JP2004183822A - フライホイール - Google Patents
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Abstract
【解決手段】外周側にフライホイールマス部が設けられた薄板状のプレート部3の中央が、間隔をおいて環状に配置された複数のボルト7,7を介して、クランクシャフト1の端面に接合されるフライホイール2において、複数のボルト7,7の座面を除く複数のボルト7,7の中心を直線で結んだ略多角形の接触領域内に、プレート部3がクランクシャフト1の端面に接触しない非接触部S2を凹み状に設け、この非接触部S2の面積を、接触領域の全面積に対し40%〜75%に設定して構成する。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、クランクシャフトの端面にボルトを介して接合されるフライホイールに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、内燃機関のクランクシャフトは、機能上の性質から不釣合量を持ち、この不釣合量を打ち消すために、カウンターウェイトが設けられているが、エンジンの気筒配列によっては、エンジン回転数に対する、ある次数での不釣合量は打ち消すことができず、この慣性力に加えて、ピストンからの爆発力が、クランクシャフトに対して、捻じり,曲げ力として働くため、クランクシャフト自体の曲がり,捻じりを発生させ、クランクシャフトの軸受部への打音の発生、クランクシャフト端面での振れ回り量の増加によって、クランクシャフトにクラッチを介して取り付けられた変速機を振動させてしまう虞れがあった。
【0003】
このため、クランクシャフトの剛性を高めて不釣合量を極力減らすようにしているが、クランクシャフトの剛性を高めるには、クランクシャフトの軸受の径を大きくする必要があり、重量が増加し、また軸受部の摺動速度が増加して、摩擦損失分が大きくなり、エンジンの出力が低下する等の問題があり、また、不釣合量を減らすためにカウンターウェイトの数を増やすと、大型化してしまい、コンロッド,ピストンの位置等に制約を与えてしまい、エンジンの小型化が図れないという問題点がある。
【0004】
そこで従来では、図13及び図14に示すような構造にフライホイールを構成して、クランクシャフトに発生する曲げ,捻じり振動を吸収するようにしている。
即ち、図13は図14のY−Y線断面図であり、エンジンのクランクシャフト1の端面の中心部には、外方へ突出して円柱突起部1aが一体形成されており、この円柱突起部1aに嵌まり込む中心孔を備えたフライホイール2のプレート部3が、複数間隔をおいて環状に配置されたフライホイール取付ボルト7,7,7を介して、クランクシャフト1の端面に接合されており、プレート部3の外周には、クラッチフェーシング面4aを備えたフライホイールマス部4が、マス部取付ボルト5により取付固定されている。
【0005】
なお、フライホイール2のプレート部3は薄板状であり、フライホイール取付ボルト7,7,7の締付力が均等に働くように、円板状のレインフォース6が用いられて、このレインフォース6とクランクシャフト1の端面間に挟まれて、プレート部3が接合されている。
また、クランクシャフト1の外周には、エンジン内部からの潤滑油をシールするためのリップシール8が設けられており、このリップシール8を固定するためのリップシールリテーナー9が設けられている。
なお、このリップシール8及びリップシールリテーナー9との干渉を避けて空間を効率よく使用する目的で、プレート部3は、クランクシャフト1の端面を少し外れた所で、エンジン本体側に曲げられている。
このように、薄板状のプレート部3を有するフライホイール2では、クランクシャフト1に発生する曲げ,捻じり振動を、この薄板状のプレート部3で吸収するように設定されている。
【0006】
しかし、クランクシャフト1の曲げ,捻じりが大きい場合には、図15に示すように、フライホイールマス部4の振幅により、プレート部3のクランクシャフト1の端面を外れた外周付近に応力が集中し、この応力集中部Pでプレート部3が破損してしまう虞れがある。
その対策として、図16に示すように、フライホイールマス部4とプレート部3間に、図17に示すような制振用皿バネ10を挟み込み、この制振用皿バネ10により、フライホイールマス部4の振幅を抑え、応力集中を小さくする方法が採られている(例えば、特許文献1参照。)。
【0007】
【特許文献1】
特許第3318516号公報
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図16のような構造では、制振用皿バネ10を挟み込むためのフライホイールマス部4の加工が必要となり、構成部品の点数が増加し、また、制振用皿バネ10を組み付けた後の、フライホイール2全体としてのアンバランス量が増加して、バランス修正に時間がかかる等、コストが高くなるという新たな問題点が発生していた。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み案出したものであって、部品点数が増加することなく、良好に組立てできて、しかもフライホイールマス部の振動を良好に抑制し得るフライホイールを提供せんことを目的とし、その第1の要旨は、外周側にフライホイールマス部が設けられた薄板状のプレート部の中央が、間隔をおいて環状に配置された複数のボルトを介して、クランクシャフトの端面に接合されるフライホイールにおいて、前記複数のボルトの座面を除く複数のボルトの中心を直線で結んだ略多角形の接触領域内に、前記プレート部が前記クランクシャフトの端面に接触しない非接触部を設け、該非接触部の面積を、前記接触領域の全面積に対し40%〜75%に設定したことである。
【0010】
また第2の要旨は、外周側にフライホイールマス部が設けられた薄板状のプレート部の中央が、間隔をおいて環状に配置された複数のボルトを介して、レインフォースとクランクシャフトの端面間に挟まれて、接合されるフライホイールにおいて、前記複数のボルトの座面を除く複数のボルトの中心を直線で結んだ略多角形の接触領域内に、前記レインフォースが前記プレート部に接触しない非接触部を設け、該非接触部の面積を、前記接触領域の全面積に対し40%〜75%に設定したことである。
【0011】
また第3の要旨は、前記プレート部が前記クランクシャフトの端面に接触しない非接触部を設けたことである。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図1は、第1実施例のフライホイールの取付構造を示しており、前記図14のY−Y断面の要部を示すものである。
フライホイール2は、外周側に図示しないフライホイールマス部4がボルト5で取り付けられたプレート部3で構成され、このプレート部3は、約6mmの肉厚の板で構成されており、本例ではレインフォース6を用いることなく、複数のフライホイール取付ボルト7,7,7を介して、プレート部3がクランクシャフト1の端面に接合されている。
【0013】
クランクシャフト1の端面中央部には、円柱突起部1aが突出されており、この円柱突起部1aに、プレート部3の中心に形成された中心孔3aが嵌まり込んでおり、また、プレート部3の中心孔3aの外周側には、所定間隔をおいてボルト7を通すための6個のボルト孔3b,3b,3bが環状に貫通形成されている。
各ボルト孔3b内に外側よりフライホイール取付ボルト7を通して、各フライホイール取付ボルト7をクランクシャフト1の端面に締め付け、この複数のフライホイール取付ボルト7,7,7を介して、フライホイール2のプレート部3がクランクシャフト1の端面に接合されている。
なお、本例におけるプレート部3の中心部の裏側、即ちクランクシャフト1の端面に接合される側の面には、凹み状に非接触部S2が形成されている。この非接触部S2の凹みの深さは0.5mmに設定されている。
従って、クランクシャフト1の端面にプレート部3が接合された状態では、この非接触部S2の部分は、クランクシャフト1の端面に接触せず浮き上がった状態となるように設定されている。
【0014】
なお、本例では、図2に示すように、前記フライホイール取付ボルト7,7のボルト座面間の距離Lは、7mm以上に設定されており、7mm以上の間隔をおいて複数のフライホイール取付ボルト7,7,7が環状に配置され、複数のフライホイール取付ボルト7,7,7の各中心を直線で結ぶと六角形を成し、この六角形の領域から各フライホイール取付ボルト7の座面を除いた略六角形状を成す接触領域S1が形成されており、この接触領域S1内に、非接触部S2が直径D1の円形状に形成されている。
この非接触部S2の面積は、複数のフライホイール取付ボルト7,7,7の各座面を除く、複数のフライホイール取付ボルト7,7,7の各中心を直線で結んだ略六角形の接触領域S1の全面積に対し、40%〜75%の面積となるように設定されている。
【0015】
なお、図7には実測結果を示す。
図7に示すように、接触領域S1の全面積に対する非接触部S2の面積比を大きくするに従って、面積比40%まではフライホイールマス部4の振幅減衰率は急激に減少し、面積比40%で振幅減衰率は約0.3となり、面積比70%までは安定した振幅減衰率0.3以下が得られ、面積比が75%を越えると、急激に振幅減衰率が低下することが確認されている。
この実測結果より、フライホイールマス部4の振幅の減衰効果が大きく、しかも安定した領域である40%〜75%の範囲に、接触領域S1の全面積に対する非接触部S2の面積比を設定したものである。
なお、このような振幅減衰効果は、プレート部3の裏側に凹み状に非接触部S2を形成させたことにより、振幅変動に対する荷重変動エリアEが従来よりも増大したことに起因すると考えられる。
【0016】
即ち、従来構造では、図18(図14のX−X線断面)に示すように、クランクシャフト1の端面全域にプレート部3が面接触しているため、フライホイールマス部4の振幅変動に対するプレート部3の変形部位、即ち荷重変動エリアEは狭くなっているが、本例のものでは、図3(図14のX−X線断面に相当する)に示すように、非接触部S2が形成されているため、プレート部3とクランクシャフト1の端面は、全面で接触しておらず、フライホイールマス部4の振幅変動に対するプレート部3の変形部位が広がって、荷重変動エリアEは従来よりも増大したものとなる。
この荷重変動エリアE内では、クランクシャフト1の端面とプレート部3の接触する面で微少な相対変位による摩擦力が発生して、この摩擦力により、フライホイールマス部4の振幅減衰効果が得られ、荷重変動エリアEが従来よりも大きくなったことにより、従来よりも振幅を良好に抑制できたものと考えられる。
【0017】
即ち、図8に示すように、プレート部3とクランクシャフト1の端面の両面は、加工面あるいはプレス,焼結等の粗材面であり、そこには必ず表面粗さが存在し、フライホイール取付ボルト7,7を締め付けた状態で両面が押し付けられると、表面粗さを構成する突起部101,101,101の先端は押し潰されて、塑性流動して周囲に流れ、塑性流動部102,102となり、この塑性流動部102,102は、弾性で回復し、図9に示すような、半径R1,R2,R3,R4,R5,R6の異なる多数の球状の弾性回復球103,103となり、プレート部3がクランクシャフト1の端面に押し付けられた部分では、この弾性回復球103,103が接触することとなる。
【0018】
この弾性回復球103の内の1つを図10に拡大して説明する。
弾性回復球103の接触部分(直径2aiの部分)は固着しているが、外周の直径2biの環状部分104は、荷重で押し付けられた時に、外側へ弾性変形している。
この状態で荷重の変動が起こると、固着していない外側へ弾性変形している部分は変化し、内側の接触部分との間に相対変位が生じ、弾性変形による面間のすべりが発生し、ここに摩擦力が生じ、これにより弾性変形させない方向に力が働くこととなる。
【0019】
図11では、フライホイールマス部4の振幅により荷重が増加した場合を示しており、直径2aiの接触部分は直径2a’iの径に拡大し、また直径2biの環状部分104は直径2b’iの径に拡大し、外側へ弾性変形することとなる。逆に、振幅により荷重が減少した時には、図12に示すように、直径2aiの接触部分は直径2a”iの径に縮小し、直径2biの環状部分104も直径2b”iの径に縮小することとなる。
このように振幅による荷重変動により、面間に摩擦力が働き、荷重変動を抑える方向に力が働き、これにより、プレート部3の外周側の振動振幅を抑える制振効果が得られることとなり、プレート部3のクランクシャフト1の端面近傍の応力集中部位Pの応力を下げることが可能となる。
【0020】
即ち、本例では、プレート部3とクランクシャフト1の端面間の荷重変動エリアEが大きくなるように、プレート部3に非接触部S2を形成させて、面間の微少な相対変位による摩擦力により、フライホイールマス部4の振幅減衰効果を得られるようにしたのである。
【0021】
なお、図4には第2実施例を示す。
図14では、プレート部3の厚みは2.9mmとなっており、薄板状であるため、3.2mmの厚みを有するレインフォース6で挟み付け、ボルト7,7,7を締付けて、プレート部3をクランクシャフト1の端面に接合させたものである。
本例では、レインフォース6の裏面、即ちプレート部3と接触する面の中央部に、凹み状に非接触部S2を形成させたものである。
即ち、この非接触部S2は、レインフォース6がプレート部3に接触しない部分であり、この非接触部S2の面積は、前記図2に示したような接触領域S1内の全面積に対し40%〜75%の割合となるように設定されている。
従って、図4では、レインフォース6とプレート部3間の荷重変動エリアEの拡大により、プレート部3の外周側の振動振幅を抑制することが可能となる。
【0022】
更に、図5は第3実施例を示すものであり、図5では、レインフォース6とクランクシャフト1の端面間に、プレート部3を挟み込んでいるが、このプレート部3は2.9mmの厚さであり、レインフォースの厚みは3.2mmとなっている。本例では、プレート部3の裏面、即ちクランクシャフト1の端面側に、凹み状に非接触部S2が形成され、更に、レインフォース6の裏面、即ちプレート部3と接触する面に、凹み状に非接触部S2が形成されたものである。
このように、プレート部3とレインフォース6にそれぞれ非接触部S2,S2を形成させて、より良好に荷重変動エリアEを拡大させることができ、これによりプレート部3の外周側の振動振幅を良好に抑制することが可能となる。
【0023】
更に、図6に示すように、非接触部S2を、花びら状等の異形に設定しても良く、要は、この非接触部S2の面積が、複数のボルト7,7の座面を除く複数のボルト7,7の中心を直線で結んだ略多角形の接触領域S1の全面積に対し、40%〜75%となるように設定して、良好に荷重変動エリアEを拡大させて、プレート部3の外周側の振動振幅を抑制することが可能となる。
【0024】
【発明の効果】
本発明は、外周側にフライホイールマス部が設けられた薄板状のプレート部の中央が、間隔をおいて環状に配置された複数のボルトを介して、クランクシャフトの端面に接合されるフライホイールにおいて、複数のボルトの座面を除く複数のボルトの中心を直線で結んだ略多角形の接触領域内に、プレート部がクランクシャフトの端面に接触しない非接触部を設け、非接触部の面積を、接触領域の全面積に対し40%〜75%に設定したことにより、プレート部とクランクシャフトの端面間の荷重変動エリアが拡大して、プレート部外周側の振動振幅を抑制することが可能となり、振幅の減衰効果が安定して得られるものとなる。
【0025】
また、外周側にフライホイールマス部が設けられた薄板状のプレート部の中央が、間隔をおいて環状に配置された複数のボルトを介して、レインフォースとクランクシャフトの端面間に挟まれて接合されるフライホイールにおいて、複数のボルトの座面を除く複数のボルトの中心を直線で結んだ略多角形の接触領域内に、レインフォースがプレート部に接触しない非接触部を設け、非接触部の面積を、接触領域の全面積に対し40%〜75%に設定したことにより、レインフォースとプレート間の荷重変動エリアの拡大により、プレート部の外周側の振動振幅を抑制することが可能となる。
【0026】
さらに、プレート部がクランクシャフトの端面に接触しない非接触部を追加することにより、プレート部とクランクシャフト端面間、及びレインフォースとプレート間の荷重変動エリアの拡大により、プレート部外周側の振動振幅を抑制して安定した振幅の減衰効果が得られるものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施例のフライホイールのプレート部の取付状態を示す要部断面構成図である(図14のY−Y線断面の要部に相当する)。
【図2】図1のフライホイール取付ボルトの配置状態を示す側面構成図である。
【図3】プレート部の取付状態を示す要部断面説明図である(図14のX−X断面に相当する)。
【図4】第2実施例のフライホイールのプレート部の取付状態を示す要部断面構成図である(図14のY−Y線断面の要部に相当する)。
【図5】第3実施例のフライホイールのプレート部の取付状態を示す要部断面構成図である(図14のY−Y線断面の要部に相当する)。
【図6】非接触部を花びら状に変形させた場合のフライホイール取付ボルトの配置状態を示す側面構成図である。
【図7】接触領域の全面積に対する非接触部の面積比と、振幅減衰率との関係を示す線図である。
【図8】プレート部とクランクシャフトの接触面の表面粗さを示す拡大図である。
【図9】荷重により塑性流動して、弾性回復球が表面に形成された状態の拡大構成図である。
【図10】弾性回復球の部分の拡大図である。
【図11】荷重変動(荷重増加)により弾性回復球の外周にすべりが発生している説明図である。
【図12】荷重変動(荷重減少)により弾性回復球の外周にすべりが発生している説明図である。
【図13】従来のフライホイールの取付状態の断面構成図である(図14のY−Y線断面図)。
【図14】図13の側面構成図である。
【図15】プレート部の外周に設けたフライホイールマス部の振動振幅状態を示す説明図である。
【図16】従来の制振用皿バネを設けたフライホイールの取付状態の断面構成図である。
【図17】制振用皿バネの斜視図である。
【図18】従来のプレート部の取付状態を示す要部断面説明図である(図14のX−X線断面図)。
【符号の説明】
1 クランクシャフト
1a 円柱突起部
2 フライホイール
3 プレート部
3a 中心孔
3b ボルト孔
4 フライホイールマス部
5 マス部取付ボルト
6 レインフォース
7 フライホイール取付ボルト
S1 接触領域
S2 非接触部
Claims (3)
- 外周側にフライホイールマス部が設けられた薄板状のプレート部の中央が、間隔をおいて環状に配置された複数のボルトを介してクランクシャフトの端面に接合されるフライホイールにおいて、
前記複数のボルトの座面を除く、複数のボルトの中心を直線で結んだ略多角形の接触領域内に、前記プレート部が前記クランクシャフトの端面に接触しない非接触部を設け、該非接触部の面積を、前記接触領域の全面積に対し40%〜75%に設定したことを特徴とするフライホイール。 - 外周側にフライホイールマス部が設けられた薄板状のプレート部の中央が、間隔をおいて環状に配置された複数のボルトを介して、レインフォースとクランクシャフトの端面間に挟まれて接合されるフライホイールにおいて、
前記複数のボルトの座面を除く、複数のボルトの中心を直線で結んだ略多角形の接触領域内に、前記レインフォースが前記プレート部に接触しない非接触部を設け、該非接触部の面積を、前記接触領域の全面積に対し40%〜75%に設定したことを特徴とするフライホイール。 - 前記プレート部が前記クランクシャフトの端面に接触しない非接触部を設けたことを特徴とする請求項2に記載のフライホイール。
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