JP4842152B2 - バランサ装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば車両の内燃機関に設けられてクランクシャフトの二次振動を抑制するバランサ装置に関するものであって、とりわけ、このバランサ装置内に回転自在に設けられたバランサシャフトの改良に関する。

車両の内燃機関に設けられた従来のバランサ装置としては、例えば以下の特許文献１に記載されたものが知られている。

このバランサ装置は、エンジンのシリンダブロックの下方に配設され、上下に分割されたアッパハウジングとロワハウジングとからなるバランサハウジングと、該バランサハウジング内にそれぞれ回転自在に設けられて、軸方向の所定位置に横断面ほぼ半月状のバランサウェイトを有する二本のバランサシャフトと、を備えている。

前記各バランサシャフトは、互いに噛合するヘリカルギヤをそれぞれ有し、前記シリンダブロックの下部に支承されたクランクシャフトと軸方向に沿って平行に配置されている。一方のバランサシャフトはチェーンを介して前記クランクシャフトに連係されてこのクランクシャフトの回転力によって回転すると共に、この回転に伴って他方のバランサシャフトが一方のバランサシャフトに対して周方向反対に従動回転するようになっている。

そして、前記各バランサシャフトは、前記クランクシャフトに対して二倍の速度で回転されるように設定されており、それぞれが回転することによって各バランサウェイトによる遠心力が生じ、この遠心力によってエンジン内のピストンやコンロッドなどから付与されるクランクシャフトの二次振動を打ち消している。
特開平６−３３９８９号公報

ところで、前記バランサハウジング内にはエンジン内を循環するオイルの一部が貯留されており、このオイルの油面（オイルレベル）が前記バランサシャフトの高さ位置近傍にある場合には、該バランサシャフトが回転する際に、前記バランサウェイトが油面に衝突することになる。

このとき、前記従来のバランサ装置にあっては、前記バランサウェイトの外形が横断面ほぼ半月状に形成され、前記バランサシャフトの軸部本体側に形成された平面部とほぼ半円状の円弧部とによって構成されていることから、該バランサウェイトが油面に進入する際の前記平面部の端縁と油面の成す角が大きく、これによって油面に対するバランサウェイトの抵抗が大きくなってしまっている。

そして、この大きな抵抗が、前記バランサシャフトが回転する際の大きなエネルギロスとなって前記バランサ装置の駆動抵抗を増大させ、この結果、前記バランサ装置を駆動しているエンジンの負荷の増大化を招来してしまっている。

本発明は、このような技術的課題に着目して案出されたものであって、バランサシャフトの回転時にバランサウェイトが受けるオイルによる抵抗を低減し得るバランサ装置を提供するものである。

請求項１に記載の発明は、内部にオイルが貯留されたバランサハウジングと、該バランサハウジング内に設けられた軸受部によって回転自在に支持され、軸方向の所定位置にバランサウェイトを一体に有するバランサシャフトと、を備え、前記バランサウェイトは、前記バランサシャフトの軸心を中心としてバランサシャフトの軸部本体の半円側でかつ前記軸部本体から径方向外側へ突設するように、平面部と円弧部を有する横断面ほぼ半月状に形成され、前記バランサウェイトの前記平面部と円弧部との間に、面取り状の切欠部が軸方向に沿って設けられ、前記バランサシャフトの回転に伴い、前記バランサウェイトの前記切欠部がオイルの油面に衝突するバランサ装置であって、
前記切欠部が油面に衝突することにより受ける回転方向の反力を、前記切欠部に対して垂直方向に作用する分力と水平方向に作用する分力に分解することを特徴としている。

この発明によれば、前記バランサウェイトの回転方向の端縁が油面と当接した際に、前記切欠部によってオイルをバランサウェイトの回転方向の後方側へ滑らかに誘導して逃がすことが可能となる。したがって、バランサウェイトが回転する際に受けるオイルによる抵抗を低減することができ、装置の駆動効率の向上が図れる。

請求項２に記載の発明は、前記切欠部は、前記バランサウェイトの回転方向の端面からその回転方向の後方側の端面へ向かって開く角度となるテーパ面によって形成されたことを特徴としている。

この発明によれば、前記バランサウェイトの回転方向の端面からその回転方向の後方側の端面へ向かって開くテーパ面により、該バランサウェイトの回転方向反対側へ作用するオイルの抵抗力の一部を受け流すことが可能となるため、バランサウェイトが回転する際に受けるオイルによる抵抗を低減することができる。

請求項３に記載の発明は、前記切欠部は、横断面ほぼ円弧状に形成されたことを特徴としている。

この発明によれば、前記バランサウェイトの回転時においてオイルをほぼ円弧状に形成された前記切欠部の外周面に沿って回転方向の反対側へより滑らかに導くことが可能となるために、前記油面との当接時及びオイル内の移動時にバランサウェイトが受けるオイルによる抵抗がより効果的に低減される。

以下、本発明に係るバランサ装置の各実施の形態を図面に基づいて詳述する。なお、各実施の形態では、このバランサ装置を従来と同様に車両用のエンジンに適用したものを示している。

図１〜図５は本発明に係るバランサ装置の第１の実施の形態を示し、このバランサ装置１は、図３に示すように、エンジンのシリンダブロック２の下部に、クランクシャフト３を軸支する軸受を有するラダーフレーム４を介して取付固定されている。また、前記ラダーフレーム４の下部には、前記バランサ機構１を下方から覆うように配置されて、内部に潤滑用のオイルが貯留されるオイルパン５が固定されている。

前記バランサ機構１は、ラダーフレーム４の下面に複数のボルト１０により共締め固定されたバランサハウジングであるアッパハウジング６及びロワハウジング７と、該両ハウジング６，７の間に支持されて、前記クランクシャフト３に並行に配置されたバランサシャフトであるドライブシャフト８及びドリブンシャフト９と、該両シャフト８，９の軸方向一端側にそれぞれ固定されて、各歯が互いに噛合したヘリカルギヤ１１，１２と、を備えている。

なお、前記ドライブシャフト８と前記ドリブンシャフト９とは、ほぼ同じ構成を有していることから、以下には、便宜上、ドライブシャフト８のみについて説明する。

前記ドライブシャフト８は、軸方向一端部に固定されたバランサスプロケット１３に巻回された駆動チェーン１４を介してクランクシャフト３から回転駆動力が伝達されて、図１に示すように前記各ヘリカルギヤ１１，１２を介してドリブンシャフト９を回転するようになっている。なお、両シャフト８，９は、クランクシャフト３の一回転あたり二回転するように設定されている。

また、前記ドライブシャフト８は、図１及び図４に示すように、軸方向の三箇所に所定の間隔を隔てて形成された第１、第２、第３ジャーナル部８ａ〜８ｃが、該各ジャーナル部８ａ〜８ｃにそれぞれ嵌着されたほぼ円筒状のプレーンベアリング１４ａ〜１４ｃを介して前記アッパハウジング６とロワハウジング７との間に形成された三つの軸受部１５ａ〜１５ｃによって回転自在に支持されている。

そして、前記各軸受部１５ａ〜１５ｃには、各内周面にそれぞれほぼ円環状のグルーブ溝１６ａ〜１６ｃが切欠形成されていて、前記各ベアリング１４ａ〜１４ｃが、前記各ハウジング６，７内に形成された図外の油通路を介して導入されたオイルによって潤滑されている。

さらに、前記ドライブシャフト８は、前記ロワハウジング７の一端部に形成されたスラスト受け部１７ａ、１７ｂによって前記ヘリカルギヤ１１を介して軸方向への移動が規制されている。

また、前記ドライブシャフト８の軸方向他端側には、前記第３ジャーナル部８ｃを挟むようにして第１、第２バランサウェイト１８，１９がそれぞれ一体に設けられている。なお、前記各バランサウェイト１８，１９は、若干大きさは異なるもののほぼ同じ構造を有していることから、以下には、便宜上、第１バランサウェイト１８のみについて説明する。

前記第１バランサウェイト１８は、図１及び図２に示すように、鍛造によって前記ドライブシャフト８に一体に形成されて、該ドライブシャフト８の軸部本体８ｄの半円側が拡径状に増肉されたものである。

すなわち、この第１バランサウェイト１８は、前記軸部本体８ｄの軸心Ｃを中心とする横断面ほぼ半月状に形成されて、軸方向他端側に設けられた小径部２０と、該小径部２０から軸方向一端側へ段差拡径状に設けられた大径部２１と、から構成されている。

前記小径部２０及び大径部２１は、前記軸部本体８ｄに連続して形成されて、該軸部本体８ｄの軸心Ｃを通過する同一平面上に形成された小平面部２０ａ及び大平面部２１ａと、該各平面部２０ａ，２１ａから前記軸部本体８ｄに対して対称となる側にそれぞれ形成された小径円弧部２０ｂ及び大径円弧部２１ｂと、をそれぞれ有している。

そして、前記小径部２０及び大径部２１の前記各平面部２０ａ，２１ａと前記各円弧部２０ｂ，２１ｂとの間には、面取り状の切欠部であるテーパ面２０ｃ，２１ｃが軸方向に沿って形成されている。

前記各テーパ面２０ｃ，２１ｃは、ほぼ同一の大きさを有し、前記各平面部２０ａ，２１ａの径方向の所定位置から前記各円弧部２０ｂ，２１ｂ側へ向かって開く角度となるように切欠形成されていて、その開く角度θは、図２に示すように、前記各平面部２０ａ，２１ａを基準として約５５°程度に設定されている。

以下に本発明に係るバランサ装置１の作用について説明するが、該装置の基本的な作用は周知の通りであるため説明を省略し、特徴的な作用のみを図２に基づいて説明する。

前記バランサ装置１は、エンジンの始動と同時にピストンの往復運動によってクランクシャフト３に駆動力が与えられ、このクランクシャフト３の駆動力によって、前述のようにドライブシャフト８が回転すると共にヘリカルギヤ１１，１２を介してドリブンシャフト９が従動回転する。

このとき、オイルパン５に貯留されたオイルのレベル、すなわちオイルの油面２２の高さＬが、少なくともドライブシャフト８の第１バランサウェイト１８に接触する位置にある場合には、該ドライブシャフト８の回転に伴い第１バランサウェイト１８が回転する際に、このバランサウェイト１８は、その回転方向とは反対方向へオイルによる反力（抵抗）を受けることになる。

そこで、本実施の形態では、説明を容易にするために、図２に示すように前記油面２２の高さＬが第１バランサウェイト１８の大径部２１のみがオイルに接触する位置にある場合について説明すると、第１バランサウェイト１８がオイル内に進入する際には、まず、この大径部２１の回転方向の端縁側に形成された前記テーパ面２１ｃが前記油面２２に衝突する。そして、この衝突により、前記テーパ面２１ｃには、図中の太矢印の方向へオイルによる反力Ｆが作用する。

この反力Ｆは、第１バランサウェイト１８の回転方向の反対側、すなわち油面２２に沿って平行に作用することから、前記テーパ面２１ｃが受ける力としては、図２中にそれぞれ細矢印で示すように、前記テーパ面２１ｃに対して垂直方向に作用する分力ｆ１と、該テーパ面２１ｃに対して水平方向に作用する分力ｆ２と、に分解することができる。

そして、前記垂直方向の分力ｆ１は、前記大径部２１を押し戻すようにその回転を妨げる力として直接的に作用する一方、前記水平方向の分力ｆ２は、前記テーパ面２１ｃに沿って前記大径部２１の径方向外側へとオイルを受け流すように作用する。

すなわち、前記水平方向の分力ｆ２は、第１バランサウェイト１８の回転に伴いオイルを前記テーパ面２１ｃ及び前記円弧部２１ｂの外面に沿って回転方向の反対側へ誘導して逃がすように作用し、これによって、第１バランサウェイト１８の回転時に、図２中の二点鎖線で示すように、前記大径部２１の回転方向の反対側へとオイルを滑らかに押し出すことができるようになる。

このようにして、前記水平方向の分力ｆ２は、オイルを前記大径部２１の回転方向の反対側へ送り出す力として作用し、他方の前記垂直方向の分力ｆ１のみが前記大径部２１の回転に対する実質的な抵抗力として作用することになる。換言すれば、前記反力Ｆに基づくオイルによる抵抗は、前記テーパ面２１ｃによってその垂直方向の分力ｆ１に変換され、前記水平方向の分力ｆ２の分だけ低減されることになる。

なお、かかる作用は、前記大径部２１が前記油面２２に当接したときのみならず、該大径部２１がオイル内を回転する際にも同様に得ることができると共に、前記小径部２０においても同様に得ることができる。

したがって、この実施の形態によれば、前記大径部２１の回転方向の端縁に前記テーパ面２１ｃを形成したことにより、前述のように、該大径部２１が回転時に受けるオイルによる抵抗を低減することができる。これにより、前記バランサ装置１の駆動効率を向上させることができ、これに伴いエンジンの負荷の低減化が図れる。

また、前記第１バランサウェイト１８に前記各テーパ面２０ｃ，２１ｃを形成したことにより、該第１バランサウェイト１８の外形において鋭利な部分が排除されるため、前記ドライブシャフト８を鍛造成形する際のバリの発生を抑制することができる。これによって、前記ドライブシャフト８の成形後に別途バリ取りを行う必要がなくなり、加工作業性の向上が図れる。

さらに、前記各テーパ面２０ｃ，２１ｃを形成したことにより、前記ドライブシャフト８を鍛造成型する際の離型性を向上させることができると共に、型の焼き付きも抑制することができる。したがって、この点においても加工作業性の向上が図れる。

図６は、本発明に係る第２の実施の形態を示し、基本的な構成は前記第１の実施の形態と同様であり、前記各テーパ面２０ｃ，２１ｃをほぼ円弧状に形成したものである。

この実施の形態によれば、前記第１バランサウェイト１８が前記油面２２に当接した際及びオイル内を回転する際に、図中の二点鎖線で示すように、ほぼ円弧状に形成された各テーパ面２０ｃ，２１ｃの滑らかな外形に沿ってオイルを第１バランサウェイト１８の回転方向の反対側へより円滑に導くことが可能となるため、該第１バランサウェイト１８がオイルから受ける抵抗をより効果的に低減することができ、前記バランサ装置１の駆動効率のさらなる向上が図れる。

また、前記各テーパ面２０ｃ，２１ｃをほぼ円弧状に形成したことにより、前記第１バランサウェイト１８の外形が角部を有しないより滑らかな形状に形成されるため、前記ドライブシャフト８を鍛造成形する際のバリの発生がより効果的に抑制される。

前記各実施の形態から把握される前記各請求項に記載した発明以外の技術的思想について以下に説明する。

（１） 前記バランサウェイトは、前記バランサシャフトの軸心を中心としてバランサシャフトの軸部本体の半円側に横断面ほぼ半月状に形成されて、前記軸部本体側に形成された平面部と、該平面部から径方向外側へ突設された円弧部と、を有し、
前記切欠部は、前記平面部と前記円弧部との間に形成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のバランサ装置。

この発明によれば、前記請求項１〜３に記載の各発明と同様の作用効果が得られることは勿論、前記平面部と前記円弧部とから構成される鋭利な部分が切除されるため、特に鍛造成形する場合のバリの発生を抑制することができる。

（２） 前記バランサシャフトは、鍛造によって形成されたことを特徴とする請求項１に記載のバランサ装置。

この発明によれば、前記切欠部を設けたことによって、該切欠部に勾配をもたせることが可能となるため、型の焼き付きや離型性の点で鍛造成形性が向上し、これに基づいて加工作業性が向上する。

（３） 前記バランサシャフトは、互いに異なる大きさに形成された前記バランサウェイトを複数有していることを特徴とする請求項１に記載のバランサ装置。

以上、本発明は、前記各実施の形態の構成に限定されるものではなく、アッパハウジング６及びロワハウジング７の形状や大きさはもとより、例えばドライブシャフト８及びドリブンシャフト９の形状や大きさ、特に各シャフト８，９に設けられるバランサウェイトの形状及び大きさを、エンジンの仕様や大きさなどによってそれぞれ自由に変更することができる。

なお、本発明の作用効果について、前記各実施の形態ではドライブシャフト８についてのみ説明したが、ドリブンシャフト９にあっても前記ドライブシャフト８の奏する作用効果と同様の作用効果が得られる。

本発明に係るバランサ装置の第１の実施の形態を示し、本発明の主要部分を説明するドライブシャフト及びドリブンシャフトの斜視図である。 図４のＡ−Ａ線断面図である。 本発明に係るバランサ装置の配置関係を示す概略図である。 図３のＢ−Ｂ線断面図である。 図３のＣ−Ｃ線断面図である。 本発明に係るバランサ装置の第２の実施の形態を示し、本発明の要部を説明するバランサウェイトの断面図である。

符号の説明

１…バランサ装置
６…アッパハウジング（バランサハウジング）
７…ロワハウジング（バランサハウジング）
８…ドライブシャフト（バランサシャフト）
９…ドリブンシャフト（バランサシャフト）
１８…第１バランサウェイト（バランサウェイト）
１９…第２バランサウェイト（バランサウェイト）
２０ｃ…テーパ面（切欠部）
２１ｃ…テーパ面（切欠部）

Claims (3)

1. 内部にオイルが貯留されたバランサハウジングと、
   該バランサハウジング内に設けられた軸受部によって回転自在に支持され、軸方向の所定位置にバランサウェイトを一体に有するバランサシャフトと、を備え、
   前記バランサウェイトは、前記バランサシャフトの軸心を中心としてバランサシャフトの軸部本体の半円側でかつ前記軸部本体から径方向外側へ突設するように、平面部と円弧部を有する横断面ほぼ半月状に形成され、
   前記バランサウェイトの前記平面部と円弧部との間に、面取り状の切欠部が軸方向に沿って設けられ、
   前記バランサシャフトの回転に伴い、前記バランサウェイトの前記切欠部がオイルの油面に衝突するバランサ装置であって、
   前記切欠部が油面に衝突することにより受ける回転方向の反力を、前記切欠部に対して垂直方向に作用する分力と水平方向に作用する分力に分解することを特徴とするバランサ装置。
2. 前記切欠部は、前記バランサウェイトの回転方向の端面からその回転方向の後方側の端面へ向かって開く角度となるテーパ面によって形成されたことを特徴とする請求項１に記載のバランサ装置。
3. 前記切欠部は、横断面ほぼ円弧状に形成されたことを特徴とする請求項１に記載のバランサ装置。

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