JP6167500B2 - コンロッド - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関（エンジン）に用いられるコンロッド（コネクティングロッド）に関する。

例えば特許文献１に示すように、コンロッドの大端部は、クランクシャフトのクランクピンに取り付けられる。この取り付け形態を説明する。

コンロッドの半リング状の大端部と半リング状のベアリングキャップとでクランクピンを挟み、前記大端部とベアリングキャップとをねじで締結する。

この締結に用いるねじの形態としては、ねじ軸部の軸方向一端に頭部を設けた形状のボルトとされる。このボルトの頭部は、その外周面が締め付け操作工具（メガネレンチやスパナなど）が係合されるように多角面形状に形成されている。この頭部が工具係合部となる。

ベアリングキャップにおいてその凹部の外側２ヶ所（長手方向両端側）には、前記ボルトが挿通される貫通孔が設けられている。コンロッドの大端部においてその凹部の外側２ヶ所には、前記ボルトが螺合されるねじ孔が設けられている。

そして、大端部にベアリングキャップを突き合わせておいて当該ベアリングキャップの貫通孔にボルトのねじ軸を挿通し、このねじ軸を前記大端部のねじ孔にねじ込む。これにより、ボルトの頭部がベアリングキャップの外側に配置される。

特開平７−２９３５４６号公報（例えば図５、図１、図６参照） 実開昭６２−６０７２０号公報

上記特許文献１に係る従来例には、コンロッドローカスを小さくするという記載は見られないので、そのような技術思想を窺い知ることはできない。

前記コンロッドローカス（本願の図１および図２の符号１００参照）とは、コンロッドを製造または使用する業界において公知であるが、エンジン運転に伴いコンロッドが上下動する過程においてクランクシャフトの回転軸心（クランクジャーナルの回転軸心）から最も離れた部位の移動軌跡で表される。このコンロッドローカスの下側領域（本願の図１および図２の符号１０１，１０２参照）は、クランクジャーナルの回転軸心からベアリングキャップ側の最も遠い部位（ボルトの頭部の頂面側角部）の移動軌跡で表される。

一般に、前記コンロッドが前記周辺部位に干渉しないように、前記コンロッドローカスに基づいてコンロッドの周辺部位（シリンダブロックやクランクケースなど）の形状やサイズを設計する必要がある。

エンジンをコンパクト化するには前記コンロッドローカスを可及的に小さくすればよいのであるが、どのようにして小さくするかについて、本願発明者が鋭意研究した結果、次のような知見を得るに至った。

つまり、上記特許文献１の図５に示すような構造の場合、コンロッドのベアリングキャップを締結するためのボルトの頭部の外周面が六角面形状になっていて、このボルトの頭部の頂面側角部が、クランクジャーナルの回転軸心からベアリングキャップの大端部側の最も遠い部位になる。

このことから、本願発明者は、コンロッドローカスを可及的に小さくするにあたって、前記ボルトの頭部の頂面側角部を引っ込めるように工夫すればよいという知見を得たので、発明を完成するに至ったのである。

したがって、本発明は、大端部にベアリングキャップがねじで締結される構成のコンロッドにおいて、コンロッドローカスを可及的に小さくすることを目的としている。

本発明は、大端部にベアリングキャップがねじで締結される構成のコンロッドであって、前記ねじは、前記ベアリングキャップの側でかつ外径側から締め付け操作工具が係合される工具係合部を有し、このねじが締結された状態で、当該ねじの前記工具係合部の頂面側外周縁において前記ベアリングキャップの長手方向中心から最も遠い部位を含む円周方向の所定角度領域に、前記ベアリングキャップのねじ受け座面からの高さを低くするための段差形状のカット部が設けられている、ことを特徴としている。

この構成では、カット部を設けているから、クランクシャフトの回転軸心（クランクジャーナルの回転軸心）からベアリングキャップ側の最も遠い部位までの距離（回転半径）が、前記カット部を設けていない場合に比べて短くなる。

これにより、コンロッドローカスの下側領域（ベアリングキャップ側に位置するねじの工具係合部において最も外側に突出する部位の移動軌跡）が、カット部を設けない場合に比べてクランクジャーナルの回転軸心側へ後退するようになるので、コンロッドローカスが小さくなる。その結果、本発明に係るコンロッドの使用対象となるエンジンをコンパクト化することが可能になる。

好ましくは、前記カット部は、前記ねじの軸方向に沿う高さが低くなる段差形状とされる。ここでは、前記カット部の形状を具体的に特定しており、この特定により本発明の実施形態を明確にすることができる。

好ましくは、前記ねじは、ねじ軸部の軸方向一端に頭部を設けたボルトと、前記大端部に設けられるねじ孔とで構成され、前記ボルトは、そのねじ軸部の先端側が前記ベアリングキャップの貫通孔を突き抜けて前記大端部のねじ孔にねじ込まれることで、前記頭部が前記ベアリングキャップ側に配置されるものであり、前記頭部は、その外周面が多角面形状とされることで前記工具係合部とされる。ここでは、前記ねじの形態を具体的に特定しており、この特定により本発明の実施形態を明確にすることができる。

好ましくは、前記カット部は、前記頭部の頂面側の円周所定領域に前記ねじ軸の軸方向に沿う高さを低くするような段差形状とされる。ここでは、前記カット部の形状を具体的に特定しており、この特定により本発明の実施形態を明確にすることができる。

本発明に係るコンロッドにおいて、前記ねじは、軸方向一端側が前記大端部に植え込まれるスタッドボルトと、このスタッドボルトの軸方向他端側に前記ベアリングキャップの貫通孔を挿通した状態で当該ベアリングキャップから突き出る部分に螺合されるナットとを組み合わせた構成とされ、前記ナットは、その外周面が多角面形状とされることで前記工具係合部とされる。ここでは、前記ねじの形態を具体的に特定しており、この特定により本発明の実施形態を明確にすることができる。

本発明に係るコンロッドは、コンロッドローカスを、カット部を設けない場合に比べて小さくすることが可能になる。その結果、本発明に係るコンロッドの使用対象となるエンジンをコンパクト化することが可能になる。

本発明に係るコンロッドを用いるエンジンの一実施形態で、クランクシャフトの軸方向一端側から見た状態を模式的に示す図である。 図１においてコンロッドローカスを説明するための図である。 図１のコンロッドの支持構造を、エンジンの一側から見た状態で示す図である。 図１のコンロッド単体を示す図である。 図４においてコンロッドの大端部からベアリングキャップを離した状態を示す図である。 図４のコンロッドの大端部を斜め下から見上げた状態を拡大して示す斜視図である。 図６においてコンロッドの大端部からベアリングキャップを離した状態を示す斜視図である。 図１から図７においてコンロッド大端部にベアリングキャップを締結するためのボルト単体を拡大して示す斜視図である。 図１から図８に示す実施形態の優位性を説明するための説明図である。 本発明に係るコンロッドの他実施形態で、コンロッドの大端部を斜め下から見上げた状態を拡大して示す斜視図である。 本発明に係るコンロッドのさらに他の実施形態で、コンロッド単体をクランクシャフトの軸方向一端側から見た状態で示す図である。 図１１においてコンロッドの大端部からベアリングキャップを離した状態を示す図である。 図１１のコンロッドの大端部を斜め下から見上げた状態を拡大して示す斜視図である。 図１１から図１３に示す実施形態の優位性を説明するための説明図である。 本発明に係るコンロッドのさらに他の実施形態で、コンロッドの大端部を斜め下から見上げた状態を拡大して示す斜視図である。

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。

図１から図９に、本発明の一実施形態を示している。図示していないエンジンのクランクシャフト１には、コンロッド（コネクティングロッド）２を介してピストン３が支持されている。

ピストン３は、シリンダブロック４のシリンダボア４ａ内にスライド可能に収納されている。クランクシャフト１は、シリンダブロック４に回転自在に支持されるクランクジャーナル１ａと、コンロッド２の大端部２ａが回転自在に支持されるクランクピン１ｂとを備えている。

コンロッド２の小端部２ｂには、ピストンピン５（図１および図２参照）を介してピストン３が取り付けられている。

クランクジャーナル１ａの回転支持部、およびクランクピン１ｂの回転支持部には、それぞれ２つ割りのベアリング６Ａ，６Ｂ，７Ａ，７Ｂ（図３参照）が介装されている。

そして、前記エンジンの燃焼室（図示省略）に吸気系や燃料供給系から空気と燃料との混合気を供給し、この燃焼室（図示省略）内の混合気を燃焼、爆発させることによりシリンダボア４ａ内でピストン３を下死点側にスライドさせて、このピストン３によってコンロッド２を介してクランクシャフト１を回転させる。

コンロッド２の大端部２ａには、ベアリングキャップ９が取り付けられている。この大端部２ａには、コンロッド２の小端部２ｂ側へ向けて略半円形に凹む軸受座面２ｃが設けられている。また、ベアリングキャップ９にも略半円形に凹む軸受座面９ａが設けられている。

そして、コンロッド２の大端部２ａの軸受座面２ｃとベアリングキャップ９の軸受座面９ａとでクランクシャフト１の各クランクピン１ｂを挟み、大端部２ａとベアリングキャップ９とをねじにより締結するようになっている。

このねじの形態については、ボルト１０と、大端部２ａに設けられるねじ孔２ｄとで構成されている。

具体的に、ボルト１０は、そのねじ軸部１１の軸方向一端側に頭部１２が設けられたものである。この頭部１２は、その外周面が多角面形状とされることで工具係合部とされている。この実施形態では、頭部１２が１２角とされている。この頭部１２に締め付け操作工具（１２角のメガネレンチやスパナなど）を係合すれば、この締め付け操作工具でボルト１０のねじ締め操作またはねじ緩め操作を行えるようになっている。

大端部２ａにおいて軸受座面２ｃの両側部分（ベアリングキャップ９の当接部分）には、ボルト１０がねじ込まれるねじ孔２ｄ，２ｄが設けられている。このねじ孔２ｄは貫通された孔であり、その内周面にねじ溝が形成されている。

さらに、ベアリングキャップ９において軸受座面９ａの両側部分には、ボルト１０のねじ軸部１１が挿通される貫通孔９ｂ，９ｂが設けられている。

そして、コンロッド２の大端部２ａの軸受座面２ｃとベアリングキャップ９の軸受座面９ａとでクランクシャフト１の各クランクピン１ｂを挟み、このベアリングキャップ９の貫通孔９ｂにボルト１０のねじ軸部１１を差し入れて貫通孔９ｂを突き抜けさせて大端部２ａのねじ孔２ｄにねじ込むようになっている。これにより、ボルト１０の頭部１２がベアリングキャップ９の外側に配置されるようになっている。

この実施形態では、図４から図９に示すように、ボルト１０の頭部においてベアリングキャップ９の長手方向中心から最も遠い部位に、ベアリングキャップ９からの高さを低くするためのカット部１３を設けている。

このカット部１３は、頭部１２の頂面側角部の円周所定領域にねじ軸部１１の軸方向に沿う高さを低くするような段差形状とされている。

このようなボルト１０を用いる場合、エンジン運転中におけるコンロッドローカス１００を可及的に小さくすることが可能になる。

コンロッドローカス１００とは、コンロッド２を製造または使用する業界において公知であるが、図１および図２に一点鎖線で示すように、エンジン運転に伴いコンロッド２が上下動する過程においてクランクシャフト１の回転軸心（クランクジャーナル１ａの回転軸心２００）から最も離れた部位の移動軌跡で表される。

このコンロッドローカス１００の下側領域１０１，１０２は、クランクジャーナル１ａの回転軸心２００からベアリングキャップ９側の最も遠い部位（ボルト１０の頭部１２の頂面側角部）の移動軌跡で表される。

このように、ボルト１０の頭部１２にカット部１３を設けた場合、例えば図９に示すように、クランクシャフト１のクランクジャーナル１ａの回転軸心２００からボルト１０の頭部１２の頂面側角部までの距離（回転半径）が、ボルト１０の頭部１２にカット部１３を設けた場合の方（ｒ１参照）が当該カット部１３を設けない場合（ｒ２参照）に比べて短くなる。

これにより、コンロッドローカス１００の下側領域１０１，１０２がクランクジャーナル１ａの回転軸心２００側へ後退するようになるので、当該カット部１３を設けない場合に比べてコンロッドローカス１００を小さくすることが可能になるのである。

ところで、ボルト１０の頭部１２に設けているカット部１３は、図４および図６に示すように、ベアリングキャップ９の長手方向中心から最も遠い部位に位置させる必要がある。詳しくは、カット部１３は、その段壁面（ねじ軸部１１の軸方向に平行な壁面）をベアリングキャップ９の長手方向両端面とほぼ平行とするように配置される。

そのように位置決めするためには、ボルト１０のねじ軸部１１におけるねじ山の数を予め管理しておくとともに、位置の最終的な微調整としては、コンロッド２の大端部２ａにベアリングキャップ９を取り付けるときのボルト１０の締め付け形態を、公知の「塑性域締め付け」にすることが考えられる。

つまり、ボルト１０を大端部２ａのねじ孔２ｄにねじ込んだ後、最終的に規定トルクで締め付けるときに、「塑性域締め付け」としながら、ボルト１０の頭部１２に設けているカット部１３を、図４および図６に示すように、ベアリングキャップ９の長手方向中心から最も遠い部位に位置させるようにすればよい。

以上説明したように本発明を適用した実施形態では、ボルト１０の頭部１２の頂面側角部にカット部１３を設けることによって当該頂面側角部を頂面の中心へ向けて引っ込めるようにすることにより、コンロッドローカス１００を可及的に小さくしている。これにより、コンロッド２の使用対象となるエンジンをコンパクト化することが可能になる。

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内で適宜に変更することが可能である。

（１）上記実施形態では、ボルト１０の頭部１２の所定位置に設けるカット部１３を段差形状にした場合を例に挙げているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばカット部１３を、図１０に示すようにテーパ形状にすることが可能である。この場合も、上記実施形態と同様の作用、効果を得ることができる。

（２）上記実施形態では、コンロッド２の大端部２ａにベアリングキャップ９を締結するためにボルト１０を用いる場合を例に挙げているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば図１１から図１４に示すように、スタッドボルト２０とナット３０とを用いることが可能である。

具体的に、図１２に示すように、スタッドボルト２０は、コンロッド２の大端部２ａに設けられているねじ孔２ｄに螺合されることにより植え込まれている。

ナット３０は、図１１に示すように、スタッドボルト２０にベアリングキャップ９の貫通孔９ｂを挿通した状態でベアリングキャップ９から突き出る部分に螺合される。このナット３０の外周面は多角面形状（例えば六角面形状など）とされることで工具係合部とされている。

これらスタッドボルト２０もナット３０も汎用品とされているが、ナット３０については、ベアリングキャップ９に当接する座面と反対側に位置する反座面の所定位置角部にカット部３１が設けられている。このカット部３１は、図４から図９に示した実施形態のカット部１３と同様に、段差形状とされている。

この実施形態の場合も、図１４に示すように、クランクシャフト１の回転軸心（クランクジャーナル１ａの回転軸心２００）からナット３０の反座面側角部までの距離（回転半径）が、ナット３０にカット部３１を設けた場合の方（ｒ３参照）が当該カット部３１を設けない場合（ｒ４参照）に比べて小さくなる。

これにより、コンロッドローカス１００の下側領域１０１，１０２がクランクジャーナル１ａの回転軸心２００側へ後退するようになるので、コンロッドローカス１００が小さくなるのである。

ところで、この実施形態の場合、ナット３０からのスタッドボルト２０の先端側の飛び出し寸法を可及的に小さくすることが好ましい。

というのは、仮に、図示していないが、前記飛び出し寸法が大きくなると、クランクジャーナル１ａの回転軸心２００からスタッドボルト２０の先端側角部までの距離（回転半径）が、クランクジャーナル１ａの回転軸心２００からナット３０の反座面側角部までの距離（回転半径）ｒ３よりも大きくなる可能性が高くなる。

そのようになると、カット部３１を設けることの効果が薄くなるので、図１４に示すように、ナット３０からのスタッドボルト２０の先端側の飛び出し寸法を可及的に小さくすることが好ましいと言えるのである。

この実施形態では、ナット３０の反座面側角部にカット部３１を設けることによって当該角部を反座面の中心へ向けて引っ込めることにより、コンロッドローカス１００を可及的に小さくしている。これにより、上記実施形態と同様に、コンロッド２の使用対象となるエンジンをコンパクト化することが可能になる。

（３）上記（２）に示す実施形態において、ナット３０の所定位置に設けるカット部３１を、例えば図１５に示すようにテーパ形状にすることが可能である。この場合も、上記実施形態と同様の作用、効果を得ることができる。

本発明は、大端部にベアリングキャップがねじで締結される構成のコンロッドに好適に利用することが可能である。

１ クランクシャフト
１ａ クランクジャーナル
１ｂ クランクピン
２ コンロッド
２ａ 大端部
２ｂ 小端部
２ｃ 軸受座面
２ｄ ねじ孔
９ ベアリングキャップ
９ａ 軸受座面
９ｂ 貫通孔
１０ ボルト
１１ ねじ軸部
１２ 頭部
１３ カット部
１００ コンロッドローカス
１０１ コンロッドローカスの下側領域
１０２ コンロッドローカスの下側領域
２００ クランクジャーナル（クランクシャフト）の回転軸心

Claims (4)

1. 大端部にベアリングキャップがねじで締結される構成のコンロッドであって、
   前記ねじは、前記ベアリングキャップの側でかつ外径側から締め付け操作工具が係合される工具係合部を有し、
   このねじが締結された状態で、当該ねじの前記工具係合部の頂面側外周縁において前記ベアリングキャップの長手方向中心から最も遠い部位を含む円周方向の所定角度領域に、前記ベアリングキャップのねじ受け座面からの高さを低くするための段差形状のカット部が設けられている、ことを特徴とするコンロッド。
2. 請求項１に記載のコンロッドにおいて、
   前記ねじは、ねじ軸部の軸方向一端に頭部を設けたボルトと、前記大端部に設けられるねじ孔とで構成され、
   前記ボルトは、そのねじ軸部の先端側が前記ベアリングキャップの貫通孔を突き抜けて前記大端部のねじ孔にねじ込まれることで、前記頭部が前記ベアリングキャップ側に配置されるものであり、
   前記頭部は、その外周面が多角面形状とされることで前記工具係合部とされる、ことを特徴とするコンロッド。
3. 請求項２に記載のコンロッドにおいて、
   前記カット部は、前記頭部の頂面側の円周所定領域に前記ねじ軸の軸方向に沿う高さを低くするような段差形状とされる、ことを特徴とするコンロッド。
4. 請求項１に記載のコンロッドにおいて、
   前記ねじは、軸方向一端側が前記大端部に植え込まれるスタッドボルトと、このスタッドボルトの軸方向他端側に前記ベアリングキャップの貫通孔を挿通した状態で当該ベアリングキャップから突き出る部分に螺合されるナットとを組み合わせた構成とされ、
   前記ナットは、その外周面が多角面形状とされることで前記工具係合部とされる、ことを特徴とするコンロッド。

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