JP6910050B2 - クランクシャフトの支持構造 - Google Patents

Description

この発明は、エンジンのクランクケースに回転可能に支持されるクランクシャフトの支持構造に関する。

従来のエンジンのクランクシャフトとして、例えば、分割して形成された複数のクランクジャーナルと、コンロッドを支持するクランクピンと、クランクジャーナルとクランクピンを連結するクランクウェブとを有する分割式のクランクシャフトがある。

このような分割式のクランクシャフトは、エンジンのクランクケースに軸受を介して回転自在に支持され、そのクランクシャフトの端部は、クランクケースの側方から突出している。

クランクシャフトの端部にはフライホイールがクランクシャフトと一体回転するように取り付けられ、クランクケースの側方に取り付けられたカバーによりフライホイールが覆われた状態となっている。

通常、コンロッドおよびコンロッドの端部に取り付けられるピストンが進退運動をする際、クランクシャフトの回転は、加減速を繰り返す。加減速を繰り返すクランクシャフトの回転に応じて、質量の大きいフライホールには大きな慣性力が作用し、クランクシャフトのフライホイール側の端部において軸回り捩れの力が作用する。

このような捩れの力を抑えるために、クランクシャフトをフライホイールよりも外側に突出させ、その端部をクランクケースカバーに設けた軸受で回転可能に支持するようにしたクランクシャフトの支持構造が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載されたクランクシャフトの支持構造では、クランクシャフトは、フライホイールの両側においてクランクケースの軸受およびカバーに設けた軸受により支持される。このため、クランクシャフトの回転に応じてフライホールが追随して回転し易くなる。

フライホイールが回転し易くなることで、クランクシャフトの回転に加減速が生じた際に、フライホイールの慣性力によりクランクシャフトに作用する軸回り捩れの力を抑えることができる。

特開２００７−２８７３号公報

ところで、特許文献１に記載されたクランクシャフトは、その端部をカバーに設けた軸受に支持させるために、その端部の長さを延長したものを使用していた。この場合、クランクシャフトを新たに製作する必要があり、また、新たなクランクシャフトをクランクケースに取り付けるにはエンジンの分解作業が必要であった。

そこで、この発明の課題としては、クランクシャフトの端部の支持を容易に行い得るクランクシャフトの支持構造を提供することにある。

上記の課題を解決するために、この発明に係るクランクシャフトの支持構造は、エンジンのクランクケースに回転可能に支持され、その端部が前記クランクケースから突き出すクランクシャフトと、前記クランクシャフトの端部の外周に一体回転するように嵌合するフライホイールと、前記クランクシャフトの端部にねじ結合されるめねじ部材と、前記クランクケースの側方に取り付けられ、前記クランクシャフトの端部を覆うカバーと、前記カバーに取り付けられる転がり軸受とを備え、前記クランクシャフトの端部の外周部、およびフライホイールの内周部は、前記クランクシャフトの軸方向外側に向かって径方向内向きに傾斜するテーパ部を有し、前記クランクシャフトの端部にねじ結合される前記めねじ部材により、前記クランクシャフトのテーパ部に前記フライホイールのテーパ部が同軸状に突き合わされた状態で、前記フライホイールは前記クランクシャフトに対して軸方向に位置決めされるものであり、前記めねじ部材は前記クランクシャフトの軸方向に延びる円筒状の軸受座部を有し、前記めねじ部材は、前記クランクシャフトの端部にねじ結合する状態で、その軸受座部に前記転がり軸受の内輪が嵌合されるようにした構成を採用することができる。

この構成によると、クランクシャフトは、その端部にねじ結合された円筒状の上記めねじ部材により、その端部の長さを延長することができる。このため、従来のように、クランクシャフトの端部の長さを延長したものを新たに製作する必要がなく、カバーに設けた転がり軸受の内輪をめねじ部材の軸受座部に嵌めることができる。

この構成において、前記カバーは、前記クランクシャフトの端部を覆う円筒状の外筒部と、前記外筒部の径方向内側に同軸心上に位置する円筒状の内筒部と、前記外筒部および内筒部の軸方向外端部を連結する円環板部とを有し、前記転がり軸受が、前記内筒部の軸方向内端部に対して円環状のホールドプレートにより同軸心上に固定される構成を採用することができる。

この構成によると、カバーの内筒部に固定された転がり軸受をホールドプレートの着脱により容易に交換することができる。

また、上記の課題を解決するために、この発明に係るクランクシャフトの支持構造の構築方法は、エンジンのクランクケースにクランクシャフトを回転可能に支持させ、そのクランクシャフトの端部を前記クランクケースから突き出させ、前記クランクシャフトの端部にフライホイールを一体回転するように取り付け、前記クランクシャフトの端部に、上述のめねじ部材をねじ結合して、前記フライホイールを前記クランクシャフトに対して軸方向に位置決めし、前記クランクシャフトの端部を覆うカバーに転がり軸受を取り付け、そのカバーを前記クランクケースの側方に取り付けて、前記めねじ部材の軸受座部の外周に前記転がり軸受を嵌合させる構築方法を採用することができる。

この発明は、クランクシャフトの端部にめねじ部材をねじ結合し、そのめねじ部材の軸受座部に、カバーに設けた転がり軸受を嵌めることで、クランクシャフトの端部の支持を容易に行うことができる。

また、クランクシャフトの端部にめねじ部材がねじ結合されると、そのめねじ部材により、クランクシャフトのテーパ部にフライホイールのテーパ部が同軸状に突き合わされた状態で、フライホイールがクランクシャフトに対して軸方向に位置決めされる。このため、めねじ部材は、フライホイールの位置決めとクランクシャフトの端部の支持とに寄与するものとなる。

この発明に係る第一の実施形態のクランクシャフトの支持構造の縦断面図 同上のクランクシャフトの支持構造の要部の分解斜視図 同上のクランクシャフトの支持構造の要部の分解断面図 同上のクランクシャフトの支持構造の要部を示す縦断面図 第二の実施形態のクランクシャフトの支持構造の要部を示す縦断面図

以下、この発明の第一の実施形態に係るクランクシャフトの支持構造を図１〜４に基づいて説明する。図１は、単気筒の二輪車用のエンジン１に使用されるクランクシャフト１０の支持構造を示す縦断面図である。図２は、クランクシャフト１０の支持構造を説明する分解斜視図である。図３は、クランクシャフトの支持構造の要部の分解断面図である。図４は、クランクシャフト１０の支持構造の要部を示す縦断面図である。

エンジン１は、シリンダブロックの下部となるクランクケース２にクランクシャフト１０が回転自在に支持され、クランクケース２の側方から突き出すクランクシャフト１０の端部１１ａを覆うカバー３が、クランクケース２の側方に取り付けられたものである。

クランクケース２は、その下方の両側方に一対の開口部２ａ、２ｂを有する。開口部２ａ、２ｂは、円形をなし同心軸上に位置しており、クランクシャフト１０の軸方向一方側に位置する開口部２ａは、その内周に軸受４が嵌合固定されており、クランクシャフト１０の軸方向他方側に位置する開口部２ｂには、その内周に軸受５が嵌合固定されている。

軸受４、５は、図１に示すように、玉軸受であり、クランクシャフト１０を回転可能に支持している。なお、軸受４、５は、クランクシャフト１０を回転可能に支持することができるものであれば、玉軸受に限られず、ころ軸受、滑り軸受を使用してもよい。

クランクシャフト１０は、同心軸上に対向する状態で配置される一対のクランク軸部１１、１２と、それぞれのクランク軸部１１、１２の対向側の端部に一体に形成されるクランクウェブ部１３、１４同士を連結するクランクピン１５とを備えている。

クランク軸部１１は円柱状をなし、軸受４により回転可能に支持され、クランク軸部１２は円柱状をなし、軸受５により回転可能に支持されている。クランク軸部１１の端部１１ａ（クランクシャフト１０の端部１１ａ）は、クランクケース２の開口部２ａから軸方向一方へ突き出している。クランク軸部１２の端部は、クランクケース２の開口部２ｂから軸方向他方へ突き出している。

また、図３に示すように、クランク軸部１１は、端部１１ａの外周部に形成されたテーパ部１１ｂおよびおねじ部１１ｃを有する。テーパ部１１ｂは、軸方向外側に向かって径方向内向きに傾斜するように形成され、軸方向に延び、後述するキー部材１６が嵌合する嵌合溝１１ｄを有する。おねじ部１１ｃは、テーパ部１１ｂよりも軸方向一方側に形成されている。

クランクウェブ部１３、１４は、エンジン１のシリンダブロックとクランクケース２によりに形成されるシリンダ室Ｓの下端に配置されている。クランクウェブ部１３、１４は、ピストン（図示省略）の下端に形成されたコンロッド６を軸方向両側から挟む状態で、クランクピン１５により連結されている。クランクウェブ部１３、１４に挟まれるコンロッド６は、クランクピン１５を中心軸として揺動可能となっている。

クランクシャフト１０の端部１１ａには、スプロケット７およびフライホイール８が固定されている。スプロケット７は、フライホイール８よりもクランクケース２寄りに位置しており、チェーンを介してカムシャフト（図示省略）に接続されている。

フライホイール８は、クランクシャフト１０の端部１１ａに嵌合する円筒状のボス部８ａと、ボス部８ａの軸方向他端から径方向外側に延びる円環板部８ｂと、円環板部８ｂの外周縁から軸方向一方に延び出す円筒部８ｃとを有する。

フライホイール８のボス部８ａは、図３に示すように、内周部が軸方向一端側（軸方向外側）に向かって径方向内向きに傾斜するテーパ部８ｄと、内周部の軸方向に形成されるキー溝８ｅと有する。

フライホイール８は、ボス部８ａのテーパ部８ｄがクランク軸部１１のテーパ部１１ｂに同軸状に突き合わされた状態で、クランク軸部１１の外周部に嵌合される。この嵌合において、クランク軸部１１のテーパ部１１ｂの嵌合溝１１ｄには、キー部材１６が嵌合されている。このキー部材１６がフライホイール８のボス部８ａに形成されたキー溝８ｅ内に係合することで、フライホイール８はクランクシャフト１０に対して一体回転するものとなる。

また、フライホイール８は、スプロケット７との間に配置されるワンウェイクラッチ９が一体回転するように固定されている。ワンウェイクラッチ９は、環状をなし、その内周部に挿通されたドリブンギア２２のボス部２２ａを介して、径方向中心にクランクシャフト１０の端部１１ａが挿通されている。

ドリブンギア２２のボス部２２ａの内周部には針状ころ軸受２３が嵌め合わされる。ドリブンギア２２は、針状ころ軸受２３によりクランクシャフト１０の端部１１ａに回転可能に取り付けられている。

ワンウェイクラッチ９は、エンジン始動時、スタータモータ（図示省略）からの駆動力をドリブンギア２２を介してフライホイール８に伝えるものであって、クランクシャフト１０を回転させるために使用される。

また、ワンウェイクラッチ９は、フライホイール８と共に一体回転し、フライホイール８の重量を増加させるものであって、フライホイール８の慣性重量を確保している。

めねじ部材１７は、軸方向一端が閉塞する円筒状をなし、内周にめねじ部を有する軸受座部１７ａと、軸受座部１７ａの軸方向他端から径方向外向きのつば部１７ｂとを有している。また、めねじ部材１７は、軸方向の一端部外周が断面正六角形をなしており、既存の工具によりねじ結合することが可能となっている。

軸受座部１７ａは、その外周面が円筒面であり、後述するカバー３に取り付けられる転がり軸受１９の内輪１９ａの内周が嵌められるものである（図４参照）。つば部１７ｂは、フライホイール８のボス部８ａのテーパ部８ｄをクランク軸部１１のテーパ部１１ｂに押し付け、フライホイール８をクランクシャフト１０の端部１１ａに対して軸方向に位置決めしている。

カバー３は、クランクケース２内の空間を閉塞し、クランクシャフト１０の端部１１ａおよびフライホイール８の円筒部８ｃの外周を覆う円筒状の外筒部３ａと、外筒部３ａの径方向内側に円筒状の内筒部３ｂと、外筒部３ａおよび内筒部３ｂの軸方向一端部を連結する円環板部３ｃとを有する。

カバー３は、外筒部３ａおよび内筒部３ｂが相互に同軸状に配置されており、内筒部３ｂの軸方向一端部を閉塞するキャップ部材３ｄを備えている。

カバー３は、図２に示すように、内筒部３ｂの軸方向他端部に対して、ステータ１８と、ステータ１８のボス部１８ａの内周に位置する転がり軸受１９とが、ホールドプレート２０を介して複数のボルト２１で固定されたものである。

なお、この実施形態のカバー３において、軸方向一端部とは、クランクシャフト１０の軸方向外端部を意味し、軸方向他端部とは、クランクシャフト１０の軸方向内端部を意味する。

ステータ１８は、円筒状のボス部１８ａの外周に複数のコイル束が放射状に固定されたものである。ステータ１８のボス部１８ａおよびホールドプレート２０の固定孔部２０ａに複数のボルト２１が挿通され、ボルト２１のねじ結合により、ボス部１８ａがホールドプレート２０によりカバー３の内筒部３ｂに押し付けられた状態となっている。

ステータ１８において、クランクシャフト１０の回転によって、ロータとしてのフライホイール８の円筒部８ｃがステータ１８の径方向外側で回転することにより、電磁誘導作用により発電が行われる。

転がり軸受１９は、玉軸受であって、その内輪１９ａの内周がめねじ部材１７の軸受座部１７ａに嵌る状態となっている。この状態では、クランクシャフト１０の端部１１ａがめねじ部材１７を介して、転がり軸受１９によって回転可能に支持される。

なお、転がり軸受１９の内輪１９ａと、めねじ部材１７の軸受座部１７ａとは、中間ばめで嵌め合わせすることができる。これにより、内輪１９ａの軸受座部１７ａへの嵌め合わせ、取り外しが容易になり好ましい。

ホールドプレート２０は、図２に示すように、円環状の板部材であり、周方向の三箇所に固定孔部２０ａが設けられている。それぞれの固定孔部２０ａは、周方向に均等に配置され、径方向外向きに突き出している。

この発明のクランクシャフトの支持構造は以上のように構成され、次に、クランクシャフトの支持構造の構築方法を以下に説明する。

まず、エンジンのクランクケース２にクランクシャフト１０を軸受４、５により回転可能に支持させ、そのクランクシャフト１０の端部１１ａをクランクケース２の側方の開口部２ａから突き出させる。

続いて、クランクシャフト１０の端部１１ａにスプロケット７をクランクケース２の開口部２ａ側に一体回転するように固定する。さらに、クランクシャフト１０の端部１１ａにドリブンギア２２のボス部２２ａを針状ころ軸受２３を介して回転可能に挿通する。

次に、ドリブンギア２２のボス部２２ａにワンウェイクラッチ９を挿通し、ワンウェイクラッチ９に固定したフライホイール８のボス部８ａに、クランクシャフト１０の端部１１ａを挿通させる。

この挿通の際、クランク軸部１１の嵌合溝１１ｄにキー部材１６を嵌合し、キー部材１６とフライホイールのボス部８ａのキー溝８ｅとの周方向位置を合致させた状態にする。

その後、クランクシャフト１０の端部１１ａのおねじ部１１ｃにめねじ部材１７を座金を介してねじ結合する。これにより、フライホイール８は、そのボス部８ａのテーパ部８ｄがクランク軸部１１のテーパ部１１ｂに同軸状に押し付けられた状態となり、クランクシャフト１０の端部１１ａに対して軸方向に位置決めされる。

そして、ステータ１８のボス部１８ａの径方向内側に転がり軸受１９を嵌合する。ステータ１８のボス部１８ａおよび転がり軸受１９をカバー３の内筒部３ｂの軸方向内端部に配置する。

続いて、図３に示すように、カバー３の内筒部３ｂの軸方向内端部にステータ１８のボス部１８ａおよび転がり軸受１９をホールドプレート２０を介して複数のボルト２１で固定する。

最後に、カバー３をクランクケース２の側方に取り付けて、めねじ部材１７の軸受座部１７ａの外周に転がり軸受１９の内輪１９ａを嵌合させる。以上のようにして、クランクシャフト１０の支持構造が構築される。

この実施形態のクランクシャフト１０の支持構造によると、クランクシャフト１０の端部１１ａにめねじ部材１７をねじ結合し、めねじ部材１７の軸受座部１７ａに、カバー３に設けた転がり軸受１９を嵌めることで、クランクシャフト１０の端部１１ａを容易に回転可能に支持することができる。

この支持により、クランクシャフト１０の回転に応じてフライホイール８が追随して回転し易くなり、クランクシャフト１０の回転に加減速が生じた際に、フライホイール８の慣性力によりクランクシャフト１０に作用する軸回り捩れの力を抑えることができる。また、クランクシャフト１０の端部１１ａにおける撓みを抑えることもできる。

また、クランクシャフト１０の端部１１ａにねじ結合されためねじ部材１７により、クランク軸部１１のテーパ部１１ｂにフライホイール８のテーパ部８ｄが同軸状に突き合わされる。このため、めねじ部材１７は、フライホイール８のクランクシャフト１０に対する軸方向の位置決めとクランクシャフト１０の端部１１ａの支持とに寄与するものとなる。

なお、この実施形態は、着脱可能に取り付けられるカバー３によってクランクケース２の側方が閉じられた二輪車の単気筒エンジンに、クランクシャフト１０の支持構造を採用したものである。しかしながら、実施の態様は、エンジンの気筒数や、シリンダ配置に限定されるものではなく、クランクシャフト１０の端部１１ａが、カバー３の内側面に対向している構造を有するすべてのエンジンに採用することができる。

また、カバー３は、内筒部３ｂにステータ１８のボス部１８ａおよび転がり軸受１９をホールドプレート２０を介して複数のボルト２１で固定しているがこれに限られない。カバー３の内筒部３ｂに転がり軸受１９のみを固定し、フライホイール８がロータとしての円筒部８ｃを有していないものとしてもよい。すなわち、カバー３内で発電が行われない態様を採用してもよい。

さらに、転がり軸受１９は、この実施形態に図示する玉軸受に限定されるものではない。クランクシャフト１０の端部１１ａを回転可能に支持できるものであればよく、例えば、ころ軸受や、滑り軸受を採用してもよい。

次に、この発明の第二の実施形態に係るクランクシャフトの支持構造を図５に基づいて説明する。この実施形態は、カバー３のキャップ部材３ｄに転がり軸受１９が取り付けられ、その転がり軸受１９により、クランクシャフト１０の端部１１ａがめねじ部材１７を介して回転可能に支持される点で、上述の第一の実施形態と相違する。第一の実施形態と同様と考えられる部材には同じ符号を持して、その説明を省略する。

この実施形態では、図５に示すように、カバー３の内筒部３ｂの軸方向他端部に対して、ステータ１８が複数のボルト２１により固定されている。このため、第一の実施形態におけるホールドプレート２０が不要となる。

カバー３のキャップ部材３ｄは、カバー３の内筒部３ｂの内部に対し、ねじ結合可能であり、その内周部に転がり軸受１９が嵌め合わされている。また、キャップ部材３ｄは、軸方向一端部の中央に六角穴３ｅが形成されている。

キャップ部材３ｄに嵌り合う転がり軸受１９は、内輪１９ａがめねじ部材１７の軸受座部１７ａの先端部分に嵌る状態となっている。この状態では、クランクシャフト１０の端部１１ａがめねじ部材１７を介して、転がり軸受１９によって回転可能に支持される。

この実施形態では、カバー３をクランクケース２の側方に取り付けた状態でキャップ部材３ｄの内周部に設けた転がり軸受１９を嵌めることで、クランクシャフト１０の端部１１ａを容易に回転可能に支持することができる。

また、カバー３のキャップ部材３ｄの内周部に転がり軸受１９が取り付けられている。このため、六角穴３ｅに入れた工具により、キャップ部材３ｄを着脱することで、クランクシャフト１０の支持状態に対して、容易にメンテナンスを行うことができる。

１ エンジン
２ クランクケース
２ａ、２ｂ 開口部
３ カバー
３ａ 外筒部
３ｂ 内筒部
３ｃ 円環板部
３ｄ キャップ部材
３ｅ 六角穴
４、５ 軸受
６ コンロッド
７ スプロケット
８ フライホイール
８ａ ボス部
８ｂ 円環板部
８ｃ 円筒部
８ｄ テーパ部
８ｅ キー溝
９ ワンウェイクラッチ
１０ クランクシャフト
１１、１２ クランク軸部
１１ａ 端部
１１ｂ テーパ部
１１ｃ おねじ部
１１ｄ 嵌合溝
１３、１４ クランクウェブ部
１５ クランクピン
１６ キー部材
１７ めねじ部材
１７ａ 軸受座部
１７ｂ つば部
１８ ステータ
１８ａ ボス部
１９ 転がり軸受
１９ａ 内輪
２０ ホールドプレート
２０ａ 固定孔部
２１ ボルト
２２ ドリブンギア
２２ａ ボス部
２３ 針状ころ軸受
Ｓ シリンダ室

Claims (3)

1. エンジンのクランクケースに回転可能に支持され、その端部が前記クランクケースから突き出すクランクシャフトと、前記クランクシャフトの端部の外周に一体回転するように嵌合するフライホイールと、前記クランクシャフトの端部にねじ結合されるめねじ部材と、前記クランクケースの側方に取り付けられ、前記クランクシャフトの端部を覆うカバーと、前記カバーに取り付けられる転がり軸受とを備え、
   前記クランクシャフトの端部の外周部、およびフライホイールの内周部は、前記クランクシャフトの軸方向外側に向かって径方向内向きに傾斜するテーパ部を有し、前記クランクシャフトの端部にねじ結合される前記めねじ部材により、前記クランクシャフトのテーパ部に前記フライホイールのテーパ部が同軸状に突き合わされた状態で、前記フライホイールが前記クランクシャフトに対して軸方向に位置決めされるものであり、
   前記めねじ部材は前記クランクシャフトの軸方向に延びる円筒状の軸受座部を有し、前記めねじ部材は、前記クランクシャフトの端部にねじ結合する状態で、その軸受座部に前記転がり軸受の内輪が嵌合されるようにしたクランクシャフトの支持構造。
2. 前記カバーは、前記クランクシャフトの端部を覆う円筒状の外筒部と、前記外筒部の径方向内側に同軸心上に位置する円筒状の内筒部と、前記外筒部および内筒部の軸方向外端部を連結する円環板部とを有し、
   前記転がり軸受が、前記内筒部の軸方向内端部に対して円環状のホールドプレートにより同軸心上に固定される請求項１に記載のクランクシャフトの支持構造。
3. エンジンのクランクケースにクランクシャフトを回転可能に支持させ、そのクランクシャフトの端部を前記クランクケースから突き出させ、前記クランクシャフトの端部にフライホイールを一体回転するように取り付け、前記クランクシャフトの端部に、請求項１に記載のめねじ部材をねじ結合して、前記フライホイールを前記クランクシャフトに対して軸方向に位置決めし、前記クランクシャフトの端部を覆うカバーに転がり軸受を取り付け、そのカバーを前記クランクケースの側方に取り付けて、前記めねじ部材の軸受座部の外周に前記転がり軸受を嵌合させるクランクシャフトの支持構造の構築方法。

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