JP6065416B2

JP6065416B2 - 回転体

Info

Publication number: JP6065416B2
Application number: JP2012128931A
Authority: JP
Inventors: 直之桐原; 隆広山崎; 和導山口
Original assignee: Yamabiko Corp
Current assignee: Yamabiko Corp
Priority date: 2012-06-06
Filing date: 2012-06-06
Publication date: 2017-01-25
Anticipated expiration: 2032-06-06
Also published as: JP2013253635A

Description

本発明は、クランクシャフトに取付けられる回転体に関し、例えば、エンジンのクランクシャフトに取付けられる回転体に関する。

チェンソー、刈払機、ブロワなどの多くの小型作業機械に、２サイクルエンジンが採用されている。

２サイクルエンジンでは、ピストンが上昇する間、燃焼室内の燃料と空気の混合ガスを圧縮すると共に、クランク室内が負圧になり、吸入通路が前記クランク室に通じると、燃料と空気の混合ガスが前記吸入通路を通って前記クランク室内に充填される。次いで、前記燃焼室内の爆発により前記ピストンが下降する間、排気通路が前記燃焼室に通じると、燃焼ガスが前記排気通路から排気される。また、前記クランク室内に充填された混合ガスが圧縮され、掃気通路を介して前記クランク室と前記燃焼室が通じると、混合ガスが前記クランク室から前記掃気通路を介して前記燃焼室内に流入する。

前記２サイクルエンジンにおいて、前記クランク室内の容積を小さくすると、前記クランク室内における混合ガスの圧縮比が大きくなり、前記エンジンの出力性能、加速性能、エミッション（炭化水素等の大気汚染物質の排出）の低減を向上させることができることが知られている。また、前記クランク室内の容積を小さくするために、クランクシャフトのウェブ（アーム）の両側に生じる空間を埋める１対のブロック要素を前記ウェブに取付けることが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−１４０１７０号公報

前記１対のブロック要素が板要素によって連結され、回転体として一体化されるとき、前記板要素と前記ブロック要素の接続箇所に応力が集中することがある。前記回転体の耐久性の向上のために、かかる応力の集中を軽減させることが望ましい。

そこで、本発明は、板要素とブロック要素の接続箇所に集中する応力を軽減することができる回転体を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明による回転体は、回転軸線を中心に回転可能なクランクシャフトに取付けられる回転体であって、前記クランクシャフトは、前記回転軸線上に配置されるシャフト部と、前記シャフト部から前記回転軸線と垂直な第１の垂直方向に延びるウェブ部とを有し、前記回転体は、前記回転軸線及び前記第１の垂直方向と垂直な第２の垂直方向に間隔をあけて配置される１対のブロック要素と、前記１対のブロック要素を連結し且つ前記ウェブ部に取付けられる板要素と、を有し、前記１対のブロック要素の各々は、前記板要素から前記第１の垂直方向に突出する突出部分を有し、前記突出部分と前記板要素の接続隅部及び／又はその近傍に切欠きが設けられることを特徴としている。

このように構成された前記回転体では、前記回転体を高速回転させると、前記突出部分に作用する遠心力により、前記突出部分が前記板要素に対して撓み、前記突出部分の前記接続隅部に応力が集中する傾向がある。これに対して、前記突出部分の前記接続隅部に切欠きを設けると、前記突出部分が前記切欠きの周りで撓み、結果として、遠心力による応力集中が前記切欠きの周りに分散される。すなわち、前記板要素と前記突出部分の接続箇所（前記切欠き）に集中する応力が軽減される。また、突出部分の接続隅部近傍に切欠きを設けると、突出部分が切欠きの周りで撓み、結果として、遠心力による応力集中が前記切欠きと前記接続隅部に分散され、前記板要素と前記突出部分の接続箇所（前記接続隅部）に集中する応力が軽減される。

前記切欠きは、前記ブロック要素を前記回転軸線方向に貫通していてもよいし、貫通していなくてもよい。また、前記切欠きは、細長い溝であってもよいし、孔であってもよい。前記切欠きは、複数設けられてもよい。

以上説明したとおり、本発明による回転体は、板要素とブロック要素の接続箇所に集中する応力を軽減することができる。

本発明による回転体を有するエンジンの正面断面図である。本発明による回転体を有するエンジンの側面断面図である。本発明による回転体の斜視図である。クランクシャフトに取付けられた本発明による回転体の斜視図である。本発明による回転体の側面図である。本発明による変形例の回転体の側面図である。本発明による変形例の回転体の側面図である。本発明による変形例の回転体の側面図である。本発明による変形例の回転体の側面図である。本発明による変形例の回転体の側面図である。

図面を参照して、本発明による回転体の実施形態を説明する。本実施形態は、２サイクルエンジンのクランクシャフトに取付けられる回転体の実施形態である。

図１及び図２に示すエンジン１は、例えば、チェンソー、刈払い機、ブロワなどの小型作業機械に用いられる１気筒の２サイクルエンジンである。前記エンジン１は、クランク室２、シリンダ４及び燃焼室６を構成するシリンダブロック８と、前記シリンダ４内に摺動自在に設けられたピストン１０と、前記クランク室２に配置されるクランクシャフト１２と、前記ピストン１０と前記クランクシャフト１２を連結するコンロッド１４を有している。また、前記シリンダブロック８には、燃料と空気の混合ガスを前記クランク室２及び前記シリンダ４に供給する吸入通路１６と、燃焼ガスを排気する排気通路１８と、前記ピストン１０が下降したときに前記ピストン１０の上に位置する前記シリンダ４と前記クランク室２とを連通する掃気通路２０が設けられている。

前記クランクシャフト１２は、回転軸線Ａ１を中心に回転可能であり、前記回転軸線Ａ１上に配置され且つベアリング２２によって回転可能に支持された１対のシャフト部２４、２４と、前記シャフト部２４、２４から前記回転軸線Ａ１と垂直な第１の垂直軸線Ａ２の方向に延びる１対のウェブ部（アーム部）２６、２６と、前記１対のウェブ部２６、２６の間を前記回転軸線Ａ１と平行に延び且つ前記回転軸線Ａ１からオフセットされた連結ピン部２８を有している。前記連結ピン部２８には、前記コンロッド１４が回転可能に取付けられている。前記クランクシャフト１２の一方の端部に、フライホイール３０、リコイルスタータ３２が取付けられ、他方の端部にクラッチ機構３３が取付けられている。前記ウェブ部２６、２６は、前記連結ピン部２８と反対側にウエイト３４を有することが好ましい。前記クランクシャフト１２は、一体式に形成されてもよいし、組立式であってもよい。前記クランクシャフト１２は、ＳＣＭ材等の金属で作られるのがよい。また、本発明による回転体３６が、前記クランクシャフト１２に取付けられている。

図３に示すように、前記回転体３６は、前記回転軸線Ａ１及び前記第１の垂直方向Ａ２と垂直な第２の垂直方向Ａ３に間隔をあけて配置される１対のブロック要素３８、３８と、前記１対のブロック要素３８、３８を連結し且つ前記ウェブ部２６に取付けられる板要素４０を有している。前記回転体３６は、ナイロン樹脂で作られるのがよい。

前記板要素４０は、前記ウェブ部２６と前記ベアリング２２の間に配置されている（図１参照）。前記板要素４０は、前記シャフト部２４を受入れる孔４２と、前記連結ピン部２８との干渉を回避するように前記第２の垂直方向Ａ３に延びる縁部４４を有している。前記板要素４０の厚さは、例えば、１〜５ｍｍである。

前記１対のブロック要素３８、３８の各々は、前記板要素４０に連結された連結部分４６と、前記板要素４０から前記第１の垂直方向Ａ２に突出する突出部分４８を有している。図４に示すように、前記連結部分４６と前記突出部分４８は、前記ウェブ部２６に隣接して配置され、前記ウェブ部２６と同じ前記回転軸線方向Ａ１の厚さを有していることが好ましい。また、前記回転軸線方向Ａ１に見たとき、前記ウエイト３４を含む前記ウェブ部２６と前記１対のブロック要素３８、３８を組合せた輪郭が円形になることが好ましい。

図３及び図４に示すように、前記１対のブロック要素３８、３８は各々、前記板要素４０の反対側において、前記回転軸線Ａ１方向に延びる突起５０、５０を有している。また、前記１対のブロック要素３８、３８の前記突起５０、５０に、それらの間を延びる係止部材５２が取付けられている。かくして、前記回転体３６は、前記ウェブ部２６を前記板要素４０と前記係止部材５２で挟むようにして、前記ウェブ部２６に取付けられている。前記突起５０、５０及び前記係止部材５２の形態は任意である。本実施形態では、前記突起５０、５０は、円筒形溝５０ａを有するピンであり、前記係止部材５２は、前記円筒形溝５０ａに係合可能なリング部５２ａ、５２ａを有するＳ字形ワイヤである。

前記シリンダブロック８は、前記クランクシャフト１２の前記ウェブ部２６、２６に近接するように形成されているが、後述するように、前記シリンダブロック８と前記突出部分４８との間には所定の隙間が必要である。

図５に示すように、前記突出部分４８と前記板要素４０の接続隅部５４は、前記回転体３６が前記クランクシャフト１２と一緒に回転するときに応力が集中する箇所である。かかる箇所は、一般的には、前記回転軸線Ａ１の方向に見て、前記突出部分４８の前記ウェブ部２６側の面と前記板要素４０の前記縁部４４が実質的に鋭角をなすような箇所である。本実施形態では、前記接続隅部５４に切欠き５６が設けられている。前記切欠き５６は、前記板要素４０の前記縁部４４を前記ブロック要素３８の内部に延長するように設けられている。また、前記切欠き５６は、前記ブロック要素３８を前記回転軸線Ａ１方向に貫通する溝の形態をなしている。

次に、本発明による回転体の作用を説明する。

前記クランクシャフト１２と前記回転体３６を高速回転させると、前記突出部分４８に作用する遠心力により、前記突出部分４８が前記板要素４０に対して撓み、前記突出部分４８の前記接続隅部５４に応力が集中する傾向がある。これに対して、前記突出部分４８の前記接続隅部５４に前記切欠き５６を設けると、前記突出部分４８が前記切欠き５６の周りで前記回転軸線Ａ１方向及び前記第２の垂直方向Ａ３に撓み、結果として、遠心力による応力集中が前記切欠き５６の周りに分散される。すなわち、前記板要素４０と前記突出部分４８の接続箇所（前記切欠き５６）に集中する応力が軽減される。

前記接続隅部５４の応力集中を軽減する従来方法は、前記接続隅部５４を肉厚にしたり、前記接続隅部５４の丸みを大きくしたりすることによって、前記接続隅部５４の剛性を大きくする方法である。このため、かかる従来方法は、前記回転体３６を大きくし、前記回転体３６の周りの部品との干渉を引起こすことがある。これに対して、本発明による前記回転体３６では、前記切欠き５６を設けることによって、従来方法とは逆に前記突出部分４８の剛性を弱め、僅かに撓ませることによって、遠心力によって生じたひずみエネルギーを吸収する。本発明による前記回転体３６では、前記切欠き５６が設けられるので、前記回転体３６を拡大させることなしに、前記接続隅部５４の応力集中を軽減させることができる。したがって、既存のエンジン等に前記回転体３６を追加する場合に有利である。

本発明による前記回転体３６は、発明者が行った数値解析によるシミュレーションによって、前記接続隅部５４における応力が軽減されていることが確認されている。したがって、本発明による切欠き５６付きの回転体３６の耐久性は、切欠きなしの回転体の耐久性よりも向上することが明らかである。前記回転体３６を２サイクルエンジンに取付ける場合には、前記エンジンの出力性能、加速性能、エミッション（炭化水素等の大気汚染物質の排出）の低減を、今まで以上に長期にわたって維持することが可能である。

図６〜図１０に、前記切欠き５６の変形例を示す。

図６に示すように、前記切欠き５６は、細長い溝の形態ではなく、孔の形態であってもよい。

また、図７〜図１０に示すように、前記切欠き５６は、前記接続隅部５４の近傍の前記突出部分４８に設けられてもよい。この場合、突出部分４８が切欠き５６の周りで撓み、結果として、遠心力による応力集中が前記切欠き５６と前記接続隅部５４に分散され、前記板要素４０と前記突出部分４８の接続箇所（前記接続隅部）に集中する応力が軽減される。

前記切欠き５６は、前記ブロック要素３８を前記回転軸線Ａ１方向に貫通していてもよいし（図７及び図８参照）、貫通していなくてもよい（図１０参照）。また、前記切欠き５６は、真っ直ぐな細長い溝であってもよいし（図７参照）、曲がった細長い溝であってもよい（図８参照）。また、前記切欠き５６は、複数設けられてもよい（図９参照）。なお、前記接続隅部５４の応力集中を軽減させる観点では、図７〜図１０に示すように前記接続隅部５４の近傍に設けられた切欠き５６と、前記接続隅部５４を肉厚にしたり前記接続隅部５４の丸みを大きくしたりする上記従来方法とを組合せてもよい。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、以上の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

上記実施形態では、前記回転体３６が２サイクルエンジン１のクランクシャフト１２に取付けられる場合を説明したが、本発明による回転体３６は、回転するクランクシャフトに取付けられて板要素４０とブロック要素３８の接続箇所に集中する応力を軽減することができるかぎり、任意のクランクシャフトに適用可能である。

上述した回転体３６の前記クランクシャフト１２のウェブ部２６への取付けは例示であり、その他の取付け方を採用してもよい。

１２クランクシャフト
２４シャフト部
２６ウェブ部
３６回転体
３８ブロック要素
４０板要素
４８突出部分
５４接続隅部
５６切欠き
Ａ１回転軸線
Ａ２第１の垂直方向
Ａ３第２の垂直方向

Claims

回転軸線（Ａ１）を中心に回転可能なクランクシャフト（１２）に取付けられる回転体（３６）であって、
前記クランクシャフト（１２）は、前記回転軸線（Ａ１）上に配置されるシャフト部（２４）と、前記シャフト部（２４）から前記回転軸線（Ａ１）と垂直な第１の垂直方向（Ａ２）に延びるウェブ部（２６）とを有し、
前記回転体（３６）は、前記回転軸線（Ａ１）及び前記第１の垂直方向（Ａ２）と垂直な第２の垂直方向（Ａ３）に間隔をあけて配置される１対のブロック要素（３８）と、前記１対のブロック要素（３８）を連結し且つ前記ウェブ部（２６）に取付けられる板要素（４０）と、を有し、
前記１対のブロック要素（３８）の各々は、前記板要素（４０）から前記第１の垂直方向（Ａ２）に突出する突出部分（４８）を有し、前記突出部分（４８）は、前記突出部分（４８）に作用する遠心力により、前記板要素（４０）に対して撓み可能であり、前記突出部分（４８）と前記板要素（４０）の接続隅部（５４）及び／又はその近傍に切欠き（５６）が設けられることを特徴とする回転体（３６）。
前記切欠き（５６）は、前記ブロック要素（３８）を前記回転軸線（Ａ１）方向に貫通することを特徴とする請求項１に記載の回転体（３６）。
前記切欠き（５６）は、前記ブロック要素（３８）を前記回転軸線（Ａ１）方向に貫通しないことを特徴とする請求項１に記載の回転体（３６）。
前記切欠き（５６）は、細長い溝であることを特徴とする請求項１に記載の回転体（３６）。
前記切欠き（５６）は、複数設けられることを特徴とする請求項１に記載の回転体（３６）。
前記切欠き（５６）は、孔であることを特徴とする請求項１に記載の回転体（３６）。