特許 7491275 ラダーフレームの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-05-20

(45)【発行日】2024-05-28

(54)【発明の名称】ラダーフレームの製造方法

(51)【国際特許分類】

   F02F 7/00 20060101AFI20240521BHJP

【ＦＩ】

F02F7/00 301F

F02F7/00 F

F02F7/00 J

【請求項の数】 1

(21)【出願番号】P 2021132635

(22)【出願日】2021-08-17

(65)【公開番号】P2023027504

(43)【公開日】2023-03-02

【審査請求日】2024-01-25

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(72)【発明者】

【氏名】工藤 洋介

【審査官】鶴江 陽介

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－４５７６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平７－１１９７３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】再公表特許第２０１３／０９４３２３（ＪＰ，Ａ１）

【文献】特開２０１８－１５５３５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平９－１１２５３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０３０６８８３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｆ ７／００

Ｆ１６Ｃ ９／０２－ ９／０４

Ｆ１６Ｃ １７／００－１７／２６

Ｆ１６Ｃ ３３／００－３３／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

シリンダブロックの下端部に取り付けられたとき、そのシリンダブロックの下端部との間にクランクシャフトを挟むための半円弧状の内周面を有するキャップ部を備え、前記内周面と前記クランクシャフトとの間に、前記内周面における周方向の中央から端に向かうほど、前記クランクシャフトの径方向についての前記内周面と前記クランクシャフトとの距離が長くなる楔空間を形成するラダーフレームの製造方法であって、
アルミニウム合金製のラダーフレームの試験体を前記シリンダブロックの下端部に取り付ける際の取り付け前後での前記試験体のキャップ部における内周面の前記端の変位量を測定する第１工程と、
前記ラダーフレームをアルミニウム合金によって形成する際、前記ラダーフレームを前記シリンダブロックの下端部に取り付けたときの前記楔空間の大きさが規定値となるように、前記第１工程によって測定された前記変位量に基づき前記ラダーフレームの剛性を調整する第２工程と、
を行うラダーフレームの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ラダーフレームの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

内燃機関として、クランクシャフトを回転可能に支持するためのラダーフレームを、シリンダブロックの下端部にボルト締結によって取り付けたものが知られている。ラダーフレームは、半円弧状の内周面を有するキャップ部を備えている。キャップ部は、シリンダブロックの下端部との間にクランクシャフトを挟むためのものである。

【0003】

ラダーフレームでは、キャップ部を鉄製とし、キャップ部以外をアルミニウム合金製としている。キャップ部は、特許文献１に示されるような半円弧状の軸受けを備えている。この軸受けの内周面、すなわちキャップ部における半円弧状の内周面とクランクシャフトとの間には、潤滑用の油膜を形成するための楔空間が存在している。

【0004】

キャップ部の上記内周面は、その内周面における周方向の中央から端に向かうほど、クランクシャフトの径方向についての上記内周面とクランクシャフトとの距離が長くなるように形成されている。これにより、上記内周面とクランクシャフトとの間に楔空間が形成される。そして、クランクシャフトの回転時には、内燃機関によって駆動されるオイルポンプから吐出されて同機関を通過するように循環する潤滑油が、上記楔空間に引き込まれる。これにより、上記内周面とクランクシャフトとの間に油膜が形成される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１８－１５５３５５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、キャップ部もアルミニウム合金で形成したラダーフレームを採用した場合、ラダーフレームをシリンダブロックの下端部に取り付けたとき、キャップ部が潰れやすくなる。このため、キャップ部が鉄製の場合と比較して、キャップ部の内周面とクランクシャフトとの間に存在する上記楔空間が大きく広がる。その結果、クランクシャフトの回転時に、上記楔空間に引き込まれた潤滑油の同楔空間からの漏れ量が多くなる。

【0007】

このような状況のもとで、上記油膜を適正に形成するためには、オイルポンプからの潤滑油の吐出量を多くすることにより、クランクシャフトの回転時に上記楔空間に引き込まれる潤滑油の量を多くしなければならなくなる。しかし、この場合には、オイルポンプを駆動する内燃機関の燃費が悪化する。

【課題を解決するための手段】

【0008】

以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
上記課題を解決するラダーフレームの製造方法は、次のようなラダーフレームに適用される。このラダーフレームは、シリンダブロックの下端部に取り付けられたとき、そのシリンダブロックの下端部との間にクランクシャフトを挟むための半円弧状の内周面を有するキャップ部を備える。この内周面とクランクシャフトとの間には、上記内周面における周方向の中央から端に向かうほど、クランクシャフトの径方向についての上記内周面と上記クランクシャフトとの距離が長くなる楔空間が形成される。上記ラダーフレームの製造方法では、次のような第１工程と第２工程とが行われる。第１工程では、アルミニウム合金製のラダーフレームの試験体をシリンダブロックの下端部に取り付ける際の取り付け前後での上記試験体のキャップ部における内周面の上記端の変位量を測定する。第２工程では、ラダーフレームをアルミニウム合金によって形成する際、ラダーフレームをシリンダブロックの下端部に取り付けたときの上記楔空間の大きさが規定値となるように、第１工程によって測定された上記変位量に基づきラダーフレームの剛性を調整する。

【0009】

上記方法によれば、アルミニウム合金によってラダーフレームを形成する際の同ラダーフレームの剛性の調整により、ラダーフレームをシリンダブロックの下端部に取り付けたときの上記楔空間の大きさが規定値になる。従って、クランクシャフトの回転時に楔空間からの潤滑油の漏れ量の増大を抑制することが可能な上記規定値を採用することにより、上記楔空間からの潤滑油の漏れ量が多くなることを抑制できる。このため、そうした漏れ量が多くなったときにキャップ部の内周面とクランクシャフトとの間の油膜が適正に形成されるよう、内燃機関によって駆動されるオイルポンプからのオイルの吐出量を多くする必要がなくなる。これにより、オイルポンプを駆動する内燃機関の燃費が悪化することを抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】内燃機関の全体構成を示す略図である。

【図2】上記内燃機関におけるクランクシャフト周りの構造を示す断面図である。

【図3】第１工程における試験体の取り付け前の状態を示す略図である。

【図4】上記試験体の取り付け後の状態を示す略図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、ラダーフレームの製造方法の一実施形態について、図１～図４を参照して説明する。
図１に示す内燃機関１０は、シリンダブロック１１とクランクシャフト１２とラダーフレーム１３とクランクケース１４とを備えている。

【0012】

ラダーフレーム１３は、シリンダブロック１１の下端部に対し、ボルト締結によって取り付けることが可能となっている。ラダーフレーム１３は、半円弧状の内周面を有するキャップ部１３ａを備えている。キャップ部１３ａは、半円弧状の軸受け１３ｂを備えている。ラダーフレーム１３は、キャップ部１３ａを含め、アルミニウム合金によって形成されている。

【0013】

シリンダブロック１１の下端部におけるキャップ部１３ａに対応する箇所には、半円弧状の内周面を有する保持部１１ａが形成されている。保持部１１ａは、半円弧状の軸受け１１ｂを備えている。シリンダブロック１１は、保持部１１ａを含め、アルミニウム合金によって形成されている。

【0014】

ラダーフレーム１３は、シリンダブロック１１の下端部に取り付けられたとき、保持部１１ａにおける軸受け１１ｂの内周面とキャップ部１３ａにおける軸受け１３ｂとの間に、クランクシャフト１２を挟み込む。これにより、クランクシャフト１２が保持部１１ａとキャップ部１３ａとの間で回転可能に支持される。ラダーフレーム１３の下端部にはクランクケース１４が取り付けられている。クランクケース１４の内部には潤滑油が溜まっている。

【0015】

内燃機関１０の駆動に伴ってクランクシャフト１２が回転すると、その回転はオイルポンプ１５に伝達される。オイルポンプ１５は、内燃機関１０で駆動されることにより、クランクケース１４内に溜まった潤滑油を吸い上げた後、その潤滑油を吐出する。オイルポンプ１５から吐出された潤滑油は、内燃機関１０を通過するように循環することにより、内燃機関１０の各所を潤滑する。

【0016】

次に、保持部１１ａ及びキャップ部１３ａによるクランクシャフト１２の支持構造について詳しく説明する。
図２に示すように、キャップ部１３ａにおける軸受け１３ｂの内周面とクランクシャフト１２との間には、潤滑用の油膜を形成するための楔空間１６が存在している。クランクシャフト１２の径方向についての上記内周面とクランクシャフト１２との距離は、その内周面における周方向の中央から端に向かうほど長くされている。これにより、上記内周面とクランクシャフト１２との間に楔空間１６が形成される。

【0017】

また、保持部１１ａにおける軸受け１１ｂの内周面とクランクシャフト１２との間にも、潤滑用の油膜を形成するための楔空間１７が存在している。クランクシャフト１２の径方向についての上記内周面とクランクシャフト１２との距離は、その内周面における周方向の中央から端に向かうほど長くされている。これにより、上記内周面とクランクシャフト１２との間に楔空間１７が形成される。

【0018】

上述した楔空間１６，１７の形状は、ラダーフレーム１３をシリンダブロック１１の下端部にボルト締結したとき、キャップ部１３ａ及び保持部１１ａが変形する（潰れる）ことによって定められる。クランクシャフト１２の回転時には、内燃機関１０を循環する潤滑油が上記楔空間１６，１７に引き込まれる。これにより、キャップ部１３ａにおける軸受け１３ｂの内周面とクランクシャフト１２との間、及び、保持部１１ａにおける軸受け１１ｂの内周面とクランクシャフト１２との間に、油膜が形成される。

【0019】

ラダーフレーム１３をキャップ部１３ａも含めてアルミニウム合金で形成した場合、キャップ部１３ａを鉄製とした場合と比較して、ラダーフレーム１３をシリンダブロック１１の下端部に取り付けたとき、キャップ部１３ａが潰れやすくなる。このため、アルミニウム合金製のキャップ部１３ａでは、鉄製の場合と比較して、キャップ部１３ａにおける軸受け１３ｂの内周面とクランクシャフト１２との間に存在する上記楔空間１６が大きく広がり易い。そして、上記楔空間１６が大きく広がると、クランクシャフト１２の回転時に、上記楔空間１６に引き込まれた潤滑油の同楔空間１６からの漏れ量が多くなる。

【0020】

このような状況で、保持部１１ａにおける軸受け１１ｂの内周面とクランクシャフト１２との間の油膜を適正に形成するためには、オイルポンプ１５からの潤滑油の吐出量を多くすることが考えられる。この場合、クランクシャフト１２の回転に伴って楔空間１６に引き込まれる潤滑油の量が多くなるため、楔空間１６からの潤滑油の漏れ量が多くても上記油膜が適正に形成される。ただし、オイルポンプ１５からの潤滑油の吐出量を多くしなければならない分、オイルポンプ１５を駆動する内燃機関１０の燃費が悪化する。

【0021】

次に、ラダーフレーム１３の製造方法について説明する。
ラダーフレーム１３は、以下のような第１工程と第２工程とを順に行うことによって製造される。

【0022】

［第１工程］
図３及び図４に示すように、この工程では、アルミニウム合金製のラダーフレームの試験体１８をシリンダブロック１１の下端部に取り付ける際の取り付け前後での上記試験体１８のキャップ部１３ａにおける内周面の端の変位量Ｘを測定する。上記試験体１８の材質及び形状は、ラダーフレーム１３と同じにされている。図３は上記試験体１８をシリンダブロック１１に取り付ける前のキャップ部１３ａ及びその周辺を示し、図４は上記試験体１８をシリンダブロック１１に取り付けた後のキャップ部１３ａ及びその周辺を示している。

【0023】

図３に示すように、シリンダブロック１１に対する試験体１８の取り付け前には、試験体１８におけるキャップ部１３ａにおける軸受け１３ｂの内周面が略真円の円弧状となっている。そして、図４に示すように、シリンダブロック１１に対し試験体１８がボルト締結によって取り付けられた後には、ボルトの軸力が試験体１８に作用することによってキャップ部１３ａが変形する（潰れる）。

【0024】

これにより、キャップ部１３ａにおける軸受け１３ｂの内周面の端、すなわち同内周面における周方向の端が、クランクシャフト１２の径方向（図３及び図４の左右方向）に変位する。このときの上記内周面の端の変位量を、試験体１８のシリンダブロック１１に対する取り付け前後における上記変位量Ｘとして、実測によって測定する。なお、変位量Ｘの測定は、ＣＡＥ（computer-aided engineering）を用いた推測によって行うことも可能である。

【0025】

［第２工程］
この工程では、ラダーフレーム１３をアルミニウム合金によって形成する際、第１工程によって測定された上記変位量Ｘに基づきラダーフレーム１３の剛性を次のように調整する。すなわち、ラダーフレーム１３をシリンダブロック１１の下端部に取り付けたときの上記楔空間１６の大きさが規定値となるように、上記変位量Ｘに基づきラダーフレーム１３の剛性を調整する。

【0026】

上記規定値としては、クランクシャフト１２の回転時、上記楔空間１６に潤滑油を引き込むことが可能な大きさ、且つ、その引き込まれた潤滑油の楔空間１６からの漏れ量の増大を抑制することが可能な大きさが採用される。また、ラダーフレーム１３における剛性の調整は、ラダーフレーム１３の肉厚を調整することによって実現したり、ラダーフレーム１３の高さ（図１における上下方向の長さ）を調整することによって実現したりすることが可能である。

【0027】

ラダーフレーム１３をシリンダブロック１１の下端部に取り付ける前、すなわちキャップ部１３ａの変形が生じる前には、キャップ部１３ａにおける軸受け１３ｂの内周面が略真円の円弧状となって楔空間１６は存在していない。こうした条件のもとで、ラダーフレーム１３をシリンダブロック１１の下端部に取り付けたとき、楔空間１６の大きさが上記規定値となるようにラダーフレーム１３の剛性が調整される。

【0028】

以上詳述した本実施形態によれば、以下に示す作用効果が得られるようになる。
（１）アルミニウム合金によってラダーフレーム１３を形成する際の同ラダーフレーム１３の剛性の調整により、ラダーフレーム１３をシリンダブロック１１の下端部に取り付けたときの楔空間１６の大きさを上述した規定値とすることができる。これにより、クランクシャフト１２の回転時、潤滑油が引き込まれる楔空間１６からの同潤滑油の漏れ量が多くなることを抑制できる。このため、そうした漏れ量が多くなったときにキャップ部１３ａの内周面とクランクシャフト１２との間の油膜が適正に形成されるよう、内燃機関１０によって駆動されるオイルポンプ１５からのオイルの吐出量を多くする必要がなくなる。これにより、オイルポンプ１５を駆動する内燃機関１０の燃費が悪化することを抑制できる。

【0029】

（２）シリンダブロック１１に対するラダーフレーム１３の取り付けがボルト締結によって行われる。従って、そのボルト締結の際のボルトの軸力を調整することにより、ラダーフレーム１３の変形（潰れ）を微調整することができる。その結果、キャップ部１３ａにおける軸受け１３ｂの内周面とクランクシャフト１２との間に存在する楔空間１６の大きさを微調整することができる。

【0030】

なお、上記実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。上記実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・ラダーフレーム１３をシリンダブロック１１の下端部に取り付ける前、すなわちキャップ部１３ａの変形が生じる前、キャップ部１３ａにおける軸受け１３ｂの内周面とクランクシャフト１２との間に小さい楔空間１６が存在するようにしてもよい。この場合、ラダーフレーム１３をシリンダブロック１１の下端部に取り付けたとき、上記楔空間１６の大きさが規定値まで大きくなるようにされる。

【符号の説明】

【0031】

１０…内燃機関
１１…シリンダブロック
１１ａ…保持部
１１ｂ…軸受け
１２…クランクシャフト
１３…ラダーフレーム
１３ａ…キャップ部
１３ｂ…軸受け
１４…クランクケース
１５…オイルポンプ
１６，１７…楔空間
１８…試験体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】