クランクシャフト及びその製造方法
【課題】複数の部材を溶接により接合して構成するクランクシャフトにおいて、耐久性の確保に好適なクランクシャフトおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】メインジャーナル３及びクランクピン２の軸端２Ａ,３Ａを、クランクウェブ４の夫々の結合穴６,７に挿入し、前記メインジャーナル３及びクランクピン２の軸端２Ａ,３Ａの結合穴６,７への挿入部分の先端において、夫々クランクウェブ４と軸回りに全周溶接する構成を備える。
【解決手段】メインジャーナル３及びクランクピン２の軸端２Ａ,３Ａを、クランクウェブ４の夫々の結合穴６,７に挿入し、前記メインジャーナル３及びクランクピン２の軸端２Ａ,３Ａの結合穴６,７への挿入部分の先端において、夫々クランクウェブ４と軸回りに全周溶接する構成を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のクランクシャフト及びその製造方法に関し、特に、複数の部材を溶接等により接合して構成するに好適なクランクシャフト及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から軽量化のため、複数の部材を溶接等により接合して組立てるクランクシャフトが提案されている(特許文献１参照)。
【０００３】
これは、クランクピン部とジャーナル部とがパイプ材で形成され、クランクアーム部は一対の合せ材により形成され、一方の合せ材にはクランクピン部との結合部としてクランクピン部を形成するパイプ材の外径より大径の穴が設けられ、他方の合せ材にはジャーナル部との結合部としてジャーナル部を形成するパイプ材の外径より大径の穴が設けられ、各穴の内周側にはセレーションが刻設されている。そして、クランクピン部およびジャーナル部を夫々形成するパイプ材の端部はクランクアーム部を形成する一対の合せ材の各穴内において拡管され、その外周部が穴のセレーションに喰い込まされた状態で、クランクアーム部を形成する合せ材に一体に結合されており、一対の合せ材は、互いの合せ面部において接合されている構造を備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開昭５９−１７７８２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、内燃機関のクランクシャフトには、エンジン駆動に合わせて繰返しの曲げ荷重が作用し、この曲げ荷重はクランクピンとクランクアームとの連結部およびジャーナルとクランクアームとの連結部に繰り返しの曲げ応力を発生させる。
【０００６】
上記従来例においても、クランクピン部およびジャーナル部を形成するパイプ材の端部を拡管させてその外周部を、内周側にセレーションを刻設した、クランクアームを形成する合せ材の穴に喰い込ませて一体化させるものであるため、上記した曲げ応力は、パイプ材と合せ材との結合部に繰り返し作用することとなる。このため、合せ材の穴とパイプ材の拡管された外周部との嵌合せ強度を充分確保したとしても、クランクピンおよびジャーナルの合せ材から突出す根元部には応力集中が生じることとなり、当該根元部位に疲労が生ずる等の耐久性に課題がある。また、パイプ材の端部を拡管させて形成するものであるため、その結合強度が限定され且つ組立作業性も低いものであった。
【０００７】
そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、複数の部材を溶接により接合して構成するクランクシャフトにおいて、耐久性の確保に好適なクランクシャフトおよびその製造方法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】
【０００８】
本発明は、メインジャーナル及びクランクピンの軸端を、クランクウェブの夫々の結合穴に挿入し、前記メインジャーナル及びクランクピンの軸端の結合穴への挿入部分の先端において、夫々クランクウェブと軸回りに全周溶接する構成を備える。
【発明の効果】
【０００９】
したがって、本発明では、エンジン駆動に合わせて繰返しの曲げ荷重が作用して、クランクピンとクランクウェブとの連結部及びメインジャーナルとクランクウェブとの連結部に繰り返し作用する曲げ応力に対して応力集中が発生するクランクウェブから突出すクランクピンおよびジャーナルの根元部を避ける挿入先端側で、前記メインジャーナル及びクランクピンと前記ジャーナル側部材及びピン側部材とを結合することができ、結合部位と応力集中部位とを分離でき、クランクシャフトの耐久性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態を示すクランクシャフトの断面図。
【図２】同じく要部の拡大断面図。
【図３】本発明の第２実施形態を示すクランクシャフトの断面図。
【図４】同じく要部の断面図。
【図５】クランクピン及びメインジャーナルのオーパラップ状態を説明する説明図。
【図６】第２実施例のクランクシャフトの要部断面図。
【図７】第３実施例のクランクシャフトの要部断面図。
【図８】第４実施例のクランクシャフトの要部断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明のクランクシャフト及びその製造方法を各実施形態に基づいて説明する。
【００１２】
（第１実施形態）
図１、２は本発明を４気筒内燃機関に適用するクランクシャフト及びその製造方法の第１実施形態を示し、図１はクランクシャフトの断面図、図２はその一部を拡大して示す断面図である。
【００１３】
図１において、クランクシャフト１は、図示しないコンロッドの大端部(１〜４番気筒に対する)を支承するクランクピン２(＃１〜＃４)と、これらクランクピン２の前後において図示しないシリンダブロックにクランクシャフト１を支承するメインジャーナル３(＃１〜＃５)と、各クランクピン２とメインジャーナル３とを互いに結ぶクランクウェブ４、および各クランクウェブ４に対してクランクシャフト１の回転中心を挾んで対向する位置に所定の質量を付加するカウンタウェイト５等から構成されている。前記クランクウェブ４及びカウンタウェイト５は一体に形成されており、以下では、これを総称して、「クランクウェブ４」という。
【００１４】
各クランクピン２はコンロッドの大端部を支承するために比較的小径に形成され、各メインジャーナル３はクランクピン２に比較して大径に形成されている。前記＃１及び＃５メインジャーナル３は、中空軸で構成してもよいが、夫々図示しないフライホイールや補機類の駆動用プーリ・スプロケット等が取付けられ、曲げ荷重が作用することから、特に強度及び剛性が要求されるため、中実軸により形成されることが望ましい。また、前記＃２〜＃４メインジャーナル３は、中実軸で構成してもよいが、クランクシャフト１の軽量化のために、中空軸により形成されることが望ましい。
【００１５】
前記各クランクウェブ４(カウンタウェイト５を含む)は、その略中央位置にメインジャーナル３を挿入状態で貫通保持する結合穴６と、カウンタウェイト５となる部分とは反対側においてクランクピン２を挿入状態で貫通保持する結合穴７と、を備える。そして、クランクウェブ４の夫々の結合穴６,７に、メインジャーナル３及びクランクピン２の軸端２Ａ,３Ａを挿入することにより、図１に示すように、クランクピン２とメインジャーナル３とが相互に連結されて、クランクシャフト１として組立てられる。以下の各実施形態においては、クランクウェブ４の夫々の結合穴６,７と、メインジャーナル３及びクランクピン２の軸端２Ａ,３Ａは、圧入嵌合されている。
【００１６】
隣接する(＃１と＃２、＃３と＃４)クランクピン２同士は＃２,＃４のメインジャーナル３を挟んで対向するクランク角度位置に配置され、＃２,＃３のクランクピン２は＃３のメインジャーナル３を挟んで同じクランク角度位置に配置される。このため、クランクウェブ４の配列も、＃１,＃４クランクピン２に結合されるクランクウェブ４の配列と、＃２,＃３クランクピン２に結合されるクランクウェブ４の配列とは、１８０°逆方向となっている。
【００１７】
前記メインジャーナル３及びクランクピン２のクランクウェブ４の結合穴６,７への圧入時において、メインジャーナル３及びクランクピン２の軸端２Ａ,３Ａとクランクウェブ４の結合穴６,７との嵌合面には、互いの角度位置を位置決めするキー溝を夫々設ける。そして、メインジャーナル３及びクランクピン２のキー溝にキー８を係合させて圧入嵌合させることにより、両軸端２Ａ,３Ａに一体化させるクランクウェブ４同士の角度位置を、同一角度若しくは１８０°角度に正確に位置決めすることができる。この場合のキー溝は、クランクピン２及びメインジャーナル３の互いの背面側に位置するように設けることにより、ピストン及びコンロッドを介してクランクピン２に入力される燃焼荷重が作用しない角度位置に配置できる。
【００１８】
次いで、互いに圧入により嵌合しているメインジャーナル３及びクランクピン２の外周面とクランクウェブ４の結合穴６,７の内周面とを、電子ビーム溶接若しくはレーザビーム溶接により、夫々矢印Ｄ方向からメインジャーナル３及びクランクピン２の軸端２Ａ,３Ａ側から嵌合面に沿って全周に渡って溶接して両者を固定する。なお、メインジャーナル３及びクランクピン２の軸端２Ａ,３Ａ側から、電子ビーム溶接若しくはレーザビーム溶接による溶融ビードが突出す場合には、突出する部分を研削等により切取り、端面が平坦になるようにすることが望ましい。この場合に、クランクウェブ４の結合穴６,７とメインジャーナル３及びクランクピン２との嵌合面の軸端２Ａ,３Ａより離れた反対側、即ち、クランクウェブ４より突出しているメインジャーナル３及びクランクピン２の根元側は、圧入された嵌合状態のままとしている。
【００１９】
図２に示すように、エンジン駆動に合わせて矢印Ａ、Ｂに示す繰返しの曲げ荷重が作用して、クランクピン２とクランクウェブ４との連結部及びメインジャーナル３とクランクウェブ４との連結部に繰り返し作用する曲げ応力に対して、クランクウェブ４から突出すクランクピン２およびジャーナル６の根元部(図中矢印Ｃ参照)で応力集中が発生する。しかし、本実施形態のクランクシャフト１においては、クランクピン２及びメインジャーナル３と、これらを連結するクランクウェブ４とにより構成され、前記メインジャーナル３及びクランクピン２の軸端２Ａ,３Ａを、前記クランクウェブ４の夫々の結合穴６,７に圧入嵌合させ、結合穴６,７への圧入部の先端部において、夫々クランクウェブ４と軸回りに全周溶接している。
【００２０】
即ち、クランクウェブ４から突出すクランクピン２およびジャーナル６の根元部(図中矢印Ｃ参照)を避けた圧入先端側で前記メインジャーナル３及びクランクピン２と前記クランクウェブ４とを結合しており、結合部位と応力集中部位とを分離でき、クランクシャフト１の耐久性を向上させることができる。
【００２１】
本実施形態においては、以下に記載する効果を奏することができる。
【００２２】
（ア）メインジャーナル３及びクランクピン２の軸端２Ａ,３Ａを、クランクウェブ４の夫々の結合穴６,７に挿入、圧入嵌合させ、前記メインジャーナル３及びクランクピン２の軸端２Ａ,３Ａの結合穴６,７への圧入部分の先端において、夫々クランクウェブ４と軸回りに全周溶接する構成を備える。このため、エンジン駆動に合わせて繰返しの曲げ荷重が作用して、クランクピン２とクランクウェブ４との連結部及びメインジャーナル３とクランクウェブ４との連結部に繰り返し作用する曲げ応力に対して応力集中が発生するクランクウェブ４から突出すクランクピン２およびジャーナルの根元部を避ける圧入先端側で、前記メインジャーナル３及びクランクピン２と前記ジャーナル側部材及びピン側部材とを結合することができ、結合部位と応力集中部位とを分離でき、クランクシャフト１の耐久性を向上させることができる。
【００２３】
（第２実施形態）
図３〜図７は、本発明を適用したクランクシャフト及びその製造方法の第２実施形態を示し、図３〜５は第１実施例のクランクシャフトを示し、図６，７は第２，３実施例のクランクシャフトを示す。本実施形態においては、クランクピン２とメインジャーナル３とが軸方向から見てオーパラップしているクランクシャフト１の構成を第１実施形態に追加したものである。なお、図１、２と同一装置には同一符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。
【００２４】
本実施形態のクランクシャフト１においては、図５に示すように、各クランクピン２と各メインジャーナル３とは、クランクシャフト１の軸方向から見て、オーバーラップさせた状態で配置されている。このため、各クランクピン２と各メインジャーナル３とを、第１実施形態に示すように、クランクウェブ４を貫通させて配置したのでは、クランクピン２とメインジャーナル３との軸端２Ａ,３Ａがクランクウェブ４部分で干渉することになる。
【００２５】
図３，４に示す第１実施例のクランクシャフト１においては、クランクピン２とメインジャーナル３との軸端２Ａ,３Ａの干渉を避けるために、クランクウェブ４に設ける結合穴６,７のクランクピン２及びメインジャーナル３の軸端２Ａ,３Ａの圧入嵌合方向の先端側において、その内径を小径に縮径した縮径部６Ａ，７Ａを形成している。この縮径部６Ａ，７Ａは、結合穴６,７の内周面を全周において内側へ突出させて形成する。
【００２６】
従って、結合穴６,７に圧入嵌合されるクランクピン２とメインジャーナル３の軸端２Ａ,３Ａの軸方向長さは、前記結合穴６,７より縮径部６Ａ，７Ａの軸方向長さを差引いた長さとなるよう短く形成している。この場合に、クランクピン２とメインジャーナル３とは軸方向から見てオーパラップする大きさ、即ち、第１実施例に比較して大きい外径を備えるため、結合穴６,７の深さが短くなっても、結合穴６,７と嵌合する面積(嵌合径×嵌合長さ)を第１実施形態に比較して同等以上に確保することができ、その係合強度を確保することができる。
【００２７】
前記クランクウェブ４に設けるクランクピン２の結合穴６,７に対する圧入嵌合深さは、メインジャーナル３の結合穴６,７に対する圧入嵌合深さより大きく形成している。これにより、メインジャーナル３の外径がクランクピン２の外径より大きいことから、メインジャーナル３の軸端２Ａ,３Ａとその結合穴６,７との嵌合面積(嵌合径×嵌合長さ)を確保しやすいこととなる。また、メインジャーナル３に比べて大きい曲げ応力が発生するクランクピン２の結合穴６,７に対する挿入長さを増加させることで、その係合強度を確保して、耐久性を向上させることができる。
【００２８】
メインジャーナル３及びクランクピン２をクランクウェブ４結合穴６,７に圧入嵌合させると、メインジャーナル３及びクランクピン２の軸端２Ａ,３Ａが前記縮径部６Ａ，７Ａの軸方向端面に当接して両者の軸方向の位置決めが行われる。次いで、互いに圧入により嵌合しているメインジャーナル３及びクランクピン２の軸端２Ａ,３Ａ面と各クランクウェブ４の結合穴６,７の縮径部６Ａ，７Ａとを、矢印Ｅ方向より、電子ビーム溶接若しくはレーザビーム溶接により、縮径部６Ａ，７Ａの端面に沿って全周に渡って溶接して両者を固定する。
【００２９】
一般に、レーザビーム溶接や電子ビーム溶接の場合、接合部が溶融して溶接ビードとして盛り上がる。しかしながら、本実施形態では、各クランクウェブ４の背面側の結合穴６,７の終端に縮径部６Ａ，７Ａがあるため、盛り上がる溶接ビードが存在しても、各クランクウェブ４の背面側から突出することがない。その他の構成は、第１実施例と同様に構成される。
【００３０】
本実施例のクランクシャフト１において、クランクピン２及び＃２〜＃４メインジャーナル３は、中実軸で構成してもよいが、本実施例ではクランクシャフト１の軽量化のために、中空軸により形成している。そして、前記クランクピン２及び＃２〜＃４メインジャーナル３を中空軸で構成する場合に、図示した形状のように、結合穴６,７の縮径部６Ａ，７Ａの内径とクランクピン２及び＃２〜＃４メインジャーナル３を中空軸の内径とを概略同一径に形成する場合には、中空軸で構成するクランクピン２及び＃２〜＃４メインジャーナル３の軸端２Ａ,３Ａと縮径部６Ａ，７Ａとの当接面を溶接すると、その溶融ビードの熱が均等にクランクウェブ４とクランクピン２及びメインジャーナル３とへ伝わり、溶接品質を安定させる効果がある。
【００３１】
また、本実施例のクランクシャフト１においては、前記メインジャーナル３及びクランクピン２の軸端２Ａ,３Ａを、前記クランクウェブ４の夫々の結合穴６,７に圧入嵌合させ、結合穴６,７への圧入部の先端部において、夫々クランクウェブ４の縮径部６Ａ，７Ａと軸回りに全周溶接している。一般に、図４に示すように、エンジン駆動に合わせて矢印Ａ、Ｂに示す繰返しの曲げ荷重が作用して、クランクピン２とクランクウェブ４との連結部及びメインジャーナル３とクランクウェブ４との連結部に繰り返し作用する曲げ応力に対して、クランクウェブ４から突出すクランクピン２およびジャーナル６の根元部(図中矢印Ｃ参照)で応力集中が発生する。
【００３２】
しかし、本実施例では、クランクウェブ４から突出すクランクピン２およびジャーナル６の根元部(図中矢印Ｃ参照)を避けた圧入先端側で前記メインジャーナル３及びクランクピン２と前記クランクウェブ４の縮径部６Ａ，７Ａとを結合しており、結合部位と応力集中部位とを分離でき、クランクシャフト１の耐久性を向上させることができる。
【００３３】
図６に示す第２実施例のクランクシャフト１においては、メインジャーナル３の軸端３Ａの外径を拡大させたものである。前記軸端３Ａの外径の拡大は、ジャーナルを形成する一般部位から所定の曲率Ｒをもって徐々に拡大させ、曲率Ｒの終端より拡大させた外径の軸端３Ａを形成することで、外径が急激に変化することによる応力集中を避けるようにしている。
【００３４】
このように構成することで、クランクピン２の軸端２Ａに比較して、圧入長さが短くなるメインジャーナル３の軸端３Ａの外径を拡大させて、その圧入嵌合面積(嵌合径×嵌合長さ)を大きくして、その係合強度を向上させることができる。
【００３５】
また、メインジャーナル３の軸端３Ａの外径が曲率Ｒを介して拡大されていることにより、この拡大された軸端３Ａの外周と結合穴６の内周とを全周に渡って、矢印Ｆ方向から、レーザビーム溶接若しくは電子ビーム溶接することもでき、応力集中部位を回避しつつ、メインジャーナル３の軸端３Ａとクランクウェブ４の結合穴６との間の接合部を増やすことができる。このことは、メインジャーナル３の軸端３Ａとクランクウェブ４の結合穴６との嵌合深さをより浅く形成することを可能とでき、その分だけ、クランクピン２の軸端２Ａとクランクウェブ４の結合穴７との嵌合深さを大きくして、メインジャーナル３に比べて大きい曲げ応力が発生するクランクピン２の結合穴７に対する挿入長さを増加させることで、その係合強度を確保して、耐久性を向上させることができる。
【００３６】
図７に示す第３実施例のクランクシャフト１においては、メインジャーナル３のクランクウェブ４に嵌合させる軸端３Ａを、クランクウェブ４の背面に到達するよう延長した構成を、第２実施例に追加したものである。即ち、メインジャーナル３のクランクウェブ４に嵌合する大径とした軸端３Ａの先端から小径に形成した第２の軸端３Ｂを一体に形成し、この第２の軸端３Ｂの外周を結合穴６の縮径部６Ａの内周に圧入させた構成としている。この第２の軸端３Ｂは、中空軸で形成したメインジャーナル３の中空穴の内径を小径化することで、第１の軸端３Ａの前方に形成可能としている。
【００３７】
そして、メインジャーナル３の第１，２の軸端３Ａ,３Ｂをクランクウェブ４の結合穴６及び縮径部６Ａの内周に圧入嵌合させると、第１の軸端３Ａが前記縮径部６Ａの軸方向端面に当接して両者の軸方向の位置決めが行われる。次いで、互いに圧入により嵌合しているメインジャーナル３の第１、２の軸端３Ａ,３Ｂの外周面とクランクウェブ４の結合穴６及び縮径部６Ａの内周面とを、矢印Ｆ,Ｇ方向より、電子ビーム溶接若しくはレーザビーム溶接により、第１、２の軸端３Ａ,３Ｂの周面に沿って全周に渡って溶接して両者を固定する。
【００３８】
本実施例においては、メインジャーナル３とクランクウェブ４との接合面が、第１，２の軸端３Ａ,３Ｂとクランクウェブ４の結合穴６及び縮径部６Ａとなるため、圧入長さを長く確保することができ、係合強度を高めて、クランクシャフト１の耐久性を向上させることができる。
【００３９】
また、レーザビーム溶接若しくは電子ビーム溶接する部位が、クランクウェブ４の側面に露出しているため、矢印Ｆ，Ｇで示すように、軸方向からビームを照射することができ、ビームが届きやすく、製造が容易である。
【００４０】
しかも、メインジャーナル３の第１の軸端３Ａとクランクウェブ４の結合穴６との嵌合深さをより浅く形成することを可能とでき、その分だけ、クランクピン２の軸端２Ａとクランクウェブ４の結合穴７との嵌合深さを大きくして、メインジャーナル３に比べて大きい曲げ応力が発生するクランクピン２の結合穴７に対する挿入長さを増加させることで、その係合強度を確保して、耐久性を向上させることができる。
【００４１】
図８に示す第４実施例のクランクシャフト１においては、クランクピン２のクランクウェブ４に嵌合させる軸端２Ａを、クランクウェブ４の背面に到達するよう延長した構成を、第３実施例に追加したものである。即ち、クランクピン２のクランクウェブ４に嵌合する軸端２Ａの先端から小径に形成した第２の軸端２Ｂを一体に形成し、この第２の軸端２Ｂの外周を結合穴７の縮径部７Ａの内周に圧入させた構成としている。この第２の軸端２Ｂは、中空軸で形成したクランクピン２の中空穴の内径を小径化することで、第１の軸端２Ａの前方に形成可能としている。
【００４２】
そして、クランクピン２の第１，２の軸端２Ａ,２Ｂをクランクウェブ４の結合穴７及び縮径部７Ａの内周に圧入嵌合させると、第１の軸端２Ａが前記縮径部７Ａの軸方向端面に当接して両者の軸方向の位置決めが行われる。次いで、互いに圧入により嵌合しているクランクピン２の第２の軸端２Ｂの外周面とクランクウェブ４の結合穴７の縮径部７Ａの内周面とを、矢印Ｊ方向より、電子ビーム溶接若しくはレーザビーム溶接により、第２の軸端２Ｂの周面に沿って全周に渡って溶接して両者を固定する。
【００４３】
本実施例においては、クランクピン２とクランクウェブ４との接合面が、第１，２の軸端２Ａ,２Ｂとクランクウェブ４の結合穴７及び縮径部７Ａとなるため、圧入長さを長く確保することができ、係合強度を高めて、クランクシャフト１の耐久性を向上させることができる。
【００４４】
また、レーザビーム溶接若しくは電子ビーム溶接する部位が、クランクウェブ４の側面に露出しているため、矢印Ｊで示すように、軸方向からビームを照射することができ、ビームが届きやすく、製造が容易である。
【００４５】
本実施形態においては、第１実施形態における効果（ア）に加えて以下に記載した効果を奏することができる。
【００４６】
（イ）メインジャーナル３及びクランクピン２の軸端２Ａ,３Ａを、クランクウェブ４の夫々の結合穴６,７に圧入嵌合させ、前記メインジャーナル３及びクランクピン２の軸端２Ａ,３Ａの結合穴６,７への圧入部分の先端において、夫々クランクウェブ４と軸回りに全周溶接するクランクシャフト１である。そして、前記結合穴６,７は、クランクピン２及びメインジャーナル３の軸端２Ａ,３Ａの圧入嵌合方向の先端側において、その内径を小径に縮径した縮径部６Ａ，７Ａを備え、前記メインジャーナル３及びクランクピン２の軸端２Ａ,３Ａを、前記縮径部６Ａ，７Ａの軸方向端面に当接させて前記クランクウェブ４の夫々の結合穴６,７に圧入嵌合させ、前記メインジャーナル３及びクランクピン２の軸端２Ａ,３Ａの結合穴６,７への圧入部分の先端において、夫々クランクウェブ４の縮径部６Ａ，７Ａと軸回りに全周溶接している。このため、クランクピン２とメインジャーナル３とが軸方向から見てオーバーラップするクランクシャフト１にも適用でき、その耐久性、組立性を向上させることができる。
【００４７】
(ウ)クランクウェブ４に設けるクランクピン２の結合穴６,７に対する圧入嵌合深さは、メインジャーナル３の結合穴６,７に対する圧入嵌合深さより大きく形成している。このため、メインジャーナル３の外径がクランクピン２の外径より大きいことから、メインジャーナル３の軸端２Ａ,３Ａとその結合穴６,７との嵌合面積(嵌合径×嵌合長さ)を確保しやすい。また、メインジャーナル３に比べて大きい曲げ応力が発生するクランクピン２の結合穴６,７に対する挿入長さを増加させることで、その係合強度を確保して、耐久性を向上させることができる。
【００４８】
(エ)メインジャーナル３及びクランクピン２は、中空軸により形成され、前記メインジャーナル３及びクランクピン２とクランクウェブ４とは、中空穴の端部と縮径部６Ａ，７Ａの端部との間で軸回りに全周溶接している。このため、クランクシャフト１を軽量化することができる。
【００４９】
(オ)メインジャーナル３及びクランクピン２の中空軸により形成された内径は、当該メインジャーナル３及びクランクピン２の軸端２Ａ,３Ａが当接する縮径部６Ａ，７Ａの内径と同等に形成されている。このため、中空軸で構成するクランクピン２及びメインジャーナル３の軸端２Ａ,３Ａと縮径部６Ａ，７Ａとの当接面の溶接時に、その溶融ビードの熱が均等にクランクウェブ４とクランクピン２及びメインジャーナル３とへ伝わり、溶接品質を安定させる効果がある。
【００５０】
(カ)図６〜図８に示すクランクシャフト１においては、クランクウェブ４の結合穴６に圧入嵌合されるメインジャーナル３の軸端３Ａは、ジャーナルを形成する一般部位から所定の曲率アールＲをもって徐々に拡大させ、曲率アールＲの終端より拡径させた外径に形成され、結合穴６の内面との間で軸回りに全周溶接している。このため、クランクピン２の軸端２Ａに比較して、圧入長さが短くなるメインジャーナル３の軸端３Ａの外径を拡大させて、その圧入嵌合面積(嵌合径×嵌合長さ)を大きくして、その係合強度を向上させることができる。また、メインジャーナル３の軸端３Ａの外径が曲率Ｒを介して拡大されていることにより、この拡大された軸端３Ａの外周と結合穴６の内周とを全周に渡って、レーザビーム溶接若しくは電子ビーム溶接することもでき、応力集中部位を回避しつつ、メインジャーナル３の軸端３Ａとクランクウェブ４の結合穴６との間の接合部を増やすことができる。
【００５１】
(キ)図８に示すクランクシャフト１では、メインジャーナル３若しくはクランクピン２のクランクウェブ４の結合穴６,７に圧入嵌合される軸端２Ａ,３Ａには、結合穴６,７の縮径部６Ａ，７Ａに圧入嵌合する第２の軸端２Ｂ,３Ｂが設けられ、前記メインジャーナル３若しくはクランクピン２の軸端２Ａ,３Ａの結合穴６,７への圧入部分の先端での縮径部６Ａ，７Ａとの軸回りに全周溶接は、第２の軸端２Ｂ,３Ｂの外周面と縮径部６Ａ，７Ａの内周面との全周溶接へ変更している。このため、メインジャーナル３若しくはクランクピン２とクランクウェブ４との接合面が、第１，２の軸端２Ａ,３Ａ,２Ｂ,３Ｂとクランクウェブ４の結合穴６,７及び縮径部６Ａ，７Ａとなり、圧入長さを長く確保することができ、係合強度を高めて、クランクシャフト１の耐久性を向上させることができる。また、レーザビーム溶接若しくは電子ビーム溶接する部位が、クランクウェブ４の側面に露出しているため、軸方向からビームを照射することができ、ビームが届きやすく、製造が容易である。
【００５２】
(ク)図７に示すクランクシャフト１においては、メインジャーナル３のクランクウェブ４の結合穴６に圧入嵌合される軸端３Ａには、結合穴６の縮径部６Ａに圧入嵌合する第２の軸端３Ｂが設けられ、前記メインジャーナル３の軸端３Ａの結合穴６への圧入部分の先端での縮径部６Ａとの軸回りに全周溶接は、第２の軸端３Ｂの外周面と縮径部６Ａの内周面との全周溶接へ変更されている。このため、メインジャーナル３とクランクウェブ４との接合面が、第１，２の軸端３Ａ,３Ｂとクランクウェブ４の結合穴６及び縮径部６Ａとなるため、圧入長さを長く確保することができ、係合強度を高めて、クランクシャフト１の耐久性を向上させることができる。また、レーザビーム溶接若しくは電子ビーム溶接する部位が、クランクウェブ４の側面に露出しているため、軸方向からビームを照射することができ、ビームが届きやすく、製造が容易である。しかも、メインジャーナル３の第１の軸端３Ａとクランクウェブ４の結合穴６との嵌合深さをより浅く形成することを可能とでき、その分だけ、クランクピン２の軸端２Ａとクランクウェブ４の結合穴７との嵌合深さを大きくして、メインジャーナル３に比べて大きい曲げ応力が発生するクランクピン２の結合穴７に対する挿入長さを増加させることで、その係合強度を確保して、耐久性を向上させることができる。
【符号の説明】
【００５３】
１ クランクシャフト
２ クランクピン
２Ａ、３Ａ、２Ｂ、３Ｂ 軸端
３ メインジャーナル
４ クランクウェブ
５ カウンタウェイト
６、７ 結合穴
６Ａ、７Ａ 縮径部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のクランクシャフト及びその製造方法に関し、特に、複数の部材を溶接等により接合して構成するに好適なクランクシャフト及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から軽量化のため、複数の部材を溶接等により接合して組立てるクランクシャフトが提案されている(特許文献１参照)。
【０００３】
これは、クランクピン部とジャーナル部とがパイプ材で形成され、クランクアーム部は一対の合せ材により形成され、一方の合せ材にはクランクピン部との結合部としてクランクピン部を形成するパイプ材の外径より大径の穴が設けられ、他方の合せ材にはジャーナル部との結合部としてジャーナル部を形成するパイプ材の外径より大径の穴が設けられ、各穴の内周側にはセレーションが刻設されている。そして、クランクピン部およびジャーナル部を夫々形成するパイプ材の端部はクランクアーム部を形成する一対の合せ材の各穴内において拡管され、その外周部が穴のセレーションに喰い込まされた状態で、クランクアーム部を形成する合せ材に一体に結合されており、一対の合せ材は、互いの合せ面部において接合されている構造を備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開昭５９−１７７８２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、内燃機関のクランクシャフトには、エンジン駆動に合わせて繰返しの曲げ荷重が作用し、この曲げ荷重はクランクピンとクランクアームとの連結部およびジャーナルとクランクアームとの連結部に繰り返しの曲げ応力を発生させる。
【０００６】
上記従来例においても、クランクピン部およびジャーナル部を形成するパイプ材の端部を拡管させてその外周部を、内周側にセレーションを刻設した、クランクアームを形成する合せ材の穴に喰い込ませて一体化させるものであるため、上記した曲げ応力は、パイプ材と合せ材との結合部に繰り返し作用することとなる。このため、合せ材の穴とパイプ材の拡管された外周部との嵌合せ強度を充分確保したとしても、クランクピンおよびジャーナルの合せ材から突出す根元部には応力集中が生じることとなり、当該根元部位に疲労が生ずる等の耐久性に課題がある。また、パイプ材の端部を拡管させて形成するものであるため、その結合強度が限定され且つ組立作業性も低いものであった。
【０００７】
そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、複数の部材を溶接により接合して構成するクランクシャフトにおいて、耐久性の確保に好適なクランクシャフトおよびその製造方法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】
【０００８】
本発明は、メインジャーナル及びクランクピンの軸端を、クランクウェブの夫々の結合穴に挿入し、前記メインジャーナル及びクランクピンの軸端の結合穴への挿入部分の先端において、夫々クランクウェブと軸回りに全周溶接する構成を備える。
【発明の効果】
【０００９】
したがって、本発明では、エンジン駆動に合わせて繰返しの曲げ荷重が作用して、クランクピンとクランクウェブとの連結部及びメインジャーナルとクランクウェブとの連結部に繰り返し作用する曲げ応力に対して応力集中が発生するクランクウェブから突出すクランクピンおよびジャーナルの根元部を避ける挿入先端側で、前記メインジャーナル及びクランクピンと前記ジャーナル側部材及びピン側部材とを結合することができ、結合部位と応力集中部位とを分離でき、クランクシャフトの耐久性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態を示すクランクシャフトの断面図。
【図２】同じく要部の拡大断面図。
【図３】本発明の第２実施形態を示すクランクシャフトの断面図。
【図４】同じく要部の断面図。
【図５】クランクピン及びメインジャーナルのオーパラップ状態を説明する説明図。
【図６】第２実施例のクランクシャフトの要部断面図。
【図７】第３実施例のクランクシャフトの要部断面図。
【図８】第４実施例のクランクシャフトの要部断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明のクランクシャフト及びその製造方法を各実施形態に基づいて説明する。
【００１２】
（第１実施形態）
図１、２は本発明を４気筒内燃機関に適用するクランクシャフト及びその製造方法の第１実施形態を示し、図１はクランクシャフトの断面図、図２はその一部を拡大して示す断面図である。
【００１３】
図１において、クランクシャフト１は、図示しないコンロッドの大端部(１〜４番気筒に対する)を支承するクランクピン２(＃１〜＃４)と、これらクランクピン２の前後において図示しないシリンダブロックにクランクシャフト１を支承するメインジャーナル３(＃１〜＃５)と、各クランクピン２とメインジャーナル３とを互いに結ぶクランクウェブ４、および各クランクウェブ４に対してクランクシャフト１の回転中心を挾んで対向する位置に所定の質量を付加するカウンタウェイト５等から構成されている。前記クランクウェブ４及びカウンタウェイト５は一体に形成されており、以下では、これを総称して、「クランクウェブ４」という。
【００１４】
各クランクピン２はコンロッドの大端部を支承するために比較的小径に形成され、各メインジャーナル３はクランクピン２に比較して大径に形成されている。前記＃１及び＃５メインジャーナル３は、中空軸で構成してもよいが、夫々図示しないフライホイールや補機類の駆動用プーリ・スプロケット等が取付けられ、曲げ荷重が作用することから、特に強度及び剛性が要求されるため、中実軸により形成されることが望ましい。また、前記＃２〜＃４メインジャーナル３は、中実軸で構成してもよいが、クランクシャフト１の軽量化のために、中空軸により形成されることが望ましい。
【００１５】
前記各クランクウェブ４(カウンタウェイト５を含む)は、その略中央位置にメインジャーナル３を挿入状態で貫通保持する結合穴６と、カウンタウェイト５となる部分とは反対側においてクランクピン２を挿入状態で貫通保持する結合穴７と、を備える。そして、クランクウェブ４の夫々の結合穴６,７に、メインジャーナル３及びクランクピン２の軸端２Ａ,３Ａを挿入することにより、図１に示すように、クランクピン２とメインジャーナル３とが相互に連結されて、クランクシャフト１として組立てられる。以下の各実施形態においては、クランクウェブ４の夫々の結合穴６,７と、メインジャーナル３及びクランクピン２の軸端２Ａ,３Ａは、圧入嵌合されている。
【００１６】
隣接する(＃１と＃２、＃３と＃４)クランクピン２同士は＃２,＃４のメインジャーナル３を挟んで対向するクランク角度位置に配置され、＃２,＃３のクランクピン２は＃３のメインジャーナル３を挟んで同じクランク角度位置に配置される。このため、クランクウェブ４の配列も、＃１,＃４クランクピン２に結合されるクランクウェブ４の配列と、＃２,＃３クランクピン２に結合されるクランクウェブ４の配列とは、１８０°逆方向となっている。
【００１７】
前記メインジャーナル３及びクランクピン２のクランクウェブ４の結合穴６,７への圧入時において、メインジャーナル３及びクランクピン２の軸端２Ａ,３Ａとクランクウェブ４の結合穴６,７との嵌合面には、互いの角度位置を位置決めするキー溝を夫々設ける。そして、メインジャーナル３及びクランクピン２のキー溝にキー８を係合させて圧入嵌合させることにより、両軸端２Ａ,３Ａに一体化させるクランクウェブ４同士の角度位置を、同一角度若しくは１８０°角度に正確に位置決めすることができる。この場合のキー溝は、クランクピン２及びメインジャーナル３の互いの背面側に位置するように設けることにより、ピストン及びコンロッドを介してクランクピン２に入力される燃焼荷重が作用しない角度位置に配置できる。
【００１８】
次いで、互いに圧入により嵌合しているメインジャーナル３及びクランクピン２の外周面とクランクウェブ４の結合穴６,７の内周面とを、電子ビーム溶接若しくはレーザビーム溶接により、夫々矢印Ｄ方向からメインジャーナル３及びクランクピン２の軸端２Ａ,３Ａ側から嵌合面に沿って全周に渡って溶接して両者を固定する。なお、メインジャーナル３及びクランクピン２の軸端２Ａ,３Ａ側から、電子ビーム溶接若しくはレーザビーム溶接による溶融ビードが突出す場合には、突出する部分を研削等により切取り、端面が平坦になるようにすることが望ましい。この場合に、クランクウェブ４の結合穴６,７とメインジャーナル３及びクランクピン２との嵌合面の軸端２Ａ,３Ａより離れた反対側、即ち、クランクウェブ４より突出しているメインジャーナル３及びクランクピン２の根元側は、圧入された嵌合状態のままとしている。
【００１９】
図２に示すように、エンジン駆動に合わせて矢印Ａ、Ｂに示す繰返しの曲げ荷重が作用して、クランクピン２とクランクウェブ４との連結部及びメインジャーナル３とクランクウェブ４との連結部に繰り返し作用する曲げ応力に対して、クランクウェブ４から突出すクランクピン２およびジャーナル６の根元部(図中矢印Ｃ参照)で応力集中が発生する。しかし、本実施形態のクランクシャフト１においては、クランクピン２及びメインジャーナル３と、これらを連結するクランクウェブ４とにより構成され、前記メインジャーナル３及びクランクピン２の軸端２Ａ,３Ａを、前記クランクウェブ４の夫々の結合穴６,７に圧入嵌合させ、結合穴６,７への圧入部の先端部において、夫々クランクウェブ４と軸回りに全周溶接している。
【００２０】
即ち、クランクウェブ４から突出すクランクピン２およびジャーナル６の根元部(図中矢印Ｃ参照)を避けた圧入先端側で前記メインジャーナル３及びクランクピン２と前記クランクウェブ４とを結合しており、結合部位と応力集中部位とを分離でき、クランクシャフト１の耐久性を向上させることができる。
【００２１】
本実施形態においては、以下に記載する効果を奏することができる。
【００２２】
（ア）メインジャーナル３及びクランクピン２の軸端２Ａ,３Ａを、クランクウェブ４の夫々の結合穴６,７に挿入、圧入嵌合させ、前記メインジャーナル３及びクランクピン２の軸端２Ａ,３Ａの結合穴６,７への圧入部分の先端において、夫々クランクウェブ４と軸回りに全周溶接する構成を備える。このため、エンジン駆動に合わせて繰返しの曲げ荷重が作用して、クランクピン２とクランクウェブ４との連結部及びメインジャーナル３とクランクウェブ４との連結部に繰り返し作用する曲げ応力に対して応力集中が発生するクランクウェブ４から突出すクランクピン２およびジャーナルの根元部を避ける圧入先端側で、前記メインジャーナル３及びクランクピン２と前記ジャーナル側部材及びピン側部材とを結合することができ、結合部位と応力集中部位とを分離でき、クランクシャフト１の耐久性を向上させることができる。
【００２３】
（第２実施形態）
図３〜図７は、本発明を適用したクランクシャフト及びその製造方法の第２実施形態を示し、図３〜５は第１実施例のクランクシャフトを示し、図６，７は第２，３実施例のクランクシャフトを示す。本実施形態においては、クランクピン２とメインジャーナル３とが軸方向から見てオーパラップしているクランクシャフト１の構成を第１実施形態に追加したものである。なお、図１、２と同一装置には同一符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。
【００２４】
本実施形態のクランクシャフト１においては、図５に示すように、各クランクピン２と各メインジャーナル３とは、クランクシャフト１の軸方向から見て、オーバーラップさせた状態で配置されている。このため、各クランクピン２と各メインジャーナル３とを、第１実施形態に示すように、クランクウェブ４を貫通させて配置したのでは、クランクピン２とメインジャーナル３との軸端２Ａ,３Ａがクランクウェブ４部分で干渉することになる。
【００２５】
図３，４に示す第１実施例のクランクシャフト１においては、クランクピン２とメインジャーナル３との軸端２Ａ,３Ａの干渉を避けるために、クランクウェブ４に設ける結合穴６,７のクランクピン２及びメインジャーナル３の軸端２Ａ,３Ａの圧入嵌合方向の先端側において、その内径を小径に縮径した縮径部６Ａ，７Ａを形成している。この縮径部６Ａ，７Ａは、結合穴６,７の内周面を全周において内側へ突出させて形成する。
【００２６】
従って、結合穴６,７に圧入嵌合されるクランクピン２とメインジャーナル３の軸端２Ａ,３Ａの軸方向長さは、前記結合穴６,７より縮径部６Ａ，７Ａの軸方向長さを差引いた長さとなるよう短く形成している。この場合に、クランクピン２とメインジャーナル３とは軸方向から見てオーパラップする大きさ、即ち、第１実施例に比較して大きい外径を備えるため、結合穴６,７の深さが短くなっても、結合穴６,７と嵌合する面積(嵌合径×嵌合長さ)を第１実施形態に比較して同等以上に確保することができ、その係合強度を確保することができる。
【００２７】
前記クランクウェブ４に設けるクランクピン２の結合穴６,７に対する圧入嵌合深さは、メインジャーナル３の結合穴６,７に対する圧入嵌合深さより大きく形成している。これにより、メインジャーナル３の外径がクランクピン２の外径より大きいことから、メインジャーナル３の軸端２Ａ,３Ａとその結合穴６,７との嵌合面積(嵌合径×嵌合長さ)を確保しやすいこととなる。また、メインジャーナル３に比べて大きい曲げ応力が発生するクランクピン２の結合穴６,７に対する挿入長さを増加させることで、その係合強度を確保して、耐久性を向上させることができる。
【００２８】
メインジャーナル３及びクランクピン２をクランクウェブ４結合穴６,７に圧入嵌合させると、メインジャーナル３及びクランクピン２の軸端２Ａ,３Ａが前記縮径部６Ａ，７Ａの軸方向端面に当接して両者の軸方向の位置決めが行われる。次いで、互いに圧入により嵌合しているメインジャーナル３及びクランクピン２の軸端２Ａ,３Ａ面と各クランクウェブ４の結合穴６,７の縮径部６Ａ，７Ａとを、矢印Ｅ方向より、電子ビーム溶接若しくはレーザビーム溶接により、縮径部６Ａ，７Ａの端面に沿って全周に渡って溶接して両者を固定する。
【００２９】
一般に、レーザビーム溶接や電子ビーム溶接の場合、接合部が溶融して溶接ビードとして盛り上がる。しかしながら、本実施形態では、各クランクウェブ４の背面側の結合穴６,７の終端に縮径部６Ａ，７Ａがあるため、盛り上がる溶接ビードが存在しても、各クランクウェブ４の背面側から突出することがない。その他の構成は、第１実施例と同様に構成される。
【００３０】
本実施例のクランクシャフト１において、クランクピン２及び＃２〜＃４メインジャーナル３は、中実軸で構成してもよいが、本実施例ではクランクシャフト１の軽量化のために、中空軸により形成している。そして、前記クランクピン２及び＃２〜＃４メインジャーナル３を中空軸で構成する場合に、図示した形状のように、結合穴６,７の縮径部６Ａ，７Ａの内径とクランクピン２及び＃２〜＃４メインジャーナル３を中空軸の内径とを概略同一径に形成する場合には、中空軸で構成するクランクピン２及び＃２〜＃４メインジャーナル３の軸端２Ａ,３Ａと縮径部６Ａ，７Ａとの当接面を溶接すると、その溶融ビードの熱が均等にクランクウェブ４とクランクピン２及びメインジャーナル３とへ伝わり、溶接品質を安定させる効果がある。
【００３１】
また、本実施例のクランクシャフト１においては、前記メインジャーナル３及びクランクピン２の軸端２Ａ,３Ａを、前記クランクウェブ４の夫々の結合穴６,７に圧入嵌合させ、結合穴６,７への圧入部の先端部において、夫々クランクウェブ４の縮径部６Ａ，７Ａと軸回りに全周溶接している。一般に、図４に示すように、エンジン駆動に合わせて矢印Ａ、Ｂに示す繰返しの曲げ荷重が作用して、クランクピン２とクランクウェブ４との連結部及びメインジャーナル３とクランクウェブ４との連結部に繰り返し作用する曲げ応力に対して、クランクウェブ４から突出すクランクピン２およびジャーナル６の根元部(図中矢印Ｃ参照)で応力集中が発生する。
【００３２】
しかし、本実施例では、クランクウェブ４から突出すクランクピン２およびジャーナル６の根元部(図中矢印Ｃ参照)を避けた圧入先端側で前記メインジャーナル３及びクランクピン２と前記クランクウェブ４の縮径部６Ａ，７Ａとを結合しており、結合部位と応力集中部位とを分離でき、クランクシャフト１の耐久性を向上させることができる。
【００３３】
図６に示す第２実施例のクランクシャフト１においては、メインジャーナル３の軸端３Ａの外径を拡大させたものである。前記軸端３Ａの外径の拡大は、ジャーナルを形成する一般部位から所定の曲率Ｒをもって徐々に拡大させ、曲率Ｒの終端より拡大させた外径の軸端３Ａを形成することで、外径が急激に変化することによる応力集中を避けるようにしている。
【００３４】
このように構成することで、クランクピン２の軸端２Ａに比較して、圧入長さが短くなるメインジャーナル３の軸端３Ａの外径を拡大させて、その圧入嵌合面積(嵌合径×嵌合長さ)を大きくして、その係合強度を向上させることができる。
【００３５】
また、メインジャーナル３の軸端３Ａの外径が曲率Ｒを介して拡大されていることにより、この拡大された軸端３Ａの外周と結合穴６の内周とを全周に渡って、矢印Ｆ方向から、レーザビーム溶接若しくは電子ビーム溶接することもでき、応力集中部位を回避しつつ、メインジャーナル３の軸端３Ａとクランクウェブ４の結合穴６との間の接合部を増やすことができる。このことは、メインジャーナル３の軸端３Ａとクランクウェブ４の結合穴６との嵌合深さをより浅く形成することを可能とでき、その分だけ、クランクピン２の軸端２Ａとクランクウェブ４の結合穴７との嵌合深さを大きくして、メインジャーナル３に比べて大きい曲げ応力が発生するクランクピン２の結合穴７に対する挿入長さを増加させることで、その係合強度を確保して、耐久性を向上させることができる。
【００３６】
図７に示す第３実施例のクランクシャフト１においては、メインジャーナル３のクランクウェブ４に嵌合させる軸端３Ａを、クランクウェブ４の背面に到達するよう延長した構成を、第２実施例に追加したものである。即ち、メインジャーナル３のクランクウェブ４に嵌合する大径とした軸端３Ａの先端から小径に形成した第２の軸端３Ｂを一体に形成し、この第２の軸端３Ｂの外周を結合穴６の縮径部６Ａの内周に圧入させた構成としている。この第２の軸端３Ｂは、中空軸で形成したメインジャーナル３の中空穴の内径を小径化することで、第１の軸端３Ａの前方に形成可能としている。
【００３７】
そして、メインジャーナル３の第１，２の軸端３Ａ,３Ｂをクランクウェブ４の結合穴６及び縮径部６Ａの内周に圧入嵌合させると、第１の軸端３Ａが前記縮径部６Ａの軸方向端面に当接して両者の軸方向の位置決めが行われる。次いで、互いに圧入により嵌合しているメインジャーナル３の第１、２の軸端３Ａ,３Ｂの外周面とクランクウェブ４の結合穴６及び縮径部６Ａの内周面とを、矢印Ｆ,Ｇ方向より、電子ビーム溶接若しくはレーザビーム溶接により、第１、２の軸端３Ａ,３Ｂの周面に沿って全周に渡って溶接して両者を固定する。
【００３８】
本実施例においては、メインジャーナル３とクランクウェブ４との接合面が、第１，２の軸端３Ａ,３Ｂとクランクウェブ４の結合穴６及び縮径部６Ａとなるため、圧入長さを長く確保することができ、係合強度を高めて、クランクシャフト１の耐久性を向上させることができる。
【００３９】
また、レーザビーム溶接若しくは電子ビーム溶接する部位が、クランクウェブ４の側面に露出しているため、矢印Ｆ，Ｇで示すように、軸方向からビームを照射することができ、ビームが届きやすく、製造が容易である。
【００４０】
しかも、メインジャーナル３の第１の軸端３Ａとクランクウェブ４の結合穴６との嵌合深さをより浅く形成することを可能とでき、その分だけ、クランクピン２の軸端２Ａとクランクウェブ４の結合穴７との嵌合深さを大きくして、メインジャーナル３に比べて大きい曲げ応力が発生するクランクピン２の結合穴７に対する挿入長さを増加させることで、その係合強度を確保して、耐久性を向上させることができる。
【００４１】
図８に示す第４実施例のクランクシャフト１においては、クランクピン２のクランクウェブ４に嵌合させる軸端２Ａを、クランクウェブ４の背面に到達するよう延長した構成を、第３実施例に追加したものである。即ち、クランクピン２のクランクウェブ４に嵌合する軸端２Ａの先端から小径に形成した第２の軸端２Ｂを一体に形成し、この第２の軸端２Ｂの外周を結合穴７の縮径部７Ａの内周に圧入させた構成としている。この第２の軸端２Ｂは、中空軸で形成したクランクピン２の中空穴の内径を小径化することで、第１の軸端２Ａの前方に形成可能としている。
【００４２】
そして、クランクピン２の第１，２の軸端２Ａ,２Ｂをクランクウェブ４の結合穴７及び縮径部７Ａの内周に圧入嵌合させると、第１の軸端２Ａが前記縮径部７Ａの軸方向端面に当接して両者の軸方向の位置決めが行われる。次いで、互いに圧入により嵌合しているクランクピン２の第２の軸端２Ｂの外周面とクランクウェブ４の結合穴７の縮径部７Ａの内周面とを、矢印Ｊ方向より、電子ビーム溶接若しくはレーザビーム溶接により、第２の軸端２Ｂの周面に沿って全周に渡って溶接して両者を固定する。
【００４３】
本実施例においては、クランクピン２とクランクウェブ４との接合面が、第１，２の軸端２Ａ,２Ｂとクランクウェブ４の結合穴７及び縮径部７Ａとなるため、圧入長さを長く確保することができ、係合強度を高めて、クランクシャフト１の耐久性を向上させることができる。
【００４４】
また、レーザビーム溶接若しくは電子ビーム溶接する部位が、クランクウェブ４の側面に露出しているため、矢印Ｊで示すように、軸方向からビームを照射することができ、ビームが届きやすく、製造が容易である。
【００４５】
本実施形態においては、第１実施形態における効果（ア）に加えて以下に記載した効果を奏することができる。
【００４６】
（イ）メインジャーナル３及びクランクピン２の軸端２Ａ,３Ａを、クランクウェブ４の夫々の結合穴６,７に圧入嵌合させ、前記メインジャーナル３及びクランクピン２の軸端２Ａ,３Ａの結合穴６,７への圧入部分の先端において、夫々クランクウェブ４と軸回りに全周溶接するクランクシャフト１である。そして、前記結合穴６,７は、クランクピン２及びメインジャーナル３の軸端２Ａ,３Ａの圧入嵌合方向の先端側において、その内径を小径に縮径した縮径部６Ａ，７Ａを備え、前記メインジャーナル３及びクランクピン２の軸端２Ａ,３Ａを、前記縮径部６Ａ，７Ａの軸方向端面に当接させて前記クランクウェブ４の夫々の結合穴６,７に圧入嵌合させ、前記メインジャーナル３及びクランクピン２の軸端２Ａ,３Ａの結合穴６,７への圧入部分の先端において、夫々クランクウェブ４の縮径部６Ａ，７Ａと軸回りに全周溶接している。このため、クランクピン２とメインジャーナル３とが軸方向から見てオーバーラップするクランクシャフト１にも適用でき、その耐久性、組立性を向上させることができる。
【００４７】
(ウ)クランクウェブ４に設けるクランクピン２の結合穴６,７に対する圧入嵌合深さは、メインジャーナル３の結合穴６,７に対する圧入嵌合深さより大きく形成している。このため、メインジャーナル３の外径がクランクピン２の外径より大きいことから、メインジャーナル３の軸端２Ａ,３Ａとその結合穴６,７との嵌合面積(嵌合径×嵌合長さ)を確保しやすい。また、メインジャーナル３に比べて大きい曲げ応力が発生するクランクピン２の結合穴６,７に対する挿入長さを増加させることで、その係合強度を確保して、耐久性を向上させることができる。
【００４８】
(エ)メインジャーナル３及びクランクピン２は、中空軸により形成され、前記メインジャーナル３及びクランクピン２とクランクウェブ４とは、中空穴の端部と縮径部６Ａ，７Ａの端部との間で軸回りに全周溶接している。このため、クランクシャフト１を軽量化することができる。
【００４９】
(オ)メインジャーナル３及びクランクピン２の中空軸により形成された内径は、当該メインジャーナル３及びクランクピン２の軸端２Ａ,３Ａが当接する縮径部６Ａ，７Ａの内径と同等に形成されている。このため、中空軸で構成するクランクピン２及びメインジャーナル３の軸端２Ａ,３Ａと縮径部６Ａ，７Ａとの当接面の溶接時に、その溶融ビードの熱が均等にクランクウェブ４とクランクピン２及びメインジャーナル３とへ伝わり、溶接品質を安定させる効果がある。
【００５０】
(カ)図６〜図８に示すクランクシャフト１においては、クランクウェブ４の結合穴６に圧入嵌合されるメインジャーナル３の軸端３Ａは、ジャーナルを形成する一般部位から所定の曲率アールＲをもって徐々に拡大させ、曲率アールＲの終端より拡径させた外径に形成され、結合穴６の内面との間で軸回りに全周溶接している。このため、クランクピン２の軸端２Ａに比較して、圧入長さが短くなるメインジャーナル３の軸端３Ａの外径を拡大させて、その圧入嵌合面積(嵌合径×嵌合長さ)を大きくして、その係合強度を向上させることができる。また、メインジャーナル３の軸端３Ａの外径が曲率Ｒを介して拡大されていることにより、この拡大された軸端３Ａの外周と結合穴６の内周とを全周に渡って、レーザビーム溶接若しくは電子ビーム溶接することもでき、応力集中部位を回避しつつ、メインジャーナル３の軸端３Ａとクランクウェブ４の結合穴６との間の接合部を増やすことができる。
【００５１】
(キ)図８に示すクランクシャフト１では、メインジャーナル３若しくはクランクピン２のクランクウェブ４の結合穴６,７に圧入嵌合される軸端２Ａ,３Ａには、結合穴６,７の縮径部６Ａ，７Ａに圧入嵌合する第２の軸端２Ｂ,３Ｂが設けられ、前記メインジャーナル３若しくはクランクピン２の軸端２Ａ,３Ａの結合穴６,７への圧入部分の先端での縮径部６Ａ，７Ａとの軸回りに全周溶接は、第２の軸端２Ｂ,３Ｂの外周面と縮径部６Ａ，７Ａの内周面との全周溶接へ変更している。このため、メインジャーナル３若しくはクランクピン２とクランクウェブ４との接合面が、第１，２の軸端２Ａ,３Ａ,２Ｂ,３Ｂとクランクウェブ４の結合穴６,７及び縮径部６Ａ，７Ａとなり、圧入長さを長く確保することができ、係合強度を高めて、クランクシャフト１の耐久性を向上させることができる。また、レーザビーム溶接若しくは電子ビーム溶接する部位が、クランクウェブ４の側面に露出しているため、軸方向からビームを照射することができ、ビームが届きやすく、製造が容易である。
【００５２】
(ク)図７に示すクランクシャフト１においては、メインジャーナル３のクランクウェブ４の結合穴６に圧入嵌合される軸端３Ａには、結合穴６の縮径部６Ａに圧入嵌合する第２の軸端３Ｂが設けられ、前記メインジャーナル３の軸端３Ａの結合穴６への圧入部分の先端での縮径部６Ａとの軸回りに全周溶接は、第２の軸端３Ｂの外周面と縮径部６Ａの内周面との全周溶接へ変更されている。このため、メインジャーナル３とクランクウェブ４との接合面が、第１，２の軸端３Ａ,３Ｂとクランクウェブ４の結合穴６及び縮径部６Ａとなるため、圧入長さを長く確保することができ、係合強度を高めて、クランクシャフト１の耐久性を向上させることができる。また、レーザビーム溶接若しくは電子ビーム溶接する部位が、クランクウェブ４の側面に露出しているため、軸方向からビームを照射することができ、ビームが届きやすく、製造が容易である。しかも、メインジャーナル３の第１の軸端３Ａとクランクウェブ４の結合穴６との嵌合深さをより浅く形成することを可能とでき、その分だけ、クランクピン２の軸端２Ａとクランクウェブ４の結合穴７との嵌合深さを大きくして、メインジャーナル３に比べて大きい曲げ応力が発生するクランクピン２の結合穴７に対する挿入長さを増加させることで、その係合強度を確保して、耐久性を向上させることができる。
【符号の説明】
【００５３】
１ クランクシャフト
２ クランクピン
２Ａ、３Ａ、２Ｂ、３Ｂ 軸端
３ メインジャーナル
４ クランクウェブ
５ カウンタウェイト
６、７ 結合穴
６Ａ、７Ａ 縮径部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランクピン及びメインジャーナルとこれらを連結するクランクウェブとにより構成されるクランクシャフトであり、
前記メインジャーナル及びクランクピンの軸端を、前記クランクウェブの夫々の結合穴に挿入し、
前記メインジャーナル及びクランクピンの軸端の結合穴への挿入部分の先端において、夫々クランクウェブと軸回りに全周溶接していることを特徴とするクランクシャフト。
【請求項２】
前記結合穴は、クランクピン及びメインジャーナルの軸端の挿入方向の先端側において、その内径を小径に縮径した縮径部を備え、
前記メインジャーナル及びクランクピンの軸端を、前記縮径部の軸方向端面に当接させて前記クランクウェブの夫々の結合穴に挿入し、
前記メインジャーナル及びクランクピンの軸端の結合穴への挿入部分の先端において、夫々クランクウェブの縮径部と軸回りに全周溶接してい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。
【請求項３】
前記クランクウェブに設けるクランクピンの結合穴に対する挿入深さは、メインジャーナルの結合穴に対する挿入深さより大きく形成していることを特徴とする請求項２に記載のクランクシャフト。
【請求項４】
前記メインジャーナル及びクランクピンは、中空軸により形成され、
前記メインジャーナル及びクランクピンとクランクウェブとは、前記メインジャーナル及びクランクピンの中空穴の端部と縮径部の端部との間で軸回りに全周溶接していることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のクランクシャフト。
【請求項５】
前記メインジャーナル及びクランクピンの中空軸により形成された内径は、当該メインジャーナル及びクランクピンの軸端が当接する縮径部の内径と同等に形成されていることを特徴とする請求項４に記載のクランクシャフト。
【請求項６】
前記メインジャーナル若しくはクランクピンのクランクウェブの結合穴に挿入される軸端には、結合穴の縮径部に挿入される第２の軸端が設けられ、
前記メインジャーナル若しくはクランクピンの軸端の結合穴への挿入部分の先端での縮径部との軸回りに全周溶接は、第２の軸端の外周面と縮径部の内周面との全周溶接へ変更されていることを特徴とする請求項２から請求項５のいずれか一つに記載のクランクシャフト。
【請求項７】
前記メインジャーナルのクランクウェブの結合穴に挿入される軸端には、結合穴の縮径部に挿入される第２の軸端が設けられ、
前記メインジャーナルの軸端の結合穴への挿入部分の先端での縮径部との軸回りに全周溶接は、第２の軸端の外周面と縮径部の内周面との全周溶接へと変更していることを特徴とする請求項２から請求項５のいずれか一つに記載のクランクシャフト。
【請求項８】
前記クランクウェブの結合穴に挿入されるメインジャーナルの軸端は、ジャーナルを形成する一般部位から所定の曲率アールＲをもって徐々に拡大させ、曲率アールＲの終端より拡径させた外径に形成され、結合穴の内面との間で軸回りに全周溶接していることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一つに記載のクランクシャフト。
【請求項９】
前記メインジャーナル及びクランクピンの軸端は、前記クランクウェブの夫々の結合穴に圧入嵌合していることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一つに記載のクランクシャフト。
【請求項１０】
クランクピン及びメインジャーナルとこれらを連結するクランクウェブとにより構成されるクランクシャフトの製造方法であり、
前記メインジャーナル及びクランクピンの軸端を前記クランクウェブの夫々の結合穴に挿入し、
前記メインジャーナル及びクランクピンの軸端の結合穴への挿入部分の先端において、夫々クランクウェブと軸回りに全周溶接することを特徴とするクランクシャフトの製造方法。
【請求項１１】
前記結合穴は、クランクピン及びメインジャーナルの軸端の挿入方向の先端側において、その内径を小径に縮径した縮径部を備え、
前記メインジャーナル及びクランクピンの軸端を前記縮径部の軸方向端面に当接させて前記クランクウェブの夫々の結合穴に挿入し、
前記メインジャーナル及びクランクピンの軸端の結合穴への挿入部分の先端において、夫々クランクウェブの縮径部と軸回りに全周溶接することを特徴とする請求項１０に記載のクランクシャフトの製造方法。
【請求項１】
クランクピン及びメインジャーナルとこれらを連結するクランクウェブとにより構成されるクランクシャフトであり、
前記メインジャーナル及びクランクピンの軸端を、前記クランクウェブの夫々の結合穴に挿入し、
前記メインジャーナル及びクランクピンの軸端の結合穴への挿入部分の先端において、夫々クランクウェブと軸回りに全周溶接していることを特徴とするクランクシャフト。
【請求項２】
前記結合穴は、クランクピン及びメインジャーナルの軸端の挿入方向の先端側において、その内径を小径に縮径した縮径部を備え、
前記メインジャーナル及びクランクピンの軸端を、前記縮径部の軸方向端面に当接させて前記クランクウェブの夫々の結合穴に挿入し、
前記メインジャーナル及びクランクピンの軸端の結合穴への挿入部分の先端において、夫々クランクウェブの縮径部と軸回りに全周溶接してい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。
【請求項３】
前記クランクウェブに設けるクランクピンの結合穴に対する挿入深さは、メインジャーナルの結合穴に対する挿入深さより大きく形成していることを特徴とする請求項２に記載のクランクシャフト。
【請求項４】
前記メインジャーナル及びクランクピンは、中空軸により形成され、
前記メインジャーナル及びクランクピンとクランクウェブとは、前記メインジャーナル及びクランクピンの中空穴の端部と縮径部の端部との間で軸回りに全周溶接していることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のクランクシャフト。
【請求項５】
前記メインジャーナル及びクランクピンの中空軸により形成された内径は、当該メインジャーナル及びクランクピンの軸端が当接する縮径部の内径と同等に形成されていることを特徴とする請求項４に記載のクランクシャフト。
【請求項６】
前記メインジャーナル若しくはクランクピンのクランクウェブの結合穴に挿入される軸端には、結合穴の縮径部に挿入される第２の軸端が設けられ、
前記メインジャーナル若しくはクランクピンの軸端の結合穴への挿入部分の先端での縮径部との軸回りに全周溶接は、第２の軸端の外周面と縮径部の内周面との全周溶接へ変更されていることを特徴とする請求項２から請求項５のいずれか一つに記載のクランクシャフト。
【請求項７】
前記メインジャーナルのクランクウェブの結合穴に挿入される軸端には、結合穴の縮径部に挿入される第２の軸端が設けられ、
前記メインジャーナルの軸端の結合穴への挿入部分の先端での縮径部との軸回りに全周溶接は、第２の軸端の外周面と縮径部の内周面との全周溶接へと変更していることを特徴とする請求項２から請求項５のいずれか一つに記載のクランクシャフト。
【請求項８】
前記クランクウェブの結合穴に挿入されるメインジャーナルの軸端は、ジャーナルを形成する一般部位から所定の曲率アールＲをもって徐々に拡大させ、曲率アールＲの終端より拡径させた外径に形成され、結合穴の内面との間で軸回りに全周溶接していることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一つに記載のクランクシャフト。
【請求項９】
前記メインジャーナル及びクランクピンの軸端は、前記クランクウェブの夫々の結合穴に圧入嵌合していることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一つに記載のクランクシャフト。
【請求項１０】
クランクピン及びメインジャーナルとこれらを連結するクランクウェブとにより構成されるクランクシャフトの製造方法であり、
前記メインジャーナル及びクランクピンの軸端を前記クランクウェブの夫々の結合穴に挿入し、
前記メインジャーナル及びクランクピンの軸端の結合穴への挿入部分の先端において、夫々クランクウェブと軸回りに全周溶接することを特徴とするクランクシャフトの製造方法。
【請求項１１】
前記結合穴は、クランクピン及びメインジャーナルの軸端の挿入方向の先端側において、その内径を小径に縮径した縮径部を備え、
前記メインジャーナル及びクランクピンの軸端を前記縮径部の軸方向端面に当接させて前記クランクウェブの夫々の結合穴に挿入し、
前記メインジャーナル及びクランクピンの軸端の結合穴への挿入部分の先端において、夫々クランクウェブの縮径部と軸回りに全周溶接することを特徴とする請求項１０に記載のクランクシャフトの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−２１０００３（Ｐ２０１０−２１０００３Ａ）
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５６３３７（Ｐ２００９−５６３３７）
【出願日】平成２１年３月１０日（２００９．３．１０）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月１０日（２００９．３．１０）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
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