JP2006153107A - 内燃機関のプレート取付構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 プレート１２の応力集中を有効に緩和する。
【解決手段】 クランクシャフト１０の回転検出用のプレート１２を、固定ボルト１４の頭部（大径部）２８とクランクシャフト１０のプレート取付面３４との間に共締め固定する。プレート取付面３４における固定孔３２の開口周縁部に、プレート１２の側面３８Ａが着座するプレート着座面３４Ａを設ける。このプレート着座面３４Ａを、固定孔３２へ向かうにしたがってプレート１２の側面３８Ａから離間するように傾斜又は湾曲させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関におけるクランクシャフトやカムシャフトのような回転体の回転角度を検出するためのプレートの取付構造に関する。

一般的に、自動車用の内燃機関では、特許文献１等に記載されているように、クランクシャフトやカムシャフトのような回転体の回転角度を検出するために、この回転体に円盤状のシグナルプレートが取り付けられる。このシグナルプレートの外周には信号検出用の多数の歯部が設けられ、回転センサにより歯部を検出することにより、回転体の回転角度を演算するようになっている。
特開２００３−１７２１６８号公報

このようなシグナルプレートは、一般的に、複数本の固定ボルト（固定部品）を用いて回転体のプレート取付面に固定される。すなわち、外周に雄ねじが形成された固定ボルトのねじ部（小径部）をプレートの貫通孔を通して雌ねじが形成された回転体の固定孔に螺合させて、この固定ボルトを締め付けることにより、固定ボルトの頭部（大径部）と回転体のプレート取付面との間にプレートが共締め固定される。

ここで、プレート締結時に強く密接するプレート着座面とプレートの側面の中で、固定孔に近い内周寄りの部分に応力が集中すると、固定孔に近い部分で面圧が局所的に高くなり、プレートの耐久性の確保が困難となるとともに、軸力低下により固定ボルトが弛み易いという課題がある。更に、固定孔に近い位置に応力が集中すると、複数のボルト間の締結スパンが長くなり、プレートの共振周波数が低くなって、機関常用回転域に近づくこととなる。その結果、機関運転域で共振が発生し易くなり、プレートの耐久性の確保が困難となる。

本発明は、これらの課題に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明に係る内燃機関のプレート取付構造では、内燃機関の回転体の回転角度を検出するためのプレートが、小径部の一端にこの小径部よりも外径が大きい大径部が設けられた固定部品を用いて、上記大径部と回転体のプレート取付面との間に狭持される。上記プレートには小径部が貫通する貫通孔が形成されるとともに、上記回転体には小径部が嵌合する固定孔が形成され、この固定孔がプレート取付面に開口している。そして、上記プレート取付面における固定孔の開口周縁部に、上記プレートの側面が着座するプレート着座面が形成されており、このプレート着座面が、上記固定孔へ向かうにしたがってプレートの側面から離間するように傾斜又は湾曲していることを特徴としている。

本発明によれば、プレート着座面が固定孔へ向かうに従ってプレートの側面から離間するように傾斜又は湾曲しているので、これらプレート着座面とプレートの側面が外周寄りの位置で強く接触することとなる。このため、プレート着座面とプレートの側面が内周寄りの位置で強く接触する場合に比して、応力が集中する部位が実質的に広がるために、この部位の面圧が小さくなり、剛性の確保が容易であるとともに、固定ボルトに代表される固定部品が軸力低下により弛むことなく安定して締結状態に維持される。更に、固定孔に対して外周寄りの位置で強く接触するために、複数の固定部品間の締結スパンが短くなって、共振点を内燃機関の運転中に使用される回転域から遠ざけることができる。このため、機関運転中の振動が軽減され、この振動に起因する発生応力が軽減される。

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態を説明する。図１〜４は、本発明に係る内燃機関のプレート取付構造を、内燃機関のクランクシャフト１０に取り付けられるシグナルプレート１２に適用した一実施例を示している。

図３にも示すように、このシグナルプレート１２は、固定部品としての３本の固定ボルト１４によって、クランクシャフト１０の機関後端寄りのクランクアーム１５及びこれに一体形成されたバランスウエイト１６に取り付けられている。このプレート１２の外周には信号検出部として多数の歯部（突起）１７が間欠的に形成されており、これらの歯部１７が周知の回転センサにより検出される。この回転センサの信号に基づいてクランクシャフト１０の回転角度・位置が演算される。

プレート１２には、中央にクランクシャフト１０の主軸部１８が貫通する中央孔２０が貫通形成された環状をなしており、かつ、主として軽量化のために複数の軽量孔２２が形成されている。また、プレート１２とバランスウエイト１６には、位置決め用のノックピン２４が嵌合するピン孔２４Ａ，２４Ｂが形成されている。

図１は、図４の断面図における一つの固定ボルトの近傍を拡大して示している。同図に示すように、各固定ボルト１４は、周知のように、外周に雄ねじが形成された小径部としてのねじ部２６と、このねじ部２６の一端に設けられ、ねじ部２６よりも外径が大きい大径部としての頭部２８と、により構成されている。プレート１２にはねじ部２６が緩く貫通つまり遊嵌する貫通孔３０が形成されるとともに、クランクアーム１５及びバランスウエイト１６にはねじ部２６が螺合する雌ねじが形成されたねじ孔としての固定孔３２が形成されている。この固定孔３２は、クランクアーム１５及びバランスウエイト１６のプレート取付面３４に開口している。プレート１２を取り付ける際には、固定ボルト１４を貫通孔３０を通して固定孔３２に螺合させ、固定ボルト１４を締め付けることにより、プレート１２がボルト１４の頭部２８の裏面とプレート取付面３４との間で強固に狭持され、つまり共締め固定される。

図４を参照して、プレート１２を組み付けた状態で、このプレート１２及び固定ボルト１４の頭部２８がクランクアーム１５及びバランスウエイト１６の基準側面（後面）３６よりも機関後方側（図４の右側）へ張り出すことのないように、プレート１２の貫通孔３０の周縁部には、ボルト１４の頭部２８を収容する収容部３８が折曲形成されているとともに、上記の基準側面３６には、プレート１２が嵌合するプレート嵌合溝４０が凹設されており、このプレート嵌合溝４０の底面が上記のプレート取付面３４を構成している。このプレート嵌合溝４０の中で、上記の収容部３８が嵌合する部分４０Ａが部分的に深く凹設されている。従って、クランクシャフト１０の軸方向寸法の増加を招くことなく、このクランクシャフト１０にプレート１２を直付けすることができるように構成されている。

図１にも示すように、プレート取付面３４における固定孔３２の開口周縁部には、プレート１２の平坦な側面、より詳しくは収容部３８の底面３８Ａが着座するプレート着座面３４Ａが形成されている。そして、このプレート着座面３４Ａが、固定孔３２の中心（軸心）へ向かうに従ってプレート１２の側面３８Ａから離間するように傾斜又は湾曲する（仮想）円錐状の凹面をなしている。なお、図１では明瞭化のためにプレート着座面３４Ａとプレート１２の側面３８Ａの大部分が離間しているように描いているが、実際には締結力に応じて広い範囲にわたって密着することとなる。

また、このプレート着座面３４Ａにおける固定孔３２の開口周縁部には、固定ボルト１４の挿入性を考慮して部分的に凹んだ凹部４２が形成されている。この凹部４２は貫通孔３０よりも狭い範囲に設定されているのに対し、上記の傾斜するプレート着座面３４Ａは、固定ボルト１４の頭部２８や収容部３８の底面３８Ａよりも広い範囲にわたって形成されている。このプレート着座面３４Ａにおける傾斜面は、例えば図２に示すように、先端に軸心へ向かって凸となる円錐状の凸面４４Ａを備えたドリル４４により加工される。

図５及び図６は比較例に係るプレート取付構造を示している。この比較例では、本実施例と同様、複数本の固定ボルト（固定部品）２を用いてプレート１が回転体３に固定されている。すなわち、外周に雄ねじが形成された固定ボルト２のねじ部（小径部）２Ａをプレート１の貫通孔１Ａを通して雌ねじが形成された回転体３の固定孔３Ｂに螺合させて、固定ボルト２を締め付けることにより、固定ボルト２の頭部（大径部）２Ｂと回転体３のプレート取付面３Ａとの間にプレート１が共締め固定される。プレート取付面３Ａには、固定孔３Ｂの開口周縁部に、プレート１の側面１Ｂが着座するプレート着座面３Ｃが設けられている。但し、この比較例のプレート着座面３Ｃは、本実施例とは異なり、固定孔２Ａへ向かうにしたがってプレート１の側面１Ｂに接近するように傾斜する凸面に形成されている。

このような比較例では、プレート着座面３Ｃを凸面に加工するドリル４の先端が軸心へ向かうに従って凹んだ凹面４Ａとなるため（図６参照）、ドリル４の耐久性の面では有利である。しかしながら、この比較例のようにプレート着座面３Ｃが凸面となっていると、固定孔３Ｂに近づくほどプレート１の側面１Ｂに接近することとなるので、固定ボルト２の頭部２Ｂの裏面と回転体３のプレート着座面３Ｃとの間にプレート１を締結した場合、プレート着座面３Ｃとプレート１の側面１Ｂとが固定孔３Ｂに近い内周寄りの位置で最も強く接触し、この部分に応力が集中してしまう。このように、固定孔３Ｂに近い内周寄りの部位に応力が集中すると、固定孔３Ｂ近傍の狭い範囲に応力が集中するために面圧が局所的に高くなり、プレート１の耐久性の確保が困難となるとともに、軸力低下によりボルト２が弛み易いという課題がある。更に、接触部位が固定孔３Ｂに近い部位となるために、複数のボルト２間の締結スパンが長くなり、プレート１の共振周波数が低くなる。その結果、機関回転数が低い運転状態で共振が発生し易くなり、プレート１の耐久性の確保が困難となる。

これに対して本実施例では、プレート着座面３４Ａが固定孔３２の中心（軸心）へ向かうに従ってプレート１２の側面３８Ａから離間するように傾斜又は湾曲する（仮想）円錐状の凹面をなしているので、固定ボルト１４によりプレート１２をクランクシャフト１０に締結した場合に、プレート着座面３４Ａとプレート１２の側面３８Ａとが比較例に比して十分に外周寄りの位置で強く接触することとなる。このため、上記比較例のように内周寄りの部分で強く接触する場合に比して、応力が集中する部位が実質的に広がるために、その面圧が小さくなり、剛性の確保が容易であるとともに、軸力低下により固定ボルト１４が弛むことなく安定して締結状態に維持される。更に、固定孔３２に対して外周寄りの位置で強く接触するために、複数の固定ボルト１４間の締結スパンが短くなって、例えば共振点を内燃機関の運転領域から外れた領域にすることができる。このため、振動が軽減され、この振動に起因する発生応力が軽減される。

以上のように本発明を具体的な実施例に基づいて説明してきたが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変形・変更を含むものである。例えば、回転体は上記実施例のようなクランクシャフトに限らず、例えば吸・排気弁を駆動するカムシャフトであっても良い。また、固定ボルトの本数は３本に限らず、例えば４本以上であっても良い。更に、上記実施例ではプレート着座面３８Ａを傾斜面としているが、固定孔３２の中心へ向かって湾曲する湾曲面としても良い。

以上の説明より把握し得る本発明の特徴的な技術的思想を、上記実施例に基づいて以下に列記する。但し、本発明は参照符号を付した実施例の構成に限定されるものではない。

（１）内燃機関の回転体１０の回転角度を検出するためのプレート１２が、小径部２６の一端にこの小径部２６よりも外径が大きい大径部２８が設けられた固定部品１４を用いて、上記大径部２８と回転体１０のプレート取付面３４との間に狭持される。上記プレート１２には小径部２６が貫通する貫通孔３０が形成されるとともに、上記回転体１０には小径部２６が嵌合する固定孔３２が形成され、この固定孔３２がプレート取付面３４に開口している。上記プレート取付面３４における固定孔３２の開口周縁部に、上記プレート１２の側面３８Ａが着座するプレート着座面３４Ａが形成されており、このプレート着座面３４Ａが、上記固定孔３２へ向かうにしたがってプレート１２の側面３８Ａから離間するように傾斜又は湾曲している。

（２）典型的には、プレート１２がクランクシャフト１０のクランクアーム１５及びバランスウエイト１６に直付けされており、これらクランクアーム１５及びバランスウエイト１６にプレート取付面３４が形成されている。

（３）そして好ましくは、プレート１２の貫通孔３２の周縁部には、固定部品１４の大径部２８を収容する収容部３８が形成されているとともに、クランクアーム１５及びバランスウエイト１６の側面３６には、プレート１２が嵌合するプレート嵌合溝４０が凹設されており、このプレート嵌合溝４０の中で、上記収容部３８が嵌合する部分４０Ａが部分的に深く凹設されている。従って、クランクシャフト１０の軸方向寸法の増加を招くことなく、クランクアーム１５及びバランスウエイト１６にプレート１２を直付けすることができる。

（４）上記プレート着座面３４Ａは、ボルト挿入性を向上するための凹部４２（図１参照）のように狭い範囲のものではなく、固定部品１４の大径部２８よりも広い範囲にわたって傾斜又は湾曲形成されている。従って、プレート着座面３４Ａとプレート１２の側面３８Ａとが強く接触する位置を、固定孔３２から外周側に十分に離れた位置とすることができ、上述した応力低減効果等を有効に得ることができる。

本発明の一実施例に係るプレート取付構造を示す図４の要部拡大図。 上記実施例のプレート着座面を加工するドリルを示す断面図。 上記実施例のプレート取付構造を示す正面図。 上記実施例のプレート取付構造を示す断面図。 比較例に係るプレート取付構造を示す断面図。 上記比較例のプレート着座面を加工するドリルを示す断面図。

符号の説明

１０…クランクシャフト（回転体）
１２…シグナルプレート（プレート）
１４…固定ボルト（固定部品）
１５…クランクアーム
１６…バランスウエイト
１７…歯部（信号検出部）
２６…ねじ部（小径部）
２８…頭部（大径部）
３０…貫通孔
３２…固定孔
３４…プレート取付面
３４Ａ…プレート着座面
３８Ａ…プレートの側面

Claims (4)

1. 内燃機関の回転体の回転角度を検出するためのプレートが、小径部の一端にこの小径部よりも外径が大きい大径部が設けられた固定部品を用いて、上記大径部と回転体のプレート取付面との間に狭持され、
   上記プレートには小径部が貫通する貫通孔が形成されるとともに、上記回転体には小径部が嵌合する固定孔が形成され、この固定孔がプレート取付面に開口している内燃機関のプレート取付構造において、
   上記プレート取付面における固定孔の開口周縁部に、上記プレートの側面が着座するプレート着座面が形成されており、
   このプレート着座面が、上記固定孔へ向かうにしたがってプレートの側面から離間するように傾斜又は湾曲していることを特徴とする内燃機関のプレート取付構造。
2. 上記プレート取付面が、クランクシャフトのクランクアーム及びバランスウエイトの側面に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のプレート取付構造。
3. 上記プレートの貫通孔の周縁部には、固定部品の大径部を収容する収容部が形成されているとともに、クランクアーム及びバランスウエイトの側面には、プレートが嵌合するプレート嵌合溝が凹設されており、このプレート嵌合溝の中で、上記収容部が嵌合する部分が部分的に深く凹設されていることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関のプレート取付構造。
4. 上記プレート着座面は、上記固定部品の大径部よりも広い範囲にわたって傾斜又は湾曲していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関のプレート取付構造。

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