが設けられたエ
ンジン全体を示す斜視図。

【図５】クランクアームに設けられた補強突部の他の例
を示す概略図。

【図６】従来のクランクシャフトの一部を示す斜視図。

【符号の説明】

１５…クランクシャフト、２１…クランクシャーナル、
２２…クランクアーム、２２ａ，２２ｂ…側部、２３…
クランクピン、２４ａ，２４ｂ…補強突部、２５…外
面。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】互いに平行となるクランクジャーナルとク
   ランクピンとの長手方向端部同士をクランクアームによ
   って連結したクランクシャフトにおいて、 前記クランクジャーナルの軸線を中心とする回転方向に
   ついての前記クランクアームの側面に補強突部を設けた
   ことを特徴とするクランクシャフト。
2. 【請求項２】前記補強突部は、前記クランクジャーナル
   と前記クランクピンとの両軸線を結ぶ方向に延びるもの
   である請求項１記載のクランクシャフト。
3. 【請求項３】前記補強突部は、その延設方向について同
   突部の外面が湾曲するよう肉厚が変化するものである請
   求項２記載のクランクシャフト。
4. 【請求項４】前記補強突部は、その幅方向について同突
   部の外面が円弧状に湾曲するよう肉厚が変化するもので
   ある請求項２記載のクランクシャフト。