JP2014134230A - 内燃機関のバランサ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関のバランサ装置において、シザーズギヤを用いることなく歯打ち音を低減する。
【解決手段】駆動ギヤ５，バランサ駆動ギヤ７，バランサ従動ギヤ８のうち少なくとも１つのギヤの軸方向両側面に、径の異なる環状溝５ａ，５ｂを夫々設ける。 前記夫々の環状溝５ａ，５ｂは、軸方向において重なる深さまで形成する。これにより、ギヤにおける歯面から内周方向への振動の伝達を遮断する。また、環状溝５ａ，５ｂにより、ギヤの剛性が低下して撓りやすくなり、相手側のギヤにおけるヘリカル歯との接触面積を大きくして噛み合いやすし、歯打ち音を抑制することが可能となる。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関に設けられて、内燃機関の回転による振動を低減させるバランサ装置に関する。

バランサ装置は、クランクシャフトに設けられたクランクギヤから従動ギヤを介してバランサシャフトに回転が伝達されるようになっている。しかしながら、クランクシャフトとバランサ装置は、別々の構造体に支持されているため、支持される位置に誤差が生じやすく、歯打ち音が生じてしまうといった問題があった。

このような問題に対して、従動ギヤにシザーズギヤを用いてバックラッシュを吸収し、歯打ち音を低減する方法が特許文献１に開示されている。

特開２００７−２３９５２１公報

しかしながら、特許文献１は通常のギヤと比較して高価なシザーズギヤを用いているため、バランサ装置のコストが上昇してしまっていた。また、シザーズギヤを用いた場合、ギヤ同士を噛み合わせる作業が煩雑であった。

本発明の目的は、シザーズギヤを用いることなく歯打ち音を低減することができる内燃機関のバランサ装置を提供することにある。

本発明は、前記従来の問題に鑑み、案出されたもので、バランサ装置内のギヤのうち少なくとも一つのギヤの軸方向両側面に、径の異なる環状溝が夫々設けられており、夫々の環状溝が軸方向において重なる深さまで形成されていることを特徴としている。

本発明によれば、シザーズギヤを用いることなく歯打ち音を低減することができる。

バランサ装置の正面図である。 同装置Ｙ−Ｙ方向断面図である。 ロアーハウジングを外してハウジング装置を底部から見た図である。 バランサ駆動シャフトとバランサ駆動ギヤの変形を示す概略図である。 実施形態２のメインギヤ断面図である。 実施形態３のメインギヤ断面図である。 実施形態４のメインギヤ断面図である。 実施形態５のメインギヤ断面図である。 実施形態６のメインギヤ断面図である。 実施形態７のメインギヤ断面図である。 実施形態８のメインギヤ断面図である。

以下、本発明に係わるバランサ装置の実施形態１〜８を図１〜１１に基づいて詳細に説明する。

［実施形態１］
図１はバランサ装置のエンジン搭載正面図、図２は前記図１のＹ−Ｙ方向の断面図、図３はロアーハウジングを外してハウジング装置を底部から見た図である。

図１に示すように、内燃機関のシリンダブロック（図示省略）の下面に、クランクシャフト２に固定されたクランクギヤ３によって回転駆動するバランサ装置１が設けられている。

図１〜３に示すように、バランサ装置１は、クランクギヤ（入力ギヤ）３と噛合し、クランクギヤ３からの回転力が伝達されるメインギヤ（駆動ギヤ）５と、メインギヤ５から回転力が伝達されるバランサ駆動シャフト４と、バランサ駆動シャフト４に固定されたバランサ駆動ギヤ７と、バランサ駆動ギヤ７と各歯が互いに噛合したバランサ従動ギヤ８と、バランサ従動ギヤ８からの回転力が伝達されるバランサ従動シャフト６と、を備える。

前記バランサ駆動シャフト４およびバランサ従動シャフト６には、それぞれ半円状のバランサウェイト４ａ，６ａが一体的に形成されている。また、バランサ駆動シャフト４，バランサ従動シャフト６は、内燃機関前後方向に平行に配置されている。なお、両シャフト４，６はクランクシャフト２が１回転するに当たり２回転するように設計されている。

バランサ駆動シャフト４及びバランサ従動シャフト６はすべり軸受け９を介し、ロアーハウジング１０及びアッパーハウジング１１にて回転自在に支持されている。このロアーハウジング１０及びアッパーハウジング１１はボルト１２によって相互に締結されている。

前記クランクギヤ３，メインギヤ５，バランサ駆動ギヤ７，バランサ従動ギヤ８は円盤状を呈し、中央にそれぞれクランクシャフト２，バランサ駆動シャフト４，バランサ従動シャフト６が挿通される挿通孔が貫通形成されている。また、各ギヤ３，５，７，８は外周に所定角度をもって軸方向へ捻れ角を有する複数のヘリカル歯が一体に形成されている。

本バランサ装置１は、クランクシャフト２が回転すると、その回転と同期してクランクシャフト２に固定されたクランクギヤ３が回転する。この時、クランクギヤ３からバランサ駆動シャフト４に固定されたメインギヤ５に回転駆動力が伝達され、バランサウェイト４ａを持ったバランサ駆動シャフト４，バランサ駆動ギヤ７，バランサ従動ギヤ８，バランサウェイト６ａを持ったバランサ従動シャフト６を回転するようになっている。

本バランサ装置１は、バランサウェイト４ａ，６ａを持ったエンジンの２倍速で回転するバランサ駆動シャフト４，バランサ従動シャフト６によってエンジン起振力２次成分と逆位相の起振力を発生させ、エンジン振動の相殺を行っている。

ここで、図２に示すように、本バランサ装置１は、クランクギヤ３と噛合うメインギヤ５に対して、軸方向両側面に径の異なる環状溝５ａ、５ｂが夫々設けられている。この環状溝５ａ，５ｂは、軸方向において重なる深さまで形成されている。

通常、バランサ装置は、クランクシャフト２の回転変動により、クランクギヤ３とメインギヤ５間に衝突振動が発生する。

また、 バランサ駆動シャフト４は、バランサウェイト４ａが設けられているため、シャフト自体が弓状に変形しながら回転する。このため、バランサ駆動シャフト４に固定されているメインギヤ５も傾いてしまうことがある。さらに、クランクシャフト２は、バランサ装置１と別の構造体に支持されているため、クランクシャフト２に固定されたクランクギヤ３とメインギヤ５との間に位置ずれが生じる。このため、クランクギヤ３とメインギヤ５間の噛み合い部分で歯打ち音が発生しやすい。

前記回転変動や歯打ち音による振動は、メインギヤ５、バランサ駆動シャフト４、すべり軸受け９を介しロアーハウジング１０及びアッパーハウジング１１に伝わり異音を発生させる。

しかし、本実施形態１におけるバランサ装置１は、メインギヤ５に前述の環状溝５ａ，５ｂが形成されているため、クランクギヤ３とメインギヤ５間で生じる振動が環状溝５ａ，５ｂによって吸収される。その結果、メインギヤ５において歯面から内周側への振動の伝達を抑制し、音振性能の向上を図ることが可能となる。

また、バランサ駆動シャフト４がバランサウェイト４ａにより変形したとしても、メインギヤ５に環状溝５ａ，５ｂが形成されているため、剛性が低下して撓り易くなり、メインギヤ５の歯面をクランクギヤ３に合わせられる。その結果、本実施形態１では、歯打ち音を極力抑制することができるといった作用効果を得ることができる。

以上のことから、本実施形態１では、従来のように音振性能向上のためにシザーズギヤを用いていないため、コストの低減，組立作業の簡略化を図ることが可能となる。

また、環状溝５ａ，５ｂがメインギヤ５において軸方向にオーバーラップしているため、メインギヤ５の軸方向全てにおいて環状溝５ａ，５ｂのうち少なくとも一方が形成されることとなる。その結果、メインギヤ５において歯面から内周方向への振動伝達を、より抑制することが可能となる。

また、環状溝５ａ，５ｂがメインギヤ５において軸方向にオーバーラップしているため、メインギヤ５の剛性がより低下して撓りやすくなり、相手側のクランクギヤ３におけるヘリカル歯との接触面積を大きくして噛み合いやすし、歯打ち音を抑制することが可能となる。

また、シザーズギヤを用いた場合、歯打ち音を小さくすることができるが、ギヤ間のフリクションが大きくなり、噛み合い音が大きくなっていまっていた。すなわち、従来は、歯打ち音を抑制するか噛み合い音を抑制するかはトレードオフの状態であり、歯打ち音，噛み合い音の両方を同時に抑制することはできなかった。それに対し、本実施形態１は、オーバーラップしている環状溝５ａ，５ｂにより、メインギヤ５における歯面から内周面へと伝達される振動を遮断することができるため、歯打ち音と噛み合い音の両方を遮断することが可能となる。

なお、図２では小径の環状溝５ｂが軸方向バランサウェイト４ａ側、大径の環状溝５ａが軸方向バランサ駆動ギヤ７側に形成された場合を示しているが、小径の環状溝５ｂを軸方向バランサ駆動ギヤ７側、大径の環状溝５ａを軸方向バランサウェイト４ａ側に形成してもよい。以下、それぞれの効果について説明する。

図４は、本実施形態１におけるバランサ駆動シャフトとバランサ駆動ギヤの変形を示す概略図である。図４（ａ），（ｂ）は小径の環状溝５ｂが軸方向バランサウェイト４ａ側，大径の環状溝５ａが軸方向バランサ駆動ギヤ７側に形成されており、図４（ｃ），（ｄ）は大径の環状溝５ａが軸方向バランサウェイト４ａ側，小径の環状溝５ｂが軸方向バランサ駆動ギヤ７側に形成されている場合を示している。

バランサ駆動シャフト４には、バランサウェイト４ａが形成されているため、シャフト４自体が弓状に変形しながら回転する。図４（ａ）はバランサウェイト４ａが形成された軸方向中央部が下側，軸方向両端が上側に変形した場合を示している。図４（ｂ）はバランサウェイト４ａが形成された軸方向中央部が上側、軸方向両端が下側に変形した場合を示している。

図４（ａ）の時、バランサ駆動シャフト４の軸方向両端が上側に変形しているため、メインギヤ５の外周がクランクギヤ３に接近している。一方、図４（ｂ）の時、バランサ駆動シャフト４の軸方向両端が下側に変形しているため、メインギヤ５の外周がクランクギヤ３から遠ざかっている。特に、メインギヤ５外周の軸方向バランサ駆動ギヤ７側がクランクギヤ３から遠ざかることとなる。

このような場合、図４（ａ）の時よりも図４（ｂ）の時の方が、メインギヤ５がクランクギヤ３から遠ざかっているため、バックラッシュが大きくなり、それに伴い歯打ち音が大きくなる。そのため、歯打ち音を低減させるためには、図４（ｂ）の時におけるメインギヤ５外周のバランサ駆動ギヤ７側のバックラッシュを小さくする必要がある。

上述したように、図４（ａ），（ｂ）の場合は、小径の環状溝５ｂがバランサウェイト４ａ側に形成されているため、メインギヤ５は外周側がバランサウェイト４ａ側に変形しやすい。メインギヤ５の外周側がバランサウェイト４ａ側に変形した場合、メインギヤ５外周のバランサ駆動ギヤ７側は、クランクギヤ３側に接近する。そのため、小径の環状溝５ｂが軸方向バランサウェイト４ａ側に形成されている方が、メインギヤ５とクランクギヤ３間のバランサ駆動ギヤ７側のバックラッシュを吸収することができ、歯打ち音をより抑制することが可能となる。

一方、図４（ｃ）はバランサウェイト４ａが形成された軸方向中央部が下側，軸方向両端が上側に変形した場合を示しており、図４（ｄ）はバランサウェイト４ａが形成された軸方向中央部が上側、軸方向両端が下側に変形した場合を示している。

図４（ｃ）の時、バランサ駆動シャフト４の軸方向両端が上側に変形しているため、メインギヤ５の外周がクランクギヤ３に接近している。特に、メインギヤ５外周のバランサ駆動ギヤ７側がクランクシャフト３に接近していることとなる。一方、図４（ｄ）の時、バランサ駆動シャフト４の軸方向両端が下側に変形しているため、メインギヤ５の外周がクランクギヤ３から遠ざかっている。

このような場合、図４（ｃ）の時の方が図４（ｄ）の時よりも、メインギヤ５がクランクギヤ３に近いため、フリクションが大きくなり噛み合い音が大きくなる。そのため、噛み合い音を低減させるためには、図４（ｃ）の時におけるバランサ駆動ギヤ７側のメインギヤ５とクランクギヤ３との間のフリクションを低減する必要がある。

上述したように、図４（ｃ），（ｄ）の場合は、小径の環状溝５ｂがバランス駆動ギヤ７側に形成されているため、メインギヤ５は外周側がバランサ駆動ギヤ７側に変形しやすい。メインギヤ５の外周側がバランサ駆動ギヤ７側に変形した場合、メインギヤ５外周のバランサ駆動ギヤ７側は、クランクギヤ３側から遠ざかる。そのため、小径の環状溝５ｂがバランサ駆動シャフト７側に形成されている方が、メインギヤ５とクランクギヤ３間のバランサ駆動ギヤ７側のフリクションを低減させることができ、噛み合い音をより抑制することが可能となる。

［実施形態２］
図５は、本実施形態２におけるバランサ装置のメインギヤ５を示す断面図である。以下、実施形態２以降は、メインギヤ５の環状溝５ａ，５ｂ以外は実施形態１と同様であるため、説明を省略する。

図５に示すように、本実施形態２において、前述の環状溝５ａ，５ｂ内に、環状溝５ａ，５ｂと略同一形状の弾性体１３が環状溝５ａ，５ｂの内外周に緊迫力を持つように挿入されている。前記弾性体１３は、振動を吸収するゴム，樹脂，または制振鋼材から構成されている。

本実施形態２におけるバランサ装置によれば、実施形態１と比較して、前記弾性体１３が音の発生源となる振動を吸収し、振動の伝播を抑制することにより、更なる音振性能の向上を図ることが可能となる。

［実施形態３］
図６は、本実施形態３におけるバランサ装置のメインギヤ５を示す断面図である。図６に示すように、本実施形態３においては、実施形態２における弾性体１３の代わりに、振動吸収材として安価なＯリング１４が環状溝５ａ，５ｂ内に内外周に緊迫力を持つように挿入されている。

本実施形態３におけるバランサ装置によれば、実施形態２と同様に、Ｏリング１４が音の発生源となる振動を吸収し、振動の伝播を抑制することにより、更なる音振性能の向上が図れる。また、振動吸収剤として安価なＯリングを用いることにより、コストの低減を図ることが可能となる。

［実施形態４］
図７は、本実施形態４におけるバランサ装置のメインギヤ５を示す断面図である。図７に示すように、本実施形態４においては、環状溝５ａ，５ｂが、底部に対して開口部の幅が狭くなるように段差５ｃが形成されている。

弾性体１３またはＯリング１４を環状溝５ａ，５ｂに挿入する場合、弾性体１３またはＯリング１４は幅の狭い開口部を通る際は開口部により圧縮され、開口部よりも幅の広い底部まで至った際には、圧縮から解放されて最適圧縮形状に戻る。

そのため、本実施形態４におけるバランサ装置によれば、実施形態２，３の作用効果に加え、弾性体１３またはＯリング１４が環状溝５ａ，５ｂから脱落することを抑制することが可能となる。

［実施形態５］
図８は、本実施形態５におけるバランサ装置のメインギヤ５を示す断面図である。図８に示すように、本実施形態５においては、前述の環状溝５ａ、５ｂにおいて、底部幅Ｗ１に対し開口部幅Ｗ２が狭くなる様に、底部から開口部にかけて内外周面のうち少なくとも一方がテーパ状に形成されている。開口部幅Ｗ２が狭く形成されているため、実施形態４と同様に弾性体１３またはＯリング１４が環状溝５ａ，５ｂから脱落することを抑制することが可能となる。

また、本実施形態５におけるバランサ装置によれば、実施形態４の段差５ｃを形成する場合と比較して、テーパ状に形成する方が容易であるため、環状溝５ａ，５ｂの形成が容易となる。

［実施形態６］
図９は、本実施形態６におけるバランサ装置のメインギヤ５を示す断面図である。図９に示すように、本実施形態６は、前述の環状溝５ａ，５ｂにおいて、底部幅Ｗ１に対し開口部幅Ｗ２が狭くなる様に、底部から開口部にかけて内外周面の両方がテーパ状に形成されている。

本実施形態６におけるバランサ装置によれば、実施形態５と同様の作用効果を奏する。

［実施形態７］
図１０は、本実施形態７におけるバランサ装置のメインギヤ５を示す断面図である。図１０に示すように、本実施形態７において、前述の環状溝５ａ，５ｂは底部が開口部よりもメインギヤ５の外周側に位置するように形成されている。

本実施形態７におけるバランサ装置によれば、メインギヤ５が回転することにより弾性体１３またはＯリング１４に対して、メインギヤ５の外周側の方向へ遠心力が働く。これにより、弾性体１３またはＯリング１４は環状溝５ａ，５ｂの底部に押しつけられることとなる。その結果、実施形態５，６のように高価な特殊加工を施すことなく、弾性体１３またはＯリング１４が環状溝５ａ，５ｂから脱落することを抑制することが可能となる。

［実施形態８］
図１１は、本実施形態８におけるバランサ装置のメインギヤ５を示す断面図である。図１１に示すように、本実施形態８は、前述の環状溝５ａ，５ｂ内において、環状溝５ａ，５ｂ外周より大径の溝１５が形成されている。

本実施形態８におけるバランサ装置によれば、弾性体１３またはＯリング１４の一部が緊迫力によって溝１５中に食い込むことにより、弾性体１３またはＯリング１４が環状溝５ａ，５ｂから脱落することを抑制することが可能となる。

尚、溝１５は環状溝５ａ，５ｂより小径側に設けても同等の効果が得られる。

以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。

例えば、前述の実施形態１〜８では、メインギヤ５に環状溝５ａ，５ｂを形成した構成について説明したが、メインギヤ５のみならず、バランサ駆動ギヤ７又はバランサ従動ギヤ８に環状溝を形成することも可能である。これにより、バランサ駆動ギヤ７，バランサ従動ギヤ８間の音振性能効果の向上を図る ことが可能となる。

ここで、上述した各実施形態から把握される技術的思想であって、特許請求の範囲に記載したもの以外のものについて、その効果ともに以下に記載する。

（１）請求項１に記載の内燃機関のバランサ装置において、前記環状溝内には、弾性体が設けられていることを特徴とする内燃機関のバランサ装置。

（１）記載の技術的思想によれば、弾性体が音の発生源となる振動を吸収し、振動の伝播を抑制することにより、更なる音振性能の向上を図ることが可能となる。

（２）（１）記載の内燃機関のバランサ装置において、前記弾性体は、ゴム材料であることを特徴とする内燃機関のバランサ装置。

（２）記載の技術的思想によれば、ゴム材料である弾性体が音の発生源となる振動を吸収し、振動の伝播を抑制することにより、更なる音振性能の向上を図ることが可能となる。

（３）（２）記載の内燃機関のバランサ装置において、前記弾性体は、Ｏリングであることを特徴とする内燃機関のバランサ装置。

（３）記載の技術的思想によれば、弾性体にＯリングを用いることにより、コストの低減を図ることが可能となる。

（４）（１）記載の内燃機関のバランサ装置において、前記環状溝は、底部に対して開口部の幅が狭くなるように形成されたことを特徴とする内燃機関のバランサ装置。

（４）記載の技術的思想によれば、弾性体またはＯリングが幅の狭い開口部によって環状溝から脱落することを抑制することが可能となる。

（５）（４）記載の内燃機関のバランサ装置において、前記環状溝は、底部から開口部に向かうに従い幅が狭くなるようにテーパ状に形成されたことを特徴とする内燃機関のバランサ装置。

（５）記載の技術的思想によれば、段差を形成する場合と比較して、テーパ状に形成する方が容易であるため、環状溝の形成が容易となる。

（６）（１）記載の内燃機関のバランサ装置において、前記環状溝は、開口部よりも底部がメインギヤの外周側に位置していることを特徴とする内燃機関のバランサ装置。

（６）記載の技術的思想によれば、高価な特殊加工を施すことなく、遠心力により、弾性体またはＯリングが環状溝から脱落することを抑制することが可能となる。

（７）（１）記載の内燃機関のバランサ装置において、前記環状溝内に、環状溝外周より大径または環状溝より小径の溝が設けられていることを特徴とする内燃機関のバランサ装置。

（７）記載の技術的思想によれば、弾性体またはＯリングの一部が緊迫力により溝中に食い込むことにより、弾性体またはＯリングが環状溝から脱落することを抑制することが可能となる。

（８）請求項１記載の内燃機関のバランサ装置において、前記駆動ギヤの軸方向バランサウェイト側が、反対側より大径の環状溝が設けられていることを特徴とする内燃機関のバランサ装置。

（８）記載の技術的思想によれば、駆動ギヤの外周側が軸方向バランサウェイトと反対側に変形しやすく、噛み合い音をより抑制することが可能となる。

（９）請求項１記載の内燃機関のバランサ装置において、前記駆動ギヤの軸方向バランサウェイト側が反対側より小径の環状溝が設けられていることを特徴とする内燃機関のバランサ装置。

（９）記載の技術的思想によれば、駆動ギヤの外周側が軸方向バランサウェイト側に変形しやすく、歯打ち音をより抑制することが可能となる。

１…バランサ装置
２…クランクシャフト
３…クランクギヤ（入力ギヤ）
４…バランサ駆動シャフト
４ａ…駆動シャフト側バランスウエイト
５…メインギヤ（駆動ギヤ）
５ａ，５ｂ…環状溝
６…バランサ従動シャフト
６ａ…従動シャフト側バランスウエイト
７…バランサ駆動ギヤ
８…バランサ従動ギヤ

Claims (1)

1. クランクシャフトから回転力が伝達される入力ギヤと噛み合う駆動ギヤと、
   該駆動ギヤから回転力が伝達され、バランサウェイトを備えたバランサ駆動シャフトと、
   該バランサ駆動シャフトと一体的に回転するように設けられたバランサ駆動ギヤと、
   該バランサ駆動ギヤと噛み合うバランサ従動ギヤと、
   該バランサ従動ギヤと一体的に回転する、バランサウェイトを備えたバランサ従動シャフト と、を備え、
   前記駆動ギヤ，バランサ駆動ギヤ，バランサ従動ギヤのうち少なくとも１つのギヤの軸方向両側面には、径の異なる環状溝が夫々設けられており、
   夫々の環状溝が軸方向において重なる深さまで形成されていることを特徴とする内燃機関のバランサ装置。

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