JP2717045B2 - シャフト並びにその組立て方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はエンジンのクランクシャ
フトの如きシャフトに関し、特に個々の部品から組立て
られるシャフトに関する。

【０００２】

【従来の技術及びその問題点】エンジンのクランクシャ
フトに関する技術において、一部品鋳造や一部品鍛造で
部品を作る方法が知られているが、クランクピン、主ジ
ャーナル、クランクアーム又は釣合いおもりを提供する
ためには、多量の余分な金属を除去するためのかなりの
機械加工が必要である。２ストロークエンジンに使用す
るためのクランクシャフトを作りたい場合、シール板を
設けねばならないが、全体のクランクシャフトを一部品
で作ろうとすると、実質的に更なる機械加工が必要とな
る。さもなければ、シール板を別個に組立てねばならな
い。

【０００３】多数の別個の素子からクランクシャフトを
組立てることにより、かなりの機械加工を省くことがで
き、残りの機械加工はピンや釣合いおもりやシール板の
如き小さな簡単な部品について行えばよいことも知られ
ている。例えば、ボルト止めや圧入により、素子を一緒
に結合し、全体のクランクシャフトを組立てる。素子を
結合する最も適当な方法は特定の応用及び組立体の負荷
要求に依存する。釣合いおもりに主ジャーナルを連結す
るが如き１つの結合は１つの方法により行い、例えばク
ランクピンは別の方法で釣合いおもりに結合することが
できる。

【０００４】共通のシャフト上に複数の部品を結合する
簡単で有効な方法は米国特許第４，８３５，８３２号明
細書に開示されている。この方法はカムシャフトのカム
の如き中空部品をチューブ上に位置決めする工程と、長
手方向の成長を阻止するようにチューブの両端をクラン
プし、チューブの元の直径より大きなボールをチューブ
を通して押し込むことにより、チューブを拡張させて部
品を保持する工程とを有する。中空部品はチューブの拡
張した直径部を収容するためのローブの形をした内側横
断面形状を呈し、チューブ上で部品を回転しないように
保持するためのスプラインを有する。

【０００５】

【発明の目的】本発明は改良したシャフト及びその組立
て方法を提供することを目的とする。

【０００６】

【発明の構成並びに作用効果】本発明の一形態によれ
ば、奇数個のローブを持つローブ状の横断面形状で硬化
表面を有するボアを具備する第１部材と、表面硬化本体
部分及び未硬化結合部分を有する管状シャフトとを備
え；未硬化結合部分が表面硬化本体部分の内径より小さ
な内径を有し、未硬化結合部分がボアに実質上適合する
形状を有し、第１部材に固定されていることを特徴とす
るシャフトが提供される。

【０００７】本発明の別の形態によれば、部品が釣合い
おもり、クランクピン及び主ジャーナルで構成され；釣
合いおもりがクランクシャフトの回転軸線に実質上整合
した中央ボアと、クランクシャフトの回転軸線から離間
した偏心ボアとを有し；クランクピンがクランクシャフ
トの回転軸線から離間しており、本体部分及びこの本体
部分との接合面に肩部を提供する減径端部分を有し、端
部分が肩部を釣合いおもりに当接させるように偏心ボア
内に収容されており、釣合いおもりが端部分に固定され
ており；主ジャーナルがクランクシャフトの回転軸線に
実質上整合しており、本体部分及びこの本体部分との接
合面に肩部を提供する減径端部分を有し、端部分が主ジ
ャーナルの肩部を釣合いおもりに当接させるように中央
ボア内に収容されており、釣合いおもりが端部分に固定
されていて、主ジャーナルと釣合いおもりとの間でのト
ルク伝達を可能にしており；隣接する釣合いおもりの表
面に対面して環状オイル通路を形成するために肩部に環
状溝穴を設け；本体部分が、クランクシャフトの回転軸
線に実質上平行で穴溝に連通したオイル通路、及びこれ
らのオイル通路と本体部分の外周面との間に位置する半
径方向通路を具備し；釣合いおもりが、主ジャーナルの
外周面からクランクピンの外周面への連続的なオイル経
路を形成するために主ジャーナル及びクランクピンのオ
イル通路を相互連結する通路を具備することを特徴とす
るクランクシャフトが提供される。

【０００８】本発明は組立てが容易な改善したジャーナ
ルを有する組立クランクシャフトを提供できる。本発明
はまた、組立て時に特殊な割出しを必要としない組立て
られたクランクシャフトのためのオイル通路構造をも提
供できる。

【０００９】本発明の他の形態によれば、奇数個のロー
ブを有するローブ形状の横断面を持つボアを備えた第１
部材を提供する工程と；本体部分と、この本体部分の内
径より小さな内径を有し、第１部材のボア内に嵌合する
ようになった結合部分とを具備する管状素子を提供する
工程と；結合部分をボア内へ挿入する工程と；管状素子
のいずれかの端部にクランプ力を作用させることによ
り、管状素子の伸びを抑制する抑制工程と；結合部分の
内径より大きく本体部分の内径より小さい直径を有する
少なくとも１つの硬化ボールを結合部分を通して押し込
むことにより、第１部材のボア内でしまり嵌めするよう
に結合部分を拡張させる拡張工程と；を有することを特
徴とする嵌合方法が提供される。

【００１０】上記方法はクランクシャフトの部品の結合
に応用でき、この場合、少なくともある応用に対して、
米国特許第４，８３５，８３２号明細書に開示されたも
のより改善されている。この改善した結合方法は、新規
で改善したジョイント構造をクランクシャフトに与えた
状態で、釣合いおもりへクランクピン及び（又は）主ジ
ャーナルを結合するためにも使用できる。この方法を任
意の管状部材を開口付き部材に結合するためにも使用で
きることは言うまでもない。

【００１１】一部品クランクシャフトよりも組立体てた
クランクシャフトが優れている別の点は、オイル通路の
設計に一層の融通性があり、出入口地点で表面に垂直な
通路が短くて済み、従って軸受表面での通路開口を最小
化できることである。主軸受及びクランクピンにオイル
通路を形成し、軸受の端部や釣合いおもりに隣接するピ
ンにその出口を設け、軸受及びピンのオイル通路を接続
する対角線方向のオイル通路を釣合いおもり内に形成す
る技術は既に提案されている。しかし、この技術では、
接続を行うために、部品を組立体上で精確に整合させ
て、各軸受通路及び各クランクピン通路を釣り合いおも
りの対角線通路に精確に整合させなければならない。

【００１２】

【実施例】図１ー６を参照すると、６シリンダ（汽筒）
２ストロークエンジンのためのクランクシャフト１０は
端主ジャーナル１２と、２つの中間主ジャーナル１４
と、中央開口１８を介して各端ジャーナル１２の一端及
び中間主ジャーナル１４の両端に結合され偏心開口２２
を介してクランクピン２４の両端に結合された釣合いお
もり即ちクランクアーム１６とを有する。各釣合いおも
り１６は円形で、シール（図示せず）を収容するための
円周方向の溝穴（グルーブ）２６を有する。更に、円形
シール板２８が釣合いおもり１６の中間で各クランクピ
ン２４に取り付けてあり、シールを収容するための円周
方向の溝穴２６を有する。シール板２８は締まりばめに
よりクランクピン２４を取り付けるための円形偏心開口
２０を有する。種々のシールがエンジンのクランクケー
スのウエブの円形開口と共働してクランクケースを吸入
空気流や排気空気流を処理するためのコンパートメント
に分離する。

【００１３】クランクケースをコンパートメント分けす
る必要のない小さな２ストロークエンジン、又は４スト
ロークエンジンに対しては、シール板２８及び溝穴付き
円形釣合いおもり１６は不要であり、その代わりに、普
通に形造った釣合いおもりを使用してもよい。いずれに
しても、ローラ軸受及び連接棒は釣合いおもりを組立て
る前にクランクピン２４に組立てられ、一部品連接棒及
び非分割型ローラ軸受かご（ケージ）の使用を可能にす
る。同様に、ローラ軸受は釣合いおもりの組立て前に主
ジャーナル１４に組立てられる。クランクピン２４及び
主ジャーナル１２、１４の表面は６０ー６２ロックウエ
ルＣ硬さに硬化せしめられ、ローラ軸受の内側レースと
して作用させる。釣合いおもり及びシール板の硬化した
スラスト面３０はローラ軸受が軸方向へ移動するのを阻
止し、また連接棒を案内する。２ストロークエンジンに
おいては、軸受の潤滑は供給空気によりクランクケース
内で運ばれる微細オイル霧により提供される。４ストロ
ークエンジンにおいては、主ジャーナルとクランクピン
との間でクランクシャフト内に形成されたオイル通路は
シリンダブロック内のオイルギャラリーに接続され、ク
ランクピン軸受を潤滑する。

【００１４】主ジャーナル１２、１４及びクランクピン
２４は、米国特許第４，８３５，８３２号明細書に開示
された基本的な拡張技術（３又は５の如き奇数個のロー
ブを持つローブ形状の横断面を呈する開口を多数の外側
素子（例えば、カム）のそれぞれに形成し、外側素子の
開口にチューブを挿入し、軸方向に伸びないようにチュ
ーブの両端を保持し、開口の横断面に合わせてチューブ
を機械的に拡張させてチューブに外側素子を固定する各
工程を必要とする技術）を改良した技術により釣合いお
もりの開口１８、２２に結合される。好ましくは、機械
的な拡張はチューブを通して硬化ボールを押し込むこと
により行われ、このボールはチューブの内径よりも数十
マイクロメートル（数千分の１インチ）だけ大きな直径
を有する。更なる詳細は上記米国特許第４，８３５，８
３２号明細書を参照されたい。

【００１５】図７において、上記米国特許第４，８３
５，８３２号明細書から転載した３ローブ形状の開口を
図式的に示し、この形状は３ローブ周辺部の最小半径を
画定する基礎円３４から測定した最大偏心度３２を有す
る。周辺部３６は、図の真の中心４４から逸れた３つの
等間隔で離間した中心４２をそれぞれ中心として描いた
一連の交互する長円弧３８及び短円弧４０により画定さ
れる。この結果、周辺部はいずれの方向においても同一
の全体高さ即ち幅４６を有する。説明を簡単にするた
め、この幅を均一直径４６として参照するが、この均一
直径の直径線は３つの中心４２の各々を順次通り、対面
する長円弧３８と短円弧４０の頂点が向き合ったときに
のみ真の中心４４をも通ることに留意されたい。従っ
て、各組の長円弧及び短円弧はローブ４８を形成する。
各ローブ４８の偏心度３２は０．２５ないし０．５ｍｍ
（０．０１０−０．０２０インチ）程度であるが、一層
大なる偏心度を用いてもよい。ローブ４８はジョイント
へのトルク伝達能力を提供し、必要なら、後述するよう
に、トルク伝達能力を更に高めるためにスプラインを併
用してもよい。

【００１６】改良したチューブ拡張技術は図７のローブ
付き開口を利用し、更なる特徴を付加したものである。
まず、すべての素子の開口を通って延びるチューブを排
除し、各クランクピン２４又は主ジャーナル１２、１４
が、釣合いおもりの対応するローブ付き開口内に挿入さ
れジョイントを形成するように延びた一体の管状延長部
を有する。従って、図２のクランクピン２４は表面硬化
クランクピン本体部分５０と、２つのクランクピン端部
即ち未硬化（硬化されていない）減径結合部分５２とを
有する。図３の中間主ジャーナル１４は硬化主ジャーナ
ル本体部分５４と、２つの主ジャーナル端部即ち主ジャ
ーナル本体部分と同径の未硬化結合部分５６とを有す
る。図４の端主ジャーナル１２は内ネジボア５５を備え
た硬化主ジャーナル本体部分５３と、１つの未硬化主ジ
ャーナル端部即ち減径結合部分５７とを有する。

【００１７】クランクピン又は主ジャーナルの端部を減
径端部としても、減径のない端部としても良い。第２の
改良は、機械的拡張が選択的で、ボールを通過させる管
状素子の部分のみを拡張させることである。拡張を選択
的に行なうために、本体部分５０又は５４は端部分５２
又は５６より大きな内径を有し、クランクピン又は主ジ
ャーナルを通過するボールは中間寸法を有する。即ち、
端部分の内径より大きく、本体部分の内径より小さい。
第３の改良は、ボールの単一回の通過により拡張を行う
代わりに、直径が順次増大する３つのボールを順次用い
て端部分を段階的に拡張させ、小さな力で大きな変形を
生じさせることである。第４の改良は、開口内に円周方
向又はらせん方向の溝穴の如きアンダーカットを設け
て、端部分の金属をアンダーカット（実施例では溝５
１）内へ拡張させたときに軸方向運動に抵抗することで
ある。

【００１８】図８はクランクピン２４又は主ジャーナル
１２、１４を収容するための釣合いおもり内の典型的な
開口１８、２２を示す。開口のローブ４８はそれぞれシ
ャフトの軸線に平行に延びる数個のスプライン４９を有
する。各ローブの偏心度及び各スプラインの形状が、ク
ランクピン２４又は主ジャーナリ１２、１４を組立てた
ときに、良好なトルク伝達能力を提供する。各スプライ
ン４９の高さは偏心度と同じでよい。開口１８、２２内
の円周方向溝穴５１は約０．４ｍｍ（０．０１５イン
チ）の深さ及び約０．８ｍｍ（０．０３０インチ）の幅
を有する。数個の溝穴を設けて軸方向の強度を増大させ
るとよい。

【００１９】図９（シール板を伴わずに釣合いおもり１
６に組立てられたクランクピン２４を示す図）に示すよ
うに、組立体におけるクランクピンの端部分を形成する
金属は各溝穴を満たし、軸方向に分離しないようにジョ
イントを固定する。偏心開口は約４０ロックウエルＣ硬
さに硬化せしめられ、一方、クランクピンの端部分は硬
化されず、これにより、クランクピンの端部分が偏心開
口２２に適合するように拡張するのを保証する。図９、
１０に示すように、溝穴５１はらせん形状でもよい。

【００２０】クランクピン２４は、外径が３８．１ｍｍ
（１．５インチ）で内径が２０．１ｍｍ（０．７９イン
チ）の典型的なクランクピン本体部分５０と、外径が３
１．８ｍｍ（１．２５インチ）で内径が１８．３ｍｍ
（０．７２インチ）のクランクピン端部分５２とを有
し、組立て前にクランクピン端壁の厚さが約６．６ｍｍ
（０．２６インチ）となるようにするのがよい。クラン
クピン端部分を偏心開口２２へ挿入した後、クランクピ
ン端部分の内径より約０．１３ｍｍ（０．００５イン
チ）だけ大きい直径を有する第１硬化ボールをクランク
ピン２４を通して押し込み、次いで第２及び第３のボー
ルを順次クランクピンを通して押し込む。各ボールは先
に挿通したボールの直径よりそれぞれ約０．１３ｍｍ
（０．００５インチ）だけ大きい。この結果、クランク
ピン端部分は漸進的に拡張されて偏心開口内に緊密に適
合する。クランクピン本体部分の内径は最大ボールより
大きく、このため、この本体部分は、ボールが１つのク
ランクピン端部分５２から別のクランクピン端部分へ移
動するときの案内通路としての機能を果たすが、ボール
の運動に対して抵抗を与えない。中間主ジャーナル１４
は、その端部分５６の壁厚が約８．４ｍｍ（０．３３イ
ンチ）となるように一層大なる直径を有するとよい。中
間主ジャーナルの端部分５６は中央開口１８へ挿入され
た後に、順次直径の増大する複数のボールにより拡張せ
しめられる。

【００２１】拡張のために２個以上のボールを使用する
ことにより、一層大なる変形を達成でき、端部分にボー
ルを押し込む力は小さくて済む。この構成のため、拡張
させたい部分の内径をボールの直径より小さくし、拡張
させたくない部分の内径をボールの直径より大きくする
ことにより、管状素子を選択的に拡張させることができ
る。従って、管状シャフトの両端を拡張させる必要がな
い。端主ジャーナル１２は一方の主ジャーナル端部分５
７のみにより外側釣合いおもり１６に取り付けられ、従
って、この一方の端部分のみを小さな内径にしてボール
で拡張させればよい。小さな内径は管状シャフトの任意
の位置に設けることができることは明らかで、それ故、
管状シャフトの一端に加えてまたは一端の代わりに、両
端部の中間に設けてもよい。

【００２２】クランクシャフト１０の組立てにおいて、
部品の組立て順序にはいくつかの随意性がある。例え
ば、クランクシャフト１０の一端から組立てを開始し、
組立て順に従って部品を付加し、取付具を用いて各部品
を適所に保持し、各部分、例えばクランクピン２４及び
これに関連する釣合いおもり１６を組立てるときに端部
分を拡張させてジョイントを完成させることができる。
代わりに、ジョイントを完成させる前に端部分を対応す
る開口内に挿入した状態で各部品を取付具内に配置して
もよい。図１１を参照すると、ジョイントが完成した状
態でのクランクピン２４とその連接棒６２（ローラ軸受
（図示せず）を伴う）とこれらに関連する釣合いおもり
１６との副組立体６０を組立てることも可能である。次
いで、取付具６４内で副組立体６０を方位決めし、主ジ
ャーナル１２、１４を設置することにより、複数の副組
立体を組合せる。位置決め部材６５はクランクシャフト
部品の種々の部分に係合し、正確な方位決め及び整合を
確立する。連接棒６２の自由端は位置決めロッド６８に
より固定位置に保持され、クランクピン２４の相対角度
を正確に制御する。中間主ジャーナル１４の端部分が釣
合いおもり１６の中央開口１８内に挿入されている場合
でさえも、これら端部分はまだ固定されず、取付具６４
により必要に応じてクランクピン２４の角度を調整でき
る。次いで、副組立体を適正に方位決めし整合させたと
きに、主ジャーナル１２、１４の端部分を拡張させ、ジ
ョイントを完成させる。

【００２３】図１１に示す取付具６４内にある間に主ジ
ャーナル１２、１４を拡張させるためには、各ボール５
８をそれぞれ単一回だけすべての主ジャーナルを通過さ
せるのが好ましい。主ジャーナル１２、１４はクランク
ピン２４に隣接する軸方向の空間により離間せしめられ
ているので、（一位置を二点鎖線で示す）取付具７０を
設けて、空間を橋渡し、ボールのための通路を提供す
る。この取付具７０の別の機能は一方の主ジャーナルか
ら他方の主ジャーナルへ軸方向の力を伝達することであ
る。これにより、各主ジャーナルの軸方向の成長を阻止
するためのクランプ力を端主ジャーナル１２の外端に加
えることができ、中間主ジャーナル１４へ伝達すること
ができる。

【００２４】図１２は取付具７０を示し、この取付具は
軸線にそって相対摺動でき一端に共働する傾斜面即ちく
さび面７６を有する第１及び第２板７２、７４を具備す
る。他端において、板７２は六角ヘッドボルト８０を収
容するための開口を備えた横断方向に延びるヘッド７８
を有する。他方の板７４はボルト８０のネジ端部を収容
するための内ネジボア８３を備えた本体８２を有する。
ボルト８０はその軸線が傾斜面に平行になるように位置
決めされ、ボルト８０を回転させることにより、傾斜面
に沿って板を摺動させ、板７２、７４の相対位置を制御
する。板７４とヘッド７８との間でボルト８０のまわり
に位置したバネ８１はボルトを緩めたときに解除方向へ
板７４を押圧する。（ボルト９０はプロトタイプの取付
具７０に使用され、取付具の製造には空気圧作動リニア
アクチュエータが好ましい。）一端における板７２、７
４の外面８４は平行で摺動期間中もこの状態を維持し、
外面８４の間隔だけが変化する。外面８４間の最小間隔
（二点鎖線で示す）において、取付具７０は開口１８に
沿って釣合いおもり１６間の空間内へ挿入される。この
位置において、ボルト８０を回転させて外面８４の間隔
を増大させ、取付具７０を拡張させて釣合いおもり１６
及び中間主ジャーナル１４の端部に緊密に当接させる。
設置したときに主ジャーナル１２、１４の軸線に整合す
る各板７２、７４のボア８６は、一方の主ジャーナルか
ら他方の主ジャーナルへ移動するときのボール５８の通
過を許容する。従って、ボア８６はボール５８より大き
いが、外面８４が主ジャーナル１２、１４の端部に係合
するのを保証するのに十分な程度に小さい。

【００２５】取付具７０を主ジャーナルの端部間で各空
間内に設置した場合、端主ジャーナル１２の外端に加え
られるクランプ力はすべての主ジャーナル１２、１４及
び取付具７０を介して長手方向に作用する。クランプ力
は上記米国特許第４，８３５，８３２号明細書に開示さ
れたものと類似の機械的又は液圧的装置により加えても
よい。

【００２６】あるクランクシャフトジョイントは拡張に
より結合でき、他のジョイントは別の方法で結合できる
ことが明らかである。例えば、クランクピン２４の端部
は釣合いおもり１６上へ拡張してもよいし、主ジャーナ
ル１２、１４は釣合いおもりに圧入してもよい。また、
この逆でもよい。代わりに、主ジャーナル１２、１４及
び釣合いおもり１６をユニットとして鋳造又は鍛造し、
クランクピン２４を別個に形成して、拡張によりユニッ
トに結合してもよい。

【００２７】別個に機械加工した主ジャーナル１２、１
４及びクランクピン２４からクランクシャフト１０を形
成する利点は、４ストロークエンジンのためのクランク
シャフト内の改善したオイル通路配列にある。図１３、
１４に示すように、一対の釣合いおもり１６はクランク
ピン２４により偏心開口２０内のクランクピン端部分５
２に接続され、主ジャーナル１２、１４のそれぞれの主
ジャーナル端部分５７、５６は軸方向の中央開口１８内
に組立てられている。主ジャーナル１２、１４及びクラ
ンクピン２４は減径端部分５７、５６、５２を有し、減
径端部分と本体部分５３、５４、５０との接合面に肩部
９０を有する。環状主ジャーナル溝穴９２は主ジャーナ
ル１２、１４の各肩部９０に形成され、主ジャーナルの
軸線と同心になっている。各主ジャーナル溝穴９２は隣
接する釣合いおもり１６の面により一側で閉じられ、閉
じた環状通路を形成する。各主ジャーナル１２、１４は
主ジャーナル本体部分５４又は５３のまわりに円周方向
の主ジャーナル溝穴９４を有し、この溝穴はシリンダブ
ロックのオイルギャラリー（図示せず）からの加圧オイ
ルを受取る。内側の短い主ジャーナル通路９６は主ジャ
ーナルの軸線に平行な短いボア９８と、各主ジャーナル
の環状主ジャーナル溝穴９２と対応する円周方向の主ジ
ャーナル溝穴９４とを結ぶ短い半径方向の主ジャーナル
ボア１００とを有する。それぞれの環状溝穴９２、１０
０は釣合いおもり１６の両側で重なり、釣合いおもりの
面に垂直に釣合いおもりを貫通する釣合いおもりボア１
０８により相互連結される。クランクシャフトの設計の
必要上、環状溝穴９２、１０２が重ならずに半径方向に
離間している場合は、釣合いおもり１６を貫通する対角
線釣合いおもりボア１０８を設けるとよい。いずれの場
合も、オイルギャラリーにより主ジャーナル溝穴９４へ
供給されたオイルは主ジャーナル通路９６、環状主ジャ
ーナル溝穴９２、釣合いおもりボア１０８、環状クラン
クピン溝穴１０２及びクランクピン通路１０４を通して
クランクピンポート１０６へ送られ、連接棒軸受（図示
せず）を潤滑する。肩部９０の環状溝穴９２、１０２の
ため、釣合いおもりボア１０８は主ジャーナル１２、１
４及びクランクピン２４の任意の方位において環状溝穴
に連通し、クランクシャフト１０の部品の組立てを容易
にする。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るクランクシャフトの側
面図である。

【図２】図１のクランクシャフトのクランクピンの縦断
面図である。

【図３】図１のクランクシャフトの中間主ジャーナルの
縦断面図である。

【図４】図１のクランクシャフトの端主ジャーナルの縦
断面図である。

【図５】図１のクランクシャフトの釣合いおもりの端面
図である。

【図６】図１のクランクシャフトのシール板の側面図で
ある。

【図７】図５の釣合いおもりの開口に使用する３ローブ
付き輪郭の模式図である。

【図８】図５の釣合いおもりの一部の斜視図で、図７の
３ローブ付き開口の詳細を示す図である。

【図９】釣合いおもりに組立てたクランクピンの縦断面
図である。

【図１０】クランクピンを取外した状態の図９の釣合い
おもりの断面図である。

【図１１】組立て方法の一実施例を示すクランクシャフ
ト組立体取付具及びクランクシャフトの一部の斜視図で
ある。

【図１２】図１１の取付具に使用する組立体取付具の側
面図である。

【図１３】オイル通路を備えたクランクシャフトの一部
の縦断面図である。

【図１４】図１３のクランクシャフトのジャーナルの斜
視図である。

【符号の説明】

１０ クランクシャフト １２、１４ 主ジャーナル １６ 釣合いおもり（クランクアーム） １８、、２０、２２ ボア ２４ クランクピン ２６ 溝穴 ２８ シール板 ４８ ローブ ４９ スプライン ５０、５３、５４ 本体部分 ５１ くぼみ ５２、５６、５７ 結合部分 ５８ ボール ６０ 副組立体 ６２ 連接棒 ７０ 取付具 ８６ ボア ９０ 肩部 ９２、１０２ 溝穴 ９８ ボア １００ ボア １０４ 通路 １０６ ポート １０８ ボア

フロントページの続き (72)発明者 ロイ・グレン・ケイウッド アメリカ合衆国ミシガン州49285，スト ックブリッジ，マククリーリィ・ロード 12801 (56)参考文献 特開 平１−164811（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−272313（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−177822（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−138162（ＪＰ，Ｕ)

Claims (25)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シャフトにおいて、 奇数個のローブ（４８）を持つローブ状の横断面形状で
   硬化表面を有するボア（１８、２２）を具備する第１部
   材（１６）と、表面硬化本体部分（５３、５４、５０）
   及び未硬化結合部分（５７、５６、５２）を有する管状
   シャフト（１２、１４、２４）とを備え；当該未硬化結
   合部分の管が当該表面硬化本体部分の管内径より小さな
   内径を有し、該未硬化結合部分の外形が前記ボアに実質
   上適合する形状を有し、前記第１部材に固定されている
   ことを特徴とするシャフト。
2. 【請求項２】 前記ボア（１８、２２）が、このボアか
   らの前記結合部分（５７、５６、５２）の引き抜きに対
   する抵抗を提供するために、前記管状シャフト（１２、
   １４、２４）の材料で実質上満たされた少なくとも１つ
   のみぞ（５１）を当該ボアの表面に具備したことを特徴
   とする請求項１のシャフト。
3. 【請求項３】 前記ボア（１８、２２）が少なくとも１
   つの前記ローブ（４８）内に少なくとも１つのスプライ
   ン（４９）を具備したことを特徴とする請求項１又は２
   のシャフト。
4. 【請求項４】 シャフトをエンジンのクランクシャフト
   （１０）とし、前記第１部材を釣合いおもり（１６）と
   し、前記ボアを当該クランクシャフトの回転軸線に実質
   上整合した中央ボア（１８）とし、前記管状シャフトを
   主ジャーナル（１２、１４）とし；当該中央ボアへの前
   記結合部分（５７、５６）の取り付けにより、当該主ジ
   ャーナルと当該釣合いおもりとの間のトルク伝達を可能
   にしたことを特徴とする請求項１、２又は３のシャフ
   ト。
5. 【請求項５】 シャフトをエンジンのクランクシャフト
   （１０）とし、前記第１部材を釣合いおもり（１６）と
   し、前記ボアを当該クランクシャフトの回転軸線から半
   径方向に離間した偏心ボア（２２）とし、前記管状シャ
   フトをクランクピン（２４）としたことを特徴とする請
   求項１、２又は３のシャフト。
6. 【請求項６】 前記主ジャーナル（１４）が第２結合部
   分（５２）を有し、シャフトが前記クランクシャフトの
   回転軸線上に実質上位置した中心を有するディスク状の
   シール板（２８）を有し、当該シール板が当該主ジャー
   ナルの当該第２結合部分の形状に実質上適合するシール
   板ボアを有することを特徴とする請求項４又は５のシャ
   フト。
7. 【請求項７】 前記クランクシャフトの回転軸線に実質
   上整合した複数個の主ジャーナル（１２、１４）を備
   え；当該主ジャーナル間に位置し当該クランクシャフト
   の回転軸線から離間した長手軸線を有する複数個の管状
   クランクピン（２４）を備え；当該各クランクピンが表
   面硬化本体部分（５０）と１以上の未硬化結合部分（５
   ２）とを有し；当該各未硬化結合部分の管が当該本体部
   分の管の内径より小さな内径を有し；前記クランクシャ
   フトの回転軸線に実質上整合し主ジャーナル（１２、１
   ４）の結合部分（５７、５６）を収容するための中央開
   口（１８）をそれぞれ有する複数個の釣合いおもり（１
   ６）を備え、当該釣合いおもりが、これらの釣合いおも
   りと対応する前記主ジャーナルとの間でトルク伝達を行
   うために当該主ジャーナルの結合部分に固定されてお
   り；前記各釣合いおもり内の偏心ボア（２２）がクラン
   クピン（２４）に隣接していて、当該クランクピンの結
   合部分（５２）を収容するようになっていることを特徴
   とする請求項５のシャフト。
8. 【請求項８】 前記各主ジャーナル（１２、１４）及び
   これに関連する前記釣合いおもりの中央ボア（１８）が
   前記クランクシャフトに沿って回転トルクを伝達するた
   めの緊密に嵌合したスプラインジョイント（４９）を有
   することを特徴とする請求項７のシャフト。
9. 【請求項９】 前記各釣り合いおもり（１６）の中央ボ
   ア（１８）が、それぞれ少なくとも１つのスプライン
   （４９）を具備した奇数個のローブ（４８）を持つロー
   ブ形状の横断面を有し硬化表面を有し；前記各主ジャー
   ナル（１２、１４）が表面硬化主ジャーナル本体部分
   （５３、５４）と、未硬化主ジャーナル結合部分（５
   ７、５６）とを有し；当該各主ジャーナル結合部分が関
   連する中央ボア内に嵌合していて、当該中央ボアの形状
   に実質上適合する形状を有し；該各主ジャーナル結合部
   分の管が関連する前記主ジャーナル本体部分の管の内径
   より小さな内径を有することを特徴とする請求項７又は
   ８のシャフト。
10. 【請求項１０】 前記各中央ボア（１８）が、この中央
    ボアからの前記主ジャーナル結合部分（５７、５６）の
    引き抜きに対する抵抗を提供するために、当該主ジャー
    ナル結合部分の材料で実質上満たされた少なくとも１つ
    のみぞ（５１）を当該中央ボアの表面に具備したことを
    特徴とする請求項９のシャフト。
11. 【請求項１１】 前記各釣合いおもり（１６）が前記ク
    ランクシャフトの回転軸線上に実質上位置する中心を持
    つ実質上円形の軸方向横断面を呈しており；前記クラン
    クピン（２４）の少なくとも１つがシール板（２８）を
    担持しており、当該各シール板が前記クランクシャフト
    の回転軸線上に実質上位置する中心を持つ実質上円形の
    軸方向横断面を呈し、当該クランクピンに嵌合してこれ
    に固定された偏心ボア（２０）を有し；該各シール板及
    び釣合いおもりが円周方向に延びたシール溝穴（２６）
    を有することを特徴とする請求項７ないし１０のいずれ
    かに記載のシャフト。
12. 【請求項１２】 前記各主ジャーナル（１２、１４）の
    本体部分及び前記クランクピン（２４）が当該主ジャー
    ナルの結合部分の外径より大きな外径を有していて、当
    該本体部分と当該結合部分との接合面において肩部（９
    ０）を提供し、もって該結合部分が対応する前記中央ボ
    ア（１８）及び偏心ボア（２０）に嵌合し当該肩部（９
    ０）が前記釣合いおもり（１６）に当接するようになっ
    ており；該主ジャーナル及びクランクピンの１以上の前
    記肩部（９０）が環状オイル通路を提供する環状溝穴
    （９２、１０２）を有し、これらの環状オイル通路が、
    前記クランクシャフトの回転軸線に実質上平行に１以上
    の同主ジャーナル及びクランクピンに形成されたオイル
    導管（９８、１０４）、これらオイル導管と同主ジャー
    ナル及びクランクピンの外周面との間の半径方向通路
    （１００、１０６）、及び前記各釣合いおもり内に形成
    され同釣合いおもりに関連する各主ジャーナル及び各ク
    ランクピンの当該環状オイル通路を相互連結する釣合い
    おもり通路（１０８）に連通していて、該主ジャーナル
    の外周面からこれに隣接するクランクピンの外周面への
    連続的なオイル経路を提供することを特徴とする請求項
    １１のシャフト。
13. 【請求項１３】 前記各釣合いおもり通路（１０８）が
    前記クランクシャフトの回転軸線に実質上平行となって
    いることを特徴とする請求項１１のシャフト。
14. 【請求項１４】 部材に管状素子を嵌合する方法におい
    て、 奇数個のローブ（４８）を有するローブ状の横断面形状
    を持つボア（１８、２０）を備えた第１部材（１６）を
    提供する工程と；管状の本体部分（５３、５４、５０）
    と、この本体部分の管の内径より小さな内径を有し、前
    記第１部材のボア内に嵌合するようになった管状の結合
    部分（５７、５６、５２）とを具備する管状素子（１
    ２、１４、２４）を提供する工程と；前記結合部分を前
    記ボア内へ挿入する工程と；前記管状素子のいずれかの
    端部にクランプ力を作用させることにより、当該管状素
    子の伸びを抑制する抑制工程と；前記結合部分の内径よ
    り大きく前記本体部分の内径より小さい直径を有する少
    なくとも１つの硬化ボール（５８）を当該結合部分を通
    して押し込むことにより、前記第１部材のボア内でしま
    り嵌めするように該結合部分を拡張させる拡張工程と；
    を有することを特徴とする嵌合方法。
15. 【請求項１５】 前記拡張工程が、前記結合部分を段階
    的に拡張させるように、順次直径が増大する複数個の前
    記硬化ボールを当該結合部分を通して順次押し込む工程
    を有することを特徴とする請求項１４の方法。
16. 【請求項１６】 前記ボア（１８、２０）の表面に円周
    方向の溝穴（５１）を形成する工程を有し；前記結合部
    分が当該ボア内で軸方向運動できないように当該溝穴内
    で拡張せしめられることを特徴とする請求項１４又は１
    ５の方法。
17. 【請求項１７】 前記ボアの表面にスプライン（４９）
    を形成する工程を有し；前記結合部分が当該ボア内で回
    転できないように当該スプライン内へ拡張せしめられる
    ことを特徴とする請求項１４、１５又は１６の方法。
18. 【請求項１８】 嵌合方法が管状素子を複数個の離間し
    た部材に嵌合するようになっており、当該各部材が奇数
    個のローブを持つローブ形状の横断面を有するボア（１
    ８、２０）を具備し； 前記本体部分の内径より小さな内径を有する少なくとも
    １つの前記管状素子に第１結合部分及び第２結合部分を
    形成する工程と；少なくとも２つの前記部材を共通の軸
    線上で整合させる工程と；それぞれの前記結合部分を対
    応する前記ボア内へ挿入する工程と；少なくとも２つの
    前記結合部分を順次拡張させるように当該少なくとも２
    つの結合部分を通して前記硬化ボール（５８）を順次押
    し込む工程と；を有することを特徴とする請求項１４な
    いし１７のいずれかに記載の方法。
19. 【請求項１９】 前記少なくとも２つの結合部分（５
    ６、５２）が前記管状素子（１４、２４）の第１結合部
    分及び第２結合部分であることを特徴とする請求項１８
    の方法。
20. 【請求項２０】 前記少なくとも２つの結合部分が別個
    の離間した管状素子（１２、１４、２４）上に設けら
    れ、これら管状素子間の間隔を前記各ボール（５８）よ
    り僅かに大きな通路（８６）を有する取付具（７０）が
    橋渡し；前記抑制工程が一方の管状素子から他方の管状
    素子へクランプ力を伝達するようにこれら管状素子間で
    当該取付具を強固に取り付ける工程を有し；１つの結合
    部分から別の結合部分へ前記各ボールを押し込む工程
    が、当該各ボールを前記取付具の前記通路を通過させる
    工程を有することを特徴とする請求項１８の方法。
21. 【請求項２１】 嵌合方法がエンジンのクランクシャフ
    トを組立てるのに適しており、各部材を釣合いおもり
    （１６）とし、当該各部材のボアをクランクシャフトの
    回転軸線から離間した軸線上に中心を有する偏心ボアと
    し；複数個の管状素子を設け、各管状素子をクランクピ
    ン（２４）とし； 前記各釣合いおもり内に中央ボア（１８）を提供し、複
    数個の主ジャーナル（１２、１４）を提供する工程を有
    し、当該各主ジャーナルが少なくとも１つの中央ボア内
    に嵌合していることを特徴とする請求項１８、１９又は
    ２０の方法。
22. 【請求項２２】 奇数個のローブ（４８）を持つローブ
    形状の横断面を呈する中央ボアを前記各釣合いおもり内
    に形成する工程と、主ジャーナル本体部分（５３、５
    ４）と対応する前記中央ボア内に嵌合するようになった
    結合部分（５７、５６）とを前記各主ジャーナル上に形
    成する工程とを有し；前記各主ジャーナルを対応するボ
    ア内へ取り付ける工程が、前記主ジャーナル結合部分を
    対応する中央ボア内へ挿入する工程と、当該主ジャーナ
    ルのいずれかの端部に長手方向のクランプ力を作用させ
    ることにより同主ジャーナルを伸びないように抑制する
    工程と、前記主ジャーナル結合部分の内径より大きく前
    記主ジャーナル本体部分の内径より小さい直径を有する
    少なくとも１つの硬化ボール（５８）を前記主ジャーナ
    ルを通して押し込むこよにより、前記中央ボア内で当該
    主ジャーナル結合部分を拡張させる工程とを有すること
    を特徴とする請求項２１の方法。
23. 【請求項２３】 嵌合方法がエンジンのクランクシャフ
    トを組立てるのに適しており、各部材を釣合いおもり
    （１６）とし、当該各釣合いおもりのボアをクランクシ
    ャフトの回転軸線上に実質上位置した中央ボア（１８）
    とし；複数個の管状素子を設け、各管状素子を主ジャー
    ナル（１２、１４）とし； 前記各釣合いおもり及び１以上のクランクピン（２４）
    内に偏心ボア（２２）を提供する工程を有し、当該各ク
    ランクピンが対応する当該偏心ボア内に嵌合しているこ
    とを特徴とする請求項１８、１９又は２０の方法。
24. 【請求項２４】 前記クランクシャフトが対応するクラ
    ンクピン（２４）に取り付けた複数個の連接棒（６２）
    を有し； 連接棒、クランクピン及び釣合いおもり（１６）の副組
    立体（６０）を組立てる工程と；クランクピンを適当な
    角度とするように複数個の副組立体を方位決めする方位
    決め工程と；前記主ジャーナルを当該釣合いおもりに嵌
    合する工程と；を有することを特徴とする請求項２１、
    ２２又は２３の方法。
25. 【請求項２５】 前記方位決め工程が、前記中央ボア
    （１８）を所定の軸線上に位置させるように前記各副組
    立体を位置決めする工程と；当該各副組立体のための適
    当な角度に対応する所定の位置に前記各連接棒（６２）
    の自由端を位置決めする工程と；を有することを特徴と
    する請求項２４の方法。