JP2005121168A - 回転軸の軸受構造 - Google Patents

Abstract

【課題】軸方向幅を有効に縮小し、優れた性能を有する回転軸の軸受構造を提供する。
【解決手段】ケース３３に回転可能に枢支される回転軸３６上に、補機類に駆動力を伝達する伝動部材を複数配置する。軸端面付近で軸端部に嵌合する略円筒状の嵌合部材１を設け、嵌合部材１を軸方向に軸端面より突出するように延出させる。略円筒状の外周面を軸受２の内周面に嵌合させ、嵌合部材１の内側に設けた空間３内に軸端部に一体的に固定する固定部材４を収容する。嵌合部材１は、軸端面の軸径よりも大きい外径を有し、且つ内側に収容する固定部材４の当接面が軸端面よりも大きくした。
【選択図】 図４

Description

本発明は、機械装置類に組み込まれる回転軸、たとえば自動二輪車あるいは自動車などに搭載される内燃機関におけるクランクシャフト等の軸を支持するための軸受構造に関するものである。

この種の内燃機関をはじめとして各種の機械装置類には回転軸が組み込まれ、この回転軸を支持する軸受構造も多岐に亘っている。一般には回転軸の軸端付近に軸受を配置し、その軸受に回転軸を嵌合させるものが多い。

車両に搭載されたエンジンで採用される軸受構造では、たとえばバギー車等と呼ばれている鞍乗型不整地走行車（ＡＴＶ;All Terrain Vehicle）の場合、エンジンに組み込まれる回転軸であるクランクシャフトにはクランクシャフト本来の機能（回転運動）とは別に、クラッチや変速装置等の補機類が付設される。この場合クランクシャフトは段付に形成され、それらの段に従って先細になる。そして補機類等は段ごとに、クランクシャフトの軸上に並べて配置される場合が多い。このため軸受構造も複雑なものとなり、しかも円滑作動を確保すべく高い精度や耐久性が要求される。

この種の車両はオンロードは勿論のこと、特にオフロードあるいは水辺等における過酷な走行条件でも優れた走行性能を有し、高い機動性を発揮する。その基本構成はたとえば、車体フレームの前後に４つの車輪を有し、車体フレームにエンジンを搭載するとともに、その上部に燃料タンクやシートを載置するというものである。シートに跨って乗車したライダーの足元付近にはエンジンが配置される。

上述したＡＴＶ車両の例においても、クランクシャフトの軸端付近に配置した軸受に、クランクシャフトを嵌合させる軸受構造が採用されており、この場合軸受まわりを含めクランクシャフトの軸方向寸法が大きくなる。そのためエンジン幅が大きくなり、そのエンジン幅は乗車時のいわゆる「跨ぎ幅」として乗車性に直接影響する。また、かかる軸受構造では使用し得る軸受サイズはほぼ決まってしまい、軸受の面圧等を含む特性性能を改善するのが必ずしも容易でなかった。

また、ＡＴＶ車両等の例ばかりでなく、機械装置類に組み込まれる回転軸の場合においても、特にその軸方向寸法は装置の小型化等を図る上で極めて重要である。機械装置類における軸受構造でも同様な課題を有している。

本発明はかかる実情に鑑み、軸方向幅を有効に縮小し、優れた性能を有する回転軸の軸受構造を提供することを目的とする。

本発明の回転軸の軸受構造は、ケースに回転可能に枢支される軸上に、補機類に駆動力を伝達する伝動部材を複数配置する回転軸の軸受構造であって、軸端面付近で軸端部に嵌合する略円筒状の嵌合部材を設け、該嵌合部材を軸方向に軸端面より突出するように延出させるとともに、その略円筒状の外周面を軸受の内周面に嵌合させ、前記嵌合部材の内側に設けた空間内に前記軸端部に一体的に固定する固定部材を収容することを特徴とする。

また、本発明の回転軸の軸受構造において、前記嵌合部材は、前記軸端面の軸径よりも大きい外径を有し、且つ内側に収容する前記固定部材の当接面を前記軸端面よりも大きくしたことを特徴とする。

また、本発明の回転軸の軸受構造において、前記嵌合部材は、その軸上に嵌合固定される前記伝動部材と共通の嵌合構造を有するとともに、前記伝動部材と共締めにて固定されることを特徴とする。

また、本発明の回転軸の軸受構造において、前記回転軸はクランク軸と一体に回転可能とし、その軸心と同軸に前記嵌合部材および前記軸受を配設することを特徴とする。

また、本発明の回転軸の軸受構造において、前記嵌合部材の外周に嵌合する前記軸受にオイルシールを装着し、前記軸端部を閉塞することでオイル溜め室を形成することを特徴とする。

本発明の回転軸の軸受構造では回転軸の軸端部に嵌合する嵌合部材を設け、該嵌合部材を軸方向に軸端面より突出するように延出させる。また、嵌合部材の外周面を軸受内周面に嵌合させ、嵌合部材の内側に設けた空間内に軸端部に一体的に固定する固定部材を収容する。軸受部と補機類を固定する固定部とが回転軸の軸方向で略同一位置に配置されるため、軸方向寸法が短縮される。

本発明によれば、軸受部と固定部とが回転軸の軸方向を略同一位置に配置することで、軸方向幅を有効に縮小することができ、たとえばエンジンに適用すればエンジン幅が短くなり、乗車性等を有効に向上することができる。また、回転軸の軸受部の軸径を実質的に大きくすることがでるため、軸受部に生じる面圧を減少し、フレッティング磨耗に対する耐久性等を向上し、回転軸の適正かつ安定作動を保証する等の利点を有する。

以下、図面に基き、本発明による回転軸の軸受構造の好適な実施の形態を説明する。 本発明による回転軸の軸受構造は、たとえば鞍乗型不整地走行車等におけるエンジン等に対して有効に適用可能であり、この実施形態では図１に示すように鞍乗型４輪車１００の例とする。

ここで先ず、本実施形態に係る鞍乗型４輪車１００の全体構成を説明する。なお、図１において矢印Ｆは前方を、また矢印Ｒは後方をそれぞれ表している。鞍乗型４輪車１００は鋼管製の車体フレーム１０１を備え、この車体フレーム１０１の前後には、図示しないサスペンション機構を介して左右一対の前輪１０２および後輪１０３が配設され、この前後輪１０２，１０３の間に位置するように車体フレーム１０１にパワーユニット１０４が搭載される。

車体フレーム１０１は左右一対のフロントアッパパイプ１０５およびフロントロアパイプ１０６と、左右一対のリヤアッパパイプ１０７およびリヤロアパイプ１０８と、前部でフロントアッパパイプ１０５およびフロントロアパイプ１０６の間を縦方向に連結する左右一対の縦パイプ１０９とを備えている。さらに、車体フレーム１０１には縦パイプ１０９とフロントアッパパイプ１０５の前部との間を前後方向に連結する左右一対の横パイプ１１０と、上述の左右一対の各部材１０５〜１１０を車幅方向に連結する複数のブリッジ部材（図示せず）とが含まれ、これらのフレーム構成部材が相互に結合することで、たとえばこの例では鞍乗型不整地走行車として所定の剛性強度を確保している。

パワーユニット１０４の具体的構成については後述するものとするが、図２にも示されるように、たとえば４サイクル単気筒のエンジン１０を含んでいる。また、エンジン１０は、後述するベルト式変速装置を内蔵するトランスミッションケース１１と一体に構成され、エンジン１０の出力がそのベルト式変速装置により無段階に変速されて、プロペラシャフト機構を介して前輪および後輪１０２，１０３に伝達されるようになっている。

エンジン１０のインテークポートにはキャブレタ１１１が接続され、キャブレタ１１１により混合気が供給される。キャブレタ１１１には、エアクリーナ装置１１２が接続される。エンジン１０はそのシリンダ１２を前傾させることでエンジン高さを低く抑え、その後面にインテークポートを備えている。インテークポートは吸気効率を高める目的で可能な限りストレート形状とするため、キャブレタ１１１は相対的にインテークポートよりも高い位置に配設される。

車体フレーム１０１のリヤアッパパイプ１０７上には鞍乗型のシート１１３が載置固定され、その前方にはフロントアッパパイプ１０５上に燃料タンク１１４が設置される。燃料タンク１１４の前方にはステアリングシャフト１１６を回動して前輪１０２を操向すべく、ステアリングハンドル１１５が旋回可能に設けられる。また、車体フレーム１０１の前部は前輪１０２の車軸の略上方まで延設され、その最前部付近にエンジン１０の熱交換器（オイルクーラおよびラジエータ等）１１７が設置される。

車体前部には前輪１０２および車体フレーム１０１の前部上方を覆うフロントフェンダ１１８が設けられ、また、車体後部には後輪１０３および車体フレーム１０１の後部上方を覆うリヤフェンダ１１９が設けられる。これらのフロントフェンダ１１８およびリヤフェンダ１１９は基本的には、合成樹脂成形品である。

ここで、運転者（ライダー）は鞍乗型のシート１１３に跨ってステアリングハンドル１１５を操舵するが、その際パワーユニット１０４両側下部付近に足を載せるためのステップが設定される。この場合、たとえばフロントロアパイプ１０６の外側に、図１に示すようにステップの骨格構造を取り付けるためのステップ取付部１２０が設定される。なお、実際のステップ１２１（斜線で図示し、詳細構造は省略するものとする）は、フロントフェンダ１１８およびリヤフェンダ１１９を繋ぐように床状に構成される。運転者はパワーユニット１０４を両側から挟むように、ステップ１２１に足を載せることになるが、その際エンジン１０のエンジン幅は乗車時の跨ぎ幅として乗車性に影響し、つまり跨ぎ幅を小さくして乗車性を向上したいという要請がある。

つぎに、図２および図３においてパワーユニット１０４の構成例を説明する。
このパワーユニット１０４は前述のように、４サイクルの水冷単気筒のエンジン１０を含み、トランスミッションケース１１と一体に構成される。この場合、側面視では図２のようにシリンダ１２、シリンダヘッド１３およびクランクケース１４がシリンダ軸線方向に沿って配置され、またマグネットカバー１５およびリコイルスタータカバー１６がクランクシャフト対応位置に配置される。さらに後部寄りにはトランスミッションケース１１が配置され、トランスミッション経由で伝達されるエンジン出力は前後のジョイント１７，１８を介して、前輪および後輪１０２，１０３を駆動するプロペラシャフトへと伝達されるようになっている。

シリンダ１２のシリンダボアには、ピストン１９が所定ストローク往復動可能に内嵌する。ピストン１９はピストンピン２０を介して、コンロッド２１の一端と連結する。コンロッド２１の他端（大端部）はクランクピン２２を介して、クランクシャフト２３と連結する。クランクケース１４はその一部（上部側）がシリンダ１２と一体に鋳造されるが、軸受２４を介してクランクシャフト２３を回転可能に支持する。

クランクシャフト２３にはその軸上に沿って、クラッチや変速装置等の補機類が付設装架される。この例ではたとえば図３に示されるように先ずエンジン左側部分において、クランクシャフト２３に対向配置されたバランサシャフト２５を駆動するためのバランサドライブギヤ２６と、シリンダヘッド１３まわりに配設された動弁機構のカムシャフトを駆動するためのカムチェーン２７と、エンジン始動用スタータギヤ２８と、マグネットカバー１５内で回転可能に支持されるマグネットロータ２９と、リコイルスタータカバー１６内に配置構成されるリコイルスタータ３０とが順次配設される。

また、エンジン右側部分において、クランクシャフト２３の右側端部には遠心クラッチ３１が装架される。遠心クラッチ３１の右外側には、遠心クラッチ３１を介してクランクシャフト２３と断接可能に連結するようにしたベルト式変速装置３２が配置構成される。エンジン１０は、ベルト式変速装置３２を含むトランスミッションケース１１と一体に構成される。ベルト式変速装置３２を収納するベルトケース３３はエンジン１０の右側に偏倚して配置され、その内部に前後に駆動プーリ３４および従動プーリ３５が配置される。駆動プーリ３４は支軸３６のまわりに、また従動プーリ３５は支軸３７のまわりにそれぞれ回転する。ここで、駆動プーリ３４、すなわち支軸３６はクランクシャフト２３と同一軸線上に、該クランクシャフト２３と一体に回転可能に配置され、特にその右側軸端部は、後述する本発明の軸受構造によって支持される。これらのプーリ３４，３５の間にベルト３８が張架され、ベルト３８を介して駆動プーリ３４の回転力が従動プーリ３５へ伝達される。なお、駆動プーリ３４には冷却ファン３９が一体形成されている。

駆動プーリ３４は遠心クラッチ３１を介して、エンジン１０のクランクシャフト２３と断接可能に連結する。従動プーリ３５は変速ギヤユニット４０と連結し、さらにこの変速ギヤユニット４０と連結するプロペラシャフト機構（図示せず）を介して前輪および後輪１０２，１０３と連結している。

駆動プーリ３４においてエンジン回転数に応じて、可動フェイス３４ａが支軸３６に沿って移動し（矢印Ａ）、ベルト３８に対する挟持幅が広狭変化することで、ベルト３８の装架半径を大小変化させる。たとえばエンジン回転数が上昇すると、可動フェイス３４ａ内のローラ（ウェイト）４１が遠心力の作用で固定プレート４２に沿って外側に広がり、可動フェイス３４ａが固定フェイス３４ｂ側へ移動し、それらの間に挟まれたベルト３８が押し出されて装架半径が大きくなる。駆動プーリ３４側の変化に対応して、従動プーリ３５の可動フェイス３５ａが支軸３７に沿って移動し（矢印Ｂ）、これによりエンジン回転数を無段に変速することができる。

なお、この例ではベルト式変速装置３２まわりを冷却するための冷却構造を有している。すなわち、ベルト式変速装置３２の前部に開口する吸気口４３から空気を取り込み、吸気口４３から取り込んだ空気が、遠心クラッチ３１と駆動プーリ３４との間を流通して、ベルト式変速装置３２の後部に開口する排気口４４から排気されるようになっている。

さて、図４は本発明による軸受構造を示している。この実施形態において、駆動プーリ３４を支持する支軸３６の軸端面付近で、その軸端部に嵌合する略円筒状の嵌合部材１を設け、この嵌合部材１を支軸３６の軸方向に軸端面より突出するように延出させる。この場合、嵌合部材１の略円筒状の外周面を軸受２の内周面（内輪２ａ）に嵌合させる。軸受２の外輪２ｂは、ベルトケース３３に嵌合支持される。そして、嵌合部材１の内側に設けた空間３内に支軸３６の軸端部に一体的に固定する固定部材としてのナット４を収容する。嵌合部材１はナット４を締め込むことで、支軸３６の軸端部に締着固定される。

本発明の軸受構造では嵌合部材１は、支軸３６の軸端面の軸径よりも大きい外径を有するとともに、その内側に収容するナット４の当接面（鍔部４ａ）がその軸端面よりも大きく設定される。このように寸法設定することで、ナット４の鍔部４ａが嵌合部材１の内側に設けた空間３の内底部に当接する。

ここで、支軸３６の外周にスプライン３６ａが形成され、可動フェイス３４ａをスライド可能に支持するスリーブ４５は、支軸３６とスプライン嵌合する。また、固定フェイス３４ｂおよび固定プレート４２も、支軸３６とスプライン嵌合する。本発明の軸受構造ではまた、嵌合部材１は支軸３６の軸上に嵌合固定される伝動部材と共通の嵌合構造を有する。すなわち可動フェイス３４ａ、固定フェイス３４ｂおよび固定プレート４２等の伝動部材と同様に、嵌合部材１は支軸３６とスプライン嵌合する。この場合、嵌合部材１はナット４によりかかる伝動部材と共締めにて固定される。

上記の場合、嵌合部材１の外周に嵌合する軸受２にオイルシール５を装着し、支軸３６の軸端部を閉塞することでオイル溜め室６が形成される。このオイル溜め室６には予め適量の潤滑オイル等を封入しておくことができる。

本発明の軸受構造によれば、軸受２が嵌合する嵌合部材１の内側にナット４を配し、つまり軸受部と補機類である伝動部材を固定する固定部とが支軸３６の軸上でその軸方向略同一位置に配置されるため、支軸３６の軸方向寸法が短縮される。これによりクランクシャフト２３を含めたエンジン幅が短くなり、ライダーの乗車姿勢の自由度を拡大して乗車性あるいは快適性が向上される。

また、嵌合部材１を支軸３６と別体構成とし、軸受２との嵌合部の直径（外径）を大きくすることができる。通常、補機類等が付設される段付軸では、段に従って先細になった軸受嵌合部の軸径を大きく確保するのは難しい。これに対して本発明では嵌合部材１は、支軸３６の軸端面の軸径よりも大きい外径を有し、たとえばこの例のように支軸３６の軸上に複数の伝動部材を嵌合させながら、実質的に軸受部の軸径を大きくすることがでる。これにより軸受部に生じる面圧を減少し、フレッティング磨耗に対する耐久性を向上することができる。

また、嵌合部材１は支軸３６の軸上に嵌合固定される伝動部材と共通の嵌合構造、この例ではスプライン嵌合構造を有し、伝動部材と嵌合部材１の固定のために支軸３６を細径化することなく、軸方向寸法の短縮化を実現する。

この実施形態では前述したように支軸３６は、クランクシャフト２３と同一軸線上に配置され、一体に回転可能に構成される。このように加振力が最も大きいクランクシャフト２３と一体的に回転する支軸３６にあっては、クランクシャフト２３を含めた全長が長くなり、その軸端部が振れ易くなる。本発明によれば、かかる回転軸を枢支する際、最も有効に作用する。すなわち、支軸３６の軸端部において実質的な大径化を図り、高い支持剛性を確保する。

以上、本発明を種々の実施形態とともに説明したが、本発明はこれらの実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲内で変更等が可能である。
たとえば上記実施形態では支軸３６の例を説明したが、本発明は軸上に複数の補機類を持つ軸、すなわちクランクシャフト、変速主軸あるは変速出力軸等に対しても有効に適用可能である。また、内燃機関の場合に限らず、各種の機械装置に組み込まれる回転軸にも有効に適用可能である。

本発明の適用例に係るＡＴＶ車の例を示す側面図である。 本発明の実施形態におけるパワーユニットの構成例を示す側面図である。 本発明の実施形態におけるパワーユニットの構成例を示す平断面図である。 本発明の実施形態における回転軸の軸受まわりを示す断面図である。

符号の説明

１ 嵌合部材
２ 軸受
３ 空間
４ ナット
５ オイルシール
１０ エンジン
１１ トランスミッションケース
１２ シリンダ
１４ クランクケース
１９ ピストン
２１ コンロッド
２３ クランクシャフト
２５ バランサシャフト
２７ カムチェーン
２８ 始動用スタータギヤ
２９ マグネットロータ
３０ リコイルスタータ
３１ 遠心クラッチ
３２ ベルト式変速装置
３３ ベルトケース
３４ 駆動プーリ
３５ 従動プーリ
３６ 支軸
３８ ベルト
４０ 変速ギヤユニット
４２ 固定プレート
１００ 鞍乗型４輪車
１０１ 車体フレーム
１０２ 前輪
１０３ 後輪
１０４ パワーユニット

Claims (5)

1. ケースに回転可能に枢支される軸上に、補機類に駆動力を伝達する伝動部材を複数配置する回転軸の軸受構造であって、
   軸端面付近で軸端部に嵌合する略円筒状の嵌合部材を設け、該嵌合部材を軸方向に軸端面より突出するように延出させるとともに、その略円筒状の外周面を軸受の内周面に嵌合させ、前記嵌合部材の内側に設けた空間内に前記軸端部に一体的に固定する固定部材を収容することを特徴とする回転軸の軸受構造。
2. 前記嵌合部材は、前記軸端面の軸径よりも大きい外径を有し、且つ内側に収容する前記固定部材の当接面を前記軸端面よりも大きくしたことを特徴とする請求項１に記載の回転軸の軸受構造。
3. 前記嵌合部材は、その軸上に嵌合固定される前記伝動部材と共通の嵌合構造を有するとともに、前記伝動部材と共締めにて固定されることを特徴とする請求項１または２に記載の回転軸の軸受構造。
4. 前記回転軸はクランク軸と一体に回転可能とし、その軸心と同軸に前記嵌合部材および前記軸受を配設することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の回転軸の軸受構造。
5. 前記嵌合部材の外周に嵌合する前記軸受にオイルシールを装着し、前記軸端部を閉塞することでオイル溜め室を形成することを特徴とする請求項４に記載の回転軸の軸受構造。

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