(57)【要約】【課題】公知の配置による欠陥を回避しながら、比較的大きいトルクの伝達ができるように、上記種類のクランクシャフトを簡易でコスト的に有利な手段により改良することである。【解決手段】挿入方向に見て係合ストラット５の前部領域を係合ストラットの後部領域に接続する、挿入方向に見て先細の円錐体９に構成すること、およびクランクウェブ１に対する係合ストラット軸方向移動を防止するための止めリング１０を装着することによって解決される。係合ストラットの後部領域に続くのが円錐体なので、係合ストラットも、したがってそれに対応するクランクウェブ穴も段階的な寸法調整が必要なく、隙間のできる恐れがなく、係合ストラットの全長にわたって確実な収縮結合が保証される。また円錐体の平均直径は前部先端直径より基本的に大きく、それが達成可能な伝達トルクの点で有利に作用する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの軸受ピン（２）と、それに対して径方向にずれた、少なくとも１つのクランクピン（３）とを有し、前記軸受ピン（２）および前記クランクピン（３）が、それらを結合するクランクウェブ（１）から反対方向に突出しており、前記軸受ピン（２）および／または前記クランクピン（３）が、クランクウェブ（１）に設けた穴（４）に噛み合い、収縮結合によって前記クランクウェブ（１）と結合されており、挿入方向に見て後方に当る、比較的大きな直径を持つ後部領域（７）と、それとは違い、前記挿入方向に沿って先細の前部領域（８）と、を備える、係合ストラット（５）を有する、特に大型ディーゼルエンジンとして構成された短行程エンジン用のクランクシャフトであって、
前記係合ストラット（５）の挿入方向に見て前方に当る前記前部領域（８）が、前記係合ストラットの後部領域（７）に接続する、挿入方向に沿って先細の円錐体（９，１９）を備え、およびクランクウェブ（１）に対する係合ストラット（５）の軸方向移動を防止するための制止装置を備え、
前記制止装置が、係合ストラット（５）の外周側切欠き溝（１１）およびクランクウェブ（１）の穴側に開いた切欠き溝（１２）に噛み合う、少なくとも１つの止めリング（１０）を含み、
前記止めリング（１０）がクランクシャフトのベース材料よりも硬質の材料からなり、
前記制止装置が、係合ストラット（５）の後部領域と前部領域（７，８）の間の境界領域に設けられることを特徴とするクランクシャフト。
【請求項２】
前記止めリング（１０）が、径方向スリット（１３）付きの開放リングとして構成されていることを特徴とする請求項１に記載のクランクシャフト。
【請求項３】
前記止めリング（１０）がバネ鋼からなることを特徴とする請求項１に記載のクランクシャフト。
【請求項４】
穴側に開いた前記切欠き溝（１２）の深さが、少なくとも、該切欠き溝（１２）の領域における想定収縮幅を除いた前記止めリング（１０）の径方向幅に相当することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のクランクシャフト。
【請求項５】
前記制止装置が、前記係合ストラット（５）または腕側の前記穴（４）の壁面に適合するように形成され、少なくとも部分的に旋回し、それぞれ相対する構成部の対応する切欠き溝（１５）に噛み合い、その径方向高さ（ｈ）が最大でも前記切欠き溝（１５）の領域における想定収縮幅に相当するウェブ（１４）を有することを特徴とする請求項１に記載のクランクシャフト。
【請求項６】
前記係合ストラット（５）が、前記制止装置を形成するために、挿入方向に沿って上り勾配になっている円錐体（１７または２０）を備えており、その勾配の高さ（ｈ’）が、最大でも腕側の前記穴（４）の対応領域の収縮幅に相当する程度であることを特徴とする請求項１に記載のクランクシャフト。
【請求項７】
前記係合ストラット（５）の前記後部領域（７）に、挿入方向に沿って上り勾配になっている円錐体（１７）が少なくとも部分的に設けられることを特徴とする請求項９に記載のクランクシャフト。
【請求項８】
前記係合ストラット（５）の前記前部領域（８）は挿入方向に沿って上り勾配となった円錐体（２０）を備え、該円錐体（２０）は挿入方向に沿って先細の円錐体（１９）と、該先細の円錐体の挿入方向前方側において接続されていることを特徴とする請求項１０に記載のクランクシャフト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つの軸受ピン、およびこれに対し径方向にずれた、少なくとも１つのクランクピンを有し、軸受ピンおよびクランクピンが、それらを結合するクランクウェブから反対方向に突出しており、軸受ピンおよび／またはクランクピンが、クランクウェブに設けた穴と噛み合い、収縮結合によってクランクウェブと結合されており、挿入方向に見て後方に当る、比較的大きな直径を持つ後部領域と、それとは違い、挿入方向に沿って先細の前部領域とを備える、係合ストラットを有する、特に大型ディーゼルエンジンとして構成された短行程エンジン用のクランクシャフトに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のクランクシャフトは特許文献１から公知である。大型エンジンの場合では、仕上り重量を低減するために、すべてのシリンダを貫通するクランクシャフトを小型の構造部材から組み立てることがしばしば必要である。その場合、収縮結合により対応するクランクウェブに結合されている同種類だけのピン（通例は軸受ピン）と、対応するクランクウェブに適合させて形成されている別なピン（通例ではクランクピン）とからなるクランクシャフトと、軸受ピンもクランクピンもクランクウェブの対応穴で収縮しているクランクシャフトとでは区別される。
【０００３】
短行程エンジンの場合、軸受ピンとクランクピンの径方向距離はピン半径の和の領域内、あるいはそれ以内であることを前提としなければならない。しかし、上記特許文献１から読み取れる配置によると、クランクウェブが係合ストラットに対応する穴によって余りにも弱体化しないように、係合ストラットの後部領域と前部領域は、前部領域の方が後部領域より直径が小さくなるように相互間で段階的に寸法調整されている。ところが、収縮結合を実現するには、ピン径を対応の穴直径より大きめにする必要があり、それが穴直径に対して一定の割合に相当するので、相対的に大きな後部直径およびそれに相応して大きめになった係合ストラットの領域が収縮結合後にクランクウェブの対応領域を拡大させ、その結果、図６に示されるように、前部領域において、比較的余剰分の少ない小さめの直径を持つ係合ストラットの前部領域とこの領域に対応するクランクウェブ穴の間に隙間が生じる危険がある。それにより、負荷がかかる場合、力の流れ全体が係合ストラットの後部領域を通り抜けるので、トルク伝達強度の点で好ましくない影響を及ぼすことになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】ＤＫ−ＰＳ  １２２  ６８２
【特許文献２】実開昭５１−００３７５８号公報
【特許文献３】特開昭５８−０４６３８０号公報
【特許文献４】特開昭５５−１２５９４９号公報
【特許文献５】実公昭４０−０１７６９０号公報
【特許文献６】実開昭５５−１３８０２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以上の状況より、本発明の課題は、公知の配置による欠陥を回避しながら、比較的大きいトルクの伝達ができるように、上記種類のクランクシャフトを簡易でコスト的に有利な手段により改良することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題は、本発明に基づき、挿入方向に見て係合ストラットの前部領域を係合ストラットの後部領域に接続する、挿入方向に見て先細の円錐体に構成すること、およびクランクウェブに対する係合ストラットの軸方向移動を防止するための止めリングを装着することによって解決される。
【０００７】
このような対策によって、上述した従来技術の欠点が、長所は保持したまま、完全に回避される。係合ストラットの後部領域に続くのが円錐体なので、係合ストラットも、したがってそれに対応するクランクウェブ穴も段階的な寸法調整が必要なく、隙間のできる恐れがなく、係合ストラットの全長にわたって確実な収縮結合が保証される。しかも、前部円錐体の先端では比較的小さな直径が達成可能なので、腕側は比較的多くの材料が残り、クランクウェブの弱体化が避けられる。また他方、円錐体の平均直径は前部先端直径より基本的に大きく、それが達成可能な伝達トルクの点では有利に作用する。係合ストラットの円錐形態は、確かに軸方向の作用力を引き起こす。それにより生じる軸方向の運動は、係合ストラットの後部領域における噛合わせ幅を縮小させ、前部領域においては収縮結合を実現し得なくするが、それは制止装置の設置によって確実に解消される。
【０００８】
プレアンブル記載の対策において、有利な実施形態および合目的的な改良形態は従属請求項に記載されている。
【０００９】
特に好ましい実施形態として、制止装置は、噛合わせピンの外周側切欠き溝およびクランクウェブの穴側に開いた切欠き溝に噛合う、少なくとも１つの止めリングを含む形態をとることができる。止めリングは、有利なことに、軸方向に働く圧力が比較的小さくなるように、その幅を比較的大きくすることができる。その他、止めリングはクランクウェブ材料とは異なる、嵌め込むのに非常に適した材料で構成することができ、それによって極めて高い安定性が保証されるという利点も認められる。
【００１０】
止めリングは、スリット付き開放リングとして構成すれば有用になることがある。この場合、止めリングはピストンリング状の形態となり、ピストンリング式の簡易組立が保証される。
【００１１】
さらにまた別な合目的的対策として、穴側切欠き溝の深さを、少なくとも想定収縮幅を差し引いたリング径に相当するように構成することができる。この対策により、組立時に止めリングを穴側切欠き溝に挿入することができ、係合ストラットの腕側穴への導入が容易になる。
【００１２】
プレアンブル記載の対策において、その他有利な実施形態として、制止装置の構成は、係合ストラットまたは腕側穴の壁面に適合させて形成された、それぞれ対応構成部の切欠き溝と噛合い、その高さがせいぜい想定収縮幅に相当する程度の、少なくとも部分的に旋回するウェブが、少なくとも１つ含まれるようにすることができる。この実施形態では、有利なことに、追加の構成部材は必要でない。
【００１３】
いずれの場合でも、制止装置は係合ストラットの前部領域と後部領域との間の境界領域に設置するのが有利である。それにより、制止装置の作用機構に働く曲げ応力の低レベル維持状態が確保される。実験からも、この対策を採り入れた場合にはクランクウェブ領域に顕著な応力集中が起こらないことが明らかになった。
【００１４】
さらに別な実施形態として、制止装置形成のために、係合ストラットに、挿入方向に沿って上げ勾配となり、その勾配が最大でも想定収縮幅に相当する円錐体を構成することができる。この場合には、好ましくも、軸方向の力によって追加的に径方向の力が生成され、それが伝達可能なトルクの大きさに関して有利に作用する。
【００１５】
プレアンブルに記載の対策において、その他有利な実施形態および合目的的な改良形態は残りの従属請求項に記載されており、それらについては下記実施形態の説明から、また図面を手掛かりに詳細に考察することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に基づくクランクシャフトの一部分の部分断面図である。
【図２】図１の実施形態に基づく制止装置を形成する止めリングの部分図である。
【図３】係合ストラットに適合するように形成された制止ウェブを持つ、図１および図２の実施形態に対する代替手段を示す図である。
【図４】モ係合ストラットの後部領域に適合するように形成された、制止装置形成のための円錐体を持つ別の実施形態の図である。
【図５】係合ストラットの前部領域が反対向きの２つの円錐体を持つ別な代替手段の図である。
【図６】従来技術による先細の係合ストラットの部分図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の主要適用領域は、大型エンジン、特に船舶原動装置などとして使用される、ピストン直径の大きな短行程の２サイクルディーゼルエンジンである。大きさの規模の例としては、気筒穴直径９８０ｍｍの１２気筒大型ディーゼルエンジンを挙げることができる。この場合は回転数を引き上げるために、行程は従来の２４００ｍｍから約１２００ｍｍに短縮されている。これは代表例であるが、もちろんこの数字に限定されることはない。
【００１８】
図１に基づくクランクシャフトは、クランクウェブ１を有しており、そこから離れた一方の側には軸受ピン２が、反対側のもう一方の側にはこれとは径方向にずれたクランクピン３が存在する。軸受ピン２とクランクピン３の径方向距離は、ピン直径の和の半分より小さい。図１には軸受ピン２とクランクピン３とが描かれている。大型エンジン用のクランクシャフトの場合は、自明のように、相前後して同軸配置された複数の軸受ピンと、所定の点火順序に応じて互いに位置シフトさせた、軸に平行な複数のクランクピンが配備されている。
【００１９】
図に描かれた軸受ピン２は、収縮結合によりクランクウェブ１と結合している。同図のクランクピン３は、クランクウェブ１に一体形成されている。当然のことながら、クランクピン３だけが、あるいは軸受ピン２とクランクピン３の双方が収縮結合によりクランクウェブ１と結合している実施形態も考えられる。最後に挙げたような実施形態は、部品重量が非常に大きい特別な大型エンジンの場合には優先的に適用すべきである。
【００２０】
収縮結合により隣接クランクウェブと結合している各ピンについて、この場合、軸受ピン２は、クランクウェブ１の対応穴４と噛み合う収縮結合によりその内部で固定される係合ストラット５を備えている。これは、矢印６で示す挿入方向に見て後部に当る、この場合には円柱形の領域７を有するが、この領域は略軸受ピン２の直径に相当する比較的大きな直径を有し、また挿入方向に見て前部に当る領域８も有するが、その前部先端直径は後部領域７の直径に比べて小さいので、軸受ピン２の係合ストラット５の前部先端とクランクピン３の接続領域の間の部分ではクランクウェブ１は十分に肉厚な幅を有している。図１に基づく実施形態では、係合ストラット５の前部領域８は円錐台状に形成された外周輪郭を有している。この部分は、以下では簡易化のため円錐体９と称する。円錐体９は常に、係合ストラット５の後部領域７に無段接続する円錐部分領域と係合ストラットの前部先端の間に位置している。クランクウェブ１の穴４は対応した輪郭になっていて、後部領域７に対応した円柱切断面と前部領域８に対応した円錐切断面を有している。係合ストラット５の前部領域８は、円錐体９の形態如何で、後部領域７と同等の直径から、それよりも小さい前部先端の直径に到るまで均等な先細形態になっている。
【００２１】
円錐体９に勾配があるので、収縮過程で生じた径方向の力に起因して挿入方向とは反対向きに軸方向の力が発生する。この軸方向力による係合ストラット５の押し戻しを防止するために、係合ストラット５の軸方向移動を阻止する制止装置が取り付けられている。図１に示された実施形態の場合では、これは、係合ストラット５の外周側切欠き溝１１と、および同時に、共平面であるクランクウェブ１の穴側に開いた切欠き溝１２とも噛合う取り巻き止めリング１０を含んでいる。止めリング１０は、クランクシャフトのベース材料よりも硬質の材料、好ましくはバネ鋼で作られているのが目的に沿うが、これは径方向に比較的幅広に構成されている。
【００２２】
止めリング１０は、図２から明らかなように、周辺にスリット１３が入っている。したがって、止めリング１０は組立の際ピストンリング式に広げることができる。止めリング１０は、組立の際、加熱クランクウェブ１の穴側に開いた切欠き溝１２に差し込むのが目的に適っており、そうすれば噛合いピン５を押し込んだ際に、そのバネ作用により噛合いピン５の外周側切欠き溝１１に嵌まり込む。この操作過程を可能にするため、切欠き溝１２は、切欠き溝１２の領域において生じる径方向の収縮幅を差し引いた止めリング１０の径方向の幅に少なくとも相当する深さを有している。クランクウェブ１は組立の際に加熱されるので、この収縮幅を差し引くことが可能である。本例の止めリング１０は、係合ストラット５の後部円柱領域７と前部円錐領域８の境界領域に配置されているので、止めリング１０の曲げ応力もクランクウェブ１の領域における応力集中も非常に小さいものと想定することができる。
【００２３】
図３に基づく実施形態では、制止機構として、係合ストラット５に適合するように形成された、完全旋回式または部分旋回式のウェブ１４が取り付けられており、これに対応するクランクウェブ１の穴側に開いた切欠き溝１５と噛み合っている。ウェブ１４が係合ストラット５の最大直径から、この場合には係合ストラット５の後部領域７の直径からはみ出した隆起高ｈは、最大でもせいぜい、腕１の切欠き溝１５領域で想定できる収縮幅程度である。それにより、ウェブ１４を持つ係合ストラット５を加熱されたクランクウェブの対応穴４に挿入する場合、確実な作業性が確保される。ウェブ１４は、クランクウェブ１の冷却過程でこれと共平面の切欠き溝１５と噛み合わされる。この切欠き溝は、強制力の作用を回避するために少なくとも径方向については大きめにすることができる。図に描かれた例では軸方向の幅が僅かに大きめになっている。
【００２４】
ウェブ１５は、切欠き部の応力負荷を回避するために側方の溝１６で側面補助されている。その他の点については、図３の実施形態は図１の実施形態に相応している。このことは、係合ストラット５の後部領域７と前部領域８間の境界領域における制止装置形成ウェブ１４の配置についても当てはまる。
【００２５】
また別な実施形態が図４に描かれている。この場合には、挿入方向に見て係合ストラット５の後部に当る後部領域７は、挿入方向に沿って上り勾配の円錐台状の側面（以下では円錐体１７と称する）を有している。したがって、円錐体１７は係合ストラット５の前部領域８に配置された円錐体９とは反対向きの先細形態になっている。同じことは、係合ストラット５に対応するクランクウェブ１の穴４にも当てはまる。穴４には、切欠き部応力負荷の回避のため、係合ストラット５の後部領域７と前部領域８に対応する両部分間の境界領域に周回溝１８が設けられている。
【００２６】
係合ストラット５の後部領域７における後方直径に対する円錐体１７の隆起高ｈ´、つまり係合ストラット５の後部領域７における最大半径と最小半径との差は、最大でもクランクウェブ１の穴４の後部領域における想定収縮幅に相当する程度なので、係合ストラット５を、加熱したクランクウェブ１の穴４に挿入することが可能である。円錐体１７の勾配が円錐体９の勾配とは反対向きなので、係合ストラット５がクランクウェブ１に対して軸方向に移動する事態が防止される。円錐体９の領域で生成される軸方向の力により、円錐体１７の領域で働く有効な半径方向の力が高められ、その結果収縮結合の耐負荷性が高められる。
【００２７】
図５に基づくまた別の実施形態では、係合ストラット５の前部領域８が２つの部分に分かれている。すなわち、挿入方向に沿って先細の円錐台状に形成された（以下では円錐体１９と称する）、後部領域７に接続する第１区間と、挿入方向に沿って上り勾配になっている円錐台状に形成された（以下では円錐体２０と称する）、円錐体１９に接続する第２区間である。円錐体１９とは反対向きの円錐体２０は、この場合、係合ストラット５のクランクウェブ１に対する軸方向の動きを止める制止装置として機能する。両円錐体１９，２０の最小半径と挿入方向に見て前方に当たる係合ストラット５の前部正面に対応する円錐体２０の最大直径との差、つまり上り勾配の高さｈ’は、最大でも円錐体１９，２０に対応するクランクウェブ１の穴４の両部分間の境界領域における想定収縮幅に相当する程度である。係合ストラット５の後部領域７は、この場合には円柱形にすることができる。
【００２８】
本発明の実施形態について詳しく説明したのは、確かに上記の通り数例であるが、実施形態はそれですべてというわけではない。詳しくは述べないが、例えば制止装置構成のためのバネ式制止ピンの使用など、別な実施形態も考えられる。それぞれの係合ストラット５の領域に同種または異種の複数制止装置を配備することも同様に考えられよう。したがって、本発明は記載された実施形態に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００２９】
１  クランクウェブ
２  軸受ピン
３  クランクピン
４  腕穴
５  係合ストラット
６  矢印
７  後部領域
８  前部領域
９  円錐体
１０  止めリング
１１  外周側切欠き溝
１２  穴側に開いた切欠き溝
１３  スリット
１４  ウェブ
１５  切欠き溝
１６  溝
１７  円錐体
１８  周回溝
１９  円錐体
２０  円錐体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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