JP2008215532A - クランクシャフトの軸受構造 - Google Patents

Abstract

【課題】シリンダブロック下部と軸受キャップとの接触面の面積を確保しつつ、シリンダブロック下部に生ずるせん断応力を低減することにより、フレッティング疲労などによる亀裂が生ずることがない耐久性の優れたクランクシャフトの軸受構造を提供する。
【解決手段】クランクシャフトの軸受構造において、軸受キャップ３の側面３ｂ、３ｃの各上部に軸受キャップ３の側面３ｂ、３ｃで開口しクランクシャフト６の軸線に沿うよう応力緩和溝１５、１６を形成することにより、クランクシャフト６の回転による外力が軸受キャップ３の下方向に作用する際、軸受キャップ３の側面３ｂ、３ｃの各上部がシリンダブロック下部２を押圧することによりシリンダブロック下部２に生ずる応力を緩和できるよう応力緩和溝１５、１６の方向に変形する突縁部１１、１２を軸受キャップ３の側面３ｂ、３ｃの各上部にクランクシャフト６の軸線方向に延在して設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、クランクシャフトの軸受構造、詳しくは、シリンダブロック下部およびシリンダブロック下部の下方に設けられた軸受キャップによりクランクシャフトを回転自在に保持するクランクシャフトの軸受構造に関する。

一般に、クランクシャフトの軸受構造においては、シリンダブロックに半円形の凹部を形成するとともに、軸受キャップに半円形の凹部を形成し、シリンダブロックの凹部に収容したメタルベアリングと、軸受キャップの凹部に収容したメタルベアリングとによりクランクシャフトが回転自在に保持されている。この軸受キャップは凹部近傍の両側でボルトによりシリンダブロックに所定の締付トルクで締結され、クランクシャフトの軸が両メタルベアリングに保持されて円滑に回転できるようになっている。

従来、この種のクランクシャフトの軸受構造として、エンジンの気筒数に対応してクランクシャフトに形成された複数の軸が、軸受キャップとシリンダブロック側の軸受とにより保持され滑らかに回転できるようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
この種の従来のクランクシャフトの軸受構造は、図８（ｂ）に示すように、シリンダブロック下部５１と、軸受キャップ５２と、上側メタルベアリング５３、下側メタルベアリング５４と、ボルト５６、５７と、結合部品、例えばピンリング５８、５９とを含んで構成されている。このクランクシャフトの軸受構造においては、軸受キャップ５２とシリンダブロック下部５１との合わせ面にそれぞれ嵌合穴を形成し、これらの嵌合穴にピンリング５８、５９を圧入し軸受キャップ５２とシリンダブロック下部５１とを結合している。
特開２００５−１９５１１４号公報

しかしながら、上述のような従来のクランクシャフトの軸受構造においては、図８（ｂ）に示すように、軸受キャップ５２がボルト５６、５７によりシリンダブロック下部５１に所定の締付トルク（Ｎｍ）で締結されているので、その締付力（Ｎ）により軸受キャップから受けるシリンダブロック下部５１に作用する応力（ＭＰａ）は、側面部５２ａと５２ｂとにそれぞれ対向するシリンダブロック下部５１の下面の矢印ＡおよびＢで示す部分以外では、圧縮応力（ＭＰａ）として作用するが、側面部５２ａと５２ｂとにそれぞれ対向するシリンダブロック下部５１の下面の矢印ＡおよびＢで示す部分では、せん断応力（ＭＰａ）として作用する。
このような状態でクランクシャフト５５が回転すると、その回転に応じてその半径方向に爆発荷重を伴った慣性力Ｃが作用し、特に軸受キャップ５２の下方に作用する慣性力Ｃにより、軸受キャップ５２が僅かに下方にたわみ、図８（ａ）に示すように、矢印ＡおよびＢで示す部分で応力の集中が生じている。
また、シリンダブロック下部５１と軸受キャップ５２がこのような慣性力Ｃを繰り返して受けると、軸受キャップ５２が僅の下方へのたわみによりシリンダブロック下部５１の下面と軸受キャップ５２の上面とが離隔する口開きが起き、矢印ＡおよびＢで示すシリンダブロック下部５１の下面で、いわゆるフレッティング疲労などによる亀裂が生ずるという問題もあった。
この亀裂の発生を防止するため、矢印ＡおよびＢで示すシリンダブロック下部５１の下面に円弧状の溝を形成することにより、いわゆる集中応力を減少させることは可能である。しかしながら、このような円弧状の溝を形成すると、シリンダブロック下部５１と軸受キャップ５２の接触面の面積が減少してしまい、シリンダブロック下部５１と軸受キャップ５２とによるクランクシャフト５５の保持力が低下してしまうという問題があった。
他方、シリンダブロック下部５１と軸受キャップ５２の接触面の面積を確保しつつ、矢印ＡおよびＢで示すシリンダブロック下部５１の下面に円弧状の溝を形成しようとすると、軸受キャップ５２自体が大きくなってしまい、軸受構造の軽量化および省スペース化を促進することができないという問題があった。

本発明は、前述のような従来における諸問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。すなわち、シリンダブロック下部と軸受キャップとの接触面の面積を確保しつつ、シリンダブロック下部に生ずるせん断応力を低減することにより、フレッティング疲労などによる亀裂が生ずることがない耐久性の優れたクランクシャフトの軸受構造を提供することを目的とする。

本発明に係るクランクシャフトの軸受構造は、上記目的達成のため、（１）シリンダブロック下部および前記シリンダブロック下部の下方に設けられた軸受キャップによりクランクシャフトを回転自在に保持するクランクシャフトの軸受構造において、前記軸受キャップの両側上部に前記軸受キャップの側面で開口し前記クランクシャフトの軸線に沿うよう応力緩和溝を形成することにより、前記軸受キャップの両側上部に前記クランクシャフトの軸線方向に延在した突縁部を形成し、前記突縁部が前記軸受キャップに加わる前記クランクシャフトの回転時の荷重に対して可撓性を有する形状であることを特徴とする。

この構成により、本発明に係るクランクシャフトの軸受構造においては、軸受キャップの両側上部にこの軸受キャップの側面で開口しクランクシャフトの軸線に沿うよう応力緩和溝が形成されることにより、軸受キャップの両側上部にクランクシャフトの軸線方向に延在した突縁部を形成され、突縁部が軸受キャップに加わるクランクシャフトの回転時の荷重に対して可撓性を有する形状であると、シリンダブロック下部と軸受キャップの上部とが接する部分の面積を減少することなく、突縁部が設けられた軸受キャップの両側上部で軸受キャップの剛性を低くすることができる。
また、クランクシャフトが回転し軸受キャップの下方向に荷重が加わっても、軸受キャップの両側上部の突縁部がシリンダブロック下部を押圧する押圧力が弱まり、シリンダブロック下部において生ずるせん断応力が減少する。せん断応力が減少すると、シリンダブロック下部および軸受キャップにより保持されているクランクシャフトが回転し、その慣性力による荷重が、シリンダブロック下部および軸受キャップに繰り返し作用しても、シリンダブロック下部の下面で軸受キャップの側面と対向している部分において、シリンダブロック下部の下面と軸受キャップの突縁部とが離隔する口開きが起きなくなり、いわゆるフレッティング疲労などによる亀裂が生ずることがなくなる。

本発明の（１）の構成を有するクランクシャフトの軸受構造においては、（２）前記突縁部が、前記軸受キャップの側面側に所定の長さで形成された側面と、前記応力緩和溝を形成する下面と、前記シリンダブロック下部に当接する上面とを有し、前記下面を前記上面に対して傾斜する傾斜面と前記傾斜面に連続する円弧面とで形成してもよい。

この構成により、本発明に係るクランクシャフトの軸受構造においては、突縁部が、軸受キャップの側面側に所定の長さで形成された側面と応力緩和溝を形成する下面とシリンダブロック下部に当接する上面とを有し下面が前記上面に対して傾斜する傾斜面と前記傾斜面に連続する円弧面とで形成されているので、シリンダブロック下部において軸受キャップの突縁部端部と接触しているシリンダブロック下部で生ずるせん断応力を、大幅に減少させることができ、軸受キャップの両側面に対向するシリンダブロック下部で生じていた集中応力を大幅に減少させることができる。

本発明の（１）の構成を有するクランクシャフトの軸受構造においては、（３）前記突縁部が、前記軸受キャップの側面側に所定の長さで形成された側面と、前記応力緩和溝を構成する下面と、前記シリンダブロック下部に当接する上面とを有し、前記下面を前記上面に対して平行な平行面と前記平行面に連続する円弧面とで形成してもよい。

この構成により、本発明に係るクランクシャフトの軸受構造においては、突縁部が、軸受キャップの側面側に所定の長さで形成された側面と、応力緩和溝を構成する下面と、前記シリンダブロック下部に当接する上面とを有し、下面が前記上面に対して平行な平行面と前記平行面に連続する円弧面とで形成されているので、前述の（２）と同様、シリンダブロック下部において軸受キャップの突縁部端部と接触しているシリンダブロック下部ので生ずるせん断応力を、大幅に減少させることができ、軸受キャップの両側面に対向するシリンダブロック下部で生じていた集中応力を大幅に減少させることができる。

本発明の（１）の構成を有するクランクシャフトの軸受構造においては、（４）前記突縁部が、前記軸受キャップの側面側に所定の長さで形成された側面と、前記応力緩和溝を構成する下面と、前記シリンダブロック下部に当接する上面とを有し、前記下面を円弧面で形成してもよい。

この構成により、本発明に係るクランクシャフトの軸受構造においては、突縁部が、軸受キャップの側面側に所定の長さで形成された側面と、応力緩和溝を構成する下面と、シリンダブロック下部に当接する上面とを有し、下面が円弧面で形成されているので、前述の（２）および（３）と同様、シリンダブロック下部において軸受キャップの突縁部端部と接触しているシリンダブロック下部で生ずるせん断応力を、大幅に減少させることができ、軸受キャップの両側面に対向するシリンダブロック下部で生じていた集中応力を大幅に減少させることができる。

本発明に係るクランクシャフトの軸受構造においては、（５）シリンダブロック下部および前記シリンダブロック下部の下方に設けられた軸受キャップによりクランクシャフトを回転自在に保持するクランクシャフトの軸受構造において、前記シリンダブロック下部に当接する上面を有し、前記軸受キャップの両側上部に前記クランクシャフトの軸線方向に延在した突出部を前記軸受キャップの両側から前記クランクシャフトから離隔する方向に突出して設けたことを特徴とする。

この構成により、本発明に係るクランクシャフトの軸受構造においては、シリンダブロック下部に当接する突出部が軸受キャップの両側上部に突出して設けられているので、シリンダブロック下部と軸受キャップの上部とが接する部分の面積を大きくすることができるとともに、突出部が設けられた軸受キャップの両側上部で軸受キャップの剛性を弱めることができる。また、シリンダブロック下部において軸受キャップの両側面とそれぞれ対向しているシリンダブロック下部で生ずるせん断応力が減少する。せん断応力が減少すると、シリンダブロック下部および軸受キャップにより保持されるクランクシャフトが回転し、その慣性力が、シリンダブロック下部および軸受キャップに繰り返し作用しても、シリンダブロック下部の下面で軸受キャップの両側面とそれぞれ対向している部分において、シリンダブロック下部の下面と軸受キャップの突縁部とが離隔する口開きが起きなくなり、いわゆるフレッティング疲労などによる亀裂の発生が防止される。

本発明の（５）の構成を有するクランクシャフトの軸受構造においては、（６）前記突出部が、前記軸受キャップの側面から突出し所定の長さで形成された先端面と、下面と、前記シリンダブロック下部に当接する上面とを有し、前記下面を前記上面に対して傾斜する傾斜面と前記傾斜面に連続する円弧面とで形成してもよい。

この構成により、本発明に係るクランクシャフトの軸受構造においては、突出部が、軸受キャップの側面から突出し所定の長さで形成された先端面と、下面と、シリンダブロック下部に当接する上面とを有し、下面が上面に対して傾斜する傾斜面とこの傾斜面に連続する円弧面とで形成されているので、シリンダブロック下部において軸受キャップの突縁部端部と接触しているシリンダブロック下部で生ずるせん断応力を、大幅に減少させることができ、軸受キャップの両側面に対向するシリンダブロック下部で生じていた集中応力を大幅に減少させることができる。

本発明によれば、シリンダブロック下部と軸受キャップとの接触面の面積を確保しつつ、シリンダブロック下部に生ずるせん断応力を低減することにより、軸受キャップの端部によるフレッティング疲労などによる亀裂が生ずることがない耐久性の優れたクランクシャフトの軸受構造を提供することができる。

以下、本発明の好ましい実施の形態について図面に基づいて説明する。

（第１の実施の形態）
図１から図４は本発明の第１の実施の形態に係るクランクシャフトの軸受構造を示す図である。まず、クランクシャフトの軸受構造の構成について説明する。
本発明に係るクランクシャフトの軸受構造１は、図１および図２に示すように、シリンダブロック下部２と、軸受キャップ３と、上側メタルベアリング４と、下側メタルベアリング５と、クランクシャフト６と、ボルト７、８と、ピンリング９、１０とにより構成される。

シリンダブロック下部２は、シリンダブロック１９の中央下側部分に位置し、上側メタルベアリング４を収容する半円形の凹部２ａを有する。また、凹部２ａの両端近傍にはボルト７、８を取付けるためのボルト用ねじ穴２ｂ、２ｃと、位置決め用のピンリング９、１０を挿入するためのピンリング用穴２ｄ、２ｅとが設けられている。シリンダブロック１９は公知のもので、軽量なアルミ合金などからなり、ピストンを収容するシリンダボア、冷却水を通すウォータジャケットなどが形成されている。図１において、シリンダブロック１９は、直列４気筒のエンジンを構成するシリンダブロックで図示されているが、気筒数は単数でもよく４気筒以外の複数でもよい。またＶ型などの他の形式のエンジンを構成するシリンダブロックでもよい。

軸受キャップ３は、例えば、鋳鉄（ＦＣ）などの鉄材からなり、図２に示すように、下側メタルベアリング５を収容する凹部３ａが上部に形成された独立構造型の四角形のブロックで構成される。また、凹部３ａの両端部近傍でボルト用貫通孔３ｅ、３ｆがシリンダブロック下部２のボルト用ねじ穴２ｂ、２ｃと対向する位置に形成され、ピンリング用穴３ｇ、３ｈがシリンダブロック下部２のピンリング用穴２ｄ、２ｅと対向する位置に所定の深さで形成されている。

また、軸受キャップ３の側面３ｃの上部に側面３ｃで開口しクランクシャフト６の軸線に沿うよう応力緩和溝１５を形成することにより、シリンダブロック下部２に当接する突縁部１１がクランクシャフト６の軸線方向に延在して形成されている。軸受キャップ３の他方側の側面３ｂの上部にも側面３ｃと同様に応力緩和溝１６を形成することにより、シリンダブロック下部２に当接する突縁部１２がクランクシャフト６の軸線方向に延在して形成されている。

応力緩和溝１５は、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、クランクシャフト６の軸線と直交する方向の断面形状を有し、この断面形状が、軸受キャップ３の上面３ｄから軸受キャップ３の側面３ｃに沿って距離Ｌ_１だけ離隔した点Ｐ_１と点Ｐ_１から内方に離隔した点Ｐ_２を結ぶＰ_１Ｐ_２間の線と、点Ｐ_１から側面３ｃに沿って下方に距離Ｌ_２だけ離隔した点Ｐ_３とこの点Ｐ_３から内方に離隔した点Ｐ_４を結ぶＰ_３Ｐ_４間の線と、点Ｐ_２と点Ｐ_４を結ぶ円弧状のＰ_２Ｐ_４間の線とで形成される。このＰ_２Ｐ_４間の線は、曲率半径ｒ_１で形成されている。ここで、曲率半径とは、曲線における局所的な曲がり具合を円に近似した場合、この近似した円の半径をいう。

また、Ｐ_１Ｐ_２間の線が軸受キャップ３の上面３ｄに対して、Ｐ_１Ｐ_２間の線と上面３ｄとでなす角が角度θになるよう傾斜している。この角度θは、車種、エンジンの性能、シリンダブロックおよび軸受キャップ３の材料その他の条件によって異なるが、応力緩和溝１５の上部に形成される突縁部１１の剛性が弱まり可撓性を有する形状であればよい。すなわち、シリンダブロック下部２に生ずるせん断応力を低減することができるよう傾斜していればよい。

また、距離Ｌ_１の長さは、角度θと同様に車種、エンジンの性能、シリンダブロックおよび軸受キャップ３の材料、角度θその他の条件によって異なるが、突縁部１１の剛性が弱まり可撓性を有する長さであればよい。Ｐ_３Ｐ_４間の線は、上面３ｄに対して、平行であってもよく、Ｐ_３がＰ_４に対して上方または下方になるよう傾斜して形成されてもよい。Ｐ_１Ｐ_２間の線とＰ_２Ｐ_４間の線は点Ｐ_２で滑らかに接続され、Ｐ_２Ｐ_４間の線とＰ_３Ｐ_４間の線は点Ｐ_４で滑らかに接続されている。

応力緩和溝１５は、側面３ｃからの深さＤ_１を有し、このＤ_１は角度θおよび距離Ｌ_１と同様に車種、エンジンの性能、シリンダブロックおよび軸受キャップ３の材料、角度θ、距離Ｌ_１その他の条件によって異なるが、突縁部１１の剛性が弱まり可撓性を有する深さであればよい。また、応力緩和溝１５は、その底部がクランクシャフト６の軸線に沿うように形成されているが、クランクシャフト６の軸線と応力緩和溝１５の底部が平行に形成されている場合だけでなく、所定の角度で上下方向に傾斜して形成されていてもよい。また、深さＤ_１は、応力緩和溝１５において一定であることが好ましいが、位置によって異なっていてもよい。

応力緩和溝１６は、軸受キャップ３の側面３ｃに形成した前述の応力緩和溝１５と同一の形状および大きさであってもよく、異なった形状および大きさであってもよい。例えば、クランクシャフト６の回転方向や形状などに対応して、異なった形状および大きさで形成してもよい。また、クランクシャフト６の複数の軸受に対応して設けられた複数の軸受キャップ３のそれぞれに形成された各応力緩和溝１５、１６は他の軸受キャップ３に形成された各応力緩和溝１５、１６と異なった形状および大きさであってもよく、同じ形状および大きさであってもよい。このように応力緩和溝１５、１６の各形状および大きさを適宜選択することにより、下側メタルベアリング５を介してクランクシャフト６をシリンダブロック下部２と軸受キャップ３により左右バランスよく支持することにより、シリンダブロック下部２に生ずるせん断応力を低減することができる。

突縁部１１は、図３（ｂ）に示すように、クランクシャフト６の軸線方向に延在するよう形成されている。具体的には、所定の長さＬ_１で形成された側面４３と、応力緩和溝１５を形成する下面３１と、シリンダブロック下部２に当接する上面４２とを有し、下面３１が上面４２に対して前述の角度θで傾斜する傾斜面３１ａと傾斜面３１ａに連続し、曲率半径ｒ_１の円弧面３１ｂとで形成されている。突縁部１１が上述のように構成されているので、クランクシャフト６の回転による慣性力が軸受キャップの下方向に作用する際、軸受キャップ３の側面３ｂ、３ｃの上部がシリンダブロック下部２を押圧することによりシリンダブロック下部２に生ずるせん断応力を緩和できるよう応力緩和溝１５の方向に変形するようになっている。

突縁部１２は、軸受キャップ３の側面３ｃに形成した前述の突縁部１１と同一の形状および大きさであってもよく、異なった形状および大きさであってもよい。例えば、クランクシャフト６の回転方向や形状などに対応して、異なった形状および大きさで形成してもよい。また、クランクシャフト６の複数の軸受に対応して設けられた複数の軸受キャップ３のそれぞれに形成された各突縁部１１、１２は他の軸受キャップ３に形成された突縁部１１、１２と異なった形状および大きさであってもよく、同じ形状および大きさであってもよい。このように前述の応力緩和溝１５、１６と同様に突縁部１１、１２の各形状および大きさを適宜選択することにより、下側メタルベアリング５を介してクランクシャフト６をシリンダブロック下部２と軸受キャップ３により左右バランスよく支持することにより、シリンダブロック下部２に生ずるせん断応力を低減することができる。

上側メタルベアリング４および下側メタルベアリング５は、例えば、スチールなどからなる金属板を円弧状に形成したもので、その内壁面には初期なじみ性を向上させる微細条痕や潤滑用の溝などが形成されている。
クランクシャフト６は、公知のものでエンジンの気筒数に応じたクランクピンを有し、コネクティングロッドを介してピストンと連結され、ピストンの往復運動により回転運動するようになっている。
ピンリング９、１０は、例えば、スチール製からなる円柱状のピンで構成され、一端部がシリンダブロック下部２に形成されたピンリング用穴２ｄ、２ｅに圧入され、他端部が、軸受キャップ３に形成されたピンリング用穴３ｇ、３ｈに圧入されるようになっている。このようにピンリング９、１０の両端部がそれぞれ圧入されるので、軸受キャップ３をシリンダブロック下部２に締結する際の位置決めになっている。

以上の構成により、クランクシャフトの軸受構造１は、図２、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、まず、ピンリング９、１０の一端部がシリンダブロック下部２に形成されたピンリング用穴２ｄ、２ｅに圧入され、次に上側メタルベアリング４がシリンダブロック下部２の凹部２ａに収容され、クランクシャフト６の軸が上側メタルベアリング４に収容される。次いで、下側メタルベアリング５が軸受キャップ３の凹部３ａに収容され、さらに軸受キャップ３に形成されたピンリング用穴３ｇ、３ｈにピンリング９、１０の他端部が、軸受キャップ３の上面３ｄがシリンダブロック下部２に当接する位置になるよう圧入され、シリンダブロック下部２に対して軸受キャップ３の位置決めがなされる。
次いで、ボルト７、８がボルト用貫通孔３ｅ、３ｆにそれぞれ挿入され、さらにシリンダブロック下部２のボルト用ねじ穴２ｂ、２ｃに挿入され所定の締付トルク（Ｎｍ）で軸受キャップ３がシリンダブロック下部２に締結される。この締結により、クランクシャフト６は上側メタルベアリング４および下側メタルベアリング５に保持され滑らかに回転することができる。

クランクシャフトの軸受構造１は、以上説明したように、軸受キャップ３の側面３ｂ、３ｃの上部に応力緩和溝１５、１６を形成することにより、シリンダブロック下部２に当接する突縁部１１、１２が設けられているので、シリンダブロック下部２と軸受キャップ３との接触面の面積を確保しつつ、シリンダブロック下部２に生ずるせん断応力を低減することができる。

具体的には、図４（ａ）および（ｂ）に示すように、ボルト７、８の締付力（Ｎ）により軸受キャップ３の側面３ｂと３ｃとにそれぞれ対向するシリンダブロック下部２の各下面に生ずるせん断応力（ＭＰａ）は、著しく低減されている。すなわち、従来のクランクシャフトの軸受構造において生じていた、図４（ａ）の点線と■印からなる折れ線グラフの端部に示すせん断応力に対して、本発明に係るクランクシャフトの軸受構造１においては、実線と□印からなる折れ線グラフの端部に示すように、軸受キャップ３に形成された突縁部１１、１２に接触するシリンダブロック下部２の軸受キャップ３の取付部で生ずるせん断応力が約７０％低減されている。図４（ａ）に示す折れ線グラフは、ＣＡＥ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）によりシミュレーションした結果を表したもので、図３に示す角度θ、距離Ｌ_１、深さＤ_１などをパラメータとして適宜最適な条件を選択しシミュレーションし、シリンダブロック下部２における圧縮応力（ＭＰａ）およびせん断応力（ＭＰａ）を表している。すなわち、シリンダブロック下部２において、前述のように軸受キャップ３の側面３ｂと３ｃとにそれぞれ対向するシリンダブロック下部２の各下面には、せん断応力が生じ、そのシリンダブロック下部２の各下面以外の部分では圧縮応力が生じている。

このようにせん断応力が低減されると、クランクシャフト６の回転によりその半径方向に繰り返して放射状に慣性力が作用しても、シリンダブロック下部２の下面で、シリンダブロック下部２下面と軸受キャップ３の上面３ｄとが離隔する口開きが起きることはなく、また、いわゆるフレッティング疲労などによる亀裂が生ずるということはないので、耐久性に優れたクランクシャフトの軸受構造が得られる。

（第２の実施の形態）
図５（ａ）、（ｂ）は本発明の第２の実施の形態に係るクランクシャフトの軸受構造を示す図である。

なお、第２の実施の形態に係るクランクシャフトの軸受構造においては、第１の実施の形態の軸受キャップに形成された応力緩和溝が異なっているが、他の構成は同様に構成されている。したがって、同一の構成については、図１〜図４に示した第１の実施の形態と同一の符号を用いて説明し、特に相違点についてのみ詳述する。

軸受キャップ２３は、例えば、鋳鉄（ＦＣ）などの鉄材からなり、図２に示すものと同様に、下側メタルベアリング５を収容する凹部３ａが上部に形成された四角形のブロックで構成される。また、凹部３ａの両端部近傍でボルト用貫通孔３ｅ、３ｆがシリンダブロック下部２のボルト用ねじ穴２ｂ、２ｃと対向する位置に形成され、ピンリング用穴３ｇ、３ｈがシリンダブロック下部２のピンリング用穴２ｄ、２ｅと対向する位置に所定の深さで形成されている。

また、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、軸受キャップ２３の側面３ｃの上部に側面３ｃで開口しクランクシャフト６の軸線に沿うよう応力緩和溝１５ａを形成することにより、シリンダブロック下部２に当接する突縁部１１ａが形成されている。軸受キャップ２３の他方側の側面３ｂの上部にも側面３ｃと同様に応力緩和溝１６ａを形成することにより、シリンダブロック下部２に当接する突縁部１２ａが形成されている。この左側の応力緩和溝１６ａと右側の応力緩和溝１５ａおよび左側の突縁部１２ａと右側の突縁部１１ａの左右の形状および大きさは、下側メタルベアリングを介してクランクシャフト６をバランスよく支持する点で、クランクシャフト６の回転方向や形状などに対応して、左右それぞれ異なった形状および大きさで形成してもよく、応力緩和溝１６ａと１５ａおよび突縁部１２ａと１１ａの左右が同一の形状および大きさで形成してもよい。また、クランクシャフト６の複数の軸受に対応して設けられた複数の軸受キャップ２３のそれぞれに形成された応力緩和溝１５ａ、１６ａおよび突縁部１１ａ、１２ａは軸受キャップ２３毎に異なった形状および大きさであってもよく、同じ形状および大きさであってもよい。

応力緩和溝１５ａは、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、クランクシャフト６の軸線と直交する方向の断面形状を有し、この断面形状が、軸受キャップ２３の上面３ｄから軸受キャップ２３の側面３ｃに沿って距離Ｌ_４だけ離隔した点Ｐ_５と点Ｐ_５から側面３ｃに沿って下方に距離Ｌ_５だけ離隔した点Ｐ_６を結ぶ曲率半径ｒ_２の円弧状のＰ_５Ｐ_６間の線で形成される。距離Ｌ_４の長さは、車種、エンジンの性能、シリンダブロックおよび軸受キャップ２３の材料その他の条件によって異なるが、突縁部１１ａの剛性が弱まり可撓性を有する長さであればよい。また、曲率半径ｒ_２の長さは、深さＤ_２の大きさに応じて形成される。

応力緩和溝１５ａの側面３ｃからの深さＤ_２は、距離Ｌ_４の長さと同様に車種、エンジンの性能、シリンダブロックおよび軸受キャップ２３の材料、距離Ｌ_４の長さその他の条件によって異なるが、突縁部１１ａの剛性が弱まり可撓性を有する長さであればよい。
また、応力緩和溝１５ａは、その底部がクランクシャフト６の軸線に沿うように形成されているが、クランクシャフト６の軸線と応力緩和溝１５ａの底部が平行に形成されている場合だけでなく、所定の角度で上下方向に傾斜して形成されていてもよい。例えば、１〜１０度傾斜していてもよい。また、深さＤ_２は、応力緩和溝１５ａにおいて一定であることが好ましいが、位置によって異なっていてもよい。

突縁部１１ａは、前述の応力緩和溝１５ａが軸受キャップ２３の側面３ｃに形成されることによりクランクシャフト６の軸線方向に延在するよう形成されている。突縁部１２ａは、図５（ｂ）に示すように、所定の長さＬ_４で形成された側面４５と、応力緩和溝１５ａを形成する下面３５と、シリンダブロック下部２に当接する上面４４とを有し、下面３５は前述のように曲率半径ｒ_２の円弧面で形成されている。突縁部１１ａが上述のように構成されているので、クランクシャフト６の回転による慣性力が軸受キャップ２３の下方向に作用する際、軸受キャップ２３の側面３ｂ、３ｃの上部がシリンダブロック下部２を押圧することによりシリンダブロック下部２に生ずるせん断応力を緩和できるよう応力緩和溝１５ａの方向に変形するようになっている。

以上説明したように、本実施の形態に係るクランクシャフトの軸受構造１は、軸受キャップ２３の側面３ｂ、３ｃの上部に応力緩和溝１５ａ、１６ａを形成することにより、シリンダブロック下部２に当接する突縁部１１ａ、１２ａが設けられているので、シリンダブロック下部２と軸受キャップ２３との接触面の面積を確保しつつ、シリンダブロック下部２に生ずるせん断応力を低減することができる。具体的には、図４（ａ）および（ｂ）に示す第１の実施の形態と同様の効果が得られる。

（第３の実施の形態）
図６（ａ）、（ｂ）は本発明の第３の実施の形態に係るクランクシャフトの軸受構造を示す図である。

なお、第３の実施の形態に係るクランクシャフトの軸受構造においては、第１の実施の形態の軸受キャップに形成された応力緩和溝が異なっているが、他の構成は同様に構成されている。したがって、同一の構成については、図１〜図４に示した第１の実施の形態と同一の符号を用いて説明し、特に相違点についてのみ詳述する。

軸受キャップ２４は、例えば、鋳鉄（ＦＣ）などの鉄材からなり、図２に示すものと同様に、下側メタルベアリング５を収容する凹部３ａが上部に形成された四角形のブロックで構成される。また、凹部３ａの両端部近傍でボルト用貫通孔３ｅ、３ｆがシリンダブロック下部２のボルト用ねじ穴２ｂ、２ｃと対向する位置に形成され、ピンリング用穴３ｈ、３ｉがシリンダブロック下部２のピンリング用穴２ｄ、２ｅと対向する位置に所定の深さで形成されている。

また、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、軸受キャップ２４の側面３ｃの上部に側面３ｃで開口しクランクシャフト６の軸線に沿うよう応力緩和溝１５ｂを形成することにより、シリンダブロック下部２に当接する突縁部１１ｂが形成されている。軸受キャップ２４の他方側の側面３ｂの上部にも側面３ｃと同様に応力緩和溝１６ｂを形成することにより、シリンダブロック下部２に当接する突縁部１２ｂが形成されている。この左側の応力緩和溝１６ｂと右側の応力緩和溝１５ｂおよび左側の突縁部１２ｂと右側の突縁部１１ｂの左右の形状および大きさは、下側メタルベアリングを介してクランクシャフト６をバランスよく支持する点で、クランクシャフト６の回転方向や形状などに対応して、左右それぞれ異なった形状および大きさで形成してもよく、応力緩和溝１６ｂと１５ｂおよび突縁部１２ｂと１１ｂの左右が同一の形状および大きさで形成してもよい。また、クランクシャフト６の複数の軸受に対応して設けられた複数の軸受キャップ２４のそれぞれに形成された応力緩和溝１５ｂ、１６ｂおよび突縁部１１ｂ、１２ｂは軸受キャップ２４毎に異なった形状および大きさであってもよく、同じ形状および大きさであってもよい。

応力緩和溝１５ｂは、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、クランクシャフト６の軸線と直交する方向の断面形状を有し、この断面形状が、軸受キャップ２４の上面３ｄから軸受キャップ２４の側面３ｃに沿って距離Ｌ_６だけ離隔した点Ｐ_７と点Ｐ_７から内方に離隔した点Ｐ_８を結ぶＰ_７Ｐ_８間の線と、点Ｐ_７から側面３ｃに沿って下方に距離Ｌ_７だけ離隔した点Ｐ_１０とこの点Ｐ_１０から内方に離隔した点Ｐ_９を結ぶＰ_９Ｐ_１０間の線と、点Ｐ_８と点Ｐ_９を結ぶ円弧状のＰ_８Ｐ_９間の線とで形成される。このＰ_７Ｐ_８間の線は、軸受キャップ２４の上面３ｄと平行になるよう形成され、Ｐ_８Ｐ_９間の線は、曲率半径ｒ_３で形成されている。

距離Ｌ_６の長さは、車種、エンジンの性能、シリンダブロックおよび軸受キャップ２４の材料その他の条件によって異なるが、突縁部１１ｂの剛性が弱まり可撓性を有する長さであればよい。また、曲率半径ｒ_３の長さは、距離Ｌ_６の長さと同様に車種、エンジンの性能、シリンダブロックおよび軸受キャップ２４の材料その他の条件によって異なるが、突縁部１１ｂの剛性が弱まり可撓性を有する長さであればよい。

応力緩和溝１５ｂの側面３ｃからの深さＤ_３は、距離Ｌ_６の長さと同様に車種、エンジンの性能、シリンダブロックおよび軸受キャップ２４の材料、距離Ｌ_６の長さその他の条件によって異なるが、突縁部１１ｂの剛性が弱まり可撓性を有する長さであればよい。
また、応力緩和溝１５ｂは、その底部がクランクシャフト６の軸線に沿うように形成されているが、クランクシャフト６の軸線と応力緩和溝１５ｂの底部が平行に形成されている場合だけでなく、所定の角度で上下方向に傾斜して形成されていてもよい。また、深さＤ_３は、応力緩和溝１５ｂにおいて一定であることが好ましいが、位置によって異なっていてもよい。

突縁部１１ｂは、前述の応力緩和溝１５ｂが軸受キャップ２４の側面３ｃに形成されることによりクランクシャフト６の軸線方向に延在するよう形成されている。突縁部１１ｂは、図６（ｂ）に示すように、所定の長さＬ_４で形成された側面４７と、応力緩和溝１５ｂを形成する下面３２と、シリンダブロック下部２に当接する上面４６とを有し、下面３２は平行面３６と曲率半径ｒ_２の円弧面３７で形成されている。突縁部１１ｂが上述のように構成されているので、クランクシャフト６の回転による慣性力が軸受キャップ２４の下方向に作用する際、軸受キャップ２４の側面３ｂ、３ｃの上部がシリンダブロック下部２を押圧することによりシリンダブロック下部２に生ずるせん断応力を緩和できるよう応力緩和溝１５ｂの方向に変形するようになっている。

以上説明したように、本実施の形態に係るクランクシャフトの軸受構造１は、軸受キャップ２４の側面３ｂ、３ｃの上部に応力緩和溝１５ｂ、１６ｂを形成することにより、シリンダブロック下部２に当接する突縁部１１ｂ、１２ｂが設けられているので、シリンダブロック下部２と軸受キャップ２４との接触面の面積を確保しつつ、シリンダブロック下部２に生ずるせん断応力を低減することができる。具体的には、図４（ａ）および（ｂ）に示す第１の実施の形態と同様の効果が得られる。

（第４の実施の形態）
図７（ａ）、（ｂ）は本発明の第４の実施の形態に係るクランクシャフトの軸受構造を示す図である。

なお、第４の実施の形態に係るクランクシャフトの軸受構造においては、第１の実施の形態の軸受キャップに形成された応力緩和溝がなく突出部が形成されている点が異なっているが、他の構成は同様に構成されている。したがって、同一の構成については、図１〜図４に示した第１の実施の形態と同一の符号を用いて説明し、特に相違点についてのみ詳述する。

軸受キャップ２５は、例えば、鋳鉄（ＦＣ）などの鉄材からなり、図２で示すものと同様に、下側メタルベアリング５を収容する凹部３ａが上部に形成された四角形のブロックで構成される。また、凹部３ａの両端部近傍でボルト用貫通孔３ｅ、３ｆがシリンダブロック下部２のボルト用ねじ穴２ｂ、２ｃと対向する位置に形成され、ピンリング用穴３ｇ、３ｈがシリンダブロック下部２のピンリング用穴２ｄ、２ｅと対向する位置に所定の深さで形成されている。

また、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、軸受キャップ２５の側面３ｃの上部に側面３ｃで開口しクランクシャフト６の軸線に沿うよう突出部１７が形成されている。軸受キャップ２５の他方側の側面３ｂの上部にも側面３ｃと同様に突出部１８が形成されている。この左側の突出部１８と右側の突出部１７の左右の形状および大きさは、下側メタルベアリング５を介してクランクシャフト６をバランスよく支持する点で、クランクシャフト６の回転方向や形状などに対応して、左右それぞれ異なった形状および大きさで形成してもよく、突出部１７との左右が同一の形状および大きさで形成してもよい。また、クランクシャフト６の複数の軸に対応して設けられた複数の軸受キャップ２５のそれぞれに形成された突出部１７、１８は軸受キャップ２５毎に異なった形状および大きさであってもよく、同じ形状および大きさであってもよい。

突出部１７は、クランクシャフト６の軸線方向に延在するよう形成されている。突出部１７は、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、上面４８と、側面４９と、傾斜面３９および円弧面４１からなる下面５０とを有する。この突出部１７は、クランクシャフト６の軸線と直交する方向の断面形状を有し、この断面形状が、軸受キャップ２５の上面４８から軸受キャップ２５の側面４９に沿って距離Ｌ_８だけ離隔した点Ｐ_１１と点Ｐ_１１から内方に離隔した点Ｐ_１２を結ぶＰ_１１Ｐ_１２間の線と、点Ｐ_１２から下方に離隔した側面３ｃ上に位置する点Ｐ_１３と点Ｐ_１２を結ぶ円弧状のＰ_１３Ｐ_１２間の線とで形成される。このＰ_１１Ｐ_１２間の線は、軸受キャップ２５の上面４８とＰ_１１Ｐ_１２間の線とのなす角が角度θ_１になるよう傾斜して形成され、Ｐ_１３Ｐ_１２間の円弧状の線は、曲率半径ｒ_４で形成されている。

距離Ｌ_８の長さは、車種、エンジンの性能、シリンダブロックおよび軸受キャップ２５の材料その他の条件によって異なるが、突出部１７の剛性が比較的低く可撓性を有する長さであればよい。この角度θ_１は、車種、エンジンの性能、シリンダブロックおよび軸受キャップ２５の材料その他の条件によって異なるが、突出部１７の剛性が比較的低く可撓性を有する角度であればよい。また、曲率半径ｒ_４の長さは、距離Ｌ_６の長さと同様に車種、エンジンの性能、シリンダブロックおよび軸受キャップ２５の材料その他の条件によって異なるが、突出部１７の剛性が弱まり可撓性を有する長さであればよい。

突出部１７の側面３ｃからの先端面４９までの高さＨは、距離Ｌ_６の長さと同様に車種、エンジンの性能、シリンダブロックおよび軸受キャップ２５の材料、距離Ｌ_６の長さその他の条件によって異なるが、突出部１７の剛性が弱まり可撓性を有する高さであればよい。また、突出部１７は、その先端面４９がクランクシャフト６の軸線に沿うように形成されているが、クランクシャフト６の軸線と突出部１７の先端面４９が平行に形成されている場合だけでなく、所定の角度でクランクシャフト６の軸線と直交する方向に傾斜して形成されていてもよい。また、高さＨは、突出部１７において一定であることが好ましいが、位置によって異なっていてもよい。

クランクシャフトの軸受構造１は、軸受キャップ２５の側面３ｂ、３ｃの上部に突出部１７、１８が設けられているので、シリンダブロック下部２と軸受キャップ２５との接触面の面積を確保しつつ、シリンダブロック下部２に生ずるせん断応力を低減することができる。具体的には、図４（ａ）および（ｂ）に示す第１の実施の形態と同様の効果が得られる。

以上説明したように、本発明に係るクランクシャフトの軸受構造は、シリンダブロック下部２およびシリンダブロック下部２の下方に設けられた軸受キャップ３によりクランクシャフト６を回転自在に保持する構造であり、軸受キャップ３の側面３ｂ、３ｃの各上部に軸受キャップ３の側面３ｂ、３ｃで開口しクランクシャフト６の軸線に沿うよう応力緩和溝１５、１６を形成することにより、クランクシャフト６の回転による外力が軸受キャップ３の下方向に作用する際、軸受キャップ３の側面３ｂ、３ｃの各上部がシリンダブロック下部２を押圧することによりシリンダブロック下部２に生ずる応力を緩和できるよう応力緩和溝１５、１６の方向に変形する突縁部１１、１２を軸受キャップ３の側面３ｂ、３ｃの各上部に設けたので、シリンダブロックと軸受キャップとの接触面の面積を確保しつつ、シリンダブロックに生ずるせん断応力を低減することにより、フレッティング疲労などによる亀裂が生ずることがない耐久性が向上するという効果を奏する。したがって、本発明に係るクランクシャフトの軸受構造は、広く回転するシャフトの軸受を独立した構造の軸受キャップで保持する軸受構造全般に有用である。

本発明の第１の実施の形態に係るクランクシャフトの軸受構造の分解斜視図であり、軸受キャップを分解した状態を示す。 本発明の第１の実施の形態に係るクランクシャフトの軸受構造の軸受キャップの斜視図である。 （ａ）は、図２のＡ−Ａ矢視断面図であり、（ｂ）は、図３（ａ）のＢ部分の拡大断面図である。 （ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係るクランクシャフトの軸受構造のシリンダブロック側の軸受キャップ取付部の応力図であり、（ｂ）は、シリンダブロック下部、クランクシャフトおよび軸受キャップの断面図である。 （ａ）は、本発明の第２の実施の形態に係るクランクシャフトの軸受構造の軸受キャップの部分断面図であり、（ｂ）は、図５（ａ）のＣ部分の拡大断面図である。 （ａ）は、本発明の第３の実施の形態に係るクランクシャフトの軸受構造の軸受キャップの部分断面図であり、（ｂ）は、図６（ａ）のＤ部分の拡大断面図である。 （ａ）は、本発明の第４の実施の形態に係るクランクシャフトの軸受構造の軸受キャップの部分断面図であり、（ｂ）は、図７（ａ）のＥ部分の拡大断面図である。 （ａ）は、従来のクランクシャフトの軸受構造のシリンダブロック側の軸受キャップ取付部の応力図であり、（ｂ）は、従来のシリンダブロック下部、クランクシャフトおよび軸受キャップの断面図である。

符号の説明

１ クランクシャフトの軸受構造
２ シリンダブロック下部
２ａ、３ａ 凹部
２ｂ、２ｃ ボルト用ねじ穴
２ｄ、２ｅ ピンリング用穴
３、２３、２４、２５ 軸受キャップ
３ｂ、３ｃ 側面
３ｄ 上面
３ｅ、３ｆ ボルト用貫通孔
３ｇ、３ｈ ピンリング用穴
４ 上側メタルベアリング
５ 下側メタルベアリング
６ クランクシャフト
７、８ ボルト
９、１０ ピンリング
１１、１２、１１ａ、１２ａ、１１ｂ、１２ｂ 突縁部
１５、１６、１５ａ、１６ａ、１５ｂ、１６ｂ 応力緩和溝
１７、１８ 突出部
１９ シリンダブロック
３１、３２、５０ 下面
３１ａ、３９ 傾斜面
３３、３８ 平面
３５、３７、４１ 円弧面
３６ 平行面
４２、４４、４６、４８ 上面
４３、４５、４７、４９ 側面
５１ シリンダブロック下部
５２ 軸受キャップ
５３ 上側メタルベアリング
５４ 下側メタルベアリング
５５ クランクシャフト
５６、５７ ボルト
５８、５９ ピンリング
Ｄ_１〜Ｄ_３ 深さ
Ｈ 高さ
Ｌ_１〜Ｌ_８ 距離
Ｐ_１〜Ｐ_１３ 点
ｒ_１〜ｒ_４ 曲率半径

Claims (6)

1. シリンダブロック下部および前記シリンダブロック下部の下方に設けられた軸受キャップによりクランクシャフトを回転自在に保持するクランクシャフトの軸受構造において、
   前記軸受キャップの両側上部に前記軸受キャップの側面で開口し前記クランクシャフトの軸線に沿うよう応力緩和溝を形成することにより、前記軸受キャップの両側上部に前記クランクシャフトの軸線方向に延在した突縁部を形成し、前記突縁部が前記軸受キャップに加わる前記クランクシャフトの回転時の荷重に対して可撓性を有する形状であることを特徴とするクランクシャフトの軸受構造。
2. 前記突縁部が、前記軸受キャップの側面側に所定の長さで形成された側面と、前記応力緩和溝を形成する下面と、前記シリンダブロック下部に当接する上面と、を有し、前記下面が前記上面に対して傾斜する傾斜面と前記傾斜面に連続する円弧面とで形成されたことを特徴とする請求項１に記載のクランクシャフトの軸受構造。
3. 前記突縁部が、前記軸受キャップの側面側に所定の長さで形成された側面と、前記応力緩和溝を構成する下面と、前記シリンダブロック下部に当接する上面と、を有し、前記下面が前記上面に対して平行な平行面と前記平行面に連続する円弧面とで形成されたことを特徴とする請求項１に記載のクランクシャフトの軸受構造。
4. 前記突縁部が、前記軸受キャップの側面側に所定の長さで形成された側面と、前記応力緩和溝を構成する下面と、前記シリンダブロック下部に当接する上面と、を有し、前記下面が円弧面で形成されたことを特徴とする請求項１に記載のクランクシャフトの軸受構造。
5. シリンダブロック下部および前記シリンダブロック下部の下方に設けられた軸受キャップによりクランクシャフトを回転自在に保持するクランクシャフトの軸受構造において、前記シリンダブロック下部に当接する上面を有し、前記軸受キャップの両側上部に前記クランクシャフトの軸線方向に延在した突出部を前記軸受キャップの両側から前記クランクシャフトから離隔する方向に突出して設けたことを特徴とするクランクシャフトの軸受構造。
6. 前記突出部が、前記軸受キャップの側面から突出し所定の長さで形成された先端面と、下面と、前記シリンダブロック下部に当接する上面とを有し、前記下面が前記上面に対して傾斜する傾斜面と前記傾斜面に連続する円弧面とで形成されたことを特徴とする請求項５に記載のクランクシャフトの軸受構造。

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