JP2004011850A - クランクシャフトの軸受構造 - Google Patents

Abstract

【課題】クランクシャフトを軸支するベアリングのガタ付きやベアリングの抜けを確実に防止することで信頼性の向上を図る。
【解決手段】クランクケース３内に形成されたフレーム１６，１７には、ローラベアリング３０とボールベアリング４０とが組み付けられている。ローラベアリング３０とボールベアリング４０とは、クランクシャフト２０の両端部２０ａ，２０ｂ側をそれぞれ軸支する。少なくともボールベアリング４０のインナレース４１は、クランクシャフト２０上に固定し、そのアウタレース４２は、抑止プレート４３によってフレーム１７に挟持状態で固定する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、クランクシャフトの軸受構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、エンジンにおいて、燃焼時の爆発行程にピストンからのラジアル方向の荷重をクランクシャフトが受けると、クランクシャフトに曲がり振動やトルク変動による捻れ振動が発生する。このため、クランクシャフトの両端部側がクランクケース内のフレームに一対の軸受部材によって軸支されている場合、クランクシャフト系の固有振動数とトルク変動の周波数とが共振し、大きな機関騒音が発生し易い。
【０００３】
例えば、特開２０００−１７７６０７号公報（以下、先行例１という）には、２つのボールベアリングを用いて、クランクシャフトを軸支する構造が開示されている。一般に、ローラベアリングがローラ面による線接触によってラジアル方向の荷重に大きな耐力を有するのに対して、ボールベアリングは、ボールの球面による点接触のため、ラジアル方向の荷重に対する耐力が小さい。その反面、ボールベアリングは、スラスト方向の荷重に対してローラベアリングよりも大きな耐力を有する。また、ボールベアリングは、ラジアル方向の荷重に対する略同一の耐力を有するローラベアリングと比較して容量（サイズ）が大きいことから、ローラベアリングよりもスペースを占有する。このため、先行例１のように、クランクシャフトを軸支するために２つのボールベアリングを用いた場合、クランクケースを小型化する上で不利になる。また、先行例１では、ラジアル方向の荷重に対する耐力が小さいため、クランクシャフトに曲がり振動やトルク変動による捻れ振動が発生し易い。
【０００４】
そこで、例えば、特開２００１−３２８８６号公報（以下、先行例２という）または特開平８−２１６７１１号公報（以下、先行例３という）には、ローラベアリングとボールベアリングとを組み合わせた軸受構造が開示されている。先行例２は、トランスミッション側にダイナミックダンパを設けたクランクシャフトの一端部側が高剛性のローラベアリングで軸支され、その他端部がボールベアリングによって軸支されている。また、先行例３では、トランスファケース内に設けられたベベルピニオンシャフトの両端部側を軸支する一対の軸受部材が、上述した先行例２のように、ローラベアリングとボールベアリングとで構成されている。ローラベアリングは、トランスファケースのフレームに固定され、ボールベアリングは、アウトプットギヤ等の他の圧入部品と共に締付ナットによって取り付けられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した先行例２では、ダイナミックダンパによる振動エネルギの吸収に加えて、ダイナミックダンパ側のローラベアリングが他方のボールベアリングよりも剛性が高くなっている。これにより、クランクシャフト系の曲げ振動、捻れ振動の固有振動数が高められ、クランクシャフトの曲げ振動およびトルク変動による捻れ振動の共振を防止するとともに、機関騒音が大幅に低減される。しかしながら、ローラベアリングがスラスト方向の荷重に対して十分な耐力を有しないため、クランクシャフトに発生する大半のスラスト方向の荷重は、ボールベアリングに掛かる。このようなスラスト方向の荷重が長期に亘ってボールベアリングに作用すると、ボールベアリングがクランクシャフトから抜けるおそれがある。その理由は、ボールベアリングの組付状態にある。すなわち、ボールベアリングは、通常、インナレースがクランクシャフト側に圧入され、アウタレースがシリンダケース内に一体に形成されたフレームに圧入されることにより、タイトな状態で組み付けられている。そして、エンジン運転状態では、エンジン温度の上昇に伴い、シリンダケースとボールベアリングの熱膨張係数の差から、よりタイト量が小さくなる。さらに、クランクシャフトのスラスト方向の荷重が、長期に亘ってボールベアリングに繰返し作用すると、特に、ボールベアリングのアウタレースがフレームから抜け出し、破損することがある。
【０００６】
また、先行例３では、ローラベアリングがテーパローラ対のベアリングセットで構成されているため、全体の容量（サイズ）が大きく、比較的大きなスペースを占有するため、エンジンの小型化を阻害するという不都合がある。また、ボールベアリングは、そのインナレースが締付ナットによってトランスファシャフトに固定されているが、アウタレースは、トランスファケース内のフレームに圧入されているだけである。このため、上述した先行例２と同様に、トランスファシャフトに発生するスラスト方向の荷重が、長期に亘ってボールベアリングに繰返し作用すると、特に、アウタレースがフレームから抜け出し、破損するおそれがある。
【０００７】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、クランクシャフトの軸受構造において、ベアリングの抜け出しによる破損を確実に防止することで信頼性の向上を図ることである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するために、第１の発明は、クランクケース内に形成されたフレームに組み付けられており、クランクシャフトの一端部側を軸支するローラベアリングと、クランクケース内に形成されたフレームに組み付けられており、クランクシャフトの他端部側を軸支するボールベアリングと、少なくともボールベアリングのインナレースをクランクシャフトに固定する第１の固定部材と、ボールベアリングのアウタレースをフレームに固定する第２の固定部材とを有するクランクシャフトの軸受構造を提供する。
【０００９】
第２の発明は、クランクケース内に形成された第１のフレームに組み付けられており、クランクシャフトの一端部側を軸支するローラベアリングと、クランクケース内に形成された第２のフレームに組み付けられており、クランクシャフトの他端部側を軸支するボールベアリングと、第２のフレームに形成されており、ボールベアリングが圧入された環状凹部と、クランクシャフトに圧入されるボールベアリングのインナレースを他の圧入部品と共に締付けて、クランクシャフトに固定する締付ナットと、第２のフレームに取り付けられ、環状凹部に嵌め合わされたボールベアリングのアウタレースを、環状凹部の開放端面側から抑え込んで固定する抑止プレートとを有するクランクシャフトの軸受構造を提供する。
【００１０】
ここで、第２の発明において、ローラベアリングは、第１のフレームに形成された環状凹部に圧入されており、ローラベアリングのインナレースは、他の圧入部品と共に固定されているとともに、ローラベアリングのアウタレースは、第１のフレームに取り付けられる抑止プレートによって、環状凹部の開放端面側から抑え込んで固定されていることが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、本実施形態に係るエンジン、例えば、オフロード用車両あるいは自家用発電機などに用いられる小型汎用型のエンジンの全体構成を概略的に示す断面図である。エンジン本体Ｅは、シリンダケース１と、シリンダヘッド２と、クランクケース３とを主体に構成されている。このクランクケース３は、後述するクランクシャフト２０の軸方向に２分割された一対の分割ケース３ａ，３ｂによって形成されている。シリンダヘッド２には、図示しないインジェクタから燃料が噴霧される燃焼室４が設けられ、この燃焼室４に対向して、ピストン５が変位自在に設けられている。このピストン５の上方には、燃焼室４内に臨む一対の吸排気バルブ（吸気バルブのみを示す）６が設けられ、これらの吸気バルブ６は、カム駆動機構７によってそれぞれ開閉制御される。カム駆動機構７のカムシャフト７ａには、スプロケット８が設けられ、このスプロケット８は、チェーンベルト９を介して、後述するクランクシャフト２０に設けたスプロケット１０に連動させている。これにより、クランクシャフト２０の回転力がカム駆動機構７のカムシャフト７ａに伝達される。
【００１２】
クランクシャフト２０は、一対の分割シャフト２１，２２によって形成されている。これらの分割シャフト２１，２２は、クランクウエイト２１ａ，２２ａと共に一体に形成されたクランクアーム２１ｂ，２２ｂ同士がクランクピン２３によって連結される。このクランクピン２３は、ピストン５とクランクシャフト２０との間をコンロッド１１を介して連結する。これにより、一連の燃焼行程でのピストン５の往復動による変位が、クランクシャフト２０の軸方向に延在する中心線Ｏ−Ｏ廻りの回転力として伝達される。また、クランクシャフト２０の一端部２０ａ側には、スプロケット１０とドライブギヤ１２とが圧入されて固定用ナット１３によって固定されている。スプロケット１０には、上述したチェーンベルト９が掛け渡される。ドライブギヤ１２には、図２に示すトランスミッションケース１４内のメインシャフト１４ａに設けられたドリブンギヤ（図示せず）が噛み合う。このドライブギヤ１２とドリブンギヤとの噛み合いによって、クランクシャフト２０の動力がトランスミッション系に伝達される。さらに、クランクシャフト２０の一端部２０ａ側のクランクケース３には、オイルポンプユニット１５が一体に組み付けられている。このオイルポンプユニット１５の動力は、クランクシャフト２０との間の図示しない伝達機構によって得られる。一方、クランクシャフト２０の他端部２０ｂ側は、クランクケース３に一体に組み付けられたジェネレータ（発電機）１６内に臨み、このジェネレータ１６の発電体１６ａに回転力を伝達している。
【００１３】
また、クランクケース３には、一対のフレーム１７，１８がクランクシャフト２０の軸方向に離間して設けられている。一方のフレーム１７は、分割ケース３ａ内に一体に突出形成されており、このフレーム１７には、クランクシャフト２０の一端部２０ａ側を軸支するローラベアリング３０が保持される。他方のフレーム１８は、分割ケース３ｂ内に一体に突出形成されており、このフレーム１８には、クランクシャフト２０の他端部２０ｂ側を軸支するボールベアリング４０が保持される。
【００１４】
ところで、本実施形態のような小型汎用型のエンジンでは、一般に、シリンダケース１、シリンダヘッド２およびクランクケース３などのシリンダ部品が、アルミニウム製の軽合金で製造されており、これによって、エンジン全体を軽量化している。一方、クランクシャフト２０およびローラベアリング３０やボールベアリング４０などの軸受部材は、シリンダ部品と熱膨張係数が異なる鉄等の異種金属によって製造されている。したがって、シリンダケース１およびクランクケース３などのシリンダ部品は、ローラベアリング３０やボールベアリング４０よりも熱膨張係数が大きい。このため、エンジンの組立時、ローラベアリング３０やボールベアリング４０が常温でクランクケース３内のフレーム１７，１８に組み付けられた場合、温度の上昇に伴い、フレーム１７，１８のベアリング取付部位、特に、ベアリング嵌合い部位がルーズになる。その結果、ベアリングのガタ付き、あるいは、上述した従来のようなアウタレースの抜け出しによる破損を招き易く、信頼性が低下する。
【００１５】
図２から図５は、本実施形態におけるクランクシャフトの軸支状態を示す。図２および図３は、ローラベアリングによるクランクシャフトの軸支状態を示す断面図である。図４および図５は、ボールベアリングによるクランクシャフトの軸支状態を示す断面図である。図２および図３に示すように、一方の分割ケース３ａ内に形成されたフレーム１７の内面１７ａ側には、環状凹部２５と、この環状凹部２５の外周に設けたネジ穴２６とが形成されている。そして、ローラベアリング３０のインナレース３１は、クランクシャフト２０の外周面に圧入状態で嵌め込まれて組み付けられる。ローラベアリング３０のアウタレース３２は、フレーム１７の環状凹部２５に圧入状態で嵌め込まれて組み付けられる。
【００１６】
また、フレーム１７の内面１７ａ側には、複数の抑止プレート３３が設けられ、これらの抑止プレート３３は、ネジ穴２６と係合した皿ネジ３４によって固定されている。すなわち、各抑止プレート３３の一部は、フレーム１７の環状凹部２５に嵌め込まれたローラベアリング３０のアウタレース３２を内側から、換言すれば、環状凹部２５の開放端面側から抑え込んで挟持状態で固定する。さらに、ローラベアリング３０のインナレース３１は、スナップリング３５により固定される。このスナップリング３５は、ローラベアリング３０の外面側のクランクシャフト２０に設けられたチェーンベルト掛け用のスプロケット１０のスリーブ１０ａによって抑止されている。これにより、ローラベアリング３０のインナレース３１は、ローラベアリング３０の内面側のクランクシャフト２０に設けられたアウトプットギヤ１９のスリーブ１９ａとスナップリング３５とで挟持することにより固定される。その結果、ローラベアリング３０は、ピストン５の変位によってクランクシャフト２０に作用するラジアル方向の荷重を受けるとともに、スラスト方向の荷重に対する位置ズレ、特に、アウタレース３２の位置ズレが確実に防止される。
【００１７】
図４および図５に示すように、他方の分割ケース３ｂ内に形成されたフレーム１８の内面１８ａ側には、環状凹部２７と、この環状凹部２７の外周に設けたネジ穴２８とが形成されている。そして、ボールベアリング４０のインナレース４１は、クランクシャフト２０の外周面に圧入状態で嵌め込まれて組み付けられる。ボールベアリング４０のアウタレース４２は、フレーム１８の環状凹部２７に圧入状態で嵌め込まれて組み付けられる。また、フレーム１８の内面１８ａ側には、複数の抑止プレート４３が設けられ、これらの抑止プレート４３は、ネジ穴２８と係合した皿ネジ４４によって固定されている。すなわち、各抑止プレート４３の一部は、フレーム１８の環状凹部２７に嵌め込まれたボールベアリング４０のアウタレース４２を内側から、換言すれば、環状凹部２７の開放端面側から抑え込んで挟持状態で固定する。
【００１８】
さらに、ボールベアリング４０が組み付けられるクランクシャフト２０の他端部２０ｂ側外周面には、螺合部２４が螺子切りされている。この螺合部２４には、締付ナット４５が螺合される。この締付ナット４５は、フレーム１８の外面１８ｂ側からクランクシャフト２０のクランクウエイト２２ａと共に締め付け、ボールベアリング４０のインナレース４１を挟持することにより固定する。その結果、ボールベアリング４０には、従前のようなスラスト方向の荷重に対する位置ズレが発生することがないため、クランクシャフト２０からの抜け出しが確実に防止される。しかも、ボールベアリング４０のフレーム１８への取り付けに際して、その内外両レース４１，４２には、特殊な加工を新たに施す必要がないために、現行品のボールベアリング４０がそのまま用いることができ、コストの低減化が可能になる。
【００１９】
次に、クランクケース３内へのクランクシャフト２０に対するローラベアリング３０およびボールベアリング４０の組付手順を説明する。クランクケース３のシリンダケース１への組付前工程では、オイルポンプユニット１５およびジェネレータ１６がクランクケース３から取り外されている。まず、２つに分割されたクランクケース３の一方の分割ケース３ａには、ローラベアリング３０が組み付けられる。すなわち、図２および図３に示すように、分割ケース３ａのフレーム１７の環状凹部２５にローラベアリング３０をフレーム１７の内面１７ａ側から圧入状態で嵌め込む。次に、ローラベアリング３０のアウタレース３２には、抑止プレート３３がフレーム１７の内面１７ａ側から当てられる。この抑止プレート３３は、ネジ穴２６と係合した皿ネジ３４によって固定されている。これにより、ローラベアリング３０のアウタレース３２が分割ケース３ａのフレーム１７に抑止プレート３３によって挟持状態で固定される。
【００２０】
ローラベアリング３０をフレーム１７に固定した後、クランクシャフト２０の一方の分割シャフト２１がフレーム１７の内面１７ａ側からローラベアリング３０のインナレース３１に圧入状態で挿入される。この場合、分割シャフト２１には、予めアウトプットギヤ１９がクランクウエイト２１ａ側に圧入状態で嵌め込まれ、このアウトプットギヤ１９のスリーブ１９ａの端面がローラベアリング３０のインナレース３１の内面側に当接される。ローラベアリング３０への分割シャフト２１の挿入後、分割シャフト２１には、フレーム１７の外面１７ｂ側からスナップリング３５、スプロケット１０およびドライブギヤ１２が順に圧入状態で嵌め込まれ、固定用ナット１３によって固定される。これにより、ローラベアリング３０のインナレース３１の外面側には、スナップリング３５が当接される。このとき、スナップリング３５は、固定用ナット１３で固定されたドライブギヤ１２と共にスプロケット１０のスリーブ１０ａの端面で外側から抑止される。その結果、ローラベアリング３０のインナレース３１がアウトプットギヤ１９のスリーブ１９ａの端面とスプロケット１０のスリーブ１０ａの端面とによって分割シャフト２１に挟持状態で固定される。
【００２１】
一方、他方の分割ケース３ｂ側のフレーム１８には、ボールベアリング４０が組み付けられる。すなわち、図４および図５に示すように、まず、フレーム１８の環状凹部２７には、ボールベアリング４０がフレーム１８の内面１８ａ側から圧入状態で嵌め込まれる。次に、ボールベアリング４０のアウタレース４２には、抑止プレート４３がフレーム１８の内面１８ａ側から当てられる。この抑止プレート４３は、ネジ穴２８と係合した皿ネジ４４によって固定されている。これにより、ボールベアリング４０のアウタレース４２が分割ケース３ｂのフレーム１８に抑止プレート４３によって固定される。
【００２２】
ボールベアリング４０の固定後、クランクシャフト２０の他方の分割シャフト２２がフレーム１８の内面１８ａ側からボールベアリング４０のインナレース４１に圧入状態で挿入される。この場合、分割シャフト２２のクランクウエイト２２ａの端面が、ボールベアリング４０の内面側に当接される。ボールベアリング４０のインナレース４１に挿入された分割シャフト２２には、フレーム１８の外面１８ｂ側から締付ナット４５が挿入される。この締付ナット４５は、分割シャフト２２の外周面に形成した螺合部２４に螺合され、ボールベアリング４０のインナレース４１を外面側から締め付ける。その結果、ボールベアリング４０のインナレース４１がクランクウエイト２２ａの端面と締付ナット４５とによって分割シャフト２２上に挟持状態で固定される。
【００２３】
このように、２つの分割ケース３ａ，３ｂに各ベアリング３０，４０および各分割シャフト２１，２２がそれぞれ組み付けられた後、２つの分割ケース３ａ，３ｂが図示しないボルトによって一体化される。これらの分割ケース３ａ，３ｂの一体化に際しては、双方の分割シャフト２１，２２のクランクアーム２１ｂ，２２ｂ間がクランクピン２３によって連結され、このクランクピン２３には、コンロッド１１が取り付けられる。これによって、分割シャフト２１，２２の連結と同時に分割ケース３ａ，３ｂが一体的に組み付けられる。
【００２４】
なお、上述した実施形態においては、ローラベアリング３０およびボールベアリング４０の双方のインナレース３１，４１とアウタレース３２，４２とをクランクシャフト２０側とクランクケース３側とにそれぞれ固定して説明した。しかしながら、本発明は、これに限定されず、特に、スラスト荷重を受けるボールベアリング４０側にのみに適用してもよい。また、ローラベアリング３０およびボールベアリング４０をそれぞれ固定するために用いられる抑止プレート３３，４３は、アウタレース３２，４２の全周を抑え込むようなリング状の形状にしてもよい。
【００２５】
【発明の効果】
このように、本発明に係るクランクシャフトの軸受構造によれば、クランクシャフトの両端部がローラベアリングとボールベアリングとで軸支されている。そして、少なくともボールベアリングのインナレースがクランクシャフト側に固定され、そのアウタレースがクランクケース側のフレームに固定されている。このため、ボールベアリングには、スラスト方向の荷重に対する位置ズレが発生することがない。これにより、ボールベアリングのアウタレースが従前のようなフレームから抜け出すことがなく、ベアリングの破損を確実に防止できるので、信頼性の一層の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態におけるエンジンの全体構成を概略的に示す断面図
【図２】ローラベアリングによるクランクシャフトの軸支状態を示す要部断面図
【図３】図２のＡ−Ａ線矢視方向から見た断面図
【図４】ボールベアリングによるクランクシャフトの軸支状態を示す要部断面図
【図５】図４のＢ−Ｂ線矢視方向から見た断面図
【符号の説明】
Ｅ　エンジン本体
１　シリンダケース
２　シリンダヘッド
３　クランクケース
４　燃焼室
５　ピストン
１７　フレーム
１８　フレーム
２０　クランクシャフト
２０ａ　一端部
２０ｂ　他端部
２４　螺合部
２５　環状凹部
２６　ネジ穴
２７　環状凹部
２８　ネジ穴
３０　ローラベアリング
３１　インナレース
３２　アウタレース
３３　抑止プレート
３４　皿ネジ
３５　スナップリング
４０　ボールベアリング
４１　インナレース
４２　アウタレース
４３　抑止プレート
４４　皿ネジ
４５　締付ナット

Claims (3)

1. クランクシャフトの軸受構造において、
   クランクケース内に形成されたフレームに取り付けられており、クランクシャフトの一端部側を軸支するローラベアリングと、
   前記クランクケース内に形成されたフレームに取り付けられており、前記クランクシャフトの他端部側を軸支するボールベアリングと、
   前記ボールベアリングのインナレースを前記クランクシャフトに固定する第１の固定部材と、
   前記ボールベアリングのアウタレースを前記フレームに固定する第２の固定部材と
   を有することを特徴とするクランクシャフトの軸受構造。
2. クランクシャフトの軸受構造において、
   クランクケース内に形成された第１のフレームに取り付けられており、クランクシャフトの一端部側を軸支するローラベアリングと、
   前記クランクケース内に形成された第２のフレームに取り付けられており、前記クランクシャフトの他端部側を軸支するボールベアリングと、
   前記第２のフレームに形成されており、前記ボールベアリングが圧入される環状凹部と、
   前記クランクシャフトに取り付けられた前記ボールベアリングのインナレースを他の圧入部品と共に締付けて、前記クランクシャフトに固定する締付ナットと、
   前記第２のフレームに取り付けられ、前記環状凹部に嵌め合わされた前記ボールベアリングのアウタレースを、前記環状凹部の開放端面側から抑え込んで固定する抑止プレートと
   を有することを特徴とするクランクシャフトの軸受構造。
3. 前記ローラベアリングは、前記第１のフレームに形成された環状凹部に圧入されており、
   前記ローラベアリングのインナレースは、他の圧入部品と共に固定されているとともに、
   前記ローラベアリングのアウタレースは、前記第１のフレームに取り付けられる抑止プレートによって、前記環状凹部の開放端面側から抑え込んで固定されていることを特徴とする請求項２に記載されたクランクシャフトの軸受構造。

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