JP4568622B2 - 一体型クランク軸及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関、往復動圧縮機等に使用されるクランク軸に適用され、複数のクランクスローからなり、バランスウェイトをクランク軸本体と一体に形成するとともに軸心方向の型割り面に沿って成形された一体型クランク軸及びその製造方法に関する。

複数シリンダ用の中、小型内燃機関用のクランク軸においては、クランク軸本体と複数のクランクスローに設けたバランスウェイトとを一体にした一体型クランク軸が多く用いられている。
かかる一体型クランク軸に適用可能なバランスウェイトの質量及び取付け半径の調整によるバランス取り手段として、特許文献１（特開２００１−４１２８８号公報）及び特許文献２（特許第３５４１７４２号公報）等の技術が提供されている。

特許文献１の技術においては、複数のクランクスローのウェブに取り付けるバランスウェイトによってダイナミックにバランスを取って残存アンバランスによる起振力が抑制されたバランス取りの計算方法が提案されている。
また特許文献２の技術においては、４シリンダエンジンにおいて、４つのクランクスローのうち、バランスウェイトによる遠心荷重が大、小２種類になるように、遠心荷重の大きい第１バランスウェイトと遠心荷重の小さい第２バランスウェイトとに分け、遠心荷重の小さい第２バランスウェイトの軸方向に捩り振動防止ダンパを設けている。

特開平１１−１５９３７２号公報

前記のような、バランスウェイトをクランク軸本体と一体に形成した一体型クランク軸
は鍛造あるいは鋳造で製作されるが、かかる鍛造あるいは鋳造の際には、軸心方向に型割り面を形成し、該型割り面でクランク軸本体とバランスウェイトとが一体化されたクランク軸の型抜きを行なってクランク軸素材を製作している。
このため、複数のクランクスローにバランスウェイトを設けて、該バランスウェイトの質量及び取付け半径を調整することによってバランス取りを行なって、目標とする振動モードが得られるバランスウェイトの目標仕様を設定しても、前記型割り面での型抜きを可能とするという制約から、前記目標仕様の設定が困難になるという問題が発生する。
しかしながら、前記特許文献１及び特許文献２には、かかる問題を解決する手段は示されていない。

また、かかる従来の一体型クランク軸にあっては、クランク軸のバランス取りを行なう際には、互いに直角な２方向のうち１方向のアンバランスを第１のバランスウェイトで取り除き、残存アンバランスを前記第１のバランスウェイトと直角方向に設けた第２のバランスウェイトによって取り除くが、この場合、第２のバランスウェイトの削り込みによる質量調整を行なうと、クランク軸全体の重心位置がずれてアンバランスによる起振力が残存し易く、目標とする振動モードが得難くなるとともに、クランク軸のバランス取り作業が煩雑になるという問題がある。

本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、型割り面でのクランク軸の型抜きを可能とした状態で、バランスウェイトの調整によって目標とする振動モードを得ることができて、バランス取り作業が容易化され、クランク軸の部品コスト及び加工コストを低減した一体型クランク軸及び該クランク軸の製造方法を提供することを目的とする。

本発明はかかる目的を達成するもので、６つのクランクスローからなり、該クランクスローのうち第２および第５クランクスローにクランク軸単体におけるクランク軸横振動のノード（節）を形成する６シリンダ用クランク軸であって、バランスウェイトを反クランクピン側端部にクランクウェブと一体に形成するとともに軸心方向の型割り面に沿って成形された一体型クランク軸において、クランク軸方向視にて前記第２および第５クランクスローにおける前記クランクウェブの端部側に形成される前記バランスウェイトのクランク軸心に対する方向が前記型割り面とほぼ直角方向に形成される直角方向バランスウェイトと、前記第２および第５クランクスロー以外の他のクランクスローにおける前記クランクウェブの端部側に形成されるバランスウエイトのクランク軸心に対する方向が前記型割り面の方向にほぼ沿って形成される割り方向バランスウェイトとを有し、前記直角方向バランスウェイトの質量を前記割り方向バランスウェイトの質量より小さく形成するとともに、前記各バランスウェイトを設けた形態で前記型割り面にて型抜き可能に構成したことを特徴とする。

そして、前記のように構成されたクランク軸を製造する方法の発明は、６つのクランクスローからなり、該クランクスローのうち第２および第５クランクスローにクランク軸単体におけるクランク軸横振動のノード（節）を形成する６シリンダ用クランク軸であって、バランスウェイトを反クランクピン側端部にクランクウェブと一体に形成するとともに軸心方向の型割り面に沿って成形された一体型クランク軸を鍛造あるいは鋳造で製造する一体型クランク軸の製造方法において、前記複数のクランクスローに、前記型割面で型抜き可能な形態で、クランク軸方向視にて前記第２および第５クランクスローにおける前記クランクウェブの端部側に形成される前記バランスウェイトのクランク軸心に対する方向が前記型割り面とほぼ直角方向に形成される直角方向バランスウェイトと、前記第２および第５クランクスロー以外の他のクランクスローにおける前記クランクウェブの端部側に形成されるバランスウエイトのクランク軸心に対する方向が前記型割り面の方向にほぼ沿って形成される割り方向バランスウェイトとを形成し、前記直角方向バランスウェイトの質量を前記割り方向バランスウェイトの質量より小さく形成するとともに、前記他のクランクスローの全部または一部の前記割り方向バランスウェイトの質量調整によって第１次のバランスを取って該割り方向バランスウェイトを成形した後、残存アンバランスを前記第２および第５クランクスローの前記直角方向バランスウェイトの質量調整によって取り除いて該直角方向バランスウェイトを成形することを特徴とする。

かかる発明によれば、複数のクランクスローに、型割り面で型抜き可能な形態で、該型割り面の方向に割り方向バランスウェイトを形成するとともに、型割り面とほぼ直角方向に割り方向バランスウェイトよりも質量の小さい直角方向バランスウェイトを形成し、該割り方向バランスウェイトによって第１次のバランスを取り、次いで残存アンバランスを直角方向バランスウェイトによって取り除くことができるように構成したので、バランスウェイトをクランク軸本体と別部品にすることなく、クランク軸本体と前記割り方向バランスウェイト及び直角方向バランスウェイトとを型割り面で型抜き可能な形態で一体化できるとともに、アンバランスによる起振力が低減されて、目標とする振動モードに近いクランク軸を得ることができる。
これにより、簡単な構造でバランスウェイト一体型のクランク軸を構成できるとともに、バランスウェイトの質量調整によるクランク軸のバランス取り作業を容易化でき、部品コスト及び加工コストを低減したクランク軸が得られる。

かかる発明において、特に６シリンダエンジンにおいては、前記クランクスローが６つのクランクスローからなる６シリンダ用クランク軸であって、前記クランクスローのうち第２クランクスロー及び第５クランクスローに前記直角方向バランスウェイトを形成し、他のクランクスローに前記割り方向バランスウェイトを形成ように構成する。
そして、この６シリンダエンジン用クランク軸を製造する場合には、前記クランクスローのうち第１、第３、第４、第６クランクスローの全部または一部に、第１次のバランスを取るように該割り方向バランスウェイトを成形し、第２クランクスロー及び第５クランクスローに前記割り方向バランスウェイトによるバランス取り後の残存アンバランスを取り除くように前記直角方向バランスウェイトを成形する。

前記のように、従来技術にあっては、クランク軸のバランス取りを行なう際に、互いに直角な２方向のうち１方向のアンバランスを第１のバランスウェイトで取り除いた後、第１のバランスウェイトと直角方向の第２のバランスウェイトの削り込みによる質量調整によって残存アンバランスを取り除く場合、クランク軸全体の重心位置がずれてアンバランスによる起振力が残存し易く、目標とする振動モードが得難くなるという問題が生じる。

然るに、かかる発明においては、６シリンダエンジンでは、クランクスローのうち第２クランクスロー及び第５クランクスローにクランク軸単体におけるクランク軸横振動のノード（節）があることに着目して、前記クランクスローのうち第１、第３、第４、第６クランクスローの全部または一部に割り方向バランスウェイトを設けて第１次のバランスを取り、第２クランクスロー及び第５クランクスローに前記割り方向バランスウェイトと直角な直角方向バランスウェイトを設けて、該直角方向バランスウェイトによって第１次のバランス取り後の残存アンバランスを取り除くように構成したので、該直角方向バランスウェイトの削り込みによる質量調整を行なってもクランク軸全体の重心位置に殆ど影響を及ぼすことがなく、従って、該直角方向バランスウェイトの質量調整よるクランク軸のバランス取り作業が容易化されるとともに、残存起振力の無い目標振動モードを容易に得ることが可能となる。

本発明によれば、型割り面の方向に割り方向バランスウェイトを形成するとともに型割り面とほぼ直角方向に、好ましくは前記割り方向バランスウェイトよりも質量の小さい直角方向バランスウェイトを形成したので、バランスウェイトをクランク軸本体と別部品にすることなく、クランク軸本体と互いに直角方向の前記２種類のバランスウェイトとを型割り面で型抜き可能な形態で一体化できるとともに、アンバランスによる起振力の低減が可能となって、目標とする振動モードに近いクランク軸を得ることができる。
これにより、簡単な構造でバランスウェイト一体型のクランク軸を構成できるとともに、クランク軸のバランス取り作業を容易化できて、部品コスト及び加工コストを低減したクランク軸が得られる。

また本発明によれば、６シリンダエンジンにおいて、第１、第３、第４、第６クランクスローの全部または一部に、型割り面方向の割り方向バランスウェイトを設けて第１次のバランスを取り、クランク軸横振動のノード（節）となっている第２、第５クランクスローに、前記型割り面と直角方向の直角方向バランスウェイトを設けて、前記第１次のバランス取り後の残存アンバランスを取り除くように構成したので、該直角方向バランスウェイトの削り込みによる質量調整を行なってもクランク軸全体の重心位置に殆ど影響を及ぼすことがなく、従って、該直角方向バランスウェイトの質量調整よるクランク軸のバランス取り作業が容易化されるとともに、残存起振力の無い目標振動モードを容易に得ることが可能となる。

以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

図１は本発明の実施例に係る内燃機関用一体型クランク軸を示す側面図である。図２は前記実施例における図１のＡ矢視図で、（Ａ）は割り方向バランスウェイト及び直角方向バランスウェイトの第１の取付け位置、（Ｂ）は割り方向バランスウェイト及び直角方向バランスウェイトの第２の取付け位置を示す。
図１において、１００はクランク軸で、この例では６シリンダ用の鍛造クランク軸を示し、♯１クランクスロー（第１クランクスロー），♯２クランクスロー（第２クランクスロー），♯３クランクスロー（第３クランクスロー），♯４クランクスロー（第４クランクスロー），♯５クランクスロー（第５クランクスロー），及び♯６クランクスロー（第６クランクスロー）の、６つのクランクスローからなる。
前記各クランクスローにおいて、１は対をなすクランクウェブ、３は該クランクウェブ１を結合するクランクピン、２は図示しないメインベアリングに支持されるジャーナル、５は該クランク軸１００の中心であるクランク軸心である。

６１は♯１クランクスローにおけるクランクピン中心，６２は♯２クランクスローにおけるクランクピン中心，６３は♯３クランクスローにおけるクランクピン中心，６４は♯４クランクスローにおけるクランクピン中心，６５は♯５クランクスローにおけるクランクピン中心，６６は♯６クランクスローにおけるクランクピン中心である。

次に図２（Ａ），（Ｂ）において、１２は前記クランク軸１００の鍛造時の型割り面で、該クランク軸１００のクランク軸心５方向に延び、該クランク軸１００の鍛造後、該型割り面１２の両側に型を抜き出し可能に形成されている。
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄは割り方向バランスウェイトで、前記♯１クランクスロー，♯３クランクスロー，♯４クランクスロー，及び♯６クランクスローにおけるクランクウェブ１の、好ましくは反クランクピン３側端部に、該クランクウェブ１と一体に形成されており、前記♯１クランクスローの前後クランクウェブ１にはウェイト１１ｂ，１１ｄ、前記♯３クランクスローの前後クランクウェブ１にはウェイト１１ａ，１１ｃ、前記♯４クランクスローの前後クランクウェブ１にはウェイト１１ｃ，１１ａ、前記♯６クランクスローの前後クランクウェブ１にはウェイト１１ｄ，１１ｂのように配置されている。

また、１０ａ，１０ｂは直角方向バランスウェイトで、前記型割り面１２とほぼ直角方向に形成され、前記割り方向バランスウェイト１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄよりも質量が小さく構成されて、前記♯２クランクスロー，及び♯５クランクスローにおけるクランクウェブ１に該クランクウェブ１と一体に形成されており、前記♯２クランクスロー及び♯５クランクスローの前後クランクウェブ１にウェイト１０ａ，１０ｂが配置されている。

そして、前記のように構成されたクランク軸を製造する際においては、前記♯１クランクスロー，♯３クランクスロー，♯４クランクスロー，及び♯６クランクスローに、前記型割り面１２で型抜き可能な形態で、前記型割り面１２の方向に割り方向バランスウェイト１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄを形成して、該割り方向バランスウェイト１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄによって第１次のバランスを取って、該割り方向バランスウェイトを該第１次のバランスに従い成形する。
次いで、♯２クランクスロー，♯５クランクスローに、前記型割り面１２で型抜き可能な形態で、前記型割り面１２とほぼ直角方向に、前記割り方向バランスウェイト１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄよりも質量の小さい直角方向バランスウェイト１０ａ，１０ｂを形成して、該直角方向バランスウェイト１０ａ，１０ｂによって第２次のバランスを取って、該直角方向バランスウェイトを該第２次のバランスに従い成形する。

かかる実施例によれば、複数のクランクスロー（この例では６個）に、型割り面１２で型抜き可能な形態で、該型割り面１２の方向に割り方向バランスウェイト１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄを形成するとともに、型割り面１２とほぼ直角方向に該割り方向バランスウェイト１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄよりも質量の小さい直角方向バランスウェイト１０ａ，１０ｂを形成し、該割り方向バランスウェイト１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄによって第１次のバランスを取り、次いで残存アンバランスを直角方向バランスウェイト１０ａ，１０ｂによって取る（取り除く）ように構成したので、バランスウェイトをクランク軸１００本体と別部品にすることなく、該クランク軸１００本体と前記割り方向バランスウェイト１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ及び直角方向バランスウェイト１０ａ，１０ｂとを型割り面１２で型抜き可能な形態で一体化できるとともに、アンバランスによる起振力が低減されて、目標とする振動モードに近いクランク軸１００を得ることができる。
これにより、簡単な構造でバランスウェイト一体型のクランク軸を構成できるとともに、バランスウェイトの質量調整によるクランク軸１００のバランス取り作業を容易化できる。

特にこの実施例のような６シリンダエンジンにおいては、６つのクランクスローのうち第２クランクスロー及び第５クランクスローにクランク軸横振動のノード（節）があることから、前記クランクスローのうち第１、第３、第４、第６クランクスローの全部または一部に割り方向バランスウェイトを設けて第１次のバランスを取り、第２クランクスロー及び第５クランクスローに前記割り方向バランスウェイト１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄと直角な直角方向バランスウェイト１０ａ，１０ｂを設けて、該直角方向バランスウェイト１０ａ，１０ｂによって前記第１次のバランス取り後の残存アンバランスを取る（取り除く）ように構成したので、該直角方向バランスウェイト１０ａ，１０ｂの削り込みによる質量調整を行なってもクランク軸１００全体の重心位置に殆ど影響を及ぼすことがなく、従って、該直角方向バランスウェイト１０ａ，１０ｂの質量調整よるクランク軸１００のバランス取り作業が容易化されるとともに、残存起振力の無い目標振動モードを容易に得ることが可能となる。

本発明によれば、型割り面でのクランク軸の型抜きを可能とした状態で、バランスウェイトの調整によって目標とする振動モードを得ることができて、バランス取り作業が容易化され、クランク軸の部品コスト及び加工コストを低減した一体型クランク軸を提供できる。

本発明の実施例に係る内燃機関用一体型クランク軸を示す側面図である。 前記実施例における図１のＡ矢視図で、（Ａ）は割り方向バランスウェイト及び直角方向バランスウェイトの第１の取付け位置、（Ｂ）は割り方向バランスウェイト及び直角方向バランスウェイトの第２の取付け位置を示す。

１ クランクウェブ
２ ジャーナル
３ クランクピン
５ クランク軸心
１０ａ，１０ｂ 直角方向バランスウェイト
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ 割り方向バランスウェイト
１２ 型割り面
１００ クランク軸

Claims (2)

1. ６つのクランクスローからなり、該クランクスローのうち第２および第５クランクスローにクランク軸単体におけるクランク軸横振動のノード（節）を形成する６シリンダ用クランク軸であって、バランスウェイトを反クランクピン側端部にクランクウェブと一体に形成するとともに軸心方向の型割り面に沿って成形された一体型クランク軸において、
   クランク軸方向視にて前記第２および第５クランクスローにおける前記クランクウェブの端部側に形成される前記バランスウェイトのクランク軸心に対する方向が前記型割り面とほぼ直角方向に形成される直角方向バランスウェイトと、前記第２および第５クランクスロー以外の他のクランクスローにおける前記クランクウェブの端部側に形成されるバランスウエイトのクランク軸心に対する方向が前記型割り面の方向にほぼ沿って形成される割り方向バランスウェイトとを有し、前記直角方向バランスウェイトの質量を前記割り方向バランスウェイトの質量より小さく形成するとともに、前記各バランスウェイトを設けた形態で前記型割り面にて型抜き可能に構成したことを特徴とする一体型クランク軸。
2. ６つのクランクスローからなり、該クランクスローのうち第２および第５クランクスローにクランク軸単体におけるクランク軸横振動のノード（節）を形成する６シリンダ用クランク軸であって、バランスウェイトを反クランクピン側端部にクランクウェブと一体に形成するとともに軸心方向の型割り面に沿って成形された一体型クランク軸を鍛造あるいは鋳造で製造する一体型クランク軸の製造方法において、
   前記複数のクランクスローに、前記型割面で型抜き可能な形態で、クランク軸方向視にて前記第２および第５クランクスローにおける前記クランクウェブの端部側に形成される前記バランスウェイトのクランク軸心に対する方向が前記型割り面とほぼ直角方向に形成される直角方向バランスウェイトと、前記第２および第５クランクスロー以外の他のクランクスローにおける前記クランクウェブの端部側に形成されるバランスウエイトのクランク軸心に対する方向が前記型割り面の方向にほぼ沿って形成される割り方向バランスウェイトとを形成し、
   前記直角方向バランスウェイトの質量を前記割り方向バランスウェイトの質量より小さく形成するとともに、前記他のクランクスローの全部または一部の前記割り方向バランスウェイトの質量調整によって第１次のバランスを取って該割り方向バランスウェイトを成形した後、残存アンバランスを前記第２および第５クランクスローの前記直角方向バランスウェイトの質量調整によって取り除いて該直角方向バランスウェイトを成形することを特徴とする一体型クランク軸の製造方法。

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