(57)【要約】【課題】荷重変動エリアを増大させて、良好にプレート部の外周側の振動振幅を抑制することのできるフライホイールの提供。【解決手段】外周側にフライホイールマス部が設けられた薄板状のプレート部３の中央が、間隔をおいて環状に配置された複数のボルト７，７を介して、クランクシャフト１の端面に接合されるフライホイール２において、複数のボルト７，７の座面を除く複数のボルト７，７の中心を直線で結んだ略多角形の接触領域内に、プレート部３がクランクシャフト１の端面に接触しない非接触部Ｓ２を凹み状に設け、この非接触部Ｓ２の面積を、接触領域の全面積に対し４０％〜７５％に設定して構成する。【選択図】                図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周側にフライホイールマス部が設けられた薄板状のプレート部の中央が、間隔をおいて環状に配置された複数のボルトを介してクランクシャフトの端面に接合されるフライホイールにおいて、
前記複数のボルトの座面を除く、複数のボルトの中心を直線で結んだ略多角形の接触領域内に、前記プレート部が前記クランクシャフトの端面に接触しない非接触部を設け、該非接触部の面積を、前記接触領域の全面積に対し４０％〜７５％に設定したことを特徴とするフライホイール。
【請求項２】
外周側にフライホイールマス部が設けられた薄板状のプレート部の中央が、間隔をおいて環状に配置された複数のボルトを介して、レインフォースとクランクシャフトの端面間に挟まれて接合されるフライホイールにおいて、
前記複数のボルトの座面を除く、複数のボルトの中心を直線で結んだ略多角形の接触領域内に、前記レインフォースが前記プレート部に接触しない非接触部を設け、該非接触部の面積を、前記接触領域の全面積に対し４０％〜７５％に設定したことを特徴とするフライホイール。
【請求項３】
前記プレート部が前記クランクシャフトの端面に接触しない非接触部を設けたことを特徴とする請求項２に記載のフライホイール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、クランクシャフトの端面にボルトを介して接合されるフライホイールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内燃機関のクランクシャフトは、機能上の性質から不釣合量を持ち、この不釣合量を打ち消すために、カウンターウェイトが設けられているが、エンジンの気筒配列によっては、エンジン回転数に対する、ある次数での不釣合量は打ち消すことができず、この慣性力に加えて、ピストンからの爆発力が、クランクシャフトに対して、捻じり，曲げ力として働くため、クランクシャフト自体の曲がり，捻じりを発生させ、クランクシャフトの軸受部への打音の発生、クランクシャフト端面での振れ回り量の増加によって、クランクシャフトにクラッチを介して取り付けられた変速機を振動させてしまう虞れがあった。
【０００３】
このため、クランクシャフトの剛性を高めて不釣合量を極力減らすようにしているが、クランクシャフトの剛性を高めるには、クランクシャフトの軸受の径を大きくする必要があり、重量が増加し、また軸受部の摺動速度が増加して、摩擦損失分が大きくなり、エンジンの出力が低下する等の問題があり、また、不釣合量を減らすためにカウンターウェイトの数を増やすと、大型化してしまい、コンロッド，ピストンの位置等に制約を与えてしまい、エンジンの小型化が図れないという問題点がある。
【０００４】
そこで従来では、図１３及び図１４に示すような構造にフライホイールを構成して、クランクシャフトに発生する曲げ，捻じり振動を吸収するようにしている。
即ち、図１３は図１４のＹ−Ｙ線断面図であり、エンジンのクランクシャフト１の端面の中心部には、外方へ突出して円柱突起部１ａが一体形成されており、この円柱突起部１ａに嵌まり込む中心孔を備えたフライホイール２のプレート部３が、複数間隔をおいて環状に配置されたフライホイール取付ボルト７，７，７を介して、クランクシャフト１の端面に接合されており、プレート部３の外周には、クラッチフェーシング面４ａを備えたフライホイールマス部４が、マス部取付ボルト５により取付固定されている。
【０００５】
なお、フライホイール２のプレート部３は薄板状であり、フライホイール取付ボルト７，７，７の締付力が均等に働くように、円板状のレインフォース６が用いられて、このレインフォース６とクランクシャフト１の端面間に挟まれて、プレート部３が接合されている。
また、クランクシャフト１の外周には、エンジン内部からの潤滑油をシールするためのリップシール８が設けられており、このリップシール８を固定するためのリップシールリテーナー９が設けられている。
なお、このリップシール８及びリップシールリテーナー９との干渉を避けて空間を効率よく使用する目的で、プレート部３は、クランクシャフト１の端面を少し外れた所で、エンジン本体側に曲げられている。
このように、薄板状のプレート部３を有するフライホイール２では、クランクシャフト１に発生する曲げ，捻じり振動を、この薄板状のプレート部３で吸収するように設定されている。
【０００６】
しかし、クランクシャフト１の曲げ，捻じりが大きい場合には、図１５に示すように、フライホイールマス部４の振幅により、プレート部３のクランクシャフト１の端面を外れた外周付近に応力が集中し、この応力集中部Ｐでプレート部３が破損してしまう虞れがある。
その対策として、図１６に示すように、フライホイールマス部４とプレート部３間に、図１７に示すような制振用皿バネ１０を挟み込み、この制振用皿バネ１０により、フライホイールマス部４の振幅を抑え、応力集中を小さくする方法が採られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
【特許文献１】
特許第３３１８５１６号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図１６のような構造では、制振用皿バネ１０を挟み込むためのフライホイールマス部４の加工が必要となり、構成部品の点数が増加し、また、制振用皿バネ１０を組み付けた後の、フライホイール２全体としてのアンバランス量が増加して、バランス修正に時間がかかる等、コストが高くなるという新たな問題点が発生していた。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み案出したものであって、部品点数が増加することなく、良好に組立てできて、しかもフライホイールマス部の振動を良好に抑制し得るフライホイールを提供せんことを目的とし、その第１の要旨は、外周側にフライホイールマス部が設けられた薄板状のプレート部の中央が、間隔をおいて環状に配置された複数のボルトを介して、クランクシャフトの端面に接合されるフライホイールにおいて、前記複数のボルトの座面を除く複数のボルトの中心を直線で結んだ略多角形の接触領域内に、前記プレート部が前記クランクシャフトの端面に接触しない非接触部を設け、該非接触部の面積を、前記接触領域の全面積に対し４０％〜７５％に設定したことである。
【００１０】
また第２の要旨は、外周側にフライホイールマス部が設けられた薄板状のプレート部の中央が、間隔をおいて環状に配置された複数のボルトを介して、レインフォースとクランクシャフトの端面間に挟まれて、接合されるフライホイールにおいて、前記複数のボルトの座面を除く複数のボルトの中心を直線で結んだ略多角形の接触領域内に、前記レインフォースが前記プレート部に接触しない非接触部を設け、該非接触部の面積を、前記接触領域の全面積に対し４０％〜７５％に設定したことである。
【００１１】
また第３の要旨は、前記プレート部が前記クランクシャフトの端面に接触しない非接触部を設けたことである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１は、第１実施例のフライホイールの取付構造を示しており、前記図１４のＹ−Ｙ断面の要部を示すものである。
フライホイール２は、外周側に図示しないフライホイールマス部４がボルト５で取り付けられたプレート部３で構成され、このプレート部３は、約６ｍｍの肉厚の板で構成されており、本例ではレインフォース６を用いることなく、複数のフライホイール取付ボルト７，７，７を介して、プレート部３がクランクシャフト１の端面に接合されている。
【００１３】
クランクシャフト１の端面中央部には、円柱突起部１ａが突出されており、この円柱突起部１ａに、プレート部３の中心に形成された中心孔３ａが嵌まり込んでおり、また、プレート部３の中心孔３ａの外周側には、所定間隔をおいてボルト７を通すための６個のボルト孔３ｂ，３ｂ，３ｂが環状に貫通形成されている。
各ボルト孔３ｂ内に外側よりフライホイール取付ボルト７を通して、各フライホイール取付ボルト７をクランクシャフト１の端面に締め付け、この複数のフライホイール取付ボルト７，７，７を介して、フライホイール２のプレート部３がクランクシャフト１の端面に接合されている。
なお、本例におけるプレート部３の中心部の裏側、即ちクランクシャフト１の端面に接合される側の面には、凹み状に非接触部Ｓ２が形成されている。この非接触部Ｓ２の凹みの深さは０．５ｍｍに設定されている。
従って、クランクシャフト１の端面にプレート部３が接合された状態では、この非接触部Ｓ２の部分は、クランクシャフト１の端面に接触せず浮き上がった状態となるように設定されている。
【００１４】
なお、本例では、図２に示すように、前記フライホイール取付ボルト７，７のボルト座面間の距離Ｌは、７ｍｍ以上に設定されており、７ｍｍ以上の間隔をおいて複数のフライホイール取付ボルト７，７，７が環状に配置され、複数のフライホイール取付ボルト７，７，７の各中心を直線で結ぶと六角形を成し、この六角形の領域から各フライホイール取付ボルト７の座面を除いた略六角形状を成す接触領域Ｓ１が形成されており、この接触領域Ｓ１内に、非接触部Ｓ２が直径Ｄ１の円形状に形成されている。
この非接触部Ｓ２の面積は、複数のフライホイール取付ボルト７，７，７の各座面を除く、複数のフライホイール取付ボルト７，７，７の各中心を直線で結んだ略六角形の接触領域Ｓ１の全面積に対し、４０％〜７５％の面積となるように設定されている。
【００１５】
なお、図７には実測結果を示す。
図７に示すように、接触領域Ｓ１の全面積に対する非接触部Ｓ２の面積比を大きくするに従って、面積比４０％まではフライホイールマス部４の振幅減衰率は急激に減少し、面積比４０％で振幅減衰率は約０．３となり、面積比７０％までは安定した振幅減衰率０．３以下が得られ、面積比が７５％を越えると、急激に振幅減衰率が低下することが確認されている。
この実測結果より、フライホイールマス部４の振幅の減衰効果が大きく、しかも安定した領域である４０％〜７５％の範囲に、接触領域Ｓ１の全面積に対する非接触部Ｓ２の面積比を設定したものである。
なお、このような振幅減衰効果は、プレート部３の裏側に凹み状に非接触部Ｓ２を形成させたことにより、振幅変動に対する荷重変動エリアＥが従来よりも増大したことに起因すると考えられる。
【００１６】
即ち、従来構造では、図１８（図１４のＸ−Ｘ線断面）に示すように、クランクシャフト１の端面全域にプレート部３が面接触しているため、フライホイールマス部４の振幅変動に対するプレート部３の変形部位、即ち荷重変動エリアＥは狭くなっているが、本例のものでは、図３（図１４のＸ−Ｘ線断面に相当する）に示すように、非接触部Ｓ２が形成されているため、プレート部３とクランクシャフト１の端面は、全面で接触しておらず、フライホイールマス部４の振幅変動に対するプレート部３の変形部位が広がって、荷重変動エリアＥは従来よりも増大したものとなる。
この荷重変動エリアＥ内では、クランクシャフト１の端面とプレート部３の接触する面で微少な相対変位による摩擦力が発生して、この摩擦力により、フライホイールマス部４の振幅減衰効果が得られ、荷重変動エリアＥが従来よりも大きくなったことにより、従来よりも振幅を良好に抑制できたものと考えられる。
【００１７】
即ち、図８に示すように、プレート部３とクランクシャフト１の端面の両面は、加工面あるいはプレス，焼結等の粗材面であり、そこには必ず表面粗さが存在し、フライホイール取付ボルト７，７を締め付けた状態で両面が押し付けられると、表面粗さを構成する突起部１０１，１０１，１０１の先端は押し潰されて、塑性流動して周囲に流れ、塑性流動部１０２，１０２となり、この塑性流動部１０２，１０２は、弾性で回復し、図９に示すような、半径Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６の異なる多数の球状の弾性回復球１０３，１０３となり、プレート部３がクランクシャフト１の端面に押し付けられた部分では、この弾性回復球１０３，１０３が接触することとなる。
【００１８】
この弾性回復球１０３の内の１つを図１０に拡大して説明する。
弾性回復球１０３の接触部分（直径２ａｉの部分）は固着しているが、外周の直径２ｂｉの環状部分１０４は、荷重で押し付けられた時に、外側へ弾性変形している。
この状態で荷重の変動が起こると、固着していない外側へ弾性変形している部分は変化し、内側の接触部分との間に相対変位が生じ、弾性変形による面間のすべりが発生し、ここに摩擦力が生じ、これにより弾性変形させない方向に力が働くこととなる。
【００１９】
図１１では、フライホイールマス部４の振幅により荷重が増加した場合を示しており、直径２ａｉの接触部分は直径２ａ’ｉの径に拡大し、また直径２ｂｉの環状部分１０４は直径２ｂ’ｉの径に拡大し、外側へ弾性変形することとなる。逆に、振幅により荷重が減少した時には、図１２に示すように、直径２ａｉの接触部分は直径２ａ”ｉの径に縮小し、直径２ｂｉの環状部分１０４も直径２ｂ”ｉの径に縮小することとなる。
このように振幅による荷重変動により、面間に摩擦力が働き、荷重変動を抑える方向に力が働き、これにより、プレート部３の外周側の振動振幅を抑える制振効果が得られることとなり、プレート部３のクランクシャフト１の端面近傍の応力集中部位Ｐの応力を下げることが可能となる。
【００２０】
即ち、本例では、プレート部３とクランクシャフト１の端面間の荷重変動エリアＥが大きくなるように、プレート部３に非接触部Ｓ２を形成させて、面間の微少な相対変位による摩擦力により、フライホイールマス部４の振幅減衰効果を得られるようにしたのである。
【００２１】
なお、図４には第２実施例を示す。
図１４では、プレート部３の厚みは２．９ｍｍとなっており、薄板状であるため、３．２ｍｍの厚みを有するレインフォース６で挟み付け、ボルト７，７，７を締付けて、プレート部３をクランクシャフト１の端面に接合させたものである。
本例では、レインフォース６の裏面、即ちプレート部３と接触する面の中央部に、凹み状に非接触部Ｓ２を形成させたものである。
即ち、この非接触部Ｓ２は、レインフォース６がプレート部３に接触しない部分であり、この非接触部Ｓ２の面積は、前記図２に示したような接触領域Ｓ１内の全面積に対し４０％〜７５％の割合となるように設定されている。
従って、図４では、レインフォース６とプレート部３間の荷重変動エリアＥの拡大により、プレート部３の外周側の振動振幅を抑制することが可能となる。
【００２２】
更に、図５は第３実施例を示すものであり、図５では、レインフォース６とクランクシャフト１の端面間に、プレート部３を挟み込んでいるが、このプレート部３は２．９ｍｍの厚さであり、レインフォースの厚みは３．２ｍｍとなっている。本例では、プレート部３の裏面、即ちクランクシャフト１の端面側に、凹み状に非接触部Ｓ２が形成され、更に、レインフォース６の裏面、即ちプレート部３と接触する面に、凹み状に非接触部Ｓ２が形成されたものである。
このように、プレート部３とレインフォース６にそれぞれ非接触部Ｓ２，Ｓ２を形成させて、より良好に荷重変動エリアＥを拡大させることができ、これによりプレート部３の外周側の振動振幅を良好に抑制することが可能となる。
【００２３】
更に、図６に示すように、非接触部Ｓ２を、花びら状等の異形に設定しても良く、要は、この非接触部Ｓ２の面積が、複数のボルト７，７の座面を除く複数のボルト７，７の中心を直線で結んだ略多角形の接触領域Ｓ１の全面積に対し、４０％〜７５％となるように設定して、良好に荷重変動エリアＥを拡大させて、プレート部３の外周側の振動振幅を抑制することが可能となる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明は、外周側にフライホイールマス部が設けられた薄板状のプレート部の中央が、間隔をおいて環状に配置された複数のボルトを介して、クランクシャフトの端面に接合されるフライホイールにおいて、複数のボルトの座面を除く複数のボルトの中心を直線で結んだ略多角形の接触領域内に、プレート部がクランクシャフトの端面に接触しない非接触部を設け、非接触部の面積を、接触領域の全面積に対し４０％〜７５％に設定したことにより、プレート部とクランクシャフトの端面間の荷重変動エリアが拡大して、プレート部外周側の振動振幅を抑制することが可能となり、振幅の減衰効果が安定して得られるものとなる。
【００２５】
また、外周側にフライホイールマス部が設けられた薄板状のプレート部の中央が、間隔をおいて環状に配置された複数のボルトを介して、レインフォースとクランクシャフトの端面間に挟まれて接合されるフライホイールにおいて、複数のボルトの座面を除く複数のボルトの中心を直線で結んだ略多角形の接触領域内に、レインフォースがプレート部に接触しない非接触部を設け、非接触部の面積を、接触領域の全面積に対し４０％〜７５％に設定したことにより、レインフォースとプレート間の荷重変動エリアの拡大により、プレート部の外周側の振動振幅を抑制することが可能となる。
【００２６】
さらに、プレート部がクランクシャフトの端面に接触しない非接触部を追加することにより、プレート部とクランクシャフト端面間、及びレインフォースとプレート間の荷重変動エリアの拡大により、プレート部外周側の振動振幅を抑制して安定した振幅の減衰効果が得られるものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例のフライホイールのプレート部の取付状態を示す要部断面構成図である（図１４のＹ−Ｙ線断面の要部に相当する）。
【図２】図１のフライホイール取付ボルトの配置状態を示す側面構成図である。
【図３】プレート部の取付状態を示す要部断面説明図である（図１４のＸ−Ｘ断面に相当する）。
【図４】第２実施例のフライホイールのプレート部の取付状態を示す要部断面構成図である（図１４のＹ−Ｙ線断面の要部に相当する）。
【図５】第３実施例のフライホイールのプレート部の取付状態を示す要部断面構成図である（図１４のＹ−Ｙ線断面の要部に相当する）。
【図６】非接触部を花びら状に変形させた場合のフライホイール取付ボルトの配置状態を示す側面構成図である。
【図７】接触領域の全面積に対する非接触部の面積比と、振幅減衰率との関係を示す線図である。
【図８】プレート部とクランクシャフトの接触面の表面粗さを示す拡大図である。
【図９】荷重により塑性流動して、弾性回復球が表面に形成された状態の拡大構成図である。
【図１０】弾性回復球の部分の拡大図である。
【図１１】荷重変動（荷重増加）により弾性回復球の外周にすべりが発生している説明図である。
【図１２】荷重変動（荷重減少）により弾性回復球の外周にすべりが発生している説明図である。
【図１３】従来のフライホイールの取付状態の断面構成図である（図１４のＹ−Ｙ線断面図）。
【図１４】図１３の側面構成図である。
【図１５】プレート部の外周に設けたフライホイールマス部の振動振幅状態を示す説明図である。
【図１６】従来の制振用皿バネを設けたフライホイールの取付状態の断面構成図である。
【図１７】制振用皿バネの斜視図である。
【図１８】従来のプレート部の取付状態を示す要部断面説明図である（図１４のＸ−Ｘ線断面図）。
【符号の説明】
１    クランクシャフト
１ａ    円柱突起部
２    フライホイール
３    プレート部
３ａ    中心孔
３ｂ    ボルト孔
４    フライホイールマス部
５    マス部取付ボルト
６    レインフォース
７    フライホイール取付ボルト
Ｓ１    接触領域
Ｓ２    非接触部
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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