JP2012141044A

JP2012141044A - クランク軸支持構造

Info

Publication number: JP2012141044A
Application number: JP2011001079A
Authority: JP
Inventors: Ryuji Tsuchiya; 粒二土屋; Yutaka Imoto; 豊井元; Kayoko Yamazaki; 加代子山嵜
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2011-01-06
Filing date: 2011-01-06
Publication date: 2012-07-26
Also published as: ITTO20111170A1; US20120177310A1

Abstract

【課題】クランクケース20にクランク軸28を回転自在に支持する軸受部材35を、クランクケース20に強固に保持するためのブッシュ53を備えたクランク軸支持構造において、クランクケース20によるブッシュ53の保持強度を高めて、クランクケース20を軽量化すると共に、クランクケース20の熱膨張の影響が軸受ベアリング35に及ばないようにする。
【解決手段】クランクケース20に鋳込まれるブッシュ53の外周面53ａを円筒形状とし、括れ部55を備えた多数の微小な突起54を形成し、クランクケース20によるブッシュ53の保持強度を高めて、クランクケース20側のブッシュ抱き部62の厚さを小さくした。
【選択図】図５

Description

本発明は、クランク軸支持構造に関するものである。

クランクケースにおいて、クランク軸を支えるベアリングの保持部の強度を高めるために、軽合金製のクランクケースにはブッシュが用いられる。

従来は、部厚いブッシュ抱き部を備えたアルミニウム合金製クランクケースに一体的に鋳くるんだ鋳鉄製外側ブッシュと、この外側ブッシュに圧入した鋼製内側ブッシュとの２部材を用い、内側ブッシュにボールベアリングを圧入していた。これによって、ブッシュを強力に保持すると共に、クランクケースの熱膨張の影響がボールベアリングに及ばないようにしていた（例えば、特許文献１参照。）。

また、他の従来例は、周囲に、鍔部を有する凸部を複数個所設けたブッシュを、アルミニウム合金製クランクケースに一体的に鋳くるむことによって、クランクケースとブッシュの結合強度を高めていた（例えば、特許文献２参照。）。

従来は、ブッシュをクランクケースに強固に保持させるには、クランクケースのブッシュ抱き部の厚さを大にしなければならなかったので、クランクケースの重量が大きくなる傾向にあった。また、ブッシュ抱き部の厚さが厚く且つクランクケースのブッシュ保持力が大きい場合には、クランクケースの熱膨張の影響がボールベアリングに及んでいた。

特開２００３−１８４６４８号公報特開２０１０−２０３５８１号公報

クランクケースによるブッシュの保持強度を高めて、クランクケースを軽量化すると共に、クランクケースの熱膨張の影響が軸受ベアリングに及ばないようにする。

本発明は上記課題を解決したものであって、請求項１に記載の発明は、
クランクケース(20)にクランク軸(28)を回転自在に支持する軸受部材(35)を、クランクケース(20)に保持させる保持部を補強するためのブッシュ(53)を備えたクランク軸支持構造において、
該ブッシュ(53)のクランクケース(20)に鋳込まれる外周面(53ａ)を円筒形状とし、括れ部(55)を備えた多数の微小な突起(54)を形成したことを特徴とするクランク軸支持構造に関するものである。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のクランク軸支持構造において、
前記ブッシュ(53)はクランクケース(20)への鋳込み前の形状が左右対称の円筒形状であることを特徴とするものである。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のクランク軸支持構造において、
前記クランクケース(20)側のブッシュ抱き部(62)の肉厚(Ｔc)を、前記ブッシュ(53)の径方向の肉厚(Ｔb)より、小さくしたことを特徴とするものである。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３の何れかに記載のクランク軸支持構造において、
前記クランクケース(20)側のブッシュ抱き部(62)の肉厚(Ｔc)を、前記ブッシュ(53)の径方向の肉厚(Ｔb)の１／２以下としたことことを特徴とするものである。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のクランク軸支持構造において、
前記ブッシュ(53)の側面外周部分は予め鋳込まれて形成され、鋳込み完了後に、オイル供給プレート(63)との隙間管理用段部(64)が機械加工により形成されることを特徴とするものである。

請求項６に記載の発明は、請求項２に記載のクランク軸支持構造において、
前記ブッシュ(53)の外径を内燃機関のシリンダライナ(68)の外径と同一径となるように、シリンダ数またはクランクストロークを適切に設定したことを特徴とするものである。

請求項７に記載の発明は、請求項１に記載のクランク軸支持構造において、
前記突起(54)の高さを0.5ｍｍ〜1.5ｍｍとし、同突起(54)の頂部の直径を0.5〜1.0ｍｍとしたことを特徴とするものである。

請求項１の発明において、
クランクケース(20)への鋳込み結合強度を高めることが出来る。

請求項２の発明において、
鋳造時の金型への組み付け方向の制限をなくすことができるので、クランクケース(20)の生産性が向上する。

請求項３の発明において、
ブッシュ抱き部(62)の径方向の肉厚(Ｔc)を薄くしても結合力を確保できるので、クランクケース(20)を軽量化することが出来る。

請求項４の発明において、
ブッシュ抱き部(62)の肉厚を１／２まで薄くしたので、クランクケース(20)の熱膨張によるブッシュ(53)に及ぼす拡大方向の力を小さくできる。これによって、ブッシュ(53)と軸受ベアリング(35)間の閉め代(66)の変化を防止し、軸受隙間(67)の安定化により軸受ベアリング(35)の耐久性や静粛性を向上させることができる。

請求項５の発明において、
ブッシュ(53)の側面部分の鋳込みが完了した後、オイル供給プレート(63)との隙間管理用段部(64)が機械加工されるので、高精度で機械加工することが出来る。

請求項６の発明において、
括れ部(55)を備えた多数の微小な突起(54)を形成したシリンダライナ(68)の素材を作成し、これを輪切りにしてブッシュ(53)の素材として流用することが出来るため、ブッシュ専用の鋳造装置が不要となり、生産性が向上してコスト削減が可能となる。

請求項７の発明において、
前記突起(54)の高さと大きさを制限した形状としたので、比較的小型のブッシュ(53)であても、多数の突起(54)を密集させて配置することが可能となり、密着力のばらつきを防止して、鋳込み結合強度の安定化を図ることが出来る。

本発明の一実施形態に係る自動二輪車の左面図である。パワーユニットの縦断面の左面図である。図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。ブッシュの斜視図である。ブッシュの一部を切り出したものの拡大斜視図である。微小突起を有するブッシュの製作過程とクランクケースによる鋳ぐるみ過程を示す図である。上記の方法で製作されたブッシュの断面図である。上記のブッシュを鋳くるんだアルミニウム合金クランクケースの部分断面図である。鋳くるまれたブッシュが機械加工された状態のクランクケースの部分断面図である。上記の機械加工を終了したブッシュにボールベアリングを圧入した状態の図である。本発明の第２実施形態に係るシリンダライナの鋳鉄鋳物素材の斜視図である。

図１は本発明の一実施形態に係る自動二輪車１の左面図である。この自動二輪車１の車体フレームは、ヘッドパイプと、ヘッドパイプから後下がりに伸びるメインフレームと、一端がメインフレームの後部に接続されて後上がりに伸びる左右一対のリヤフレームと、その他の複数のフレームとから構成されている。ヘッドパイプに回転可能に支承されているフロントフォーク２の下端には前輪３が軸支され、フロントフォーク２の上部には操向ハンドル４が連結されている。

この自動二輪車１のパワーユニット５は、その前部に一体形成されたハンガー６（図２）と、支持軸７（図２）とを介して、リヤフレームに設けられたパワーユニット懸架用ブラケット（図示なし）に懸架される。パワーユニット５の後端部に設けられたブラケット８（図２）と、リヤフレームの後部のブラケット（図示なし）との間にはリヤクッション９が設けてある。これらによってパワーユニット５は、シリンダ軸線を若干前上がりにして揺動可能に懸架されている。パワーユニット５の後部から右方へ突出する後車軸10（図２）に後輪11（図１）が取り付けられ、パワーユニット５によって駆動される。パワーユニット５の上方にはエアクリーナ12が設けてある。車体フレームには、複数の部分からなる合成樹脂製の車体カバー13が取付けられ、パワーユニットやその他の機器類を覆っている。車体の上部にタンデムシート14が設けてある。

図２は、パワーユニット５の縦断面の左面図である。パワーユニット５は、前部の内燃機関15と、内燃機関15の左側から後方へ延びる伝動装置16とから構成されている。伝動装置16は、Ｖベルト式無段変速機17と歯車減速機18とにより構成されている。

上記内燃機関15の殻体はクランクケース20と、その前部に順次前方へ結合されるシリンダブロック21、シリンダヘッド22、およびシリンダヘッドカバー23、から成っている。内燃機関15はロッカーアーム型頭上弁式４ストロークサイクル単気筒水冷式内燃機関である。シリンダヘッド22の上側の吸気ポートに取り付けられるインレットパイプ25にはスロットルボディ26が取付けられ、更にその後方にはエアクリーナ12（図１）が接続される。上記インレットパイプ25には燃料噴射弁27が取付けられている。

図２のパワーユニット５の左半部に、Ｖベルト式無段変速機17が設けてある。Ｖベルト式無段変速機17の駆動軸は内燃機関15のクランク軸28そのものであり、クランク軸28の左方延長部に、Ｖベルト式無段変速機17の駆動プーリ29が設けてある。Ｖベルト式無段変速機17の従動軸30は、変速機ケース33にベアリングを介して回転自在に枢支されている。この従動軸30に、遠心クラッチを介して従動プーリ31が設けてある。駆動プーリ29と従動プーリ31とに無端状Ｖベルト32が架渡されている。

Ｖベルト式無段変速機17の後部に歯車減速機18が設けてある。歯車減速機18の入力軸は上記従動軸30そのものである。後輪11（図１）を一体に結合した後車軸10は、変速機ケース33と歯車ケース34とに回転自在に枢支されている。従動軸30のトルクは複数の歯車を介して後車軸10に伝達される。後車軸10は従動軸30に対して大幅に減速され、後車軸10と結合されている後輪11が減速駆動される。

図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。図３において、上記内燃機関15の殻体はクランクケース20と、その前部に順次前方へ結合されるシリンダブロック21、シリンダヘッド22、およびシリンダヘッドカバー23（図２）、から成っている。クランクケース20は左右半割り式であり、左クランクケース20Ｌと右クランクケース20Ｒからなっている。

クランク軸28は、クランクケース20Ｌ，20Ｒに支持された左ボールベアリング35Ｌと右ボールベアリング35Ｒに回転可能に枢支されている。ピストン36は、シリンダブロック21の内側のシリンダライナ24に形成されたシリンダ孔37に摺動可能に嵌装されている。上記ピストン36は、コネクティングロッド38を介して、クランク軸28のクランクピン39に接続され、ピストン36が往復すると、クランク軸28が回転駆動される。ピストン36の上面に対向してシリンダヘッド22の底面に燃焼室40が形成されている。点火プラグ41が、シリンダ孔37の中心軸線に対し左方に傾斜して、シリンダヘッド22に装着されている。

クランク軸28の左方延長部に、Ｖベルト式無段変速機17の駆動プーリ29が設けてある。クランク軸28の右部のボールベアリング35Ｒに隣接して、カムチェーン駆動スプロケット42が形成され、カムチェーン43が巻きかけられている。

クランク軸28の右方延長部には、交流発電機44が設けてある。交流発電機ステータ45は、右クランクケース20Ｒに取付けられた交流発電機取付け部46に取付け固定されている。交流発電機ロータ47は、クランク軸28の右端に固定され、クランク軸28と共に回転する。その右側に遠心式ラジエータ冷却ファン48が設けてある。その右側に、ラジエータ保持部材49を介してラジエータ50が取付けられている。ラジエータ50の右側は、冷却風通路を有するラジエータカバー51によって覆われている。

図３において、クランク軸28を支持するボールベアリング35Ｌ，35Ｒはそれぞれブッシュ53Ｌ，53Ｒを介してクランクケース20Ｌ，20Ｒに保持されている。ブッシュ53Ｌ，53Ｒは鋳鉄製であり、アルミ合金製クランクケース20Ｌ，20Ｒの鋳造時に鋳くるまれる。ボールベアリング35Ｌ，35Ｒは鋳くるまれているブッシュ53Ｌ，53Ｒに圧入されたものである。

図４は、上記ブッシュ53の斜視図である。ブッシュ53Ｌ，53Ｒ、ボールベアリング35Ｌ，35Ｒ、及びクランクケース20Ｌ，20Ｒのブッシュ保持部は、左右ほぼ同形である。このため、以下の説明においては左右の区別は必要ないので、左右の区別をやめ、符号においてＬ，Ｒの表示を省略する。図４において、ブッシュ53の円筒形状の外周表面には、多数の微小な突起54が形成されている。突起54の寸法・間隔は不揃いである。

図５は上記ブッシュ53の一部を切り出したものの拡大斜視図である。ブッシュ53の外周表面に形成されている多数の突起54はそれぞれ括れ部55を備えて形成されている。上記ブッシュ53をクランクケース20の製造時に鋳ぐるむと、上記突起54と突起54の間にアルミ合金の溶湯が流入して、クランクケース20とブッシュ53が一体結合される。括れ部55の作用によって、鋳込み結合強度が増し、クランクケース側のブッシュ抱き部62（図８〜図10）の肉厚を薄くできるので、クランクケース20を軽量化することができる。

図６は、上記突起54を有するブッシュ53の製作過程とクランクケース20による鋳ぐるみ過程を示す図である。この図によって順次製造工程を説明する。
（ａ）遠心鋳造装置を構成する円筒形内周面を備えた鋳型56（金型）が、円筒の内側の円筒軸線の周りに回転自在に支持されている。この鋳型56には回転駆動部が備えられている。駆動部を介して鋳型56を遠心加速度25Ｇ〜35Ｇ程度で回転させながら、鋳型56の内周面に塗型材57を塗布する。この塗型材57は、例えば、珪藻土、ベントナイト、離型剤、界面活性剤、及び水、を所定の割合で混合した懸濁液であり、1.0〜1.5ｍｍの厚さとなるよう塗布される。
（ｂ）塗型材57の塗膜の中に気泡58が発生する。
（ｃ）気泡58は徐々に大きくなる。気泡58の奥側は気泡58の圧力で鋳型に接する。内側の表面では、気泡58の圧力で塗型材57が押されて、塗型材57は膨らむ。
（ｄ）気泡58が更に膨らむと、気泡58に押されて膨らんでいた塗型材57が破れて、気体58ａが噴出する。
（ｅ）噴出が終わると、気泡に押されて伸びていた塗型材57は収縮して元の形に戻ろうとするが、塗型材57の固化が始まっているので、気泡58のあった部分は塗型材57の中に微小な空洞として残り、塗型材57の収縮の影響で噴出口は塞がらないので、上記空洞は微小な凹穴59となる。
（ｆ）塗型材57が固化した後、鋳型56の内部の雰囲気をアルゴンガス等の不活性ガス雰囲気に置換し、鋳型56を遠心加速度100Ｇ〜135Ｇで回転させた状態で、鋳型56内にブッシュとなる鋳鉄の溶湯60を注入する。鋳鉄の溶湯60は塗型材の凹穴59に浸入して充填される。
（ｇ）鋳鉄の溶湯60が固化した後、鋳型56を外し、塗型材57をブラスト処理して排除すると、素材としてのブッシュ53が取り出される。ブッシュ53の外周面には塗型材57の凹穴59の形状が転写された多数の突起54が形成されている。突起54の高さＨは0.5〜1.5ｍｍ、突起54の頂部の直径Ｄは0.5〜1.0ｍｍである。個々の突起54は括れ部55を有する形状となっている。このブッシュ53はクランプ機構で保持された状態で、内周面及び両側面が切削仕上げされ、外周面の両角部の面取り加工が施される。
（ｈ）上記加工が施されたブッシュ53は、クランクケース鋳造用鋳型内に配置され、アルミニウム合金の溶湯61が鋳型内に注入される。アルミニウム合金の溶湯61が固化するとブッシュを鋳くるんだクランクケース20となる。アルミニウム合金の溶湯61は括れ部55を備えた突起54の間に浸入して固化するので、完成したクランクケース20において、ブッシュ53は強固に保持される。

図７は、上述の方法で製作されたブッシュ53の断面図である。ブッシュの外周面53ａには上述の多数の突起54が形成されている。ブッシュの内周面53ｂ及び両側面53ｃが切削仕上げされ、外周面53ａの両角部の面取り加工53ｄが施されている。上記のブッシュ53はクランクケース20への鋳込み前の形状であり、左右対称の円筒形状であり、クランクケース鋳造時の金型への組み付け方向の制限がないので、クランクケース20の生産性が向上する。

図８は、上記のブッシュ53を鋳くるんだアルミニウム合金クランクケース20の部分断面図である。ブッシュの外周面53ａの多数の突起54の周囲部に、アルミニウム合金の溶湯61が浸入したので、ブッシュ53とクランクケース20との鋳込み結合強度が増している。上記ブッシュ53の径方向の肉厚Ｔbに対して、クランクケース20側のブッシュ抱き部62の径方向の肉厚Ｔcを小さくしてある。従来は、結合力を確保するために、ブッシュ抱き部62の径方向の肉厚を大きくしていたが、上記ブッシュ53では、クランクケース20のブッシュ抱き部62の径方向の肉厚Ｔcを薄くしても結合力を確保できるので、クランクケース20を軽量化することが出来る。

また、上記ブッシュ53の径方向の肉厚Ｔbに対して、クランクケース20側のブッシュ抱き部62の径方向の肉厚Ｔcを１／２以下とした場合には、ブッシュ抱き部62の肉厚を１／２まで薄くしたので、クランクケース20の熱膨張によるブッシュに及ぼす拡大方向の力を小さくできる。

図９は、ブッシュ53が機械加工された状態のクランクケース20の部分断面図である。ブッシュ53は鋳くるまれた状態で、オイル供給プレート63（図３）との対向部の隙間管理用段部64が機械加工で形成される。また、ボールベアリング35の圧入の際に挿入し易いように、ボールベアリング挿入部の入口傾斜面65が切削加工される。オイル供給プレート63との対向部の隙間管理用段部64の形成をクランクケース20の鋳込み後に行うので、クランクケース20の鋳造性が向上するとともに、オイル供給プレート63との間隔を精密に実現することが出来る。

図１０は、上記の機械加工を終了したブッシュ53にボールベアリング35を圧入した状態の図である。上記実施形態のブッシュ53には、括れ部55を備えた多数の微小な突起54が形成してあるので、クランクケース20のブッシュ抱き部62を薄くしても結合力は大きい。クランクケース20が熱膨張によって半径方向外方へ伸びても、ブッシュ抱き部62の肉厚を１／２まで薄くしたので、ブッシュ53に及ぼす拡大方向の力を小さくできる。したがって、クランクケース20の熱膨張によるブッシュ53とボールベアリング35間の締め代66の変化を防止し、軸受隙間67の安定化によりボールベアリング35の耐久性を向上させることができる。

図１１は、本発明の第２実施形態に係るシリンダライナ68の鋳鉄鋳物素材の斜視図である。これは、設計段階で、ブッシュ53の外径とシリンダライナ68の外径とが等しくなるよう、シリンダ数またはクランクストロークを適切に設定して、設計された内燃機関に用いるシリンダライナ68の素材の図であって、第１実施形態と同様な製法によって、外周面に括れ部を有する多数の突起69を備えている。ブッシュ53を必要とするときには、シリンダライナ68の素材を輪切りにして、ブッシュ53として流用することが出来るため、ブッシュ専用の鋳造装置が不要となり、生産性が向上してコスト削減が可能となる。

上記各実施形態のブッシュは、突起54の高さを0.5ｍｍ〜1.5ｍｍとし、同突起54の頂部の直径を0.5〜1.0ｍｍとし、突起54の高さと大きさを制限した形状としたので、比較的小型のブッシュ53であっても、多数の突起54を密集させて配置することが可能となり、密着力のばらつきを防止して、鋳込み結合強度の安定化を図ることが出来る。

以上詳述したように、上記実施形態においては次のような効果がもたらされる。
（１）ブッシュ53は、括れ部55を有する多数の微小突起54を備えているので、クランクケース20への鋳込み結合強度を高めることが出来る。
（２）前記ブッシュ53はクランクケース20への鋳込み前の形状が左右対称の円筒形状であるので、鋳造時の金型への組み付け方向の制限をなくすことができ、クランクケース20の生産性が向上する。
（３）クランクケース20とブッシュ53との高い結合力を確保できるので、ブッシュ抱き部62の径方向の肉厚Ｔcを薄くして、クランクケース20を軽量化することが出来る。
（４）クランクケース20側のブッシュ抱き部62の肉厚を、前記ブッシュ53の径方向の肉厚Ｔbの１／２以下とした場合には、ブッシュ抱き部62の弾性変形があるので、クランクケース20の熱膨張がブッシュ53に及ぼす拡大方向の力を小さくできる。
また、これによって、ブッシュ53とボールベアリング35間の閉め代66の変化が防止され、軸受隙間67が安定化するので、ボールベアリング35の耐久性を向上させることができる。
（５）鋳込み完了後に、オイル供給プレート63との隙間管理用段部64が機械加工により形成されるので、高精度で機械加工することが出来る。
（６）ブッシュ53の外径を内燃機関のシリンダライナ68の外径と同一径とした場合には、多数の微小な突起69を形成したシリンダライナ68の素材を作成し、これを輪切りにしてブッシュ53の素材として流用することが出来るため、ブッシュ専用の鋳造装置が不要となり、生産性が向上してコスト削減が可能となる。
（７）突起54の高さを0.5ｍｍ〜1.5ｍｍ、頂部の直径を0.5〜1.0ｍｍとしたので、比較的小型のブッシュ53であっても、鋳込み結合強度の安定化を図ることが出来る。

20…クランクケース、28…クランク軸、35…ボールベアリング、53…ブッシュ、53ａ…外周面、54…突起、55…括れ部、62…ブッシュ抱き部、63…オイル供給プレート、64…隙間管理用段部、68…シリンダライナ、Ｔb…ブッシュ53の径方向の肉厚、Ｔc…ブッシュ抱き部62の径方向の肉厚

Claims

クランクケース(20)にクランク軸(28)を回転自在に支持する軸受部材(35)を、クランクケース(20)に保持させる保持部を補強するためのブッシュ(53)を備えたクランク軸支持構造において、
該ブッシュ(53)のクランクケース(20)に鋳込まれる外周面(53ａ)を円筒形状とし、括れ部(55)を備えた多数の微小な突起(54)を形成したことを特徴とするクランク軸支持構造。
前記ブッシュ(53)はクランクケース(20)への鋳込み前の形状が左右対称の円筒形状であることを特徴とする請求項１に記載のクランク軸支持構造。
前記クランクケース(20)側のブッシュ抱き部(62)の肉厚(Ｔc)を、前記ブッシュ(53)の径方向の肉厚(Ｔb)より、小さくしたことを特徴とする請求項１に記載のクランク軸支持構造。
前記クランクケース(20)側のブッシュ抱き部(62)の肉厚(Ｔc)を、前記ブッシュ(53)の径方向の肉厚(Ｔb)の１／２以下としたことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載のクランク軸支持構造。
前記ブッシュ(53)の側面外周部分は予め鋳込まれて形成され、鋳込み完了後に、オイル供給プレート(63)との隙間管理用段部(64)が機械加工により形成されることを特徴とする請求項４に記載のクランク軸支持構造。
前記ブッシュ(53)の外径を内燃機関のシリンダライナ(68)の外径と同一径となるように、シリンダ数またはクランクストロークを適切に設定したことを特徴とする請求項２に記載のクランク軸支持構造。
前記突起(54)の高さを0.5ｍｍ〜1.5ｍｍとし、同突起(54)の頂部の直径を0.5〜1.0ｍｍとしたことを特徴とする請求項１に記載のクランク軸支持構造。