JPH0325245B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はクランク腕を含む中心軸頚部の半分
と、クランク軸頚部の半分とを一体にした成形部
材を組み合せたピストン機関の組立形クランク軸
及びその製造方法に関する。

小形ピストン機関（特にオツトー機関及びデイ
ーゼル機関）のクランク軸は、多くの場合、冷硬
鋳型で鋳造するか金型内で鋳造して一体に作製す
る。次いで、支持軸頚を機械的に加工し、更に、
焼入れする。上記作業は、その他の点に関しては
作製ずみの工作物について実施しなければならな
いので、比較的に手間がかかる。一方、大形エン
ジンのクランク軸は、製造技術的可能性を考慮し
て供給される各部材から組立てる。典型的な解決
法が、各部材の分割線をクランク腕に置くドイツ
特許第1625579号明細書および頚軸を分割するド
イツ特許第2323364号明細書に示されている。一
般に、溶接によつて各部材を相互に結合する。こ
れは、ドイツ特許第498170号明細書にもとづきク
ランクシヤフトを突合せた金属板プレス素材から
組立てる場合にも当てはまる。更に、軽量化のた
め、クランク軸を中空に構成し、軸頚および腕に
ついて、これら部材に加えられる特有の異なる負
荷にそれぞれ耐える異なる材料を選択すること
は、ドイツ特許第848729号明細書から公知であ
る。電子ビーム溶接によつて相互に結合した各部
材の間の結合状態の改善に役立つ中間層を使用す
ることは、ドイツ特許第1922488号明細書から公
知である。ドイツ特許第1951097号明細書には、
各部材の組立前に、１つの部材、即ち、クランク
頚軸に、作製ずみの駆動要素（例えば、歯車）を
はめ込み、固定できることが開示されている。こ
の公報には、更に、組立の容易化のため、溶接前
に、各部材を相互に差込み得るよう、各部材の分
割面を構成することが提案されている。

クランク軸をピストンに結合する場合、一般
に、分割された連接棒を使用すが、この種の連接
棒は、同じく、比較的製造費が高く、軸頚の完璧
な振れが保証されるよう、組立時に特に注意を払
わなければならない。これは、汎用のすべり軸受
の代わりにころがり軸受を使用する場合に特に当
てはまる。パイプの拡張によつてパイプを別の部
材のボアに固定することは、熱交換器の製造にお
いて公知であり、この場合、機械式拡張装置およ
び液圧式拡張装置を使用する。

本出願人は、同時に提出した西独特許出願第
3737601.2号に、個別に作製し、次いで、接合し
た腕および軸頚から組立形クランク軸を製造する
方法を記載した。この場合、中空円筒体として構
成した頚軸を塑性変形によつて拡張し、腕の対応
するボアに当接させ、腕を弾性変形させる。この
方法は、クランク軸頚と支持頚軸とが、軸方向投
影面において一致しないようなクランク軸に適す
る。この種のクランク軸の場合、クランク軸を一
体に構成しても、強度に好ましくない作用を加え
る負荷が現れる。従つて、初期には、クランク腕
を短縮し、必要に応じて、軸方向投影面で見て相
互に部分的に重畳するようクランク頚軸または支
持軸頚の径を増大した、いわゆる、小ストローク
エンジンが優先された。本発明は、上述の種類の
クランク軸の製造に適する。

本発明の目的は、各部材について、予想される
各種の特有な負荷に適合した材料を選択できる組
立形クランク軸の低経費の製造法にある。この場
合、各部材は、接合前に、調心および精密バラン
シングは除いて修正作業が不要なよう完全に加工
しなければならない。本発明に係る方法によつて
作製したクランク軸は、潤滑ダクトを簡単に設置
できなければならず、場合によつては更に、良い
非常運転性を有していなければならない。製造と
同時に駆動要旨（例えば、軸受、連接棒）を組込
むことによつて、駆動要素を簡単化するととも
に、その運転性を改善しなければならない。

本発明では上記の目的の達成のために、クラン
ク腕を含む中心軸頚の半分とクランク軸頚の半分
とを一体に形成した形成部材を鍛造、鋳造などで
作り、その夫々の軸頚の中心孔に、共通のスリー
ブを嵌合して各成形部材を組み合せ、スリーブの
内部から圧力をかけてスリーブを拡張させ、スリ
ーブに塑性変形を行なわせるとともに成形部材に
弾性の範囲内での弾性変形を行なわせ、その弾性
負荷によつて各成形部材とスリーブを強固に組合
させ、組立クランク軸を形成し、伝達すべき高ト
ルクに耐える結合が得られる。

スリーブの内径に少くとも等しい径を有する開
口を中心孔の両端に有する成形部材を使用する場
合は、スリーブに軸線方向へ導入した液圧式拡張
ゾンデ（例えば、熱交換パイプの底面の固定にす
でに使用されている拡張ゾンデ）によつて拡張プ
ロセスを実施できる。クランク腕および軸頚延長
部について、負荷が異なることを考慮して、中央
部分とは異なる材料を使用する場合は、腕に取付
けた軸頚部材の間に挿入した補足の軸頚部材を使
用するのが好ましい。簡便化のために、補足軸頚
部材を結合に役立つスリーブと一体に構成するこ
とを提案する。かくして、以下に詳細に述べる如
く、軸頚延長部を囲むことができ、従つて、双方
の部材を大面積で結合できる。

補足軸頚部材が、スリーブの残余の部分とは異
なる材料性質を有することによつて、クランク軸
の各範囲の材料品質を最適化できる。この場合、
例えば、特に、場合によつては固形潤滑剤を含浸
した焼結材料から支持ブツシユを構成することに
よつて、クランクシヤフトの潤滑が改善される。
この種の支持ブツシユは、スリーブの一部である
場合、クランク軸に特に良好に組入れることがで
きる。支持頚軸をすべてに共通の連続のスリーブ
にはめ込み、スリーブに成形部材を固定した後、
連続棒のために保持すべき範囲“ｄ”において上
記スリーブを切離すことによつて、支持頚軸が相
互に完全に配列できる。更に、本出願人が、ヨー
ロツパ特許213529号公報において、駆動要素（例
えば、カム、歯車、支持シエル）を中空軸に固定
するためにすでに提案した如く、支持軸頚及び相
互に同列のクランク軸頚のための拡張操作を一工
程で完了できる。

スリーブの肉厚と軸頚または関連の腕の肉厚と
の間に交互作用が存在し、かくして弾性的に拡張
される材料の厚さが増大されることによつて、塑
性的に拡張される部材の厚さが減少されるので、
端部の方向へ狭少化する横断面を有するスリーブ
を使用することを提案する。軸線方向へ異なる圧
力を加えることによつて、同じく、上記交互作用
を考慮でき、この場合も、接合すべき部材を均一
に固定できる。

軸頚部材およびスリーブの特殊な形状によつ
て、クランク軸のすべての支持個所に潤滑剤を均
一に供給できる。先行技術にもとづき作製したク
ランク軸の場合、潤滑剤ダクトの一部を後から設
置しなければならないが、この作業は、極めて困
難であり、多額の経費を必要とする。

はめ込んだ支持ブツシユの使用によつて、支持
面について、摩擦性質に関して特に適切な材料を
使用できる。この場合、既述の如く、固型循環剤
を含浸した焼結材料を使用でき、かくして、支持
面にわたる潤滑剤の均一な供給および良い非常運
転性が保証される。

完全に加工した状態の支持ブツシユを軸頚上に
取付け得るよう、本来の支持面外にあるブツシユ
部分のみを拡張する。このため、ブツシユに、例
えば、支持面外に、フランジを設けることがで
き、あるいは、ブツシユの設置後にブツシユ端を
狭少化できる。

好ましい実施例にもとづき、接合前にすでに、
分割されてないころがり軸受を軸頚または支持ブ
ツシユに設置できる。この場合、熱作用なく且つ
また最新の溶接法でも完全には排除されない溶接
個所の材料の突出を危険性なく接合が行われるの
で、軸受の損傷の危険性はない。

提案した上記ころがり軸受とともに、分割され
てない連接棒を軸頚にはめ込むこともできる。本
発明にもとづき作製されたクランク軸は改善され
ており、クランク軸の寿命は、もはや、全装置の
寿命を制限する因子ではないので、連接棒の引抜
きによる補集作業は不要である。

相互に関連する軸頚部材は適合しており、従つ
て、複雑な装置を使用せずに自動的に部材相互の
正しい配位が達成されるので、組立作業が簡単と
なる。

接合前に支持ブツシユを過冷却すれば、室温に
昇温した際の膨張によつて、軸頚に対して支持ブ
ツシユの特に強いはめ合い状態が達成される。

拡張されるスリーブを（例えば、横断面がｙ字
形ミゾの形に）旋削加工できる。この場合、スリ
ーブは、軸線方向へ強制的に収縮される。かくし
て生ずる負荷は、場合によつては外部から作用し
接合された軸頚部材の引抜を誘起する力に対して
逆方向である。かくして生じた形状結合は、軸頚
部材とスリーブとの間の結合部分に抵抗力を附加
する。

拡張後にスリーブの開放端をカバーで閉鎖すれ
ば、構造全体が補強される。かくして生ずる中空
スペースは、潤滑剤タンクとしても利用できる。

次に本発明の組立形クランク軸とその製造方法
について図について説明する。

第１図は本発明の組立形クランク軸の一実施例
であつて、１は内燃機関のハウジング、２はクラ
ンク軸の中心軸頚、３は仝じくクランク軸頚で、
中央の２点鎖線Ｘ−Ｘは中心軸の中心線を、又
上、下の２点鎖線Ｙ，Ｙは夫々クランク軸の中心
線で夫々示している。４は連接棒であつて、ｅは
その支持範囲を示す。第１図はクランク軸の死点
位置を示すので、ＸとＹの間でクランク半径とな
る。又２８は腕となる部分を示している。

本発明では第７図に示す如く中心軸頚２の半分
とクランク軸頚３の半分とを一体に成形した成形
部材５を形成する。この成形部材５は例えば鋳造
又は鍛造によつて作製される。

成形部材５は中心軸頚になるところに中心孔５
２を、又クランク軸頚になるところに中心孔５３
を夫々有している。図の破線で示す如く、一つの
成形部材５と隣接する隣の成形部材とで第１図に
示すような中心軸頚２とクランク軸頚３が形成さ
れ、又図から判るように成形部材５はクランク腕
２８を構成する部分を含んでいる。

そして全体のクランク軸を組み立てるには第１
図のように、中心孔５２又は５３において共通の
スリーブ６に左右から所要の成形部材を１対づつ
嵌めこんで組み合せた後、スリーブに内圧をかけ
て拡張し、塑性変形させ、又各成形部材５に弾性
の範囲内で弾性変形させ、その弾性負荷で各成形
部材とスリーブを強固に結合され、伝達する高ト
ルクに耐える組立式クランク軸が得られる。

スリーブ６に内圧をかけるには、成形部材５の
中心孔の両端の開口からスリーブの中心孔内に液
圧式加圧装置７を挿入して、それから高圧流体を
出して内圧をかける。開口２９と中心孔自体とは
必ずしも同心である必要はなく、最適の応力分布
のため、偏心配置も有利である。必要であれば、
双方の部材を相互に緊密に噛合わせる硬い粒状材
料（例えばコランダム１から成る層８（図には誘
張して示してある。）をスリーブと軸頚との間に
設置することによつて、結合部分のねじり強度を
増大できる。同様の目的のため、接合すべき部材
の接触表面に条溝９または同様のものを設けるこ
とができる。

結合部分に軸方向負荷を加えるため、第２図に
示すように、成形部材５の軸頚部の範囲に環状凹
みまたはエツジが鋭くない溝１０を設けることが
できる。スリーブ６が拡張されたとき、その凹み
に圧入され、かくして軸方向の収縮を生ずる負荷
が生じ、従つて、更に強固な結合が行われる。

第１図等に示されているように、隣接する成形
部材５の接合面には、正しい相互配置が必ずとれ
るように機能する噛合歯車１１を設けることがで
きる。成形部材５は、通常の態様で、必要なつり
合いおもり１２を含むことができる。成形部材５
には、更にスリーブ６及び成形部材５の適切な形
状によつて、これら双方の部材の間に生じた環状
スペース１４に連通する潤滑ダクト１３が設けて
ある。スリーブには、更に、２つの順次の環状ス
ペース１４を接続する縦溝１５が設けてある。か
くして潤滑剤循環用の連続通路がクランク軸に形
成される。

すべり軸受またはころがり軸受１７として構成
された連接棒軸受への潤滑剤供給は、公知の態様
で、半径方向潤滑開口１６を介して行うことがで
きる。しかしながら、特に、同じく部材の結合前
に、固形潤滑剤を含浸できる焼結材料から作製し
た支持ブツシユ１８を適切な個所に設けることが
でき、かくして軸受に、良好な非常運転性が与え
られる。支持ブツシユ１８には連続棒４の軸受な
どの支持面ｅの外にフランジ３０（第４図中央参
照）を設けることもでき、あるいはブツシユ端部
に肉厚を薄くした部分（第４図右下）を設けるこ
とができる。更に、成形部材５および支持面につ
いてスリーブ６の変形として第３図の中央部およ
びその左右に示すように、内部はスリーブとな
り、外方は軸頚部材を囲むような形状となつてい
る補足軸頚部材１９を隣接する成形部材５の間に
送入したような構成のものも用いることもでき
る。第３図の中央の例では、補足軸頚部材１９は
一体として同じ材料から構成されている。その右
側のクランク軸頚として示されている例では中央
のスリーブとしての部分１９ａと外方の成形部材
の外方を囲んでいる部分とは異なる材料から構成
されている。この場合、例えばスリーブ部は比較
的軟い強靭鋼からなり、外方部分は、摩擦の観点
から、より好適な硬い鋳鋼から鋳造する、拡張に
よつて得られる結合の良好さは関与する材料の固
有の性質以外に、結合すべき各部材の厚さに対す
る拡張圧力および結合間〓の正しい調和状態に依
存する。従つて可変の横断面を有するスリーブ６
を作成するのが有利である。この場合スリーブ６
は、拡張前は、二重円すい台の形状を有し（第３
図左上の部分参照）一般に、細い延長部２１を備
えている。何故ならば、上記範囲には、強度的重
要性はなく、潤滑剤のロスを防止するための環状
スペース１４の確実な密封が重要であるからであ
る。これは、延性を有する材料（例えば、銅）か
ら成る密封層２０をスリーブ延長部２１と成形部
材５の隣接部分との間に設けることによつて、助
成できる。この代わりにまたはこれに加えて、拡
張圧力を軸線方向へ変化させることもできる。例
えば、ａで示した部分（第３図右上部参照）の拡
張圧力を低く抑えることができる。何故ならば、
対応するスリーブ延長部２１が、上記条件におい
ても十分に変形されるからである。一方、ｂで示
した部分には極めて高い圧力を加えることができ
る。何故ならば、この場合、強度上の理由から、
スリーブ６および成形部材５の対向部分が比較的
大きい厚さを有するからである。一方、軸頚中央
のｃで示した範囲では、場合によつては、中程度
の拡張圧力で十分である。何故ならば、この場
合、成形部材５の拡張される部分がより薄いから
である。このように適切に異なる拡張を行い得る
よう、簡単化して図示した拡張装置７は、公知の
圧力発生装置（図示してない）以外に、少くとも
１つ高圧流体供給導管２３を含むゾンデ部材２２
から成る。軸線方向へ環状パツキン２６によつて
それぞれ区画された作用部分２５に高圧流体を送
る分路２４が、上記導管２３から出ている。各拡
張部分ａ，ｂ，ｃに大きさの異なる圧力を加える
場合は、同様の数の異なる供給導管２３を介して
圧力を加えるか、所要の区間にわたつて軸線方向
へ作用部分２５をずらすとともに圧力を変更する
ことによつて上記拡張部分を処理する。第４図に
示した如く、ゾンデ部材２２は、同時に、相互に
同列の軸頚、即ち、特に、支持軸頚２を配列する
ために使用できる。上記ゾンデ部材２２に対応す
る数の作用部分２５を設ければ、すべての支持軸
頚２について、スリーブ６および成形部材５を一
工程で接合できる。この場合、クランク軸頚の拡
張のため、別のソンデ部材２２が必要であるが、
別の作業工程において始めて拡張を行うことがで
きる。第２図に、別な実施例が示されている。こ
の例では支持軸頚の中心孔５３のすべてに共通の
一本のスリーブ６がさしこまれ一工程でスリーブ
６を拡張させる。そして連接棒を支持する部分の
範囲ｄのスリーブを切り離す。同様にクランク軸
頚の中心孔も夫々のスリーブを一工程で拡張する
ことができる。この時はつり合いおもり１２に設
けた差込開口は３１を通して液圧加圧装置７をさ
しこむことができる。第３図のＶ−Ｖ線に沿う断
面である第５図に示した如く、成形部材５に、補
強に役立つＵ字部材２７を設けることができる。
ゾンデ２２の導入のために形成部材５に設けた開
口は比較的小さくてよいので、新しい小ストロー
クエンジンに使用するクランク軸に必要な如く、
支持軸頚２とクランク軸頚３とは、軸方向投影面
で見て、相互に一致する。第２図右下部に示した
クランク軸頚３の場合、拡張されたスリーブ６の
端部は、例えば、圧入したカバー３２によつて閉
鎖されている。このカバーは、構造体の補強を行
うのみならず、スリーブ６の内部の閉鎖された中
空スペースを例えば支持ブツシユのための潤滑剤
タンクとして利用することもできる。第６図は第
３図の−線に沿う断面図である。

本発明は前記のような構成であつて、クランク
軸の中心軸頚部とクランク軸頚部の半分づつを一
体とした成形部材をスリーブに嵌めこみ、スリー
ブに内圧をかけることにより、極めて容易に強固
に結合された、組立形クランク軸とその製造方法
を得たものである。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は夫々本発明のクランク軸
の異なる実施例を示す横断面図、第５図は第３図
の−線に沿う断面図、第６図は第３図の−
線に沿う断面図、第７図は成形部材を示す説明
図である。 符号の説明、１……ハウジング、２……中心軸
頚、３……クランク軸頚、４……連接棒、５……
成形部材、６……スリーブ、７……加圧装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ クランク腕２８となる部分を含む中心軸頚２
   の半分及びクランク軸頚３の半分を一体とした成
   形部材５を組み合せてピストン機関の組立形クラ
   ンク軸を製造する方法において、それぞれ隣接す
   る成形部材５，５の中心軸頚部分の中心孔５２及
   びクランク軸頚部分の中心孔５３を夫々スリーブ
   ６に左右から順次嵌めこみ、スリーブ６に内部か
   ら圧力をかけて拡張させて塑性変形を行なわせる
   とともに、各成形部材５にも弾性変形を行なわ
   せ、各部材を強固に結合することを特徴とする成
   形部材を組み合せて内燃機関の組立形クランク軸
   を製造する方法。 ２ 前記の各部材５の中心軸頚部分の中心孔５２
   のすべてに共通の連続したスリーブ６を嵌めこ
   み、このスリーブに各成形部材５を固定した後、
   連続棒４を取り付けるための範囲ｄにおいて上記
   スリーブを切離すことを特徴とする前記請求項第
   １項記載の組立形クランク軸の製造方法。 ３ 各成形部材の中心軸頚部分の中心孔５２のす
   べてを、仝じくクランク軸頚部分の中心孔５３の
   すべてに、夫々連続した拡張装置７を用いること
   によつて、一工程ですべての成形部材の中心軸頚
   ２及びクランク軸頚をスリーブ６に固定すること
   を特徴とする前記請求項第１項又は第２項に記載
   の組立形クランク軸の製造方法。 ４ 凡ての軸頚部分の肉厚が最大の範囲に対向す
   る範囲ｂに最大圧が加えられるよう軸線方向の異
   なる位置に夫々適当な異なる内圧を加えることを
   特徴とする前記請求項第１項記載の組立形クラン
   ク軸の製造方法。 ５ 各成形部材を組み合せる前に、各成形部材の
   軸頚部分に中空円筒形支持ブツシユ１８を被せる
   ことを特徴とする前記請求項第１項記載の組立形
   クランク軸の製造方法。 ６ 前記の支持ブツシユ１８の連続棒の支持面の
   外側を各成形部材の軸頚部分の形状に応じて変形
   することを特徴とする前記請求項第１項又は第５
   項記載の組立形クランク軸の製造方法。 ７ 各成形部材の組み合せ前に、各軸頚部分又は
   支持ブツシユ１８にすべり軸受又はころがり軸受
   １７を設置することを特徴とする前記請求項第１
   項又は第５項記載の組立形クランク軸の製造方
   法。 ８ 各成形部材の組み合せ前に、各軸頚部分、あ
   るいは支持ブツシユ１８、又はすべり軸受、ある
   いはころがり軸受１７に未分割の連続棒４を設置
   することを特徴とする前記請求項第１項、第５
   項、第７項の何れか１項に記載の組立形クランク
   軸の製造方法。 ９ 各成形部材およびスリーブ６を組み合せる間
   支持ブツシユ１８を過冷することを特徴とする前
   記請求項第５項記載の組立形クランク軸の製造方
   法。 １０ クランク腕２８となる部分を含む中心軸頚
   ２の半分及びクランク軸頚３の半分を一体とした
   成形部材５を組み合せてなる内燃機関の組立形ク
   ランク軸において、各成形部材５がそれぞれ中心
   軸頚部の中心孔５２ならびにクランク軸頚部の中
   心孔５３のところで、内部からの圧力で拡張させ
   られて塑性変形をしているスリーブ６に左右から
   嵌められた嵌合状態にあり、かつ各成形部材は弾
   性変形による負荷によつてスリーブと強固に結合
   状態におかれていることを特徴とする組立形クラ
   ンク軸。 １１ スリーブ６の内径に等しい径を有する開口
   を、各成形部材の軸頚部の中心孔の両端に有する
   ことを特徴とする前記請求項第１０項記載の組立
   形クランク軸。 １２ 各成形部材５の隣接する軸頚部材の間に補
   足の軸頚部材１９が嵌めこまれていることを特徴
   とする前記請求項第１０項記載の組立形クランク
   軸。 １３ 前記の補足の軸頚部材１９はスリーブ６と
   同じ構成部材であることを特徴とする前記請求項
   第１２項記載の組立形クランク軸。 １４ 前記の補足部材１９はスリーブの部分とは
   異なる材料で形成されていることを特徴とする前
   記請求項第１２項記載の組立形クランク軸。 １５ 前記のスリーブ６は横断面が端部に向つて
   縮少されていることを特徴とする前記請求項第１
   ０項ないし第１４項の何れか１項記載の組立形ク
   ランク軸。 １６ クランク腕２８を貫通するダクト１３と接
   続する中空環状スペース１４がスリーブ端に残存
   するように、スリーブにはたて溝１５が設けられ
   ていることを特徴とする前記請求項第１０項記載
   の組立形クランク軸。 １７ 前記の支持ブツシユ１８は支持面ｅの外側
   にフランジ３０を備えていることを特徴とする前
   記請求項第１０項〜第１６項の何れか１項に記載
   の組立形クランク軸。 １８ 前記の支持ブツシユ１８は支持面ｅの外側
   に肉厚が薄い部分を有していることを特徴とする
   前記請求項第１０項〜第１６項の何れか１項記載
   の組立形クランク軸。 １９ 各成形部材５の軸頚部分の先端に部材相互
   の位置を特定するため互に噛み合う噛合歯部１１
   を有していることを特徴とする前記請求項第１０
   項〜第１８項の何れか１項に記載の組立形クラン
   ク軸。 ２０ 各軸頚部分の内面には、半径方向の拡張部
   分が設けてあることを特徴とする前記請求項第１
   ０項〜第１９項の何れか１項に記載の組立形クラ
   ンク軸。 ２１ 前記の拡張されたスリーブ６の端部は、補
   強カバー３２で閉鎖されていることを特徴とする
   前記請求項第１０項〜第２０項記載の組立形クラ
   ンク軸。 ２２ スリーブ部分と軸頚部材を被う外方部分と
   よりなる補足軸頚部材を有することを特徴とする
   前記請求項第１０項〜第２１項記載の組立形クラ
   ンク軸。