JP2009079645A - 往復動内燃機関のフライホイール - Google Patents

Abstract

【課題】軽量化されたフライホイールであって、ボルトゆるみを生じない往復動内燃機関のフライホイールを提供する。
【解決手段】往復動内燃機関のクランク軸Ｃと同軸に連結される円形の鋼板２と、その鋼板２の少なくとも一方の面にボルト締結されたウェイト部材３１，３２と、を備えた往復動内燃機関のフライホイール１において、鋼板２とウェイト部材３１，３２とが、さらにプロジェクション溶接によって接合せしめられているようにした。
【選択図】図２

Description

本発明は、往復動内燃機関のクランク軸と同軸に連結される鋼板と、その鋼板の少なくとも一方の面にボルト締結されたウェイト部材と、を備えた往復動内燃機関のフライホイールに関する。

往復動内燃機関では、燃料の爆発に伴う周期的な回転変動（トルク変動）を抑制すべく、クランク軸にフライホイールが取り付けられる。この種のフライホイールは、従来、慣性マスを得るべく外周部の肉厚を大きくした円盤状の鋳物から構成されている。

このフライホイールに関しては、燃費改善やコスト低減のために、慣性マスを維持しつつ、全体重量を低減することが望まれている。そのためには、フライホールにおける中央部の肉厚を極力小さくする必要がある。しかし、鋳物は引張り強度が低いため、中央部の肉厚を小さくするには限界があった。

そこで、鋳物に比して引張り強度の高い鋼板の外周部に、鋳物等からなるウェイト部材をボルト締結してなるフライホイールが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このフライホイールによれば、中央部の板厚を十分薄くすることできるため、慣性マスを維持しつつ、フライホイール全体の軽量化を図ることができる。
実開平５−１９７０１号公報

しかしながら、ウェイト部材を円形鋼板にボルト締結した構成のフライホイールでは、往復動内燃機関の各気筒の燃焼行程によって生じるクランク軸の撓みが円形鋼板を振動させ、その振動によってボルト締結がゆるむおそれがあった。ボルト締結がゆるみ、ウェイト部材の位置が少しでもずれると、フライホイールの重量バランスが狂ってしまう問題が生じる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、軽量化されたフライホイールであって、ボルトゆるみを生じない往復動内燃機関のフライホイールを提供することにある。

上記課題を解決するために本発明は、（１）往復動内燃機関のクランク軸と同軸に連結される円形の鋼板と、その鋼板の少なくとも一方の面にボルト締結されたウェイト部材と、を備えた往復動内燃機関のフライホイールであって、前記鋼板と前記ウェイト部材とが、さらにプロジェクション溶接によって接合せしめられていることを特徴とする往復動内燃機関のフライホイールを提供するものである。

また本発明は、上記構成において、（２）前記鋼板は、前記ウェイト部材を位置決めするための位置決め突起を有している一方、前記ウェイト部材は、前記位置決め突起に係合する位置決め凹部を有しており、前記ウェイト部材は、前記位置決め凹部が前記位置決め突起に係合せしめられることによって、前記鋼板に対して位置決めされていることを特徴とする往復動内燃機関のフライホイールを提供するものである。

また本発明は、上記構成（１）において、（３）前記鋼板は、前記ウェイト部材を位置決めするための位置決め凹部を有している一方、前記ウェイト部材は、前記位置決め凹部に係合する位置決め突起を有しており、前記ウェイト部材は、前記位置決め突起が前記位置決め凹部に係合せしめられることによって、前記鋼板に対して位置決めされていることを特徴とする往復動内燃機関のフライホイールを提供するものである。

また本発明は、上記構成（２）または（３）において、（４）前記プロジェクション溶接は、前記位置決め突起をプロジェクション溶接用突起とすることにより、実行されていることを特徴とする往復動内燃機関のフライホイールを提供するものである。

また本発明は、上記構成（１）〜（４）のいずれかにおいて、（５）前記鋼板は、外周部に設けられた厚肉部にギヤが鍛圧成形せしめられていることを特徴とする往復動内燃機関のフライホイールを提供するものである。

本発明の往復動内燃機関のフライホイールは、締結ボルトによって締結されているだけでなく、プロジェクション溶接によって補助的に接合されているため、鋼板の振動に起因するボルト締結のゆるみを防止すると共に、ウェイト部材の位置ずれを防止することができる。

以下、図面を参照して本発明の好ましい一実施形態につき説明する。
図１は本発明にかかる往復動内燃機関のフライホイールの一例を示す斜視図、図２は図１のフライホイールの正面図およびＸ−Ｘ線断面図、図３は図１のフライホイールにおける位置決め突起を示す概略断面図である。

図１または図２に示すように、本発明のフライホイール１は主に、往復動内燃機関のクランク軸Ｃに連結される円形の鋼板２と、鋼板２とクランク軸Ｃを取り付けるボルト（不図示）の座面との間に配置されるアダプタプレート５と、鋼板２に取り付けられた円弧状のウェイト部材３１，３１，３１とリング状のウェイト部材３２と、から構成されている。

鋼板２は、例えば厚さ２ｍｍのＳＰＦＨ５９０（高張力鋼板）等をプレス加工して、円板状の所定形状に形成されている。鋼板２は、図１または図２に示す如く、その中心部に、往復動内燃機関のクランク軸Ｃに対してインロウ嵌めするためのインロウ孔２ｂを有している。鋼板２は、インロウ孔２ｂの外側に、クランク軸Ｃと連結するボルトのための複数の孔２ａを有している。また、鋼板２は、後述する締結ボルト４の通過を許容する孔２ｅを有している。

また、鋼板２は、ウェイト部材３１を位置決めするための位置決め突起２ｃを有している。位置決め突起２ｃは、鋼板２の外周部であって、鋼板２に取り付けられるウェイト部材３１の両端部に対応する位置に配置される。位置決め突起２ｃは、鋼板２の各孔を形成する孔あけ工程において、プレス加工によって形成される。それゆえ、位置決め突起２ｃは、インロウ孔２ｂの中心を基準とした所定位置に、正確に形成される。

位置決め突起２ｃは、後述するように、鋼板２とウェイト部材３１とのプロジェクション溶接のための突起としても用いられる。それゆえ、位置決め突起２ｃの根本部分には、図３の左半分に示す如く、溶接余肉を逃がすための溶接用凹部２ｄが設けられている。

また、鋼板２には、ウェイト部材３２をプロジェクション溶接するための突起（不図示）と、アダプタプレート５をプロジェクション溶接するための突起（不図示）とが、プレス加工によって所定位置に複数形成されている。

アダプタプレート５は、例えば厚さ２．３ｍｍのＳＰＨＣ２７０（熱間圧延鋼板）等からなり、図１および図２に示す如くリング状に形成されている。アダプタプレート５は、鋼板２の一方の面に当接せしめられ、プロジェクション溶接によって鋼板２に接合されている。アダプタプレート５は、鋼板２のインロウ孔２ｂと同心の中央孔５ｂと、鋼板２の孔２ａと同心かつ同径の孔５ａと、を有している。中央孔５ｂは、鋼板２のインロウ孔２ｂに嵌合したクランク軸Ｃと干渉しないように、インロウ孔２ｂよりも若干大きい径とされている。

このアダプタプレート５は、鋼板２と、鋼板２をクランク軸Ｃに取り付ける取付ボルト（不図示）の座面との間に介在することになる。つまり、当該取付ボルトの座面と鋼板２とは直接接触せず、アダプタプレート５を介して接触することになる。それにより、鋼板２は、当該取付ボルトから伝えられるトルクをより広い面積で受けることができ、ボルト連結部におけるトルクの集中を回避することができる。

ウェイト部材３１は、例えばＳＳ４００（一般構造用炭素鋼）からなる平鋼を、円弧状に曲げ加工した後切断し、熱処理およびショットブラスト等を施して作製される。

ウェイト部材３１には、図１または図２に示す如く、その両端部に、貫通孔である位置決め孔３１ａが切削加工により形成されている。また、ウェイト部材３１には、鋼板２に対して締結するための締結ボルト４用のネジ孔３１ｂが３箇所に形成されている。

ウェイト部材３２は、例えばＳＳ４００（一般構造用炭素鋼）からなる平鋼を、リング状に曲げ加工した後切断し、その両端を突き合わせ、さらに熱処理およびショットブラスト等を施して作製される。なお、ウェイト部材３２は、突き合わせた両端を溶接し、当該箇所にトリミングを施して作製してもよい。

ウェイト部材３２には、図２Ｂに示す如く、円周方向に均一に配置された孔３２ａを有している。孔３２ａは、鋼板２と締結するための締結ボルト４の通過を許容する。締結ボルト４は皿ボルトとされるため、ネジ孔３２ａは、皿ボルト用のテーパ付きのネジ孔とされる。

次に、これらの組立てについて説明する。
まず、アダプタプレート５が、プロジェクション溶接により、鋼板２に対して接合される。

次いで、ウェイト部材３１が鋼板２に対して配置される。その際、図２Ｂに示す如く、鋼板２の位置決め突起２ｃとウェイト部材３１の位置決め孔３１ａとが、密接に係合される。これによって、ウェイト部材３１は、鋼板２に対して正確に位置決めされる。

次いで、ウェイト部材３１と鋼板２とが、プロジェクション溶接によって接合される。当該プロジェクション溶接は、位置決め突起２ｃをプロジェクション溶接用突起として実行される。当該プロジェクション溶接により、図３の右側に示す如く、位置決め突起２ｃの根本部と位置決め孔３１ａの開口端付近とが、溶着される。

次いで、ウェイト部材３２が、締結ボルト４によって鋼板２に対して締結される。締結ボルト４は、ウェイト部材３２の孔３２ａと鋼板２の孔２ｅに挿入され、ウェイト部材３１のネジ孔３１ｂに螺合される。このとき、皿ボルトである締結ボルト４をねじ込んでいくにつれて調心作用が生じ、ウェイト部材３２はウェイト部材３１に対して位置決めされる。ウェイト部材３１は位置決め突起２ｃと位置決め孔３１ａとの係合によって鋼板２に対して位置決めされているため、ウェイト部材３２も鋼板２に対して位置決めされる。そして、ウェイト部材３２は鋼板２に対してプロジェクション溶接によって接合される。

次いで、鋼板２、アダプタプレート５、ウェイト部材３１およびウェイト部材３２が組み付けられてなるフライホイール１の重量バランスが測定される。その結果に基づいて、ウェイト部材３１またはウェイト部材３２の肉の一部がドリル等によって取り除かれ、バランス調整がされる。

上記のように構成されたフライホイール１は、鋼板２にウェイト部材３１，３２が取り付けられて構成されている。したがって、フライホイール１によれば、鋳物の削りだしによって作製されたフライホイールと比べて円板部分を薄くすることができ、軽量化することができる。

また、フライホイール１は、ウェイト部材３１、３２と鋼板２とが、締結ボルト４によって締結されているだけでなく、プロジェクション溶接によっても接合されている。このプロジェクション溶接により、ウェイト部材３１、３２は、鋼板２に対してより強固に取り付けられる。それゆえ、フライホイール１によれば、鋼板２の振動に起因するボルト締結のゆるみを防止すると共に、ウェイト部材３１、３２の位置ずれを防止することができる。

また、フライホイール１では、位置決め突起２ｃがプロジェクション溶接用の突起としても用いられている。したがって、フライホイール１によれば、ウェイト部材３１を鋼板２にプロジェクション溶接するための溶接用突起を省略することができる。

［変形例］
以上、本発明の実施形態について具体的に説明したが、本発明は次のように変形して実施することもできる。

例えば、図４に示す如く、外周部にギヤ１２ｆを備え、往復動内燃機関のクランク軸（不図示）に連結される円形の鋼板１２と、鋼板１２とクランク軸Ｃとを取り付けるボルト（不図示）の座面との間に配置されるアダプタプレート１５と、鋼板１２に取り付けられた円盤状のウェイト部材１３と、から構成されるフライホイール１１とすることができる。

鋼板１２は、例えば厚さ２．５ｍｍのＳ３５Ｃ（機械構造用炭素鋼）等をプレス加工して、外周部が厚肉とされた円板状の所定形状に形成されている。また、鋼板１２の厚肉部には、図４に示す如く、ギヤ１２ｆが鍛圧成形されている。

ウェイト部材１３は、ＦＣ２５０（片状黒鉛鋳鉄）等を切削加工して所定の形状に形成されている。ウェイト部材１３は、位置決め孔１３ａ，１３ａを有しており、鋼板１２に形成された位置決め突起１２ｃ，１２ｃにそれらを係合させることで、鋼板１２に対して位置決めされる。そして、ウェイト部材１３は、位置決め突起１２ｃをプロジェクション溶接用突起として、鋼板１２に対してプロジェクション溶接される。なお、位置決め突起１２ｃは２箇所で足りるが、溶接箇所がさらに必要である場合には、プロジェクション溶接用突起を別に設けることができる。その後、ウェイト部材１３と鋼板１２とは、締結ボルト１４によって締結される。

なお、鋼板１２の孔１２ａ、１２ｅおよびインロウ孔１２ｂは、上記実施形態における鋼板２の孔２ａ，２ｅおよびインロウ孔２ｂと同様である。
また、アダプタプレート１５の孔１５ａおよびインロウ孔１５ｂは、上記実施形態におけるアダプタプレート５の孔５ａおよびインロウ孔５ｂと同様である。

このように構成されたフライホイール１１は、鋼板１２の外周部に形成されたギヤ１２ｆが、エンジン始動時にセルモータのギヤと噛合して、回転駆動される。その際、鋼板１２に振動が生じるが、フライホイール１１は、ウェイト部材１３と鋼板１２とが、締結ボルト１４によって締結されているだけでなく、プロジェクション溶接によっても接合されているため、鋼板２の振動に起因するボルト締結のゆるみを防止すると共に、ウェイト部材１３の位置ずれを防止することができる。

なお、フライホイール１およびフライホイール１１においては、位置決め突起を鋼板に設け、位置決め孔をウェイト部材に設けたが、逆に、位置決め突起をウェイト部材に設け、位置決め孔を鋼板に設ける構成であってもよい。また、位置決め突起とプロジェクション溶接用突起を兼用せずに、別途プロジェクション溶接用突起を設けて、プロジェクション溶接を実行してもよい。

本発明にかかる往復動内燃機関のフライホイールの一例を示す斜視図である。 図１のフライホイールの正面図およびＸ−Ｘ線断面図である。 図１のフライホイールにおける位置決め突起を示す概略断面図である。 変形例にかかる往復動内燃機関のフライホイールの正面図およびＹ−Ｙ線断面図である。

符号の説明

Ｃ クランク軸
１ フライホイール
２ 鋼板
２ｃ 位置決め突起
３１，３１ ウェイト部材
３１ａ 位置決め孔
４ 締結ボルト
５ アダプタプレート

Claims (5)

1. 往復動内燃機関のクランク軸と同軸に連結される円形の鋼板と、その鋼板の少なくとも一方の面にボルト締結されたウェイト部材と、を備えた往復動内燃機関のフライホイールであって、
   前記鋼板と前記ウェイト部材とが、さらにプロジェクション溶接によって接合せしめられていることを特徴とする往復動内燃機関のフライホイール。
2. 前記鋼板は、前記ウェイト部材を位置決めするための位置決め突起を有している一方、前記ウェイト部材は、前記位置決め突起に係合する位置決め凹部を有しており、前記ウェイト部材は、前記位置決め凹部が前記位置決め突起に係合せしめられることによって、前記鋼板に対して位置決めされていることを特徴とする請求項１に記載の往復動内燃機関のフライホイール。
3. 前記鋼板は、前記ウェイト部材を位置決めするための位置決め凹部を有している一方、前記ウェイト部材は、前記位置決め凹部に係合する位置決め突起を有しており、前記ウェイト部材は、前記位置決め突起が前記位置決め凹部に係合せしめられることによって、前記鋼板に対して位置決めされていることを特徴とする請求項１に記載の往復動内燃機関のフライホイール。
4. 前記プロジェクション溶接は、前記位置決め突起をプロジェクション溶接用突起とすることにより、実行されていることを特徴とする請求項２または３に記載の往復動内燃機関のフライホイール。
5. 前記鋼板は、外周部に設けられた厚肉部にギヤが鍛圧成形せしめられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の往復動内燃機関のフライホイール。