JP2009127854A - 組立式クランクシャフト - Google Patents

Abstract

【課題】分割ピースを相互に締結する塑性締結部の締結強度を、後工程の必要なく向上させること。
【解決手段】組立式クランクシャフト１は、複数の分割ピース２Ａ〜２Ｉを塑性締結部３にて互いに組み付けて一体に組み立てられる。塑性締結部３は、隣り合う分割ピース２Ａ〜２Ｉの一方に形成された組穴部８と、他方に形成された組軸部６とを含み、組穴部８に組軸部６を圧入して組み付けることで塑性締結される。隣り合う分割ピース２Ａ〜２Ｉの一方は、組穴部８の入口に隣接する第１端面１１を含む。隣り合う分割ピース２Ａ〜２Ｉの他方は、組軸部６の付け根に溝部６ａを含み、その付け根に隣接する第２端面１２を含む。第２端面１２は、その外縁ほど組軸部６の先端に近付くようにテーパ状をなす。組穴部８に組軸部６を組み付けた状態では、第１端面１１と第２端面１２とが互いに接する。
【選択図】 図４

Description

この発明は、エンジンのクランクシャフトに係り、詳しくは、複数の分割ピースを一体に組み立ててなる組立式クランクシャフトに関する。

従来、この種の技術として、例えば、下記の特許文献１に記載された組立式クランクシャフトが挙げられる。この組立式クランクシャフトは、互いに別部材として作成されたクランクピン及びクランクウエブとから構成される。クランクピンは、クランクウエブに設けられたピン孔に圧入されることで一体に組み立てられる。ここで、クランクピンは、中空部材として形成され、クランクピンがクランクウエブに形成されたピン孔に通常の圧入代をもって圧入される。また、クランクピンの中空孔端部には、後工程としてクランクウエブの厚さより短い所定長さのプラグ部材が圧入される。このプラグ部材の圧入により、クランクウエブをその上下方向で屈曲変形させるようになっている。これにより、クランクピンとクランクウエブのピン孔との圧入による締結を強固なものにしている。

特開２００４−１１６７６１号公報

ところが、特許文献１に記載の組立式クランクシャフトでは、クランクピンとピン孔との圧入を強固なものにするために、クランクピンをピン孔に圧入した後、クランクピンの中空孔端部にプラグ部材を圧入するという後工程が必要となり、その分だけ工程数が増えることとなった。この組立式クランクシャフトでは、プラグ部材を圧入する箇所は多数あることから、プラグ部材圧入のための工程数の増加は、１つのクランクシャフトを組み立てるためのサイクルタイムを大幅に増加させてしまうこととなる。

この発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、分割ピースを相互に締結する塑性締結部の締結強度を、後工程の必要なく向上させることを可能とした組立式クランクシャフトを提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、複数の分割ピースを塑性締結部にて互いに組み付けて一体に組み立ててなる組立式クランクシャフトであって、塑性締結部は、隣り合う分割ピースの一方に形成された組穴部と、隣り合う分割ピースの他方に形成された組軸部とを含み、組穴部に組軸部を圧入して組み付けることにより塑性締結されることと、隣り合う分割ピースの一方にて組穴部の入口に隣接する第１端面と、隣り合う分割ピースの他方にて組軸部の付け根に設けられた溝部と、隣り合う分割ピースの他方にて組軸部の付け根に隣接する第２端面と、第２端面は、その外縁ほど組軸部の先端に近付くようにテーパ状をなすこととを備え、組穴部に組軸部を組み付けた状態で、第１端面と第２端面とが互いに接することを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、分割ピースを相互に塑性締結部で締結するために、組穴部に組軸部を圧入して組み付けた状態では、組穴部の入口に隣接する第１端面と組軸部の付け根に隣接する第２端面とが互いに接する。ここで、第２端面はテーパ状をなすことから、第１端面が第２端面に押圧されることで、第１端面が弾性変形し、その肉の一部が組軸部の付け根の溝部に食い込んで抜け止めとして機能することとなり、組穴部からの組軸部の抜けが抑えられる。この締結状態では、第１端面と第２端面とが互いに圧接状態で保たれる。

上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、複数の分割ピースを塑性締結部にて互いに組み付けて一体に組み立ててなる組立式クランクシャフトであって、塑性締結部は、隣り合う分割ピースの一方に形成された組穴部と、隣り合う分割ピースの他方に形成された組軸部とを含み、組穴部に組軸部を圧入して組み付けることにより塑性締結されることと、組軸部の外周に複数設けられ、組軸部の軸線方向に延びる山部と谷部からなるセレーションと、組軸部の外周にセレーションと交差する方向に設けられた溝部とを備えたことを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、分割ピースを相互に塑性締結部で締結するために、組穴部に組軸部を圧入する過程では、組穴部の内壁の肉が組軸部のセレーションの山部により押し縮められ、セレーションの谷部に入り込む。ここで、組軸部を組穴部に圧入することで、谷部に入った肉が谷部に沿って塑性流動して溝部にも入り込み、その溝部に食い込んで抜け止めとして機能することとなり、組穴部からの組軸部の抜けが抑えられる。

上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、隣り合う分割ピースの一方にて組穴部の入口周縁が凸に湾曲して形成され、隣り合う分割ピースの他方にて組軸部の付け根が凹に湾曲して形成され、組穴部に組軸部を組み付けた状態で、組穴部の入口周縁と組軸部の付け根が凹凸の関係で嵌り合うことを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項２に記載の発明の作用に加え、組穴部に組軸部を組み付けた状態で、組穴部の入口周縁と組軸部の付け根が凹凸の関係で嵌り合うこととなり、組軸部の付け根が分割ピースの一方に対してしっかりと保持される。

請求項１に記載の発明によれば、分割ピースを相互に締結する塑性締結部の締結強度を、後工程の必要なく向上させることができる。

請求項２に記載の発明によれば、分割ピースを相互に締結する塑性締結部の締結強度を、後工程の必要なく向上させることができる。

請求項３に記載の発明によれば、請求項２に記載の発明の効果に加え、組軸部を曲げ荷重に対し強くすることができる。

［第１実施形態］
以下、本発明の組立式クランクシャフトを具体化した第１実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。この実施形態では、本発明を４気筒エンジン用の組立式クランクシャフトに具体化して説明する。

図１に、本実施形態の組立式クランクシャフト１を側面図により示す。この組立式クランクシャフト１は、９個の分割ピース２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅ，２Ｆ，２Ｇ，２Ｈ，２Ｉを塑性締結部３にて互いに組み付けて一体に組み立てることで構成される。各分割ピース２Ａ〜２Ｉには、一例として、適量のカーボンを含有するＳ４５ＣやＳ３５Ｃ等の鍛造成形品を使用することができる。図１において、左側から第１分割ピース２Ａ、第３分割ピース２Ｃ、第５分割ピース２Ｅ及び第７分割ピース２Ｇは、互いに同一形状をなし、厚板状のカウンタウェイト部４と、円柱状のジャーナル部５とを備える。ジャーナル部５はカウンタウェイト部４のほぼ中央部に対応して配置される。ジャーナル部５の先端中央には、組軸部６が突設される。組軸部６の外周には、断面鋸歯状のセレーション７が形成される。

図１において、左側から第２分割ピース２Ｂ、第４分割ピース２Ｄ、第６分割ピース２Ｆ及び第８分割ピース２Ｈは、互いに同一形状をなし、厚板状のカウンタウェイト部４と、ピン部１０とを備える。ピン部１０はカウンタウェイト部４の片端寄り位置に対応して配置される。ピン部１０の先端中央には組軸部６が突設される。組軸部６の外周には、上記と同様にセレーション（図示略）が形成される。カウンタウェイト部４の中央部には、組穴部８が形成される。

図１において、右端の第９分割ピース２Ｉは、唯一他の分割ピース２Ａ〜２Ｈと異なる形状を有する。第９分割ピース２Ｉは、ジャーナル部５と、ジャーナル部５の先端中央に形成された組軸部６と、ジャーナル部５の他端に形成されたフランジ部９とを備える。組軸部６の外周には、上記と同様にセレーション（図示略）が形成される。

この実施形態において、各塑性締結部３は、それぞれ隣り合う分割ピース２Ａ〜２Ｈの一方に形成された組穴部８と、隣り合う分割ピース２Ａ〜２Ｉの他方に形成された組軸部６とを含む。各塑性締結部３は、それぞれ組穴部８に組軸部６を圧入して組み付けることにより塑性締結されている。

図２に、第１〜第９の分割ピース２Ｂ〜２Ｉの組軸部６を平面図により示す。図３に、その組軸部６の先端を正面図により示す。この組軸部６は、その外周にセレーション７が形成される。セレーション７は、断面鋸歯状をなし、組軸部６の軸線方向に延び、交互に並ぶ複数の山部７ａと谷部７ｂより構成される。組軸部６の付け根の外周には、溝部６ａが形成される。

図４，５に、一例として、第１分割ピース２Ａと第２分割ピース２Ｂの組み付け工程を一部破断して側面図により示す。図６に、図４の鎖線円Ｓ１の部分を拡大断面図により示す。図７に、図５の鎖線円Ｓ２の部分を拡大断面図により示す。ここで、図４，５に示すように、各分割ピース２Ａ，２Ｂにて組穴部８の入口（組軸部６が組み入れられる口）に隣接する面を第１端面１１とし、各分割ピース２Ａ，２Ｂにて組軸部６の付け根に隣接する面（ジャーナル部５又はピン部１０の先端面）を第２端面１２とする。第１端面１１は、組穴部８の中心軸線に対して直角に交わり、第２端面１２は、組軸部６の中心軸線に対して傾斜して交わる。すなわち、図６に示すように、第２端面１２は、その外縁ほど組軸部６の先端に近付くようにテーパ状をなしている。そして、図５，７に示すように、組穴部８に組軸部６を組み付けた状態では、第１端面１１と第２端面１２とが互いに接するようになっている。

両分割ピース２Ａ，２Ｂの組み付けは、第１分割ピース２Ａの組穴部８に第２分割ピース２Ｂの組軸部６を圧入することにより行われる。そのために、図４に示すように、先ず第１分割ピース２Ａの組穴部８の中心に第２分割ピース２Ｂの組軸部６の中心を整合させ、両者８，６を近付けて組軸部６の先端部６ａから組穴部８に嵌め入れて圧入する。ここで、組穴部８に組軸部６を圧入する過程では、組穴部８の内壁の肉が、組軸部６のセレーション７の山部７ａにより押し縮められ、セレーション７の谷部７ｂに入り込む。そして、図５に示すように、第２分割ピース２Ｂのピン部１０の先端面（第２端面１２）が、第１分割ピース２Ａのカウンタウエイト部４の一側面（第１端面１１）に接するまで組軸部６を組穴部８に圧入することで、組穴部８と組軸部６の組み付けが完了する。このように組穴部８に組軸部６を圧入することで、組穴部８の内壁の肉を塑性流動により変形させ、組軸部６のセレーション７に係合させることにより、組穴部８と組軸部６を強固に塑性締結させるようになっている。第３〜第９の分割ピース２Ｃ〜２Ｉの組み付けについても、上記と同様である。

以上説明したこの実施形態の組立式クランクシャフト１の構成によれば、各分割ピース２Ａ〜２Ｉが、外周にセレーション７を有する組軸部６と組穴部８からなる塑性締結部３により締結されるので、各塑性締結部３の捩り荷重に対する締結強度を向上させることができる。加えて、この実施形態では、各分割ピース２Ａ〜２Ｉを相互に塑性締結部３で締結するために、組穴部８に組軸部６を圧入して、組穴部８に組軸部６が組み付けられた状態では、組穴部８の入口に隣接する第１端面１１と組軸部６の付け根に隣接する第２端面１２とが互いに接することとなる。ここで、第２端面１２はテーパ状をなすことから、第１端面１１が第２端面１２に押圧されることで、図７に示すように、第１端面１１が弾性変形し、その肉の一部１３が組軸部６の付け根の溝部６ａに食い込んで抜け止めとして機能することとなり、組穴部８からの組軸部６の抜けが抑えられる。このため、各分割ピース２Ａ〜２Ｉを相互に締結する塑性締結部３を抜けに対して強くすることができ、塑性締結部３の締結強度を向上させることができる。この意味で、組立式クランクシャフト１がエンジンに使用された場合に、エンジンの運転時にピストンの運動力が組立式クランクシャフト１の各ジャーナル部５及び各ピン部１０に作用して、各塑性締結部３の締結が抜ける方向に力が加わっても、各塑性締結部３の強固な締結状態を保つことができる。また、組軸部６を組穴部８に圧入するだけで組軸部６の抜け止め機能が得られることから、塑性締結部３の締結強度を、後工程の必要なく向上させることができる。

また、図５，７に示す締結状態では、組軸部６が抜け止めされた状態で、第１端面１１と第２端面１２が互いに圧接状態で保たれる。すなわち、各分割ピース２Ａ〜２Ｉにつき、ジャーナル部５又はピン部１０とカウンタウエイト部４とが互いに圧接状態で保たれることとなる。このため、ジャーナル部５又はピン部１０を曲げ荷重に対して強くすることができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の組立式クランクシャフトを具体化した第２実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。なお、この第２実施形態で、第１実施形態と同等の構成については同一の符合を付して説明を省略する。以下には、異なった点を中心に説明する。

この実施形態では、組軸部６及び組穴部８の構成の点で第１実施形態と異なる。図８，９に、一例として、第１分割ピース２Ａと第２分割ピース２Ｂの組み付け工程を一部破断して側面図により示す。図１０に、組軸部６の部分を斜視図により示す。図１１に、図８の鎖線円Ｓ３の部分を拡大断面図により示す。図１２に、図９の鎖線円Ｓ４の部分を拡大断面図により示す。ここで、図８〜１０に示すように、組軸部６の外周であって組軸部６の長手方向ほぼ中間には、セレーション７と直交する方向に一つの溝部６ｂが形成される。また、図８，９，１１，１２に示すように、各分割ピース２Ａ，２Ｂにて組穴部８の入口周縁（組軸部６が組み入れられる口の周縁）が凸に湾曲して形成された凸曲部８ａをなし、各分割ピース２Ａ，２Ｂにて組軸部６の付け根が凹に湾曲して形成された凹曲部６ｃをなす。凸曲部８ａと凹曲部６ｃは、互いに同じ曲率をなす。そして、図９，１２に示すように、組穴部８に組軸部６を組み付けた状態では、凸曲部８ａと凹曲部６ｃとが互いに凹凸の関係で嵌り合うようになっている。

図１３〜１５に、組軸部６のセレーション７に、組穴部８の内壁の肉が塑性流動により入り込む様子を模式図により示す。ここで、両分割ピース２Ａ，２Ｂの組み付けは、第１分割ピース２Ａの組穴部８に第２分割ピース２Ｂの組軸部６を圧入することにより行われる。そのために、図８に示すように、先ず第１分割ピース２Ａの組穴部８の中心に第２分割ピース２Ｂの組軸部６の中心を整合させ、両者８，６を近付けて組軸部６の先端部６ａから組穴部８に嵌め入れて圧入する。ここで、組穴部８に組軸部６を圧入する過程では、図１３〜１５に示すように、組軸部６が組穴部に入るに連れて、組穴部８の内壁の肉の一部１４（図１４，１５に、ハッチングを付して示す。）が、組軸部６のセレーション７の山部７ａにより押し縮められ、谷部７ｂ及び溝部６ｂに入り込むこととなる。そして、図９に示すように、第２分割ピース２Ｂのピン部１０の先端面が、第１分割ピース２Ａのカウンタウエイト部４の一側面に接するまで組軸部６を組穴部８に圧入することで、組穴部８と組軸部６の組み付けが完了する。このように組穴部８に組軸部６を圧入することで、組穴部８の内壁の肉の一部１４を塑性流動により変形させ、組軸部６のセレーション７及び溝部６ｂに係合させることにより、組穴部８と組軸部６を強固に塑性締結させるようになっている。第３〜第９の分割ピース２Ｃ〜２Ｉの組み付けについても、上記と同様である。

以上説明したこの実施形態の組立式クランクシャフトの構成によれば、各分割ピース２Ａ〜２Ｉが、外周にセレーション７を有する組軸部６と組穴部８からなる塑性締結部３により締結されるので、各塑性締結部３の捩り荷重に対する締結強度を向上させることができる。加えて、この実施形態では、各分割ピース２Ａ〜２Ｉを相互に塑性締結部３で締結するために、組穴部８に組軸部６を圧入する過程では、組穴部８の内壁の肉の一部１４が組軸部６のセレーション７の山部７ａにより押し縮められ、谷部７ｂに入り込む。ここで、組軸部６を組穴部８に圧入することで、図１３〜１５に示すように、谷部７ｂに入った肉の一部１４が谷部７ｂに沿って塑性流動して溝部６ｂにも入り込む。溝部６ｂに入った肉の一部１４は、図１５に示すように、溝部６ｂに沿って流動して張出１４ａを形成する。そして、この溝部６ｂに食い込んだ肉の一部１４が抜け止めとして機能することとなり、組穴部８からの組軸部６の抜けが抑えられる。このため、各分割ピース２Ａ〜２Ｉを相互に締結する塑性締結部３を抜けに対して強くすることができ、塑性締結部３の締結強度を向上させることができる。この意味で、組立式クランクシャフト１がエンジンに使用された場合に、エンジンの運転時にピストンの運動力が組立式クランクシャフト１の各ジャーナル部５及び各ピン部１０に作用して、各塑性締結部３の締結が抜ける方向に力が加わっても、各塑性締結部３の強固な締結状態を保つことができる。また、組軸部６を組穴部８に圧入するだけで組軸部６の抜け止め機能が得られることから、塑性締結部３の締結強度を、後工程の必要なく向上させることができる。

また、この実施形態では、溝部６ｂが組軸部６の外周であって組軸部６の長手方向ほぼ中間に形成されるので、溝部６ｂによる抜け防止機構を、応力が集中する組軸部６の付け根から外すことができる。

この実施形態では、組穴部８に組軸部６を圧入して組み付けた状態では、図１２に示すように、組穴部８の入口の凸曲部８ａと組軸部６の付け根の凹曲部６ｃとが凹凸の関係で嵌り合い、組軸部６の付け根が分割ピース２Ａ〜２Ｉの一方にてしっかりと保持される。このため、組軸部６を曲げ荷重に対し強くすることができる。

なお、この発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更して実施することもできる。

（１）前記各実施形態では、本発明を４気筒用エンジンのための組立式クランクシャフト１に具体化したが、本発明を４気筒以外の気筒数のエンジンのための組立式クランクシャフトに具体化することもできる。

（２）前記第２実施形態では、組軸部６の外周に一つの溝部６ｂを形成したが、複数の溝部を形成してもよい。

（３）前記第２実施形態では、組穴部８に凸曲部８ａを設け、組軸部６に凹曲部６ｃを設けたが、これら凸曲部８ａ及び凹曲部６ｃを省略することもできる。

組立式クランクシャフトを示す側面図。 組軸部を示す平面図。 組軸部の先端を示す正面図。 第１分割ピースと第２分割ピースの組み付け工程を一部破断して示す側面図。 第１分割ピースと第２分割ピースの組み付け工程を一部破断して示す側面図。 図４の鎖線円Ｓ１の部分を示す拡大断面図。 図５の鎖線円Ｓ２の部分を示す拡大断面図。 第１分割ピースと第２分割ピースの組み付け工程を一部破断して示す側面図。 第１分割ピースと第２分割ピースの組み付け工程を一部破断して示す側面図。 組軸部の部分を示す斜視図。 図８の鎖線円Ｓ３の部分を示す拡大断面図。 図９の鎖線円Ｓ４の部分を示す拡大断面図。 セレーションに肉が塑性流動により入り込む様子を示す模式図。 セレーションに肉が塑性流動により入り込む様子を示す模式図。 セレーションに肉が塑性流動により入り込む様子を示す模式図。

符号の説明

１ 組立式クランクシャフト
２Ａ 第１分割ピース
２Ｂ 第２分割ピース
２Ｃ 第３分割ピース
２Ｄ 第４分割ピース
２Ｅ 第５分割ピース
２Ｆ 第６分割ピース
２Ｇ 第７分割ピース
２Ｈ 第８分割ピース
２Ｉ 第９分割ピース
３ 塑性締結部
６ 組軸部
６ａ 溝部
６ｂ 溝部
６ｃ 凹曲部
７ セレーション
７ａ 山部
７ｂ 谷部
８ 組穴部
８ａ 凸曲部
１１ 第１端面
１２ 第２端面

Claims (3)

1. 複数の分割ピースを塑性締結部にて互いに組み付けて一体に組み立ててなる組立式クランクシャフトであって、
   前記塑性締結部は、隣り合う分割ピースの一方に形成された組穴部と、前記隣り合う分割ピースの他方に形成された組軸部とを含み、前記組穴部に前記組軸部を圧入して組み付けることにより塑性締結されることと、
   前記隣り合う分割ピースの一方にて前記組穴部の入口に隣接する第１端面と、
   前記隣り合う分割ピースの他方にて前記組軸部の付け根に設けられた溝部と、
   前記隣り合う分割ピースの他方にて前記組軸部の付け根に隣接する第２端面と、
   前記第２端面は、その外縁ほど前記組軸部の先端に近付くようにテーパ状をなすことと
   を備え、前記組穴部に前記組軸部を組み付けた状態で、前記第１端面と前記第２端面とが互いに接することを特徴とする組立式クランクシャフト。
2. 複数の分割ピースを塑性締結部にて互いに組み付けて一体に組み立ててなる組立式クランクシャフトであって、
   前記塑性締結部は、隣り合う分割ピースの一方に形成された組穴部と、前記隣り合う分割ピースの他方に形成された組軸部とを含み、前記組穴部に前記組軸部を圧入して組み付けることにより塑性締結されることと、
   前記組軸部の外周に複数設けられ、前記組軸部の軸線方向に延びる山部と谷部からなるセレーションと、
   前記組軸部の外周に前記セレーションと交差する方向に設けられた溝部と
   を備えたことを特徴とする組立式クランクシャフト。
3. 前記隣り合う分割ピースの一方にて前記組穴部の入口周縁が凸に湾曲して形成され、前記隣り合う分割ピースの他方にて前記組軸部の付け根が凹に湾曲して形成され、前記組穴部に前記組軸部を組み付けた状態で、前記組穴部の入口周縁と前記組軸部の付け根が凹凸の関係で嵌り合うことを特徴とする請求項２に記載の組立式クランクシャフト。

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