JP2000145748A - 回転体の摺動部構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転体の摺動部構造において、耐摩耗性が高
く、且つ、強度の高いものを、容易な加工作業により製
造することができるようにする。 【解決手段】 軸受け部材に対し摺動する回転体の摺動
部２の表面に開口するように形成された油孔３の内周面
３ｂのうち、高周波焼入れ処理の施された部位４と施さ
れない部位との境界４ａ及びその近傍にリーマ加工を施
すことにより、かかる境界４ａの切欠き感度を下げて、
この境界部４ａの疲労強度を向上させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関のクラン
クシャフトのピン部やジャーナル部に用いて好適の、回
転体の摺動部構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】クランクシャフトのピン部にはコネクテ
ィングロッド（以下、コンロッドという）の端部が連接
され、ジャーナル部は軸受によってクランクケースに支
承され、ピン部やジャーナル部の外周は摺動部となる。
このような摺動部の潤滑を良くするために、ピン部及び
ジャーナル部に油孔を設けて、この油孔よりピン部及び
ジャーナル部に潤滑油の供給を行なえるようにしてい
る。

【０００３】しかしながら、ピン部及びジャーナル部の
耐摩耗性をより向上させることが要求されるときには、
ピン部及びジャーナル部の外周の摺動部に高周波焼入れ
等の熱処理を施して、ピン部やジャーナル部の表面を硬
化させる構造が提案されている。図３は、このような摺
動部に熱処理を施した、従来のクランクシャフトのピン
部の模式的構造を示す図であり、（ａ）はその正面図、
（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図である。

【０００４】図３（ａ）に示すように、クランクシャフ
ト１には、ジャーナル部１０，１０の間に、アーム部１
２を介してピン部２０が設けられている。このピン部２
０には、図３（ａ），（ｂ）に示すように、油孔３０が
穿設されており、油孔３０はジャーナル部１０，アーム
部１２内に形成された図示しない油孔と連通しており、
エンジンオイル（潤滑油）の一部が、このピン部２０に
設けられた油孔３０を介して、ピン部２０の表面に供給
されるようになっている。そして、ピン部２０の外周表
面には、高周波焼入れ処理により硬化された、高周波焼
き入れ層（以降、焼入れ層と略す）４０が形成されてい
る。

【０００５】この焼入れ層４０によって、ピン部２０の
表面（摺動部）の耐摩耗性が向上する。なお、このよう
なピン部２０の外周表面の高周波焼入れ処理は、例え
ば、図４に示すように、ピン部２０の周囲に、略円形の
加熱コイル５０を配置して、この加熱コイル５０に接続
される高周波電源５５より電流を供給してピン部２０の
外周表面に電磁誘導による熱を発生させることにより行
なっている。加熱コイル５０は、上部コイル５１と下部
コイル５２とからなる２つ割れに形成され、上部コイル
５１，下部コイル５２は互いに離接して開閉できるよう
になっている。これにより、ピン部５０を加熱コイル５
０内に設置または加熱コイル５０内から取外すときに
は、上部コイル５１，下部コイル５２を離隔して加熱コ
イル５０を開放状態にし、そして、ピン部５０に高周波
焼入れ処理を行なうときには、上部コイル５１，下部コ
イル５２を互いに近接させて加熱コイル２０を略閉状態
にさせるようにしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図３に
示すような熱処理を施した従来の回転体の摺動部構造で
は、次のような課題がある。つまり、図３（ｂ）に示す
ような熱処理を施された部分と熱処理の施されない部分
との境界、即ち、高周波焼入れ境界（以降、焼入れ境界
と略す）４５には、熱処理により引張内部応力が発生す
る。このため、焼入れ境界４５を中心とした部分は内燃
機関の運転中に作用する荷重に対する強度が弱い。

【０００７】さらに、焼入れ境界４５の存在する油孔３
０の内周面３７は、表面が粗く切欠き感度が比較的大き
い上に、高周波焼入れされて硬度が強化されることで、
この切欠き感度がさらに上昇するため、この部分の強度
が一層低下してしまう。このため、焼入れ境界４５が疲
労破壊の起点となって、ピン部２０が疲労破壊を起こす
虞がある。

【０００８】こうした疲労破壊を防止するために、従来
より、幾つかの構造や方法が開発されている。例えば、
油孔内周にその開口部からピン部軸心付近にかけて高周
波焼入れ層を形成して、高周波焼入れ処理を施された部
分と高周波焼入れ処理の及ばない部分との境界を、応力
の小さいピン部軸心側に移動させるもの（実開昭６３−
７２３１４）や、ピン部又はジャーナル部の外周面に焼
入れを施すとともに、ピン部，ジャーナル部に形成され
油孔の全内周面にも焼入れ層を形成するもの（実開平２
−７８８０７）や、油孔の内部において、高周波焼入れ
処理を施された部分と高周波焼入れ処理の及ばない部分
との境界近傍にレーザ焼入れ又はショットピーニングを
施すもの（特開平０９−０１４２５２）等があり、窒化
処理を施した被化合物（例えば、ピン部の油孔）の場合
は、その表面に沿って化学研磨液を流して、被化合物表
面の化合物層を除去するとともに被化合物表面を加工し
て強度を高めるもの（特開平０３−２３２９８４）等が
ある。

【０００９】しかし、これらの技術は、何れも、疲労破
壊を防止するための処理が困難であったり、複雑な加工
作業が必要であるという不具合がある。つまり、油孔の
ような小径の穴の内部に焼入れやショットピーニングを
施すことは困難な技術であり、また、小径穴である油孔
の表面に沿って化学研磨液を流して化合物層の除去や加
工を行なうことは簡単な処理ではない。

【００１０】本発明は、このような課題に鑑み創案され
たもので、容易な加工作業により製造することができ、
耐摩耗性が高く、且つ、強度の高い、回転体の摺動部構
造を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】このため、請求項１記載
の本発明の回転体の摺動部構造では、軸受け部材に対し
摺動する回転体の摺動部の表面に開口するように形成さ
れた油孔の内周面のうち、高周波焼入れ処理の施された
部位と高周波焼入れ処理の施されていない部位との境界
及びその近傍にリーマ加工が施されている。これによ
り、かかる境界の切欠き感度が下がって、この境界の疲
労強度が向上する。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面により、本発明の実施
形態について説明する。なお、本実施形態としては、本
発明の回転体の摺動部構造をクランクシャフトのピン部
に適用した例を説明する。図１は本発明の一実施形態に
かかる回転体の摺動部としてのクランクシャフトのピン
部２を示す模式的構成図であって、（ａ）は正面図、
（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図、図２はその加工を
示す図であって、（ａ）は高周波焼入れ処理を示す断面
図、（ｂ）はリーマ加工を示す断面図である。

【００１３】従来技術と同様に（図３参照）、クランク
シャフト１には、ジャーナル部１０，１０間にアーム部
１２を介してピン部２が設けられており、このピン部２
にコンロッド（軸受け部材）１３が連接されていて、本
実施形態では、このピン部２が回転体の摺動部に相当す
る。図１（ａ），（ｂ）に示すように、本実施形態のピ
ン部（回転体の摺動部）２は、直径方向に貫通する油孔
３をそなえている。この油孔３の両端は、油孔開口部３
ａにおいてピン部２の表面に開口している。そして、ピ
ン部２の外周面全体及び油孔３の内周面３ｂの油孔開口
部３ａ付近には高周波焼入れ処理が施され、また、油孔
３の内周面３ｂにはリーマ加工が施される。

【００１４】ここで、リーマ加工は、後述のようにリー
マ６０を油孔３に差し込んでこのリーマ６０を回転させ
ることにより油孔３の内周面３ｂを切削することにより
行なう〔図２（ｂ）参照〕が、この切削加工の際に、切
削条件が不適切となるなどして加工面、つまり、油孔３
の内周面３ｂがむしれ（粗くなること）を生じることの
ないようにする必要がある。

【００１５】かかる構成では、従来技術と同様に、高周
波焼入れ処理が施された部分（焼入れ層）４と施されな
い部分との境界（焼入れ境界）４ａが、油孔内周面３ｂ
に位置するが、少なくとも焼入れ境界４ａ及びその近傍
をリーマ加工することにより表面を滑らかにして、焼入
れ境界４ａの切欠き感度を低くしてその強度を向上させ
ている。但し、本実施形態では、リーマ加工は、油孔３
内の全長に亘って施されている。これは、このリーマ加
工を焼入れ境界４ａ及びその近傍に限って行なうと、両
焼入れ境界４ａについてそれぞれリーマ加工しなければ
ならないため２工程が必要となるのに対し、１回のリー
マ加工により油孔３の全長を処理すれば両焼入れ境界４
ａについて１工程でリーマ加工を施すことができ、効率
よく加工作業ができるからである。

【００１６】ところで、本実施形態のピン部２の焼入れ
処理は、既に説明した従来技術と同様に高周波電源に接
続された加熱コイル（図４参照）を用いて行なわれる。
つまり、図２（ａ）に示すように、ピン部２の周囲に、
加熱コイル５０を配置して、この加熱コイル５０に高周
波電流を通電してピン部２の外周面に電磁誘導による熱
を発生させることにより行なっている。

【００１７】加熱コイル５０には図示しない高周波電源
が接続され、図２（ａ）に示すように、加熱コイル５０
は上部コイル５１と下部コイル５２とからなる２つ割れ
に形成されている。上部コイル５１，下部コイル５２は
互いに離接して開閉できるようになっており、これによ
り、加熱コイル５０へのピン部２の脱着が容易に行なえ
るようになっている。つまり、ピン部２を設置及び取り
外す時には、上部コイル５１，下部コイル５２を離隔さ
せて加熱コイル５０を開き、ピン部２の高周波焼入れ処
理を行なう時には、上部コイル５１，下部コイル５２を
近接させて加熱コイル５０を閉じるようにしている。

【００１８】したがって、ピン部２を加熱コイル５０の
内部に設置し、この後、加熱コイル５０を閉じて加熱コ
イル５０に高周波電流を流すことで、加熱コイル５０に
面する部分、即ち、ピン部２の外周面全体及び油孔内周
面３ｂの油孔開口部３ａ付近に高周波焼入れ処理を施す
ことができるのである。また、油孔内周面３ｂに施すリ
ーマ加工は、図２（ｂ）に示すように、油孔３の径より
選定された径のリーマ６０を、油孔３に差し込んで回転
させることにより行なわれる。リーマ加工は、前述のよ
うに、油孔内周面３ｂにむしれが起きないように、所定
の加工精度を維持して行なわれる。

【００１９】このリーマ加工は、少なくとも油孔３の焼
入れ境界４ａ及びその近傍に施されればよいが、ここで
は、前述のように加工効率を考慮して油孔３内の全長に
亘って施されている。また、図２（ｂ）では、ピン部２
の焼入れ処理後にリーマ加工を行なっている状態を示し
ているが、リーマ加工を行なうのは焼入れ処理の前後の
何れでもよい。

【００２０】なお、図１（ｂ），図２（ａ），（ｂ）に
おいて、焼入れ層４をスマッジングで示しているが、高
周波焼入れ処理される部分の厚みについては誇張して示
している。本発明の一実施形態の回転体の摺動部として
のピン部２は、上述のように構成されているので、以下
のような作用，効果が得られる。

【００２１】焼入れ処理により、焼入れ境界４ａには引
張内部応力が発生するが、むしれを起こさないように行
なわれるリーマ加工により、この焼入れ境界４ａの表面
粗さが小さくなって切欠き感度が下がるため、焼入れ境
界４ａの疲労強度は、焼入れ処理を行なわない場合に比
べても大きくは低下しない。したがって、焼入れ境界４
ａは疲労破壊の起点部となりにくくなるので、ピン部２
も疲労破壊しにくくなる。これにより、ピン部（回転体
の摺動部）２の強度を殆ど低下させることなく、ピン部
（回転体の摺動部）２の耐摩耗性を向上させることがで
きるという利点がある。

【００２２】また、焼入れ境界４ａの強度を向上させる
ための手段が、油孔開口部３ａ周辺の僅かな部分をリー
マ加工するだけという容易な作業であるという利点もあ
る。なお、本発明の回転体の摺動部構造は、上述の実施
形態に限定されるものではなく、種々変形して実施する
ことができる。例えば、クランクシャフトのジャーナル
部や、トランスミッション等、回転体の摺動部の耐摩耗
性を向上させたい部分に、広く適用しうるものである。

【００２３】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の回転体の
摺動部構造によれば、回転体の疲労強度を殆ど低下させ
ることなしに、回転体の摺動部の耐摩耗性を向上させる
ことができるという利点がある。また、回転体の疲労強
度を高めるための作業がリーマ加工であるので、加工作
業が容易であるという利点もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態にかかる回転体の摺動部
（クランクシャフトのピン部）を示す模式的構造図であ
って、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視断
面図である。

【図２】本発明の一実施形態にかかる回転体の摺動部
（クランクシャフトのピン部）の加工を示す図であっ
て、（ａ）は高周波焼入れ処理を示す断面図、（ｂ）は
リーマ加工を示す断面図である。

【図３】従来のクランクシャフトのピン部の模式的構造
を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＢ
−Ｂ矢視断面図である。

【図４】従来のクランクシャフトのピン部の高周波焼入
れ処理を示す斜視図である。

【符号の説明】

１ クランクシャフト ２ ピン部（回転体の摺動部分） ３ 油孔 ３ａ 油孔開口部（開口部） ３ｂ 油孔内周面 ４ａ 高周波焼入れ境界（境界） １３ コネクティングロッド（軸受け部材） ５０ 加熱コイル ６０ リーマ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸受け部材に対し摺動する回転体の摺動
   部の表面に開口するように油孔が形成されるとともに、
   該摺動部の表面に高周波焼入れ処理が施された、回転体
   の摺動部構造において、 該油孔の内周面のうち、該高周波焼入れ処理の施された
   部位と該高周波焼入れ処理の施されていない部位との境
   界及びその近傍にリーマ加工が施されていることを特徴
   とする、回転体の摺動部構造。