(57)【要約】【課題】製造コストの増大を抑制しながら複数に分割された内輪をクランクシャフトの軸部に取り付けることができ、さらに軸部に対する内輪のクリープを抑制することが可能なクランクシャフトの軸受構造を提供する。【解決手段】クランクシャフト２の複数のクランクアーム２１のうち軸方向に隣り合う一対のクランクアーム２１を連結するクランクジャーナル２３の軸受構造は、一対の内輪部材３０からなる内輪３と、内輪３の外周面３ａを転動する複数のころ４とを備える。クランクジャーナル２３は、その外周面２３ａの少なくとも一部が軸方向に対して傾斜した外周円錐面として形成され、内輪３は、クランクジャーナル２３の外周円錐面に対向して軸方向に傾斜した内周円錐面を内周面３ｂに有する。内輪部材３０が一方のクランクアーム２１に向かって押し付けられることにより、内輪部材３０の軸方向端面と一方のクランクアーム２１の受面との間に摩擦力が発生する。【選択図】図３
2019100501.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のクランクシャフトの複数のクランクアームのうち軸方向に隣り合う一対のクランクアームを連結する軸部の軸受構造であって、
周方向に複数に分割された複数の内輪部材からなる内輪を備え、
前記軸部は、その外周面の少なくとも一部が軸方向に対して傾斜した外周円錐面として形成され、
前記内輪は、前記外周円錐面に対向して軸方向に傾斜した内周円錐面を有し、
前記内燃機関のシリンダに供給される混合気の爆発による燃焼圧力によって前記外周円錐面と前記内周円錐面との間に作用する力により、前記内輪部材が前記一対の前記クランクアームのうち一方のクランクアームに向かって押し付けられ、前記内輪部材の軸方向端面と前記一方のクランクアームの受面との間に摩擦力が発生する、
クランクシャフトの軸受構造。
【請求項２】
前記一方のクランクアームには、前記軸部側の端面に前記内輪部材の軸方向一端部が嵌入する環状の凹溝が形成され、
前記内輪部材の前記軸方向端面は、少なくとも外径側の一部が軸方向に対して傾斜した端部円錐面として形成され、
前記受面は、前記凹溝の内部において前記内輪部材の前記端部円錐面が当接する内部円錐面である、
請求項１に記載のクランクシャフトの軸受構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のクランクシャフトの複数のクランクアームのうち軸方向に隣り合う一対のクランクアームを連結する軸部の軸受構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関のクランクシャフトの複数のクランクアームのうち軸方向に隣り合う一対のクランクアームを連結する軸部の軸受構造として、特許文献１に記載のものが知られている。
【０００３】
特許文献１に記載の軸受構造は、軸方向に隣り合う一対のクランクアームを連結する軸部の外周面に二つ割の内輪を取り付け、複数の転動体（ころ）を内輪の外周面を転動するように保持器に保持して構成されている。そして、二つ割の内輪の軸部への取り付けは、軸部に対する内輪のクリープ（滑り）が生じないよう、内輪を冷却した冷やしばめ、又は軸部を加熱した焼きばめにより行われる。これにより、二つ割の内輪が一対のクランクアームの間に強固に挟圧保持される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１１７００８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の軸受構造では、二つ割の内輪を軸部に取り付ける際、内輪を冷却し又は軸部を加熱する必要があり、また取り付け後に常温に戻るまで内輪を軸部に固定した状態を保持しなければならないため、内輪の組み付けに長時間を要してしまう。そして、製造時間の長時間化は、製造コストの増大を招来する要因となる。
【０００６】
そこで、本発明は、製造コストの増大を抑制しながら複数に分割された内輪をクランクシャフトの軸部に取り付けることができ、さらに軸部に対する内輪のクリープを抑制することが可能なクランクシャフトの軸受構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関のクランクシャフトの複数のクランクアームのうち軸方向に隣り合う一対のクランクアームを連結する軸部の軸受構造であって、周方向に複数に分割された複数の内輪部材からなる内輪を備え、前記軸部は、その外周面の少なくとも一部が軸方向に対して傾斜した外周円錐面として形成され、前記内輪は、前記外周円錐面に対向して軸方向に傾斜した内周円錐面を有し、前記内燃機関のシリンダに供給される混合気の爆発による燃焼圧力によって前記外周円錐面と前記内周円錐面との間に作用する力により、前記内輪部材が前記一対の前記クランクアームのうち一方のクランクアームに向かって押し付けられ、前記内輪部材の軸方向端面と前記一方のクランクアームの受面との間に摩擦力が発生する、クランクシャフトの軸受構造を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係るクランクシャフトの軸受構造によれば、製造コストの増大を抑制しながら複数に分割された内輪をクランクシャフトの軸部に取り付けることができ、さらに軸部に対する内輪のクリープを抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る軸受構造によりシリンダブロックに支持されたクランクシャフトを含む内燃機関としてのエンジンの構成例を示す断面図である。
【図２】エンジンのクランクシャフトをシリンダブロックの下端部及び複数のクランクキャップ等と共に示す斜視図である。
【図３】（ａ）は、軸受部を軸方向断面で示す断面図である。（ｂ）は、（ａ）のＡ部拡大図である。
【図４】軸受部を軸方向直交断面で示す断面図である。
【図５】一対の内輪部材を示す斜視図である。
【図６】第２の実施の形態に係る軸受部１０を示す軸方向断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［第１の実施の形態］
本発明の第１の実施の形態について、図１乃至図５を参照して説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明を実施する上での好適な具体例として示すものであり、技術的に好ましい種々の技術的事項を具体的に例示している部分もあるが、本発明の技術的範囲は、この具体的態様に限定されるものではない。
【００１１】
（エンジンの構成）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る軸受構造によりシリンダブロックに支持されたクランクシャフトを含む内燃機関としてのエンジンの構成例を示す断面図である。図２は、エンジンのクランクシャフトをシリンダブロックの下端部及び複数のクランクキャップ等と共に示す斜視図である。
【００１２】
エンジン１は、車両の駆動源として用いられ、シリンダブロック１１と、シリンダブロック１１の上方に取り付けられたシリンダヘッド１２と、シリンダブロック１１の下方に取り付けられたオイルパン１３とを有している。なお、本実施の形態では、一例としてエンジン１が直列４気筒エンジンである場合について説明するが、他の形式のエンジンにも本発明の軸受構造を適用することが可能である。
【００１３】
シリンダヘッド１２には、図略のカムシャフトが収容されている。シリンダブロック１１は、ピストン１４を収容する複数のシリンダ１１０が隔壁１１１によって区画され、ピストン１４がコンロッド（コネクティングロッド）１５によってクランクシャフト２に連結されている。クランクシャフト２は、シリンダ１１０に供給される混合気の爆発による燃焼圧力をピストン１４及びコンロッド１５を介して受け、シリンダブロック１１とオイルパン１３との間に支持されて回転軸線Ｏを中心として回転する。以下、回転軸線Ｏに平行な方向を軸方向という。
【００１４】
クランクシャフト２の一端部には、補機類を駆動するためのベルトが掛け回されるクランクプーリ１６が取り付けられている。クランクシャフト２は、複数のクランクアーム２１と、複数のクランクアーム２１のうち一部のクランクアーム２１に連続して設けられた複数のバランスウエイト２２と、回転軸線Ｏを中心軸とする軸部としてのクランクジャーナル２３と、回転軸線Ｏに対して偏心したクランクピン２４とを一体に有している。また、クランクシャフト２は、鍛造又は鋳造により各部が一体成形され、クランクジャーナル２３及びクランクピン２４の外周面は研削加工されている。
【００１５】
本実施の形態では、クランクシャフト２が、８つのクランクアーム２１、５つのクランクジャーナル２３、及び４つのクランクピン２４を有している。８つのクランクアーム２１は、クランクシャフト２の軸方向に配列され、軸方向に隣り合う一対のクランクアーム２１がクランクジャーナル２３又はクランクピン２４により連結されている。なお、本実施の形態では、クランクピン２４によって連結された一対のクランクアーム２１のうち一方のクランクアーム２１にバランスウエイト２２が設けられたハーフカウンタのクランクシャフト２を例にとって説明するが、全てのクランクアーム２１にバランスウエイト２２が設けられたフルカウンタのクランクシャフトを用いてもよい。
【００１６】
クランクシャフト２の５つのクランクジャーナル２３のうち、両端の２つのクランクジャーナル２３は、シリンダブロック１１の側壁１１２とオイルパン１３の縁壁１３１との間に支持されている。他の３つのクランクジャーナル２３は、シリンダブロック１１の隔壁１１１と、隔壁１１１に固定された複数のクランクキャップ１７との間に支持されている。クランクキャップ１７は、ボルト１８により隔壁１１１の下端部に固定されている。
【００１７】
図２に示すように、シリンダブロック１１の隔壁１１１及び側壁１１２の下端部には、軸方向視において半円状の切り欠き１１１ａ，１１２ａがそれぞれ形成されている。クランクキャップ１７には、隔壁１１１の切り欠き１１１ａと組み合わされる半円状の切り欠き１７ａが形成されている。隔壁１１１の切り欠き１１１ａとクランクキャップ１７の切り欠き１７ａとは、組み合わされて円形となる。次に、シリンダブロック１１の隔壁１１１とクランクキャップ１７との間でクランクジャーナル２３を支持する軸受部１０の構成について説明する。
【００１８】
（クランクシャフトの軸受構造）
図３（ａ）は、軸受部１０を軸方向断面で示す断面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ部拡大図である。図３（ａ）では、クランクアーム２１の一部を断面で示している。図４は、軸受部１０を軸方向直交断面で示す断面図である。図５は、軸受部１０の内輪３を示す斜視図である。
【００１９】
軸受部１０は、周方向に複数に分割された複数の内輪部材３０からなる内輪３と、内輪３の外周面３ａを転動する複数の円柱状のころ４と、複数のころ４を保持する保持器５とを有して構成されている。保持器５は、周方向の１箇所に割り部を有する円筒状の樹脂からなる。複数のころ４は、内輪３の外周面３ａと、シリンダブロック１１の隔壁１１１及びクランクキャップ１７の切り欠き１１１ａ，１７ａの内面との間に配置されている。なお、切り欠き１１１ａ，１７ａに外輪を取り付け、この外輪と内輪３との間に複数のころ４を配置してもよい。
【００２０】
内輪３は、一対の内輪部材３０からなる二つ割の円筒状であり、クランクジャーナル２３の外周面２３ａを覆っている。それぞれの内輪部材３０は、軸方向視において半円状であり、例えばＳＵＪ２等の軸受鋼や低炭素鋼からなる。なお、クランクジャーナル２３の外周面２３ａは熱処理されておらず、その硬度は内輪３の外周面３ａ及び内周面３ｂの硬度よりも低い。
【００２１】
クランクジャーナル２３は、その外周面２３ａの少なくとも一部が軸方向に対して傾斜した外周円錐面として形成されている。図３の図示例では、クランクジャーナル２３の外周面２３ａの全体が外周円錐面として形成されており、その外径が軸方向の一端部から他端部に向かって徐々に小さくなっている。
【００２２】
クランクジャーナル２３によって連結される一対のクランクアーム２１のうち、クランクジャーナル２３の小径側にあたる一方のクランクアーム２１には、クランクジャーナル２３側の側面２１ａに、内輪部材３０の軸方向一端部が嵌入する環状の凹溝２１０が形成されている。凹溝２１０は、例えばクランクジャーナル２３を研削する砥石のトラバース研削によって形成してもよく、あるいは旋盤による切削加工により形成してもよい。
【００２３】
内輪３は、その内周面３ｂに、外周円錐面として形成されたクランクジャーナル２３の外周面２３ａに対向して軸方向に傾斜した内周円錐面を有している。本実施の形態では、内輪３の内周面３ｂの全体が内周円錐面となっているが、内周面３ｂの一部が内周円錐面であってもよい。図３（ｂ）に示すように、クランクジャーナル２３の外周面２３ａの軸方向に対する傾斜角θ１と、内輪３の内周面３ｂの軸方向に対する傾斜角θ２とは同一の角度である。
【００２４】
傾斜角θ１，θ２は、０．５〜５．０°であることが望ましい。傾斜角θ１，θ２が０．５°未満であると、後述するスラスト力Ｆ１によって内輪部材３０に摩擦力を発生させる効果が十分に得られず、傾斜角θ１，θ２が５．０°を超えると、クランクジャーナル２３の小径側の端部の外径が小さくなり、その強度が低下してしまうためである。図３の図示例では、傾斜角θ１，θ２が２．０°である。なお、内輪３の外周面３ａは、回転軸線Ｏと平行である。このため、内輪部材３０の厚みは、クランクジャーナル２３の小径側にあたる軸方向一端部ほど厚くなっている。
【００２５】
凹溝２１０に嵌入する内輪部材３０の軸方向一端部における軸方向端面３０ａは、少なくとも外径側の一部が軸方向に対して傾斜した端部円錐面３０ｂとして形成されている。本実施の形態では、内輪部材３０の軸方向端面３０ａが、軸方向に対して垂直な平坦面３０ｃ及び端部円錐面３０ｂからなり、平坦面３０ｃの外側に端部円錐面３０ｂが形成されている。図３に示す断面において、平坦面３０ｃと端部円錐面３０ｂとがなす角度、及び外周面３ａと端部円錐面３０ｂとがなす角度は鈍角であり、端部円錐面３０ｂの軸方向に対する傾斜角θ３は傾斜角θ２よりも大きい。図３の図示例では、傾斜角θ３が４５°である。
【００２６】
凹溝２１０の内面は、軸方向に対して垂直で内輪部材３０の平坦面３０ｃに対向する底面２１０ａ、及び軸方向に対して傾斜して内輪部材３０の端部円錐面３０ｂに対向する内部円錐面２１０ｂとを有している。内部円錐面２１０ｂの軸方向に対する傾斜角θ４は傾斜角θ３と同一の角度である。また、傾斜角θ４は、クランクジャーナル２３の外周面２３ａの軸方向に対する傾斜角θ１よりも大きい。これにより、凹溝２１０は、底面２１０ａ側ほど、クランクジャーナル２３の径方向における外周面２３ａと内部円錐面２１０ｂとの間隔が狭くなっている。なお、凹溝２１０には平坦な底面２１０ａが形成されていなくともよい。この場合、内部円錐面２１０ｂがクランクジャーナル２３の外周面２３ａに連続する。
【００２７】
（第１の実施の形態の作用及び効果）
シリンダ１１０に供給される混合気の爆発による燃焼圧力がコンロッド１５を介してクランクシャフト２に伝達されると、クランクシャフト２がクランクキャップ１７側に押し付けられる。図３（ｂ）では、この押し付け力Ｆを矢印で示している。この押し付け力Ｆは、クランクジャーナル２３の外周面２３ａと内輪３の内周面３ｂとの間に作用する。前述のように、クランクジャーナル２３の外周面２３ａ及び内輪３の内周面３ｂは、軸方向に対して傾斜しているので、クランクジャーナル２３とクランクキャップ１７との間に挟まれる内輪部材３０は、凹溝２１０側に向かう軸方向のスラスト力Ｆ１を受ける。
【００２８】
そして、このスラスト力Ｆ１により、内輪部材３０の端部円錐面３０ｂが凹溝２１０の内部円錐面２１０ｂに押し付けられ、端部円錐面３０ｂと内部円錐面２１０ｂとの間に摩擦力が発生する。つまり、凹溝２１０の内部円錐面２１０ｂは、クランクアーム２１が内輪部材３０のスラスト力Ｆ１を受ける受面となる。
【００２９】
なお、内輪部材３０がスラスト力Ｆ１によって凹溝２１０側に移動することにより、一対の内輪部材３０の周方向の端面３０ｄ（図４，図５参照）間の隙間が狭くなり、ころ４が円滑に内輪３の外周面３ａを転動する。また、内輪部材３０の端部円錐面３０ｂと凹溝２１０の内部円錐面２１０ｂとが密着したとき、内輪部材３０の平坦面３０ｃと凹溝２１０の底面２１０ａとは隙間を介して対向する。
【００３０】
内輪部材３０は、クランクシャフト２が受ける燃焼圧力によってクランクジャーナル２３の外周面２３ａに押し付けられると共に、端部円錐面３０ｂが凹溝２１０の内部円錐面２１０ｂから受ける押し付け反力Ｆ２の径方向成分Ｆ２Ｒによってもクランクジャーナル２３の外周面２３ａに押し付けられ、クランクジャーナル２３の外周面２３ａとの間に摩擦力が発生する。
【００３１】
このように、内輪３は、内輪部材３０の端部円錐面３０ｂと凹溝２１０の内部円錐面２１０ｂとの間、及び内周面３ｂとクランクジャーナル２３の外周面２３ａとの間に発生する摩擦力により、クランクジャーナル２３に対するクリープ（滑り）が抑制される。このため、クランクジャーナル２３の外周面２３ａの摩耗が抑えられ、軸受部１０に大きなガタが発生することなく、クランクシャフト２の回転の円滑性を長期にわたって維持することが可能となる。また、例えば特許文献１に記載されたもののように、内輪部材３０を冷却したりクランクジャーナル２３を加熱したりする必要がないので、製造コストの増大を抑制することができる。
【００３２】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について、図６を参照して説明する。第２の実施の形態に係る軸受構造は、内輪部材３０の形状、及び内輪部材３０が当接する部分のクランクアーム２１の形状が第１の実施の形態と異なっているので、この違いの部分について重点的に説明する。また、以下の説明では、第１の実施の形態と共通する部分について、第１の実施の形態において用いた部材あるいは部分の名称や符号を援用する。
【００３３】
図６は、第２の実施の形態に係る軸受部１０を示す軸方向断面図である。本実施の形態に係る内輪３は、第１の実施の形態と同様に一対の内輪部材３０からなり、その内周面３ｂが軸方向に対して傾斜した内周円錐面となっているが、軸方向一端部に端部円錐面３０ｂが形成されておらず、この一端部における軸方向端面３０ｅの全体が軸方向に対して垂直な平面となっている。また、クランクアーム２１には凹溝２１０が形成されておらず、軸方向に対して傾斜したクランクジャーナル２３の外周面２３ａと内輪３の内周面３ｂとの間で発生するスラスト力により内輪部材３０の軸方向端面３０ｅが当接するクランクアーム２１の受面２１ｂが、軸方向に対して垂直である。
【００３４】
このような軸受構造によっても、内輪部材３０の軸方向端面３０ｅとクランクアーム２１の受面２１ｂとの間に発生する摩擦力により、内輪３のクリープが抑制される。また、第１の実施の形態の軸受構造に比較して、クランクシャフト２及び内輪部材３０の加工が容易となる。
【００３５】
（付記）
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、これらの実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。
【００３６】
また、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形して実施することが可能である。例えば、上記第１及び第２の実施の形態では、内輪３が周方向に２分割された場合について説明したが、内輪３を３分割してもよい。この場合、内輪３が３つの内輪部材３０によって構成される。
【００３７】
また、上記第１及び第２の実施の形態では、本発明の軸受構造をクランクジャーナル２３に適用した場合について説明したが、同様の軸受構造をクランクピン２４に適用することも可能である。この場合、軸部としてのクランクピン２４の外周面の少なくとも一部が軸方向に対して傾斜した外周円錐面として形成され、クランクピン２４を挿通させるコンロッド１５の挿通孔に内輪３及び複数のころ４が配置される。
【符号の説明】
【００３８】
１…エンジン（内燃機関）              １１０…シリンダ
２…クランクシャフト                  ２１…クランクアーム
２１０…凹溝                          ２１０ｂ…内部円錐面（受面）
２１ｂ…受面                          ２３…クランクジャーナル（軸部）
２３ａ…外周面                        ３…内輪
３０…内輪部材                        ３０ａ…軸方向端面
３０ｂ…端部円錐面                    ３０ｅ…軸方向端面
３ａ…外周面                          ３ｂ…内周面
【図１】
2019100501.tif 000003
【図２】
2019100501.tif 000004
【図３】
2019100501.tif 000005
【図４】
2019100501.tif 000006
【図５】
2019100501.tif 000007
【図６】
2019100501.tif 000008