JP2008101690A - クランク軸および汎用エンジン - Google Patents

Abstract

【課題】破損の恐れを低減したクランク軸を提供する。
【解決手段】クランク軸は、クランクピンと、シェル型ころ軸受と、クランクピンの端部と連結されるクランクウェブ１５ａとを備える。クランクウェブ１５ａは、クランクピンを圧入する圧入孔２２ａを有する連結部２３、クランク軸の回転を円滑に行うためのバランスウェイト２５、および軸方向に延びるジャーナル２６を含む。ここで、シェル型外輪の幅面と対面する連結部２３の幅面２７ａには、軸方向に凹んだ凹部が設けられている。凹部は、潤滑油を溜める油溜まり２８および溝状に連なる油溝２９ａ〜２９ｄを含む。
【選択図】図１

Description

この発明は、クランク軸および汎用エンジンに関し、特に、破損の恐れを低減したクランク軸およびこのようなクランク軸を含む汎用エンジンに関するものである。

一般的な汎用エンジンは、ピストンの直線往復運動をクランク軸の回転運動に変換することにより、回転力を得ている。ピストンとクランク軸は、コンロッド（コネクティングロッド）によって連結されている。具体的には、コンロッドの大端部にクランクピンが連結され、コンロッドの小端部にピストンピンが連結される。コンロッドを介して、ピストンの直線往復運動をクランク軸に伝達して回転運動に変換する。

クランク軸は、クランクピンと、これを連結するクランクウェブとを備える。ここで、クランクウェブの構成について簡単に説明する。図８は、従来におけるクランクウェブを示す図である。図８中、左図は、軸方向から見た図であり、右図は、中央を通る断面で切断した場合の断面図である。図８を参照して、クランクウェブ１０１は、クランクピン（図示せず）を連結する連結部１０２と、クランク軸の回転を円滑に行うためのバランスウェイト１０４と、軸方向に延びるジャーナル１０５とを備える。クランク軸は、回転中心軸１０３を中心に回転する。連結部１０２には、軸方向に貫通する圧入孔１０６が設けられている。クランクピンは、一方の端部を圧入孔１０６に圧入して、クランクウェブ１０１に連結される。クランクピンの他方の端部についても、同様の構成のクランクウェブに連結される。クランクピンの中央部は、軸受を介して、コンロッドの大端部に連結される。

ここで、クランクピンを支持する軸受には、従来、複数のころおよびこれらを保持する保持器とから構成される保持器付きころが用いられていた。このような保持器付きころは、コンロッドの大端部の内径面を研削等して平滑性を向上する必要があるため、製造コストが増大してしまうことになる。したがって、昨今のコスト低減の要求により、クランクピンを支持する軸受にはシェル型ころ軸受が適用されている。シェル型ころ軸受は、シェル型外輪と、複数のころと、ころを保持する保持器とを含む。シェル型外輪は、軸方向の両端部が内径側に延びる鍔部を有する形状である。

なお、このような構成のクランク軸は、例えば、特開平１１−６２５９９号公報（特許文献１）に開示されている。
特開平１１−６２５９９号公報（図１等）

このような構成のクランク軸が回転する際には、クランクウェブ１０１の連結部１０２はシェル型外輪の鍔部と摺接する。具体的には、クランクウェブ１０１の連結部１０２のうち、シェル型ころ軸受が配置される側の幅面１０７と、シェル型外輪の鍔部の幅面とが摺接する。ここで、幅面１０７への潤滑油の供給量が少ないと、潤滑不良が生じ、摺接面である幅面１０７や鍔部の幅面の摩耗が促進されることになる。特に、シェル型外輪は鍔部が内径側に延びる形状であるため、軸受内部側から摺接面への潤滑油も供給されにくい。このような摩耗が進行すると、クランクウェブ１０１やシェル型ころ軸受、引いては、クランク軸の破損を招く恐れがある。また、クランク軸の破損により、汎用エンジンの長寿命を図ることができない。

この発明の目的は、破損の恐れを低減したクランク軸を提供することである。

この発明の他の目的は、長寿命を図ることができる汎用エンジンを提供することである。

この発明に係るクランク軸は、クランクピンと、内径側に延びる鍔部を有するシェル型外輪、および複数のころを含み、クランクピンを支持するシェル型ころ軸受と、クランクピンの端部と連結されるクランクウェブとを備える。クランクウェブは、クランクピンを圧入する圧入孔を有する連結部、クランク軸の回転を円滑に行うためのバランスウェイト、および軸方向に延びるジャーナルを含む。ここで、鍔部の幅面と対面する連結部の幅面には、軸方向に凹んだ凹部が設けられている。

このように構成することにより、クランクウェブの連結部の幅面に設けられた凹部によって、供給された潤滑油を保持することができる。そうすると、連結部の幅面とシェル型外輪の鍔部の幅面とが摺接する際に、潤滑油の供給量が少なくても、潤滑性を良好にすることができる。したがって、焼き付きを防止し、連結部の幅面および鍔部の幅面の耐摩耗性を向上することができる。その結果、破損の恐れを低減したクランク軸を提供することができる。

また、凹部は、潤滑油を溜める油溜まりを含む。こうすることにより、油溜まりによっても潤滑油を溜めることができる。したがって、さらに耐摩耗性を向上させることができる。

さらに好ましくは、凹部は、溝状に連なる油溝を含む。こうすることにより、油溝によっても潤滑油を溜めることができる。したがって、さらに耐摩耗性を向上させることができる。また、このような溝状の油溝は、潤滑油の流出入が容易であるため、潤滑油を効率的に循環させることができる。したがって、幅面の温度上昇や、摩耗粉、異物の噛み込み等も抑制することができ、さらにクランク軸の破損の恐れを低減することができる。

さらに好ましくは、油溝は、径方向に延びている。こうすることにより、径方向への潤滑油の流出入がより容易になる。そうすると、径方向において、潤滑油を効率的に循環させることができる。

この発明の他の局面においては、汎用エンジンは、ピストンと、上記したいずれかのクランク軸と、ピストンの直線往復運動をクランク軸の回転運動に変換するコンロッドとを備える。

このような汎用エンジンは、破損の恐れを低減したクランク軸を含むため、長寿命を図ることができる。

この発明によれば、クランクウェブの連結部の幅面に設けられた凹部によって、供給された潤滑油を保持することができる。そうすると、連結部の幅面と鍔部の幅面とが摺接する際に、潤滑油の供給量が少なくても、潤滑性を良好にすることができる。したがって、焼き付きを防止し、連結部の幅面および鍔部の幅面の耐摩耗性を向上することができる。その結果、破損の恐れを低減したクランク軸を提供することができる。

また、このような汎用エンジンは、破損の恐れを低減したクランク軸を含むため、長寿命を図ることができる。

以下、この発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図２は、この発明の一実施形態に係るクランク軸の一部を示す断面図である。また、図１は、図２に示すクランク軸に含まれるクランクウェブを示す図である。図１中、左図は軸方向から見た図であり、右図は、中央を通る断面で切断した場合の断面図である。図１および図２を参照して、クランク軸１１は、コンロッド１２と、クランクピン１３と、シェル型ころ軸受１４と、クランクウェブ１５ａ、１５ｂとを備える。シェル型ころ軸受１４は、シェル型外輪１６と、複数のころ１７と、複数のころ１７を保持する保持器１８とを備える。シェル型外輪１６は、内径側に延びる鍔部１９を有する。なお、図２中、コンロッド１２は、大端部２０側のみを示している。

コンロッド１２の大端部２０に設けられた圧入孔２１には、シェル型ころ軸受１４が圧入されている。シェル型ころ軸受１４の内径側には、クランクピン１３が配置されている。クランクピン１３は、シェル型ころ軸受１４によって回転可能である。クランクピン１３は、その軸方向の両端部がクランクウェブ１５ａ、１５ｂに設けられた圧入孔２２ａ、２２ｂに圧入され、クランクウェブ１５ａ、１５ｂに連結される。

ここで、クランクウェブ１５ａの構成について説明する。なお、クランクウェブ１５ｂの構成については、軸方向の長さ等が異なるものの基本的にはクランクウェブ１５ａと同じ構成であるため、その説明を省略する。

図１を参照して、クランクウェブ１５ａは、クランクピン１３の一方の端部を圧入する圧入孔２２ａを有する連結部２３と、クランク軸１１の回転を円滑に行うためのバランスウェイト２５と、軸方向に延びるジャーナル２６とを含む。バランスウェイト２５は、所定の重量を有している。バランスウェイト２５は、回転中心軸２４を中心として、連結部２３と１８０度対向する位置に設けられる。

図３は、図１中のＩＩＩで示す部分の拡大図である。図４は、図１中のＩＶで示す部分の拡大図である。図１〜図４を参照して、連結部２３のうち、シェル型ころ軸受１４が位置する側の幅面２７ａ、すなわち、具体的には、シェル型外輪１６の鍔部１９の幅面２７ｂに対面する幅面２７ａには、軸方向に凹んだ凹部が設けられている。凹部は、潤滑油を溜める油溜まり２８を含む。油溜まり２８は、微小のディンプル形状であり、複数設けられている。油溜まり２８は、軸方向から見ると、略矩形である。

こうすることにより、供給される潤滑油を複数の油溜まり２８に保持することができる。そうすると、クランク軸１１が回転し、連結部２３の幅面２７ａとシェル型外輪１６の幅面２７ｂとが摺接する際に、油溜まり２８に保持された潤滑油を幅面２７ａ、２７ｂに供給することができる。したがって、幅面２７ａ、２７ｂの潤滑性を良好にして、焼き付きを防止し、幅面２７ａ、２７ｂの耐摩耗性を向上することができる。その結果、クランクウェブ１５ａやシェル型ころ軸受１４、引いては、クランク軸１１の破損の恐れを低減することができる。

また、凹部は、溝状に連なる４つの油溝２９ａ、２９ｂ、２９ｃ、２９ｄを含む。油溝２９ａ〜２９ｄはそれぞれ、圧入孔２２ａから外径面３０まで貫通するように径方向に真直ぐに延びる形状である。油溝２９ａ〜２９ｄは、軸方向から見て約９０度間隔で、幅面２７ａに略等配で設けられている。こうすることにより、油溝２９ａ〜２９ｄにも、潤滑油を保持することができ、幅面２７ａ、２７ｂの耐摩耗性をさらに向上させることができる。また、油溝２９ａ〜２９ｄを通じて、連結部２３の径方向への潤滑油の流出入が容易になる。そうすると、外径面３０側および圧入孔２２ａ側から潤滑油を容易に供給することができると共に、潤滑油の循環が良好になり、温度上昇や、摩耗粉、異物の噛み込み等を低減することができる。

この場合、シェル型ころ軸受１４の内部にも、油溝２９ａ〜２９ｄを通じて、潤滑油を供給することができる。そうすると、シェル型ころ軸受１４の内部において、潤滑不良を引き起こす恐れも低減する。したがって、シェル型ころ軸受１４の破損の恐れをさらに低減することができる。

なお、上記の実施の形態においては、幅面２７ａは、圧入孔２２ａから外径面３０まで貫通する油溝２９ａ〜２９ｄを含むことにしたが、これに限らず、油溝は、圧入孔２２ａから外径面３０まで貫通しなくてもよい。図５は、この場合におけるクランクウェブを示す図であり、図２に対応する。図５中、左図は軸方向から見た図であり、右図は、中央を通る断面で切断した場合の断面図である。図５を参照して、クランクウェブ３１の連結部３２の幅面３３に設けられた凹部は、径方向に真直ぐに延びる８本の放射状の油溝３４を含む。油溝３４は、軸方向から見て圧入孔３５を中心に略等配に設けられている。油溝３４は、圧入孔３５から外径側に延びているが、外径面３６には達していない。このような油溝３４であっても、潤滑性を良好にして、耐摩耗性を向上させることができる。なお、この場合においても、幅面３３に設けられた凹部は、潤滑油を溜める油溜まりを含むことにしてもよい。また、油溝は、外径面３６から延び、圧入孔３５まで貫通しない構成としてもよい。

また、油溝の形状は、径方向に真直ぐに延びていなくてもよい。図６は、この場合におけるクランクウェブを示す図であり、図２に対応する。図６中、左図は軸方向から見た図であり、右図は、中央を通る断面で切断した場合の断面図である。図６を参照して、クランクウェブ４１の連結部４２の幅面４３に設けられた凹部は、複数の凹状の油溝４４を含む。油溝４４は、径方向に対して任意の角度で延びており、複数の油溝４４が交差する形状となっている。また、油溝４４についても、圧入孔４５から外径側に延びているが、外径面４６には達していない。このような油溝４４であっても、潤滑性を良好にして、耐摩耗性を向上させることができる。この場合においても、幅面４３に設けられた凹部は、潤滑油を溜める油溜まりを含むことにしてもよい。さらに、油溝は、外径面４６から延び、圧入孔４５まで貫通しない構成としてもよい。

なお、上記の実施の形態においては、油溜まりは、軸方向から見て略矩形としたが、これに限らず、丸状や三角状等、その他の形状を有する油溜まりにも適用される。また、油溝の断面形状についても、三角状や四角状、複数の多角形を組合わせた形状等、様々な形状の油溝が適用される。さらにその数や位置等においても、任意に定められる。また、凹部は、幅面から軸方向に凹んでいればよく、任意の数、任意の形状で設けられる。

次に、上記したクランク軸を含む汎用エンジンについて説明する。図７は、この発明の一実施形態に係る汎用エンジンの一例である２サイクルエンジンを示す概略断面図である。このような２サイクルエンジンは、たとえば、排気量の小さい自動二輪車等において利用される。なお、理解の容易の観点から、２サイクルエンジンに含まれるシェル型ころ軸受のうち、保持器を図示していない。

図７を参照して、２サイクルエンジン５１は、回転運動を出力し、クランクピン５４を含むクランク軸と、混合気の燃焼により直線往復運動を行うピストン５６と、クランク軸とピストン５６とを連結し、直線往復運動を回転運動に変換するコンロッド５５とを有する。クランク軸は、回転中心軸６１を中心に回転し、バランスウェイト６２によって回転のバランスをとっている。

コンロッド５５は、直線状棒体の下方に大端部６４を、上方に小端部６５を設けたものからなる。クランクピン５４は、コンロッド５５の大端部６４に、ピストン５６とコンロッド５５を連結するピストンピン６３は、コンロッド５５の小端部６５に、それぞれシェル型ころ軸受５７を介して回転自在に支持されている。

ガソリンと潤滑油とを混合した混合気は、吸気孔５８からクランク室５３へ送り込まれてから、ピストン５６の上下動作に応じてシリンダ５２の上方の燃焼室６０へ導かれ燃焼される。燃焼された排気ガスは排気孔５９から排出される。

クランク軸は、上記した構成のクランクウェブを含む。すなわち、クランク軸に含まれるクランクウェブの連結部の幅面には、上記した油溜まりおよび油溝を含む凹部が設けられている。そうすると、シェル型ころ軸受５７の幅面とクランクウェブの連結部の幅面とが摺接する際に、幅面の潤滑性を良好にすることができ、焼き付きを防止し、耐摩耗性を向上して、破損の恐れを低減することができる。したがって、このような破損の恐れを低減したクランク軸を含む２サイクルエンジン５１は、長寿命を図ることができる。

なお、上記の実施の形態においては、シェル型ころ軸受は、ころを保持する保持器を含むことにしたが、これに限らず、保持器を含まないタイプ、いわゆる総ころ型式のシェル型ころ軸受であっても構わない。

また、上記の実施の形態においては、汎用エンジンとして２サイクルエンジンを開示したが、これに限らず、他の汎用エンジン、例えば、４サイクルエンジンにおいても、適用可能である。

以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

この発明に係るクランク軸は、希薄潤滑環境下で使用されるクランク軸に有効に利用される。

また、この発明に係る汎用エンジンは、長寿命が要求される場合に有効に利用される。

この発明の一実施形態に係るクランク軸に含まれるクランクウェブを示す図である。 この発明の一実施形態に係るクランク軸の一部を示す断面図である。 図１に示すＩＩＩの部分の拡大図である。 図１に示すＩＶの部分の拡大図である。 この発明の他の実施形態に係るクランク軸に含まれるクランクウェブを示す図である。 この発明のさらに他の実施形態に係るクランク軸に含まれるクランクウェブを示す図である。 この発明の一実施形態に係る汎用エンジンのうち、２サイクルエンジンを示す概略断面図である。 従来におけるクランク軸に含まれるクランクウェブを示す図である。

符号の説明

１１ クランク軸、１２，５５ コンロッド、１３，５４ クランクピン、１４，５７ シェル型ころ軸受、１５ａ，１５ｂ，３１，４１ クランクウェブ、１６ シェル型外輪、１７ ころ、１８ 保持器、１９ 鍔部、２０，６４ 大端部、２１，２２ａ，２２ｂ，３５，４５ 圧入孔、２３，３２，４２ 連結部、２４，６１ 回転中心軸、２５，６２ バランスウェイト、２６ ジャーナル、２７ａ，２７ｂ，３３，４３ 幅面、２８ 油溜まり、２９ａ，２９ｂ，２９ｃ，２９ｄ，３４，４４ 油溝、３０，３６，４６ 外径面、５１ ２サイクルエンジン、５２ シリンダ、５３ クランク室、５６ ピストン、５８ 吸気孔、５９ 排気孔、６０ 燃焼室、６３ ピストンピン、６５ 小端部。

Claims (5)

1. クランクピンと、
   内径側に延びる鍔部を有するシェル型外輪、および複数のころを含み、前記クランクピンを支持するシェル型ころ軸受と、
   前記クランクピンの端部と連結されるクランクウェブとを備えるクランク軸であって、
   前記クランクウェブは、前記クランクピンを圧入する圧入孔を有する連結部、前記クランク軸の回転を円滑に行うためのバランスウェイト、および軸方向に延びるジャーナルを含み、
   前記鍔部の幅面と対面する前記連結部の幅面には、軸方向に凹んだ凹部が設けられている、クランク軸。
2. 前記凹部は、潤滑油を溜める油溜まりを含む、請求項１に記載のクランク軸。
3. 前記凹部は、溝状に連なる油溝を含む、請求項１または２に記載のクランク軸。
4. 前記油溝は、径方向に延びている、請求項３に記載のクランク軸。
5. ピストンと、
   請求項１〜４のいずれかに記載のクランク軸と、
   前記ピストンの直線往復運動を前記クランク軸の回転運動に変換するコンロッドとを備える、汎用エンジン。

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