JPH04282012A - 内燃機関用クランク軸 - Google Patents

内燃機関用クランク軸

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JPH04282012A JP3292955A JP29295591A JPH04282012A JP H04282012 A JPH04282012 A JP H04282012A JP 3292955 A JP3292955 A JP 3292955A JP 29295591 A JP29295591 A JP 29295591A JP H04282012 A JPH04282012 A JP H04282012A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はピン部材とクランクアー
ムとが焼きばめにより接合される内燃機関用クランク軸
に関する。
【０００２】
【従来技術及び発明が解決しようとする課題】内燃機関
用のクランク軸を焼きばめにより接合する場合、クラン
ク軸は一般に完全組立式クランク軸か半組立クランク軸
かのいずれかとして組み立てられる。前者は２つのクラ
ンクアームの内腔にクランクピンを堅固に焼きばめする
ことにより各スローを形成し、その後クランクアームの
内腔に焼きばめにより同様に固定される主軸受ジャーナ
ルピンにより個々のスローを接合する。後者は予め鍛造
又は鋳造されたスローをクランク軸の内腔に焼きばめさ
れたピンにより接合する。英国特許第１３４５７６９号
で開示されているように、各スローをリング状のピン部
材により接合してもよい。このピン部材は各スローに係
る２本の軸方向反対側に延びるピン上に外側から堅固に
焼きばめされる。
【０００３】機関の作動中、スローの相互の角度を維持
する必要性に鑑みて、軸のトルク搬送能力はとりわけ、
係合する収縮面の面積及びこの面に直角に作用する収縮
力により限定される。収縮面の周囲の部分で材料が浮遊
することは好ましくないので、望ましい収縮力と収縮穴
を囲む材料の必要な厚さとの間には直接的な関係がある
。クランク軸重量とクランク軸が伝達するトルクの間の
比を低減することは根強い要求であるが、このためには
クランク軸を鋳造することが必要となり完全組立式又は
半組立クランク軸と比較して高価になってしまう。
【０００４】本発明の目的は、軸重量と最大許容トルク
との間の比を低減した上述のクランク軸の提供にある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この観点から、本発明に
係るクランク軸は係合する収縮面の少なくとも一方に摩
擦増加材料を付加したことを特徴としている。
【０００６】従来のクランク軸と比較すると、収縮面の
間の摩擦増加材料により摩擦係数が大きくなるので、ク
ランク軸は小さな収縮力即ち組み立てられたクランク軸
の収縮面間の小さな表面圧力により同一のトルク及び収
縮面面積を同時に維持できる。この結果クランクアーム
の応力水準は低下するので、アーム特に比較的小さなモ
ーメント負荷が機関の作動中にかかることが多いアーム
部分の横断面積を低減でき従って重量も低減することが
できる。
【０００７】クランク軸の重量の低減が可能となれば、
場合によっては取扱上の理由からクランク軸を２つの部
分に分割してそれを機関の底部フレームに取り付けて組
み立てなければならない大型の低速燃焼機関に対して特
に有利である。
【０００８】通常のクランク軸用旋盤及びクランク軸組
立ベンチにおいて、最大昇降能力は８乃至９気筒機関用
の周知の焼きばめ軸の重量に対応して１８０ｔである。 機関が１０乃至１２気筒で形成されている場合には、軸
を２つの部分に分割してカム軸のチェーン駆動用に機関
中央に配置したチェーンホイールに組み立てなければな
らない。本発明によれば軸が軽くなるため分割を必要と
する気筒数も増加する。従って、多数の気筒を備えた前
記機関であっても分割していないクランク軸と機関の端
部に配設したチェーンホイールとで形成可能となり、軸
の製造コストを下げるとともに機関の全長を短くするこ
とができる。
【０００９】また、クランクアームの応力水準が低下す
ることにより、クランクピンと主軸受ジャーナルとの間
の中心距離を短縮することができる。このため、連接棒
を短縮した小型機関が実現できる。
【００１０】ピン部材をクランクアームの軸方向に延び
る内腔に堅固に焼きばめされる軸方向に延びるピンとし
て設計するとき、製造上及びコスト上の留意点はピンの
周縁部の収縮面のみに摩擦増加材料を付加するというこ
とである。好ましい実施例において本発明の効果は、ピ
ンの周縁部と内腔の円筒状内面の係合する収縮面のいず
れにも摩擦増加材料を付与したため更に高められている
。
【００１１】実施例において、摩擦増加材料は鋼上を滑
動するとき高摩擦を呈しニッケル上を滑動するときは更
に大きな摩擦を呈するニッケルの塗膜でよい。ニッケル
塗膜は任意の厚さで形成することができる。クランク軸
が小さい場合には例えばプラズマ塗被又は化学沈殿によ
りかなり薄い層の塗被を行うのに対し、軸がより大きい
場合には熱塗被を行うことができる。
【００１２】第二の実施例においては、摩擦増加材料は
クランク軸又はジャーナル部材の基礎材料より実質的に
硬い粒子、好ましくはカーボランダム粉末より成る。焼
きばめに先立ち、粒子は例えば脂肪等の粘性液体に結合
した後係合する収縮面の一方又は両方に分布されるか或
いは表面に接着される。部材が焼きばめにより接合され
ると、硬い粒子は両方の収縮面に貫入して収縮面のトル
ク搬送能力を大幅に増大させるある種の微小突起を形成
する。粒子材料としてはカーボランダム粉末が特に好ま
しい。これは、カーボランダム粉末が極めて硬く化学的
に極めて安定なダイアモンド構造に結晶化するためであ
り、それにより機関の寿命となるまでの間に周囲の鋼構
造の周囲で変質しされ吸収される、粒子に対する高い安
全性が得られる。
【００１３】第三の実施例において、粒子はニッケル塗
膜である金属基質内に埋設されることが好ましく、上述
した摩擦増加特性を同一の塗膜で実現することができる
。
【００１４】
【実施例】以下、極めて単純化した図面を参照しつつ実
施例に基づいて詳細に説明する。
【００１５】図１及び図２に示す半組立クランク軸用の
スロー１は、鍛造又は鋳造により製造され２本のアーム
２と接続クランクピン３より成る。各アーム２は軸方向
に延びる内腔４を有し、この内腔４の略円形円筒状の内
面は２つの対応する収縮面の一方を構成している。図３
は軸方向に分離された３つの略円形円筒状の部分を備え
たピン５を示し、その中の中央部分がジャーナル面であ
りピンの周縁部の２つの両側の部分７は軸の組み立て状
態において対応する内腔４内に拘束される他方の収縮面
をそれぞれ構成する。
【００１６】個々のスロー１は、相互に正しい角度でク
ランク軸組み立てベンチ内にクランク軸を保持し且つク
ランク軸アームを加熱し及び／又はピン５を冷却しその
後ピン５の部分７を内腔４内に移動することにより、従
来の方法で完全な軸に結合される。内腔に関しては、各
部品が同一温度に達すると各部品を堅固に接続するのに
必要とされる収縮応力が生じるようにピンの寸法を大き
めに設計している。
【００１７】以下、軸が完全組立式か半組立かに係わら
ず、上述した部材と同一の機能を有する部材は同一の符
号を付与される。図４に示すような完全組立式クランク
軸用のスロー１においては、主軸受ジャーナルピンはク
ランクピンとともに、クランクアーム２の内腔に焼きば
めされるピン部材５として形成される。
【００１８】これに続く図５乃至図７は、摩擦増加材料
が対応する収縮面から現れるようにピン部材５とクラン
クアーム２との間の移行部を拡大して示す。
【００１９】図５においてピン部材５の収縮面７はニッ
ケル層８で塗被されており、内腔４の内側は同様にニッ
ケル層９で塗被されている。両方の部品へのニッケル塗
被は周知の未塗被鋼表面と比較して、面の間で約２００
％の摩擦係数の増加となり、通常はピン部材であるが一
方の面だけ塗被すると約５０％の摩擦係数の増加が見込
める。必要とされる収縮応力又は収縮面の面積は摩擦係
数の変化に逆比例して変更可能であり、これは同一の許
容トルクに対する既製のクランク軸の重量が低下するこ
とを意味する。両方の部品にニッケル塗被する場合、ピ
ン部材５の径方向外側半部の環状部分に位置するアーム
材料の重量は例えば約２０％だけ低減される。
【００２０】ニッケル塗被は電着により或いはプラズマ
塗被又は溶射を用いた熱塗布により行うことができる。
【００２１】図６に示すように、アーム２若しくはピン
部材５の基礎材料より実質的に硬い粒子１０が収縮面の
少なくとも一方に付加されるため、摩擦係数は更に増大
する。この粒子は上述したように両方の部品に押圧され
るとある種の微小突起を形成して同一温度に達すると両
部品を係止する。
【００２２】粒状材料として二酸化クロム等の硬い強磁
性材料が用いられた場合、少なくとも一方の収縮面に粒
子を付与し、軸の接合を行う時収縮面に粒子を保持する
ための結合剤を必要としない。２つの部品をクランク軸
ベンチに配置すると、部品の少なくとも一方が磁化され
る結果、強磁性粒子を散布した後、これらの粒子は両部
品が互いに挿入されるまで収縮面上で磁化により保持さ
れる。収縮の間に部品の一方が加熱されると冷たい方の
部品が磁化されることになる。磁化は電磁石又は一方の
部品に巻装された電気コイルを用いて行われる。収縮面
に摩擦増大材料を付与するこの方法は、単に磁化源を補
うだけでクランク軸を製造する既存の機械装置に直ちに
適用可能である点で有利である。
【００２３】図７は第三の実施例を示し、ここで収縮面
は硬い粒子１０を含む金属塗膜１１、１２を備えている
。このことは、例えばカーボランダム粉末等の粒子１０
を収縮面に固着し、アーム及びピン部材を軸の組立現場
に搬送する前に予め製造しておくことが必要な場合には
有益である。完成した軸の収縮応力が所定の大きさに達
するように正確な厚さを有する金属基質の均一な厚い層
を設けてもよい。粒子含有塗膜はプラズマ溶射を用いて
収縮面に設けてもよい。
【００２４】収縮面のトルク伝達能力は対応した面の粒
子による幾何的係止により改善されるものであるが、こ
れは粒子のない基質表面の部分で摩擦係数が大きくなる
ように金属基質をニッケルから形成することにより更に
高めることができる。図では両方の部品２、５への基質
塗膜を示しているが、一方の部品の収縮面のみを塗被す
ることも当然可能である。
【００２５】代わりに、各クランク軸と関連した２つの
軸方向反対側に伸びるピンの外面上にリング状のピン部
材を焼きばめにより固定してクランク軸を形成してもよ
い。この場合、対応したクランク面はリングの内面とピ
ンの外面より成るが、係合する収縮面の少なくとも一方
は上述した摩擦増大材料を含んだ面と全く同一である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による半組立クランク軸用のスローの部
分断面側面図。
【図２】図１に示した半組立クランク軸用のスロ−の端
面図。
【図３】主軸受ジャーナルピンの側面図。
【図４】本発明による組立クランク軸用のスローの側面
図。
【図５】本発明によるクランク軸の収縮面を通る拡大断
面図。
【図６】本発明によるクランク軸の収縮面を通る拡大断
面図。
【図７】本発明によるクランク軸の収縮面を通る拡大断
面図。
【符号の説明】
１　　スロー ２　　アーム ３　　クランクピン ４　　内腔 ５　　ピン部材 ６　　ジャーナル面 ７　　収縮面 ８，９　　ニッケル層 １０　　粒子 １１，１２　　金属塗膜

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ピン部材（５）とクランクアーム（２）と
    が焼きばめにより結合される内燃機関用のクランク軸で
    あって、係合する収縮面の少なくとも一方に摩擦増加材
    料（８、９；１０；１１、１２）を付加したことを特徴
    とするクランク軸。
  2. 【請求項２】前記ピン部材はクランクアームの軸方向に
    延びる内腔（４）内に焼きばめされる軸方向に延びるピ
    ン（５）のクランク軸であって、前記ピンの周縁部と内
    腔の内面の係合収縮面のいずれにも摩擦増加材料（８、
    ９；１０；１１、１２）を付加したことを特徴とする請
    求項１記載のクランク軸。
  3. 【請求項３】前記ピン部材は各スローと関連した２本の
    軸方向反対側に延びるピン上に外部から焼きばめされる
    リングのクランク軸であって、前記リングの内面と前記
    ピンの外面の係合する収縮面に摩擦増加材料を付加した
    ことを特徴とする請求項１記載のクランク軸。
  4. 【請求項４】前記ピン部材はクランクアームの内腔（４
    ）に焼きばめにより固定される軸方向に延びるピン（５
    ）のクランク軸であって、前記ピンの２つの円筒状の収
    縮面（７）に摩擦増加材料を付加する一方、中間のジャ
    ーナル面（６）にはこの材料を付加しないことを特徴と
    する請求項１記載のクランク軸。
  5. 【請求項５】前記摩擦増加材料はニッケル（８、９）の
    塗膜であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか
    １項に記載のクランク軸。
  6. 【請求項６】前記摩擦増加材料はクランクアーム（２）
    とピン部材（５）の基礎材料より実質的に硬い粒子（１
    ０）より成ることを特徴とする請求項１乃至４のいずれ
    か１項に記載のクランク軸。
  7. 【請求項７】前記摩擦増加材料は前記クランクアーム（
    ２）と前記ピン部材（５）の基礎材料より実質的に硬い
    粒子（１０）を埋め込んだ金属基質（１１、１２）より
    成る塗膜であることを特徴とする請求項１乃至４のいず
    れか１項に記載のクランク軸。
  8. 【請求項８】前記粒子はカーボランダム粉末（ＳｉＣ）
    （１０）より成ることを特徴とする請求項６又は請求項
    ７のいずれかに記載のクランク軸。
  9. 【請求項９】前記金属基質（１１、１２）はニッケルを
    含有することを特徴とする請求項７又は請求項８のいず
    れかに記載のクランク軸。
  10. 【請求項１０】前記摩擦増加材料は二酸化クロム（Ｃｒ
    Ｏ２）（１０）より成ることを特徴とする請求項１乃至
    請求項９のいずれか１項に記載のクランク軸。
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