(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ジャーナル（２）と該ジャーナル（２）から偏心するクランクピン（１）とを、クランクアーム（３）により一体に結合するクランク軸において、
前記クランクピン（１）と前記クランクアーム（３）とのフィレット部（Ｐ１）、並びに前記ジャーナル（２）と前記クランクアーム（３）とのフィレット部（Ｐ２）に、それぞれアール面（５，６）を形成し、
前記各アール面（５，６）は、長径がクランク軸芯と平行な楕円を基礎とする部分楕円形状に形成されると共に、各アール面（５，６）の基礎楕円は、長径と短径の比が２：１であることを特徴とする内燃機関のクランク軸。
【請求項２】
請求項１記載の内燃機関のクランク軸において、
フィレット部につながるクランクピン又はジャーナルの軸径に対し、アール面の基礎楕円の長径の二分の一の値を、０．０５倍程度としていることを特徴とする内燃機関のクランク軸。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、内燃機関のクランク軸に関し、特に、クランクピン等軸部材とクランクアームとのフィレット部におけるアール面形状に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１は一般的なクランク軸を示しており、ジャーナル２間にクランクピン１を偏芯配置し、１対のクランクアーム３によりジャーナル２とクランクピン１とを一体に結合している。クランクピン１とクランクアーム３とのフィレット部（付根隅部）Ｐ1並びにジャーナル２とクランクアーム３とのフィレット部Ｐ2を、それぞれアール面加工してある。
【０００３】
図３は従来の単アール型のフィレット部Ｐ1を示しており、アール面３０は単一の曲率半径Ｒ0により部分円状（四半円状）に形成され、クランクピン１の表面１ａとクランクアーム３の端面３ａに、それぞれ滑らかにつながっている。
【０００４】
図４は従来例の改良型であって、２段アール型のフィレット部Ｐ1を示しており、クランクピン１の表面１ａに滑らかにつながる大きな曲率半径Ｒ1の１段目アール面３１ａと、クランクアーム３の端面３ａに滑らかにつながる小さな曲率半径Ｒ2の２段目アール面３１ｂとを組み合わせている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
エンジンの高出力化に伴い、クランク軸も強度の向上が求められ、軸径及び材質等の改良と共に、応力が集中するフィレット部についてもその強度の向上が求められている。
【０００６】
図３の単アール型では、強度を向上させるためには曲率半径Ｒ0を大きくすることになるが、曲率半径Ｒ0とアール面３０の軸方向幅Ｌとは同じ値になるため、曲率半径Ｒ0の増加に比例してアール面３０の軸方向幅Ｌも増加する。そうすると、クランクピン用軸受メタル１０の配置スペースが狭められ、軸受メタル１０の軸方向幅を狭くしなければならず、軸受メタル１０の面圧が高くなり、この点で高出力化に対応できなくなる。
【０００７】
これに対処するために、クランクピン１を長くして軸受メタル１０の配置スペースを確保しようとすれば、クランク軸全体が長大化し、エンジンも大形化する。
【０００８】
図４の２段アール型では、大きな応力がかかるクランクピン表面１ａ側のアール面３１ａを大きな曲率半径Ｒ1とすることにより、応力に対する強度を維持し、一方、比較的応力が小さいクランクアーム端面３ａ側のアール面３１ｂを小さな曲率半径Ｒ2とすることにより、全体アール面３１の軸方向幅Ｌを、大きな曲率半径Ｒ1よりも小さくし、これによりクランクピン用軸受メタル１０の軸方向の配置スペースを充分に確保し、軸受メタル１０の幅が狭くなるのを防ぐことができる。
【０００９】
ところが、曲率半径（Ｒ1,Ｒ2)の異なる２つのアール面３１ａ，３１ｂを継ぎ足して全体アール面３１を構成しているので、アール面３１ａ,３１ｂの継ぎ目Ａを境として応力分布が２つの異なるパターンに分割されてしまい、応力ピークが２箇所で発生し、この点で応力に対する強度に問題が生じてくる。
【００１０】
また、２段アール型のアール面３１を成形加工する場合には、まず２段アール面の原型としてテンプレートを製作し、該テンプレートに倣って研削砥石の表面を２段アール型にトリミングしなければならず、しかも、数回研削加工する毎に、テンプレートによって砥石表面を再トリミングしなければならず、加工に手間がかかる。
【００１１】
【発明の目的】
本願発明は、エンジンの高出力に対して、軸受メタルの軸方向の配置スペースを確保しつつ、フィレット部にかかる応力を緩和し、かつ、強度を向上させることを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本願請求項１記載の発明は、ジャーナル（２）と該ジャーナル（２）から偏心するクランクピン（１）とを、クランクアーム（３）により一体に結合するクランク軸において、前記クランクピン（１）と前記クランクアーム（３）とのフィレット部（Ｐ１）、並びに前記ジャーナル（２）と前記クランクアーム（３）とのフィレット部（Ｐ２）に、それぞれアール面（５，６）を形成し、前記各アール面（５，６）は、長径がクランク軸芯と平行な楕円を基礎とする部分楕円形状に形成されると共に、各アール面（５，６）の基礎楕円は、長径と短径の比が２：１である。
【００１３】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の内燃機関のクランク軸において、フィレット部につながるクランクピン又はジャーナルの軸径に対し、アール面の基礎楕円の長径の二分の一の値を、０．０５倍程度としている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１において、前述の説明内容と部分的に重複するが、まずクランク軸全体の一般的構造を説明する。クランク軸は、ジャーナル２間にクランクピン１を偏芯配置し、１対のクランクアーム３によりジャーナル２とクランクピン１とを一体に結合している。
【００１６】
ジャーナル２は、クランクケース等に形成された主軸受１１に、主軸受メタル１２を介して回転自在に支持され、クランクピン１は連接棒１４の大端部側に形成されたクランクピン受け１５に、軸受メタル１０を介して回動自在に連結されている。
【００１７】
クランクピン１とクランクアーム３とのフィレット部（付根隅部）Ｐ1並びにジャーナル２とクランクアーム３とのフィレット部Ｐ2に、それぞれアール面５，６を形成してある。
【００１８】
図２は、クランクピン１とクランクアーム３とのフィレット部Ｐ1に本願発明を適用した例を示しており、アール面５は部分楕円形状となっている。アール面５の基礎となる楕円Ｃ0は、長径２Ｘ方向がクランク軸芯Ｏ１（図１）と平行になっており、該楕円Ｃ0の１／４を利用して上記アール面５を形成している。
【００１９】
したがって、クランクピン１の表面１ａに対しては、アール面５のうち、最も曲率半径が大きな部分が滑らかにつながり、クランクアーム３の端面３ａに対しては、アール面５のうち、最も曲率半径が小さな部分が滑らかにつながり、しかも、アール面５全体は、途中に継ぎ目を有することなく連続している。また、楕円Ｃ0の１／４を利用しているので、アール面５の軸方向幅Ｌは、基礎楕円Ｃ0の長径２Ｘの二分の一（すなわちＸ）となり、アール面５の径方向の幅Ｗは、基礎楕円Ｃ0の短径２Ｙの二分の一（すなわちＹ）となっている。
【００２０】
基礎楕円Ｃ0の長径２Ｘと短径２Ｙとの比、いいかえればアール面５の軸方向幅Ｌと、径方向幅Ｗとの比は、略２：１になっており、また、アール面５の軸方向幅Ｌは軸受メタル１０の厚みｔ１よりは大きく設定されている。
【００２１】
クランクピン１の軸径Ｄ1とアール面５の長径２Ｘとの関係は、長径２Ｘの二分の一（すなわちＸ）がクランクピン軸径Ｄ1の０．０５倍程度となるように設定することが好ましく、この比率であると、応力に対する強度維持が行なえる範囲でありながら、アール面５の軸方向幅Ｌの増大化を可能な限り抑えることができる。具体的な一例を掲げると、軸径Ｄ1が１００mm程度のクランクピン１に対して、Ｘ＝５mm程度の楕円を基礎として、アール面５を形成する。
【００２２】
長径２Ｘと短径２Ｙとの比率を２：１程度に設定していると、アール面５の軸方向幅Ｌをできるだけ短くしながらも、クランクピン表面１ａ側の最大曲率半径とクランクアーム端面３ａ側の最小曲率半径との差が極端に大きくなるのを防ぐことができる。
【００２３】
なお、長径２Ｘの二分の一（すなわちＸ）がクランクピン軸径Ｄ1の０．０５倍程度より大きくなると、応力に対する強度は増加してくるのであるが、クランクピン用軸受メタル１０の軸方向幅が犠牲になり始めることになる。一方、長径２Ｘの二分の一（すなわちＸ）がクランクピン軸径Ｄ1の０．０５倍程度より小さくなると、応力に対する強度が低くなってくることになる。
【００２４】
図２では、クランクピン１とクランクアーム３とのフィレット部Ｐ1について説明したが、図１のジャーナル２とクランクアーム３とのフィレット部Ｐ2のアール面６についても適用できるのは勿論であり、図２の場合と同様に楕円を基礎としたアール面を形成することができる。
【００２５】
ただし、クランクピン１とジャーナル２とを比較した場合、１つの気筒に対してクランクピン１は１本で筒内圧に対応するのに比べ、ジャーナルは２本で対応することになり、しかも、一般的にクランクピン１はジャーナル２よりも細径で製造されるので、エンジンの高出力化に対しては、部分楕円のアール面をクランクピンに適用する場合の方が効果は顕著である。
【００２６】
【その他の発明の実施の形態】
（１）楕円の長径２Ｘと短径２Ｙの比率は、２：１に限定されるものではなく、機関の種類により、フィレット部にかかる応力分布に応じて変更することは可能である。
【００２７】
（２）クランクピン１等の軸径Ｄ1に対する長径２Ｘの二分の一（すなわちＸ）の値の倍率は、前記０．０５倍程度に限定されるものではなく、機関の種類により、フィレット部にかかる応力分布に応じて変更することは可能である。
【００２８】
以上説明したように本願発明によると、
（１）クランク軸のフィレット部Ｐ1（又はＰ2）に形成されるアール面５（又は６）を、長径２Ｘがクランク軸芯Ｏ１と平行な楕円Ｃ0を基礎とする部分楕円形状としているので、アール面５の曲率半径は、クランクピン表面１ａ側からクランクアーム端面３ａ側へいくに従い、大きい値から小さい値へと滑らかに変化することになる。これにより、大きな応力がかかるクランクピン表面１ａ側部分では大きな曲率半径により応力に対する強度を維持し、一方、比較的小さな応力がかかるクランクアーム端面３ａ側の部分では小さな曲率半径によりアール面５の軸方向幅Ｌを小さく抑え、それにより軸受メタル１０の軸方向の配置スペースを確保し、クランク軸を長大化することなく軸受メタル１０の面圧を低く抑えることができる。
すなわち、アール面５の軸方向幅Ｌの増加を抑えて、クランク軸の長大化を防ぎつつ、フィレット部Ｐ1にかかる応力に対する強度を保つことができる。
【００２９】
（２）アール面５を、クランクピン表面１ａ等軸部材表面からクランクアーム端面３ａまで、滑らかにつながる部分楕円形状としているので、図４の２段アール型のように、途中にアール面の継ぎ目が生じて応力ピークが分離した応力分布になることはない。
すなわち、応力分布をなだらかな分布に緩和して、応力に対する強度を安定させることができる。
【００３０】
（３）アール面５を部分楕円形状としているので、アール面５を成形する場合において、図４の２段アール型のように、テンプレートを用いて砥石をトリミングする必要はなく、数値制御による研削によって簡単に加工することができる。
【００３１】
（４）請求項２記載の発明のように、フィレット部Ｐ1に形成されるアール面５の基礎楕円Ｃ0を、長径２Ｘと短径２Ｙの比が略２：１の楕円とすると、アール面５の軸方向幅Ｌをできるだけ短くしながらも、クランクピン表面１ａ側（軸部材表面側）の最大曲率半径とクランクアーム端面３ａ側の最小曲率半径との差が極端に大きくなるのを防ぐことができる。
【００３２】
（５）請求項３記載の発明のように、フィレット部Ｐ1に形成されるアール面５の基礎楕円Ｃ0の長径２Ｘの二分の一が、フィレット部Ｐ1につながるクランクピン１等の軸径Ｄ1の０．０５倍程度であると、応力に対する強度を保ちながらも、アール面５の軸方向幅Ｌを充分に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  一般的なクランク軸の正面図である。
【図２】  本願発明を適用したフィレット部の拡大正面図である。
【図３】  従来例のフィレット部の拡大正面図である。
【図４】  別の従来例のフィレット部の拡大正面図である。
【符号の説明】
１  クランクピン
２  ジャーナル
３  クランクアーム
５,６  アール面
１０  クランクピン用軸受メタル
１２  主軸受メタル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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