JPH02120506A

JPH02120506A - エンジンのクランクシャフト及びその強化処理方法

Info

Publication number: JPH02120506A
Application number: JP27289788A
Authority: JP
Inventors: Osamu Matsui; 修松井
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1988-10-31
Filing date: 1988-10-31
Publication date: 1990-05-08
Anticipated expiration: 2013-06-18
Also published as: JP2766488B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明はエンジンのクランクシャフト及びその強化処理
方法に関するもので、より具体的にはクランクピン及び
／またはクランクジャーナルの表面に焼入層を形成して
なるエンジンのクランクシャフト及びその強化処理方法
に関するものである。

（従来の技術）エンジンのクランクシャフトのビン及びジャーナルには
、運転時において特にフライホイール側で大きな捩り荷
重がかかり、捩り疲労が大きなものとなる。このため、
捩り疲労強度を高める目的でこのクランクピン及びクラ
ンクジャーナルの表面に高周波焼入れを施すことが公知
となっている。

この−例として特開昭５８−１５３７３２号公報で示さ
れる方法がある。この方法ではクランクピンと連結部と
のつなぎの凹部角部及びクランクジャーナルと連結部と
のつなぎ凹状角部に高周波焼入れをしている。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、このようにクランクピン及びりランクジ
ャーナルに高周波焼入れを施したクランクシャフトの耐
疲労テストをしてみると、これらのビン及びジャーナル
に穿設されたオイル穴の周縁からクラックが発生するこ
とが度々知得された。

最近では車体の小型軽量化が強く要請されており、この
ためクランクシャフトのビン及びジャーナルの径も小さ
くなる傾向にあるため、上記のようなりラックの発生は
大きな問題となりつつある。

本発明は上記のような問題点に鑑みてなされ、その目的
はクランクピン及びクランクジャーナル全体の捩り荷重
に対する疲労強度を向上させるとともにオイル穴の内壁
の疲労強度を向上させるようなりランクシャフト及びそ
の強化処理方法を提供することにある。

（課題を解決するための手段）本願発明者はクランクシャフトのオイル穴周縁にクラッ
クが生じる原因について研究したところ、クランクシャ
フトの焼入れ処理を施した部分には圧縮残留応力が生じ
るため、オイル穴の開口端内側で焼入れが施されいる部
分にも圧縮残留応力が有るが、これより更に内側で焼入
れが施されていない部分、即ち焼入層の形成部と非形成
部との界面は逆に引張り応力を受けて疲労強度が低下し
ており、これが上記クラックの原因となっていることを
知得し、この知得に基づいて本発明を達成したのである
。

即ち、本願第１の発明は予めオイル穴が穿設されたクラ
ンクピン及び／またはクランクジャーナルの表面に焼入
層を形成してなるエンジンのクランクシャフトにおいて
、該オイル穴の内壁であって該焼入層の形成部と非形成
部との界面にショットピーニング処理層を形成してなる
のである。

また、本願第２の発明のエンジンのクランクシャフトの
強化処理方法では予めオイル穴が穿設されたクランクピ
ン及び／またはクランクジャーナルの表面に焼入層を形
成し、該オイル穴の外部から該焼入層の形成部と非形成
部との界面に向けて斜めに小硬球を高圧で投射してショ
ットピーニング処理を施してなるのである。

（作　用）オイル穴の内壁であって焼入層の形成部と非形成部との
界面に向けて一斜に小硬球を高圧で投射してショットピ
ーニング処理を施すと、その界面はショットピーニング
による圧縮応力を受け、その部分に存在した引張り応力
が解消されるとともに圧縮残留応力が作用することにな
る。

（実　施　例）以下に本発明に係るエンジンのクランクシャフト及びそ
の強化処理方法について添附図面を参照にして説明する
。

第１図はクランクシャフトのクランクピンをオイル穴に
沿って切断した断面図であって、符号１はクランクシャ
フトのビンを符号２はオイル穴を示している。

クランクピン１は炭素鋼より形成され、表面には公知の
高周波焼入れによる焼入層３が形成されて、この焼入層
３には圧縮残留応力が作用している。尚、焼入層３の厚
さはクランクピン１の全周に亘ってほぼ均一の厚さとな
っているが、オイル穴２の開口部周辺はエツジ部となっ
ているため、焼入れが他の部分よりも若干深く行われ、
従って、焼入層３も他の部分より若干厚くなっている。

このように焼き入れが施されたクランクピンでは、オイ
ル穴２の内部の焼入層３にも焼入れによる圧縮残留応力
が発生しており、このためこの焼入層３と非焼入層との
界面４は引張り応力を受けている。本発明ではこの界面
４における引張り応力を解消するために、この部分に小
径の硬球を所定の高圧で投射するショットピーニング処
理によりショットピーニング処理層５を形成している。

このショットピーニング処理における硬球の投射圧力は
上記界面４において最大とし、その界面４からオイル穴
の内部に向けて硬球の投射圧力は漸次低減するようにす
ることである。これにより、上記界面４からオイル穴内
部への圧縮残留応力分布は連続的に小さくなっている。

上記のようなショットピーニング処理を行なうためには
、オイル穴２の内周壁の焼入層３と非焼入層との界面４
に向けて小硬球を所定量高圧で斜めに投射して前記界面
４に最も多量の硬球が最も強く当るようにし、内方に向
うように従って硬球の当たる強さ及び量が小さくなるよ
うにすればよい。

尚、硬球の径は０．３ｍｍ〜０．４ｍｍが最適であり、
これより小さいと得られる圧縮応力が小さく、しかも硬
球の摩耗が早くなり、これより大きいとノズルに硬球が
つまるなどの不都合が生ずる。

ショットピーニング処理は実際には第２図のようなショ
ットピーニング装置を用いて行われる。

この装置は硬球を適当量大れてなるショット溜ａにノズ
ルｂを導管Ｃを介して連結し、さらに導管Ｃをエア源に
連結している。

一方クランクピン１あるいはクランクジャーナルはオイ
ル穴２が垂直になるように固定台ｄにビン等によって固
定されている。オイル穴２の開口部の直上に垂直にノズ
ルｂを位置させた後に導管Ｃを通して加圧エアーをノズ
ルｂに圧送するとショット溜ａより硬球が一定量排出さ
れてノズルｂに送られ、ノズルｂの投射口ｅよりエアー
圧によって硬球がオイル穴２の開口部内に投射される。

尚、投射口ｅは予め一定角度に傾斜されて、ノズルｂが
オイル穴２の開口部上に位置している時、投射口ｅの中
心がオイル穴２の内周壁における焼入層３と非焼入層の
界面４に向いており、硬球の投射の際、この界面４に特
に硬球が多くしかも強く肖たるようになっている。ノズ
ルｂはこの際、オイル穴２の開口部上において一定の速
度で回転し、オイル穴２の前記界面４を中心とした内壁
面部に環状のショットピーニング処理層５を形成するの
である。

オイル穴の一方の開口部からのショットピーニング処理
が終わったら、次にオイル穴の他方の開口部を上にして
上記と同様にショットピーニング処理を施してオイル穴
の内壁の焼入層と非焼入層との界面を中心とした内壁面
部に環状のショットピーニング処理層を形成する。

尚、オイル穴に投射された硬球はショットピーニングが
施されていない他方のオイル穴の開口部より回収されて
再利用される。

以上、クランクピンとその製造方法について説明したが
、クランクジャーナルにおいても上記クランクピンと同
様の処理が施され、オイル穴内壁にショットピーニング
処理層が形成される。

上述のようにしてクランクピン及びクランクジャーナル
に高周波焼入れを施した後、オイル穴にショットピーニ
ング処理を施してなるクランクシャフトの捩り応力に対
する疲労強度のテストを行ったのでその結果について述
べる。

クランクピン及びクランクジャーナルは炭素鋼より形成
され、この炭素鋼はＣＯ，４［！％、　　Ｓ　ｉ　　（
１，４２％、　Ｍｎ　　０．９４％、　　Ｐ　０．０１
８％　、　　Ｓ　　Ｏ，０４％を含むＪＩｓの５４８Ｃ
に準するものであって、これにＣｕ　　Ｏ，０１％、　
Ｎ　ｆ　　Ｏ，０２％、　　Ｃｒ　　Ｏ，１２％を含み
、さらにＶ　Ｏ，０６！％を加えて調整されたものであ
る。

テストは３種のクランクシャフトの疲労強度の比較によ
って行われ、そのうち２種のクランクシャフトはビン及
びジャーナルの表面に焼入層のみを形成し、この焼入層
の厚さを１種は６ｍｍ、他の１種は４■とした。また３
種のうち、１種のクランクシャフトにはビン及びジャー
ナルに６　ｍｍの焼入層を形成するとともにオイル穴に
前記実施例で述べたようｔ−ショットピーニング処理を
施した。

高周波焼入れは６　ｍｍの焼入層を形成する場合、周波
数８．５Ｋｌ（ｚ、出力１５０ＫＨｚ、加熱時間１０秒
、冷却時間１５秒で行われた。

また、ショットピーニング処理については硬球は径０　
、　３　ａｍ　、ＨＲｅ　（硬度）５２〜５６のものを
用い、ノズルの投射口の径を２．０關、投射圧６、Ｑ　
ｋｇ　／　ｃｄ　、　ノズルの投射口の傾斜角度１０”
、　ノズルの回転速度３０　ｒｐｍとし、１分間当りの
硬球の投射量を５００ｇとして１分間投射を行った。

テストはクランクシャフトに一定の捩りモーメントをか
け、クランクシャフトのオイル穴周辺にクラックが生じ
るまでの回数を調べたものである。

結果は、第３図に示されており、図中の縦軸は捩りモー
メント、横軸は捩りモーメントをかけた回数、図中の記
号Δはクランクピン及びクランクシャフトの表面のみに
焼入層を形成し、この焼入層を４關としたもの、◇はこ
の焼入層を６　ｍｍとしたもの、Ｏは前記と同じく焼入
層を６１にするとともに本発明に従ってオイル穴にショ
ットピーニング処理を施したものである。

この結果から、本発明のようにオイル穴にショットピー
ニング処理を施したものは、そうでないものと比べて疲
労強度の著しい向上が認められ、運転時に実際上発生す
る捩りモーメント２１０ｋｇ・ｍの場合でみると、ショ
ットピーニング処理を施さないものでは繰返回数が１０
６〜１０７の間でオイル穴の周辺にクラックが生じるが
、本発明に従ってショットピーニング処理を施したもの
では繰返回数が１０７を越えても上記のようなりラック
は生じなかった。

（効　果）以上のように本発明に係るエンジンのクランクシャフト
では、オイル穴の内壁であって焼入層の形成部と非形成
部との界面にショットピーニング処理層を形成している
ため、この界面はショットピーニングによる圧縮応力を
受け、その部分に存在した引張り応力が解消されるとと
もに圧縮残留応力が作用し疲労強度が大幅に向上する。

また、本発明の方法ではオイル穴の外部から焼入層の形
成部と非形成部との界面に向けて斜めに小硬球を高圧で
投射してショットピーニング処理を施してなるため、上
記ショットピーニング処理層を極めて容易に形成するこ
とができるとともにショットピーニングによる圧縮残留
応力が上記界面からオイル穴の内部に向けて漸次減少さ
せ、オイル穴部分にクラックが生じにくく疲労強度の向
上したクランクシャフトの強化処理方法とすることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るクランクシャフトのビンの断面図
、第２図は本発明に係るクランクピンの強化処理方法を
示す概略図で一部を拡大１．て示し、第３図は本発明に
係るクランクシャフトに捩りモーメントをかけた際の疲
労強度のテスト結果を示すグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）予めオイル穴が穿設されたクランクピン及び／ま
たはクランクジャーナルの表面に焼入層を形成してなる
エンジンのクランクシャフトにおいて、該オイル穴の内
壁であって該焼入層の形成部と非形成部との界面にショ
ットピーニング処理層を形成してなることを特徴とする
エンジンのクランクシャフト。
（２）予めオイル穴が穿設されたクランクピン及び／ま
たはクランクジャーナルの表面に焼入層を形成し、該オ
イル穴の外部から該焼入層の形成部と非形成部との界面
に向けて斜めに小硬球を高圧で投射してショットピーニ
ング処理を施してなることを特徴とするエンジンのクラ
ンクシャフトの強化処理方法。