JPH0241830A - 軸受キャップの組付方法 - Google Patents

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、半割メタルとこれに回転自在に支持される軸
体との間のクリアランスに影響を与える軸受キャップの
取付ボディへのボルト締結に際し、半割メタルのクラッ
シュハイト分増締めするようにした軸受キャップの組付
方法に関するものである。

（従来の技術） 一般にナツトランナ等でボルト締結を行う手法としては
、締結時のトルクを検出してこれで制御するトルク法（
特公昭８０−１４６７５号公報）や、締結角度で制御す
る角度法（特公昭６１−５８５７号公報）が主に知られ
ている。

ここにこのような手法を採用して行われるボルト締結作
業の例として、エンジンの構成部品であるコンロッドの
ビッグエンドにおいてクランクピンをコンロッド大径部
との間に挾み込んで支持する軸受キャップの組付けや、
第１２図に示すようにクランク軸７をシリンダボディ３
との間に挾み込んで支持する軸受キャップ２の組付けが
ある。

この組付は作業について略述すると第１３図（Ａ）〜（
Ｃ）に示すように、先ず左右一対のボルト１て軸受キャ
ップ２を取付ボディたるシリンダボディ３に締結した上
で、ボルト１間に軸孔４のポーリング加工を施す。次い
で一旦シリンダボディ３から軸受キャップ２を取り外し
、これらシリンダボディ３並びに軸受キャップ２に形成
された輔孔４を成す各凹溝５に、一対の半割メタル６を
夫々装管する。これら半割メタル６は、互いに組み合わ
されることで軸孔４の周面に沿って円環を構成するよう
になっている。そして最後に、半割メタル６が装着され
たシリンダボディ３と軸受キャップ２との間に挾み込ん
で軸体たるクランク軸７を配置し、再度軸受キャップ２
をシリンダボディ３にボルト締結することで組付は作業
が完了されるようになっている。

特に半割メタル６は、その両端縁がシリンダボディ３及
び軸受キャップ２への装着状態において、それらの接合
面８よりも若干突出する寸法で形成され、この突出部分
はクラッシュハイトｃｈと称される。このクラッシュハ
イトｃｈは、軸受キャップ２のシリンダボディ３へのボ
ルト締結によりその締結力で潰されるように圧縮され、
クランク系の放熱やクランク軸７の回転に伴う半割メタ
ル６の連れ回りを規制する他、殊に半割メタル６の軸孔
４腸而への密管性を向上させると共に、半割メタル６自
体に張りを与えるように機能する。

以上は、軸受キャップ並びに半割メタルを備えてクラン
クピンを回転自在に支持するコンロッドのビッグエンド
等においても同様である。

（発明が解決しようとする課題） ところで上述のようなりランク軸７等の軸体を回転自在
に支持する構造では、第１２図に示すようにクランク軸
７と半割メタル６との間に設計上適当なりリアランスＣ
が設定されるが、実際に製造されたものを測定してみる
と、第１４図に示すようにクリアランスＣの大きさにバ
ラツキが生じている。そして特にクリアランスＣが大き
すぎる場合には、軸振動に起因してエンジン高速域で騒
音を発生させる問題があった。また過剰に締付けてクリ
アランスＣが小さすぎると、半割メタル６の焼付き等を
生ずることもある。そこで、このようなりリアランスＣ
をできる限り設計値域内に分布させ得るような方策の案
出が望まれている。

（課題を解決するための手段と作用） 本発明は、取付ボディに軸受キャップが取り付けられて
区画形成される軸孔に、クラッシュハイトを有し且つ軸
孔の周面に沿って円環を構成する一対の半割メタルを装
着し、その後これら半割メタルのクラッシュハイトの変
形に要する増締値を付加したボルト締付値で軸受キャッ
プを取付ボディにボルト締結するようにして、組付は時
には半割メタルが介在することによるその反力成分を考
慮した上で、軸孔加工時とは異なる増締値を付加したボ
ルト締付値を決定して、軸受キャップを取付ボディへ組
み付けるようになっている。

（実施例） 以下に本発明の好適実施例を、シリンダボディ３との間
にクランク軸７を回転自在に支持する軸受キャップ２の
組付は作業を例示して説明する。

先ず半割メタル６とクランク軸７との間のクリアランス
Ｃが設計値域よりも大きくなる要因について述べると、
主に次の２つの点が挙げられる。

■軸孔４の加工時と半割メタル６を装着して再度ボルト
締結するエンジンの組立時とを比較した場合、同じ締付
トルクで締め付けてもボルト１に発生するボルト軸力は
異なり、加工時よりも組立時の方が軸受キャップ２の締
結力が小さくなってクリアランスＣも大きくなってしま
う。これは組立時には、半割メタル６の反発力の作用に
よりボルトネジ而の摩擦が加工時よりも大きくなってお
り、このため大きなネジ込み力が必要となって同一締付
トルクでは軸受キャップ２をシリンダボディ３に締結す
るボルト軸力が加工時に比べてより小さなものとなって
しまうからである。

しかしながらこの要因■は、角度法を採用して締付トル
クに拘らず加工時と同一の締付角度で締め付けることに
より、組立時にも路間−のボルト軸力を得て解消するこ
とができる。

■他方、ボルト軸力自体を加工時と組立時とで等しくす
ることができたとしても、そのボルト軸力の一部は半割
メタル６のクラッシュハイトｃｈを押し潰すように圧縮
するのに費やされるため、軸受キャップ２をシリンダボ
ディ３に締結する締結力としてはその圧縮内分だけロス
があり、結局加工時と同一のボルト軸力を発生させるよ
うにしても、組立時の軸受キャップ２の締結力は加工時
よりも小さなものとなってしまう。特にこの要因につい
て詳述すると第１３図（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、加
工時にボルト軸力Ｆｂで軸受キャップ２をシリンダボデ
ィ３に締結した状態でポーリングを施すと、軸受キャッ
プ２の剛性（バネ定数）Ｋ　ｂに基づき、δ。だけ変位
した状態で真円の軸孔４が形成される（第１３図（Ａ）
参照）。次いで、半割メタル６を装着して再度軸受キャ
ップ２をボルト締結する際の締結初期にあっては、先ず
剛性（バネ定数）Ｋｍの半割メタル６のクラッシュハイ
トｃｈを押し潰すように圧縮する必要があり、ここで締
付初期のＦｍなるボルト軸力がクラッシュハイトｃｈを
変形させるために費やされる（第１３図（Ｂ）参照）。

そしてクラッシュハイトＣｈが変形された後にボルト軸
力が軸受キャップ２の締結に寄与することになるが、こ
のときの締結力は、加工時と略同じボルト軸力Ｆｂが作
用していても、クラッシュハイト圧縮分の軸力Ｆｍのロ
スのために加工時よりも小さなものとなっており（（Ｆ
ｂ−Ｆｍ）＜Ｆｂ）　、かつこのボルト軸力（Ｆｂ−Ｆ
ｍ）は、半割メタル６及び軸受キャップ２双方の剛性（
Ｋｂ＋Ｋｍ）に抗して作用するものであるから加工時よ
りも小さな値となり、その結果加工時よりもより小さな
変位δ１　（δ１くδ。）となってクリアランスＣが大
きなものとなってしまう。

■また更に、左右一対のボルト１を同一の締結力で締め
付けたとしても、クラッシュハイトｃｈの変形に費され
るボルト軸力が左右で必ず等しくなるとは限らない。こ
のため、軸受キャップ２に作用するボルト軸力が不均一
化して軸受キャップ２が変形し、軸孔４の真円度が得ら
れなくなって設計上のクリアランスＣを確保できなくな
ってしまうという点もあった。

ここに本発明は、上記要因■を取除くと共に、上記■の
点を解決してクリアランスＣの適正化を確保すると共に
、真円度を向上させるものである。

角度法における締付値としての締付角度ｅと締付トルク
Ｔ（軸受キャップ、半割メタルからの反トルク）との関
係を示す第１図のグラフに従って具体的に説明すると、
組立作業において軸孔４に半割メタル６を装着し再度軸
受キャップ２を取付ボディたるシリンダボディ３にボル
ト締結してゆく際、締付角度ｅの増加に従って締付トル
クＴは、締付前期の締付特性（図中、■）と締付後期の
締付特性（図中、■）とて異なる増加率を示す。締付前
期の締付特性Ｉは、反トルクの小さな半割メタル６のみ
に抗してクラッシュハイトｃｈを押し潰して締結が行な
われる過程である。これに対し、締付後期の締付特性■
はクラッシュハイトｃｈが変形された後に軸受キャップ
２のシリンダボディ３への締結が始まって、半割メタル
６及び軸受キャップ２双方の大きな反トルクに抗して締
結が行なわれる過程である。ここに、締付特性■の締結
力は単にクラッシュハイトｃｈの変形のために費される
ものである。従って、加工時と同じボルト軸力を与える
べく加工時と同じ締付角度ｅａだけボルト１を締め込ん
でも、実際は締付前期の締付角度ｅｂがロスとなってい
る。ここに軸受キャップ２を必要なボルト軸力でシリン
ダボディ３に締結するためには、締付前期のロス分ｅｂ
１即ちグラフにおいてＴ。のトルクを加える必要がある
。

この締付トルクＴ。は、軸受キャップ２と半割メタル６
の双方の剛性を考慮した場合、締付特性■でトルクＴ。

を補える締付角度だけ増し締めすれば良い。この締付角
度はグラフ上では、締付トルク０の横軸と締付特性■と
の交点Ｘ。から締付特性Ｉと締付特性■との交点Ｘ１ま
での締付角度ｅＣとして与えられる。そしてこの締付角
度ｅｃを増締値として与えれば、軸受キャップ２とシリ
ンダボディ３との間に加工時と略同じ適正なボルト軸力
を与えることができる。

次に、この方法の具体的実施例を具体的装置例を挙げつ
つ説明する。

第２図には、ナツトランナ１０をマイクロ・コンピュー
タ等の制御手段１１で制御するように構成したものが示
されており、制御用の信号としては、角度エンコーダ１
２で検出されるナツトランナ１０の締付角度θと、トル
クトランジューサ１３で検出されるナツトランナ１０に
作用する反トルク（締付トルク）Ｔが採用される。そし
て本制御は、−次関数に近似できるこれら締付前期と締
付後期の締付特性■、■について連立−次方程式を解く
ことにより、必要な検線値を得るようになっている。そ
のため各締付特性Ｉ、■を得る４つの座標を決定できる
ように回路が構成されている。

即ち、各特性１．ＩＩに２つずつ対応させた４つの設定
トルクＴ１〜Ｔ４が設定される設定器１４ａ〜１４ｄ、
設定器１４ａ〜１４ｄに設定された設定トルクＴ１〜Ｔ
４とトルクトランジューサ１３から出力された締付トル
クＴとが一致したときにアナログゲート１５ａ〜１５ｄ
をＯＮして制御信号を制御手段１１に出力するコンパレ
ータ１６ａ〜１６ｄ及びアナログゲート１５ａ〜１５ｄ
からの制御信号で切り替えられてそのとき角度エンコー
ダ１２で検出されている締付角度ｅを出力する角度ゲー
ト１７ａ〜１７ｄが備えられて、これらが制御手段１１
に接続されて構成される。尚、１８はナツトランナ駆動
制御用のサーボアンプ、１つはＤＣナツトランナモータ
である。

この回路の制御フローについて第３図に従って説明する
。

くステップ１〉 外部からのナツトランナスタート信号によりサーボアン
プ１８を作動させ、ＤＣナツトランナモータ１９を作動
させる。

くステップ２〉 トルクトランジューサ１３からの出力信号Ｔと設定器１
４ａからの信号Ｔ１が一致すると、アナログゲート１５
ａをＯＮＬ、制御手段１１に制御信号を出力する。この
制御信号を受けると制御手段１１は、角度エンコーダ１
２の出力段にある角度ゲート１７ａ〜１７ｃをＯＮする
。これにより、締付特性ｌの座標の１つが求められる。

くステップ３〉 トルクトランジューサ１３の出力信号Ｔと設定器１４ｂ
からの信号Ｔ２が一致すると、アナログゲート１５ｂを
ＯＮＬ、制御手段１１に信号を送る。この制御信号を受
けると制御手段１１は、角度ゲート１７ａを０ＦＦＬ、
求められた２つの座標からトルクレイト（増加率）を演
算し、締付特性■を求める。

くステップ４〉 トルクトランジューサ１３からの出力信号Ｔと設定器１
４ｃの信号Ｔ３が一致すると、アナログゲート１５ｃを
ＯＮＬ、制御手段１１に信号を送る。この制御信号を受
けると制御手段１１は、角度ゲート１７ｂをＯＦＦする
。これにより、締付特性■の座標の１つが求められる。

くステップ５〉 トルクトランジューサ１３からの出力信号Ｔと設定器１
４ｄの信号Ｔ４が一致すると、アナログゲート１５ｄを
ＯＮＬ、制御手段１１に信号を送る。この制御信号を受
けると制御手段１１は、角度ゲート１７ｃを０ＦＦＬ、
求められた２つの座標からトルクレイト（増加率）を演
算し、締付特性■を求める。

そしてこれら関数から検線角度ｅｃを算出すると共に、
この検線角度θＣを締付角度ｅａに加えた全締付角度を
セットする（第１図参照）。

くステップ６〉 締付角度θａに検線角度θＣを加えたものを制御角度と
してナツトランナ１０を回転させ、この制御角度と角度
エンコーダ１２からの角度ｅか一致したならば、角度ゲ
ート１７ｄをＯＦＦとし、ナツトランナ１０を停止する
。

尚、ステップ３で求められたトルクレイトと、ステップ
５で求められたトルクレイトとの差が微小であれば、ス
テップ５で求められた特性■で締付制御を行なう。

また本実施例の検線めは、角度法のみならず、トルク法
、トルク法と角度法との組合わせによっても実施するこ
とができる。従って締付値とは、制御検出値に応じ、締
付角度、締付トルクいずれであっても良い。

このようにクラッシュハイトｃｈ分のロスを見込んで締
結作業を行なうことにより、クラッシュハイトｃｈの影
響を排除して加工時とほぼ同じボルト軸力で軸受キャッ
プ２をシリンダボディ３に締結することができ、半割メ
タル６のメタルクリアランスＣのバラツキを押さえてで
きる限り設計値域におさめることができる。またこの際
、各ボルト１について独立に締付値を与えるので、クラ
ッシュハイトｃｈを潰すために費されるロスが各ボルト
１で異なっても、それぞれのロス分に対応する検線値を
考慮して締結することができ、軸孔４の真円度も確保す
ることができる。また過剰な締付による半割メタル６の
焼付き等を抑制することもできる。

次に他の実施例について述べる。

半割メタル６のクラッシュハイトｃｈを圧縮するのに必
要な締付角度を予めテストピースなどで求めておき、そ
の締付角度を加工時の締付角度に加えて締結作業を行な
うようにしてもよい。例えば第４図に示すように、軸受
キャ・ツブ２と同寸で形成された型２０ａ、２０ｂに半
割メタル６を設置する。この型２０ａは第４図（Ａ）に
示すように、その−側に半割メタル６の一端を係合する
係合部２１を有し、半割メタル６の反対側の他端に荷重
を加えるように構成したものや、第４図（Ｂ）に示す型
２０ｂのように、半割メタル６の両端に荷重を加えるよ
うにしたもの、いずれの構成であってもよい。そして半
割メタル６の一端または両端に荷重を作用させ、クラッ
シュハイトｃｈが潰れる荷重Ｐを計７１１１する。この
計測値Ｐは必要ボルト軸力であるから、この軸力に対応
する締付角度を得てその角度を検線値とし、加工時の締
付値にこの検線値を加えて締結を行なえば良い。

さらに他の実施例としては、上述の予め計測された荷重
Ｐだけ加工時の締結力を小さく設定して締付けて軸孔加
工を行い、組立時には加工時に要求される通常の締結力
で締結作業を行なうものである。このようにしても、組
立時のボルト軸力を加工時の値にほぼ等しくすることが
できる。

第５図には、上述のようにして締結されて取付けられた
クランク軸７と半割メタル６との間のクリアランスＣが
適性か否かを検出できる装置が示されている。この装置
は、一対のボルト１に装着されるナツトランナ１０の一
対のソケット３０間に軸受３１を介して取り付けられ非
回転状態でソケット３０と共に昇降される支持体３２と
、この支持体３２に設けられ、軸受キャップ２及び半割
メタル６にその締結方向に穿孔される孔部３３に挿入さ
れたギャップセンサ３４とから主に構成される。支持体
３２は軸受３１を介してソケット３０に固定され、締結
作業に従って昇降するソケット３０と同期して昇降移動
されるようになっている。この支持体３２には、ギャッ
プセンサ３４が設けられる。軸受キャップ２及び半割メ
タル６には、ソケット３０の昇降方向に沿って一連に孔
部３３が形成され、ギャップセンサ３４はこの孔部３３
に支持体３２側から軸受キャップ２を貫通させて挿入さ
れる。またこのギャップセンサ３４は、非接触式の高周
波コイルで構成され、スプリング３５で半割メタル６側
に付勢されてその先端が半割メタル６の内周面に一致さ
れて取付けられている。そして、電圧変化でクランク軸
７との間のクリアランスＣを検出するようになっている
。このような構成でなる検出装置は、ソケット３０がボ
ルト１に装着されるとセンサ３４も孔部３３に挿入され
、センサ３４の先端がスプリング３５で半割メタル６位
置に保持される。そして締結作業中において、センサ３
４によりメタルクリアランスＣが連続して検出されるこ
とになる。このような装置を設備することにより、上述
の制御手段１１による制御と連関させることで、また予
め計測した検線値で締結する場合にあっても、的確なり
リアランスＣの管理を達成することができる。尚、締付
は作業完了後の軸受キャップ２の孔部３３の扱いは、圧
入ビン又はビス等で塞ぐことにより、軸受部分からのオ
イル漏れ等を防止して半割メタル６に通常の機能を発揮
させることができる。

また本装置を単独で使用して締結作業を行なうことによ
り、実際のクリアランスＣを測定して適当な締結力で作
業を実施することもできる。本装置はナツトランナ１０
のソケット３０とセンサ３４が同期して移動されるので
、クリアランスＣの検出と締結作業の連関を確保でき、
コントロールの面で有利なものである。

第６図〜第８図には、更に他の実施例が示されている。

これはクラッシュハイトｃｈを圧縮するように潰すため
にボルト締付値に付加される増給値を予め構造的に与え
て、ボルト１の締結に際しては、この予め加えられた増
給値に加えて加工時のボルト締結値で軸受キャップ２を
シリンダボディ３に締結するようにしたものである。第
７図に示すように軸受キャップ２及びシリンダボディ３
の凹溝５の接合面８側の縁部には、その下部を切り欠い
て係合鍔部４０が形成される。またこの凹溝５に装着さ
れる半割メタル６は、その周方向両端縁４１が係合鍔部
４０に合せて外側に広がるように折曲げられて形成され
る。またその成形加工高さＨは、凹溝５深さＨ８に対し
てαだけ寸法公差を与えられて形成される。モして半割
メタル６を凹’／？ｉ　５に装着することにより、係合
鍔部４０への係合で半割メタル６には圧縮力が作用し、
必要な張り及び凹溝５への密６等が得られるように構成
される。第８図には、このような半割メタル６の取付は
方が示されている。まず半割メタル６の一方の端縁４１
を軸受キャップ２の一方の係合鍔部４０に係合させる。

次いて、ガイド体４２によって形成されたガイド面４３
に沿って半割メタル６の他方の端縁４１を、押入手段４
４で凹溝５に押し込んで、他方の係合鍔部４０に係合さ
せる。

これにより半割メタル６は、ボルト軸力で押し潰された
のと同様な状態で軸孔４内に装着されたことになる。こ
のような半割メタル６の装着作業を実施して検線値付の
作用力を加えた後に、加工時と同じ締付値で軸受キャッ
プ２をシリンダボディ３に締結することで、半割メタル
６に必要な圧縮力を作用させつつ、適正なりリアランス
Ｃで且つ真円度を確保して軸受キャップ２の組付は作業
を実施することができる。

尚、半割メタル６を取り外す際には第９図に示すように
、軸受キャップ２等の側方からブロック体４５を押し当
てて適当な力で打ち出すことにより、半割メタル６を取
り出すことができる。

更に第１０図及び第１１図には、半割メタル６の両端縁
４１の他の形状が示されており、端縁４１の中央部のみ
を外側へ折り曲げたり、端縁４１の中央部を残してその
両側を外側へ折り曲げるように形成しても良い。これら
の場合には、残された両側または中央部が凹溝５に沿う
こととなり、クランク軸７の軸受支持をより的確に行な
うことができる。

（発明の効果） 以上説明したように本発明は、取付ボディに軸受キャッ
プが取り付けられて区画形成される軸孔に、クラッシュ
ハイトを有し且つ軸孔の周面に沿って円環を構成する一
対の半割メタルを装着し、その後これら半割メタルのク
ラッシュハイトの変形に要する増給値を付加したボルト
締付値で軸受キャップを取付ボディにボルト締結するよ
うにして、組付時には半割メタルが介在することによる
その反力成分を考慮した上でクラ・ソシュノ＼イトのた
めの増給値を付加したボルト締付値で軸受キャップを取
付ボディへ組み付けるようにしたので、軸体と半割メタ
ルとの間に適正なりリアランスを与えることができると
共に、真円度を確保することができ、軸振動に起因する
騒音を低減できると共に、過剰な締付による半割メタル
の焼付き等を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は半割メタルを軸孔に装着した組付は時の締付角
度と締付トルクの関係を示すグラフ、第２図は本発明を
実施する際に採用される制御系の一例を示す回路図、第
３図はその制御フローを示すフローチャート、第４図は
半割メタルのクラッシュハイトの増給値を得る他の方法
を示す図、第５図は本方法の実施にあたりクリアランス
を検出する検出手段の一例を示す断面図、第６図は増給
値を与える他の方法に採用される半割メタルを示す図、
第７図は軸受キャップの構造を示す側面図、第８図は装
着状態を示す側面図、第９図は半割メタルの取り外しを
示す斜視図、第１０図及び第１１図は半割メタルの他の
例を示す部分拡大図、第１２図は軸受キャップと取付は
ボディとの間に軸体を取付けた状態を示す正面図、第１
３図は軸孔加工時から組付は時に亘る作業プロセスとそ
の際のボルト軸力と剛性との関係を説明する図、第１４
図は望まれるク リアランスの分布を示すグラフ である。 ２・・・軸受キャ ツブ ３・・・取付ボディ ４・・・軸 孔 ６・・・半割メタル （シリンダボディ） ｈ・・・クラ シュハイ ド

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）取付ボディに軸受キャップが取り付けられて区画
   形成される軸孔に、クラッシュハイトを有し且つ軸孔の
   周面に沿って円環を構成する一対の半割メタルを装着し
   、その後これら半割メタルのクラッシュハイトの変形に
   要する増締値を付加したボルト締付値で軸受キャップを
   取付ボディにボルト締結するようにしたことを特徴とす
   る軸受キャップの組付方法。