組立式クランクシャフト及びその製造方法
【課題】切削加工によらず組立式クランクシャフトに油通路を設けること。
【解決手段】組立式クランクシャフト１の締結部3は、鍛造された隣り合う分割ピース2A〜2Jのうち一方に設けられた有底の穴部7と、他方に設けられセレーションを有する軸部5とを含み、穴部7に軸部5を圧入して塑性締結することで隣り合う分割ピースを組み付ける。一方の分割ピースに穴部7を含む袖部6が設けられ、袖部6が穴部7に圧入された軸部5を覆う。袖部6が軸部5を覆う状態で袖部6の先端が軸部5の付け根に当接する。隣り合う分割ピースの間で軸部5を覆う袖部6によりジャーナル部10又はピン部9が構成される。ピン部9に関わり、穴部7と軸部5の間には隙間16が設けられる。鍛造時には、その軸部5にて周方向に周溝13が形成され、その穴部7の底壁に、隣接するジャーナル部10の外周に通じる貫通孔12が形成され、その袖部6の端面に穴部7から袖部6の外周に通じる連通溝14が形成される。
【解決手段】組立式クランクシャフト１の締結部3は、鍛造された隣り合う分割ピース2A〜2Jのうち一方に設けられた有底の穴部7と、他方に設けられセレーションを有する軸部5とを含み、穴部7に軸部5を圧入して塑性締結することで隣り合う分割ピースを組み付ける。一方の分割ピースに穴部7を含む袖部6が設けられ、袖部6が穴部7に圧入された軸部5を覆う。袖部6が軸部5を覆う状態で袖部6の先端が軸部5の付け根に当接する。隣り合う分割ピースの間で軸部5を覆う袖部6によりジャーナル部10又はピン部9が構成される。ピン部9に関わり、穴部7と軸部5の間には隙間16が設けられる。鍛造時には、その軸部5にて周方向に周溝13が形成され、その穴部7の底壁に、隣接するジャーナル部10の外周に通じる貫通孔12が形成され、その袖部6の端面に穴部7から袖部6の外周に通じる連通溝14が形成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、エンジンのクランクシャフトに係り、詳しくは、複数の分割ピースを一体に組み立ててなる組立式クランクシャフト及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の技術として、例えば、下記の特許文献１には、複数の構成部品を一体に組み立ててなる組立式クランクシャフトにおいて、ジャーナル部やピン部に潤滑油を供給する油通路が開示されている。この油通路は、ジャーナル部に垂直に形成された油孔と、ジャーナル部とピン部との間にて斜めに形成された油孔とを含む。
【０００３】
【特許文献１】特許第２８０７７６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、特許文献１に記載の組立式クランクシャフトでは、油孔を形成するために、各構成部品に切削加工を行わなければならなかった。切削加工は、各構成部品の作製時に行われたり、クランクシャフトを組み立てた後に行われたりすることとなる。このため、このクランクシャフトをエンジンに装着して使用したとき、ジャーナル部やピン部では、切削加工後に残留した切削バリによりメタル焼き付きが起こるおそれがあった。
【０００５】
この発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、切削加工によることなく油通路を設けることを可能とした組立式クランクシャフト及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、複数の分割ピースを締結部にて互いに組み付けて一体に組み立ててなる組立式クランクシャフトであって、締結部は、隣り合う分割ピースのうち一方の分割ピースに設けられた穴部と、他方の分割ピースに設けられた軸部とを含み、穴部は有底をなし、軸部は外周にセレーションを有し、穴部に軸部を圧入してセレーションにより塑性締結することにより隣り合う分割ピースが互いに組み付けられることと、一方の分割ピースには、穴部の一部を含む袖部が設けられ、袖部が穴部に圧入された軸部の一部を覆うことと、袖部が軸部の一部を覆った状態で、袖部の先端が軸部の付け根に当接することと、隣り合う分割ピースの間で軸部を覆った袖部によりジャーナル部又はピン部が構成されることと、ピン部を構成する袖部に関わる穴部及び軸部についてセレーションによる塑性締結の充填度を所定値とすることにより穴部と軸部の外周との間に設けられた隙間と、ピン部を構成する袖部に関わる軸部にてセレーションの周方向に形成された周溝と、ピン部を構成する袖部に含まれる穴部の底壁に形成され、隣接するジャーナル部の外周に通じる貫通孔と、ピン部を構成する袖部の端面に形成され、袖部に含まれる穴部から袖部の外周に通じる連通溝とを備えたことを趣旨とする。
【０００７】
上記発明の構成によれば、隣り合う分割ピースの一方に設けられた穴部に、他方の分割ピースに設けられた軸部の全体が圧入されるので、軸部と穴部による締結部の長さが最大限確保される。また、穴部と軸部はセレーションにより塑性締結するので、強固な締結力が得られる。更に、軸部と穴部が締結した状態で、袖部の先端が軸部の付け根に当接し、軸部の先端が穴部の内壁に接するので、軸部がその両端にてエンジンの爆発力による反力を支持することとなる。
ここで、ピン部に関わる穴部及び軸部についてセレーションによる塑性締結の充填度を所定値としたので、その穴部と軸部の外周との間で、締結力を確保しつつ潤滑油のための隙間が得られる。ジャーナル部の外周へ供給される潤滑油は、ピン部に関わる穴部へ貫通孔を通じて流れ、上記隙間を流れて周溝にて集められ、連通溝を通じて袖部の外周、すなわちピン部の外周へ供給される。従って、これら貫通孔、隙間、周溝及び連通溝により潤滑油のための油通路が構成される。また、これら貫通孔、周溝及び連通溝は、各分割ピースを作製する過程で鍛造により同時に形成することが可能であり、上記隙間は、各分割ピースを組み付ける過程で同時に形成することが可能である。
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、ピン部を構成する袖部の外周に、袖部の軸線方向に延び、連通溝に通じる長溝が形成されたことを趣旨とする。
【０００９】
上記発明の構成によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、連通溝を流れる潤滑油は、ピン部に関わる袖部の外周の長溝を通じてピン部の外周の軸線方向へ行き渡る。
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、複数の分割ピースを互いに組み付けて一体に組み立ててなる組立式クランクシャフトの製造方法であって、厚板状のカウンタウェイト部と、カウンタウェイト部の一端側へ突出すると共に外周にセレーションを有する軸部と、カウンタウェイト部の他端側へ突出する袖部と、袖部からカウンタウェイト部にかけて設けられる有底の穴部とを含む複数の分割ピースを鍛造により作製する作製工程と、隣り合う分割ピースのうち一方の分割ピースに設けられた穴部に、他方の分割ピースに設けられた軸部を圧入してセレーションにより塑性締結し、軸部の一部を袖部により覆うと共に袖部の先端を軸部の付け根に当接させて隣り合う分割ピースを互いに組み付けると共に、隣り合う分割ピースの間で軸部を覆った袖部によりジャーナル部又はピン部を構成する組立工程とを備え、作製工程では、更に、各分割ピースを鍛造する過程で、ピン部を構成する袖部により覆われた軸部にてセレーションの周方向に周溝を形成し、ピン部を構成する袖部に含まれる穴部の底壁に、隣接するジャーナル部の外周に通じる貫通孔を形成し、ピン部を構成する袖部の端面に、袖部に含まれる穴部から袖部の外周に通じる連通溝を形成し、組立工程では、更に、ピン部を構成する袖部に関わる穴部及び軸部についてセレーションによる塑性締結の充填度を所定値とすることにより穴部と軸部の外周との間に隙間を設けることを趣旨とする。
【００１１】
上記発明の構成によれば、ジャーナル部の外周へ供給される潤滑油は、貫通孔、隙間、周溝及び連通溝を経由してピン部の外周へ供給され、これら貫通孔、隙間、周溝及び連通溝により潤滑油のための油通路が構成される。これら貫通孔、周溝及び連通溝は、各分割ピースを鍛造により作製する過程で同時に形成され、隙間は、各分割ピースを組み付ける過程で同時に形成されるので、切削加工の必要がなく、製造上の手間が省かれる。
【００１２】
上記目的を達成するために、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、作製工程では、更に、ピン部を構成する袖部の外周に、袖部の軸線方向に延び、連通溝に通じる長溝を形成することを趣旨とする。
【００１３】
上記発明の構成によれば、請求項３に記載の発明の作用に加え、連通溝を流れる潤滑油は、ピン部に関わる袖部の外周の長溝を通じてピン部の外周の軸線方向へ行き渡る。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に記載の発明によれば、組立式クランクシャフトに対して切削加工によることなく油通路を設けることができ、油通路を有する組立式クランクシャフトの製造を簡略化することができる。
【００１５】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、ピン部の外周全域に潤滑油を供給することができ、ピン部の潤滑性能を高めることができる。
【００１６】
請求項３に記載の発明によれば、組立式クランクシャフトに対して切削加工によることなく油通路を設けることができ、油通路を有する組立式クランクシャフトの製造を簡略化することができる。
【００１７】
請求項４に記載の発明によれば、請求項３に記載の発明の効果に加え、ピン部の外周全域に潤滑油を供給することができ、ピン部の潤滑性能を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の組立式クランクシャフト及びその製造方法を具体化した一実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。この実施形態では、本発明を４気筒エンジン用の組立式クランクシャフトに具体化して説明する。
【００１９】
図１に、本実施形態の組立式クランクシャフト１を側面図により示す。この組立式クランクシャフト１は、１０個の分割ピース２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅ，２Ｆ，２Ｇ，２Ｈ，２Ｉ，２Ｊを締結部３にて互いに組み付けて一体に組み立てることにより構成される。各分割ピース２Ａ〜２Ｊは、適量のカーボンを含有した「Ｓ４５Ｃ」や「Ｓ３５Ｃ」等を材料として鍛造により作製されたものである。
【００２０】
図１において、左側から第２分割ピース２Ｂ、第４分割ピース２Ｄ、第６分割ピース２Ｆ及び第８分割ピース２Ｈは互いに同一形状をなしている。これら分割ピース２Ｂ，２Ｄ，２Ｆ，２Ｈは、厚板状のカウンタウェイト部４と、そのカウンタウェイト部４の一端側（図面左側）へ突出する軸部５と、そのカウンタウェイト部４の他端側（図面右側）へ突出する袖部６と、その袖部６及びカウンタウェイト部４を貫通する穴部７とを備える。これら分割ピース２Ｂ，２Ｄ，２Ｆ，２Ｈにおいて、軸部５は、カウンタウェイト部４のほぼ中央に配置され、袖部６及び穴部７は、カウンタウェイト部４の片端寄りに配置される。
【００２１】
図１において、左側から第３分割ピース２Ｃ、第５分割ピース２Ｅ、第７分割ピース２Ｇ及び第９分割ピース２Ｉは、互いに同一形状をなしている。これら分割ピース２Ｃ，２Ｅ，２Ｇ，２Ｉは、厚板状のカウンタウェイト部４と、そのカウンタウェイト部４の一端側（図面左側）へ突出する軸部５と、そのカウンタウェイト部４の他端側（図面右側）へ突出する袖部６と、その袖部６及びカウンタウェイト部４を貫通する穴部７とを備える。これら分割ピース２Ｃ，２Ｅ，２Ｇ，２Ｉにおいて、軸部５は、カウンタウェイト部４の片端寄りに配置され、袖部６及び穴部７は、カウンタウェイト部４のほぼ中央に配置される。
【００２２】
図１において、左端の第１分割ピース２Ａと右端の第１０分割ピース２Ｊは、他の分割ピース２Ｂ〜２Ｉと異なる形状をなしている。第１分割ピース２Ａは略筒形をなし、その内部に穴部７を含む。第１０分割ピース２Ｊは、軸部５と、その軸部５の一端に形成されたフランジ部８とを備える。
【００２３】
この実施形態において、各分割ピース２Ａ〜２Ｊの締結部３は、それぞれ隣り合う分割ピース２Ａ〜２Ｊの一方に形成された穴部７と、隣り合う分割ピース２Ａ〜２Ｊの他方に形成された軸部５とを含む。各締結部３にて、それぞれ穴部７に軸部５を圧入して締結することにより、隣り合う分割ピース２Ａ〜２Ｊが互いに組み付けられる。
【００２４】
図２，３に、一例として、第２分割ピース２Ｂ、第３分割ピース２Ｃ及び第４分割ピース２Ｄの組み付け工程を側面図により示す。ここで、各分割ピース２Ａ〜２Ｊに設けられる穴部７は、図２，３に示すように、有底をなしている。すなわち、各穴部７は、図面右側に開口し、図面左側に底壁を有して閉じている。また、各分割ピース２Ａ〜２Ｊに設けられる軸部５は、図２，３に示すように、その外周にセレーション１１を有する。セレーション１１は、軸部５の軸線方向に延び、交互に並ぶ山部と谷部より構成される。従って、この実施形態では、穴部７に軸部５を圧入してセレーション１１により塑性締結することにより、隣り合う分割ピース２Ａ〜２Ｊが互いに組み付けられるようになっている。図２，３から分かるように、この実施形態では、ジャーナル部１０に関わる軸部５は、ピン部９に関わる軸部５よりも外径が大きくなっている。それに合わせて、ジャーナル部１０に関わる穴部７は、ピン部９に関わる穴部７よりも内径が大きく構成されるようになっている。
【００２５】
第２及び第３の分割ピース２Ｂ，２Ｃの組み付けは、第２分割ピース２Ｂの袖部６に開いた穴部７に、第３分割ピース２Ｃの軸部５を圧入してセレーション１１により塑性締結することにより行われる。この圧入により、袖部６が穴部７に圧入された軸部５の一部を覆うこととなる。このように第２分割ピース２Ｂの袖部６が第３分割ピース２Ｃの軸部５の一部を覆った状態で、袖部６の先端が軸部５の付け根に当接することとなる。このように隣り合う分割ピース２Ｂ，２Ｃの間で軸部５を覆った袖部６によりピン部９が構成される。同様に、第３分割ピース２Ｃの袖部６に開いた穴部７に、第４分割ピース２Ｄの軸部５を圧入してセレーション１１により塑性締結することにより、両分割ピース２Ｃ，２Ｄの組み付けが行われる。この圧入により、袖部６が穴部７に圧入された軸部５の一部を覆うこととなり、その状態で袖部６の先端が軸部５の付け根に当接することとなる。このように隣り合う分割ピース２Ｃ，２Ｄの間で軸部５を覆った袖部６によりジャーナル部１０が構成される。第５分割ピース２Ｅ〜第９分割ピース２Ｉの組み付けについても上記と同様である。
【００２６】
この他、第２分割ピース２Ｂの軸部５を第１分割ピース２Ａの穴部７に圧入してセレーションにより塑性締結することにより、両分割ピース２Ａ，２Ｂの組み付けが行われる。このように第２分割ピース２Ｂの軸部５を覆った第１分割ピース２Ａの外周によりジャーナル部１０が構成される。また、第１０分割ピース２Ｊの軸部５を第９分割ピース２Ｉの穴部７に圧入してセレーションにより塑性締結することにより、両分割ピース２Ｉ，２Ｊの組み付けが行われる。このように隣り合う分割ピース２Ｉ，２Ｊの間で軸部５を覆った袖部６によりジャーナル部１０が構成される。
【００２７】
図４に、組み付け状態の第３〜第５の分割ピース２Ｃ〜２Ｅを断面図により示す。図５に、第４分割ピース２Ｄのピン部９を図４のＸ−Ｘ線断面図により示す。図４に示すように、各分割ピース２Ｃ〜２Ｅの組み付け状態では、袖部６が軸部５の一部を覆った状態で、袖部６の先端が軸部５の付け根に当接している。また、軸部５の先端は穴部７の底壁に対しわずかな隙間を隔てて近接している。ここで、袖部６の先端と軸部５の付け根は、それぞれ面取りされて湾曲面をなしている。
【００２８】
この組立式クランクシャフト１は、エンジンに装着されることにより、外部から各ジャーナル部１０に潤滑油が供給され、そのジャーナル部１０に供給される潤滑油を隣接するピン部９へ供給するための油通路を有する。この組立式クランクシャフト１は、各ジャーナル部１０がジャーナルメタル（図示略）を介してエンジンブロックの軸受に支持される。また、各ピン部９には、コンロッドメタルを介してコンロッドが連結され、そのコンロッドの先端にピストンが連結される（共に図示略）。そして、各ジャーナル部１０には、軸受からジャーナルメタルを介して潤滑油が供給され、その供給された潤滑油が油通路を経由して隣接するピン部９へ供給されるようになっている。この油通路について以下に説明する。
【００２９】
すなわち、図４に示すように、ピン部９を構成する袖部６に含まれる穴部７の底壁には、隣接するジャーナル部１０を構成する袖部６の外周、すなわちジャーナル部１０の外周に通じる貫通孔１２が形成される。この貫通孔１２を、ジャーナル部１０に通じさせるために、ジャーナル部１０を構成する袖部６の外径Ｒｊが、ジャーナル部１０を構成する袖部６の軸線Ｌｊからピン部９を構成する袖部６に関わる穴部７までの最短距離Ｒｐよりも大きくなるように設定される。つまり、この組立式クランクシャフト１を軸線Ｌｊの方向の一端側から見た場合、ジャーナル１０の外周が、ピン部９に関わる穴部７と重なるように配置される。図２，４，５に示すように、ピン部９を構成する袖部６により覆われた軸部５の付け根には、セレーション１１の周方向に沿って周溝１３が形成される。また、図４，５に示すように、ピン部９を構成する袖部６の端面には、その袖部６に含まれる穴部７から袖部６の外周、すなわちピン部９の外周に通じる連通溝１４が形成される。この連通溝１４と周溝１３は互いに連通する。更に、図４，５に示すように、ピン部９を構成する袖部６の外周には、その袖部６の軸線方向に延び、連通溝１４に通じる長溝１５が形成される。
【００３０】
一方、ピン部９を構成する袖部６に関わる穴部７及び軸部５についてセレーション１１による塑性締結の充填度を所定値とすることにより、その穴部７と、その穴部７に圧入される軸部６の外周との間に所定の隙間１６が形成される。この実施形態では、セレーション１１による塑性締結の充填度Ｆｄを「０.２５以上０.８以下」に設定することにより、この隙間１６を設けている。図６に、「Ｆｄ＝０.２５」となる場合の締結部３の一部を拡大断面図により示す。図７に、「Ｆｄ＝０.８」となる場合の締結部３の一部を拡大断面図により示す。図８に、比較として、「Ｆｄ＝１.０」となる場合の締結部３の一部を拡大断面図により示す。図６〜８に示すように、この実施形態で、セレーション１１を構成する隣り合う二つの歯１１ａの間の谷部が略Ｖ字形をなしている。ここで、充填度Ｆｄは、図６，７に示すように、セレーション１１の歯１１ａの高さ（歯丈）Ｈｔに対する、歯１１ａの袖部６への食い込み深さ（充填丈）Ｈｆの割合を意味する。図８に示すように、「Ｆｄ＝１.０」となる場合では、歯１１ａの全部が袖部６の肉に食い込むので、穴部７の内壁と軸部５の外周との間には、隙間１６が形成されない。これに対し、図６，７に示すように、充填度Ｆｄが「０.２５以上０.８以下」の範囲では、歯１１ａの一部が袖部６の肉に食い込むだけで、穴部７の内壁と軸部５の外周との間に適度な隙間１６が形成されることとなる。ここで、充填度Ｆｄを「０.２５以上０.８以下」の範囲に設定したのは、この範囲の充填度Ｆｄによれば、締結力を確保しつつ潤滑油の流れを確保できる隙間１６が得られるからである。
【００３１】
上記した組立式クランクシャフト１を製造するには、先ず、作製工程において、厚板状のカウンタウェイト部４と、そのカウンタウェイト部４の一端側へ突出すると共に外周にセレーション１５を有する軸部５と、そのカウンタウェイト部４の他端側へ突出する袖部６と、その袖部６からカウンタウェイト部４にかけて設けられる有底の穴部７とを含む複数の分割ピース２Ｂ〜２Ｉをそれぞれ鍛造により作製すると共に、両端の分割ピース２Ａ，２Ｊをそれぞれ鍛造により作製しておく。
【００３２】
同じく、作製工程において、各分割ピース２Ａ〜２Ｊを鍛造する過程で、ピン部９を構成する袖部６により覆われた軸部５にてセレーション１１の周方向に周溝１３を同時に形成する。同じく、各分割ピース２Ａ〜２Ｊを鍛造する過程で、ピン部９を構成する袖部６に含まれる穴部７の底壁に、隣接するジャーナル部１０の外周に通じる貫通孔１２を同時に形成する。同じく、各分割ピース２Ａ〜２Ｊを鍛造する過程で、ピン部９を構成する袖部６の端面に、袖部６に含まれる穴部７からその袖部６の外周に通じる連通溝１４を同時に形成すると共に、その袖部６の外周に、その袖部６の軸線方向に延び、連通溝１４に通じる長溝１５を同時に形成する。ここで、各分割ピース２Ａ〜２Ｊを鍛造する過程で、袖部６の先端と軸部５の付け根をそれぞれ面取りする。また、鍛造の後工程として、各分割ピース２Ａ〜２Ｊにつき、袖部６の先端と軸部５の付け根にそれぞれ焼き入れを施すこともできる。
【００３３】
次に、組立工程において、隣り合う分割ピース２Ｂ〜２Ｉのうち一方の分割ピース２Ｂ〜２Ｉに設けられた袖部６の穴部７に、他方の分割ピース２Ｂ〜２Ｉに設けられた軸部５を圧入してセレーション１５により塑性締結し、軸部５の一部を袖部６で覆うと共に、袖部６の先端を軸部５の付け根に当接させて隣り合う分割ピース２Ｂ〜２Ｉを互いに組み付ける。同様に、第１分割ピース２Ａを第２分割ピース２Ｂに組み付けると共に、第１０分割ピース２Ｊを第９分割ピース２Ｉに組み付ける。そして、隣り合う分割ピース２Ａ〜２Ｊの間で、軸部５を覆った袖部６によりジャーナル部１０又はピン部９を構成する。併せて、この組立工程では、ピン部９を構成する袖部６に関わる穴部７及び軸部５についてセレーション１１による塑性締結の充填度Ｆｄを「０.２５以上０.８以下」とすることにより、穴部７と軸部５の外周との間に所定の隙間１６を設ける。このように組み付けることで、組立式クランクシャフト１が完成する。
【００３４】
以上説明したこの実施形態の組立式クランクシャフト１の構成によれば、隣り合う分割ピース２Ａ〜２Ｊの一方に設けられた穴部７に、他方の分割ピース２Ａ〜２Ｊに設けられた軸部５の全体が圧入されるので、軸部５と穴部７による締結部３の長さが最大限に確保される。このため、締結部３として最大限の締結力を得ることができる。また、穴部７と軸部５はセレーション１５により塑性締結するので、強固な締結力が得られる。更に、図９に示すように、軸部３と穴部７が締結された状態で、袖部６の先端が軸部５の付け根に当接し、軸部５の先端が穴部７の内壁に接するので、軸部５がその両端にてエンジンの爆発力による反力を支持することとなる。このため、軸部５に抜け力が働き難い構成となり、エンジン運転時に爆発力がピン部９やジャーナル部１０に作用しても、その爆発力に対する締結部３の強度を高めることができ、締結部３の抜けを防止することができる。つまり、組立式クランクシャフト１がエンジンに使用され、エンジン運転時にピストンの運動力が各ピン部９及び各ジャーナル部１０に作用して、各締結部３の締結が抜ける方向に力が加わっても、各締結部３の強固な締結状態を保つことができる。
【００３５】
また、この実施形態では、袖部６の先端と軸部５の付け根がそれぞれ面取りされるので、袖部６の先端と軸部５の付け根との当接部分における応力集中が面取りにより分散される。このため、袖部６の先端と軸部５の付け根の強度をそれぞれ高めることができ、締結部３の耐久性を向上させることができる。袖部６の先端と軸部５の付け根に焼き入れを施した場合は、袖部６の先端と軸部５の付け根における硬度が増大し、袖部６の先端と軸部５の付け根の強度を更に高めることができ、締結部３の耐久性を更に向上させることができる。
【００３６】
ここで、この実施形態の組立式クランクシャフト１では、ピン部９を構成する袖部６に関わる穴部７及び軸部５についてセレーション１１による塑性締結の充填度Ｆｄを「０.２５以上０.８以下」としたので、その穴部７と軸部５の外周との間で、セレーション１１による締結力を確保しつつセレーション１１に沿って潤滑油のための適度な隙間１６が得られる。ピン部９に関わる穴部７の底壁に形成された貫通孔１２は、隣接するジャーナル部１０の外周に通じるので、外部からジャーナル部１０に供給される潤滑油は貫通孔１２を通じてその穴部７へ流れる。ピン部９に関わる軸部５の付け根には、セレーション１１の周方向に周溝１３が形成されるので、上記隙間１６を流れる潤滑油は周溝１３にて集められる。ピン部９を構成する袖部６の端面に形成された連通溝１４は、その袖部６の穴部７から袖部６の外周に通じるので、上記隙間１６を流れて周溝１３に集められた潤滑油は、連通溝１４を通じて袖部６の外周、すなわちピン部９の外周へ供給される。特に、この実施形態では、連通溝１４から長溝１５を経由して潤滑油がピン部９の外周に供給される。
【００３７】
従って、外部からジャーナル部１０の外周へ供給される潤滑油は、貫通孔１２、隙間１６、周溝１３、連通溝１４及び長溝１５を経由してピン部９の外周へ供給されることとなり、これら貫通孔１２、隙間１６、周溝１３、連通溝１４及び長溝１５により潤滑油のための油通路が構成される。また、これら貫通孔１２、周溝１３、連通溝１４及び長溝１５は、各分割ピース２Ａ〜２Ｊを作製する過程で鍛造により同時に形成することができ、上記隙間１６は、各分割ピース２Ａ〜２Ｊを組み付ける過程で同時に形成することができる。このため、この組立式クランクシャフト１に対して、切削加工によることなく油通路を設けることができ、切削バリの発生を抑えることができる。この結果、この組立式クランクシャフト１をエンジンに使用した場合に、ジャーナル部１０やピン部９では、切削バリによるメタル焼き付きを防止することができる。また、貫通孔１２、隙間１６、周溝１３、連通溝１４及び長溝１５を設けるために切削加工の必要がないことから、製造上の手間が省かれ、油通路を有する組立式クランクシャフト１の製造を簡略化することができる。
【００３８】
また、この実施形態では、ピン部９を構成する袖部６の外周に形成される長溝１５が連通溝１４に通じるので、連通溝１４を流れる潤滑油が長溝１５を通じてピン部９の外周の軸線方向へ行き渡る。このため、ピン部９の外周全域に潤滑油を供給することができ、ピン部９の潤滑性能を高めることができる。
【００３９】
なお、この発明は前記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更して以下のように実施することもできる。
【００４０】
（１）前記実施形態では、図６〜８に示すように、セレーション１１を構成する隣り合う二つの歯１１ａの間の谷部を略Ｖ字形とした。これに対し、図１０に示すように、隣り合う二つの歯１１ａの間の谷部を略方形とすることもできる。ここで、谷部の角は応力集中を避けるために面取りするのが望ましい。この場合、穴部７と軸部５の外周との間の隙間１６の断面積を、前記実施形態よりも拡大することができる。このため、歯丈Ｈｔに対する充填丈Ｈｆの割合としての充填度Ｆｄを「０.９」程度まで上げることができ、締結部３の強度を更に向上させることができる。
【００４１】
（２）前記実施形態では、ピン部９を構成する袖部６に関わる穴部７に圧入される軸部５につき、その付け根に周溝１３を形成したが、図１１に示すように、軸部５の付け根と軸部５の中間部の両方に周溝１３を形成することもできる。
【００４２】
（３）前記実施形態では、本発明を４気筒用エンジンのための組立式クランクシャフト１に具体化したが、本発明を４気筒以外の気筒数のエンジンのための組立式クランクシャフトに具体化することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】組立式クランクシャフトを示す側面図。
【図２】一部の分割ピースの組み付け工程を示す側面図。
【図３】一部の分割ピースの組み付け工程を示す側面図。
【図４】組み付け状態の一部の分割ピースを示す断面図。
【図５】ピン部を示す図４のＸ−Ｘ線断面図。
【図６】締結部の一部を示す拡大断面図。
【図７】締結部の一部を示す拡大断面図。
【図８】締結部の一部を示す拡大断面図。
【図９】締結部に作用する爆発力と反力の関係を示す説明図。
【図１０】締結部の一部を示す拡大断面図。
【図１１】一つの分割ピースを示す側面図。
【符号の説明】
【００４４】
１ 組立式クランクシャフト
２Ａ 第１分割ピース
２Ｂ 第２分割ピース
２Ｃ 第３分割ピース
２Ｄ 第４分割ピース
２Ｅ 第５分割ピース
２Ｆ 第６分割ピース
２Ｇ 第７分割ピース
２Ｈ 第８分割ピース
２Ｉ 第９分割ピース
２Ｊ 第１０分割ピース
３ 締結部
４ カウンタウェイト部
５ 軸部
６ 袖部
７ 穴部
９ ピン部
１０ ジャーナル部
１１ セレーション
１２ 貫通孔
１３ 周溝
１４ 連通溝
１５ 長溝
１６ 隙間
【技術分野】
【０００１】
この発明は、エンジンのクランクシャフトに係り、詳しくは、複数の分割ピースを一体に組み立ててなる組立式クランクシャフト及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の技術として、例えば、下記の特許文献１には、複数の構成部品を一体に組み立ててなる組立式クランクシャフトにおいて、ジャーナル部やピン部に潤滑油を供給する油通路が開示されている。この油通路は、ジャーナル部に垂直に形成された油孔と、ジャーナル部とピン部との間にて斜めに形成された油孔とを含む。
【０００３】
【特許文献１】特許第２８０７７６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、特許文献１に記載の組立式クランクシャフトでは、油孔を形成するために、各構成部品に切削加工を行わなければならなかった。切削加工は、各構成部品の作製時に行われたり、クランクシャフトを組み立てた後に行われたりすることとなる。このため、このクランクシャフトをエンジンに装着して使用したとき、ジャーナル部やピン部では、切削加工後に残留した切削バリによりメタル焼き付きが起こるおそれがあった。
【０００５】
この発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、切削加工によることなく油通路を設けることを可能とした組立式クランクシャフト及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、複数の分割ピースを締結部にて互いに組み付けて一体に組み立ててなる組立式クランクシャフトであって、締結部は、隣り合う分割ピースのうち一方の分割ピースに設けられた穴部と、他方の分割ピースに設けられた軸部とを含み、穴部は有底をなし、軸部は外周にセレーションを有し、穴部に軸部を圧入してセレーションにより塑性締結することにより隣り合う分割ピースが互いに組み付けられることと、一方の分割ピースには、穴部の一部を含む袖部が設けられ、袖部が穴部に圧入された軸部の一部を覆うことと、袖部が軸部の一部を覆った状態で、袖部の先端が軸部の付け根に当接することと、隣り合う分割ピースの間で軸部を覆った袖部によりジャーナル部又はピン部が構成されることと、ピン部を構成する袖部に関わる穴部及び軸部についてセレーションによる塑性締結の充填度を所定値とすることにより穴部と軸部の外周との間に設けられた隙間と、ピン部を構成する袖部に関わる軸部にてセレーションの周方向に形成された周溝と、ピン部を構成する袖部に含まれる穴部の底壁に形成され、隣接するジャーナル部の外周に通じる貫通孔と、ピン部を構成する袖部の端面に形成され、袖部に含まれる穴部から袖部の外周に通じる連通溝とを備えたことを趣旨とする。
【０００７】
上記発明の構成によれば、隣り合う分割ピースの一方に設けられた穴部に、他方の分割ピースに設けられた軸部の全体が圧入されるので、軸部と穴部による締結部の長さが最大限確保される。また、穴部と軸部はセレーションにより塑性締結するので、強固な締結力が得られる。更に、軸部と穴部が締結した状態で、袖部の先端が軸部の付け根に当接し、軸部の先端が穴部の内壁に接するので、軸部がその両端にてエンジンの爆発力による反力を支持することとなる。
ここで、ピン部に関わる穴部及び軸部についてセレーションによる塑性締結の充填度を所定値としたので、その穴部と軸部の外周との間で、締結力を確保しつつ潤滑油のための隙間が得られる。ジャーナル部の外周へ供給される潤滑油は、ピン部に関わる穴部へ貫通孔を通じて流れ、上記隙間を流れて周溝にて集められ、連通溝を通じて袖部の外周、すなわちピン部の外周へ供給される。従って、これら貫通孔、隙間、周溝及び連通溝により潤滑油のための油通路が構成される。また、これら貫通孔、周溝及び連通溝は、各分割ピースを作製する過程で鍛造により同時に形成することが可能であり、上記隙間は、各分割ピースを組み付ける過程で同時に形成することが可能である。
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、ピン部を構成する袖部の外周に、袖部の軸線方向に延び、連通溝に通じる長溝が形成されたことを趣旨とする。
【０００９】
上記発明の構成によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、連通溝を流れる潤滑油は、ピン部に関わる袖部の外周の長溝を通じてピン部の外周の軸線方向へ行き渡る。
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、複数の分割ピースを互いに組み付けて一体に組み立ててなる組立式クランクシャフトの製造方法であって、厚板状のカウンタウェイト部と、カウンタウェイト部の一端側へ突出すると共に外周にセレーションを有する軸部と、カウンタウェイト部の他端側へ突出する袖部と、袖部からカウンタウェイト部にかけて設けられる有底の穴部とを含む複数の分割ピースを鍛造により作製する作製工程と、隣り合う分割ピースのうち一方の分割ピースに設けられた穴部に、他方の分割ピースに設けられた軸部を圧入してセレーションにより塑性締結し、軸部の一部を袖部により覆うと共に袖部の先端を軸部の付け根に当接させて隣り合う分割ピースを互いに組み付けると共に、隣り合う分割ピースの間で軸部を覆った袖部によりジャーナル部又はピン部を構成する組立工程とを備え、作製工程では、更に、各分割ピースを鍛造する過程で、ピン部を構成する袖部により覆われた軸部にてセレーションの周方向に周溝を形成し、ピン部を構成する袖部に含まれる穴部の底壁に、隣接するジャーナル部の外周に通じる貫通孔を形成し、ピン部を構成する袖部の端面に、袖部に含まれる穴部から袖部の外周に通じる連通溝を形成し、組立工程では、更に、ピン部を構成する袖部に関わる穴部及び軸部についてセレーションによる塑性締結の充填度を所定値とすることにより穴部と軸部の外周との間に隙間を設けることを趣旨とする。
【００１１】
上記発明の構成によれば、ジャーナル部の外周へ供給される潤滑油は、貫通孔、隙間、周溝及び連通溝を経由してピン部の外周へ供給され、これら貫通孔、隙間、周溝及び連通溝により潤滑油のための油通路が構成される。これら貫通孔、周溝及び連通溝は、各分割ピースを鍛造により作製する過程で同時に形成され、隙間は、各分割ピースを組み付ける過程で同時に形成されるので、切削加工の必要がなく、製造上の手間が省かれる。
【００１２】
上記目的を達成するために、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、作製工程では、更に、ピン部を構成する袖部の外周に、袖部の軸線方向に延び、連通溝に通じる長溝を形成することを趣旨とする。
【００１３】
上記発明の構成によれば、請求項３に記載の発明の作用に加え、連通溝を流れる潤滑油は、ピン部に関わる袖部の外周の長溝を通じてピン部の外周の軸線方向へ行き渡る。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に記載の発明によれば、組立式クランクシャフトに対して切削加工によることなく油通路を設けることができ、油通路を有する組立式クランクシャフトの製造を簡略化することができる。
【００１５】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、ピン部の外周全域に潤滑油を供給することができ、ピン部の潤滑性能を高めることができる。
【００１６】
請求項３に記載の発明によれば、組立式クランクシャフトに対して切削加工によることなく油通路を設けることができ、油通路を有する組立式クランクシャフトの製造を簡略化することができる。
【００１７】
請求項４に記載の発明によれば、請求項３に記載の発明の効果に加え、ピン部の外周全域に潤滑油を供給することができ、ピン部の潤滑性能を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の組立式クランクシャフト及びその製造方法を具体化した一実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。この実施形態では、本発明を４気筒エンジン用の組立式クランクシャフトに具体化して説明する。
【００１９】
図１に、本実施形態の組立式クランクシャフト１を側面図により示す。この組立式クランクシャフト１は、１０個の分割ピース２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅ，２Ｆ，２Ｇ，２Ｈ，２Ｉ，２Ｊを締結部３にて互いに組み付けて一体に組み立てることにより構成される。各分割ピース２Ａ〜２Ｊは、適量のカーボンを含有した「Ｓ４５Ｃ」や「Ｓ３５Ｃ」等を材料として鍛造により作製されたものである。
【００２０】
図１において、左側から第２分割ピース２Ｂ、第４分割ピース２Ｄ、第６分割ピース２Ｆ及び第８分割ピース２Ｈは互いに同一形状をなしている。これら分割ピース２Ｂ，２Ｄ，２Ｆ，２Ｈは、厚板状のカウンタウェイト部４と、そのカウンタウェイト部４の一端側（図面左側）へ突出する軸部５と、そのカウンタウェイト部４の他端側（図面右側）へ突出する袖部６と、その袖部６及びカウンタウェイト部４を貫通する穴部７とを備える。これら分割ピース２Ｂ，２Ｄ，２Ｆ，２Ｈにおいて、軸部５は、カウンタウェイト部４のほぼ中央に配置され、袖部６及び穴部７は、カウンタウェイト部４の片端寄りに配置される。
【００２１】
図１において、左側から第３分割ピース２Ｃ、第５分割ピース２Ｅ、第７分割ピース２Ｇ及び第９分割ピース２Ｉは、互いに同一形状をなしている。これら分割ピース２Ｃ，２Ｅ，２Ｇ，２Ｉは、厚板状のカウンタウェイト部４と、そのカウンタウェイト部４の一端側（図面左側）へ突出する軸部５と、そのカウンタウェイト部４の他端側（図面右側）へ突出する袖部６と、その袖部６及びカウンタウェイト部４を貫通する穴部７とを備える。これら分割ピース２Ｃ，２Ｅ，２Ｇ，２Ｉにおいて、軸部５は、カウンタウェイト部４の片端寄りに配置され、袖部６及び穴部７は、カウンタウェイト部４のほぼ中央に配置される。
【００２２】
図１において、左端の第１分割ピース２Ａと右端の第１０分割ピース２Ｊは、他の分割ピース２Ｂ〜２Ｉと異なる形状をなしている。第１分割ピース２Ａは略筒形をなし、その内部に穴部７を含む。第１０分割ピース２Ｊは、軸部５と、その軸部５の一端に形成されたフランジ部８とを備える。
【００２３】
この実施形態において、各分割ピース２Ａ〜２Ｊの締結部３は、それぞれ隣り合う分割ピース２Ａ〜２Ｊの一方に形成された穴部７と、隣り合う分割ピース２Ａ〜２Ｊの他方に形成された軸部５とを含む。各締結部３にて、それぞれ穴部７に軸部５を圧入して締結することにより、隣り合う分割ピース２Ａ〜２Ｊが互いに組み付けられる。
【００２４】
図２，３に、一例として、第２分割ピース２Ｂ、第３分割ピース２Ｃ及び第４分割ピース２Ｄの組み付け工程を側面図により示す。ここで、各分割ピース２Ａ〜２Ｊに設けられる穴部７は、図２，３に示すように、有底をなしている。すなわち、各穴部７は、図面右側に開口し、図面左側に底壁を有して閉じている。また、各分割ピース２Ａ〜２Ｊに設けられる軸部５は、図２，３に示すように、その外周にセレーション１１を有する。セレーション１１は、軸部５の軸線方向に延び、交互に並ぶ山部と谷部より構成される。従って、この実施形態では、穴部７に軸部５を圧入してセレーション１１により塑性締結することにより、隣り合う分割ピース２Ａ〜２Ｊが互いに組み付けられるようになっている。図２，３から分かるように、この実施形態では、ジャーナル部１０に関わる軸部５は、ピン部９に関わる軸部５よりも外径が大きくなっている。それに合わせて、ジャーナル部１０に関わる穴部７は、ピン部９に関わる穴部７よりも内径が大きく構成されるようになっている。
【００２５】
第２及び第３の分割ピース２Ｂ，２Ｃの組み付けは、第２分割ピース２Ｂの袖部６に開いた穴部７に、第３分割ピース２Ｃの軸部５を圧入してセレーション１１により塑性締結することにより行われる。この圧入により、袖部６が穴部７に圧入された軸部５の一部を覆うこととなる。このように第２分割ピース２Ｂの袖部６が第３分割ピース２Ｃの軸部５の一部を覆った状態で、袖部６の先端が軸部５の付け根に当接することとなる。このように隣り合う分割ピース２Ｂ，２Ｃの間で軸部５を覆った袖部６によりピン部９が構成される。同様に、第３分割ピース２Ｃの袖部６に開いた穴部７に、第４分割ピース２Ｄの軸部５を圧入してセレーション１１により塑性締結することにより、両分割ピース２Ｃ，２Ｄの組み付けが行われる。この圧入により、袖部６が穴部７に圧入された軸部５の一部を覆うこととなり、その状態で袖部６の先端が軸部５の付け根に当接することとなる。このように隣り合う分割ピース２Ｃ，２Ｄの間で軸部５を覆った袖部６によりジャーナル部１０が構成される。第５分割ピース２Ｅ〜第９分割ピース２Ｉの組み付けについても上記と同様である。
【００２６】
この他、第２分割ピース２Ｂの軸部５を第１分割ピース２Ａの穴部７に圧入してセレーションにより塑性締結することにより、両分割ピース２Ａ，２Ｂの組み付けが行われる。このように第２分割ピース２Ｂの軸部５を覆った第１分割ピース２Ａの外周によりジャーナル部１０が構成される。また、第１０分割ピース２Ｊの軸部５を第９分割ピース２Ｉの穴部７に圧入してセレーションにより塑性締結することにより、両分割ピース２Ｉ，２Ｊの組み付けが行われる。このように隣り合う分割ピース２Ｉ，２Ｊの間で軸部５を覆った袖部６によりジャーナル部１０が構成される。
【００２７】
図４に、組み付け状態の第３〜第５の分割ピース２Ｃ〜２Ｅを断面図により示す。図５に、第４分割ピース２Ｄのピン部９を図４のＸ−Ｘ線断面図により示す。図４に示すように、各分割ピース２Ｃ〜２Ｅの組み付け状態では、袖部６が軸部５の一部を覆った状態で、袖部６の先端が軸部５の付け根に当接している。また、軸部５の先端は穴部７の底壁に対しわずかな隙間を隔てて近接している。ここで、袖部６の先端と軸部５の付け根は、それぞれ面取りされて湾曲面をなしている。
【００２８】
この組立式クランクシャフト１は、エンジンに装着されることにより、外部から各ジャーナル部１０に潤滑油が供給され、そのジャーナル部１０に供給される潤滑油を隣接するピン部９へ供給するための油通路を有する。この組立式クランクシャフト１は、各ジャーナル部１０がジャーナルメタル（図示略）を介してエンジンブロックの軸受に支持される。また、各ピン部９には、コンロッドメタルを介してコンロッドが連結され、そのコンロッドの先端にピストンが連結される（共に図示略）。そして、各ジャーナル部１０には、軸受からジャーナルメタルを介して潤滑油が供給され、その供給された潤滑油が油通路を経由して隣接するピン部９へ供給されるようになっている。この油通路について以下に説明する。
【００２９】
すなわち、図４に示すように、ピン部９を構成する袖部６に含まれる穴部７の底壁には、隣接するジャーナル部１０を構成する袖部６の外周、すなわちジャーナル部１０の外周に通じる貫通孔１２が形成される。この貫通孔１２を、ジャーナル部１０に通じさせるために、ジャーナル部１０を構成する袖部６の外径Ｒｊが、ジャーナル部１０を構成する袖部６の軸線Ｌｊからピン部９を構成する袖部６に関わる穴部７までの最短距離Ｒｐよりも大きくなるように設定される。つまり、この組立式クランクシャフト１を軸線Ｌｊの方向の一端側から見た場合、ジャーナル１０の外周が、ピン部９に関わる穴部７と重なるように配置される。図２，４，５に示すように、ピン部９を構成する袖部６により覆われた軸部５の付け根には、セレーション１１の周方向に沿って周溝１３が形成される。また、図４，５に示すように、ピン部９を構成する袖部６の端面には、その袖部６に含まれる穴部７から袖部６の外周、すなわちピン部９の外周に通じる連通溝１４が形成される。この連通溝１４と周溝１３は互いに連通する。更に、図４，５に示すように、ピン部９を構成する袖部６の外周には、その袖部６の軸線方向に延び、連通溝１４に通じる長溝１５が形成される。
【００３０】
一方、ピン部９を構成する袖部６に関わる穴部７及び軸部５についてセレーション１１による塑性締結の充填度を所定値とすることにより、その穴部７と、その穴部７に圧入される軸部６の外周との間に所定の隙間１６が形成される。この実施形態では、セレーション１１による塑性締結の充填度Ｆｄを「０.２５以上０.８以下」に設定することにより、この隙間１６を設けている。図６に、「Ｆｄ＝０.２５」となる場合の締結部３の一部を拡大断面図により示す。図７に、「Ｆｄ＝０.８」となる場合の締結部３の一部を拡大断面図により示す。図８に、比較として、「Ｆｄ＝１.０」となる場合の締結部３の一部を拡大断面図により示す。図６〜８に示すように、この実施形態で、セレーション１１を構成する隣り合う二つの歯１１ａの間の谷部が略Ｖ字形をなしている。ここで、充填度Ｆｄは、図６，７に示すように、セレーション１１の歯１１ａの高さ（歯丈）Ｈｔに対する、歯１１ａの袖部６への食い込み深さ（充填丈）Ｈｆの割合を意味する。図８に示すように、「Ｆｄ＝１.０」となる場合では、歯１１ａの全部が袖部６の肉に食い込むので、穴部７の内壁と軸部５の外周との間には、隙間１６が形成されない。これに対し、図６，７に示すように、充填度Ｆｄが「０.２５以上０.８以下」の範囲では、歯１１ａの一部が袖部６の肉に食い込むだけで、穴部７の内壁と軸部５の外周との間に適度な隙間１６が形成されることとなる。ここで、充填度Ｆｄを「０.２５以上０.８以下」の範囲に設定したのは、この範囲の充填度Ｆｄによれば、締結力を確保しつつ潤滑油の流れを確保できる隙間１６が得られるからである。
【００３１】
上記した組立式クランクシャフト１を製造するには、先ず、作製工程において、厚板状のカウンタウェイト部４と、そのカウンタウェイト部４の一端側へ突出すると共に外周にセレーション１５を有する軸部５と、そのカウンタウェイト部４の他端側へ突出する袖部６と、その袖部６からカウンタウェイト部４にかけて設けられる有底の穴部７とを含む複数の分割ピース２Ｂ〜２Ｉをそれぞれ鍛造により作製すると共に、両端の分割ピース２Ａ，２Ｊをそれぞれ鍛造により作製しておく。
【００３２】
同じく、作製工程において、各分割ピース２Ａ〜２Ｊを鍛造する過程で、ピン部９を構成する袖部６により覆われた軸部５にてセレーション１１の周方向に周溝１３を同時に形成する。同じく、各分割ピース２Ａ〜２Ｊを鍛造する過程で、ピン部９を構成する袖部６に含まれる穴部７の底壁に、隣接するジャーナル部１０の外周に通じる貫通孔１２を同時に形成する。同じく、各分割ピース２Ａ〜２Ｊを鍛造する過程で、ピン部９を構成する袖部６の端面に、袖部６に含まれる穴部７からその袖部６の外周に通じる連通溝１４を同時に形成すると共に、その袖部６の外周に、その袖部６の軸線方向に延び、連通溝１４に通じる長溝１５を同時に形成する。ここで、各分割ピース２Ａ〜２Ｊを鍛造する過程で、袖部６の先端と軸部５の付け根をそれぞれ面取りする。また、鍛造の後工程として、各分割ピース２Ａ〜２Ｊにつき、袖部６の先端と軸部５の付け根にそれぞれ焼き入れを施すこともできる。
【００３３】
次に、組立工程において、隣り合う分割ピース２Ｂ〜２Ｉのうち一方の分割ピース２Ｂ〜２Ｉに設けられた袖部６の穴部７に、他方の分割ピース２Ｂ〜２Ｉに設けられた軸部５を圧入してセレーション１５により塑性締結し、軸部５の一部を袖部６で覆うと共に、袖部６の先端を軸部５の付け根に当接させて隣り合う分割ピース２Ｂ〜２Ｉを互いに組み付ける。同様に、第１分割ピース２Ａを第２分割ピース２Ｂに組み付けると共に、第１０分割ピース２Ｊを第９分割ピース２Ｉに組み付ける。そして、隣り合う分割ピース２Ａ〜２Ｊの間で、軸部５を覆った袖部６によりジャーナル部１０又はピン部９を構成する。併せて、この組立工程では、ピン部９を構成する袖部６に関わる穴部７及び軸部５についてセレーション１１による塑性締結の充填度Ｆｄを「０.２５以上０.８以下」とすることにより、穴部７と軸部５の外周との間に所定の隙間１６を設ける。このように組み付けることで、組立式クランクシャフト１が完成する。
【００３４】
以上説明したこの実施形態の組立式クランクシャフト１の構成によれば、隣り合う分割ピース２Ａ〜２Ｊの一方に設けられた穴部７に、他方の分割ピース２Ａ〜２Ｊに設けられた軸部５の全体が圧入されるので、軸部５と穴部７による締結部３の長さが最大限に確保される。このため、締結部３として最大限の締結力を得ることができる。また、穴部７と軸部５はセレーション１５により塑性締結するので、強固な締結力が得られる。更に、図９に示すように、軸部３と穴部７が締結された状態で、袖部６の先端が軸部５の付け根に当接し、軸部５の先端が穴部７の内壁に接するので、軸部５がその両端にてエンジンの爆発力による反力を支持することとなる。このため、軸部５に抜け力が働き難い構成となり、エンジン運転時に爆発力がピン部９やジャーナル部１０に作用しても、その爆発力に対する締結部３の強度を高めることができ、締結部３の抜けを防止することができる。つまり、組立式クランクシャフト１がエンジンに使用され、エンジン運転時にピストンの運動力が各ピン部９及び各ジャーナル部１０に作用して、各締結部３の締結が抜ける方向に力が加わっても、各締結部３の強固な締結状態を保つことができる。
【００３５】
また、この実施形態では、袖部６の先端と軸部５の付け根がそれぞれ面取りされるので、袖部６の先端と軸部５の付け根との当接部分における応力集中が面取りにより分散される。このため、袖部６の先端と軸部５の付け根の強度をそれぞれ高めることができ、締結部３の耐久性を向上させることができる。袖部６の先端と軸部５の付け根に焼き入れを施した場合は、袖部６の先端と軸部５の付け根における硬度が増大し、袖部６の先端と軸部５の付け根の強度を更に高めることができ、締結部３の耐久性を更に向上させることができる。
【００３６】
ここで、この実施形態の組立式クランクシャフト１では、ピン部９を構成する袖部６に関わる穴部７及び軸部５についてセレーション１１による塑性締結の充填度Ｆｄを「０.２５以上０.８以下」としたので、その穴部７と軸部５の外周との間で、セレーション１１による締結力を確保しつつセレーション１１に沿って潤滑油のための適度な隙間１６が得られる。ピン部９に関わる穴部７の底壁に形成された貫通孔１２は、隣接するジャーナル部１０の外周に通じるので、外部からジャーナル部１０に供給される潤滑油は貫通孔１２を通じてその穴部７へ流れる。ピン部９に関わる軸部５の付け根には、セレーション１１の周方向に周溝１３が形成されるので、上記隙間１６を流れる潤滑油は周溝１３にて集められる。ピン部９を構成する袖部６の端面に形成された連通溝１４は、その袖部６の穴部７から袖部６の外周に通じるので、上記隙間１６を流れて周溝１３に集められた潤滑油は、連通溝１４を通じて袖部６の外周、すなわちピン部９の外周へ供給される。特に、この実施形態では、連通溝１４から長溝１５を経由して潤滑油がピン部９の外周に供給される。
【００３７】
従って、外部からジャーナル部１０の外周へ供給される潤滑油は、貫通孔１２、隙間１６、周溝１３、連通溝１４及び長溝１５を経由してピン部９の外周へ供給されることとなり、これら貫通孔１２、隙間１６、周溝１３、連通溝１４及び長溝１５により潤滑油のための油通路が構成される。また、これら貫通孔１２、周溝１３、連通溝１４及び長溝１５は、各分割ピース２Ａ〜２Ｊを作製する過程で鍛造により同時に形成することができ、上記隙間１６は、各分割ピース２Ａ〜２Ｊを組み付ける過程で同時に形成することができる。このため、この組立式クランクシャフト１に対して、切削加工によることなく油通路を設けることができ、切削バリの発生を抑えることができる。この結果、この組立式クランクシャフト１をエンジンに使用した場合に、ジャーナル部１０やピン部９では、切削バリによるメタル焼き付きを防止することができる。また、貫通孔１２、隙間１６、周溝１３、連通溝１４及び長溝１５を設けるために切削加工の必要がないことから、製造上の手間が省かれ、油通路を有する組立式クランクシャフト１の製造を簡略化することができる。
【００３８】
また、この実施形態では、ピン部９を構成する袖部６の外周に形成される長溝１５が連通溝１４に通じるので、連通溝１４を流れる潤滑油が長溝１５を通じてピン部９の外周の軸線方向へ行き渡る。このため、ピン部９の外周全域に潤滑油を供給することができ、ピン部９の潤滑性能を高めることができる。
【００３９】
なお、この発明は前記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更して以下のように実施することもできる。
【００４０】
（１）前記実施形態では、図６〜８に示すように、セレーション１１を構成する隣り合う二つの歯１１ａの間の谷部を略Ｖ字形とした。これに対し、図１０に示すように、隣り合う二つの歯１１ａの間の谷部を略方形とすることもできる。ここで、谷部の角は応力集中を避けるために面取りするのが望ましい。この場合、穴部７と軸部５の外周との間の隙間１６の断面積を、前記実施形態よりも拡大することができる。このため、歯丈Ｈｔに対する充填丈Ｈｆの割合としての充填度Ｆｄを「０.９」程度まで上げることができ、締結部３の強度を更に向上させることができる。
【００４１】
（２）前記実施形態では、ピン部９を構成する袖部６に関わる穴部７に圧入される軸部５につき、その付け根に周溝１３を形成したが、図１１に示すように、軸部５の付け根と軸部５の中間部の両方に周溝１３を形成することもできる。
【００４２】
（３）前記実施形態では、本発明を４気筒用エンジンのための組立式クランクシャフト１に具体化したが、本発明を４気筒以外の気筒数のエンジンのための組立式クランクシャフトに具体化することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】組立式クランクシャフトを示す側面図。
【図２】一部の分割ピースの組み付け工程を示す側面図。
【図３】一部の分割ピースの組み付け工程を示す側面図。
【図４】組み付け状態の一部の分割ピースを示す断面図。
【図５】ピン部を示す図４のＸ−Ｘ線断面図。
【図６】締結部の一部を示す拡大断面図。
【図７】締結部の一部を示す拡大断面図。
【図８】締結部の一部を示す拡大断面図。
【図９】締結部に作用する爆発力と反力の関係を示す説明図。
【図１０】締結部の一部を示す拡大断面図。
【図１１】一つの分割ピースを示す側面図。
【符号の説明】
【００４４】
１ 組立式クランクシャフト
２Ａ 第１分割ピース
２Ｂ 第２分割ピース
２Ｃ 第３分割ピース
２Ｄ 第４分割ピース
２Ｅ 第５分割ピース
２Ｆ 第６分割ピース
２Ｇ 第７分割ピース
２Ｈ 第８分割ピース
２Ｉ 第９分割ピース
２Ｊ 第１０分割ピース
３ 締結部
４ カウンタウェイト部
５ 軸部
６ 袖部
７ 穴部
９ ピン部
１０ ジャーナル部
１１ セレーション
１２ 貫通孔
１３ 周溝
１４ 連通溝
１５ 長溝
１６ 隙間
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の分割ピースを締結部にて互いに組み付けて一体に組み立ててなる組立式クランクシャフトであって、
前記締結部は、隣り合う分割ピースのうち一方の分割ピースに設けられた穴部と、他方の分割ピースに設けられた軸部とを含み、前記穴部は有底をなし、前記軸部は外周にセレーションを有し、前記穴部に前記軸部を圧入してセレーションにより塑性締結することにより前記隣り合う分割ピースが互いに組み付けられることと、
前記一方の分割ピースには、前記穴部の一部を含む袖部が設けられ、前記袖部が前記穴部に圧入された前記軸部の一部を覆うことと、
前記袖部が前記軸部の一部を覆った状態で、前記袖部の先端が前記軸部の付け根に当接することと、
前記隣り合う分割ピースの間で前記軸部を覆った前記袖部によりジャーナル部又はピン部が構成されることと、
前記ピン部を構成する前記袖部に関わる前記穴部及び前記軸部について前記セレーションによる塑性締結の充填度を所定値とすることにより前記穴部と前記軸部の外周との間に設けられた隙間と、
前記ピン部を構成する前記袖部に関わる前記軸部にて前記セレーションの周方向に形成された周溝と、
前記ピン部を構成する前記袖部に含まれる前記穴部の底壁に形成され、隣接する前記ジャーナル部の外周に通じる貫通孔と、
前記ピン部を構成する前記袖部の端面に形成され、前記袖部に含まれる前記穴部から前記袖部の外周に通じる連通溝と
を備えたことを特徴とする組立式クランクシャフト。
【請求項２】
前記ピン部を構成する前記袖部の外周に、前記袖部の軸線方向に延び、前記連通溝に通じる長溝が形成されたことを特徴とする請求項１に記載の組立式クランクシャフト。
【請求項３】
複数の分割ピースを互いに組み付けて一体に組み立ててなる組立式クランクシャフトの製造方法であって、
厚板状のカウンタウェイト部と、前記カウンタウェイト部の一端側へ突出すると共に外周にセレーションを有する軸部と、前記カウンタウェイト部の他端側へ突出する袖部と、前記袖部から前記カウンタウェイト部にかけて設けられる有底の穴部とを含む複数の分割ピースを鍛造により作製する作製工程と、
隣り合う分割ピースのうち一方の分割ピースに設けられた前記穴部に、他方の分割ピースに設けられた前記軸部を圧入してセレーションにより塑性締結し、前記軸部の一部を前記袖部により覆うと共に前記袖部の先端を前記軸部の付け根に当接させて前記隣り合う分割ピースを互いに組み付けると共に、前記隣り合う分割ピースの間で前記軸部を覆った前記袖部によりジャーナル部又はピン部を構成する組立工程と
を備え、前記作製工程では、更に、前記各分割ピースを鍛造する過程で、前記ピン部を構成する前記袖部により覆われた前記軸部にて前記セレーションの周方向に周溝を形成し、前記ピン部を構成する前記袖部に含まれる前記穴部の底壁に、隣接する前記ジャーナル部の外周に通じる貫通孔を形成し、前記ピン部を構成する前記袖部の端面に、前記袖部に含まれる前記穴部から前記袖部の外周に通じる連通溝を形成し、
前記組立工程では、更に、前記ピン部を構成する前記袖部に関わる前記穴部及び前記軸部について前記セレーションによる塑性締結の充填度を所定値とすることにより前記穴部と前記軸部の外周との間に隙間を設ける
ことを特徴とする組立式クランクシャフトの製造方法。
【請求項４】
前記作製工程では、更に、前記ピン部を構成する前記袖部の外周に、前記袖部の軸線方向に延び、前記連通溝に通じる長溝を形成することを特徴とする請求項３に記載の組立式クランクシャフトの製造方法。
【請求項１】
複数の分割ピースを締結部にて互いに組み付けて一体に組み立ててなる組立式クランクシャフトであって、
前記締結部は、隣り合う分割ピースのうち一方の分割ピースに設けられた穴部と、他方の分割ピースに設けられた軸部とを含み、前記穴部は有底をなし、前記軸部は外周にセレーションを有し、前記穴部に前記軸部を圧入してセレーションにより塑性締結することにより前記隣り合う分割ピースが互いに組み付けられることと、
前記一方の分割ピースには、前記穴部の一部を含む袖部が設けられ、前記袖部が前記穴部に圧入された前記軸部の一部を覆うことと、
前記袖部が前記軸部の一部を覆った状態で、前記袖部の先端が前記軸部の付け根に当接することと、
前記隣り合う分割ピースの間で前記軸部を覆った前記袖部によりジャーナル部又はピン部が構成されることと、
前記ピン部を構成する前記袖部に関わる前記穴部及び前記軸部について前記セレーションによる塑性締結の充填度を所定値とすることにより前記穴部と前記軸部の外周との間に設けられた隙間と、
前記ピン部を構成する前記袖部に関わる前記軸部にて前記セレーションの周方向に形成された周溝と、
前記ピン部を構成する前記袖部に含まれる前記穴部の底壁に形成され、隣接する前記ジャーナル部の外周に通じる貫通孔と、
前記ピン部を構成する前記袖部の端面に形成され、前記袖部に含まれる前記穴部から前記袖部の外周に通じる連通溝と
を備えたことを特徴とする組立式クランクシャフト。
【請求項２】
前記ピン部を構成する前記袖部の外周に、前記袖部の軸線方向に延び、前記連通溝に通じる長溝が形成されたことを特徴とする請求項１に記載の組立式クランクシャフト。
【請求項３】
複数の分割ピースを互いに組み付けて一体に組み立ててなる組立式クランクシャフトの製造方法であって、
厚板状のカウンタウェイト部と、前記カウンタウェイト部の一端側へ突出すると共に外周にセレーションを有する軸部と、前記カウンタウェイト部の他端側へ突出する袖部と、前記袖部から前記カウンタウェイト部にかけて設けられる有底の穴部とを含む複数の分割ピースを鍛造により作製する作製工程と、
隣り合う分割ピースのうち一方の分割ピースに設けられた前記穴部に、他方の分割ピースに設けられた前記軸部を圧入してセレーションにより塑性締結し、前記軸部の一部を前記袖部により覆うと共に前記袖部の先端を前記軸部の付け根に当接させて前記隣り合う分割ピースを互いに組み付けると共に、前記隣り合う分割ピースの間で前記軸部を覆った前記袖部によりジャーナル部又はピン部を構成する組立工程と
を備え、前記作製工程では、更に、前記各分割ピースを鍛造する過程で、前記ピン部を構成する前記袖部により覆われた前記軸部にて前記セレーションの周方向に周溝を形成し、前記ピン部を構成する前記袖部に含まれる前記穴部の底壁に、隣接する前記ジャーナル部の外周に通じる貫通孔を形成し、前記ピン部を構成する前記袖部の端面に、前記袖部に含まれる前記穴部から前記袖部の外周に通じる連通溝を形成し、
前記組立工程では、更に、前記ピン部を構成する前記袖部に関わる前記穴部及び前記軸部について前記セレーションによる塑性締結の充填度を所定値とすることにより前記穴部と前記軸部の外周との間に隙間を設ける
ことを特徴とする組立式クランクシャフトの製造方法。
【請求項４】
前記作製工程では、更に、前記ピン部を構成する前記袖部の外周に、前記袖部の軸線方向に延び、前記連通溝に通じる長溝を形成することを特徴とする請求項３に記載の組立式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９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００９−２８７６８６（Ｐ２００９−２８７６８６Ａ）
【公開日】平成２１年１２月１０日（２００９．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１４１３１７（Ｐ２００８−１４１３１７）
【出願日】平成２０年５月２９日（２００８．５．２９）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１２月１０日（２００９．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月２９日（２００８．５．２９）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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