(57)【要約】【課題】騒音やフレーキングを抑制しつつ耐久性に優れ、クランクシャフトを円滑に回転可能に支持することが可能なクランクシャフト支持構造及びクランクシャフトを提供する。【解決手段】軸方向に間隔をあけて複数のジャーナル部及び複数のクランクピン部が設けられたクランクシャフトを、前記ジャーナル部に設けられた軸受によってクランクケースのハウジング内で回転可能に支持すると共に、前記クランクピン部に設けられた軸受によってコンロッドを回転可能に連結するクランクシャフト支持構造であって、前記軸受の少なくとも一方が転がり軸受であり、前記ジャーナル部又はクランクピン部にはクランクシャフト母材上にセラミック層が形成され、セラミック層の表面を転がり軸受の転動体が直接転動する。【選択図】図１
2012219882.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向に間隔をあけて複数のジャーナル部及び複数のクランクピン部が設けられたクランクシャフトを、前記ジャーナル部に設けられた軸受によってクランクケースのハウジング内で回転可能に支持すると共に、前記クランクピン部に設けられた軸受によってコンロッドを回転可能に連結するクランクシャフト支持構造であって、
前記軸受の少なくとも一方が転がり軸受であり、前記ジャーナル部又はクランクピン部にはクランクシャフト母材上にセラミック層が形成され、セラミック層の表面を転がり軸受の転動体が直接転動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】
前記クランクシャフトは、多気筒レシプロ型エンジンに使用される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】
請求項１または２に記載のクランクシャフト支持構造に使用され、鋳造又は鍛造により成型されることを特徴とするクランクシャフト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用レシプロ型エンジン等の多気筒内燃機関のクランクシャフトを支持するクランクシャフト支持構造及びクランクシャフトに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車用エンジンは、環境問題などの取り組みのひとつとして、低燃費化などが進められており、クランクシャフトの支持部であるジャーナル部、またはコンロッドが連結されるクランクピン部に用いられる軸受として、すべり軸受に替えて摩擦抵抗が小さい転がり軸受の適用が検討されている。すべり軸受は、転がり軸受と比較して負荷容量が高いという利点を有している。また、転がり軸受は、すべり軸受と比較して起動時や回転時の摩擦抵抗が小さく、潤滑油の管理が容易なので、回転トルクの低減や軸受部分の給油量を減らすことが可能となるという利点を有している。
【０００３】
一方、従来より、このクランクシャフトのジャーナル部またはクランクピン部に使用する軸受は、組立性の問題から円周方向に２分割したものが用いられており、転がり軸受の場合、軌道輪の分割方法として、一体型軌道輪を、いわゆる「自然割り」となる方法で軸方向に沿う割り面にて分割する方法がとられている。また、他の分割方法としては、外輪の分割線が軸方向から見てクランク状又は軌道面に対して斜めに切断するもの等が知られている。
【０００４】
この分割型の転がり軸受は、二つ一組の２分割された外輪と、両分割された外輪の各内周面を転動し得るように配設される複数個の転動体であるころと、各ころを円周方向略等間隔に配置するように保持する保持器とを備えている。そして、二つ一組の２分割された内輪が、クランクシャフトのジャーナル部またはクランクピン部に外嵌固定されている。
【０００５】
この部分の先行技術としては、エンジン用クランクシャフトに針状ころ軸受を適用してフリクションロスを低減しながら、軸受の保持器に負荷される荷重に応じて各部の強度設計をすることにより、耐久性に優れ、信頼性の高いクランクシャフト支持構造の発明が特許文献１に開示されている。
【０００６】
また、クランクシャフトに転がり軸受の転動体が転動する内輪を取り付ける構造において、２分割された内輪を、ジャーナル部の軸方向両側に配置されたクランクアームによって軸方向に挟圧保持することにより、ジャーナル部に対して２分割された内輪を強固に取り付けることができる取付構造が特許文献２に開示されている。  
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−２４７８１８公報
【特許文献２】特開２０１０−１１７００８公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、この先行技術においては、軌道面が２分割された転がり軸受の継ぎ目部分では、ミクロン単位の段差が不可避的に発生してしまう。この場合、転がり軸受の軌道輪を構成する各軌道輪分割体の継ぎ目部分に形成される端部エッジに転動体が衝突し、騒音又は振動が発生したり、衝突箇所からフレーキングが発生する恐れがある。
【０００９】
また、鋳造又は鍛造により一体に製造されるクランクシャフトにおいて、ジャーナル部やクランクピン部は、通常、転がり軸受の内輪に要求される耐摩耗性等の性能を持ち合わせておらず、早期に剥離や摩耗などが生じるという問題がある。そのため、ジャーナル部等に対して別途内輪を取り付ける場合、ジャーナル部の軸方向両側にはクランクアームが存在するため、内輪を二つ割り構造とする必要があり、さらに、クリープが生じないように内輪をジャーナル部に対して強固に取り付ける必要がある。
しかしながら、２分割された内輪は、ジャーナル部等に強く圧接することができないため、強固に取り付けることは困難である。さらに、高速回転する内輪には遠心力により径方向外側への力が働くため、分割された各内輪分割体が開く方向に力が作用し、内輪の継ぎ目部に微小な段差が発生する可能性がある。また、特許文献２のように２分割された内輪をクランクアームで強く侠圧保持した場合、内輪の軌道面にゆがみが生じ、その結果として軸受軌道面の面圧が不均一となり、軸受寿命を短くしてしまうという問題がある。
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、騒音やフレーキングを抑制しつつ耐久性に優れ、クランクシャフトを円滑に回転可能に支持することが可能なクランクシャフト支持構造及びクランクシャフト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】
【００１１】
本発明は、上記問題を解決するために、軸方向に間隔をあけて複数のジャーナル部及び複数のクランクピン部が設けられたクランクシャフトを、前記ジャーナル部に設けられた軸受によってクランクケースのハウジング内で回転可能に支持すると共に、前記クランクピン部に設けられた軸受によってコンロッドを回転可能に連結するクランクシャフト支持構造であって、前記軸受の少なくとも一方が転がり軸受であり、前記ジャーナル部又はクランクピン部にはクランクシャフト母材上にセラミック層が形成され、セラミック層の表面を転がり軸受の転動体が直接転動することを特徴としている。
以上の構成により、クランクシャフトに継ぎ目の無い強固な軸受軌道面を形成することができるので、騒音やフレーキングを抑制しつつ耐久性に優れたクランクシャフト支持構造を得ることができる。
【００１２】
好ましくは、クランクシャフトは、多気筒レシプロ型エンジンに使用される。多気筒レシプロ型エンジンのクランクシャフトには、気筒数に比例した多くのジャーナル部とクランクピン部が存在するので、上記構成のクランクシャフト支持構造を適用することにより、より高い効果が期待できる。
【００１３】
本発明は、クランクシャフトであって、上記構成のクランクシャフト支持構造に使用され、鋳造又は鍛造により成型されることを特徴としている。
複雑な形状を有するクランクシャフトを鋳造又は鍛造により一体成形することにより、製造コストを抑えたクランクシャフトを得ることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、クランクシャフトのジャーナル部又はクランクピン部の外周面にセラミック層を形成し、継ぎ目のない転がり軸受の軌道面としたことにより、騒音又は振動を抑制し、フレーキングの発生を防止することができる。クランクシャフトは鋳造又は鍛造により一体成形され、製造方法により母材の材質が異なるが、軌道面にセラミックを溶射して強固なセラミック層を形成することにより、母材の材質を問わずに、ジャーナル部又はクランクピン部の外周面を耐久性に優れた転がり軸受の軌道面として適用可能としている。本構成により、クランクシャフト母材への熱的影響を抑えることで一体型クランクシャフトの強度を保ちつつ、継ぎ目の無い転がり軸受の軌道面により円滑に回転可能としたクランクシャフト支持構造及びクランクシャフトを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態に係るクランクシャフトを示す側面図である。
【図２】ジャーナル部に配置された針状ころ軸受を示す断面図である。
【図３】クランクピン部に配置された針状ころ軸受を示す断面図である
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態に係るクランクシャフト支持構造について、図面を参照して詳細に説明する。図１に示す鋳造又は鍛造により製造されたクランクシャフト１１は、直列４気筒のレシプロ型エンジンに用いられており、同一軸線上に、軸方向に間隔をあけて複数のジャーナル部１２，１２が形成されている。
【００１７】
このクランクシャフト１１には、各気筒の図示しないピストンが取り付けられるコンロッド１３が連結される複数のクランクピン部１４，１４が、ジャーナル部１２の軸心に対して偏心した位置に形成されている。また、これらクランクピン部１４の両側には、クランクシャフト１１に接続される一対のクランクアーム１５が形成されている。
上記のクランクシャフト１１は、クランクケースのハウジング１６内に配置されており、各ジャーナル部１２，１２に設けられたラジアル針状ころ軸受２１，２１によってクランクシャフト１１がハウジング１６内にて回転可能に支持されている。
【００１８】
図２で具体的に示すように、ハウジング１６は、クランクシャフト１１の軸心を含む水平面にて上ハウジング２５と下ハウジング２６とに分割されており、ジャーナル部１２にて、上ハウジング２５に形成された円弧状の保持凹部２７と、下ハウジング２６に形成された円弧状の保持凹部２８とによって針状ころ軸受２１が上下から保持されている。
【００１９】
また、ジャーナル部１２に設けられる針状ころ軸受２１は、自然割り等によって上側分割体４１ａと下側分割体４１ｂとに２等分される分割型の外輪４１と、この外輪４１の内周面とジャーナル部１２の外周面との間に配置される複数の針状ころ４２，４２と、これら針状ころ４２を周方向に間隔をあけて転動可能に保持する分割型の保持器４３と、を備えている。外輪４１は、上側分割体４１ａと下側分割体４１ｂとを組み合わせることにより、環状に形成され、上側分割体４１ａが上ハウジング２５の保持凹部２７に嵌合され、下側分割体４１ｂが下ハウジング２６の保持凹部２８に嵌合されている。
【００２０】
さらに、ジャーナル部１２の表面には、クランクシャフト１１の母材上にセラミックを溶射して強固なセラミック層４４が形成されており、上記針状ころ軸受２１の軌道面として、上記セラミック層４４の表面上を針状ころ４２が直接転動している。
以上の構成により、クランクシャフト１１は、針状ころ軸受２１によってハウジング１６内にて回転可能に支持されている。
【００２１】
一方、図３で具体的に示すように、コンロッド１３も、ロッド３１とキャップ３２とに分割されており、クランクピン部１４にて、ロッド３１とキャップ３２によって針状ころ軸受２２が保持されている。クランクピン部１４に設けられる針状ころ軸受２２は、上側分割体５１ａと下側分割体５１ｂとに２等分される分割型の外輪５１と、この外輪５１の内周面とクランクピン部１４の外周面との間に配置される複数の針状ころ５２と、これら針状ころ５２を周方向に間隔をあけて転動可能に保持する分割型の保持器５３と、を備えている。さらに、クランクピン部１４の表面には、クランクシャフト１１の母材上にセラミックを溶射して強固なセラミック層５４が形成されており、上記針状ころ軸受２２の軌道面として、上記セラミック層５４の表面上を針状ころ５２が直接転動している。
以上の構成により、コンロッド１３は、針状ころ軸受２２によってクランクピン部１４にて回転可能に支持されている。
【００２２】
以上説明したように、クランクシャフトのジャーナル部における針状ころ軸受の軌道面と、クランクピン部における針状ころ軸受の軌道面とにセラミック層を形成した。これにより、鋳鉄又は鍛造による一体型クランクシャフトであっても、軸受の軌道面となる部分に強  固なセラミック層を形成することにより、母材の材質を問わずにクランクシャフトの表面を転がり軸受の軌道面とすることが可能である。
さらに、内輪に継ぎ目や段差が無いため、２分割された内輪を用いる場合と比較して、騒音及び振動が低減すると共に耐久性が向上する。
【００２３】
セラミック層は、転がり軸受が適用されるジャーナル部又はクランクピン部の少なくとも一箇所に形成されればよい。
また、セラミックとしては、酸化物系セラミック、炭化物系セラミック、窒化珪素セラミックなどを使用することができる。セラミック層の成形方法としては、フレーム溶射、プラズマ溶射、高速フレーム溶射などが適用可能である。セラミック層の成形後、研削又は研磨等によりセラミック層の表面仕上げ加工を行なうこともできる。
【００２４】
また、上記の実施の形態においては、外輪と保持器と針状ころとを備えた針状ころ軸受の例を示したが、これに限ることなく、外輪を省略して保持器と針状ころとからなるケージアンドローラ型の転がり軸受であってもよい。この場合、ハウジング内周面又はコンロッド内周面を針状ころが直接転動する。転がり軸受は針状ころ軸受けに限らず、転動体として玉を用いた玉軸受にも適用することができる。
【００２５】
さらに、この発明に係るクランクシャフト支持構造は、自動車や二輪車等のあらゆるエンジンのクランクシャフトに適用可能である。また、エンジンの気筒数は単気筒であっても多気筒であってもよいが、両端をクランクアームで挟まれた軸受部を有する多気筒エンジンに使用されるクランクシャフトに適用することにより、より大きな効果が期待できる。
この発明は、図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明は、レシプロ型エンジンのクランクシャフト支持構造及びクランクシャフトとして好適に利用できる。
【符号の説明】
【００２７】
１１  クランクシャフト
１２  ジャーナル部
１３  コンロッド
１４  クランクピン部
１５  クランクアーム
１６  ハウジング
２１，２２  針状ころ軸受
２５  上ハウジング
２６  下ハウジング
２７，２８  保持凹部
３１  ロッド
３２  キャップ
４１，５１  外輪
４１ａ，５１ａ  上側分割体
４１ｂ，５１ｂ  下側分割体
４２，５２  針状ころ
４３，５３  保持器
４４，５４  セラミック層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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