JP4239710B2 - バランスシャフト - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の振動抑制に用いられるバランスシャフトに関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の運転中には、ピストンの往復移動に伴って生じる慣性力が振動発生の原因となる。こうした振動の発生を抑制するためには、ピストンの往復移動に起因する慣性力を可能な限り打ち消すことが好ましい。そこで従来は、重心をその回転軸線上からずらしたバランスシャフトを内燃機関に設け、このバランスシャフトをクランクシャフトと同期して回転させることで、上記慣性力を打ち消すようにしている。
【０００３】
こうしたバランスシャフトでは、その内部に形成され、ジャーナルに開口する潤滑通路から同ジャーナルとこれを支持する軸受との間に潤滑油を供給し、これらの間に油膜を形成するようにしている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
ここで、上記潤滑通路の開口はジャーナルにおいて反アンバランスマス側に設定されている。これは次のような理由による。バランスシャフトの重心はその軸線上からずれているため、ジャーナルの外周面と軸受の内周面との面圧はその周方向において異なったものとなる。すなわち、アンバランスマス側に位置するジャーナルと軸受との面圧は、反アンバランスマス側に位置する同面圧よりも高くなる。このため、ジャーナルと軸受との間の油膜の圧力についてもこの面圧に応じて異なるものとなる。従って、従来では、潤滑通路の開口を油膜圧力の低い反アンバランスマス側に形成するようにしている。
【０００５】
【特許文献１】
実開昭５７−１０２７４３号公報（第２頁、第１図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したように、反アンバランスマス側に位置するジャーナルと軸受との油膜圧力は低いために、ジャーナルと軸受との接触面積が小さくなるように、反アンバランスマス側の形状を多少変更したとしても、その形状変更が潤滑性能に及ぼす影響は小さい。そのため、例えば図９及び図１０に示すように、ジャーナル１００の反アンバランスマス側の軸心Ｌ方向における幅（ジャーナル幅）を狭くしてジャーナル１００の重量を低減することで、内燃機関の駆動損失を低減させてその運転効率の向上を図ることが可能になる。
【０００７】
仮に潤滑通路１０８を反アンバランスマス側のジャーナル幅が狭い部位（幅狭部１０４）で開口させると、その他の部位（幅広部１０６）全体に潤滑油を十分に行き渡らせることができなくなるおそれがある。これは、幅広部１０６に形成される位置であってジャーナル１００表面の油膜の厚みが最も薄く且つその圧力が最も高くなる位置Ｐ１’における油膜の厚みや油膜圧力の不足を招くこととなり好ましくない。よって、幅狭部１０４を形成する場合には、潤滑通路１０８の開口を形成可能な部位は幅広部１０６に限定される。
【０００８】
ここで、重量低減により駆動損失を低下させるといった点にのみ着目すると、幅狭部１０４の形成範囲が大きいほどよい。しかしながら、この場合には幅広部１０６の形成範囲が小さくなるために、開口の形成位置が自ずと上記位置Ｐ１’に近づき、同開口における油膜圧力が高くなって潤滑性能の低下を招き易くなる。一方、潤滑性能を維持するといった観点から、幅広部１０６の形成範囲を広くしてより油膜圧力の低い位置で開口させるようにすると、その分だけ幅狭部１０４の形成範囲が小さくなり重量についての低減効果が低下する。
【０００９】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、重量の低減と潤滑性能の維持との好適な両立を図ることのできるバランスシャフトを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
先ず、請求項１記載の発明は、軸受により回転可能に支持され、反アンバランスマス側部分の少なくとも一部のジャーナル幅がアンバランスマス側部分よりも狭い幅狭部を有するジャーナルを備え、ジャーナルの外周面に開口して同ジャーナルと前記軸受との間に潤滑油を供給する潤滑通路がその内部に形成されてなるバランスシャフトにおいて、前記潤滑通路の開口は前記ジャーナルと前記軸受との間の油膜圧力が最も高くなる位置よりも軸回転方向前側の位置であって前記幅狭部と他の部分との境界部分に形成され、その前記ジャーナルの外周面には前記開口から軸回転方向前側に向けて前記幅狭部に延びる溝が形成されることをその要旨とする。
【００１１】
上記構成によれば、幅狭部をジャーナルの周方向において広い範囲にわたって形成するために、潤滑通路を比較的油膜圧力の高い位置に開口せざるを得ず、したがって同開口から十分な量の潤滑油を供給できない場合でも、その開口より油膜圧力の低くなる位置にある溝からの潤滑油供給によりこれが補われる。従って、ジャーナルと軸受の間に十分な量の潤滑油を供給することができ、内燃機関の駆動損失の低減と潤滑性能の維持との好適な両立を図ることができるようになる。また上記構成によれば、高い油膜圧力のために開口から潤滑油が供給され難くなるのを極力回避しつつ、ジャーナルと軸受との間に偏りなく潤滑油を供給することができるようになる。
【００１５】
ここで、前記溝の縁部と幅狭部の各縁部との距離が過度に短く設定されると、十分なシール性が得られず、同開口から吐出された潤滑油がジャーナルと軸受との間から過度に漏れてしまうおそれがある。
【００１６】
これに対し、請求項２記載の構成によるように、幅狭部の幅が狭い部分ほど同部分に位置する溝の幅を狭く設定することにより、こうした潤滑油の漏れを抑制することができるようになる。
請求項３記載の発明は、軸受により回転可能に支持され、反アンバランスマス側部分の少なくとも一部のジャーナル幅がアンバランスマス側部分よりも狭い幅狭部を有するジャーナルを備え、ジャーナルの外周面に開口して同ジャーナルと前記軸受との間に潤滑油を供給する潤滑通路がその内部に形成されてなるバランスシャフトにおいて、前記潤滑通路の開口は前記ジャーナルと前記軸受との間の油膜圧力が最も高くなる位置よりも軸回転方向前側の位置に設けられ、その前記ジャーナルの外周面には前記開口から軸回転方向前側に向けて前記幅狭部に延びる溝が形成されるとともに、前記幅狭部の幅が狭い部分ほど同部分に位置する前記溝の幅も狭く設定されることをその要旨とする。
上記構成によれば、幅狭部をジャーナルの周方向において広い範囲にわたって形成するために、潤滑通路を比較的油膜圧力の高い位置に開口せざるを得ず、したがって同開口から十分な量の潤滑油を供給できない場合でも、その開口より油膜圧力の低くなる位置にある溝からの潤滑油供給によりこれが補われる。従って、ジャーナルと軸受の間に十分な量の潤滑油を供給することができ、内燃機関の駆動損失の低減と潤滑性能の維持との好適な両立を図ることができるようになる。また上記構成によれば、幅狭部の幅が狭い部分ほど同部分に位置する溝の幅を狭く設定することにより、同開口から吐出された潤滑油がジャーナルと軸受との間から漏れてしまうことを抑制することができるようになる。
【００１７】
例えば、請求項４記載の構成によるように、幅狭部がアンバランスマス側部分から離れる側に位置する部分ほどその幅が狭く設定されるものであるときには、溝についてもこれに対応して設定する、すなわち軸回転方向前側に位置する部分ほどその幅を狭く設定するのが望ましい。
【００１８】
なお、こうした潤滑油の過度な漏れを好適に抑制するためには、請求項５記載の構成によるように、溝の縁部と幅狭部の両端縁部との最短距離が一定になるようにその溝を形成するのが望ましい。
一方、潤滑通路からの潤滑油の供給は、請求項６に記載の構成によるように、潤滑通路の開口を前記油膜圧力が同開口から吐出される潤滑油の吐出圧力よりも低い部位に形成するのが望ましい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を内燃機関のバランスシャフトに具体化した一実施形態について説明する。
【００２０】
図１に示されるバランスシャフト１は、軸受２ａ，２ｂによって内燃機関の支持部３ａ，３ｂに対し回転可能に支持されるジャーナル６ａ，６ｂと、同バランスシャフト１の重心を軸心Ｌ上からずらすための重りであるアンバランスマス５とを備えている。このバランスシャフト１は、内燃機関の出力軸からの回転伝達によって回転する。そして、機関運転中にピストンが往復移動するとともにバランスシャフト１が回転すると、その回転に基づき上記ピストンの慣性力が打ち消され、その慣性力によって生じる振動の発生が抑制される。
【００２１】
バランスシャフト１の一方のジャーナル６ｂの外周面にあって、アンバランスマス側７と反対側に位置する反アンバランスマス側８の一部の軸線方向長さ（ジャーナル幅）は、アンバランスマス側７のジャーナル幅よりも短くなっている。これにより、反アンバランスマス側８が軽くなるため、アンバランスマス５をそれほど重くしなくてもバランスシャフト１の重心を上記軸心Ｌ上から所望の量だけずらすことができるようになる。従って、反アンバランスマス側８のジャーナル幅を上記のように短くしない場合と比べると、アンバランスマス５を重くしなくてもよい分、バランスシャフト１全体を軽量化することができるようになる。なお、反アンバランスマス側８にあってそのジャーナル幅が短い部分（幅狭部９）は、その幅がアンバランスマス側７から離れる側に位置する部分ほど短くなるように形成されている。
【００２２】
バランスシャフト１の内部には、支持部３ａの油通路１０から潤滑油の供給を受ける潤滑通路１１が軸線方向に延びるように設けられている。潤滑通路１１において、ジャーナル６ａの内部に位置する部分は、同ジャーナル６ａの外周面に向かって延び、同外周面に形成された環状溝１２と連通している。そして、その部分には上記油通路１０から環状溝１２を介して潤滑油が供給される。また、油通路１０から環状溝１２に供給される潤滑油の一部は、ジャーナル６ａの外周面と軸受２ａの内周面との間に入り込む。これにより、ジャーナル６ａの外周面と軸受２ａの内周面との間に油膜が形成され、その間の潤滑が行われるようになる。
【００２３】
潤滑通路１１において、ジャーナル６ｂの内部に位置する部分は、同ジャーナル６ｂの外周面に向かって延び、その外周面上で開口している。潤滑通路１１内を流れる潤滑油は、同潤滑通路１１の開口１３からジャーナル６ｂの外周面と軸受２ｂの内周面との間に吐出される。これにより、ジャーナル６ｂの外周面と軸受２ｂの内周面との間に油膜が形成され、その間の潤滑が行われるようになる。そして、ジャーナル６ｂの外周面と軸受２ｂの内周面との間の潤滑に用いられた後の潤滑油は、ジャーナル６ｂの軸線方向両縁から外部に流れ落ちる。
【００２４】
図２に、図１のバランスシャフト１を矢印Ａ−Ａ方向から見た断面構造を示す。
同図２においてバランスシャフト１は、内燃機関の出力軸からの回転伝達によって矢印Ｂ方向に回転する。なお、同図２においてジャーナル６ｂと軸受２ｂとの隙間は、その理解が容易になるように、実際の隙間よりも誇張している。
【００２５】
同図２に示すように、バランスシャフト１の重心Ｇは上述したようにその軸心Ｌ上からずれている。このため、バランスシャフト１は軸受２ｂの円心Ｍ周りに同軸受２ｂの内周面に沿って回転する。そして、このようにバランスシャフト１が回転するときのジャーナル６ｂの外周面の各位置における油膜圧力は、その回転位相に拘わらずほぼ同じ分布となる。
【００２６】
図３は、図２に示す状態でのジャーナル６ｂの外周面の各位置における油膜圧力を示している。
同図３に示すように、ジャーナル６ｂの外周面の下端よりも若干遅角側（バランスシャフト１（軸）回転方向後側）の位置Ｐ１で同ジャーナル６ｂに接する油膜の厚さが最も薄くなり、その圧力が最も高くなる。その油膜圧力は、位置Ｐ１よりも進角側（軸回転方向前側）の部位では位置Ｐ１に向かうほど指数的に高くなり、また位置Ｐ１から遅角側（軸回転方向後側）の部位では位置Ｐ１から離れるに伴って急激に低くなる。バランスシャフト１（図２）はこうした圧力分布を有した状態で回転しているために、開口１３を形成する部位が以下のように規制される。
【００２７】
すなわち先ず、前述したように、ジャーナル６ｂにおいて幅狭部９以外の他の部位（幅広部１４）全体に潤滑油を十分に行き渡らせることができなくなるおそれがあることから、上記幅狭部９に開口１３を形成することはできない。
【００２８】
また、開口１３から吐出された潤滑油はジャーナル６ｂの外周面においてバランスシャフト１の回転方向と反対の方向に流れる。このため、上記位置Ｐ１（図２）に十分な量の潤滑油を供給するためには、開口１３を幅広部１４の中でも位置Ｐ１よりも軸回転方向前側の部位に形成する必要がある。
【００２９】
更に、この部位は上記位置Ｐ１に近づくほど油膜圧力が高くなる領域であるために、当該部位の中でも油膜圧力が潤滑油の吐出圧力よりも高い部位に上記開口１３を形成すると、その油膜圧力によって潤滑油の吐出が妨げられ、その吐出が困難なものとなる。従って、潤滑油を円滑に供給するためには、開口１３を油膜圧力よりも潤滑油の吐出圧が高い部位に形成することが望ましい。
【００３０】
そこで、本実施の形態では、こうした実情を考慮し、上記位置Ｐ１よりも軸回転方向前側にあって、吐出圧力が最も低くなる機関運転状態のもとでその吐出圧力と油膜圧力とが等しくなる位置よりも軸回転方向前側の位置Ｐ２に開口１３を形成するようにしている。すなわち、内燃機関の運転中に吐出圧力が低くなっても、少なくとも開口１３から潤滑油を吐出する機能は確保することのできる位置Ｐ２に開口１３が設けられる。
【００３１】
ここで、先の図３は開口１３及び後述する溝１５が設けられない状態での油膜圧力の分布を示している。ジャーナル６ｂの外周面に開口１３や溝１５を設けると油膜圧力は低下することから、上述した態様での開口１３の設定を上記分布に基づき行えば、確実に潤滑油の吐出圧力が油膜圧力よりも高くなり、吐出機能が確保されるようになる。
【００３２】
そして、そうして設定された開口１３の配設位置に基づき、上述したバランスシャフト１の重量低減について最も大きな効果を得るべく、幅狭部９の形成範囲が以下のように設定されている。
【００３３】
すなわち、この幅狭部９は軸回転方向において先の位置Ｐ２を起点とし同回転方向前側に向けて形成されている。このように位置Ｐ２を起点とすることにより、幅広部１４側に潤滑油を吐出する機能を確保しつつ、幅狭部９の形成範囲についてもこれが極力広く設定されることとなる。また、位置Ｐ１よりも軸回転方向後側では、バランスシャフト１の重心が最も下方に位置した状態（図２に示す状態）において、その軸心Ｌを通過する垂直な線Ｎを基準として上記位置Ｐ２の線対称となる位置Ｐ３が幅狭部９と幅広部１４との境界、すなわち終点に設定されている。このように位置Ｐ３を終点とすることにより、換言すれば、軸心Ｌを基準としてアンバランスマス５と点対称の位置に幅狭部９を形成することにより、同幅狭部９の配設位置がバランスシャフト１のアンバランスマス側７と反アンバランスマス側８との重量バランスを崩すことのない位置に設定される。
【００３４】
ところで、上記開口１３を位置Ｐ２に設けることで、潤滑油を吐出する機能は確保される。しかしながら、そうした位置Ｐ２に開口１３を形成したところで、吐出圧力が低下して同吐出圧力と油膜圧力との差が小さくなると、潤滑油の吐出量が低下して必要な量を確保することができなくなるおそれがある。このため、本実施の形態では、そうした吐出量の不足を補償するために以下のような溝１５を設けている。
【００３５】
以下、そうした溝１５の具体的な形状を図４及び図５を参照して説明する。
なお、図４は図１のバランスシャフト１を矢印Ｃ−Ｃ方向から見た断面構造を、また図５は図４のバランスシャフト１を矢印Ｄ方向から見た正面構造をそれぞれ示している。
【００３６】
図４及び図５に示すように、ジャーナル６ｂの外周面には開口１３から軸回転方向前側に延びる溝１５が形成されている。この溝１５は、例えば予め開口１３が形成されたジャーナル６ｂの外周面に工具を押し付けて同外周面を塑性変形させる等といった手法により形成される。
【００３７】
この溝１５により、開口１３の形成位置よりも軸回転方向前側の位置、すなわち油膜圧力が低いために潤滑油を比較的多量に供給可能な位置においても潤滑通路１１が開口される。これにより、開口１３に加えて溝１５からも潤滑油が吐出され、上記不足分が補われるようになる。
【００３８】
なお、ジャーナル６ｂの外周面において、その両端縁部と溝１５の縁部との間にはある程度の間隔を確保する必要がある。これは同間隔が短すぎると、十分なシール性が得られないために開口１３から吐出された潤滑油がジャーナル６ｂと軸受２ｂとの間から過度に漏れ、それらの間の潤滑が適切に行えなくなるためである。
【００３９】
そのため、溝１５の幅は、幅狭部９の形状に対応するように、アンバランスマス側７から離れる側に位置する部分ほどその幅が狭く設定されている。具体的には、溝１５の縁部とジャーナル６ｂの軸線方向両縁との最短距離が所定の長さａ以上の距離となるように溝１５が形成されている。なお、この所定の長さａは潤滑油の漏れ量を許容値未満に抑制可能な値が実験等により求められ、設定されている。
【００４０】
また、本実施の形態では、必ずしも潤滑油の吐出圧力が油膜圧力よりも高くなる位置に開口１３を形成する必要はない。これは、少なくとも溝１５の途中で油膜圧力よりも吐出圧力が高くなる構成であれば、溝１５、すなわち流路抵抗の少ない部分を通じて潤滑油が迂回して、潤滑通路１１からジャーナル６ｂ及び軸受２ｂの間へと潤滑油が流れ込むようになるからである。これに対し、本実施の形態では、開口１３において油膜圧力よりも吐出圧力が高くなるようにしているために、吐出量が十分に確保される。
【００４１】
以上説明したように、本実施の形態によれば、以下に記載する効果が得られるようになる。
（１）開口１３をジャーナル６ｂと軸受２ｂとの間の油膜圧力が最も高くなる位置Ｐ１よりも軸回転方向前側の位置Ｐ２に形成するとともに、開口１３から軸回転方向前側に向けて幅狭部９に延びる溝１５を形成するようにした。このため、幅狭部９をジャーナル６ｂの周方向において広い範囲にわたって形成するために、開口１３を比較的油膜圧力の高い位置に開口せざるを得ず、したがって同開口１３から十分な量の潤滑油を供給できない場合でも、油膜圧力の低い位置に形成された溝１５からの潤滑油供給によりこれが補われる。従って、ジャーナル６ｂと軸受２ｂの間に十分な量の潤滑油を供給することができ、重量の低減と潤滑性能の維持との好適な両立を図ることができるようになる。
【００４２】
（２）開口１３をジャーナル６ｂと軸受２ｂとの間の油膜圧力が潤滑油の吐出圧力よりも低くなる位置Ｐ２に形成するようにしたために、潤滑通路１１から潤滑油を吐出する機能を確保することができる。
【００４３】
（３）また、開口１３を幅狭部９と幅広部１４との境界部分に形成するようにしたために、高い油膜圧力のために開口１３からの潤滑油供給がなされ難くなるのを極力回避しつつ、ジャーナル６ｂと軸受２ｂとの間に偏りなく潤滑油を供給することができるようになる。
【００４４】
（４）幅狭部９の幅が狭い部分ほど同幅狭部９に位置する溝１５の幅を狭く設定するようにしたために、十分なシール性を確保して、開口１３から吐出された潤滑油がジャーナル６ｂと軸受２ｂとの間から過度に漏れることを的確に抑制することができるようになる。
【００４５】
なお、上記実施の形態は、以下のように変更して実施してもよい。
・上記実施の形態において、溝１５の形状は図５に示す形状に限られない。こうした溝としては、例えば図６に示すような均一の幅で延びる形状の溝２５を形成すること等も可能である。要は、ジャーナル６ｂの両端縁部と溝の縁部との最短距離が所定の長さａ以上に設定されるのであれば、潤滑性能に支障を来すことのない範囲で溝の形状は変更可能である。なお、図７に示すように、そうした溝としてその縁部とジャーナル６ｂの両端縁部との最短距離が前記所定の長さａで一定に保たれる形状で延びる溝３５を形成するようにしてもよい。こうした構成によれば、溝の幅をより広くすることができ、潤滑油の吐出量をより好適に確保することができるようになる。
【００４６】
・上記実施の形態では、反アンバランスマス側８に向かうほどジャーナル幅が徐々に短く設定される幅狭部９を備えたバランスシャフト１に本発明を適用するようにした。本発明は、図８に示すように、幅狭部４１と幅広部４２とが段形状に形成されるバランスシャフトにも適用可能である。なお、この構成にあって、開口１３の縁部とジャーナル４３の両端縁部との最短距離を所定の長さａ以上に設定するためには、幅狭部４１と幅広部４２との境界を開口１３が形成される位置よりも軸回転方向前側の位置に設定する必要がある。とはいえ、この構成にあっても、開口１３のみを設ける構成と比べて、開口１３の形成位置を軸回転方向後側に設定して幅狭部４１の形成範囲を広く設定することができ、内燃機関の駆動損失の低減と潤滑性能の維持との好適な両立を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態にかかるバランスシャフト及びその支持構造を示す断面図。
【図２】図１のバランスシャフトを矢印Ａ−Ａ方向から見た断面図。
【図３】ジャーナルの外周面の各位置における油膜圧力を示すグラフ。
【図４】図１のバランスシャフトを矢印Ｃ−Ｃ方向から見た断面図。
【図５】図４のジャーナルを矢印Ｄ方向から見た正面図。
【図６】溝の変形例を示す正面図。
【図７】溝の変形例を示す正面図。
【図８】上記ジャーナルの変形例を示す正面図。
【図９】従来のジャーナルの形状を示すバランスシャフトの側面図。
【図１０】図９のジャーナルを矢印Ｚ方向から見た正面図。
【符号の説明】
１…バランスシャフト、２ａ，２ｂ…軸受、３ａ，３ｂ…支持部、５…アンバランスマス、６ａ，６ｂ，４３…ジャーナル、７…アンバランスマス側、８…アンバランスマス側、９，４１…幅狭部、１０…油通路、１１…潤滑通路、１２…環状溝、１３…開口、１４，４２…幅広部、１５，２５，３５…溝。
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の振動抑制に用いられるバランスシャフトに関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の運転中には、ピストンの往復移動に伴って生じる慣性力が振動発生の原因となる。こうした振動の発生を抑制するためには、ピストンの往復移動に起因する慣性力を可能な限り打ち消すことが好ましい。そこで従来は、重心をその回転軸線上からずらしたバランスシャフトを内燃機関に設け、このバランスシャフトをクランクシャフトと同期して回転させることで、上記慣性力を打ち消すようにしている。
【０００３】
こうしたバランスシャフトでは、その内部に形成され、ジャーナルに開口する潤滑通路から同ジャーナルとこれを支持する軸受との間に潤滑油を供給し、これらの間に油膜を形成するようにしている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
ここで、上記潤滑通路の開口はジャーナルにおいて反アンバランスマス側に設定されている。これは次のような理由による。バランスシャフトの重心はその軸線上からずれているため、ジャーナルの外周面と軸受の内周面との面圧はその周方向において異なったものとなる。すなわち、アンバランスマス側に位置するジャーナルと軸受との面圧は、反アンバランスマス側に位置する同面圧よりも高くなる。このため、ジャーナルと軸受との間の油膜の圧力についてもこの面圧に応じて異なるものとなる。従って、従来では、潤滑通路の開口を油膜圧力の低い反アンバランスマス側に形成するようにしている。
【０００５】
【特許文献１】
実開昭５７−１０２７４３号公報（第２頁、第１図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したように、反アンバランスマス側に位置するジャーナルと軸受との油膜圧力は低いために、ジャーナルと軸受との接触面積が小さくなるように、反アンバランスマス側の形状を多少変更したとしても、その形状変更が潤滑性能に及ぼす影響は小さい。そのため、例えば図９及び図１０に示すように、ジャーナル１００の反アンバランスマス側の軸心Ｌ方向における幅（ジャーナル幅）を狭くしてジャーナル１００の重量を低減することで、内燃機関の駆動損失を低減させてその運転効率の向上を図ることが可能になる。
【０００７】
仮に潤滑通路１０８を反アンバランスマス側のジャーナル幅が狭い部位（幅狭部１０４）で開口させると、その他の部位（幅広部１０６）全体に潤滑油を十分に行き渡らせることができなくなるおそれがある。これは、幅広部１０６に形成される位置であってジャーナル１００表面の油膜の厚みが最も薄く且つその圧力が最も高くなる位置Ｐ１’における油膜の厚みや油膜圧力の不足を招くこととなり好ましくない。よって、幅狭部１０４を形成する場合には、潤滑通路１０８の開口を形成可能な部位は幅広部１０６に限定される。
【０００８】
ここで、重量低減により駆動損失を低下させるといった点にのみ着目すると、幅狭部１０４の形成範囲が大きいほどよい。しかしながら、この場合には幅広部１０６の形成範囲が小さくなるために、開口の形成位置が自ずと上記位置Ｐ１’に近づき、同開口における油膜圧力が高くなって潤滑性能の低下を招き易くなる。一方、潤滑性能を維持するといった観点から、幅広部１０６の形成範囲を広くしてより油膜圧力の低い位置で開口させるようにすると、その分だけ幅狭部１０４の形成範囲が小さくなり重量についての低減効果が低下する。
【０００９】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、重量の低減と潤滑性能の維持との好適な両立を図ることのできるバランスシャフトを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
先ず、請求項１記載の発明は、軸受により回転可能に支持され、反アンバランスマス側部分の少なくとも一部のジャーナル幅がアンバランスマス側部分よりも狭い幅狭部を有するジャーナルを備え、ジャーナルの外周面に開口して同ジャーナルと前記軸受との間に潤滑油を供給する潤滑通路がその内部に形成されてなるバランスシャフトにおいて、前記潤滑通路の開口は前記ジャーナルと前記軸受との間の油膜圧力が最も高くなる位置よりも軸回転方向前側の位置であって前記幅狭部と他の部分との境界部分に形成され、その前記ジャーナルの外周面には前記開口から軸回転方向前側に向けて前記幅狭部に延びる溝が形成されることをその要旨とする。
【００１１】
上記構成によれば、幅狭部をジャーナルの周方向において広い範囲にわたって形成するために、潤滑通路を比較的油膜圧力の高い位置に開口せざるを得ず、したがって同開口から十分な量の潤滑油を供給できない場合でも、その開口より油膜圧力の低くなる位置にある溝からの潤滑油供給によりこれが補われる。従って、ジャーナルと軸受の間に十分な量の潤滑油を供給することができ、内燃機関の駆動損失の低減と潤滑性能の維持との好適な両立を図ることができるようになる。また上記構成によれば、高い油膜圧力のために開口から潤滑油が供給され難くなるのを極力回避しつつ、ジャーナルと軸受との間に偏りなく潤滑油を供給することができるようになる。
【００１５】
ここで、前記溝の縁部と幅狭部の各縁部との距離が過度に短く設定されると、十分なシール性が得られず、同開口から吐出された潤滑油がジャーナルと軸受との間から過度に漏れてしまうおそれがある。
【００１６】
これに対し、請求項２記載の構成によるように、幅狭部の幅が狭い部分ほど同部分に位置する溝の幅を狭く設定することにより、こうした潤滑油の漏れを抑制することができるようになる。
請求項３記載の発明は、軸受により回転可能に支持され、反アンバランスマス側部分の少なくとも一部のジャーナル幅がアンバランスマス側部分よりも狭い幅狭部を有するジャーナルを備え、ジャーナルの外周面に開口して同ジャーナルと前記軸受との間に潤滑油を供給する潤滑通路がその内部に形成されてなるバランスシャフトにおいて、前記潤滑通路の開口は前記ジャーナルと前記軸受との間の油膜圧力が最も高くなる位置よりも軸回転方向前側の位置に設けられ、その前記ジャーナルの外周面には前記開口から軸回転方向前側に向けて前記幅狭部に延びる溝が形成されるとともに、前記幅狭部の幅が狭い部分ほど同部分に位置する前記溝の幅も狭く設定されることをその要旨とする。
上記構成によれば、幅狭部をジャーナルの周方向において広い範囲にわたって形成するために、潤滑通路を比較的油膜圧力の高い位置に開口せざるを得ず、したがって同開口から十分な量の潤滑油を供給できない場合でも、その開口より油膜圧力の低くなる位置にある溝からの潤滑油供給によりこれが補われる。従って、ジャーナルと軸受の間に十分な量の潤滑油を供給することができ、内燃機関の駆動損失の低減と潤滑性能の維持との好適な両立を図ることができるようになる。また上記構成によれば、幅狭部の幅が狭い部分ほど同部分に位置する溝の幅を狭く設定することにより、同開口から吐出された潤滑油がジャーナルと軸受との間から漏れてしまうことを抑制することができるようになる。
【００１７】
例えば、請求項４記載の構成によるように、幅狭部がアンバランスマス側部分から離れる側に位置する部分ほどその幅が狭く設定されるものであるときには、溝についてもこれに対応して設定する、すなわち軸回転方向前側に位置する部分ほどその幅を狭く設定するのが望ましい。
【００１８】
なお、こうした潤滑油の過度な漏れを好適に抑制するためには、請求項５記載の構成によるように、溝の縁部と幅狭部の両端縁部との最短距離が一定になるようにその溝を形成するのが望ましい。
一方、潤滑通路からの潤滑油の供給は、請求項６に記載の構成によるように、潤滑通路の開口を前記油膜圧力が同開口から吐出される潤滑油の吐出圧力よりも低い部位に形成するのが望ましい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を内燃機関のバランスシャフトに具体化した一実施形態について説明する。
【００２０】
図１に示されるバランスシャフト１は、軸受２ａ，２ｂによって内燃機関の支持部３ａ，３ｂに対し回転可能に支持されるジャーナル６ａ，６ｂと、同バランスシャフト１の重心を軸心Ｌ上からずらすための重りであるアンバランスマス５とを備えている。このバランスシャフト１は、内燃機関の出力軸からの回転伝達によって回転する。そして、機関運転中にピストンが往復移動するとともにバランスシャフト１が回転すると、その回転に基づき上記ピストンの慣性力が打ち消され、その慣性力によって生じる振動の発生が抑制される。
【００２１】
バランスシャフト１の一方のジャーナル６ｂの外周面にあって、アンバランスマス側７と反対側に位置する反アンバランスマス側８の一部の軸線方向長さ（ジャーナル幅）は、アンバランスマス側７のジャーナル幅よりも短くなっている。これにより、反アンバランスマス側８が軽くなるため、アンバランスマス５をそれほど重くしなくてもバランスシャフト１の重心を上記軸心Ｌ上から所望の量だけずらすことができるようになる。従って、反アンバランスマス側８のジャーナル幅を上記のように短くしない場合と比べると、アンバランスマス５を重くしなくてもよい分、バランスシャフト１全体を軽量化することができるようになる。なお、反アンバランスマス側８にあってそのジャーナル幅が短い部分（幅狭部９）は、その幅がアンバランスマス側７から離れる側に位置する部分ほど短くなるように形成されている。
【００２２】
バランスシャフト１の内部には、支持部３ａの油通路１０から潤滑油の供給を受ける潤滑通路１１が軸線方向に延びるように設けられている。潤滑通路１１において、ジャーナル６ａの内部に位置する部分は、同ジャーナル６ａの外周面に向かって延び、同外周面に形成された環状溝１２と連通している。そして、その部分には上記油通路１０から環状溝１２を介して潤滑油が供給される。また、油通路１０から環状溝１２に供給される潤滑油の一部は、ジャーナル６ａの外周面と軸受２ａの内周面との間に入り込む。これにより、ジャーナル６ａの外周面と軸受２ａの内周面との間に油膜が形成され、その間の潤滑が行われるようになる。
【００２３】
潤滑通路１１において、ジャーナル６ｂの内部に位置する部分は、同ジャーナル６ｂの外周面に向かって延び、その外周面上で開口している。潤滑通路１１内を流れる潤滑油は、同潤滑通路１１の開口１３からジャーナル６ｂの外周面と軸受２ｂの内周面との間に吐出される。これにより、ジャーナル６ｂの外周面と軸受２ｂの内周面との間に油膜が形成され、その間の潤滑が行われるようになる。そして、ジャーナル６ｂの外周面と軸受２ｂの内周面との間の潤滑に用いられた後の潤滑油は、ジャーナル６ｂの軸線方向両縁から外部に流れ落ちる。
【００２４】
図２に、図１のバランスシャフト１を矢印Ａ−Ａ方向から見た断面構造を示す。
同図２においてバランスシャフト１は、内燃機関の出力軸からの回転伝達によって矢印Ｂ方向に回転する。なお、同図２においてジャーナル６ｂと軸受２ｂとの隙間は、その理解が容易になるように、実際の隙間よりも誇張している。
【００２５】
同図２に示すように、バランスシャフト１の重心Ｇは上述したようにその軸心Ｌ上からずれている。このため、バランスシャフト１は軸受２ｂの円心Ｍ周りに同軸受２ｂの内周面に沿って回転する。そして、このようにバランスシャフト１が回転するときのジャーナル６ｂの外周面の各位置における油膜圧力は、その回転位相に拘わらずほぼ同じ分布となる。
【００２６】
図３は、図２に示す状態でのジャーナル６ｂの外周面の各位置における油膜圧力を示している。
同図３に示すように、ジャーナル６ｂの外周面の下端よりも若干遅角側（バランスシャフト１（軸）回転方向後側）の位置Ｐ１で同ジャーナル６ｂに接する油膜の厚さが最も薄くなり、その圧力が最も高くなる。その油膜圧力は、位置Ｐ１よりも進角側（軸回転方向前側）の部位では位置Ｐ１に向かうほど指数的に高くなり、また位置Ｐ１から遅角側（軸回転方向後側）の部位では位置Ｐ１から離れるに伴って急激に低くなる。バランスシャフト１（図２）はこうした圧力分布を有した状態で回転しているために、開口１３を形成する部位が以下のように規制される。
【００２７】
すなわち先ず、前述したように、ジャーナル６ｂにおいて幅狭部９以外の他の部位（幅広部１４）全体に潤滑油を十分に行き渡らせることができなくなるおそれがあることから、上記幅狭部９に開口１３を形成することはできない。
【００２８】
また、開口１３から吐出された潤滑油はジャーナル６ｂの外周面においてバランスシャフト１の回転方向と反対の方向に流れる。このため、上記位置Ｐ１（図２）に十分な量の潤滑油を供給するためには、開口１３を幅広部１４の中でも位置Ｐ１よりも軸回転方向前側の部位に形成する必要がある。
【００２９】
更に、この部位は上記位置Ｐ１に近づくほど油膜圧力が高くなる領域であるために、当該部位の中でも油膜圧力が潤滑油の吐出圧力よりも高い部位に上記開口１３を形成すると、その油膜圧力によって潤滑油の吐出が妨げられ、その吐出が困難なものとなる。従って、潤滑油を円滑に供給するためには、開口１３を油膜圧力よりも潤滑油の吐出圧が高い部位に形成することが望ましい。
【００３０】
そこで、本実施の形態では、こうした実情を考慮し、上記位置Ｐ１よりも軸回転方向前側にあって、吐出圧力が最も低くなる機関運転状態のもとでその吐出圧力と油膜圧力とが等しくなる位置よりも軸回転方向前側の位置Ｐ２に開口１３を形成するようにしている。すなわち、内燃機関の運転中に吐出圧力が低くなっても、少なくとも開口１３から潤滑油を吐出する機能は確保することのできる位置Ｐ２に開口１３が設けられる。
【００３１】
ここで、先の図３は開口１３及び後述する溝１５が設けられない状態での油膜圧力の分布を示している。ジャーナル６ｂの外周面に開口１３や溝１５を設けると油膜圧力は低下することから、上述した態様での開口１３の設定を上記分布に基づき行えば、確実に潤滑油の吐出圧力が油膜圧力よりも高くなり、吐出機能が確保されるようになる。
【００３２】
そして、そうして設定された開口１３の配設位置に基づき、上述したバランスシャフト１の重量低減について最も大きな効果を得るべく、幅狭部９の形成範囲が以下のように設定されている。
【００３３】
すなわち、この幅狭部９は軸回転方向において先の位置Ｐ２を起点とし同回転方向前側に向けて形成されている。このように位置Ｐ２を起点とすることにより、幅広部１４側に潤滑油を吐出する機能を確保しつつ、幅狭部９の形成範囲についてもこれが極力広く設定されることとなる。また、位置Ｐ１よりも軸回転方向後側では、バランスシャフト１の重心が最も下方に位置した状態（図２に示す状態）において、その軸心Ｌを通過する垂直な線Ｎを基準として上記位置Ｐ２の線対称となる位置Ｐ３が幅狭部９と幅広部１４との境界、すなわち終点に設定されている。このように位置Ｐ３を終点とすることにより、換言すれば、軸心Ｌを基準としてアンバランスマス５と点対称の位置に幅狭部９を形成することにより、同幅狭部９の配設位置がバランスシャフト１のアンバランスマス側７と反アンバランスマス側８との重量バランスを崩すことのない位置に設定される。
【００３４】
ところで、上記開口１３を位置Ｐ２に設けることで、潤滑油を吐出する機能は確保される。しかしながら、そうした位置Ｐ２に開口１３を形成したところで、吐出圧力が低下して同吐出圧力と油膜圧力との差が小さくなると、潤滑油の吐出量が低下して必要な量を確保することができなくなるおそれがある。このため、本実施の形態では、そうした吐出量の不足を補償するために以下のような溝１５を設けている。
【００３５】
以下、そうした溝１５の具体的な形状を図４及び図５を参照して説明する。
なお、図４は図１のバランスシャフト１を矢印Ｃ−Ｃ方向から見た断面構造を、また図５は図４のバランスシャフト１を矢印Ｄ方向から見た正面構造をそれぞれ示している。
【００３６】
図４及び図５に示すように、ジャーナル６ｂの外周面には開口１３から軸回転方向前側に延びる溝１５が形成されている。この溝１５は、例えば予め開口１３が形成されたジャーナル６ｂの外周面に工具を押し付けて同外周面を塑性変形させる等といった手法により形成される。
【００３７】
この溝１５により、開口１３の形成位置よりも軸回転方向前側の位置、すなわち油膜圧力が低いために潤滑油を比較的多量に供給可能な位置においても潤滑通路１１が開口される。これにより、開口１３に加えて溝１５からも潤滑油が吐出され、上記不足分が補われるようになる。
【００３８】
なお、ジャーナル６ｂの外周面において、その両端縁部と溝１５の縁部との間にはある程度の間隔を確保する必要がある。これは同間隔が短すぎると、十分なシール性が得られないために開口１３から吐出された潤滑油がジャーナル６ｂと軸受２ｂとの間から過度に漏れ、それらの間の潤滑が適切に行えなくなるためである。
【００３９】
そのため、溝１５の幅は、幅狭部９の形状に対応するように、アンバランスマス側７から離れる側に位置する部分ほどその幅が狭く設定されている。具体的には、溝１５の縁部とジャーナル６ｂの軸線方向両縁との最短距離が所定の長さａ以上の距離となるように溝１５が形成されている。なお、この所定の長さａは潤滑油の漏れ量を許容値未満に抑制可能な値が実験等により求められ、設定されている。
【００４０】
また、本実施の形態では、必ずしも潤滑油の吐出圧力が油膜圧力よりも高くなる位置に開口１３を形成する必要はない。これは、少なくとも溝１５の途中で油膜圧力よりも吐出圧力が高くなる構成であれば、溝１５、すなわち流路抵抗の少ない部分を通じて潤滑油が迂回して、潤滑通路１１からジャーナル６ｂ及び軸受２ｂの間へと潤滑油が流れ込むようになるからである。これに対し、本実施の形態では、開口１３において油膜圧力よりも吐出圧力が高くなるようにしているために、吐出量が十分に確保される。
【００４１】
以上説明したように、本実施の形態によれば、以下に記載する効果が得られるようになる。
（１）開口１３をジャーナル６ｂと軸受２ｂとの間の油膜圧力が最も高くなる位置Ｐ１よりも軸回転方向前側の位置Ｐ２に形成するとともに、開口１３から軸回転方向前側に向けて幅狭部９に延びる溝１５を形成するようにした。このため、幅狭部９をジャーナル６ｂの周方向において広い範囲にわたって形成するために、開口１３を比較的油膜圧力の高い位置に開口せざるを得ず、したがって同開口１３から十分な量の潤滑油を供給できない場合でも、油膜圧力の低い位置に形成された溝１５からの潤滑油供給によりこれが補われる。従って、ジャーナル６ｂと軸受２ｂの間に十分な量の潤滑油を供給することができ、重量の低減と潤滑性能の維持との好適な両立を図ることができるようになる。
【００４２】
（２）開口１３をジャーナル６ｂと軸受２ｂとの間の油膜圧力が潤滑油の吐出圧力よりも低くなる位置Ｐ２に形成するようにしたために、潤滑通路１１から潤滑油を吐出する機能を確保することができる。
【００４３】
（３）また、開口１３を幅狭部９と幅広部１４との境界部分に形成するようにしたために、高い油膜圧力のために開口１３からの潤滑油供給がなされ難くなるのを極力回避しつつ、ジャーナル６ｂと軸受２ｂとの間に偏りなく潤滑油を供給することができるようになる。
【００４４】
（４）幅狭部９の幅が狭い部分ほど同幅狭部９に位置する溝１５の幅を狭く設定するようにしたために、十分なシール性を確保して、開口１３から吐出された潤滑油がジャーナル６ｂと軸受２ｂとの間から過度に漏れることを的確に抑制することができるようになる。
【００４５】
なお、上記実施の形態は、以下のように変更して実施してもよい。
・上記実施の形態において、溝１５の形状は図５に示す形状に限られない。こうした溝としては、例えば図６に示すような均一の幅で延びる形状の溝２５を形成すること等も可能である。要は、ジャーナル６ｂの両端縁部と溝の縁部との最短距離が所定の長さａ以上に設定されるのであれば、潤滑性能に支障を来すことのない範囲で溝の形状は変更可能である。なお、図７に示すように、そうした溝としてその縁部とジャーナル６ｂの両端縁部との最短距離が前記所定の長さａで一定に保たれる形状で延びる溝３５を形成するようにしてもよい。こうした構成によれば、溝の幅をより広くすることができ、潤滑油の吐出量をより好適に確保することができるようになる。
【００４６】
・上記実施の形態では、反アンバランスマス側８に向かうほどジャーナル幅が徐々に短く設定される幅狭部９を備えたバランスシャフト１に本発明を適用するようにした。本発明は、図８に示すように、幅狭部４１と幅広部４２とが段形状に形成されるバランスシャフトにも適用可能である。なお、この構成にあって、開口１３の縁部とジャーナル４３の両端縁部との最短距離を所定の長さａ以上に設定するためには、幅狭部４１と幅広部４２との境界を開口１３が形成される位置よりも軸回転方向前側の位置に設定する必要がある。とはいえ、この構成にあっても、開口１３のみを設ける構成と比べて、開口１３の形成位置を軸回転方向後側に設定して幅狭部４１の形成範囲を広く設定することができ、内燃機関の駆動損失の低減と潤滑性能の維持との好適な両立を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態にかかるバランスシャフト及びその支持構造を示す断面図。
【図２】図１のバランスシャフトを矢印Ａ−Ａ方向から見た断面図。
【図３】ジャーナルの外周面の各位置における油膜圧力を示すグラフ。
【図４】図１のバランスシャフトを矢印Ｃ−Ｃ方向から見た断面図。
【図５】図４のジャーナルを矢印Ｄ方向から見た正面図。
【図６】溝の変形例を示す正面図。
【図７】溝の変形例を示す正面図。
【図８】上記ジャーナルの変形例を示す正面図。
【図９】従来のジャーナルの形状を示すバランスシャフトの側面図。
【図１０】図９のジャーナルを矢印Ｚ方向から見た正面図。
【符号の説明】
１…バランスシャフト、２ａ，２ｂ…軸受、３ａ，３ｂ…支持部、５…アンバランスマス、６ａ，６ｂ，４３…ジャーナル、７…アンバランスマス側、８…アンバランスマス側、９，４１…幅狭部、１０…油通路、１１…潤滑通路、１２…環状溝、１３…開口、１４，４２…幅広部、１５，２５，３５…溝。
Claims (6)
- 軸受により回転可能に支持され、反アンバランスマス側部分の少なくとも一部のジャーナル幅がアンバランスマス側部分よりも狭い幅狭部を有するジャーナルを備え、ジャーナルの外周面に開口して同ジャーナルと前記軸受との間に潤滑油を供給する潤滑通路がその内部に形成されてなるバランスシャフトにおいて、
前記潤滑通路の開口は前記ジャーナルと前記軸受との間の油膜圧力が最も高くなる位置よりも軸回転方向前側の位置であって前記幅狭部と他の部分との境界部分に形成され、その前記ジャーナルの外周面には前記開口から軸回転方向前側に向けて前記幅狭部に延びる溝が形成される
ことを特徴とするバランスシャフト。 - 前記幅狭部の幅が狭い部分ほど同部分に位置する前記溝の幅も狭く設定される
請求項１記載のバランスシャフト。 - 軸受により回転可能に支持され、反アンバランスマス側部分の少なくとも一部のジャーナル幅がアンバランスマス側部分よりも狭い幅狭部を有するジャーナルを備え、ジャーナルの外周面に開口して同ジャーナルと前記軸受との間に潤滑油を供給する潤滑通路がその内部に形成されてなるバランスシャフトにおいて、
前記潤滑通路の開口は前記ジャーナルと前記軸受との間の油膜圧力が最も高くなる位置よりも軸回転方向前側の位置に設けられ、その前記ジャーナルの外周面には前記開口から軸回転方向前側に向けて前記幅狭部に延びる溝が形成されるとともに、前記幅狭部の幅が狭い部分ほど同部分に位置する前記溝の幅も狭く設定される
ことを特徴とするバランスシャフト。 - 前記幅狭部は前記アンバランスマス側部分から離れる側に位置する部分ほどその幅が狭く設定されるものであり、前記溝はこれに対応してその幅が設定される
請求項２または３記載のバランスシャフト。 - 前記溝はその縁部と前記幅狭部の両端縁部との最短距離が一定になるように形成される
請求項１〜４の何れか一項に記載のバランスシャフト。 - 前記潤滑通路の開口は前記油膜圧力が同開口から吐出される潤滑油の吐出圧力よりも低い部位に形成される
請求項１〜５の何れか一項に記載のバランスシャフト。
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