JP4080291B2 - 組立式クランクシャフト - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、組立式クランクシャフトに関し、特にクランクシャフトのクランクピンとクランクシャフトのクランクウエブとを圧入により組立てられる前記組立式クランクシャフトに関する。
【０００２】
【従来技術】
従来の圧入により組立てられる組立式クランクシャフトは、互いに対向して保持された一対のクランクシャフト（クランクシャフトウエブ）間に、予めコンロッド等の部品を組み込んだ中空のクランクピンを配置し、前記両クランクシャフト（クランクシャフトウエブ）を互いに近接移動させることで、該クランクシャフトのピン孔に前記中空クランクピンを比較的軽く圧入させて、その後、該中空クランクピンの両側から該中空クランクピンの中空孔内径よりやや大径の円柱状のピース部材（プラグ部材）を圧入させるようにしている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭６０−３７４１１号公報（第１頁および第２頁、第２図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来の特許文献１に記載された組立式クランクシャフトは、図６に図示されるように、互いに対向して保持された一対のクランクシャフト０２，０２の間に、予めコンロッド０４等の部品が組込まれた中空のクランクピン０１が配置され、前記両クランクシャフト０２，０２が互いに近接移動されることで、前記クランクシャフト０２，０２のピン孔０２a，０２aに前記中空クランクピン０１の両端が比較的軽く圧入されて、該圧入がなされた後、前記中空クランクピン０１の両側から該クランクピン０１の中空孔０１aの内径よりやや大径の円柱状のピース部材０３，０３が圧入される構造を備えるものである。
【０００５】
ところで、前記圧入により組立てられる従来の組立式クランクシャフトは、該クランクシャフトのピン孔への中空のクランクピンの圧入が比較的軽嵌合によりなされており、実質的な圧入代は小さくなるようになされていて、これにより該圧入による組立段階においては、該組立によるクランクシャフトの変形が最小限に止まるようになされており、前記組立後に、前記中空のクランクピンの中空孔にその両端からピース部材（プラグ部材）を圧入させることで、前記中空のクランクピンの外径が膨出されて前記クランクシャフトのピン孔内周面に所要の面圧を与えて強固な固定状態を得るものである。
【０００６】
そして、前記の組立構造によると、実質的な組立式クランクシャフトの圧入による固定は、前記中空のクランクピンの中空部内に圧入される前記ピース部材（プラグ部材）が与える前記クランクシャフトのピン孔内周面への面圧に依存することになるから、前記ピース部材は該面圧の十分な付与のために所定の長さを持つことが保証されなければならない。
【０００７】
ところが、大型機種のエンジンにおいては、一般にそのクランクピンの剛性が高いのが普通であり、このような状態であると、前記の組立における中空のクランクピンの中空孔内への前記ピース部材（プラグ部材）の圧入、すなわち、長いピース部材の前記中空孔内への圧入は、その圧入荷重が過大となることから相当の困難を要することであり、また、過大な圧入荷重は組立式クランクシャフトの圧入変形をもたらすことから、該変形の矯正のための工程を要することになりその生産性を低下させることになる。
【０００８】
さらに、４ストロークサイクルエンジンにおいては、前記クランクシャフトのピン孔が潤滑油の通路として使用されることから、前記長いピース部材の使用は該潤滑油のための通路設定に課題を残すことになる。
【０００９】
また、前記長いピース部材の使用は、クランクピンの重量を増加せしめ、該クランクピンの重量増加はカウンターウエイトの増加を招き、結果として、エンジン運転時の該エンジンにおける応力の増加と、該エンジン高速回転時の振動の増大をもたらすことになる。
【００１０】
そこで、従来の組立式クランクシャフトにおける上述した問題点の解消のための適切な対策が望まれるところであるが、未だ格別の良策が見出せないというのが実状である。
【００１１】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
本発明は、前記問題点を解決するための前記組立式クランクシャフトにおける改良構造、特に前記組立式クランクシャフトの組立における生産性の向上と、該クランクシャフトにおけるクランクピンの組立てにおけるプラグ部材の改良に視点をおいた前記クランクシャフトの改良構造に関し、別部材として作成されたクランクシャフトとクランクピンとからなり、クランクシャフトのクランクウエブに設けられたピン孔に前記クランクピンが圧入されることで一体に組立形成される組立式クランクシャフトにおいて、前記クランクピンは、内部に潤滑油通路を形成した中空部材とされ、前記ピン孔の内周面に、前記潤滑油通路と連通する開口が設けられ、該クランクピンが前記クランクウエブに設けられたピン孔に通常の圧入代をもって圧入されてから、前記クランクピンの中空孔端部に、前記クランクウエブの厚さより短い所定の長さのプラグ部材が圧入され、前記クランクウエブをその上下方向で屈曲変形させるとともに、前記プラグ部材と前記開口とが、前記ピン孔の軸方向幅内で隣接して設けられ、前記クランクピンの中空孔端部に圧入される前記プラグ部材が、その横断面形状が長径方向と短径方向をもつ非円形であり、該横断面形状における長径方向が、前記クランクウエブの径方向と一致するような関係において前記圧入がなされていることを特徴とする。
【００１２】
請求項１に記載の発明では、別部材として作成されたクランクシャフトとクランクピンとからなり、クランクシャフトのクランクウエブに設けられたピン孔に前記クランクピンが圧入されることで一体に組立形成される組立式クランクシャフトにおいて、前記クランクピンは中空部材とされ、該クランクピンが前記クランクウエブに設けられたピン孔に通常の圧入代をもって圧入されてから、該クランクピンの中空孔端部に前記クランクウエブの厚さより短い所定の長さのプラグ部材が圧入され前記クランクウエブをその上下方向で屈曲変形させるものであるから、前記クランクピンと前記クランクウエブのピン孔との圧入がその圧入代により十分強固になされ、その分前記プラグ部材の長さを短くすることができ、該プラグ部材の圧入時における圧入荷重は軽減されるので、該プラグ部材の前記圧入は容易となり、その圧入時における前記圧入荷重が比較的小さいことから該圧入による前記クランクシャフトの変形が抑えられ、生産性の高い組立式クランクシャフトが得られ、また、該プラグの長さが短いことから該プラグが潤滑のための油通路の設定の障害となることはない。
そして、前記クランクピンの中空孔端部に圧入される前記プラグ部材が、その横断面形状が長径方向と短径方向をもつ非円形であり、該横断面形状における長径方向が、前記クランクウエブの上下方向と一致するような関係において前記圧入がなされるようにすることによって、前記クランクピンの圧入時に生じたクランクウエブの変形が、該プラグ部材の圧入により矯正され、また、該プラグ部材の圧入により前記クランクピンが前記クランクウエブの上下方向において膨出変形するので、前記クランクピンのクランクウエブへの圧入部におけるスリップ阻止力が増大し、該圧入部における前記両者間の相対的な滑りの発生が解消される。
【００１３】
請求項２に記載の発明では、前記クランクピンの中空孔端部に圧入される前記プラグ部材の前記所定の長さが、前記クランクウエブの厚さの略２分の１以下であるから、該プラグ部材の圧入に要する圧入荷重は軽減され、該プラグ部材の圧入は容易であり、該圧入による前記クランクシャフトの変形が抑えられ、また、該プラグ部材が潤滑のための油通路の設定に障害となることはなく、さらに、クランクピンの重量の増大が抑制されるのでカウンターウエイトの増大が抑えられ、エンジン高速運転時等の振動の増大も抑制される。
【００１５】
請求項３に記載の発明では、前記ピン孔へのクランクピンの圧入による前記クランクウエブの屈曲変形は、前記クランクウエブがその径方向から外れるハの字型への変形であり、前記クランクピンの中空孔端部への前記プラグ部材の圧入による変形は、前記クランクウエブの前記ハの字型への変形を矯正する変形であることから、ピン孔へのクランクピンの圧入によるクランクウエブのハ字型変形が、クランクピンの中空孔端部へのプラグ部材の圧入による変形により矯正され、したがって、クランクピンの中空孔端部へのプラグ部材の圧入が結果的にハ字型変形矯正を行うことになる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施態様を図面の記載に基づき説明する。
【００１７】
図１において、Aはクランクシャフトを示しており、該クランクシャフトAは、クランクピン１と、クランクウエブ２とからなり、前記クランクピン１は所定の外径と長さを有し、中空孔１aを有する所定の肉厚である中空部材として構成され、潤滑油のための通路部１bも備えている。
【００１８】
また、前記クランクウエブ２は、カウンターウエイト２bとジャーナル部２ｃを有し、
さらに前記中空部材からなるクランクピン１が圧入されるためのピン孔２aを備え、該ピン孔２aは、その内径が前記中空部材からなるクランクピン１の外径よりも小さくなされており、所定の圧入代、すなわち、通常採用される圧入代が与えられるものとされる。そして、潤滑油のための通路２dも備えている。
【００１９】
前記中空部材からなるクランクピン１とクランクウエブ２は、それぞれ別部材として作成され、予め所定の加工を施した後、圧入により互いに一体固定されてクランクシャフトAとして組立てられる。
【００２０】
前記組立は、予め左右一対のクランクウエブ２，２が所定の間隔をおいて配置され、該一対のクランクウエブ２，２間に予め図示しないコネクテイングロッド等が組み込まれた前記中空部材からなるクランクピン１が配置され、所定の芯出し作業等がなされた後、前記一対のクランクウエブ２，２が互いに接近させるように押圧されて、該両クランクウエブ２，２の前記ピン孔２a，２aのそれぞれに前記中空部材からなるクランクピン１の左右端が圧入されることによりなされる。前記組立のための圧入作業は所定の機械作業により行われる。
【００２１】
前記クランクウエブ２，２の前記ピン孔２a，２aへの前記中空部材からなるクランクピン１の圧入は、前記クランクウエブ２，２の前記ピン孔２a，２aの内径が前記中空部材からなるクランクピン１の外径より小さく所定の圧入代をもってなされ、前記ピン孔２a，２aの内径と中空部材からなるクランクピン１の外径との互いの寸法関係、すなわち、前記圧入代は、上述したように通常採用される程度のものとして設定される。
【００２２】
そして、前記クランクウエブ２，２の前記ピン孔２a，２aへの前記中空部材からなるクランクピン１の圧入がなされてクランクシャフトAが組立てされた後、前記圧入状態にある前記中空部材からなるクランクピン１の両端からその中空孔１aに図１に図示されるように所定の外径と長さを有する通常その横断面形状が円形の円柱状のプラグ部材３，３が圧入される。
【００２３】
前記中空のクランクピン１の中空孔１aへの前記プラグ部材３の圧入は、以下の特徴ある構造のもとになされる。すなわち、前記圧入に用いられる前記プラグ部材３は、当然の構成としてその外径が前記中空のクランクピン１の中空孔１a内径より大きくなされ、前記外径と内径の寸法関係、すなわち、圧入のための圧入代は所定のものとされ、通常採用されている圧入代が設定されてもよく、適宜調整されたものであってもよい。
【００２４】
また、該プラグ部材３の長さは短く設定され、その長さは、前記クランクウエブ２の厚みtに対して略２分の１以下となるような長さに設定され、好ましくは、前記クランクウエブ２の厚みtに対して略３分の１程度に設定される（図１参照）。
【００２５】
そして、前記プラグ部材３の長さ設定は、前記のようにクランクウエブ２の厚さtの略２分の１以下となるようになされ、より好ましくは３分の１以下となるように設定されるものであるが、該プラグ部材３の長さ設定は、以下の点が考慮されてなされるものである。
【００２６】
すなわち、上述したように、前記クランクウエブ２のピン孔２aに対するクランクピン１の圧入代が通常の圧入代とされ、これにより、既に十分に強固な圧入による固定がなされていること、また、クランクピン１の剛性が一般的に高く、とりわけ大型機種のエンジンにおいては剛性の高いクランクピン１が使用され、長いプラグ部材３の使用は前記圧入のための圧入荷重を過大なものとし、該圧入荷重の過大化はクランクウエブ２の変形等をもたらす要因となる。
【００２７】
さらに、該プラグ部材３の長さが所定長さを超えると潤滑油のための通路設定の障害となり、さらに、長いプラグ部材３の使用は、クランクピン１の重量増加を招き、結果として、カウンターウエイト２bの増加、さらにはエンジン高速運転時の振動の増大要因となる、等の上記点が考慮され、該視点から前記プラグ部材の長さ設定はなされるものである。
【００２８】
ところで、前記プラグ部材３は、前述のようにその横断面形状は円形とされているが、好ましくは図２，図３に図示されるように、その横断面形状が楕円形もしくは小判型とされたプラグ部材３A，３Bが使用される。
【００２９】
前記横断面形状楕円形のプラグ部材３Aとしては、例えば、図２に図示されるように前記クランクピン１の中空孔１a内径との寸法関係において、その短径方向d１の長さは該クランクピン１の中空孔１a内径と略等しいものとし、その長径方向d２の長さはその圧入代が５０〜１００μmとなるように設定される。
【００３０】
また、前記横断面形状小判型のプラグ部材３Bとしては、例えば、図３に図示されるように前記クランクピン１の中空孔１aの内径との寸法関係において、その短径方向d１の長さは−０．５〜１mmとされ、長径方向d２の長さはその圧入代が５０〜１００μmとなるように設定される。しかして、該プラグ部材３Bは、その圧入時に、その短径方向d１において該プラグ部材３Bと前記中空孔１aとの間に隙間が発生する恐れがあり、該隙間からの油漏れを防ぐための鍔部３bを有している。
【００３１】
なお、前記横断面形状が楕円形もしくは小判型のプラグ部材３A，３Bの長さについては、前記横断面形状円形のプラグ部材３と同様、前記クランクウエブ２の厚さtの略２分の１として設定され、好ましくは略３分の１程度に設定される。
【００３２】
そして、前記横断面形状が楕円形もしくは小判型のプラグ部材３A，３Bの採用は、前記クランクウエブ２のピン孔２aへのクランクピン１の圧入において生じた該クランクウエブ２の変形、すなわち、図４に図示されるような前記クランクピン１の前記ピン孔２aへの圧入により生じた前記クランクウエブ２の「ハの字」型への変形を矯正させる有利な作用をもたらすものである。
【００３３】
つまり、図４（a），（b）に図示されるように、前記クランクピン１の前記クランクウエブ２に設けられたピン孔２aへの圧入がなされると、該ピン孔２aの内径はその圧入口側２a１が強い矢示イ方向の押圧力を受け拡げられ、前記クランクウエブ２は該クランクピン１のその圧入口側２a１が図４（a）に図示されるような状態に曲げられ角度θ分変形されて、結果として、クランクピン１圧入後のクランクシャフトは、その左右の両クランクウエブ２，２が全体として「ハの字」型に変形されたものとなる。
【００３４】
前記クランクピン１の前記ピン孔２aへの圧入後、前記クランクピン１の中空孔１a端部への前記楕円形プラグ部材３Aもしくは小判型プラグ部材３Bの圧入作業がなされるが、該圧入作業における前記プラグ部材３Aもしくは３Bの前記中空孔１a端部への圧入において、前記プラグ部材３Aもしくは３Bのその断面における長手方向d２、すなわち、前記楕円形もしくは小判型の長径方向d２が前記クランクウエブ２の径方向、すなわち図における上下方向Zと一致するような選択がなされる。
【００３５】
そして、前記プラグ部材３Aもしくは３Bの前記中空孔１aへの圧入における前記選択により、該プラグ部材３Aもしくは３Bの前記圧入時（図４（b）参照）に、該プラグ部材３Aもしくは３Bの横断面短径方向d１側においては前記クランクピン１の中空孔１a内側が受ける膨出力は小さく、その横断面長径方向d２側における前記クランクピン１の中空孔１a内側の受ける膨出力は大きいので、前記クランクウエブ２はその横方向への押圧力に比較してその上下方向Zにおいて、とりわけ前記プラグ部材３Aもしくは３Bの圧入口１a１側の上下方向Zへの押圧力が矢示ロ方向で大きくなる。
【００３６】
したがって、前記プラグ部材３Aもしくは３Bの前記クランクピン１の中空孔１aへの圧入により発生する前記矢示ロ方向への押圧力で、前記図４（a）に図示のように変形されたクランクウエブ２は、図４（b）に図示されるように、その変形が打ち消し相殺される方向に変形され、結果として、前記プラグ部材３Aもしくは３Bの前記クランクピン１の中空孔１aへの前記圧入により、上述の前記クランクウエブ２の変形は矯正される。
【００３７】
また、前記横断面形状楕円形もしくは小判型のプラグ部材３Aもしくは３Bの前記圧入における使用は、前記クランクウエブ２の変形矯正の効果に加えて、その圧入時に前記クランクピン１に前記上下方向Zへの膨出変形をもたらし、該クランクピン１の前記膨出変形は、該クランクピン１と互いに圧入関係にあるクランクウエブ２との相対的な滑りを阻止する作用をなし、図５に図示されるようなスリップトルク特性が得られ、前記クランクピン１圧入のための大きな圧入代をとる必要性をなくすことができる。
【００３８】
図１ないし図５に図示の実施形態は前記のように構成されるので、クランクウエブ２のピン孔２aに対するクランクピン１の圧入が通常採用される圧入代をもってなされるから、該圧入は十分強固なものであり、その分プラグ部材３，３A，３Bの長さを短くすることができ、その長さはクランクウエブの厚さの略２分の１以下、好ましくは略３分の１程度とされる。
【００３９】
また、該プラグ部材３，３A，３Bの前記クランクピン１中空孔１a内端部への圧入に際し、その圧入荷重が比較的小さく設定されるから、該プラグ部材の圧入は容易であり、該圧入荷重によるクランクシャフト、とりわけ、クランクウエブの変形は防止される。
【００４０】
そして、前記プラグ部材３はその長さが短く設定されるので、前記クランクピン１の重量が小さく抑えられるから、クランクウエブのカウンターウエイト重量の増大が抑制され、結果として、エンジンの高速回転時における振動の増大が抑制される。
【００４１】
また、プラグ部材３としてその横断面形状が楕円形もしくは小判型のプラグ部材３A，３Bが使用され、その圧入が該プラグ部材３A，３Bの長径方向ｄ２をクランクウエブ２の上下方向Zと一致させてなされることにより、前記クランクピン１をクランクウエブ２のピン孔２aに圧入する際に生じたクランクウエブ２の変形は、前記楕円形もしくは小判型横断面形状のプラグ部材３A，３Bの前記クランクピン１中空孔１a内端部への圧入により矯正され、クランクシャフト組立後の該クランクシャフトの矯正作業を排除もしくは軽減することができる。
【００４２】
さらに、前記横断面形状が楕円形もしくは小判型のプラグ部材３A，３Bが使用され、その圧入が該プラグ部材３A，３Bの長径方向d２をクランクウエブ２の上下方向Zと一致させてなされるから、該圧入により前記クランクピン１が前記上下方向に膨出変形するので前記クランクピン１と互いに圧入関係にあるクランクウエブ２のピン孔２aと前記クランクピン１間の相対的な滑り止め阻止効果が増大されるので、前記圧入における圧入代を少なく設定することができる。
【００４３】
前記実施形態に換えて種々の実施形態が考えられる。
【００４４】
前記実施形態においては、クランクピンが中空部材とされているが、該クランクピンは中実部材でもよく、中実部材からなるクランクピン使用の場合には、その両端部にプラク圧入のための開口が設けられる。
【００４５】
前記実施形態においては、前記プラグ部材は中空材でその横断面形状が、円形もしくは非円形の楕円形，小判型とされたが、前記横断面形状の部材に限定されることなく適宜本発明の趣旨を逸脱することのない範囲において選択使用できるものであり、その横断面形状が、長円，多角形，四角，長方形等の部材も選択対象とされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の組立式クランクシャフトを示すもので、該クランクシャフトの組立後の状態を示す図である。
【図２】 本発明において使用するプラグ部材の横断面形状を示す図である。
【図３】 本発明において使用する他のプラグ部材の横断面形状を示す図である。
【図４】 本発明において使用するプラグ部材の圧入による作用を説明する図である。
【図５】 本発明において使用するプラグ部材の圧入による効果を示す図である。
【図６】 従来の組立式クランクシャフトの組立後の状態を示す図である。
【符号の説明】
１・・・クランクピン、１a・・・クランクピンの中空孔、１a１・・・圧入口側、１b・・・潤滑油のための通路、２・・・クランクウエブ、２a・・・ピン孔、２a１・・・圧入口側、２b・・・カウンターウエイト、２ｃ・・・ジャーナル部、２d・・・潤滑油のための通路、３・・・プラグ部材、３A・・・横断面形状楕円形のプラグ部材、３B・・・横断面形状小判型のプラグ部材、３b・・・鍔部、A・・・組立式クランクシャフト、t・・・クランクウエブの厚さ
【発明の属する技術分野】
本発明は、組立式クランクシャフトに関し、特にクランクシャフトのクランクピンとクランクシャフトのクランクウエブとを圧入により組立てられる前記組立式クランクシャフトに関する。
【０００２】
【従来技術】
従来の圧入により組立てられる組立式クランクシャフトは、互いに対向して保持された一対のクランクシャフト（クランクシャフトウエブ）間に、予めコンロッド等の部品を組み込んだ中空のクランクピンを配置し、前記両クランクシャフト（クランクシャフトウエブ）を互いに近接移動させることで、該クランクシャフトのピン孔に前記中空クランクピンを比較的軽く圧入させて、その後、該中空クランクピンの両側から該中空クランクピンの中空孔内径よりやや大径の円柱状のピース部材（プラグ部材）を圧入させるようにしている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭６０−３７４１１号公報（第１頁および第２頁、第２図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来の特許文献１に記載された組立式クランクシャフトは、図６に図示されるように、互いに対向して保持された一対のクランクシャフト０２，０２の間に、予めコンロッド０４等の部品が組込まれた中空のクランクピン０１が配置され、前記両クランクシャフト０２，０２が互いに近接移動されることで、前記クランクシャフト０２，０２のピン孔０２a，０２aに前記中空クランクピン０１の両端が比較的軽く圧入されて、該圧入がなされた後、前記中空クランクピン０１の両側から該クランクピン０１の中空孔０１aの内径よりやや大径の円柱状のピース部材０３，０３が圧入される構造を備えるものである。
【０００５】
ところで、前記圧入により組立てられる従来の組立式クランクシャフトは、該クランクシャフトのピン孔への中空のクランクピンの圧入が比較的軽嵌合によりなされており、実質的な圧入代は小さくなるようになされていて、これにより該圧入による組立段階においては、該組立によるクランクシャフトの変形が最小限に止まるようになされており、前記組立後に、前記中空のクランクピンの中空孔にその両端からピース部材（プラグ部材）を圧入させることで、前記中空のクランクピンの外径が膨出されて前記クランクシャフトのピン孔内周面に所要の面圧を与えて強固な固定状態を得るものである。
【０００６】
そして、前記の組立構造によると、実質的な組立式クランクシャフトの圧入による固定は、前記中空のクランクピンの中空部内に圧入される前記ピース部材（プラグ部材）が与える前記クランクシャフトのピン孔内周面への面圧に依存することになるから、前記ピース部材は該面圧の十分な付与のために所定の長さを持つことが保証されなければならない。
【０００７】
ところが、大型機種のエンジンにおいては、一般にそのクランクピンの剛性が高いのが普通であり、このような状態であると、前記の組立における中空のクランクピンの中空孔内への前記ピース部材（プラグ部材）の圧入、すなわち、長いピース部材の前記中空孔内への圧入は、その圧入荷重が過大となることから相当の困難を要することであり、また、過大な圧入荷重は組立式クランクシャフトの圧入変形をもたらすことから、該変形の矯正のための工程を要することになりその生産性を低下させることになる。
【０００８】
さらに、４ストロークサイクルエンジンにおいては、前記クランクシャフトのピン孔が潤滑油の通路として使用されることから、前記長いピース部材の使用は該潤滑油のための通路設定に課題を残すことになる。
【０００９】
また、前記長いピース部材の使用は、クランクピンの重量を増加せしめ、該クランクピンの重量増加はカウンターウエイトの増加を招き、結果として、エンジン運転時の該エンジンにおける応力の増加と、該エンジン高速回転時の振動の増大をもたらすことになる。
【００１０】
そこで、従来の組立式クランクシャフトにおける上述した問題点の解消のための適切な対策が望まれるところであるが、未だ格別の良策が見出せないというのが実状である。
【００１１】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
本発明は、前記問題点を解決するための前記組立式クランクシャフトにおける改良構造、特に前記組立式クランクシャフトの組立における生産性の向上と、該クランクシャフトにおけるクランクピンの組立てにおけるプラグ部材の改良に視点をおいた前記クランクシャフトの改良構造に関し、別部材として作成されたクランクシャフトとクランクピンとからなり、クランクシャフトのクランクウエブに設けられたピン孔に前記クランクピンが圧入されることで一体に組立形成される組立式クランクシャフトにおいて、前記クランクピンは、内部に潤滑油通路を形成した中空部材とされ、前記ピン孔の内周面に、前記潤滑油通路と連通する開口が設けられ、該クランクピンが前記クランクウエブに設けられたピン孔に通常の圧入代をもって圧入されてから、前記クランクピンの中空孔端部に、前記クランクウエブの厚さより短い所定の長さのプラグ部材が圧入され、前記クランクウエブをその上下方向で屈曲変形させるとともに、前記プラグ部材と前記開口とが、前記ピン孔の軸方向幅内で隣接して設けられ、前記クランクピンの中空孔端部に圧入される前記プラグ部材が、その横断面形状が長径方向と短径方向をもつ非円形であり、該横断面形状における長径方向が、前記クランクウエブの径方向と一致するような関係において前記圧入がなされていることを特徴とする。
【００１２】
請求項１に記載の発明では、別部材として作成されたクランクシャフトとクランクピンとからなり、クランクシャフトのクランクウエブに設けられたピン孔に前記クランクピンが圧入されることで一体に組立形成される組立式クランクシャフトにおいて、前記クランクピンは中空部材とされ、該クランクピンが前記クランクウエブに設けられたピン孔に通常の圧入代をもって圧入されてから、該クランクピンの中空孔端部に前記クランクウエブの厚さより短い所定の長さのプラグ部材が圧入され前記クランクウエブをその上下方向で屈曲変形させるものであるから、前記クランクピンと前記クランクウエブのピン孔との圧入がその圧入代により十分強固になされ、その分前記プラグ部材の長さを短くすることができ、該プラグ部材の圧入時における圧入荷重は軽減されるので、該プラグ部材の前記圧入は容易となり、その圧入時における前記圧入荷重が比較的小さいことから該圧入による前記クランクシャフトの変形が抑えられ、生産性の高い組立式クランクシャフトが得られ、また、該プラグの長さが短いことから該プラグが潤滑のための油通路の設定の障害となることはない。
そして、前記クランクピンの中空孔端部に圧入される前記プラグ部材が、その横断面形状が長径方向と短径方向をもつ非円形であり、該横断面形状における長径方向が、前記クランクウエブの上下方向と一致するような関係において前記圧入がなされるようにすることによって、前記クランクピンの圧入時に生じたクランクウエブの変形が、該プラグ部材の圧入により矯正され、また、該プラグ部材の圧入により前記クランクピンが前記クランクウエブの上下方向において膨出変形するので、前記クランクピンのクランクウエブへの圧入部におけるスリップ阻止力が増大し、該圧入部における前記両者間の相対的な滑りの発生が解消される。
【００１３】
請求項２に記載の発明では、前記クランクピンの中空孔端部に圧入される前記プラグ部材の前記所定の長さが、前記クランクウエブの厚さの略２分の１以下であるから、該プラグ部材の圧入に要する圧入荷重は軽減され、該プラグ部材の圧入は容易であり、該圧入による前記クランクシャフトの変形が抑えられ、また、該プラグ部材が潤滑のための油通路の設定に障害となることはなく、さらに、クランクピンの重量の増大が抑制されるのでカウンターウエイトの増大が抑えられ、エンジン高速運転時等の振動の増大も抑制される。
【００１５】
請求項３に記載の発明では、前記ピン孔へのクランクピンの圧入による前記クランクウエブの屈曲変形は、前記クランクウエブがその径方向から外れるハの字型への変形であり、前記クランクピンの中空孔端部への前記プラグ部材の圧入による変形は、前記クランクウエブの前記ハの字型への変形を矯正する変形であることから、ピン孔へのクランクピンの圧入によるクランクウエブのハ字型変形が、クランクピンの中空孔端部へのプラグ部材の圧入による変形により矯正され、したがって、クランクピンの中空孔端部へのプラグ部材の圧入が結果的にハ字型変形矯正を行うことになる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施態様を図面の記載に基づき説明する。
【００１７】
図１において、Aはクランクシャフトを示しており、該クランクシャフトAは、クランクピン１と、クランクウエブ２とからなり、前記クランクピン１は所定の外径と長さを有し、中空孔１aを有する所定の肉厚である中空部材として構成され、潤滑油のための通路部１bも備えている。
【００１８】
また、前記クランクウエブ２は、カウンターウエイト２bとジャーナル部２ｃを有し、
さらに前記中空部材からなるクランクピン１が圧入されるためのピン孔２aを備え、該ピン孔２aは、その内径が前記中空部材からなるクランクピン１の外径よりも小さくなされており、所定の圧入代、すなわち、通常採用される圧入代が与えられるものとされる。そして、潤滑油のための通路２dも備えている。
【００１９】
前記中空部材からなるクランクピン１とクランクウエブ２は、それぞれ別部材として作成され、予め所定の加工を施した後、圧入により互いに一体固定されてクランクシャフトAとして組立てられる。
【００２０】
前記組立は、予め左右一対のクランクウエブ２，２が所定の間隔をおいて配置され、該一対のクランクウエブ２，２間に予め図示しないコネクテイングロッド等が組み込まれた前記中空部材からなるクランクピン１が配置され、所定の芯出し作業等がなされた後、前記一対のクランクウエブ２，２が互いに接近させるように押圧されて、該両クランクウエブ２，２の前記ピン孔２a，２aのそれぞれに前記中空部材からなるクランクピン１の左右端が圧入されることによりなされる。前記組立のための圧入作業は所定の機械作業により行われる。
【００２１】
前記クランクウエブ２，２の前記ピン孔２a，２aへの前記中空部材からなるクランクピン１の圧入は、前記クランクウエブ２，２の前記ピン孔２a，２aの内径が前記中空部材からなるクランクピン１の外径より小さく所定の圧入代をもってなされ、前記ピン孔２a，２aの内径と中空部材からなるクランクピン１の外径との互いの寸法関係、すなわち、前記圧入代は、上述したように通常採用される程度のものとして設定される。
【００２２】
そして、前記クランクウエブ２，２の前記ピン孔２a，２aへの前記中空部材からなるクランクピン１の圧入がなされてクランクシャフトAが組立てされた後、前記圧入状態にある前記中空部材からなるクランクピン１の両端からその中空孔１aに図１に図示されるように所定の外径と長さを有する通常その横断面形状が円形の円柱状のプラグ部材３，３が圧入される。
【００２３】
前記中空のクランクピン１の中空孔１aへの前記プラグ部材３の圧入は、以下の特徴ある構造のもとになされる。すなわち、前記圧入に用いられる前記プラグ部材３は、当然の構成としてその外径が前記中空のクランクピン１の中空孔１a内径より大きくなされ、前記外径と内径の寸法関係、すなわち、圧入のための圧入代は所定のものとされ、通常採用されている圧入代が設定されてもよく、適宜調整されたものであってもよい。
【００２４】
また、該プラグ部材３の長さは短く設定され、その長さは、前記クランクウエブ２の厚みtに対して略２分の１以下となるような長さに設定され、好ましくは、前記クランクウエブ２の厚みtに対して略３分の１程度に設定される（図１参照）。
【００２５】
そして、前記プラグ部材３の長さ設定は、前記のようにクランクウエブ２の厚さtの略２分の１以下となるようになされ、より好ましくは３分の１以下となるように設定されるものであるが、該プラグ部材３の長さ設定は、以下の点が考慮されてなされるものである。
【００２６】
すなわち、上述したように、前記クランクウエブ２のピン孔２aに対するクランクピン１の圧入代が通常の圧入代とされ、これにより、既に十分に強固な圧入による固定がなされていること、また、クランクピン１の剛性が一般的に高く、とりわけ大型機種のエンジンにおいては剛性の高いクランクピン１が使用され、長いプラグ部材３の使用は前記圧入のための圧入荷重を過大なものとし、該圧入荷重の過大化はクランクウエブ２の変形等をもたらす要因となる。
【００２７】
さらに、該プラグ部材３の長さが所定長さを超えると潤滑油のための通路設定の障害となり、さらに、長いプラグ部材３の使用は、クランクピン１の重量増加を招き、結果として、カウンターウエイト２bの増加、さらにはエンジン高速運転時の振動の増大要因となる、等の上記点が考慮され、該視点から前記プラグ部材の長さ設定はなされるものである。
【００２８】
ところで、前記プラグ部材３は、前述のようにその横断面形状は円形とされているが、好ましくは図２，図３に図示されるように、その横断面形状が楕円形もしくは小判型とされたプラグ部材３A，３Bが使用される。
【００２９】
前記横断面形状楕円形のプラグ部材３Aとしては、例えば、図２に図示されるように前記クランクピン１の中空孔１a内径との寸法関係において、その短径方向d１の長さは該クランクピン１の中空孔１a内径と略等しいものとし、その長径方向d２の長さはその圧入代が５０〜１００μmとなるように設定される。
【００３０】
また、前記横断面形状小判型のプラグ部材３Bとしては、例えば、図３に図示されるように前記クランクピン１の中空孔１aの内径との寸法関係において、その短径方向d１の長さは−０．５〜１mmとされ、長径方向d２の長さはその圧入代が５０〜１００μmとなるように設定される。しかして、該プラグ部材３Bは、その圧入時に、その短径方向d１において該プラグ部材３Bと前記中空孔１aとの間に隙間が発生する恐れがあり、該隙間からの油漏れを防ぐための鍔部３bを有している。
【００３１】
なお、前記横断面形状が楕円形もしくは小判型のプラグ部材３A，３Bの長さについては、前記横断面形状円形のプラグ部材３と同様、前記クランクウエブ２の厚さtの略２分の１として設定され、好ましくは略３分の１程度に設定される。
【００３２】
そして、前記横断面形状が楕円形もしくは小判型のプラグ部材３A，３Bの採用は、前記クランクウエブ２のピン孔２aへのクランクピン１の圧入において生じた該クランクウエブ２の変形、すなわち、図４に図示されるような前記クランクピン１の前記ピン孔２aへの圧入により生じた前記クランクウエブ２の「ハの字」型への変形を矯正させる有利な作用をもたらすものである。
【００３３】
つまり、図４（a），（b）に図示されるように、前記クランクピン１の前記クランクウエブ２に設けられたピン孔２aへの圧入がなされると、該ピン孔２aの内径はその圧入口側２a１が強い矢示イ方向の押圧力を受け拡げられ、前記クランクウエブ２は該クランクピン１のその圧入口側２a１が図４（a）に図示されるような状態に曲げられ角度θ分変形されて、結果として、クランクピン１圧入後のクランクシャフトは、その左右の両クランクウエブ２，２が全体として「ハの字」型に変形されたものとなる。
【００３４】
前記クランクピン１の前記ピン孔２aへの圧入後、前記クランクピン１の中空孔１a端部への前記楕円形プラグ部材３Aもしくは小判型プラグ部材３Bの圧入作業がなされるが、該圧入作業における前記プラグ部材３Aもしくは３Bの前記中空孔１a端部への圧入において、前記プラグ部材３Aもしくは３Bのその断面における長手方向d２、すなわち、前記楕円形もしくは小判型の長径方向d２が前記クランクウエブ２の径方向、すなわち図における上下方向Zと一致するような選択がなされる。
【００３５】
そして、前記プラグ部材３Aもしくは３Bの前記中空孔１aへの圧入における前記選択により、該プラグ部材３Aもしくは３Bの前記圧入時（図４（b）参照）に、該プラグ部材３Aもしくは３Bの横断面短径方向d１側においては前記クランクピン１の中空孔１a内側が受ける膨出力は小さく、その横断面長径方向d２側における前記クランクピン１の中空孔１a内側の受ける膨出力は大きいので、前記クランクウエブ２はその横方向への押圧力に比較してその上下方向Zにおいて、とりわけ前記プラグ部材３Aもしくは３Bの圧入口１a１側の上下方向Zへの押圧力が矢示ロ方向で大きくなる。
【００３６】
したがって、前記プラグ部材３Aもしくは３Bの前記クランクピン１の中空孔１aへの圧入により発生する前記矢示ロ方向への押圧力で、前記図４（a）に図示のように変形されたクランクウエブ２は、図４（b）に図示されるように、その変形が打ち消し相殺される方向に変形され、結果として、前記プラグ部材３Aもしくは３Bの前記クランクピン１の中空孔１aへの前記圧入により、上述の前記クランクウエブ２の変形は矯正される。
【００３７】
また、前記横断面形状楕円形もしくは小判型のプラグ部材３Aもしくは３Bの前記圧入における使用は、前記クランクウエブ２の変形矯正の効果に加えて、その圧入時に前記クランクピン１に前記上下方向Zへの膨出変形をもたらし、該クランクピン１の前記膨出変形は、該クランクピン１と互いに圧入関係にあるクランクウエブ２との相対的な滑りを阻止する作用をなし、図５に図示されるようなスリップトルク特性が得られ、前記クランクピン１圧入のための大きな圧入代をとる必要性をなくすことができる。
【００３８】
図１ないし図５に図示の実施形態は前記のように構成されるので、クランクウエブ２のピン孔２aに対するクランクピン１の圧入が通常採用される圧入代をもってなされるから、該圧入は十分強固なものであり、その分プラグ部材３，３A，３Bの長さを短くすることができ、その長さはクランクウエブの厚さの略２分の１以下、好ましくは略３分の１程度とされる。
【００３９】
また、該プラグ部材３，３A，３Bの前記クランクピン１中空孔１a内端部への圧入に際し、その圧入荷重が比較的小さく設定されるから、該プラグ部材の圧入は容易であり、該圧入荷重によるクランクシャフト、とりわけ、クランクウエブの変形は防止される。
【００４０】
そして、前記プラグ部材３はその長さが短く設定されるので、前記クランクピン１の重量が小さく抑えられるから、クランクウエブのカウンターウエイト重量の増大が抑制され、結果として、エンジンの高速回転時における振動の増大が抑制される。
【００４１】
また、プラグ部材３としてその横断面形状が楕円形もしくは小判型のプラグ部材３A，３Bが使用され、その圧入が該プラグ部材３A，３Bの長径方向ｄ２をクランクウエブ２の上下方向Zと一致させてなされることにより、前記クランクピン１をクランクウエブ２のピン孔２aに圧入する際に生じたクランクウエブ２の変形は、前記楕円形もしくは小判型横断面形状のプラグ部材３A，３Bの前記クランクピン１中空孔１a内端部への圧入により矯正され、クランクシャフト組立後の該クランクシャフトの矯正作業を排除もしくは軽減することができる。
【００４２】
さらに、前記横断面形状が楕円形もしくは小判型のプラグ部材３A，３Bが使用され、その圧入が該プラグ部材３A，３Bの長径方向d２をクランクウエブ２の上下方向Zと一致させてなされるから、該圧入により前記クランクピン１が前記上下方向に膨出変形するので前記クランクピン１と互いに圧入関係にあるクランクウエブ２のピン孔２aと前記クランクピン１間の相対的な滑り止め阻止効果が増大されるので、前記圧入における圧入代を少なく設定することができる。
【００４３】
前記実施形態に換えて種々の実施形態が考えられる。
【００４４】
前記実施形態においては、クランクピンが中空部材とされているが、該クランクピンは中実部材でもよく、中実部材からなるクランクピン使用の場合には、その両端部にプラク圧入のための開口が設けられる。
【００４５】
前記実施形態においては、前記プラグ部材は中空材でその横断面形状が、円形もしくは非円形の楕円形，小判型とされたが、前記横断面形状の部材に限定されることなく適宜本発明の趣旨を逸脱することのない範囲において選択使用できるものであり、その横断面形状が、長円，多角形，四角，長方形等の部材も選択対象とされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の組立式クランクシャフトを示すもので、該クランクシャフトの組立後の状態を示す図である。
【図２】 本発明において使用するプラグ部材の横断面形状を示す図である。
【図３】 本発明において使用する他のプラグ部材の横断面形状を示す図である。
【図４】 本発明において使用するプラグ部材の圧入による作用を説明する図である。
【図５】 本発明において使用するプラグ部材の圧入による効果を示す図である。
【図６】 従来の組立式クランクシャフトの組立後の状態を示す図である。
【符号の説明】
１・・・クランクピン、１a・・・クランクピンの中空孔、１a１・・・圧入口側、１b・・・潤滑油のための通路、２・・・クランクウエブ、２a・・・ピン孔、２a１・・・圧入口側、２b・・・カウンターウエイト、２ｃ・・・ジャーナル部、２d・・・潤滑油のための通路、３・・・プラグ部材、３A・・・横断面形状楕円形のプラグ部材、３B・・・横断面形状小判型のプラグ部材、３b・・・鍔部、A・・・組立式クランクシャフト、t・・・クランクウエブの厚さ
Claims (3)
- 別部材として作成されたクランクシャフトとクランクピンとからなり、クランクシャフトのクランクウエブに設けられたピン孔に前記クランクピンが圧入されることで一体に組立形成される組立式クランクシャフトにおいて、
前記クランクピンは、内部に潤滑油通路を形成した中空部材とされ、前記ピン孔の内周面に、前記潤滑油通路と連通する開口が設けられ、該クランクピンが前記クランクウエブに設けられたピン孔に通常の圧入代をもって圧入されてから、前記クランクピンの中空孔端部に、前記クランクウエブの厚さより短い所定の長さのプラグ部材が圧入され、前記クランクウエブをその上下方向で屈曲変形させるとともに、前記プラグ部材と前記開口とが、前記ピン孔の軸方向幅内で隣接して設けられ、
前記クランクピンの中空孔端部に圧入される前記プラグ部材が、その横断面形状が長径方向と短径方向をもつ非円形であり、該横断面形状における長径方向が、前記クランクウエブの径方向と一致するような関係において前記圧入がなされていることを特徴とする組立式クランクシャフト。 - 前記クランクピンの中空孔端部に圧入される前記プラグ部材の前記所定の長さが、前記クランクウエブの厚さの略２分の１以下である前記請求項１記載の組立式クランクシャフト。
- 前記ピン孔へのクランクピンの圧入による前記クランクウエブの屈曲変形は、前記クランクウエブがその径方向から外れるハの字型への変形であり、前記クランクピンの中空孔端部への前記プラグ部材の圧入による変形は、前記クランクウエブの前記ハの字型への変形を矯正する変形であることを特徴とする前記請求項１または２記載の組立式クランクシャフト。
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