JP2024024194A - 軸構造 - Google Patents

Abstract

【課題】弾性部の寿命の向上を図ることができる軸構造を提供する。【解決手段】軸構造（バランスシャフト１０）は、軸Ｃ周りに回転するシャフト部２０と、シャフト部２０の外周に配置されるギヤ部３０と、弾性変形可能な弾性部４３を有し、シャフト部２０とギヤ部３０との間に配置されるギヤダンパ４０と、を備える。シャフト部２０は、外周から張り出してギヤ部３０と軸Ｃ方向に接触する鍔部２３を有する。弾性部４３は、自身の弾性復元力による付勢力によってギヤ部３０を鍔部２３に軸Ｃ方向で押し付けている。【選択図】図２

Description

本開示は、軸構造に関する。

従来の軸構造として、例えば、特許文献１に開示された装置が知られている。軸構造は、従動ギヤとバランスシャフトとを備えている。従動ギヤは、内燃機関のクランクシャフトのギヤと噛み合う。バランスシャフトは、内燃機関におけるハウジングに回転可能に支持されており、従動ギヤの回転に伴って回転する。この軸構造は、従動ギヤとバランスシャフトの間に弾性体を配置している。弾性体は、クランクシャフトから伝達されるトルクの変動を吸収するダンパとして機能する。

特開２０２２－０２６４２０号公報

特許文献１の弾性体は、入力されるトルクの変動を吸収するにあたり、負荷に応じて弾性変形を生じさせる。弾性体は、弾性変形を繰り返すことによって徐々に疲労し、いずれはダンパとしての十分な機能を発揮できなくなってしまう。このような弾性体の寿命向上は、装置の寿命向上に繋がる。

そこで、本開示は、弾性部の寿命の向上を図ることができる軸構造を提供することを目的とする。

本開示の軸構造は、軸周りに回転するシャフト部と、前記シャフト部の外周に配置されるギヤ部と、弾性変形可能な弾性部を有し、前記シャフト部と前記ギヤ部との間に配置されるギヤダンパと、を備え、前記シャフト部は、外周から張り出して前記ギヤ部と前記軸方向に接触する鍔部を有し、前記弾性部は、自身の弾性復元力による付勢力によって前記ギヤ部を前記鍔部に前記軸方向で押し付けている。

軸構造は、弾性部によってギヤ部が鍔部に押し付けられる。これによって、ギヤ部に対してトルクが入力されると、ギヤ部と鍔部との間には摩擦が生じる。この摩擦力は、シャフト部を回転させようとする力として作用する。すなわち、ギヤ部に入力されるトルクは、弾性部のみならず、ギヤ部と鍔部との間の摩擦によってもシャフト部に伝達される。本開示に係る軸構造は、ギヤ部からシャフト部へのトルクを弾性部のみで受ける場合と比較して、弾性部に作用するトルクを軽減でき、弾性部の寿命の向上を図ることができる。

図１は、実施例１に係る軸構造を示す斜視断面図である。 図２は、実施例１に係る軸構造を示す要部拡大断面図である。 図３は、実施例１に係る軸構造を示す更なる要部拡大断面図である。 図４は、実施例１に係る軸構造において、ギヤダンパを組み付ける前の状態を示す要部拡大断面図である。

［本開示の実施形態の説明］
本開示の好ましい形態を以下に示す。

前記付勢力は、自然状態よりも伸長した状態からの弾性復元力であるのが好ましい。この構成によれば、付勢力として、弾性部が自然状態よりも収縮した状態からの弾性復元力を利用する場合と比較して、簡易な構成とすることができる。

前記ギヤダンパは、前記弾性部の内周側に連結される内環部と、前記弾性部の外周側に連結される外環部と、を有し、前記内環部は、前記シャフト部における前記軸方向を向いたシャフト側接触面に接触する内フランジを具備し、前記外環部は、前記ギヤ部における前記軸方向を向いたギヤ側接触面に接触する外フランジを具備し、前記シャフト側接触面と前記ギヤ側接触面との間には、前記シャフト側接触面を前記ギヤ側接触面よりも前記軸方向に引っ込ませた段差が形成されており、前記弾性部は、前記内環部と前記外環部との間において、前記段差に対応して斜めに掛け渡された状態にされているとよい。この構成によれば、弾性部による軸方向の付勢力によってギヤ部を鍔部に押し付ける構成を、簡易な構成で実現することができる。

［本開示の実施形態の詳細］
本開示の実施形態を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、以下において、一部の部材の形状を特定する際に用いる「円環状」との用語は、「円筒状」または「円管状」と言い換えることができる。

＜実施例１＞
本実施形態の実施例１は、本開示に係る軸構造として、図１に示すバランスシャフト１０を例示する。バランスシャフト１０は、内燃機関としてのレシプロエンジンの振動を抑制するものである。バランスシャフト１０は、図示しない内燃機関のクランクシャフトの回転が伝達され、クランクシャフトと同期して回転し、クランクシャフトの振動を低減する。バランスシャフト１０は内燃機関における図示しないハウジングに回転可能に支持されている。

図１から図３に示すように、バランスシャフト１０は、シャフト部２０と、ギヤ部３０と、ギヤダンパ４０と、を有している。シャフト部２０は、軸Ｃに沿って延びている。シャフト部２０は、軸Ｃ周りに回転する。シャフト部２０は、シャフト本体２１と、拡径部２２と、鍔部２３と、を有している。シャフト本体２１は軸Ｃに沿って延びる円柱状である。本実施例において、軸方向とは軸Ｃに沿った方向、軸周りとは軸Ｃ周りと同義である。

拡径部２２は、シャフト本体２１と一体に連続している。拡径部２２は、シャフト本体２１から径方向外側に張り出した形態であり、シャフト本体２１の外径よりも大きな外径を有する円板状をなしている。拡径部２２は、外周面２２Ａにおいて、ギヤ部３０における後述する内周面３０Ａと摺動可能である。図４に示すように、拡径部２２の外周面２２Ａは、ギヤ部３０における後述する大径部３３の内周面との間に凹部１１を形成する。鍔部２３は、拡径部２２の外周面２２Ａから径方向外側に張り出した鍔状に形成されている。鍔部２３は、ギヤ部３０と軸方向で接触する。鍔部２３は、拡径部２２の外周面２２Ａにおける軸Ｃ方向の他側の端部に形成されている。鍔部２３の軸方向の一側の端面２３Ａは、ギヤ部３０における後述する端面３０Ｃと接触する。

シャフト部２０は、シャフト本体２１の中心部（軸心部）において軸方向に沿った油路２４と、油路２４から径方向に分岐した分岐路２５と、を有している。油路２４を流れる潤滑油は、分岐路２５を介して拡径部２２の外周面２２Ａとギヤ部３０の内周面３０Ａとの間に供給される。シャフト部２０はウェイト部２６を有している。ウェイト部２６は、シャフト本体２１の軸方向一側の端部に取り付けられている。ウェイト部２６は、シャフト本体２１の軸心に対して偏心している。シャフト本体２１の軸方向他側の端部には、ウェイト部２６と同様の図示しないウェイト部が周方向においてウェイト部２６と１８０度反対側の位置に取り付けられている。

シャフト部２０はシャフト側接触面２０Ａを有している。シャフト側接触面２０Ａは、拡径部２２において軸Ｃ方向の一側を向いた面である。シャフト側接触面２０Ａには、後述する内環部４１の内フランジ部４１Ａが接触する。

図１から図３に示すように、ギヤ部３０は、円環状をなしており、シャフト部２０における拡径部２２の外周に配置される。ギヤ部３０は、外周側の合成樹脂製の歯部３１と内周側の金属製の基部３２とをインサート成形によって一体化してなる。ギヤ部３０は、歯部３１においてクランクシャフトの図示しない駆動ギヤと噛み合う。ギヤ部３０の内周面３０Ａは、シャフト部２０における拡径部２２の外周面２２Ａの外径よりも僅かに大きな内径で形成されている。ギヤ部３０は、いわゆるすきまばめ程度の嵌め合いで拡径部２２に嵌め込まれており、シャフト部２０に対して周方向及び軸方向に移動可能である。ギヤ部３０は、拡径部２２に正規に嵌め込まれた状態では、ギヤ部３０における軸方向他側の端面３０Ｃが鍔部２３に接触した状態とされる。

ギヤ部３０は大径部３３を有している。大径部３３は、ギヤ部３０における軸方向一側の内周に設けられている。大径部３３は、内周面３０Ａの内径よりも大きな内径で形成されている。大径部３３の内周には、ギヤダンパ４０における後述する外環部４２が圧入される。

ギヤ部３０はギヤ側接触面３０Ｂを有している。ギヤ側接触面３０Ｂは、ギヤ部３０において軸Ｃ方向の一側を向いた面である。ギヤ側接触面３０Ｂは、大径部３３の内周面における軸Ｃ方向の一側の端縁から径方向外側に拡がっている。ギヤ側接触面３０Ｂには、後述する外環部４２の外フランジ部４２Ａが接触する。ギヤ側接触面３０Ｂは、シャフト側接触面２０Ａとの間に段差１２を形成している。図４に示すように、段差１２は、シャフト側接触面２０Ａをギヤ側接触面３０Ｂよりも軸Ｃ方向の他側に引っ込ませた形態である。

ギヤダンパ４０は、シャフト部２０における拡径部２２の外周面２２Ａと、ギヤ部３０における大径部３３の内周面とによって区画される凹部１１に嵌め込まれる。ギヤダンパ４０はダンパ機能を有している。ギヤダンパ４０は、クランクシャフトからバランスシャフト１０に伝達されるトルクの変動を吸収（抑制）する役割を有している。また、ギヤダンパ４０は、ギヤ部３０の歯部３１と、これに噛み合う図示しないクランクシャフト側のギヤとの歯打ち音の低減にも寄与する。

ギヤダンパ４０は、内環部４１と、外環部４２と、弾性部４３と、を有している。内環部４１は、金属製の円環状の部材である。内環部４１は内フランジ部４１Ａを有している。内フランジ部４１Ａは、軸Ｃ方向の一側の端部から内周側に拡がる。これにより、内環部４１は断面Ｌ字状をなしている。内環部４１は、シャフト部２０における拡径部２２の外周に圧入されている。内環部４１は、内フランジ部４１Ａにおいて、シャフト部２０における軸Ｃ方向の一側を向いた面であるシャフト側接触面２０Ａに接触している。

外環部４２は、内環部４１と同様、金属製の円環状の部材である。外環部４２は外フランジ部４２Ａを有している。外フランジ部４２Ａは、軸Ｃ方向の一側の端部から径方向外側に拡がって形成されている。外環部４２は、内環部４１がなす断面形状と径方向において対称な断面Ｌ字状をなしている。外環部４２における軸方向の長さは、内環部４１における軸方向の長さと同等である。外環部４２は、ギヤ部３０における大径部３３の内周に圧入されている。外環部４２は、外フランジ部４２Ａにおいて、ギヤ部３０における軸Ｃ方向の一側を向いた面であるギヤ側接触面３０Ｂに接触している。

弾性部４３は、シャフト部２０とギヤ部３０との間に弾性変形可能に配置される。本実施例の弾性部４３は、内環部４１及び外環部４２を介して、シャフト部２０とギヤ部３０との間に配置される。弾性部４３は、ゴム製またはエラストマ製の円環状の部材である。弾性部４３は、内環部４１と外環部４２との間に径方向に挟まれた状態に配置される。弾性部４３は、外環部４２の内周面、及び内環部４１の外周面のそれぞれに、加硫接着されている。

図４に示すように、ギヤダンパ４０は、弾性部４３が弾性変形していない自然状態にある場合、内環部４１における内フランジ部４１Ａと外環部４２における外フランジ部４２Ａとが径方向で直列した形態である。ギヤダンパ４０は、弾性部４３が弾性変形していない自然状態にある場合、内環部４１と外環部４２の軸方向両側の端面が略面一となっている。図３に示すように、ギヤダンパ４０は、凹部１１に正規に圧入固定された状態にある場合、内環部４１及び外環部４２が段差１２に対応して配置される。すなわち、凹部１１に正規に圧入固定された状態にある場合、ギヤダンパ４０は、内環部４１が外環部４２よりも軸Ｃ方向の他側に位置する。この状態において、弾性部４３は、内環部４１と外環部４２との間で斜めに掛け渡された状態にされている。この状態において、弾性部４３は、自然状態よりも軸Ｃの方向に伸長した状態である。この状態において、弾性部４３は、弾性復元力による付勢力を軸Ｃの方向に作用させ、ギヤ部３０を鍔部２３に押し付けている。

本実施例１のバランスシャフト１０の構造は上記のとおりであり、続いて、作用効果を説明する。

バランスシャフト１０は、ギヤダンパ４０が凹部１１に圧入されて固定されることにより、シャフト部２０とギヤ部３０とがギヤダンパ４０を介して一体化される。ギヤ部３０に対してクランクシャフトからのトルクが入力されると、ギヤダンパ４０を介してシャフト部２０にトルクが伝達され、バランスシャフト１０が回転する。この時、ギヤダンパ４０は、弾性部４３においてトルクの変動を吸収しつつ、ギヤ部３０からシャフト部２０へトルクを伝達する。

バランスシャフト１０において、弾性部４３は、弾性復元力による付勢力を付与してギヤ部３０を鍔部２３に押し付けている。この状態においてギヤ部３０に対してトルクが入力されると、ギヤ部３０における端面３０Ｃと、鍔部２３における端面２３Ａと、の間に摩擦力が生じる。この摩擦力は、ギヤ部３０からシャフト部２０へのトルクの伝達の一部を負担する。弾性部４３は、ギヤ部３０からシャフト部２０へのトルクの他の一部のみを伝達する。このため、弾性部４３は、ギヤ部３０からシャフト部２０へのトルクの全てを伝達する場合と比較して負荷が軽減され、長寿命化される。

バランスシャフト１０において、弾性部４３による付勢力は、自然状態よりも伸長した状態からの弾性復元力である。このため、例えば付勢力として、弾性部が自然状態よりも収縮した状態からの弾性復元力を利用する場合と比較して、簡易な構成とすることができる。

バランスシャフト１０において、ギヤダンパ４０は、内環部４１及び外環部４２を有している。内環部４１は、弾性部４３の内周側に連結される。外環部４２は、弾性部４３の外周側に連結される。内環部４１は、シャフト部２０におけるシャフト側接触面２０Ａに接触する内フランジ部４１Ａを具備する。外環部４２は、ギヤ部３０におけるギヤ側接触面３０Ｂに接触する外フランジ部４２Ａを具備する。シャフト側接触面２０Ａとギヤ側接触面３０Ｂとの間には、シャフト側接触面２０Ａをギヤ側接触面３０Ｂよりも軸方向に引っ込ませた段差１２が形成されている。弾性部４３は、内環部４１と外環部４２との間において、段差１２に対応して斜めに掛け渡された状態にされている。このため、バランスシャフト１０は、弾性部４３による軸方向の付勢力によってギヤ部３０を鍔部２３に押し付ける構成を、簡易な構成で実現することができる。

［本開示の他の実施形態］
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えるべきである。
上記実施形態の場合、軸構造はバランスシャフトの構造であったが、他の実施形態としては、軸構造は、バランスシャフト以外の回転軸の構造であってもよい。
上記実施形態の場合、鍔部は拡径部に設けられていたが、他の実施形態としては、鍔部はシャフト本体の外周に直接的に設けられていてもよい。
上記実施形態の場合、弾性部は、自然状態よりも伸長した状態からの弾性復元力を付勢力として付与したが、自然状態よりも圧縮した状態からの弾性復元力を付勢力として付与してもよい。
上記実施形態の場合、段差は、シャフト側接触面をギヤ側接触面よりも軸方向に引っ込ませて形成したが、ギヤ側接触面をシャフト側接触面よりも軸方向に突出させて形成してもよい。
上記実施形態の場合、弾性部は、内環部と外環部の間に設けられたが、他の実施形態としては、弾性部は、シャフト部及びギヤ部の少なくとも一方に直接的に接触していてもよい。また、弾性部は、シャフト部と前記ギヤ部との間に弾性変形可能に配置され、弾性復元力による付勢力を付与してギヤ部を鍔部に押し付けるものであれば特に限定されず、例えば、コイルばね、皿ばね等であってもよい。

１０…バランスシャフト（軸構造）
１２…段差
２０…シャフト部
２０Ａ…シャフト側接触面
２３…鍔部
３０…ギヤ部
３０Ｂ…ギヤ側接触面
４０…ギヤダンパ
４１…内環部
４１Ａ…内フランジ部
４２…外環部
４２Ａ…外フランジ部
４３…弾性部
Ｃ…軸

Claims (3)

1. 軸周りに回転するシャフト部と、
   前記シャフト部の外周に配置されるギヤ部と、
   弾性変形可能な弾性部を有し、前記シャフト部と前記ギヤ部との間に配置されるギヤダンパと、
   を備え、
   前記シャフト部は、外周から張り出して前記ギヤ部と前記軸方向に接触する鍔部を有し、
   前記弾性部は、自身の弾性復元力による付勢力によって前記ギヤ部を前記鍔部に前記軸方向で押し付けている、軸構造。
2. 前記付勢力は、自然状態よりも伸長した状態からの弾性復元力である、請求項１に記載の軸構造。
3. 前記ギヤダンパは、前記弾性部の内周側に連結される内環部と、前記弾性部の外周側に連結される外環部と、を有し、
   前記内環部は、前記シャフト部における前記軸方向を向いたシャフト側接触面に接触する内フランジ部を具備し、
   前記外環部は、前記ギヤ部における前記軸方向を向いたギヤ側接触面に接触する外フランジ部を具備し、
   前記シャフト側接触面と前記ギヤ側接触面との間には、前記シャフト側接触面を前記ギヤ側接触面よりも前記軸方向に引っ込ませた段差が形成されており、
   前記弾性部は、前記内環部と前記外環部との間において、前記段差に対応して斜めに掛け渡された状態にされている、請求項２に記載の軸構造。

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