JP2001271825A

JP2001271825A - クランクシャフト

Info

Publication number: JP2001271825A
Application number: JP2000082383A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Mase; 裕昭間瀬; Hiroyuki Tsuyusaki; 博幸露崎; Hideo Kojima; 秀男小島; Yutaka Takeuchi; 豊竹内; Isato Onda; 勇人恩田; Yasunori Onaha; 安則小那覇
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2000-03-23
Filing date: 2000-03-23
Publication date: 2001-10-05

Abstract

(57)【要約】【課題】油穴構造をジャーナル部及びピン部を連通する
ように形成して潤滑性をさらに向上させて高回転・高出
力エンジンに好適な高回転・高出力クランクシャフトを
提供する。【解決手段】上記ジャーナル部及びピン部の潤滑油用貫
通穴７、８は、ほぼ垂直に、ジャーナル部２及びピン部
３を貫通するように形成する。これによって、図２に示
すようにクランクアーム部４からの斜行穴６は、上記貫
通穴７、８とジャーナル部２及びピン部３のほぼ軸芯で
連通するように形成する。この貫通穴７、８及び斜行穴
６は、ほぼ直径５ｍｍを有する。つぎに、同時に高周波
焼入れ装置を用いて、ジャーナル部２とピン部３とを高
周波焼入れして硬化層を形成する。この場合、図３に示
すように貫通穴８の付近では、焼入れ部が深く形成され
るように高周波焼入れ動作を強める。たとえば、この開
口部１０付近では、供給電力量を増大させ、入熱量を多
くする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、クランクシャフトに関
し、特に、部分焼入れすることによって高回転・高出力
に対応した高強度のクランクシャフトに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、エンジンの省燃費化と高出力化の
両立が要求されており、クランクシャフトにおいても、
軽量化するとともに、高強度化が求められている。従
来、クランクシャフトはピン部外周及びこれに隣接す
る、フラット部に比して強度が要求されるフィレットＲ
部には、高周波焼入れ硬化層を１．０ｍｍ程度の深さで
形成することにより、回転時ピン部に作用する捩じり応
力及びフィレットＲ部に作用する曲げ応力に対応してき
た。また、油を供給するためにピン部に形成された油穴
部の焼入れ層においては、ピン部外周と同様に形成する
と、油穴開口部における焼入れ硬化層は空間があること
から通常焼入れ層よりも若干深く形成されるが、より高
回転・高出力化を図る際さらに開口部よりも深い位置に
最大応力が作用すると考えられ捩じり応力に対する許容
量不足が懸念される。

【０００３】開口部付近の捩じり強度を確保するため
に、特開平２−１２０５０６号では、オイル穴の外部か
ら焼入れ層の形成部と非焼入れ層形成部との界面に向け
て斜めに小硬球を高圧で投射してショットピーニング処
理を施して、オイル穴の開口部にショットピーニング処
理層を形成するようにしている。、また、潤滑油開口部
に高周波焼入れ硬化層を形成したクランクシャフトは例
えば、実開平４−２８２１２号に開示されている。この
開示されたクランクシャフトは、クランクピンの外周面
に設けられた給油孔の面取りの境界点に最大応力が発生
するため該境界点よりも深く高周波焼入層を形成するこ
とを提案している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、特開平２−１
２０５０６号に開示されたクランクシャフトでは、焼入
れ層の形成とショットピーニング処理層の形成の２つの
工程が不可欠となることから工程上不利である。また、
上記実開平４−２８２１２号に開示されるクランクシャ
フトは、本発明が対象とするクランクシャフト油穴構造
とは異なる油穴構造を有するものであって、本発明が対
象とする潤滑性をさらに向上させるための油穴構造を有
する高回転・高出力クランクシャフトには適用すること
はできない。

【０００５】本発明は、油穴構造をジャーナル部及びピ
ン部を連通するように形成して潤滑性をさらに向上させ
て高回転・高出力エンジンに好適な高回転・高出力クラ
ンクシャフトを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は、ジ
ャーナル部とピン部をつなぎ、前記ジャーナル部及びピ
ン部の外周に潤滑油を供給する油穴の開口部を有するク
ランクシャフトにおいて、炭素を０．３２−０．５６重
量％含有する機械構造用炭素鋼よりなり、前記ピン部外
周及びピン部のフィレットＲ部の焼入れ硬化層深さが
１．５mm以上に形成され、前記ピン部の油穴開口部の焼
入れ硬化層深さが、油穴開口部の径に対して１．５倍以
上に形成されたことを特徴とするクランクシャフトを提
供することによって達成することができる。

【０００７】上記においてクランクシャフトは、典型的
には、熱間鍛造により素材を得て、その後機械加工を行
って形成される。その際、材質はニアネットシェイプ化
による軽量化のため鍛造時の成形性及び、細穴を深く加
工するための機械加工性を考慮し炭素濃度０．３２−
０．５６重量パーセント機械構造用炭素鋼によりなる。

【０００８】一方、ピン部に形成される開口部内面に
は、クランクシャフトの動作中において、捩じり応力が
作用する。この場合、本発明者らの研究によれば、エン
ジンの高回転・高出力時に発生すると予測される最高応
力値は、クランクシャフトのピン部の深さ方向に関して
油穴の径に対しほぼ１．４倍の深さの位置に発生するこ
とが判明した。

【０００９】この知見に基づいて、本発明では、焼入れ
硬化層を、ピン部の油穴の径の約１．５倍以上の深さま
で形成するように焼入れを行うようにしている。これに
よって、クランクシャフトのピン部における最大応力作
用部分に焼入れによる残留応力を加える。この結果、ク
ランクシャフトの最大応力発生位置において、クランク
シャフトの動作中に発生する捩じり応力を残留応力で相
殺することができる。この作用によって、クランクシャ
フト動作中に発生する応力を緩和することができ、クラ
ンクシャフトの耐久性を向上させることができる。

【００１０】なお、好ましい態様では、前記焼入れ硬化
層が高周波焼入れにより形成される。高周波焼入れは、
ガス窒化処理あるいはタフトライド等による焼入れ方法
よりも環境に与える影響が少ないという意味で好まし
い。

【００１１】

【本発明の実施の形態】以下図面を参照しつつ、本発明
の実施の形態について説明する。図１を参照すると、本
発明の１実施例にかかるクランクシャフト１の例が示さ
れている。本例のクランクシャフト１は、四気筒エンジ
ンに適用されるクランクシャフト１であって両端部にシ
リンダブロック（図示せず）に回転自在に支持されるジ
ャーナル部２を備えており、さらにその内側に、互いに
交互に形成される４つのピン部３と５つのジャーナル部
２を備えている。ピン部３には、ピストンのコネクティ
ングロッド（図示せず）の一端が摺動自在に支持される
ようになっており、このピン部３を挟んで両側にジャー
ナル部２が設けられる。ジャーナル部２を介してクラン
クシャフト１は、シリンダブロックに回転自在に軸支さ
れる。ピン部３とジャーナル部２とは互いに軸芯が所定
間隔をおいてオフセットされている。ジャーナル部２と
ピン部３とは斜めに延びる連結部すなわちクランクアー
ム部４を介して連結されている。該クランクアーム部４
の延びる方向とは反対の方向すなわち、ピン部３の対向
側には、上記各クランクアーム部４に対応しかつ、ジャ
ーナル部２の隣接してカウンタウエイト部５が延出形成
されている。本例のクランクシャフト１は、熱間鍛造に
より構造用炭素鋼（Ｓ４０Ｃ）からなる、クランクシャ
フト素材を機械加工することによって製造される。ま
ず、クランクシャフト素材を切削加工し、つぎに、研削
加工を行いジャーナル部２及びピン部３を所定の寸法に
仕上げる。つぎに、クランクアーム部４からジャーナル
部２軸芯まで到達するように斜め方向に潤滑油流通用の
斜行穴６を穴あけ加工して形成する。そして、ピン部３
及びジャーナル部２には、それぞれ軸芯を通過し、かつ
上記斜行穴６と連通する貫通孔７、８が形成される。こ
れによって、ジャーナル部２におけるシリンダブロック
による軸支部及びピン部３のコンロッドとの摺動面に
は、油穴開口９、１０が形成され、これらを互いに連通
する構成とされる。上記ジャーナル部及びピン部の潤滑
油用貫通穴７、８は、ほぼ垂直に、ジャーナル部２及び
ピン部３を貫通するように形成する。これによって、図
２に示すようにクランクアーム部４からの斜行穴６は、
上記貫通穴７、８とジャーナル部２及びピン部３のほぼ
軸芯で連通するように形成する。この貫通穴７、８及び
斜行穴６は、ほぼ直径５ｍｍを有する。つぎに、同時に
高周波焼入れ装置を用いて、ジャーナル部２とピン部３
とを高周波焼入れして硬化層を形成する。ジャーナル部
及びピン部のフラット部は耐磨耗性が要求されるため焼
入硬化層深さは１．５ｍｍ以上形成することが必要であ
る。この場合、図３に示すようにピン部の貫通穴８の付
近では、焼入れ部が深く形成されるように高周波焼入れ
動作を強める。たとえば、この開口部１０付近では、供
給電力量を増大させ、入熱量を多くする。

【００１２】第３図には、断面図の形態で、ピン部３の
潤滑油用貫通穴８の油穴開口部１０周辺に焼入硬化層１
１を形成した結果が示されている。油穴開口部１０の周
辺の白い部分１２及びその周辺部の黒く見える部分１３
が焼入硬化層１１であり、焼入硬化層は、外表面側の白
い部分は、有効硬化層１２であり、その周辺の層（黒く
見える部分）１３は熱影響層である。焼入硬化層の外表
面側の有効硬化層１２は、鋼種によりＪＩＳで定められ
た硬さ以上の層となっている。この有効硬化層は、油穴
開口部１０から貫通穴８の奥の方に穴に沿って延びてい
る。このように硬化層の形成に当たっては、高周波焼入
れ工程において、油穴開口部１０付近の回転位置におい
て、焼入れ入熱量を増大させ、焼入れ深さが深まるよう
に制御する。具体的には供給する高周波電力量を油穴開
口部の位置を焼入れする際に増加し、それ以外の部分で
は、減少させるように制御する。

【００１３】上記のように高周波焼入れ硬化層を形成し
たクランクシャフト１の強度試験結果について説明す
る。図４は、図３において、開口部の深さ方向の距離と
硬度との関係を示す図である。この結果ピン部３の表面
から深さ（図３においてl₁）９．５ｍｍの位置において
急激に硬度が低下していることが分かる。したがって、
ピン部３には、表面から約９．５ｍｍの深さ付近まで有
効な高周波焼入れ硬化層１１が形成されていることが判
明する。この深さまでの硬度は、ビッカース硬さでＨｖ
４００以上あり、焼入れ有効硬度を越えていると認めら
れる。すなわちこの深さまで有効硬度層１２が形成され
ていると認められる。尚、ピン部の表面から有効の焼入
層深さ、９．５ｍｍにおいてはクランクの曲がりを発生
させることはなかった。

【００１４】また、図５に示すように、高周波焼入れ硬
化層１１を形成したクランクシャフト１の疲労強度を検
査したところ、限界疲労強度を越える強度は、ピン部３
の表面からの約７．５ｍｍ以上すなわち、本例の貫通穴
の径（５ｍｍ）の１．５倍以上の深さ形成することによ
って、所定の限界疲労強度を越えることが判明した。ク
ランクシャフトの耐久性能は、高回転・高出力のエンジ
ンでは、クランクシャフトの負荷が高くしかも、高速で
回転することから、比較的高い応力における疲労強度が
要求されることになる。本発明のクランクシャフトで１
は、約７．５ｍｍ以上の深さの高周波焼入れ硬化層をピ
ン部３の油穴開口部１０周辺部に形成しているので、上
記の限界疲労強度を十分に越えることができる。すなわ
ち、本発明にかかる高周波焼入れクランクシャフト１
は、高速・高出力のエンジン運転に十分耐え得る捩じり
強度を有することが判明する。

【００１５】本発明のクランクシャフト１の焼入れは、
ピン部３の外径のフラット部１４の焼入れと油穴開口部
１０のフィレットＲ部１５の焼入れとを同時に行って、
フラット部１４だけでなく引張応力のかかる油穴開口部
１０にも焼入硬化層を形成し、油穴開口部の焼入硬化層
を他のフラット部よりも深くするようにしている。この
場合、フィレットＲ部１５の高周波焼入れ硬化層の深さ
（図３においてｌ₂）が少なくとも約１．５ｍｍ以上と
するのが好ましい。フィレットＲ部１５の応力値は、フ
ラット部１４よりも高くしたがって、破壊が発生する場
合には、フィレットＲ部１５即ちコーナー部から発生す
ることが経験的に知られている。したがって、クランク
シャフト１の耐久性を改善するにあたっては、フィレッ
トＲ部１５の焼入れ深さを十分に確保することが必要と
なる。本発明者らは実験によりフィレットＲ部の１．５
ｍｍ以上の焼入れ深さを得ることにより、クランクシャ
フトの耐久性能を一段と改善でき、高回転・高出力エン
ジンに好適となることを知見した。

【００１６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
油穴構造をジャーナル部及びピン部を連通するように形
成して、従来に比して潤滑性をさらに向上させ、これに
よって高回転・高出力エンジンに好適の耐久性のあるク
ランクシャフトを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例にかかるクランクシャフトの
断面図である。

【図２】クランクシャフトの一部について、潤滑油経路
を断面の形態で示した斜視図である。

【図３】図１のクランクシャフトのジャーナル部または
ピン部の焼入れ層を断面図の形態で示した説明図であ
る。

【図４】本発明に従うクランクシャフトのピン部の貫通
穴に沿った方向に関して、焼入れ硬化層のビッカース硬
度を計測した結果を示すグラフである。

【図５】本発明の１実施例に従うクランクシャフトのピ
ン部の貫通穴に沿って、異なる深さの焼入れ硬化層を形
成した場合について、疲労強度を測定した結果を示すグ
ラフである。

【符号の説明】

１クランクシャフト２ジャーナル部３ピン部４クランクアーム部５カウンタウエイト部６斜行穴７ジャーナル部貫通穴８ピン部貫通穴９ジャーナル部開口部１０ピン部開口部１１焼入れ硬化層１２有効焼入れ硬化層１３焼入れ効果層（熱影響部）１４フラット部１５フィレットＲ部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小島秀男埼玉県狭山市新狭山１丁目10番地１ホンダエンジニアリング株式会社内 (72)発明者竹内豊埼玉県狭山市新狭山１丁目10番地１ホンダエンジニアリング株式会社内 (72)発明者恩田勇人埼玉県和光市中央１丁目４番地１号株式会社本田技術研究所内 (72)発明者小那覇安則埼玉県和光市中央１丁目４番地１号株式会社本田技術研究所内Ｆターム(参考） 3J033 AA02 AC01 BA12 BB02 BB03 BB10 4K042 AA16 BA01 CA01 DA01 DB01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ジャーナル部とピン部をつなぎ、前記ジ
ャーナル部及びピン部の外周に潤滑油を供給する油穴の
開口部を有するクランクシャフトにおいて、炭素を０．
３２−０．５６重量％含有する機械構造用炭素鋼よりな
り、前記ピン部外周及びピン部のフィレットＲ部の焼入
れ硬化層深さが１．５mm以上に形成され、前記ピン部の
油穴開口部の焼入れ硬化層深さが、油穴開口部の径に対
して１．５倍以上に形成されたことを特徴とするクラン
クシャフト。
【請求項２】前記焼入れ硬化層が高周波焼入れにより
形成されたことを特徴とする、請求項１記載のクランク
シャフト。