(57)【要約】【課題】リム厚の薄いクランクシャフトギアへの歯元応力の集中を回避しながら、クランクシャフトギアのクランクシャフトに対する滑りを防止できるクランクシャフトギアの嵌合方法及び内燃機関を提供する。【解決手段】クランクシャフト２０にクランクシャフトギア３０を焼き嵌め嵌合させる際に、クランクシャフト２０の嵌合面２８に接着剤５０を塗布するステップと、クランクシャフトギア３０を、クランクシャフトギア３０のリム厚Δｒ及び接着剤５０の接着力に基づいて設定されたクランクシャフト２０の締め代δに応じた膨張量を得られる焼き嵌め温度Ｔ１に加熱するステップと、加熱したクランクシャフトギア３０に接着剤５０が塗布されたクランクシャフト２０を挿入するステップと、を含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランクシャフトにクランクシャフトギアを焼き嵌めて嵌合させるクランクシャフトギアの嵌合方法において、
前記クランクシャフトの嵌合面に接着剤を塗布するステップと、
前記クランクシャフトギアを、該クランクシャフトギアのリム厚及び前記接着剤の接着力に基づいて設定された前記クランクシャフトの締め代に応じた膨張量を得られる焼き嵌め温度に加熱するステップと、
加熱した前記クランクシャフトギアに前記接着剤が塗布された前記クランクシャフトを挿入するステップと、を含むことを特徴とするクランクシャフトギアの嵌合方法。
【請求項２】
前記クランクシャフトギアを、前記接着剤の熱分解温度を超えた温度までは加熱しない請求項１に記載のクランクシャフトギアの嵌合方法。
【請求項３】
前記クランクシャフトの嵌合面に嫌気性接着剤を塗布して、前記クランクシャフトギアを、１３０度以上、１８０度以下の値に設定した前記焼き嵌め温度に加熱する請求項１又は２に記載のクランクシャフトギアの嵌合方法。
【請求項４】
燃焼室における燃焼により往復運動するピストンと、該ピストンの往復運動を回転運動に変換するクランクシャフトとを備えた内燃機関において、
前記クランクシャフトの嵌合面と、焼き嵌めしたクランクシャフトギアのリム部の嵌合面との間に接着剤を介設したことを特徴とする内燃機関。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のクランクシャフトギアの嵌合方法により前記クランクシャフトに前記クランクシャフトギアを嵌合した請求項４に記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クランクシャフトギアの嵌合方法及び内燃機関に関し、より詳細には、リム厚の薄いクランクシャフトギアへの歯元応力の集中を回避しながら、クランクシャフトギアのクランクシャフトに対する滑りを防止するクランクシャフトギアの嵌合方法及び内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンには、筒内の燃焼によるピストンの上下運動を回転運動に変換するクランクシャフトに嵌合したクランクシャフトギアにより、オイルポンプ、カムシャフト、及びバランスシャフトなどにクランクシャフトの回転を直接伝達しているものがある。
【０００３】
クランクシャフトギアをクランクシャフトに嵌合する際に、嵌合強度を強くするために、焼き嵌めて嵌合することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
しかし、エンジンの重厚長大化を抑制するために、クランクシャフトギアのリム厚を薄くすることが望まれている。
【０００５】
リム厚が薄いクランクシャフトギアにおいては、歯元すみ肉部、すなわちリムの応力状態は、噛み合いに入る前には引張応力が生じ、噛み合い終わりの後に圧縮応力が生じて、両振り応力状態となる。クランクシャフトギアのリムにこの両振り応力状態が生じることにより、噛み合いに入る前には引張応力によりクランクシャフトギアの嵌合面はクランクシャフトの嵌合面に対して浮き、一方、噛み合い終わりの圧縮応力によりクランクシャフトギアの嵌合面はクランクシャフトの嵌合面に対して押し付けられる。これにより、微小ではあるが、クランクシャフトギアの嵌合面が、芋虫が這うようにクランクシャフト上を動く現象が発生する。
【０００６】
一方、クランクシャフトギアをクランクシャフトに焼き嵌めする際の締め代を大きくすると、歯元応力が大きくなり、耐久性が低下する。
【０００７】
クランクシャフトギアに掛かる歯元応力の集中を回避しながら、上記の現象の発生を抑制するためには、クランクシャフトギアとクランクシャフトとの嵌合強度を強くする必要があるが、クランクシャフトギアはリムの厚さが薄く、キー（ブレーカーキー）を挿入するためのスペースを取ることが困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−１４４６０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、その課題は、リム厚の薄いクランクシャフトギアへの歯元応力の集中を回避しながら、クランクシャフトギアのクランクシャフトに対する滑りを防止できるクランクシャフトギアの嵌合方法及び内燃機関を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するための本発明のクランクシャフトギアの嵌合方法は、クランクシ
ャフトにクランクシャフトギアを焼き嵌めて嵌合させるクランクシャフトギアの嵌合方法において、前記クランクシャフトの嵌合面に接着剤を塗布するステップと、前記クランクシャフトギアを、該クランクシャフトギアのリム厚及び前記接着剤の接着力に基づいて設定された前記クランクシャフトの締め代に応じた膨張量を得られる焼き嵌め温度に加熱するステップと、加熱した前記クランクシャフトギアに前記接着剤が塗布された前記クランクシャフトを挿入するステップと、を含むことを特徴とする方法である。
【００１１】
また、上記の課題を解決するための本発明の内燃機関は、燃焼室における燃焼により往復運動するピストンと、該ピストンの往復運動を回転運動に変換するクランクシャフトとを備えた内燃機関において、前記クランクシャフトの嵌合面と、焼き嵌めしたクランクシャフトギアのリム部の嵌合面との間に接着剤を介設したことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のクランクシャフトギアの嵌合方法及び内燃機関によれば、クランクシャフトギアを焼き嵌めしてクランクシャフトに嵌合する場合に、クランクシャフトの嵌合面に接着剤を塗布することで、クランクシャフトギアをクランクシャフトに焼き嵌めて嵌合する効果に加えて、接着剤による接着効果によって、その接着剤の接着力を考慮してクランクシャフトの締め代をリム厚に対して大きくしすぎることを回避して、クランクシャフトギアへの歯元応力の集中を回避できると共に、クランクシャフトギアとクランクシャフトとの嵌合強度を高くすることができるので、リム厚の薄いクランクシャフトギアのクランクシャフトに対する滑りを防止できる。
【００１３】
特に、本発明は、リム厚が薄いことに起因する両振り応力状態によるクランクシャフトギアの嵌合面が、芋虫が這うようにクランクシャフト上で微小に動くことに対して効果的である。両振り応力状態は、噛み合いに入る前には引張応力が生じ、噛み合い終わりの後に圧縮応力が生じることで発生する。この噛み合いに入る前の引張応力に対して、嵌合部に塗布された接着剤の接着力によって、クランクシャフトギアの嵌合面がクランクシャフトの嵌合面から浮くこと、すなわち浮き始めを防止できる。これにより、クランクシャフトギアの嵌合面が、芋虫が這うようにクランクシャフト上で微小に動こうとする動き出しを止めることができるので、リム厚の薄いクランクシャフトギアのクランクシャフトに対する滑りを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明のエンジンの実施形態を例示する説明図である。
【図２】図１のクランクシャフトとクランクシャフトギアとの嵌合状態を示す断面図である。
【図３】図１のクランクシャフトギアの正面図を示し、クランクシャフトの締め代を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明のクランクシャフトギアの嵌合方法及び内燃機関について説明する。
【００１６】
図１は、本発明の実施形態のエンジン１０の構成を例示している。このエンジン１０は、クランクシャフトに嵌合したクランクシャフトギアによって、クランクシャフトの回転をオイルポンプに伝達するものである。
【００１７】
図１に示すように、エンジン１０は、シリンダブロック１１に四つのシリンダ１２が直列に配置されており、その上端には図示しないインジェクタや吸排気バルブが設けられているシリンダヘッド１３が図示しないガスケットを介設して接合されており、下端にはオイルパン１４が接合されている。
【００１８】
ピストン１５においては、吸気バルブから吸入された吸入空気とインジェクタから噴射された燃料とが燃焼室１６の内部で混合されて燃焼することによって、ピストンヘッド１７にその燃焼による力が作用してシリンダ１２の内部を往復運動している。このピストン１５の往復運動は、ピストンピン１８及びコンロッド１９を経由してクランクシャフト２０へ伝達されている。
【００１９】
クランクシャフト２０においては、メインジャーナル２１と、コンロッド１９の大端部が取り付けられたクランクピン２２と、メインジャーナル２１及びクランクピン２２を接続するクランクアーム２３と、カウンタウエイト２４とを有しており、コンロッド１９から伝達された往復運動を回転運動に変換して図示しないトランスミッションへ伝達している。
【００２０】
また、クランクシャフト２０においては、シリンダヘッド１３に設けられた吸排気バルブを駆動するカムシャフトと無端状のベルト２５と連結された連結部２６と、クランクシャフトギア３０が嵌合した嵌合部２７とを有しており、クランクシャフト２０の回転運動を直接伝達している。
【００２１】
オイル供給システム４０においては、クランクシャフトギア３０と噛み合った伝達ギア４１を経由して、回転運動が伝達されたオイルポンプ４２がオイルパン１４に溜まったエンジンオイルをストレーナ４３から吸い上げて、供給管４４を経由してエンジン１０の各所に供給している。
【００２２】
図２に示すように、クランクシャフトギア３０は、円周上に等間隔に配置された複数の歯を有する歯部３１と、歯部３１を支持するリム部３２とを有して構成されている。
【００２３】
クランクシャフトギア３０は、クランクシャフト２０の嵌合部２７に嵌合する際に、嵌合強度を強くするために焼き嵌めて嵌合されているが、よりクランクシャフト２０に対する滑りを防止することが望まれている。
【００２４】
そこで、本発明のエンジン１０においては、クランクシャフト２０の嵌合面２８と、焼き嵌めしたクランクシャフトギア３０のリム部３２の嵌合面３３との間に接着剤５０を介設して構成される。なお、図面においては分かり易いように実際の寸法よりも大きくして接着剤５０を記載している。
【００２５】
接着剤５０は、クランクシャフト２０の嵌合部２７の嵌合面２８に塗布される接着剤である。この接着剤５０としては、クランクシャフト２０及びクランクシャフトギア３０が金属で構成されていることから、金属イオン存在下で、すなわち金属同士の接合において、酸素が遮断されると重合が行われる嫌気性接着剤を例示できる。
【００２６】
このエンジン１０におけるクランクシャフトギア３０の嵌合方法について説明する。ここで、図３においては、クランクシャフト２０の嵌合部２７の外径をＲ１、クランクシャフトギア３０のリム部３２の内径をＲ２、リム部３２のリム厚をΔｒ、クランクシャフト２０の締め代をδとする。
【００２７】
まず、クランクシャフト２０の嵌合部２７の嵌合面２８に接着剤５０を塗布するステップを行う。このとき、接着剤５０においては、空気と接する面積が多いため、硬化していない状態である。
【００２８】
次いで、クランクシャフトギア３０を、リム部３２のリム厚Δｒ及び接着剤５０の接着
力に基づいた設定されたクランクシャフト２０の締め代δに応じた膨張量を得られる焼き嵌め温度Ｔ１に加熱するステップを行う。このとき、リム部３２の内径Ｒ２は、クランクシャフト２０の嵌合部２７の外径Ｒ１よりも膨張して大きくなる。
【００２９】
次いで、加熱したクランクシャフトギア３０に接着剤５０が塗布されたクランクシャフト２０の嵌合部２７を挿入するステップを行う。その後、自然冷却によりクランクシャフトギア３０のリム部３２の内径Ｒ２が加熱時よりも小さくなることで、嵌合強度が高まると共に接着剤５０と空気との接触面積が減少することにより接着剤５０が硬化して、クランクシャフトギア３０とクランクシャフト２０とが嵌合する。
【００３０】
本発明のクランクシャフトギア３０の嵌合方法及びエンジン１０によれば、クランクシャフトギア３０を焼き嵌めしてクランクシャフト２０に嵌合する場合に、クランクシャフト２０の嵌合面２８に接着剤５０を塗布することで、クランクシャフトギア３０をクランクシャフト２０に焼き嵌めて嵌合することによる効果に加えて、接着剤５０の塗布による接着効果によって、歯元応力の集中回避と嵌合強度の強化を図ることができる。つまり、その接着剤５０の接着力を考慮してクランクシャフト２０の締め代δをリム厚Δｒに対して大きくしすぎることを回避して、クランクシャフトギア３０への歯元応力の集中を回避できると共に、クランクシャフトギア３０とクランクシャフト２０との嵌合強度を高くすることができる。その結果、リム厚Δｒの薄いクランクシャフトギア３０のクランクシャフト２０に対する滑りを防止できる。
【００３１】
特に、本発明は、リム厚Δｒが薄いことに起因して、リム部３２に生じる両振り応力状態によってクランクシャフトギア３０の嵌合面３３が、芋虫が這うようにクランクシャフト２０上で微小に動くことに対して効果的である。両振り応力状態は、クランクシャフトギア３０が噛み合いに入る前には引張応力が生じ、噛み合い終わりの後に圧縮応力が生じることで発生する。この噛み合いに入る前の引張応力に対して、クランクシャフト２０の嵌合面２８に塗布された接着剤５０の接着力によって、クランクシャフトギア３０の嵌合面３３がクランクシャフト２０の嵌合面２８から浮くこと、すなわち浮き始めを防止できる。これにより、クランクシャフトギア３０の嵌合面３３が、芋虫が這うようにクランクシャフト２０上で微小に動こうとする動き出しを止めることができるので、リム厚Δｒの薄いクランクシャフトギア３０のクランクシャフト２０に対する滑りを防止できる。
【００３２】
上記のクランクシャフトギア３０の嵌合方法においては、クランクシャフトギア３０を、接着剤５０の熱分解温度を超えた温度に加熱しないことが望ましい。
【００３３】
クランクシャフトギア３０を焼き嵌め温度Ｔ１に加熱する際に、接着剤５０の熱分解温度を超えた温度に加熱しないことにより、加熱したクランクシャフトギア３０に接着剤５０を塗布したクランクシャフト２０を挿入した際に、その接着剤５０が熱分解することを回避でき、クランクシャフトギア３０の滑りを防止するのに有効になる。
【００３４】
また、上記のクランクシャフトギア３０の嵌合方法においては、クランクシャフト２０の嵌合面２８に接着剤５０として嫌気性接着剤を塗布して、クランクシャフトギア３０を、１３０度以上、１８０度以下の値に設定した焼き嵌め温度Ｔ１に加熱することが望ましい。
【００３５】
前述したように、クランクシャフト２０及びクランクシャフトギア３０が金属で構成されていることから、接着剤５０としては、金属同士を接合する力が強い嫌気性接着剤が好ましい。この嫌気性接着剤の熱分解温度、すなわち耐熱温度は１００度以上、３００度以下の値となる。但し、高耐熱の嫌気性接着剤は高価となり、コストが高くなる。そこで、熱分解温度が１３０度以上、１８０度以下の値の嫌気性接着剤が好ましい。
【００３６】
クランクシャフトギア３０の焼き嵌め温度Ｔ１が、１３０度未満の値に設定されると、焼き嵌め温度Ｔ１が低く、クランクシャフト２０に設定された締め代δに応じた膨張量を得ることができない、即ち、リム部３２の内径Ｒ２がクランクシャフト２０の嵌合部２７の外径Ｒ１よりも大きくならずに、焼き嵌めすることができなくなる。一方、焼き嵌め温度Ｔ１が１８０度を超えた値に設定されると、嫌気性接着剤の熱分解温度を超えてしまうため、接着剤５０が熱分解してしまい、接着剤５０の接着力が弱くなる。
【００３７】
そこで、クランクシャフトギア３０を加熱する際に、その嫌気性接着剤の熱分解温度である１３０度以上、１８０度以下の値に設定された焼き嵌め温度Ｔ１に加熱することで、クランクシャフト２０に設定された締め代δに応じた膨張量を得ることができると共に、接着剤５０が熱分解することを回避できる。
【００３８】
また、クランクシャフトギア３０のリム部３２のリム厚Δｒ、クランクシャフト２０に設定される締め代δ、及び焼き嵌め温度Ｔ１には相関関係があり、リム厚Δｒが薄くなると、締め代δも小さくする必要があり、その分焼き嵌め温度Ｔ１は低温でも十分な膨張量が得られるようになる。リム厚Δｒに対して締め代δが大きくなると、クランクシャフトギア３０の歯部３１の歯元応力が大きくなってしまい、リム厚Δｒに対して締め代δが小さくなると、クランクシャフトギア３０の嵌合力が弱くなる。
【００３９】
リム厚Δｒを、例えば、８ｍｍ以上、１０ｍｍ以下の値に設定した場合には、接着剤５０による接着力を考慮して、クランクシャフト２０の締め代δは、０．０３０ｍｍ以上、０．０９３ｍｍ以下の値に設定することが好ましい。この締め代δに応じた膨張量を得る焼き嵌め温度Ｔ１は１３０度以上、１８０度以下の値で十分であり、接着剤５０として嫌気性接着剤を用いた場合に、その熱分解温度と同等程度の温度になるため、接着剤５０の接着力も弱くならない。
【００４０】
つまり、本発明のクランクシャフトギア３０の嵌合方法においては、８ｍｍ以上、１０ｍｍ以下の値に設定される薄いリム厚Δｒのリム部３２を有するクランクシャフトギア３０をクランクシャフト２０に焼き嵌めする際に、クランクシャフト２０の嵌合面２８に接着剤５０を塗布することで、クランクシャフト２０の締め代δを０．０３０ｍｍ以上、０．０９３ｍｍ以下の値にでき、且つ焼き嵌め温度Ｔ１を１３０度以上、１８０度以下の値にすることができる。
【００４１】
これにより、接着剤５０の接着力を弱めずに、その接着力によって締め代δをリム厚Δｒに対して歯元応力が大きくなり過ぎない値に設定することができるので、クランクシャフトギア３０の歯元応力の集中を回避して、リム厚Δｒの薄いクランクシャフトギア３０のクランクシャフト２０に対する滑りを防止できる。
【符号の説明】
【００４２】
１０  エンジン
２０  クランクシャフト
２８  嵌合面
３０  クランクシャフトギア
３２  リム部
３３  嵌合面
５０  接着剤
Δｒ  リム厚１
δ  締め代
【図１】
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【図２】
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【図３】
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