WO1989012760A1 - Structure de liaison entre un vilebrequin et une bielle - Google Patents

Description

明 発 明 の 名 称

ク ラ ン ク軸と連接棒と の違桔構造

発 明 分 野

本発明は、 ク ラ ン ク軸と連接棒と の連結構造に関 し、 特 に詳し く い えば、 エン ジ ンの ク ラ ン ク 室内を.回転運動する ク ラ ン ク軸 と、 該ク ラ ン ク 轴に一端が軸受部を介 して連結 さ れ、 他端がエン ジ ンの シ リ ンダ内を往復運動する ピス ト ンに連結さ れる連接棒との違結構造に関す る。 従 来 技 術 の 説 明

自動二輪車'や船舶の船外機に用 い ら れる 2 サイ ク ルェ ン ジ ンでは、 通常ガソ リ ン と油の混合気が燃料と して使用 さ れてい る。 し か し、 道路に除雪剤を散布する 寒冷地で運耘 さ れる 自動ニ輸車や、 海水に曝さ れる船外機な どでは、 ガ ソ リ ン と 油の混合気と と も に外部か ら塩分を含ん だ外気が 気化器か ら ク ラ ン ク 室に侵入 し、 高温の ク ラ ン ク室内の連 接棒用支持轴受鄧を早期に腐食する おそれがあ っ た。 ま た 近年、 自動ニ輸車のユーザーニーズと して、 ェキゾ一ス ト パイ プ（マ フ ラ ー）からの油煙がラ イ ダーの背中に付着して 汚れる ため、 混合気のガソ リ ンと油の混合比を、 従来の 1 5 ： 1 ない し 5 0 ： 1 から 2 0 0 : 1 と い う よ う に油の比率 を低下さ せている。 と こ ろが、 こ の よ う に燧料の油分を低 下させる と、 軸受の潤滑にと って過酷な状態とな り 1 5 0 ⁰ Cない し 2 0 0 ° C と い う 高温下で 1 0 , 0 0 0 r p iRない し 3 0 , 0 0 0 r pmの高速で回転する軸受は、 早期に焼付き を起こ し、 軸受の寿命ひいてはエ ン ジ ンの寿命を短く する とい う 問題があ っ た。

ま た、 他方では、 近年エン ジ ンの高性能化に伴い、 ク ラ ン ク軸と連接棒の連锆搆造における転がり軸受の高性能化、 すなわち高温下での軸受の高速回転時における P V値低減、 高硬度化、 基本静定格荷重の向上などが要求されている。

しかし、 以上のよ う な諸問題や要求に応じえる違結構造 と して満足な ものはいま だ提案されていない。

一方、 工作機械など特定の産業分野では、 軸受を高性能 化する ために、 円筒こ ろ軸受および玉軸受にセラ ミ ッ ク ス 製転動体を用いる こ とが、 すでに試み られている。 セラ ミ ツ ク スは、 軸受鋼などに比べ一般に高硬度ではあるが、 靱性 に劣るため、 従来は玉軸受ゃ直径に対し長さが 1 . 5 倍程

新 な用紙 度の こ ろ轴受の転動体と してほ実用化に至っ てい る ものの 針状こ ろに関しては.形状加工面から焼結性に優れた ものが 得られず、 特にエ ン ジ ンの ク ラ ンク室内と い う過酷な運転 条件で使用 し得る耐食性を有する もの と しては、 いま だ実 現に至っていない。

ちなみに、 針状こ ろ軸受に用い られる こ ろ は、 J I S規 格（J I S B 1 5 0 6 )では直径を D a、 長さを とすれば、 D a≤ 5 mm、 3 D a £^ 1 0 D aで規定されてい る。 発 明 の 概 略

本発明の 目的は、 ク ラ ンク軸と連接棒と の連結部に設け られる保持器付き針状こ ろ の焼付き寿命を向上させ、 長期 間安定的に動作でき る信頼性の高い、 ク ラ ン ク軸と連接棒 と の連結構造を提供し よ う とする にある。

本発明の他の 目的は、 ク ラ ン ク軸と連接棒と の連結部に 設け られる保持器付き針状こ ろが高硬度、 軽重量、 耐熱性 に優れ、. 過酷な運転条件下で長期間安定的に動作でき る信 頼性の高い、 ク ラ ン ク軸と連接棒との連結構造を提供しよ う とする にある。

； 図 面 の 簡 —単 な 説 明 第 1 図は.本発明による ク ラ ンク軸と連接棒の連結構遣を 設けた 2 サイ クルエ ン ジ ンの断面図、

第 2図は第 1 図における本発明のク ラ ン ク軸と連接棒の 連綰構造を略示した断面図、

第 3 図は第 1 図おょぴ第 2 図の連結構造での軸受部で用 い られる針钦こ ろ と保持器の組立体を略示した縱断面図で 第 4図は本発明に用いる針状ころの素材の耐腐食性試験 結果を示すグラ フである。 好適な実施例の説明

第 1 図及び第 2 図を参照する と、 本穽明によ る ク ラ ンク 軸と連接棒の連結搆造は、 従来構造と同様に、 エ ン ジ ンの ク ラ ンク室内を回転違動する ク ラ ン ク軸 i と該ク ラ ン ク軸 1 に一端 bが軸受部 7 を介して違锆され他端 1 1 がェ ン ジ ンの シ リ ンダ 1 2 内を往復運動する ピス ト ン 1 3 に連結さ れる違接棒 5 とも備えている.。

さ らに詳し く 説明する と、 ク ラ ン ク 1 は回転中心となる 回転中心軸 2 と、 こ の回転中心軸 2 に同体に 成されて互 いに対向する ク ラ ン ク ウ ェブ 3 , 3 と、 この ク ラ ン ク ゥ ェ ブ 3 , 3藺において回- 中心軸 2 に対して偏心して設けら - -

れる ク ラ ンク ピ ン 4 とも傭えている。 こ の ク ラ ン ク ピ ン 4 には連接棒 5 の大端邬 6 が、 該大端部 6 に ク ラ ン ク ピン 4 を.揷通すべ く 形成された孔の内周面と グラ ン ク ピン 4 の外 周面間に配置された保持器付き針状こ ろ 7 を介して回転自 在に支承されている。

こ こ での保持器付き針状こ ろ 7 は、 第 3 図に示すよ う に、 針状こ ろ 8 と保持器 9 とからな る軌道输な しの組立体であ つ て、 保持器 9 の円周等間隔に形成さ れた複数のポケ ッ ト 9 aに針状こ ろ 8 が径方向内外に抜け出ないよ う にかつ回転 自在に保持される ものを挙げている。 そ して、 針状こ ろ 8 全体をセラ ミ ツ ク ス（窒化けい素を主成分と した焼結体）で 形成してい る点に本発明の特徵がある。

こ の針状こ ろ 8 を形成する セ ラ ミ ッ ク ス は、 本出願人が 転がり軸受用 と して先に発明 し、 1 9 8 4 年 3 月 3 0 曰 に 特願昭 5 9 — 6 4 8 4 4 号で特許出願した。 すなわち、 そ のセラ ミ ッ ク スは、 ホ ッ ト プ レス法、 ホ ッ ト ア イ ソ ス タ テ ィ ッ ク プレス法ま たは雰囲気加圧焼結法等によ る加圧焼結法 で形成さ れる窒化けい素（S i ₃ N ₄ )、 あ る いはサイ ア ロ ン を使用 し た も のであ っ て、 窒化けい素焼結体の場合には、 窒化けい素が典型的な難焼結材であ る ため、 希土類金属酸 化物、 特に好ま し く はイ ッ ト リ ア（Y ₂ 0 ₃ )を、 必要に応じ て、 例えば A 1 2 0 ₃などのアル ミ ニウム酸化物をそれぞれ

1 0重量％以下添加焼成した ものが良好な焼锆性を示すと と も 、 高い強度と良好なこ ろがり寿命を発揮する点で好 ま しい。 さ らに、 必要に応じて窒化アル ミ ニウム 1 0重量 %以下添加する こ と、 ある いは酸化チタ ン、 酸化ジルコ二 ゥム、 酸化マ グネ シウム、 炭化モ リ ブデン、 ス ピネル、 ガ ーネ ツ ト等を適宜に、 好ま し く は 5 %重量以下で添加する こ と も、 焼锆性改善の点では勃果的である こ とが分かつお。

しかし、 上記の焼結助剤は、 窒化けい素に対する配合比 が增すにつれて、 焼結が容易になる ものの、 電解液などに 対する耐食性が劣って ぐるので、 前述のよ う にそれぞれ 1 0 重量％以下添加しおものが良いが、 特に本発明で用い ら れる針状こ ろのよう に形状加工面では焼結性の向上と、 過 酷な使用条件の観点からは高耐食性が要求される場合には、 イ ツ ト リ ア とアルミ ニウム酸化物との総量が 1 0重量％以 下であ.るのが好ま しいこ とを今回見い出した。

' 第 4 図に、 本発明に用いた窒化けい素焼锆体の耐食性試 験攄を示す。 試験瘟は、 試験材を 8 0 ^e C : l niol H C l水 溶液中に浸瀵した時の重要減少率で表わ している。 第 1 表 に各試験材の成分を表示する。 第 1 袠

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第 4 図から明 らかな よ う に、 本発明に用いた針状こ ろの 素材である窒化けい素焼結体（実施例 Αおよび ^{Β )}は、 実施 例 C および D に比べ低い重量減少率を示してお り 、 この こ とは、 と り もなおさず良好な耐食性を示している こ と にほ かな らない。

次に、 本.発明に用い る針状こ ろを、 第 1 表の実施例 Βの 材科 製作し、 従来の S U J 2 製の針状こ ろ、 特に ク ラ ン ク軸と連接棒との連锆構造に用いる高速対応品（以下従来 品とい う）とも比較して次のよ う な効果を確認でき お。

1 ) 本発明に用い られる針状ころの硬度は H V 1 3 0 0 な い し H V 2 0 0 0 である.。 これに対し従来品の硬度は H V 7 4 6 ない し Hv8 6 5 であっ た。 しがし、 これらは、' ク ラ ンク室内が 1 .5 0 ° Cない し 2 0 0。 C と い う 高温なため、 表面硬化処理しても软化してその劫巣が発揮できなかっ た。

2 ) 基本静定格荷重（接触中央部で最大接蝕応力を発生さ せる均一に分布した静止荷重）は、 従来品では 4 0 0 0 M P aであるのに対し、 本発明に用いる針状こ ろでは 6 0 0

(J M P aであった。 .

3 ) 重量軽减については、 従来品の比重 7 . 8 に対し、 本発明に用いる针状こ ろの比重が 3 2 であ り、 従来品に 比べ重量が 2 . 4 分の 1 にな っ た。 その結果、 軸受内径

2 2 で 1 0 , 0 0 0 rpmない し 1 3 , 0 0 0 rpmの と き、 P V 値は 9 . 5 ない し 2 4 , 5 kg/cm² · m/secとな り 、 従来 品の 1 0 ない し 2 5 kg/ cm² · a/ secに比ぺ 0 . 5 kg/ cm²

* DiZ s &cの低下となつ た。

4 ) 本発明に用いる針状こ ろの研摩加工は、 セラ ミ ッ ク 材料が硬いため、 機械研摩（砥石）で加工されているので、 従来品の加工法と して一般に行なわれている タ ンブリ ング (バ レル研摩）よ り 面粗さ が小さ い。 その結果、 保持器のポ ケ ッ ト の針状 こ ろ と のすべ り 面での摺動が滑 らかにな る と と も に、 スキ ュ ー防止の効果 も奏 し得る。

1 0 は連接棒 5 の大端部 6 端面と ク ラ ン ク ウ ェブ 3 と の間 に と り つ け られてい る ヮ ッ シ ャ 、 1 4 は吸気孔、 1 5 は排

こ の よ う なセ ラ ミ ッ ク ス こ ろを採用 し た場合に は、 通常 ク ラ ン ク 軸の ク ラ ン ク ピ ン （内輪執道部に相当）と連接棒は ク ロ ム · モ リ ブデ ン鋼であ る か ら、 こ ろ が り 接触面が異性 質材同士と な り 、 特に高温、 耐食性雰囲気内では凝着現象 が防止さ れて軸受部 7 の早期焼付 き が抑止で き 、 金属製 こ ろでは剝離を起こ す領域での使用 に十分耐え る こ と がで き る。 し たがっ て、 2 サイ ク ルエ ン ジ ンの連接棒支持部な ど の よ う に厳 し い条件下で使用 して も、 従来の金属製針状 こ ろ使用の場合に比べ針状こ ろ 8 の焼付き 寿命を延ばす こ と がで き る結果と な る。

と こ ろで、 針状こ ろ 8 につ いては、. 軸受鋼な どの金属を ベース と して、 それの少な く と も転動面 8 aに上記セ ラ ミ ッ ク スの薄膜を コ ー テ ィ ン グ し た もの も本発明 に含む。 ま た、 連接棒 5 の小端部 1 1 に上記の針状こ ろを用 い る よ う に し て もかま わな い。

新たな if

用 さ らにま た、 本発明による連結構造の針状こ ろ 8 は、 セ ラ ミ ッ ク ス製であるが故に硬度や定格荷重が高く 、 したがつ てエ ツ ジロ ー ドによる撗傷が少ないので、 従来の金属製針 状こ ろのよ う に こ ろ両端にク ラ ウニングを施さ な く てもよ く 、 ある いは施すと しても ク ラ ウニング量を少な く でき る。 その結果、 高速と耐高荷重性を追及する本発明による連結 構造の針状こ ろに と って有利 となる よ う に針状こ ろ と軌道 部との有効接触面積が大き く なる と と もに、 針状ころの加 ェも し易 く なる。

ま た、 保持器付き針状 ろ 7 の保持器 9 は潤滑性と耐食 性を向上する ため銅メ ツ キの下地処理後、 銀メ ツ キが施さ れてお り 、 その外径面を連接棒 5 の大端部 6 の孔の内周面 に案内さ せてい る。

以上説明 したよ う に、 本発明では、 連結構造の針状こ ろ をセラ ミ ッ ク スで形成する こ とで、 高硬度、 高耐熱性を備 える だけでな く 軽重量化を実現し たから、 2 サイ ク ルェン ジ ンなどのよ う な希薄な潤滑油使甩環境および厳しい使用 条件下において も、 針状こ ろに生ずる各種損傷を一般的な 金属製の針状こ ろよ り も長期にわたっ て防止する こ とがで き る 。

Claims

請 求 の 範 囲

(1) エン ジ ンの ク ラ ン ク室内を回転運動する ク ラ ンク 軸と、 該ク ラ ン ク軸に一端が軸受郐を介して連結され他端 がエ ン ジ ンの シ リ ンダ内を往復還動する ビス ト ンに連結さ れる連.接棒との連結構造であ って、

該軸受部が、 ク ラ ン ク軸の外周面と連接棒の端部に ク ラ ン ク軸を揷通すべ く 形成された孔の内周面間に配置さ れ、 窒化けい素を主体とするセ ラ ミ ッ ク スで形成さ れた複数の 針伏こ ろ と、 該針状こ ろを R周等配に位置決め し保持する 保持器とでな り 、 該軸受部がエ ン ジ ン内の混合気に含まれ る潤滑油によ り潤滑される よ う に な っ ている もの。

(2) ク レーム 1 によ る ク ラ ン ク軸と連接棒との連結構 造であ って、 前記セラ ミ ッ ク スが希土顏金属酸化物および アル ミ ニゥ ム酸化物を添加 し た焼結体である もの。

(3) ク レ ^ "ム 2 に よ る ク ラ ン ク軸と連接棒と の連結構 造であ っ て、 前記セラ ミ ッ ク スがホ ッ ト プレス法ある いは ホ ッ ト アイ ソ ス タ テ ィ ツ ク プ レス法に よ り 加圧焼結されて いる もの。

(4) ク レーム 1 によ る ク ラ ン ク轴と連接棒と の連結搆 造であ って、 前言 S針状こ ろが、 その両端転動面に ク ラ ウ二 ング部を形成していない もの。