JP4231982B2 - クランクシャフトのアンバランス修正方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はエンジンのクランクシャフトのアンバランス修正方法に関するものである。
【０００２】
【関連する背景技術】
周知のように、エンジンの振動低減や高回転化を目的として、クランクシャフトは鍛造や機械加工の終了後にアンバランスの修正作業が実施されている。この修正作業は、カウンタウエイトの外周面をドリルにより穿設して重量を軽減することで行われるため、事前の鍛造工程では、バランス修正代を設けるべく、目標範囲に対して実際のバランス位置が若干カウンタウエイト側となるように、クランクシャフトの素材を成形している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
修正前のクランクシャフトのバランス位置は、鍛造による素材形状に依存することになるが、当然ながら鍛造による形状のバラツキが大きいことから、修正前のバランス位置が目標範囲に対してクランクピン側となって修正代が全くない場合もある。そして、このときにはバランス修正によりカウンタウエイト側の重量を軽減しても、逆にバランス位置が目標範囲から遠ざかるだけのため、素材を廃棄するしかなく、結果として製造コストを高騰させる要因となってしまう。
【０００４】
その対策として、鍛造によるバラツキを考慮して、クランクシャフトのバランス位置を目標範囲より十分にカウンタシャフト側に設定することも考えられるが、この場合にはバランス位置を目標範囲まで移動させるために要する重量軽減量、具体的にはドリルの穿設量が激増してしまうため、現実的な対策とは到底言い難かった。
【０００５】
本発明の目的は、簡単な作業によりクランクシャフトのアンバランスを確実に修正でき、もって、素材の廃棄を回避して製造コストを低減することができるクランクシャフトのアンバランス該正方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明では、クランクシャフトを回転させてバランス位置を計測する第１の工程と、第１の工程により計測したバランス位置が所定の目標範囲よりクランクピン側にある場合に、クランクジャーナルとクランクピンとを連結するアームに、クランクジャーナルを中心として潤滑用のオイル通路より外周側で、且つ、クランクピンの軸線より外周側に位置するように、目標範囲よりクランクピン側にあるバランス位置を目標範囲よりカウンタウエイト側に移動可能な大きさの重量軽減穴を形成する第２の工程と、第２の工程により重量軽減穴を形成した場合に、クランクシャフトを回転させてバランス位置を計測する第３の工程と、第３の工程を実行した場合には第３の工程の計測結果に基づき、第２及び第３の工程を実行しなかった場合には第１の工程の計測結果に基づき、クランクシャフトのバランス位置を目標範囲内に収めるべく、アームから延設されたカウンタウエイトの外周にアンバランス修正穴を形成する第４の工程とを備えた。
従って、第１の工程により計測したバランス位置が目標範囲よりクランクピン側にあってアンバランス修正代がない場合でも、第２の工程でアームに重量軽減穴が形成されることにより、クランクピン側の重量が軽減されて、バランス位置が目標範囲を越えてカウンタウエイト側に移動する。これによりバランス修正代が確保されることから、続く第３の工程によるバランス位置の計測結果に基づいて、第４の工程でカウンタウエイトにアンバランス修正穴を形成し、バランス位置を目標範囲内に移動させてアンバランスを修正可能となる。
又、重量軽減穴がアームの外周付近に位置することから、より内周側に配置した場合に比較して、クランクシャフトのバランス位置に与える影響が大きくなり、小さな重量軽減穴でも所期のバランス位置の移動量を達成可能となる。
好ましくは、重量軽減穴の内径は、クランクピンの外径に対して０．４以下に設定することが望ましい。即ち、図６に示すように、重量軽減穴の内径ｄとクランクピンの外径Ｄとの比率ｄ／Ｄが０．４付近を境界として、クランクシャフトの曲げ強度比が急減することから、０．４以下に設定すれば、クランクシャフトの曲げ強度比の低下を最小限に抑制可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をＶ型６気筒エンジン用のクランクシャフトのアンバランス修正方法に具体化した一実施形態を説明する。
まず、アンバランス修正作業を実施する前のクランクシャフトを説明する。クランクシャフトの素材は鍛造により形成され、その後にクランクジャーナル、クランクピン、オイル通路等の機械加工が施されている。図１は本実施形態のアンバランス修正方法が適用されるクランクシャフトを示す正面図であり、クランクジャーナル１は４箇所に設けられ、各クランクジャーナル１の間には、それぞれアーム２を介して２気筒分のクランクピン３が設けられている。各アーム２には適宜カウンタウエイト４が設けられ、各カウンタウエイト４はピストンの慣性重量を相殺すべく、クランクジャーナル１の軸心Ｃ１（即ち、クランクシャフトの回転中心）を中心としてクランクピン３の反対側に延設されている。
【００１４】
クランクシャフトには多数のオイル通路が形成され、これらのオイル通路は隣接するクランクジャーナル１とクランクピン３とを相互に連通させて、エンジンの運転時に、クランクジャーナル１側からクランクピン３側にオイルを供給するようになっている。図２はクランクシャフトの前部側を示す部分拡大図、図３は図２のIII−III線断面図であり、これらの図では最前部のオイル通路５を示しているが、最後部のオイル通路５（図１に示す）も全く同様の配置となっている。以下、最前部のオイル通路５を例にとって配置状態を説明する。
【００１５】
図２に示すように、オイル通路５はクランクピン３の片側のアーム２からクランクピン３内を経てクランクジャーナル１に達するようにドリルにより穿設され、その開口部はプラグ６により閉塞されている。オイル通路５は、図３に示すクランクジャーナル１の軸心Ｃ１及びクランクピン３の軸心Ｃ２を結ぶラインＬに配置され、且つ、クランクジャーナル１を径方向に貫通する噴孔７、及びクランクピン３を径方向に貫通する噴孔８とそれぞれ連通している。結果としてオイル通路５は、噴孔７，８を介してクランクジャーナル１とクランクピン３の外周面に開口し、上記のようにクランクジャーナル１側からクランクピン３側へのオイル供給を行う。
【００１６】
図４はクランクシャフトのバランス位置と目標範囲を示す模式図であり、この図の位置関係は図３と対応しており、軸心Ｃ１，Ｃ２を結ぶラインＬをｙ方向とし、それと直交する方向をｘ方向としている。Ｖ型６気筒エンジンではピストン等の慣性重量を考慮した上で、クランクジャーナル１の軸心Ｃ１より若干カウンタウエイト４側にバランス位置の目標範囲Ｔ（図中の扇状のハッチング領域）が設定されている。そして、後述するアンバランス修正作業では、この目標範囲Ｔ内にバランス位置が入るように、カウンタウエイト４側を削ってアンバランスが修正されるため、素材の鍛造段階では、バランス調整代を確保すべく、例えば図中にＰ２で示すように、バランス位置が目標範囲Ｔよりカウンタウエイト４側に設定されている。
【００１７】
次に、本実施形態のアンバランス修正方法の手順を説明する。
まず、クランクシャフトを両端のセンタ穴で支持した状態で回転させて、バランス位置を計測し（請求項１の第１の工程）、計測したバランス位置が目標範囲よりカウンタウエイト側にあるか否かを判定する。
上記した鍛造段階でのバランス位置の配慮により、素材形状に予想外のバラツキが発生しない限り、ほとんどの場合は、図４のＰ２に示すようにバランス位置が目標範囲Ｔよりカウンタウエイト４側に位置することになる。この場合には、通常の作業だけでアンバランスを修正可能と見なし、図１及び図３に示すように、計測したバランス位置に基づいてカウンタウエイト４の外周面にドリルにより所定の位置、数、深さのアンバランス修正穴９を穿設する（請求項１の第４の工程）。これによりカウンタウエイト４側の重量が軽減されて、Ｐ３に示すようにバランス位置がクランクピン３側に移動して目標範囲Ｔ内に入る。尚、図中の角度θはバランス修正可能な領域を示しており、カウンタウエイト４にアンバランス修正穴９を穿設可能な範囲に対応している。
【００１８】
上記したバランス位置の計測はクランクシャフトの前端側と後端側で行われ、それに対応してアンバランス修正穴９の穿設は、最前端及び最後端のカウンタウエイト４に対して実施される。以上の修正作業は、ごく一般的なものである。
一方、図５にＰ１で示すように、前端側又は後端側のバランス位置が目標範囲Ｔよりクランクピン３側にある場合には、そのままではアンバランスを修正不能なため、図１及び図２に示すように、前端側のバランス位置については最前端のアーム２に重量軽減穴１０を穿設し、後端側のバランス位置については最後端のアーム２に重量軽減穴１０を穿設する（請求項１の第２の行程）。よって、クランクピン３側の重量が軽減されて、バランス位置は図５のｙ方向に沿ってカウンタウエイト４側に移動し、目標範囲Ｔを越えて例えばＰ２の位置に到達する。以上の作業により、確実にバランス修正代が確保される。
【００１９】
尚、重量軽減穴１０の内径や深さ（換言すれば、重量の軽減量）は予め決められており、鍛造時の素材形状のバラツキにより発生し得るバランス位置の最大誤差以上に設定されていることは言うまでもない。
その後は上記の場合と同様であり、改めてバランス位置を計測し（請求項１の第３の行程）、計測結果に基づいてカウンタウエイト４の外周面にアンバランス修正穴９を適宜穿設して、バランス位置を目標範囲Ｔ内に移動させる（請求項１の第４の行程）。以上でバランス修正作業が全て完了する。
【００２０】
ここで、図２に示すように、前記重量軽減穴１０はドリルの切込みを容易にすべくアーム２の表面に対して直角方向、つまりクランクジャーナル１やクランクピン３の軸心Ｃ１，Ｃ２に対しては所定の角度をもって穿設されている。そして、図３に示すように、重量軽減穴１０の位置は、上記オイル通路５と同様に軸心Ｃ１，Ｃ２を結ぶラインＬ上に配置されると共に、回転中心であるクランクジャーナル１を中心としてオイル通路５より外周側で、且つ、図２に示すように、クランクピン３の軸線Ｃ２より外周側に位置するように配置され、その先端はクランクピン３内に達しているが、オイル通路５とは連通せずに完全に独立している。
【００２１】
又、重量軽減穴１０の内径ｄは、クランクピン３の外径Ｄに対する比率ｄ／Ｄが０．３となるように設定されている。図６は比率ｄ／Ｄを変更した場合のクランクシャフトの曲げ強度比の試験結果を示しているが、比率ｄ／Ｄが０．４付近を境界として曲げ強度比が急減していることがわかる。よって、同図に基づき比率ｄ／Ｄが０．４以下、好ましくは０．３以下となるように重量軽減穴１０の内径ｄを設定することで、クランクシャフトの曲げ強度比をほとんど低下させることなく、上記した重量軽減穴１０によるアンバランスの修正作業の面での利点を得ることができる。
【００２２】
以上のように本実施形態のクランクシャフトのアンバランス修正方法では、鍛造段階での素材形状のバラツキによりバランス調整代が確保されないときであっても、重量軽減穴１０を形成することによりバランス位置をカウンタウエイト４側に移動させて、バランス調整代を確保することができる。よって、従来ではバランス修正不能として廃棄していた素材でも、アンバランスを修正してクランクシャフトとして製品化できる。しかも、鍛造によるバラツキを考慮して、バランス位置を不必要にカウンタシャフト４側に設定する必要もないことから、アンバランス修正穴９を形成する際のドリルの穿設量が少量となり、修正作業を容易化でき、もって、製造コストを大幅に低減することができる。
【００２３】
加えて、重量軽減穴１０をオイル通路５より外周側で、且つクランクピン３の軸線Ｃ２より外周側に配置した結果、図２から明らかなように重量軽減穴１０はアーム２の最外周に位置することになる。つまり、重量軽減穴１０をより内周側に配置した場合に比較して、クランクシャフトのバランス位置に与える影響が大きいことから、小さな重量軽減穴１０でも所期のバランス位置の移動量を達成でき、ひいては上記した製造コストの面や強度の面で一層有利となる。
【００２４】
しかも、重量軽減穴１０がオイル通路５に対して連通せずに独立していることから、重量軽減穴１０内にオイルが流入する虞は全くない。つまり、重量軽減穴１０がオイル通路５と連通している場合には、オイルの流出による油圧低下を防止すべく、例えば重量軽減穴１０の開口部をプラグにより閉塞したりする必要があるが、このような対策が一切不要となる。
【００２５】
一方、重量軽減穴１０をクランクジャーナル１とクランクピン３の軸心Ｃ１，Ｃ２を結ぶラインＬ上に穿設しているため、図５に実線の矢印で示したように、バランス位置はｙ方向に沿ってカウンタウエイト４側に移動することになる。つまり、ラインＬ上以外に重量軽減穴１０を設けると、破線の矢印で示すように、バランス位置がｘ方向に偏移してバランス修正可能な角度θの領域を外れてしまう場合も発生するが、このような事態を未然に防止してより一層確実にアンバランス修正を実施することができる。しかも、ラインＬ上はアーム２の肉厚が最も厚いことから、強度の面でも有利となる。
【００２６】
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、Ｖ型６気筒エンジン用のクランクシャフトのアンバランス修正方法に具体化したが、エンジンの種別はこれに限ることはなく、例えばＶ型８気筒や１２気筒、或いは直列４気筒や６気筒のクランクシャフトに適用するアンバランス修正方法に具体化してもよい。
【００２７】
又、上記実施形態では、軸心Ｃ１，Ｃ２を結ぶラインＬ上で、アーム２の表面に対して直角方向に重量軽減穴１０を穿設したが、必ずしもこれに限定されることはなく、例えばラインＬから若干外れた位置に重量軽減穴１０を形成したり、その穿設角度を変更したりしてもよい。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のクランクシャフトのアンバランス修正方法によれば、簡単な作業によりクランクシャフトのアンバランスを確実に修正でき、もって、素材の廃棄を回避して製造コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態のアンバランス修正方法が適用されるクランクシャフトを示す正面図である。
【図２】クランクシャフトの前部側を示す部分拡大図である。
【図３】図２のIII−III線断面図である。
【図４】アンバランス修正穴によるバランス位置の移動状態を示す模式図である。
【図５】重量軽減穴によるバランス位置の移動状態を示す模式図である。
【図６】比率ｄ／Ｄを変更した場合のクランクシャフトの曲げ強度比を試験した結果を示す説明図である。
【符号の説明】
１ クランクジャーナル
２ アーム
３ クランクピン
４ カウンタウエイト
５ オイル通路
９ アンバランス修正穴
１０ 重量軽減穴
Ｌ ライン
Ｔ 目標範囲
Ｃ１，Ｃ２ 軸心

Claims (1)

1. クランクシャフトを回転させてバランス位置を計測する第１の工程と、
   上記第１の工程により計測したバランス位置が所定の目標範囲よりクランクピン側にある場合に、クランクジャーナルとクランクピンとを連結するアームに、該クランクジャーナルを中心として潤滑用のオイル通路より外周側で、且つ、上記クランクピンの軸線より外周側に位置するように、上記目標範囲より上記クランクピン側にあるバランス位置を該目標範囲より上記カウンタウエイト側に移動可能な大きさの重量軽減穴を形成する第２の工程と、
   上記第２の工程により重量軽減穴を形成した場合に、上記クランクシャフトを回転させてバランス位置を計測する第３の工程と、
   上記第３の工程を実行した場合には該第３の工程の計測結果に基づき、上記第２及び第３の工程を実行しなかった場合には上記第１の工程の計測結果に基づき、上記クランクシャフトのバランス位置を上記目標範囲内に収めるべく、上記アームから延設されたカウンタウエイトの外周にアンバランス修正穴を形成する第４の工程と
   を備えたことを特徴とするクランクシャフトのアンバランス修正方法。

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