JP4556641B2 - シグナルプレート - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関のクランクシャフトのような回転体の回転角度を検出するための多数の歯部が外縁に沿って間欠的に設けられたシグナルプレートに関する。

自動車用の内燃機関では、回転体としてのクランクシャフトの回転角度を検出するために、このクランクシャフトにシグナルプレートが取り付けられる。このシグナルプレートの外周には多数の歯部が間欠的に設けられ、回転センサにより上記の歯部を検出することにより、クランクシャフトの回転角度を演算するようになっている。
特開平８−１０９９４９号公報

このようなシグナルプレートでは、プレートの共振時に隣り合う２つの歯部の間の歯底部に応力が集中する傾向にあり、この歯底部の強度・剛性の確保が困難であった。特に、上記の特許文献１のようにクランクシャフトのクランクアーム及びこれに一体形成されたバランスウエイトの側面に装着されるシグナルプレートでは、振動入力が大きく、上記の歯底部の応力緩和が強く望まれる。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであって、歯底部における応力集中を有効に緩和することができ、信頼性・耐久性に優れたシグナルプレートを提供することを主たる目的としている。

内燃機関の回転体に設けられるシグナルプレートであって、この回転体の回転角を検出するための多数の歯部が外縁に沿って間欠的に形成されている。隣り合う２つの歯部の間の溝部分に歯底部を形成し、この歯底部を、所定の曲率半径で歯底側へ向かって凸形状に湾曲する第１湾曲部と、この第１湾曲部と歯部の側部とを滑らかに接続するとともに、所定の曲率半径で歯底側へ向かって凸形状に湾曲する第２湾曲部と、により構成した複合湾曲面形状とし、第１湾曲部の曲率半径を第２湾曲部の曲率半径よりも大きくした。

本発明によれば、シグナルプレートの歯底部における応力集中を有効に緩和して、このシグナルプレートの信頼性・耐久性を著しく向上することができる。

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態を説明する。図１〜５は、本発明に係るシグナルプレートを、直列４気筒の内燃機関の回転体であるクランクシャフトに適用した実施例を示している。なお、必要に応じて＃１〜＃４気筒に対応する構成には参照符号の後に＃１〜＃４を付記している。

図４にも示すように、クランクシャフト１０には、４つの＃１〜＃４気筒に対応して４本のクランクピン１２＃１〜＃４と、各気筒間及び気筒端に対応して５つのジャーナル１４と、が交互に設けられている。ジャーナル１４は、図示せぬブラケットを介してシリンダブロックに回転可能に支持されるもので、クランクシャフト１０の軸心である中心軸線１１上に配置される。クランクピン１２＃１〜＃４は、図示せぬコネクティングロッド及びピストンピンを介して燃焼圧を受けるピストンに連係されており、クランクシャフトの中心軸線１１から偏心して配置されている。なお、クランクピン１２やジャーナル１４には給油孔１３が開口形成されている。また、クランクシャフト１０の後端にはドライブプレートやフライホイール（図示省略）が取り付けられるフランジ部１５が設けられている。

クランクピン１２とジャーナル１４とは合計８本のクランクアーム１８により接続されている。幾つか（この実施例では半数）のクランクアーム１８には、各気筒に対応して合計４つのバランスウエイト１６＃１〜＃４が一体的に形成されている。バランスウエイト１６は、重量的に平衡させるために、クランクシャフト１０の中心軸線１１に対してクランクピン１２と反対側に配置され、クランクアーム１８のクランクピン近傍の部分よりも周方向に幅広な形状となっている。従って、このバランスウエイト１６が一体に設けられたクランクアーム１８は、全体としていわゆる瓢箪型の形状をなしている。

機関最後尾の＃４気筒に対応するクランクアーム１８＃４及びバランスウエイト１６＃４の機関後方側の側面には、後述する環状のシグナルプレート２６が取り付けられるプレート溝２０が凹設されているとともに、固定ボルト３６のねじ部が嵌合・螺合する雌ねじが形成された合計４つのボルト孔２２と、シグナルプレート２６の位置決め用のノックピンが嵌合するピン孔２４と、が形成されている。

図５にも示すように、シグナルプレート２６は、中央にクランクシャフト１０の機関最後尾のジャーナル１４及びフランジ部１５が貫通・挿通可能な中央孔３０が貫通形成された円環状をなす薄板状の本体２９と、この本体２９の円形をなす外周より略直角に折曲する起立片部２７と、により大略構成されており、この起立片部２７の先端に、信号検出部として多数の歯部２８が間欠的に形成されていて、これらの歯部２８が周知の回転センサ（図示省略）により検出される。この回転センサの信号に基づいてクランクシャフト１０の回転角度・位置が演算される。このシグナルプレート２６の本体２９には、主として軽量化のために２つのバランス孔３１及び２つの軽量孔３２が形成されているとともに、上記のノックピンが嵌合するピン孔３４と固定ボルト３６が貫通する４つの貫通孔３７とが貫通形成されている。

このシグナルプレート２６は、４箇所の固定部（固定位置）４１，４２において、固定部品としての固定ボルト３６によりクランクシャフト１０における機関最後尾のクランクアーム１８＃４及びバランスウエイト１６＃４の側面に締結・固定される。つまり、固定ボルト３６のねじ部をプレート２６の貫通孔３７を通してボルト孔２２に嵌合・螺合して、固定ボルト３６を締め付けることにより、固定ボルト３６の頭部とクランクアーム１８＃４及びバランスウエイト１６＃４の機関後方側の側面との間にシグナルプレート２６が共締め固定される。

図１にも示すように、上記の固定部４１，４２は、バランスウエイト１６＃４の周方向両端近傍に位置する２つの第１固定部４１と、クランクアーム１８＃４におけるクランクピン１２＃４近傍であって、その周方向両端近傍に位置する２つの第２固定部４２と、に分類される。第２固定部４２は、その貫通孔３７、ボルト孔２２及び固定ボルト３６を含めて、図１に示すクランク軸方向視でクランクピン１２＃４から外れた位置に配置されており、つまりクランクピン１２＃４の周方向両側に配置されている。このように第２固定部４２をクランクピン１２＃４から外れた位置に配置するために、シグナルプレート２６が取り付けられるクランクアーム１８＃４には、他のクランクアームとは異なり、固定ボルト３６が嵌合するボス部４６がクランクピン１２＃４から離れる方向に周方向に張出形成されている。つまり、クランクアーム１８は主として軽量化・コンパクト化のために基本的にはクランクピン１２よりも僅かに大径な半円筒形状となっているが、シグナルプレート２６が取り付けられるクランクアーム１８＃４については第２固定部４２をクランクピン１２から離間させるべくボス部４６が設けられている。

図６は、金属製のシグナルプレート２６における歯部２８の近傍を拡大して示している。同図に示すように、隣り合う２つの歯部２８の間の溝部分には、複合湾曲面形状をなす歯底部５０が形成されている。この歯底部５０は、一つの第１湾曲部５１と、２つの歯部２８の直線状をなす側部５３と第１湾曲部５１とを滑らかに接続する２つの第２湾曲部５２と、により構成されている。第１湾曲部５１は所定の第１湾曲率Ｒ１で湾曲しており、第２湾曲部５２は所定の第２湾曲率Ｒ２で湾曲しており、両者は接線５４と接する部位で滑らかに接続している。

そして、第１湾曲部５１の第１湾曲率Ｒ１が、第２湾曲部５２の第２湾曲率Ｒ２よりも十分に大きく設定されている。つまり、第１湾曲部５１は第２湾曲部５２に比して曲率が小さく、歯部２８と歯底部５０との隅角（コーナー）部に位置する第２湾曲部５２は第１湾曲部５１に比して曲率が大きくなっている。このように歯底部５０は直線部のない複合湾曲面形状をなしている。この実施例では第１湾曲率Ｒ１が第２湾曲率Ｒ２の約６倍に設定されている。

このような本実施例によれば、例えば図７に示すように歯底部５０に直線部５５が設けられた比較例に比して、共振時に歯底部５０の特定部位に集中する応力を１５％〜３０％と著しく低減できることが確認された。すなわち、本実施例によれば、シグナルプレート２６の歯底部５０における応力集中を有効に緩和して、このシグナルプレート２６の信頼性・耐久性を著しく向上することができる。

また、本実施例のシグナルプレート２８は、薄板円環状をなす本体２９と、この本体２９の円形をなす外周より略直角に折曲する起立片部２７と、を有し、この起立片部２７の先端に歯部２８及び歯底部５０が形成されている。従って、起立片部がなく薄板円環状の本体の外周に歯部及び歯底部が直接形成されているプレートに比して、歯底部への応力集中をより一層低減することができる。

更に上記実施例の他の特徴的な構成及び作用効果について列記する。

（１）シグナルプレート２６は複数の固定部４１，４２でクランクシャフト１０に固定される。これらの固定部４１，４２は、バランスウエイト１６の周方向両端に位置する２つの第１固定部４１と、クランクアーム１８の中でクランクピン１２近傍に位置する２つの第２固定部４２と、の少なくとも４つを含んでいる。このようにクランクアームに２つの第２固定部４２が設けられた四点支持構造とすることにより、クランクアームに第２固定部が一つのみ設けられた三点支持の比較例に比して、第１固定部４１と第２固定部４２との間の弧の長さつまりスパン（距離）Ｌ１が短くなるので共振周波数が高くなり、より具体的には、機関実用回転域である共振次数１０次以下の共振周波数を実質的に排除することができる。このため、ロバスト性の高い設計を実施することが可能となる。また、比較例のような三点支持構造では一つの第２固定部を節とする２つのスパンで連成した共振を生じ易く、第２固定部の近傍、特にプレートの外周縁部に応力が集中し、この部分の強度・剛性の確保が非常に困難である。これに対して本実施例では、スパンＬ１自体が短くなることに加え、両スパンＬ１による応力集中部が２つの第２固定部４２に分散されるので、特定部位への応力の集中が緩和され、強度・剛性の確保が容易となる。

（２）機関燃焼時にはクランクピンに対して非常に大きな燃焼圧が作用するので、仮にクランク軸方向視で第２固定部がクランクピンの範囲内に配置されていると、この第２固定部の周囲、特にプレート外周縁部における応力集中が更に懸念される。これに対して本実施例では、図１に示すように、第２固定部４２がクランクピン１２＃４に対して周方向に外れた位置に配置されるように、シグナルプレート２６が取り付けられるクランクアーム１８＃４には、そのクランクピン１２＃４に対して周方向に張り出したボス部４６が設けられている。このように２つの第２固定部４２を、大きな燃焼圧が作用するクランクピン１２＃４から外れた位置に配置することができるので、上記の燃焼圧に起因する特定部位への応力集中を更に効果的に低減・回避することができる。

（３）図１に示すように、クランクシャフト１０の軸心１１とクランクピン１２＃４の軸心とを結ぶクランク基準線４４に対して同じ側に位置する第１固定部４１と第２固定部４２との中央位置に、それぞれ周方向に延びるバランス孔３１が形成されている。このように、両固定部４１，４２間のスパンＬ１における振動の腹となる中央部にバランス孔４１を設定することにより、軽量化に加えて、スパンＬ１での振動における実質的な質量を軽減して、その周波数を高めることができ、共振周波数の次数を有効に高めることができる。

以上のように本発明を具体的な実施例に基づいて説明してきたが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変形・変更を含むものである。例えば、両湾曲率Ｒ１，Ｒ２の関係は上記実施例のものに限定されず、第１湾曲率Ｒ１が第２湾曲率Ｒ２よりも大きければ、他の関係、例えばプレートの材質や形状に応じてＲ１をＲ２の３倍程度に設定したものでも、上記実施例と同程度の作用効果を得ることが可能である。また、本発明のシグナルプレートが適用される内燃機関の回転体としては、クランクシャフトの他にもカムシャフト等が挙げられる。

本発明の一実施例に係るシグナルプレートのクランクシャフトへの取付構造を示す平面図。 図１からシグナルプレートを省略したクランクシャフトの平面図。 上記実施例のシグナルプレートのクランクシャフトへの取付構造を示す斜視図。 図３からシグナルプレートを省略した斜視図。 本実施例のシグナルプレートを単体で示す斜視図。 本実施例のシグナルプレートの歯部の近傍を示す要部拡大図。 比較例に係るシグナルプレートの歯部の近傍を示す要部拡大図。

符号の説明

１０…クランクシャフト（回転体）
２６…シグナルプレート
２８…歯部
５０…歯底部
５１…第１湾曲部
５２…第２湾曲部

Claims (4)

1. 内燃機関の回転体に設けられ、この回転体の回転角を検出するための多数の歯部が外縁に沿って間欠的に形成されたシグナルプレートにおいて、
   隣り合う２つの歯部の間の溝部分に歯底部が形成され、この歯底部が、所定の曲率半径で歯底側へ向かって凸形状に湾曲する第１湾曲部と、この第１湾曲部と歯部の側部とを滑らかに接続するとともに、所定の曲率半径で歯底側へ向かって凸形状に湾曲する第２湾曲部と、により構成された複合湾曲面形状をなし、
   上記第１湾曲部の曲率半径が第２湾曲部の曲率半径よりも大きいことを特徴とするシグナルプレート。
2. 薄板状の本体と、この本体の外周より略直角に折曲する起立片部と、を有し、この起立片部の先端に上記歯部及び歯底部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のシグナルプレート。
3. 上記第１湾曲部の曲率半径が第２湾曲部の曲率半径の６倍以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載のシグナルプレート。
4. 上記回転体がクランクシャフトであり、このクランクシャフトのクランクアーム及びこれに一体的に形成されたバランスウエイトの側面に固定されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のシグナルプレート。

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