(57)【要約】【課題】優れた制振性を有しながら、軽量化を実現し得るクランクシャフト支持構造及びその製造方法を提供する。【解決手段】クランクシャフト支持構造１は、クランクシャフト５０を支持するベアリングキャップ部１０を含む。ベアリングキャップ部１０は、アルミニウム合金を含有する母材部１１と、母材部１１のクランクシャフト５０側に配設される制振材料を含有する表面部１３とクランクシャフト５０と摺動する部位に配設されるベアリングメタル部１７とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランクシャフトを支持するベアリングキャップ部を含むクランクシャフト支持構造であって、
上記ベアリングキャップ部は、アルミニウム合金を含有する母材部と、該母材部の上記クランクシャフト側に配設される制振材料を含有する表面部とを有する
ことを特徴とするクランクシャフト支持構造。
【請求項２】
上記制振材料が、片状黒鉛鋳鉄、高剛性高減衰能鋳鉄、高制振性鉄−銅−アルミニウム鋼及び高制振性鉄合金からなる群より選ばれる少なくとも１種を含むことを特徴とする請求項１に記載のクランクシャフト支持構造。
【請求項３】
上記ベアリングキャップ部が、上記制振材料を含有する上記表面部を、上記母材部となる上記アルミニウム合金で鋳ぐるむことによって得られたものであることを特徴とする請求項１又は２に記載のクランクシャフト支持構造。
【請求項４】
上記母材部と上記表面部との間にアルミニウムを含むめっき皮膜又は溶射皮膜を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つの項に記載のクランクシャフト支持構造。
【請求項５】
上記ベアリングキャップ部（上記クランクシャフトと摺動する部位に配設されるベアリングメタル部を除く。）における上記表面部の割合が、２５体積％以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つの項に記載のクランクシャフト支持構造。
【請求項６】
上記ベアリングキャップ部の上記クランクシャフトと摺動する部位に配設されるベアリングメタル部を更に有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つの項に記載のクランクシャフト支持構造。
【請求項７】
クランクシャフトを支持するベアリングキャップ部を含むクランクシャフト支持構造の製造方法であって、
アルミニウム合金を含有する母材部と、該母材部の上記クランクシャフト側に鋳込まれて配設される制振材料を含有する表面部とを有するベアリングキャップ部を含むクランクシャフト支持構造を製造するに当たり、
上記表面部の母材部側の表面に鋳肌を残す
ことを特徴とするクランクシャフト支持構造の製造方法。
【請求項８】
クランクシャフトを支持するベアリングキャップ部を含むクランクシャフト支持構造の製造方法であって、
アルミニウム合金を含有する母材部と、該母材部の上記クランクシャフト側に鋳込まれて配設される制振材料を含有する表面部とを有するベアリングキャップ部を含むクランクシャフト支持構造を製造するに当たり、
上記表面部の母材部側の表面にアルミニウムを含むめっき皮膜又は溶射皮膜を形成する
ことを特徴とするクランクシャフト支持構造の製造方法。
【請求項９】
クランクシャフトを支持するベアリングキャップ部を含むクランクシャフト支持構造の製造方法であって、
アルミニウム合金を含有する母材部と、該母材部の上記クランクシャフト側に鋳込まれて配設される制振材料を含有する表面部とを有するベアリングキャップ部を含むクランクシャフト支持構造を製造するに当たり、
上記表面部の母材部側の表面に鋳肌を残し、該鋳肌にアルミニウムを含むめっき皮膜又は溶射皮膜を形成する
ことを特徴とするクランクシャフト支持構造の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クランクシャフト支持構造及びその製造方法に関する。更に詳細には、本発明は、所定の構造を有するクランクシャフト支持構造及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンのクランクシャフト軸受け部位は、シリンダブロックとベアリングキャップとにより構成されている。近年、エンジン部品の多くにはアルミニウム合金が適用されており、シリンダブロックにもアルミニウム合金が適用されている。
【０００３】
さらにベアリングキャップにもアルミニウム合金が適用されている（特許文献１参照。）。
【０００４】
具体的にはシリンダブロックとオイルパンの間に設けられたラダーフレームは、ベアリングキャップ部の両側方部を連結してクランクシャフトを収装するクランク室を画成する左右のクランクケース内壁ビーム部と、オイルパンが結合するクランクケース外壁部等を有し、これらがアルミ合金等を材質として鋳造により一体形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−２９６５００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、軽量化のためにベアリングキャップをアルミニウム合金で作製すると強度・剛性が低下するため、制振性が悪化するなどの問題点があった。
【０００７】
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものである。そして、本発明は、優れた制振性を有しながら、軽量化を実現し得るクランクシャフト支持構造及びその製造方法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】
【０００８】
本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた。その結果、所定の構造を有するクランクシャフト支持構造とすることにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち、本発明のクランクシャフト支持構造は、クランクシャフトを支持するベアリングキャップ部を含み、ベアリングキャップ部が、アルミニウム合金を含有する母材部と、母材部のクランクシャフト側に配設される制振材料を含有する表面部とを有するものである。
【００１０】
また、本発明のクランクシャフト支持構造の製造方法は、クランクシャフトを支持するベアリングキャップ部を含むクランクシャフト支持構造の製造方法である。そして、アルミニウム合金を含有する母材部と、母材部のクランクシャフト側に鋳込まれて配設される制振材料を含有する表面部とを有するベアリングキャップ部を含むクランクシャフト支持構造を製造するに当たり、表面部の母材部側の表面に鋳肌を残すか、又は表面部の母材部側の表面にアルミニウムを含むめっき皮膜又は溶射皮膜を形成するか、又は表面部の母材部側の表面に鋳肌を残し、鋳肌にアルミニウムを含むめっき皮膜又は溶射皮膜を形成する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、クランクシャフトを支持するベアリングキャップ部を含むクランクシャフト支持構造において、ベアリングキャップ部が、アルミニウム合金を含有する母材部と、母材部のクランクシャフト側に配設される制振材料を含有する表面部とを有する構成とした。
そのため、優れた制振性を有しながら、軽量化を実現し得るクランクシャフト支持構造及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に係るクランクシャフト支持構造を模式的に示す断面図である。
【図２】図２は、本発明の第２の実施形態に係るクランクシャフト支持構造を模式的に示す断面図である。
【図３】図３は、各例における鋳鉄の割合と損失係数との関係を示すグラフである。
【図４】図４は、各例の損失係数ηを示すグラフである。
【図５】図５は、各例の減衰率を示すグラフである。
【図６】図６は、各例の引張強さを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態に係るクランクシャフト支持構造及びその製造方法について詳細に説明する。
【００１４】
［第１の実施形態］
まず、本発明の第１の実施形態に係るクランクシャフト支持構造について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図面の寸法比率は説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。
【００１５】
図１に示すように、本実施形態のクランクシャフト支持構造１は、クランクシャフト５０を支持するベアリングキャップ部１０を含む。
そして、ベアリングキャップ部１０は、アルミニウム合金を含有する母材部１１と、母材部１１のクランクシャフト５０側に配設される制振材料を含有する表面部１３とを有する。なお、図中の１５は、ベアリングメタル部を示す。
【００１６】
このように、アルミニウム合金を含有する母材部と、母材部のクランクシャフト側に配設される制振材料を含有する表面部とを有するベアリングキャップ部を含む構成とすることにより、優れた制振性を有しながら、軽量化を実現し得るクランクシャフト支持構造となる。また、母材部と表面部との割合を変えることにより、形状を変えずに剛性を調整することができるため、低コスト化を図ることができるという利点もある。
【００１７】
ここで、本発明において、「クランクシャフトを支持するベアリングキャップ部を含むクランクシャフト支持構造」は、例えば、オープンデッキハーフスカート型のシリンダブロックに適用されるベアリングキャップ、ラダーフレーム、ベアリングキャップとベアリングビームとからなる別体ベアリングビームや、クローズドデッキディープスカート型のシリンダブロックに適用されるベアリングキャップ（サイドボルト締付け）、一体ベアリングビームなどに適用することができる。
【００１８】
また、特に限定されるものではないが、ベアリングキャップ部は、制振材料を含有する表面部を、母材部となるアルミニウム合金で鋳ぐるむことによって得られたものであることが好ましい。
このように、表面部が母材部に鋳込まれた構成とすることにより、表面部と母材部との密着性が向上し、制振性がより向上する。
なお、表面部が母材部にボルトなどで締結される場合も、本発明の範囲に含まれる。
【００１９】
更に、特に限定されるものではないが、ベアリングキャップ部（ベアリングメタル部を除く。）における表面部の割合は、２５体積％以上であることが好ましい。
このように、制振材料を含有する表面部の割合が２５体積％以上である構成とすることにより、より確実に優れた制振性を有するものとなる。
【００２０】
以下、各構成について更に詳細に説明する。
【００２１】
（母材部）
上記母材部１１は、後述する表面部と共に、ベアリングキャップ部を含むクランクシャフト支持構造として成立し、アルミニウム合金を含有するものであれば、特に限定されるものではない。また、アルミニウム合金としては、例えば、エンジン部品に適用される従来公知のものを適用することができる。なお、母材部がアルミニウム合金からなる場合も、本発明の範囲に含まれる。
【００２２】
（表面部）
上記表面部１３は、前述した母材部と共に、ベアリングキャップ部を含むクランクシャフト支持構造として成立し、制振材料を含有するものであれば、特に限定されるものではない。また、制振材料としては、従来公知の各種鋳鉄、鋳鋼、合金などを適用することができる。その中でも、片状黒鉛鋳鉄、高剛性高減衰能鋳鉄、高制振性鉄−銅−アルミニウム鋼、高制振性鉄合金などを好適に用いることができる。
【００２３】
ここで、高剛性高減衰能鋳鉄としては、例えば、式（１）炭素当量（％）＝Ｃ量（％）＋（１／３）×Ｓｉ量（％）に示す炭素当量が３．３０〜３．９５％となるＣ及びＳｉと、Ｍｎ：０．２５〜１．０％と、Ｐ：０．０４％以下と、Ｓ：０．０３％以下と、Ａｌ：３〜７％と、Ｓｎ：０．０３〜０．２０％と、残部Ｆｅ及び不可避不純物からなるものを挙げることができる。
また、高制振性鉄−銅−アルミニウム鋼としては、例えば、Ｃ：０．０２ｍａｓｓ％以下、Ｓｉ：０．０２％以下、Ｍｎ：０．０８ｍａｓｓ％以下、Ｃｕ：０．０５〜１．５０ｍａｓｓ％、Ａｌ：１．０〜７．０ｍａｓｓ％及びＮ：０．００８ｍａｓｓ％以下、又はＣ：０．０２ｍａｓｓ％以下、Ｓｉ：０．０２％以下、Ｍｎ：０．０８ｍａｓｓ％以下、Ｎｉ：０．０５〜１．５ｍａｓｓ％、Ｃｕ：０．０５〜１．５０ｍａｓｓ％、Ａｌ：１．０〜７．０ｍａｓｓ％及びＮ：０．００８ｍａｓｓ％以下を含有し、残部はＦｅ及び不可避不純物よりなり、しかも粒径０．１ｍｍ以上のフェライト粒体積率が２０％以上であるものを挙げることができる。
更に、高制振性鉄合金としては、例えば、Ａｌ含有量６〜１０重量％、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる合金であって、平均結晶粒径が３００〜７００μｍの範囲内にあるものを挙げることができる。
【００２４】
（ベアリングメタル部）
上記ベアリングメタル部１５は、必要に応じて、ベアリングキャップ部１０のクランクシャフト５０と摺動する部位に配設されるものである。例えば、従来公知のアルミニウムやアルミニウム合金からなるものを適用することができる。
【００２５】
次に、第１の実施形態に係るクランクシャフト支持構造の製造方法について一例を挙げて説明する。
【００２６】
前述したクランクシャフトを支持するベアリングキャップ部を含むクランクシャフト支持構造の製造方法であって、アルミニウム合金を含有する母材部と、母材部のクランクシャフト側に鋳込まれて配設される制振材料を含有する表面部とを有するベアリングキャップ部を含むクランクシャフト支持構造を製造するに当たり、表面部の母材部側の表面に鋳肌を残す製造方法である。
このように、表面部の母材部側の表面に鋳肌を残して、母材部と接触する表面積を増やすことにより、換言すれば、表面に凹凸を形成して、線膨張率を傾斜させることにより、表面部と母材部との密着性が向上し、制振性がより向上する。
また、線膨張率のような熱膨張率の差を小さくすることにより、高温時に発生し得る隙間の発生の抑制ないし防止し、振動や打音の発生を抑制ないし防止することができるという利点もある。
【００２７】
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態に係るクランクシャフト支持構造について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、前述の実施形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。
【００２８】
図２に示すように、本実施形態のクランクシャフト支持構造１Ａは、母材部１１と表面部１３との間にアルミニウムを含むめっきや溶射で形成された皮膜１７を有する構成であることが、前述した実施形態と相違する。
【００２９】
そして、前述した構成に加え、母材部と表面部との間にアルミニウムを含むめっきや溶射で形成された皮膜を有する構成とすることにより、これらの間の密着性が向上し、さらに優れた制振性を有しながら、軽量化を実現し得るクランクシャフト支持構造となる。また、母材部と表面部との割合を変えることにより、形状を変えずに剛性を調整することができるため、低コスト化を図ることができるという利点があることは言うまでもない。
【００３０】
以下、皮膜について更に詳細に説明する。
【００３１】
（皮膜）
上記皮膜１７は、例えば、表面部の母材部側にめっきや溶射で形成され、アルミニウムを含むものであれば、特に限定されるものではない。なお、皮膜の形成方法は、これらに限定されるものではなく、従来公知の他の形成方法を適用することができるが、表面部の母材部側にアルミニウムを含む皮膜が形成されていると、アルミニウム合金を含有する母材部と表面部との密着性が向上し、制振性がより向上する。
【００３２】
次に、上述の第２の実施形態に係るクランクシャフト支持構造の製造方法について若干の例を挙げて説明する。
【００３３】
前述したクランクシャフトを支持するベアリングキャップ部を含むクランクシャフト支持構造の製造方法であって、アルミニウム合金を含有する母材部と、母材部のクランクシャフト側に鋳込まれて配設される制振材料を含有する表面部とを有するベアリングキャップ部を含むクランクシャフト支持構造を製造するに当たり、表面部の母材部側の表面にアルミニウムを含むめっき皮膜又は溶射皮膜を形成する製造方法である。
このように、母材部と表面部との間に、詳細には、母材部に鋳込む前に、表面部の母材部側の表面にアルミニウムを含むめっき皮膜又は溶射皮膜を形成することにより、表面部と母材部との密着性が向上し、制振性がより向上する。
【００３４】
また、前述したクランクシャフトを支持するベアリングキャップ部を含むクランクシャフト支持構造の製造方法であって、アルミニウム合金を含有する母材部と、母材部のクランクシャフト側に鋳込まれて配設される制振材料を含有する表面部とを有するベアリングキャップ部を含むクランクシャフト支持構造を製造するに当たり、表面部の母材部側の表面に鋳肌を残す製造方法である。
このように、表面部の母材部側の表面に鋳肌を残して、皮膜と接触する表面積を増やすことにより、換言すれば、表面に凹凸を形成して、線膨張率を傾斜させ、更に、母材部に鋳込む前に、表面部の母材部側の表面にアルミニウムを含むめっき皮膜又は溶射皮膜を形成することにより、表面部と皮膜との密着性、更に皮膜と母材部との密着性が向上し、制振性がより向上する。
また、線膨張率のような熱膨張率の差を小さくすることにより、高温時に発生し得る隙間の発生の抑制ないし防止し、振動や打音の発生を抑制ないし防止することができるという利点もある。
【実施例】
【００３５】
以下、本発明を実施例により更に詳細に説明する。
【００３６】
（実施例１）
アルミニウム合金からなる母材部と、鋳鉄からなる表面部と、アルミニウムからなるベアリングメタル部とで、図１に示すような本例のクランクシャフト支持構造を構成した。
【００３７】
（実施例２−１〜２−５）
アルミニウム合金からなる母材部と、鋳鉄からなる表面部と、アルミニウムからなるベアリングメタル部とで、図１に示すような本例のクランクシャフト支持構造を構成した。
なお、実施例２−１〜実施例２−５の鋳鉄の割合は、それぞれ１０体積％、２５体積％、５０体積％、７５体積％、９０体積％である。
【００３８】
図３は、各例における鋳鉄の割合と損失係数ηとの関係を示すグラフである。なお、損失係数ηは、制振性を評価する指標の１つであり、損失係数ηが大きくなるほど制振性が高くなる、すなわち、優れたものになる。図３から分かるように２５体積％以上であることが好ましい。また、例えば、鋳鉄とアルミニウム合金の割合をそれぞれ５０体積％とすると、比重の差により、３０質量％軽量化することができる。
【００３９】
（実施例３−１〜３−４）
アルミニウム合金から母材部と、各種制振材料からなる表面部と、アルミニウムからなるベアリングメタル部とで、図１に示すような本例のクランクシャフト支持構造を構成した。なお、アルミニウム合金から母材部と各種制振材料からなる表面部との割合はそれぞれ５０体積％である。
【００４０】
図４は、各例の損失係数ηを示すグラフである。図４から、鋳鉄の中でも、片状黒鉛鋳鉄と球状黒鉛鋳鉄とでは制振性が異なり、片状黒鉛鋳鉄を制振材料として適用した方が制振性が優れることが分かる。また、図４から、制振性が優れた高剛性高減衰能鋳鉄や高制振性鉄合金を適用することにより、優れた制振性を有するものとなる。なお、高制振性鉄合金は、加工性や鋳造性という観点では他の制振材料に劣る。
【００４１】
（実施例４−１）
アルミニウム合金からなる母材部と、鋳鉄からなる表面部と、アルミニウムからなるベアリングメタル部とで、図１に示すような本例のクランクシャフト支持構造を構成した。なお、母材部のクランクシャフト側に表面部を配設するに当たり、表面部を母材部で鋳ぐるんだ。
【００４２】
（実施例４−２）
アルミニウム合金からなる母材部と、鋳鉄からなる表面部と、アルミニウムからなるベアリングメタル部とで、図１に示すような本例のクランクシャフト支持構造を構成した。なお、母材部のクランクシャフト側に表面部を配設するに当たり、表面部の母材部側の表面に鋳肌を残した状態で、表面部を母材部で鋳ぐるんだ。
【００４３】
（実施例４−３）
アルミニウム合金からなる母材部と、アルミニウムめっき皮膜と、鋳鉄からなる表面部と、アルミニウムからなるベアリングメタル部とで、図２に示すような本例のクランクシャフト支持構造を構成した。なお、母材部のクランクシャフト側に表面部を配設するに当たり、表面部の母材部側の表面にアルミニウムめっき皮膜を形成した状態で、表面部を母材部で鋳ぐるんだ。
【００４４】
（実施例４−４）
アルミニウム合金からなる母材部と、アルミニウム溶射皮膜と、鋳鉄からなる表面部と、アルミニウムからなるベアリングメタル部とで、図２に示すような本例のクランクシャフト支持構造を構成した。なお、母材部のクランクシャフト側に表面部を配設するに当たり、表面部の母材部側の表面にアルミニウム溶射皮膜を形成した状態で、表面部を母材部で鋳ぐるんだ。
上記各例の仕様の一部を表１に示す。
【００４５】
【表１】
2015180811.tif 000003
【００４６】
［性能評価］
（制振性評価）
上記各例の制振性を打撃試験による減衰率測定によって評価した。得られた結果を図５に示すと共に表１に併記する。なお、表１中の制振性における「○」は、アルミニウム合金からなる母材単体に対し、短時間で減衰したことを示す。
【００４７】
（密着性評価）
上記各例の密着性を引張試験による強度によって評価した。得られた結果を図６に示すと共に表１に併記する。なお、表１中の密着性における「◎、○、△」は、それぞれアルミニウム合金からなる母材と制振性を有する材料との強度順列である。
【００４８】
実施例４−３及び実施例４−４のように各種皮膜を形成した場合、実施例４−２のように鋳肌のまま鋳ぐるんだ場合より、密着性が優れることが分かる。また、実施例４−２のように鋳肌のまま鋳ぐるんだ場合、実施例４−１のように鋳肌を研磨して鋳ぐるんだ場合より、密着性が優れることが分かる。なお、実施例４−１のように単に鋳ぐるんだ場合であっても、表面部と母材部とをボルト締結した場合よりは密着性に優れた。なお、ボルト締結した場合には制振性の向上効果が少なかった。
【００４９】
以上、本発明を若干の実施形態及び実施例によって説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。
【００５０】
すなわち、前述した各実施形態や実施例に記載した構成は、実施形態や実施例毎に限定されるものではなく、例えば、母材部や表面部、皮膜などの構成の細部を変更したり、各実施形態や実施例の構成を前述した各実施形態や実施例以外の組み合わせにしたりすることができる。
【符号の説明】
【００５１】
１，１Ａ  クランクシャフト支持構造
１０  ベアリングキャップ部
１１  母材部
１３  表面部
１５  ベアリングメタル部
１７  皮膜
５０  クランクシャフト
【図１】
2015180811.tif 000004
【図２】
2015180811.tif 000005
【図３】
2015180811.tif 000006
【図４】
2015180811.tif 000007
【図５】
2015180811.tif 000008
【図６】
2015180811.tif 000009