JP5003656B2 - クランクシャフトの支持構造 - Google Patents

Description

本発明は、クランクシャフトのクランクジャーナルをエンジンのシリンダブロックとクランクキャップとで挟んで回転可能に支持する構造に関する。特に、クランクシャフトのバランスウェイトとクランクキャップとの間に介装されるロアスラストベアリングの改良に関する。

一般的に、エンジンによって発生した回転動力を出力するクランクシャフトは、シリンダブロックに回転自在に支持されるクランクジャーナルと、コネクティングロッドが揺動自在に支持されるクランクピンと、回転バランスをとるためのバランスウェイト（あるいはカウンターウェイト）等とを含んだ構成になっている。

このクランクシャフトのクランクジャーナルは、シリンダブロックの下側に設けられる略Ｕ字形の台座と、それにボルト等で取り付けられる略Ｕ字形のクランクキャップとの間に挟まれた状態で回転自在に支持されるようになっている。

クランクシャフトのバランスウェイトとクランクキャップとの間や、クランクシャフトのバランスウェイトとシリンダブロックの台座との間には、スラストベアリングが介装されている。

このスラストベアリングは、一般的に、円盤形状のワッシャを半割りしたようなすべり軸受であり、適宜の自己潤滑性を有するメタルで形成されている。その関係より、通常、クランクシャフトのバランスウェイトとクランクキャップとの間に介装されるスラストベアリングを「ロアスラストベアリング」と呼び、また、クランクシャフトのバランスウェイトとシリンダブロックの台座との間に介装されるスラストベアリングを「アッパスラストベアリング」と呼んでいる。

この２つ１組のスラストベアリングを回り止めするために、ロアスラストベアリングには、回り止め用の突片が設けられており、さらに、ロアスラストベアリングの表裏の誤装着を防止するために、前記突片が、ロアスラストベアリングの円弧長方向の略中央から少しずらされた位置に設けられている（例えば特許文献１，２参照。）。

参考までに、前記２つ１組のスラストベアリングは、製造コスト面を考慮して、表裏の片面のみに焼付き防止のための処理が施されるので、前記のような表裏の誤装着を防止する工夫が施されているのである。
実開昭５８−１８４０１７号公報 実開昭６１−１９１５２１号公報

上記従来例の２つ１組のスラストベアリングは、表裏両面の全体が共に面一となる平坦面とされているために、次のような懸念がある。

つまり、クランクシャフトの回転中には、ピストンの上下運動に伴いバランスウェイトが撓むことがあって、それにより前記２つのスラストベアリングにスラスト荷重が繰り返し作用する他、円周方向での引っ張り荷重や圧縮荷重が繰り返し作用することがある。このようなスラスト荷重、引っ張り荷重や圧縮荷重の作用により、特に、ロアスラストベアリングの突片の付け根に応力が集中することになるために、耐久性が低下することが懸念される。

このような事情に鑑み、本発明は、クランクシャフトのクランクジャーナルをエンジンのシリンダブロックとクランクキャップとで挟んで回転可能に支持する構造において、クランクシャフトのバランスウェイトとクランクキャップとの間に介装されるロアスラストベアリングの耐久性を向上可能とし、クランクシャフトを長期にわたって安定的に支持可能とすることを目的としている。

本発明は、クランクシャフトのクランクジャーナルをエンジンのシリンダブロックとクランクキャップとで挟んで回転可能に支持する構造において、前記クランクシャフトのバランスウェイトとクランクキャップとの間に、ロアスラストベアリングが介装されており、このロアスラストベアリングは、半割りワッシャ部の外径側所定位置に、径方向外向きに突出する突片を一体に形成した形状とされていて、前記クランクキャップに設けられる凹みに略合致した状態で嵌合装着されるものであり、前記突片および前記半割りワッシャ部において前記突片と連なる領域が、前記バランスウェイトに対して非接触となるように、他の領域に比べて薄肉に形成されている、ことを特徴としている。

この構成では、ロアスラストベアリングの突片および前記半割りワッシャ部において前記突片と連なる領域が、前記バランスウェイトに対して非接触となるから、例えばクランクシャフトの回転時にバランスウェイトが撓むことに伴いロアスラストベアリングにスラスト荷重が作用しても、ロアスラストベアリングの半割りワッシャ部の厚肉部分に作用することになって、ロアスラストベアリングの突片および前記半割りワッシャ部において前記突片と連なる領域にスラスト荷重が作用しなくなる。

これにより、突片の付け根に応力が集中することを防止できるので、ロアスラストベアリングがその突片の付け根側から破損することが避けられる。したがって、ロアスラストベアリングの耐久性が向上し、信頼性の向上に貢献できるようになる。

好ましくは、前記クランクキャップの凹みは、半円弧状段差と、その所定位置の外径側に径方向外向きに設けられる直線溝とを含んで構成され、前記クランクキャップの半円弧状段差と直線溝とが交差している壁部に、穴が形成されることによって前記交差壁部が除去され、前記ロアスラストベアリングにおいて半割りワッシャ部と突片との連接部分が曲線形状とされるとともに、その曲率半径が前記半円弧状段差と直線溝との交差部分の残存壁部に干渉しない大きさに設定される。

この構成では、上記構成上のメリットに加えて、突片の付け根が曲率半径の大きな曲線になっていて、亀裂の発生起点が無くなっている関係より、突片における付け根の強度が向上している。

これにより、上記構成による作用の他に、クランクシャフトの回転時にロアスラストベアリングに円周方向の引っ張り荷重や圧縮荷重が作用しても、前記曲線部分の全域に応力が分散されることになり、突片の付け根側からの破損を回避する効果が増大するようになる。

好ましくは、前記ロアスラストベアリングの突片および前記半割りワッシャ部において前記突片と連なる領域には、肉厚方向に貫通する孔が設けられる。

この構成では、上記構成上のメリットに加えて、クランクシャフトの回転時においてバランスウェイトが撓むことによって、ロアスラストベアリングおよびクランクキャップにスラスト荷重が作用したときに、バランスウェイトとロアスラストベアリングおよびクランクキャップとの間に存在する潤滑油膜が、ロアスラストベアリングの孔を通じてクランクキャップの直線溝側へ抜け出ることになる。

これにより、上記構成による作用の他に、ロアスラストベアリングにおいて突片および半割ワッシャ部において突片と連なる領域に対し、油膜圧力が作用しにくくなるので、突片の付け根への応力集中をさらに減じることが可能になり、突片の付け根側からの破損を回避する効果が増大するようになる。

ところで、本発明は、クランクシャフトのクランクジャーナルをエンジンのシリンダブロックとクランクキャップとで挟んで回転可能に支持する構造においてクランクシャフトのバランスウェイトとクランクキャップとの間に介装されるロアスラストベアリングにおいて、半割りワッシャ部の外径側所定位置に、径方向外向きに突出する突片を一体に形成した形状とされていて、前記クランクキャップに設けられる凹みに略合致した状態で嵌合装着されるものとされ、前記突片および前記半割りワッシャ部において前記突片と連なる領域が、前記バランスウェイトに対して非接触となるように、他の領域に比べて薄肉に形成されている、構成とすることができる。

本発明のロアスラストベアリングは、耐久性を向上することが可能になる等、信頼性の向上に貢献できる。また、本発明のクランクシャフトの支持構造は、長期にわたって安定的に支持することが可能になる等、エンジンの信頼性向上に貢献できる。

以下、本発明を実施するための最良の実施形態について添付図面を参照して詳細に説明する。

（実施形態１）
図１から図５に、本発明の実施形態１を示している。まず、図１および図２を参照して、本発明の一実施形態に係るクランクシャフトの支持構造を説明する。

図１および図２において、１はシリンダブロック、２はクランクシャフト、３はコネクティングロッドである。

クランクシャフト２は、この実施形態において４気筒エンジンに用いるタイプとされており、その関係より、５つのクランクジャーナル２ａと、４つのクランクピン２ｂと、８つのバランスウェイト２ｃとを有している。

このクランクシャフト２のクランクジャーナル２ａは、シリンダブロック１の下側の台座１ａとそれにボルト６等で結合されるクランクキャップ５との間に挟まれた状態で回転自在に支持される。

台座１ａには、シリンダブロック１の上側へ向けて断面略Ｕ字形に凹む凹部１ｂが設けられている。また、クランクキャップ５には、シリンダブロック１側へ向けて断面略Ｕ字形に凹む凹部５ａが設けられている。

そして、クランクシャフト２の各クランクジャーナル２ａの回転支持部分、詳しくはクランクシャフト２のクランクジャーナル２ａの外周面と、台座１ａの凹部１ｂ内面およびクランクキャップ５の凹部５ａ内面との対向間には、ラジアルベアリング７，８が介装されるようになっている。

このラジアルベアリング７，８は、一般的に、円筒形のものを半割りしたようなすべり軸受であり、適宜の自己潤滑性を有するメタル等で形成されている。２つ１組のラジアルベアリング７，８のうち、一方のラジアルベアリング７は台座１ａの凹部１ｂ内面に嵌合装着され、他方のラジアルベアリング８はクランクキャップ５の凹部５ａ内面に嵌合装着される。この装着関係に応じて、以下では、シリンダブロック１の台座１ａ側に配置されるラジアルベアリング７をアッパラジアルベアリングと呼び、また、クランクキャップ５側に配置されるラジアルベアリング８をロアラジアルベアリングと呼んでおり、２つ１組で使用される
なお、クランクシャフト２のクランクピン２ｂには、コネクティングロッド３の大端部が揺動可能に取り付けられ、このコネクティングロッド３の小端部には、ピストン（図示省略）が取り付けられる。

このコネクティングロッド３の大端部は、略Ｕ字形とされ、この大端部に略Ｕ字形のキャップをボルト等で取り付けることにより、クランクピン２ｂを挟むようになっている。このクランクピン２ｂとコネクティングロッド３の大端部との間にも、上記クランクジャーナル２ａと同様にラジアルすべり軸受としてのラジアルベアリング（符号省略）が介装されるようになっている。

そして、クランクシャフト２のバランスウェイト２ｃとクランクキャップ５との間や、クランクシャフト２のバランスウェイト２ｃとシリンダブロック１の台座１ａとの間には、スラストベアリング９，１０が介装されている。

このスラストベアリング９，１０は、一般的に、円盤形状のワッシャを半割りしたようなすべり軸受であり、適宜の自己潤滑性を有するメタル等で形成されている。その関係より、通常、クランクシャフト２のバランスウェイト２ｃとクランクキャップ５との間に介装されるスラストベアリング９を「ロアスラストベアリング」と呼び、また、クランクシャフト２のバランスウェイト２ｃとシリンダブロック１の台座１ａとの間に介装されるスラストベアリング１０を「アッパスラストベアリング」と呼んでおり、２つ１組で使用される。

ロアスラストベアリング９は、半割りワッシャ部９ａの外径側所定位置に、径方向外向きに突出する突片９ｂを一体に形成した形状とされている。アッパスラストベアリング１０は、半割りワッシャ形状とされており、前記のような突片９ｂは設けられていない。

２つ１組のスラストベアリング９，１０を回り止めするために、ロアスラストベアリング９に回り止め用の突片９ｂが設けられており、さらに、ロアスラストベアリング９の表裏の誤装着を防止するために、突片９ｂが、ロアスラストベアリング９の円弧長方向の略中央から少しずらされた位置に設けられている。また、突片９ｂの付け根の隅は、丸く形成されている。

しかも、アッパスラストベアリング１０の表裏の誤装着を防止するために、ロアスラストベアリング９とアッパスラストベアリング１０との合わせ端に、互いに凹凸嵌合する凹状部９ｃ，１０ａと凸状部９ｄ，１０ｂとが設けられている。

このような２つ１組のスラストベアリング９，１０は、製造コスト面を考慮して、表裏の片面のみに焼付き防止のための処理が施されるので、前記のような表裏の誤装着を防止するための工夫が施されているのである。

シリンダブロック１の台座１ａには、アッパスラストベアリング１０を嵌合装着するための半円弧状段差１ｃが設けられている。

一方、クランクキャップ５にも、ロアスラストベアリング９を嵌合装着するための凹み（５ｂ，５ｃ）が設けられているが、この凹みは、半円弧状段差５ｂと、直線溝５ｃとを組み合わせたものになっている。半円弧状段差５ｂは、クランクキャップ５の一側面において凹部５ａの縁に沿って設けられている。直線溝５ｃは、半円弧状段差５ｂの真ん中寄りで、クランクキャップ５の高さ方向に沿って設けられている。

そして、図２に示すように、直線溝５ｃは、半円弧状段差５ｂよりも深く形成されている。その理由を説明する。なお、図２では、直線溝５ｃの深さを誇張して記載している。

そもそも、半円弧状段差５ｂと直線溝５ｃとは、別々に加工するが、仮に製造公差等により直線溝５ｃが半円弧状段差５ｂよりも浅く形成された場合、直線溝５ｃの底が出っ張りとなることがありうる。そのような場合、クランクシャフト２の回転によってピストン（図示省略）が上下運動することに伴いバランスウェイト２ｃが撓むことによってロアスラストベアリング９に片当たりすると、突片９ｂに対して局部的にスラスト荷重が作用することになってしまい、突片９ｂの付け根に応力が集中して、突片９ｂが付け根から破損しやすくなるおそれがある。

そこで、あえて、直線溝５ｃを半円弧状段差５ｂよりも深くすれば、前記のように突片９ｂの付け根に応力が集中することを回避できるようになる。このことから前記のように設定している。

この実施形態では、上記したロアスラストベアリング９に対し、その突片９ｂの亀裂や折損を防止するための工夫を施しているので、以下で詳細に説明する。

ロアスラストベアリング９の突片９ｂおよび半割りワッシャ部９ａのバランスウェイト２ｃ側の面において突片９ｂと連なる領域が、半割りワッシャ部９ａの他の領域に比べて薄肉とされている。この薄肉部分に符号９ｅを付している。なお、半割りワッシャ部９ａの薄肉部９ｅは、径方向に沿う溝によって形成されている。

このような構成とすれば、例えばクランクシャフト２の回転に伴いそのバランスウェイト２ｃ側からロアスラストベアリング９にスラスト荷重が作用したときに、図５に示すように、このスラスト荷重が半割りワッシャ部９ａの厚肉部分に作用することになって、ロアスラストベアリング９の薄肉部９ｅおよび突片９ｂに作用しなくなる。

そもそも、クランクシャフト２が回転すると、前記しているようにバランスウェイト２ｃが撓むことがあり、そのために、ロアスラストベアリング９の突片９ｂにスラスト荷重が作用しやすくなるのであるが、上記したような構成とすれば、このようなスラスト荷重が突片９ｂおよび薄肉部９ｅに作用することを回避できる。

これにより、突片９ｂの付け根に応力が集中することを防止できるので、ロアスラストベアリング９がその突片９ｂの付け根側から亀裂が発生したり、折れたりするといった不具合の発生を防止できるようになる等、ロアスラストベアリング９の耐久性が向上し、信頼性の向上に貢献できるようになる。

（実施形態２）
図６および図７を参照して、本発明の実施形態２を説明する。この実施形態２では、ロアスラストベアリング９において半割りワッシャ部９ａと突片９ｂとの連接部分が曲線形状に形成されているとともに、その曲率半径Ｒが半円弧状段差５ｂと直線溝５ｃとの交差部分の残存壁部５ｅ，５ｅに干渉しない大きさに設定されている。

ところで、クランクキャップ５の半円弧状段差５ｂと直線溝５ｃとが交差している壁部の角が、仮に先鋭になっている場合には、ロアスラストベアリング９において半割りワッシャ部９ａと突片９ｂとの連接部分も、鋭角にする必要があって、当該連接部分の曲率半径Ｒを前記のように可及的に大きくすることは物理的に不可能である。

そこで、クランクキャップ５の半円弧状段差５ｂと直線溝５ｃとが交差している壁部に、図６に示すような穴５ｄ，５ｄを形成することによって、前記交差壁部そのものを除去するようにしている。この穴５ｄ，５ｄは、奥が塞がった形状になっているが、貫通する孔とすることも可能である。

この穴５ｄ，５ｄの内径は、大きくすればするほど、ロアスラストベアリング９において半割りワッシャ部９ａと突片９ｂとの連接部分の曲率半径Ｒを可及的に大きくすることが可能になる。このように曲率半径Ｒは、図７に示すように、クランクキャップ５の凹み（５ｂ，５ｃ）に、ロアスラストベアリング９を嵌合装着した状態で、クランクキャップ５において半円弧状段差５ｂと直線溝５ｃとの交差部分の残存壁部５ｅ，５ｅに干渉しないような大きさに設定されている。

この実施形態２の場合の動作を説明する。

つまり、上記実施形態１で説明したようにクランクシャフト２の回転時にバランスウェイト２ｃが撓むことによって、ロアスラストベアリング９およびクランクキャップ５にスラスト荷重が作用すると、ロアスラストベアリング９の半割りワッシャ部９ａと突片９ｂとに全体的にスラスト荷重が作用する他、クランクシャフト２の回転時にロアスラストベアリング９に円周方向の引っ張り荷重や圧縮荷重が作用することになって、従来例と同様に突片９ｂの付け根に応力が集中することは避けられない。

しかしながら、この突片９ｂの付け根が曲率半径Ｒの大きな曲線になっていて、亀裂の発生起点が無くなっている関係より、前記曲線部分の全域に応力が分散されることになる等、突片９ｂにおける付け根の強度が向上するようになっている。

そのため、この実施形態２の場合も、上記実施形態１の場合と同様に、ロアスラストベアリング９に、その突片９ｂの付け根側から亀裂が発生したり、折れたりするといった不具合の発生を防止できるようになる等、ロアスラストベアリング９の耐久性が向上し、信頼性の向上に貢献できるようになる。

ところで、この実施形態２の構成は、例えば図８に示すように、上記実施形態１の構成に組み合わせることも可能である。その場合には、上記実施形態１の構成によるメリットに加えて、突片９ｂの付け根側からの破損を回避する効果が増大する。

（実施形態３）
図９および図１０を参照して、本発明の実施形態３を説明する。この実施形態３では、ロアスラストベアリング９において突片９ｂおよび半割ワッシャ部９ａにおいて突片９ｂと連なる領域に、肉厚方向に貫通する孔９ｆを設けるようにしている。

具体的に、図示しているように、前記突片９ｂおよび半割ワッシャ部９ａにおいて突片９ｂと連なる領域には、複数の孔９ｆがロアスラストベアリング９の径方向に一定の間隔をもって並んで形成されている。

この場合、上記実施形態１で説明したようにクランクシャフト２の回転時においてバランスウェイト２ｃが撓むことによって、ロアスラストベアリング９およびクランクキャップ５にスラスト荷重が作用する。その際、バランスウェイト２ｃとロアスラストベアリング９およびクランクキャップ５との間に潤滑油膜が存在しているが、ロアスラストベアリング９に前記のような孔９ｆを設けていると、前記油膜が前記孔９ｆを通じてクランクキャップ５の直線溝５ｃ側へ抜け出ることになる。

これにより、ロアスラストベアリング９において突片９ｂおよび半割ワッシャ部９ａにおいて突片９ｂと連なる領域に対しては、クランクシャフト２からのスラスト荷重が作用しにくくなり、突片９ｂの付け根に応力が集中することを防止できるようになる。

そのため、この実施形態３の場合も、上記実施形態１，２の場合と同様に、ロアスラストベアリング９がその突片９ｂの付け根側から破損するといった不具合の発生を防止できるようになる等、ロアスラストベアリング９の耐久性が向上し、信頼性の向上に貢献できるようになる。

ところで、この実施形態３の構成は、上記実施形態１や２の構成に組み合わせることも可能である。その場合には、上記実施形態１や２の構成によるメリットに加えて、突片９ｂの付け根側からの破損を回避する効果が増大する。実施形態１と３を組み合わせた形態について、例えば図１１に示している。

以上説明したように、本発明の特徴を適用した実施形態１〜３では、クランクシャフト２を長期にわたって安定的に支持することが可能になる等、エンジンの信頼性の向上に貢献できる。

なお、本発明は、上記実施形態のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲内および当該範囲と均等の範囲で包含されるすべての変形や応用が可能である。以下で例を挙げる。

（１）上記各実施形態では、クランクシャフト２に備える複数のクランクジャーナル２ａそれぞれに、個別のクランクキャップ５を結合するようにした例を挙げているが、本発明は、それに限定されるものではなく、各クランクキャップ５を一体に連結したような、いわゆるラダービーム構造としたものを用いることも可能であり、その場合にも上記実施形態と同様に本発明を適用できる。

（２）上記各実施形態では、ロアスラストベアリング９とアッパスラストベアリング１０との合わせ端の形状については特に限定されるものではなく、例えば実開昭６１−１９１５２１号公報に示すような形状とすることが可能である。

本発明に係るクランクシャフト支持構造の実施形態１を模式的に示す断面図である。 図１に示すシリンダブロックとクランクキャップとクランクシャフトとを分離した状態を示す分解斜視図である。 図１の（３）−（３）線断面の矢視図である。 図１の一部（左端のクランクジャーナル部分）を拡大して示す図である。 図３においてロアスラストベアリング周辺を上方から見下ろした状態を示す図である。 本発明に係るクランクシャフト支持構造の実施形態２で、図３に対応する図である。 図６の実施形態２において、２つのスラストベアリングを取り付けた状態を示す図である。 実施形態１と実施形態２とを組み合わせた例で、図３および図６に対応する図である。 本発明に係るクランクシャフト支持構造の実施形態３で、図３に対応する図である。 図９の実施形態３において、図５に対応する図である。 実施形態１と実施形態３とを組み合わせた例で、図３および図９に対応する図である。

符号の説明

１ シリンダブロック
１ａ シリンダブロックの台座
２ クランクシャフト
２ａ クランクシャフトのクランクジャーナル
２ｂ クランクシャフトのクランクピン
２ｃ クランクシャフトのバランスウェイト
３ コネクティングロッド
５ クランクキャップ
５ｂ クランクキャップの半円弧状段差
５ｃ クランクキャップの直線溝
５ｄ クランクキャップの穴
９ クランクジャーナル用のロアスラストベアリング
９ａ ロアスラストベアリングの半割りワッシャ部
９ｂ ロアスラストベアリングの突片
９ｅ ロアスラストベアリングの薄肉部
９ｆ ロアスラストベアリングの孔
１０ クランクジャーナル用のアッパスラストベアリング

Claims (3)

1. クランクシャフトのクランクジャーナルをエンジンのシリンダブロックとクランクキャップとで挟んで回転可能に支持する構造において、
   前記クランクシャフトのバランスウェイトとクランクキャップとの間に、ロアスラストベアリングが介装されており、
   このロアスラストベアリングは、半割りワッシャ部の外径側所定位置に、径方向外向きに突出する突片を一体に形成した形状とされていて、前記クランクキャップに設けられる凹みに略合致した状態で嵌合装着されるものであり、
   前記突片および前記半割りワッシャ部において前記突片と連なる領域が、前記バランスウェイトに対して非接触となるように、他の領域に比べて薄肉に形成されている、ことを特徴とするクランクシャフトの支持構造。
2. 請求項１に記載のクランクシャフトの支持構造において、
   前記クランクキャップの凹みは、半円弧状段差と、その所定位置の外径側に径方向外向きに設けられる直線溝とを含んで構成され、
   前記クランクキャップの半円弧状段差と直線溝とが交差している壁部に、穴が形成されることによって前記交差壁部が除去され、
   前記ロアスラストベアリングにおいて半割りワッシャ部と突片との連接部分が曲線形状とされるとともに、その曲率半径が前記半円弧状段差と直線溝との交差部分の残存壁部に干渉しない大きさに設定される、ことを特徴とするクランクシャフトの支持構造。
3. 請求項１または２に記載のクランクシャフトの支持構造において、
   前記ロアスラストベアリングの突片および前記半割りワッシャ部において前記突片と連なる領域には、肉厚方向に貫通する孔が設けられる、ことを特徴とするクランクシャフトの支持構造。

Images