(57)【要約】【課題】第１シャフト半体および第２シャフト半体を結合部材を挟んで回転軸線方向に結合する際に、そのカップリングの加工を容易化する。【解決手段】Ｖ型８気筒エンジンのクランクシャフト１１は、Ｖ型４気筒エンジンのクランクシャフトである第１、第２シャフト半体１２Ａ，１２Ｂを結合部材１３を挟んで回転軸線Ｌ方向に結合してなる。第１、第２シャフト半体１２Ａ，１２Ｂの結合部材１３に対向する端面に、回転軸線Ｌに対して直交する平面内に配置された第１カップリング２１をそれぞれ形成するとともに、結合部材１３の第１、第２シャフト半体１２Ａ，１２Ｂに対向する端面に、回転軸線Ｌに対して直交する平面内に配置された第２カップリング２２をそれぞれ形成する。第１、第２カップリング２１，２２を係合させた状態で第１、第２シャフト半体１２Ａ，１２Ｂ間にトルクが作用したときに、第１、第２カップリング２１，２２が噛合して第１、第２シャフト半体１２Ａ，１２Ｂが剛体化する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１シャフト半体（１２Ａ）および第２シャフト半体（１２Ｂ）を結合部材（１３）を挟んで回転軸線（Ｌ）方向に結合してなる分割シャフトにおいて、
第１、第２シャフト半体（１２Ａ，１２Ｂ）の結合部材（１３）に対向する端面に、回転軸線（Ｌ）に対して直交する平面内に配置された第１カップリング（２１）をそれぞれ形成するとともに、結合部材（１３）の第１、第２シャフト半体（１２Ａ，１２Ｂ）に対向する端面に、回転軸線（Ｌ）に対して直交する平面内に配置された第２カップリング（２２）をそれぞれ形成し、第１、第２カップリング（２１，２２）を係合させた状態で第１、第２シャフト半体（１２Ａ，１２Ｂ）間にトルクが作用したときに、第１、第２カップリング（２１，２２）が噛合して第１、第２シャフト半体（１２Ａ，１２Ｂ）が剛体化することを特徴とする分割シャフト。
【請求項２】
第１カップリング（２１）および第２カップリング（２２）は共に歯溝（２３，２５）および歯山（２４，２６）を有しており、第１カップリング（２１）の歯溝（２３）および歯山（２４）をそれぞれ第２カップリング（２２）の歯山（２６）および歯溝（２５）に係合させることを特徴とする、請求項１に記載の分割シャフト。
【請求項３】
第１、第２シャフト半体（１２Ａ，１２Ｂ）間にトルクが作用したときに歯溝（２３，２５）および歯山（２４，２６）は噛合部（ａ〜ｄ）において噛み合い、それらの噛合部（ａ〜ｄ）を結ぶ平面（Ｐ）は回転軸線（Ｌ）に対して直交することを特徴とする、請求項２に記載の分割シャフト。
【請求項４】
第１、第２シャフト半体（１２Ａ，１２Ｂ）は互換可能な同一部材であることを特徴とする、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の分割シャフト。
【請求項５】
第１、第２シャフト半体（１２Ａ，１２Ｂ）は各々単独で、あるいは一体に結合されて内燃機関のクランクシャフト（１１）を構成することを特徴とする、請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の分割シャフト。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、第１シャフト半体および第２シャフト半体を結合部材を挟んで回転軸線方向に結合してなる分割シャフトに関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の振動騒音を低減すべく、クランクシャフトを回転軸線方向に２分割して撓み継ぎ手で一体に結合したものが、下記特許文献により公知である。
【０００３】
前記撓み継ぎ手は、一対のクランクシャフト半体の軸端部を結合部材を介してスプライン結合するか、結合部材を介さずに直接スプライン結合するものであり、何れの場合にもスプラインの歯溝および歯山の一方を円弧状に湾曲させることで、一対のクランクシャフト半体の回転軸線の曲げ変位を吸収するようになっている。
【０００４】
【特許文献】
特開昭５５−３０５５９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで上記従来のものは、一対のクランクシャフト半体を結合部材を介して結合する場合でも、結合部材を介さずに直接結合する場合でも、外周スプラインと内周スプラインとが必要になり、軸孔の内周面に歯溝および歯山を有する内周スプラインを加工するのが面倒で多くの時間およびコストがかかる問題があった。
【０００６】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、第１シャフト半体および第２シャフト半体を結合部材を挟んで回転軸線方向に結合する際に、そのカップリングの加工を容易化することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、第１シャフト半体および第２シャフト半体を結合部材を挟んで回転軸線方向に結合してなる分割シャフトにおいて、第１、第２シャフト半体の結合部材に対向する端面に、回転軸線に対して直交する平面内に配置された第１カップリングをそれぞれ形成するとともに、結合部材の第１、第２シャフト半体に対向する端面に、回転軸線に対して直交する平面内に配置された第２カップリングをそれぞれ形成し、第１、第２カップリングを係合させた状態で第１、第２シャフト半体間にトルクが作用したときに、第１、第２カップリングが噛合して第１、第２シャフト半体が剛体化することを特徴とする分割シャフトが提案される。
【０００８】
上記構成によれば、第１、第２シャフト半体を結合部材を挟んで一体に結合する際に、第１、第２シャフト半体の端面と結合部材の端面とに、回転軸線に直交する平面内に配置された第１、第２カップリングをそれぞれ形成するので、軸孔の内周面にカップリングを加工する場合に比べて加工が容易になり、カップリングの加工コストの削減に寄与することができる。しかも、第１、第２シャフト半体間にトルクが作用すると第１、第２カップリングが噛合して第１、第２シャフト半体が自動的に剛体化して調芯されるので、第１、第２シャフト半体を組み立てるときに調芯作業を行う必要がない。
【０００９】
また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、第１カップリングおよび第２カップリングは共に歯溝および歯山を有しており、第１カップリングの歯溝および歯山をそれぞれ第２カップリングの歯山および歯溝に係合させることを特徴とする分割シャフトが提案される。
【００１０】
上記構成によれば、第１カップリングの歯溝および歯山をそれぞれ第２カップリングの歯山および歯溝に係合させるので、第１、第２シャフト半体間にトルクが作用したときに、第１、第２カップリングを確実に噛合させて第１、第２シャフト半体を強固に剛体化することができる。
【００１１】
また請求項３に記載された発明によれば、請求項２の構成に加えて、第１、第２シャフト半体間にトルクが作用したときに歯溝および歯山は噛合部において噛み合い、それらの噛合部を結ぶ平面は回転軸線に対して直交することを特徴とする分割シャフトが提案される。
【００１２】
上記構成によれば、第１、第２シャフト半体間にトルクが作用したときに歯溝および歯山が噛み合う噛合部を結ぶ平面が回転軸線に対して直交するので、第１、第２カップリングの伝達可能トルクの増加および曲げ剛性の向上が可能になる。
【００１３】
また請求項４に記載された発明によれば、請求項１〜請求項３の何れか１項の構成に加えて、第１、第２シャフト半体は互換可能な同一部材であることを特徴とする分割シャフトが提案される。
【００１４】
上記構成によれば、第１、第２シャフト半体は互換可能な同一部材であるので、部品の種類を最小限に抑えながら分割シャフトを構成することができ、部品の製造コストや管理コストを削減することができる。
【００１５】
また請求項５に記載された発明によれば、請求項１〜請求項４の何れか１項の構成に加えて、第１、第２シャフト半体は各々単独で、あるいは一体に結合されて内燃機関のクランクシャフトを構成することを特徴とする分割シャフトが提案される。
【００１６】
上記構成によれば、第１、第２シャフト半体は各々単独で内燃機関のクランクシャフトを構成し、また一体に結合されて内燃機関のクランクシャフトを構成するので、第１、第２シャフト半体を異なる気筒数の内燃機関に兼用してコストダウンを図ることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。
【００１８】
図１〜図６は本発明の第１実施例を示すもので、図１はＶ型８気筒エンジンのクランクシャフトの組立状態の斜視図、図２はＶ型８気筒エンジンのクランクシャフトの分解状態の斜視図、図３は図１の３方向拡大矢視図、図４は図３の４部拡大図、図５は第１カップリングの部分斜視図、図６は第２カップリングの部分斜視図である。
【００１９】
図１〜図３に示すように、Ｖ型８気筒エンジンのクランクシャフト１１は、第１シャフト半体１２Ａと、第２シャフト半体１２Ｂと、それらを一体に結合するための環状の結合部材１３とで構成される。第１シャフト半体１２Ａおよび第２シャフト半体１２Ｂは同一部材であり、３個のジャーナル１４ａ，１４ｂ，１４ｃと、２個のクランクピン１５ａ，１５ｂと、それらを接続する４個のクランクウエブ１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄとを備える。各々のクランクピン１５ａ，１５ｂには２本のコネクティングロッド１７，１７のビッグエンドが接続され、またスモールエンドはピストンピン１８，１８を介して２個のピストン１９，１９に接続される。従って、第１シャフト半体１２Ａおよび第２シャフト半体１２Ｂは、単独で使用された場合にＶ型４気筒エンジンのクランクシャフトを構成する。
【００２０】
第１シャフト半体１２Ａおよび第２シャフト半体１２Ｂの結合部材１３に対向する端面（つまりジャーナル１４ｃ，１４ｃ）にはそれぞれ第１カップリング２１，２１が形成され、結合部材１３ｂの両端面に形成された第２カップリング２２，２２が前記第１カップリング２１，２１に係合することにより、第１シャフト半体１２Ａおよび第２シャフト半体１２Ｂが結合部材１３を介して一体化される。第１カップリング２１，２１および第２カップリング２２，２２は、コーンサーフェスカップリングの１種であるカービックカップリング（登録商標）で構成される。
【００２１】
図４および図５に示すように、第１カップリング２１は第１シャフト半体１２Ａおよび第２シャフト半体１２Ｂの環状の端面に放射状に形成したコンベックス型の歯溝２３…およびコンケーブ型の歯山２４…を備える。また図４および図６に示すように、第２カップリング２２は結合部材１３の環状の端面に放射状に形成したコンケーブ型の歯溝２５…およびコンベックス型の歯山２６…を備える。そして第１カップリング２１の歯溝２３…および歯山２４…が、第２カップリング２２の歯山２６…および歯溝２５…に係合することで、第１カップリング２１および第２カップリング２２が結合状態になる。
【００２２】
第１、第２カップリング２１，２２の歯溝２３…，２５…および歯山２４…，２６…の歯面２７…，２８…は円錐状の研削面を有する回転砥石で研削されるものであり、従って前記歯溝２３…，２５…および歯山２４…，２６…の歯面２７…，２８…は全て円錐面（コーンサーフェス）の一部で構成される。２個の第１カップリング２１，２１および２個の第２カップリング２２，２２を単に係合させたとき、それらの係合部には完全には噛合せず、第１、第２シャフト半体１２Ａ，１２Ｂは剛体にはならない。しかしながら、クランクシャフト１１にトルクが作用すると、第１シャフト半体１２Ａの第１カップリング２１および結合部材１３の一方の第２カップリング２２が完全に噛合し、かつ第２シャフト半体１２Ｂの第１カップリング２１および結合部材１３の他方の第２カップリング２２が完全に噛合して第１、第２シャフト半体１２Ａ，１２Ｂが剛体になる。
【００２３】
即ち、一方向のトルクが作用すると第１カップリング２１の歯面２７…の円弧状の噛合部ａ，ｂのうちの回転方向一方の噛合部ａと、第２カップリング２２の歯面２８…の円弧状の噛合部ｃ，ｄのうちの回転方向一方の噛合部ｃとが密着し、第１、第２カップリング２１，２２が完全な噛合状態となる。また逆方向のトルクが作用すると第１カップリング２１の歯面２７…の円弧状の噛合部ａ，ｂのうちの回転方向他方の噛合部ｂと、第２カップリング２２の歯面２８…の円弧状の噛合部ｃ，ｄのうちの回転方向他方の噛合部ｄとが密着し、第１、第２カップリング２１，２２が完全な噛合状態となることで、第１、第２シャフト半体１２Ａ，１２Ｂの軸線がクランクシャフト１１の回転軸線Ｌに一致してカービックカップリングの自動調芯機能が発揮される。このとき、相互に密着する噛合部ａ，ｃあるいは噛合部ｂ，ｄを結ぶ平面Ｐ（ピッチ平面）は、クランクシャフト１１の回転軸線Ｌに直交する平面となる。
【００２４】
以上のように、Ｖ型４気筒エンジンのクランクシャフトとして単独で使用可能な第１、第２シャフト半体１２Ａ，１２Ｂを結合することで、Ｖ型８気筒エンジンのクランクシャフト１１を構成することができるので、Ｖ型８気筒エンジンのクランクシャフト１１を新規に設計する必要がなくなって部品の製造コストおよび管理コストの低減を図ることができる。特に、第１、第２シャフト半体１２Ａ，１２Ｂが同一部材であるため、部品の種類を最小個数に抑えることができる。更に、第１、第２シャフト半体１２Ａ，１２Ｂを結合部材１３を介して結合するので、結合部材１３の両端面の第２カップリング２２，２２の歯溝２５…および歯山２６…の位相を変更するだけで、第１、第２シャフト半体１２Ａ，１２Ｂを任意の位相で結合することができる。
【００２５】
また第１、第２カップリング２１，２１，２２，２２を、第１、第２シャフト半体１２Ａ，１２Ｂおよび結合部材１３の端面に加工するので、軸孔の内周面にカップリングを加工する場合に比べて加工が容易になり、加工コストの削減に寄与することができる。しかも組み立てたクランクシャフトにトルクが作用すると第１、第２カップリング２１，２１，２２，２２が完全に噛合して第１、第２シャフト半体１２Ａ，１２Ｂが剛体化し、かつ自動的に調芯されるので、第１、第２シャフト半体１２Ａ，１２Ｂを溶接等で剛体化する作業や剛体化した後の調芯作業が不要になる。
【００２６】
また第１、第２カップリング２１，２１，２２，２２の歯溝２３…，２５…および歯山２４…，２６…の噛合部ａ〜ｄを結ぶ平面Ｐが回転軸線Ｌに対して直交しているので、回転軸線Ｌと前記噛合線ａ〜ｄとの距離を大きく確保して第１、第２カップリング２１，２１，２２，２２の伝達可能トルクの増加および曲げ剛性の向上を可能にすることができる。
【００２７】
次に、図７および図８に基づいて本発明の第２実施例を説明する。
【００２８】
第２実施例のクランクシャフト１１は直列６気筒エンジンのもので、第１シャフト半体１２Ａと、第２シャフト半体１２Ｂと、それらを一体に結合するための環状の結合部材１３とで構成される。第１シャフト半体１２Ａおよび第２シャフト半体１２Ｂは同一部材であり、４個のジャーナル１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄと、３個のクランクピン１５ａ，１５ｂ，１５ｃと、それらを接続する６個のクランクウエブ１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ，１６ｅ，１６ｆと備える。各々のクランクピン１５ａ，１５ｂ，１５ｃは、１本のコネクティングロッド（図示せず）を介して１個のピストン（図示せず）に接続される。従って、第１シャフト半体１２Ａおよび第２シャフト半体１２Ｂは、単独で使用された場合に直列３気筒エンジンのクランクシャフトを構成する。
【００２９】
第１シャフト半体１２Ａおよび第２シャフト半体１２Ｂの結合部材１３に対向する端面にはそれぞれ第１カップリング２１，２１が形成され、結合部材１３の両端面に形成された第２カップリング２２，２２が前記第１カップリング２１，２１に係合することにより、第１シャフト半体１２Ａおよび第２シャフト半体１２Ｂが結合部材１３を介して一体化される。第１、第２カップリング２１，２１，２２，２２の構造は第１実施例のものと同一である。
【００３０】
この第２実施例によっても、上述した第１実施例と同様の作用効果を達成することができる。
【００３１】
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【００３２】
例えば、第１実施例でＶ型４気筒エンジンのクランクシャフトを２個結合してＶ型４気筒エンジンのクランクシャフトを構成し、第２実施例で直列３気筒エンジンのクランクシャフトを２個結合して直列６気筒エンジンのクランクシャフトを構成しているが、それ以外に、Ｖ型６気筒エンジンのクランクシャフトを２個結合してＶ型１２気筒エンジンのクランクシャフトを構成したり、直列２気筒エンジンのクランクシャフトを２個結合して直列４気筒エンジンのクランクシャフトを構成したりすることができる。
【００３３】
また第１、第２実施例では第１、第２シャフト半体を同一部材で構成しているが、第１、第２シャフト半体は別部材であっても良い。具体的には直列２気筒エンジンの第１シャフト半体と直列３気筒エンジンの第２シャフト半体とを結合して直列５気筒エンジンのクランクシャフトを構成したり、Ｖ型４気筒エンジンの第１シャフト半体とＶ型６気筒エンジンの第２シャフト半体とを結合してＶ型１０気筒エンジンのクランクシャフトを構成したりすることができる。
【００３４】
また本発明は回転するシャフトであれば、クランクシャフト以外の任意のシャフトに対して適用することができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上のように請求項１に記載された発明によれば、第１、第２シャフト半体を結合部材を挟んで一体に結合する際に、第１、第２シャフト半体の端面と結合部材の端面とに、回転軸線に直交する平面内に配置された第１、第２カップリングをそれぞれ形成するので、軸孔の内周面にカップリングを加工する場合に比べて加工が容易になり、カップリングの加工コストの削減に寄与することができる。しかも、第１、第２シャフト半体間にトルクが作用すると第１、第２カップリングが噛合して第１、第２シャフト半体が自動的に剛体化して調芯されるので、第１、第２シャフト半体を組み立てるときに調芯作業を行う必要がない。
【００３６】
また請求項２に記載された発明によれば、第１カップリングの歯溝および歯山をそれぞれ第２カップリングの歯山および歯溝に係合させるので、第１、第２シャフト半体間にトルクが作用したときに、第１、第２カップリングを確実に噛合させて第１、第２シャフト半体を強固に剛体化することができる。
【００３７】
また請求項３に記載された発明によれば、第１、第２シャフト半体間にトルクが作用したときに歯溝および歯山が噛み合う噛合部を結ぶ平面が回転軸線に対して直交するので、第１、第２カップリングの伝達可能トルクの増加および曲げ剛性の向上が可能になる。
【００３８】
また請求項４に記載された発明によれば、第１、第２シャフト半体は互換可能な同一部材であるので、部品の種類を最小限に抑えながら分割シャフトを構成することができ、部品の製造コストや管理コストを削減することができる。
【００３９】
また請求項５に記載された発明によれば、第１、第２シャフト半体は各々単独で内燃機関のクランクシャフトを構成し、また一体に結合されて内燃機関のクランクシャフトを構成するので、第１、第２シャフト半体を異なる気筒数の内燃機関に兼用してコストダウンを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｖ型８気筒エンジンのクランクシャフトの組立状態の斜視図
【図２】Ｖ型８気筒エンジンのクランクシャフトの分解状態の斜視図
【図３】図１の３方向拡大矢視図
【図４】図３の４部拡大図
【図５】第１カップリングの部分斜視図
【図６】第２カップリングの部分斜視図
【図７】直列４気筒エンジン用のクランクシャフトの組立状態の斜視図
【図８】直列４気筒エンジン用のクランクシャフトの分解状態の斜視図
【符号の説明】
１１        クランクシャフト
１２Ａ      第１シャフト半体
１２Ｂ      第２シャフト半体
１３        結合部材
２１        第１カップリング
２２        第２カップリング
２３        歯溝
２４        歯山
２５        歯溝
２６        歯山
ａ〜ｄ      噛合部
Ｌ          回転軸線
【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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