JP6182358B2 - 動力伝達系のギヤ機構 - Google Patents

Description

本発明は、動力伝達系のギヤ機構に関する。

特許文献１には、バランスシャフトに設けられた動力伝達系のギヤ機構が開示されている。このものは、互いに平行に配置される第１、第２シャフト部と、第１、第２シャフト部にそれぞれ設けられて互いに噛合可能な第１、第２ギヤとを備えている。第１シャフト部がクランクシャフトの回転力を受けて回転すると、第１、第２ギヤの噛合によって、第２シャフト部が従動して回転するようになっている。

特開２００９−２０４０５７号公報

ところで、上記構成によれば、第１、第２ギヤの歯間に形成される隙間（バックラッシュ）の範囲で第１シャフト部に対する第２シャフト部の相対回転が許容されるため、バックラッシュが詰められて第１、第２ギヤの歯同士の衝突が繰り返され、その衝突に伴って発生する衝突音（歯打ち音）が、とくに回転数が低回転域にある場合においては、車両騒音の原因になるという問題があった。これに鑑み、上記の場合は、歯打ち音を低減するべく、第２ギヤが樹脂製とされている。しかし、第２ギヤをあえて樹脂製としなくても、歯打ち音を低減することができる別の技術が求められていた。

本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、ギヤの材質如何に関わらず、歯打ち音を低減することが可能なギヤ機構を提供することを目的とする。

本発明は、第１ギヤを有する第１回転軸と、前記第１ギヤと噛合可能な第２ギヤを有する第２回転軸とを備え、前記第１回転軸が回転すると、前記第１、第２ギヤの噛合によって、前記第２回転軸が回転するギヤ機構であって、前記第１、第２回転軸の回転数が低回転域の場合には、前記第２回転軸とこの第２回転軸を受ける軸受部との間に高い摩擦力を付与し、前記第１、第２回転軸の回転数が高回転域の場合には、前記摩擦力を低減もしくは解消させる調整手段を備え、前記調整手段は、前記第２回転軸と一体に設けられ、前記軸受部の外周面と対向する位置に支持面を有する支持受部と、前記低回転域の場合には前記軸受部の外周面に強く当接して前記摩擦力を付与し、前記高回転域の場合には前記第２回転軸の回転に伴う遠心力によって前記軸受部の外周面から離れる方向に変位させられて前記摩擦力を低減もしくは解消させる摩擦付与部と、前記支持受部の前記支持面と前記摩擦付与部との間に介装され、常には前記摩擦付与部を前記遠心力に抗して前記軸受部の外周面へ押し付ける向きに付勢する付勢部材と、を有し、前記摩擦付与部は、前記軸受部の外周面に沿った円弧状の摩擦面を有し、前記軸受部の周方向に間隔をあけて複数設けられ、各摩擦付与部の前記摩擦面が、前記軸受部の外周面に当接した状態で、前記軸受部の外周面に沿って連なる円を形成するように配置され、前記調整手段は、前記付勢部材と前記摩擦付与部との間に、前記摩擦付与部とは別体のガイド部を有し、前記支持受部は、金属製であって前記ガイド部が摺動することで前記摩擦付与部の変位動作を案内するガイド面を有しており、前記摩擦付与部は、合成樹脂製又はゴム製とされ、前記ガイド部は、金属製とされ、前記摩擦付与部に二色成形によって一体に成形されているところに特徴を有する。

回転数が低回転域の場合には、調整手段によって第２回転軸と軸受部との間に高い摩擦力が付与されるため、第２回転軸が第１回転軸に追従して回転すると、第２ギヤの歯が第１ギヤの歯に押し付けられた状態を保つことができ、第１、第２ギヤの歯打ち音を低減することができる。一方、回転数が高回転域の場合には、調整手段によって第２回転軸と軸受部との間の摩擦力が低減もしくは解消されるため、高回転域におけるフリクションの増加が抑えられ、駆動力のロスを低減することができる。また、第２回転軸の回転に伴う遠心力を利用することにより、第２回転軸と軸受部との間の摩擦力が自動的に調整されるため、電気的な制御手段を設ける必要がない。また、摩擦付与部の変位動作の安定性が確保される。

本発明の実施例１における動力伝達系のバランスシャフトの全体図である。 調整手段の要部断面図である。 クランクシャフトとバランスシャフトとの位置関係を示す図である。

＜実施例１＞
本発明の実施例１を図１〜図３によって説明する。実施例１における動力伝達系のギヤ機構は、自動車のレシプロエンジンに用いられるバランサ機構のうちのバランスシャフト１０を例示するものであって、エンジン側のクランクシャフト７０の回転に応じて回転する第１回転軸１１と、第１回転軸１１と略平行に配置され、第１回転軸１１の回転に応じて回転する第２回転軸１２と、第１回転軸１１に設けられる第１ギヤ１３と、第２回転軸１２に設けられ、第１ギヤ１３と噛合する第２ギヤ１４とを備えている。

図３に示すように、レシプロエンジンは、直列４気筒とされ、外側に位置する２つのピストン９０が上死点に位置するとき、内側に位置する２つのピストン９０が下死点に位置するように動作する。各ピストン９０は、クランクシャフト７０のクランクアーム７１にコンロッド８０を介して連結されている。クランクアーム７１には、コンロッド８０との連結側と反対側に、カウンターウェイト７２が設けられている。また、クランクシャフト７０には、最も外側に位置するピストン９０とその内側に位置するピストン９０との間に、ドライブギヤ７３が設けられている。

第１回転軸１１の第１ギヤ１３は、第２ギヤ１４との噛合位置と反対側で、クランクシャフト７０のドライブギヤ７３に噛合しており、第１ギヤ１３の歯数は、ドライブギヤ７３の歯数の半分に設定されている。一方、第１、第２ギヤ１３、１４は、互いに同一の歯数に設定されている。なお、ドライブギヤ１３及び第１、第２ギヤ１３、１４は、いずれも金属製とされている。

ここで、ピストン９０の往復運動に連動してクランクシャフト７０が回転すると、ドライブギヤ７３及び第１ギヤ１３を介して、クランクシャフト７０の回転力が第１回転軸１１に伝達され、さらに、第１、第２ギヤ１３、１４を介して、該回転力が第２回転軸１２に伝達される。このとき、第１、第２回転軸１１、１２は、いずれもクランクシャフト７０の２倍の速度で回転し、相互間では、互いに反対方向に同一速度で回転している。

第１回転軸１１には、第１ギヤ１３と並んで第１マス１５が設けられ、第２回転軸１２には、第２ギヤ１４と並んで第２マス１６が設けられている。第１、第２マス部１５、１６は、第１、第２回転軸１１、１２のそれぞれの回転中心に対して偏心した重心位置を有しており、第１、第２回転軸１１、１２がクランクシャフト７０の２倍の速度で回転することにより、往復運動するピストン９０の二次慣性力を打ち消して、二次慣性力に起因する上下振動を抑制し、且つ、第１、第２回転軸１１、１２が互いに反対方向に同一速度で回転することにより、相互間に発生する振動を相殺する役割を担っている。

図１に示すように、第２回転軸１２は、シリンダブロック６０の壁面に固設された軸受部６１に回転可能に支持されている。軸受部６１は、円柱状であって第２回転軸１２側へ突出する形態をなし、その軸線が第２回転軸１２の軸線と同軸上に揃うように配置されている。

さて、実施例１のバランスシャフト１０においては、軸受部６１と第２回転軸１２との間に、これら軸受部６１と第２回転軸１２との間の摩擦力を調整する調整手段２０を備えている。調整手段２０は、支持受部２１、摩擦付与部２２、ガイド部２３及び付勢部材２４によって構成されている。調整手段２０のうち、摩擦付与部２２は合成樹脂製又はゴム製とされ、摩擦付与部２２以外の部材は金属製とされている。

支持受部２１は、第２回転軸１２の端部に一体に設けられ、第２マス１６と隣接して配置されている。具体的には、支持受部２１は、第２回転軸１２の端部から全周に亘って拡径する円環状のフランジ部２５と、フランジ部２５の外周縁から軸方向と略平行に突出する円筒状の筒部２６とからなる。図２に示すように、筒部２６の内周面には、周方向に間隔をあけて、詳細には周方向に９０度の等間隔をあけて、凹部２７が設けられている。各凹部２７は、筒部２６の内周面において径方向に凹む有底の形態をなし、径方向と略平行な方向に沿ったガイド面２８と、ガイド面２８の奥端に位置してガイド面２８と略直角な方向に沿った支持面２９とで区画されている。図示する場合、各凹部２７のうち、上下に位置する凹部２７は、ガイド面２８が上下方向に沿って配置され、支持面２９が左右方向に沿って配置されており、左右に位置する凹部２７は、ガイド面２８が左右方向に沿って配置され、支持面２９が上下方向に沿って配置されている。

摩擦付与部２２は、板状のパッドであって、軸受部６１の外周面に沿った円弧状の摩擦面３１を有している。そして、摩擦付与部２２は、後述するように、第２回転軸１２の回転に伴う遠心力と付勢部材２４の付勢力とのバランスに基づいて、軸受部６１の外周面に対して径方向に接離可能とされている。

第２回転軸１２が軸受部６１に対して相対回転して、摩擦付与部２２の摩擦面３１が軸受部６１の外周面に摺接状態で当接すると、第２回転軸１２に、軸受部６１との間の相対回転を抑制する向きの摩擦力（トルク）が付与される。実施例１の場合、図２に示すように、摩擦付与部２２は支持受部２１の各凹部２７と対応する位置にそれぞれ配置され、計４つの摩擦付与部２２が軸受部６１の外周を取り囲むことにより、各摩擦付与部２２の摩擦面３１が軸受部６１の外周面に当接した状態で実質的に全周に亘って円形に連なるようになっている。

ガイド部２３は、摩擦付与部２２に二色成形によって一体に成形され、それぞれの摩擦付与部２２と一体に挙動することが可能とされている。ガイド部２３は、その内面に摩擦付与部２２の外面が密着するとともに、その外面に付勢部材２４が受けられ、且つ、その付勢部材２４を受ける部分を取り囲むようにしてガイド筒部３２を有する形態とされている。ガイド筒部３２の外周面は凹部２７のガイド面２８に摺動可能とされている。

付勢部材２４は、コイルバネ等のバネ材からなり、支持受部２１と摩擦付与部２２との間に介装されている。具体的には、付勢部材２４は、凹部２７内に収容され、その外端が支持受部２１の支持面２９に当接して支持され、その内端がガイド部２３の外面に当接して支持されている。また、付勢部材２４は、第２回転軸１２の回転に伴って摩擦付与部２２に作用する遠心力に抗して、摩擦付与部２２を軸受部６１の外周面に押し付ける方向（径方向内側）に付勢する付勢力（バネ力）を有している。付勢部材２４の付勢力は、後述するように、第１、第２回転軸１１、１２の回転数が低回転域にある場合には摩擦付与部２２が軸受部６１の外周面に所定の摩擦力を付与した状態で当接する状態となり、第１、第２回転軸１１、１２の回転数が高回転域（低回転域を除く回転域であって、厳密には中回転域をも含む）にある場合には摩擦付与部２２が軸受部６１の外周面から離れた状態となるように、遠心力とのバランスをとるように設定されている。

次に、実施例１のバランスシャフト１０の具体的な動作と作用効果について説明する。
エンジンの回転数が低い場合、つまり第１、第２回転軸１１、１２の回転数が低回転域にある場合には、第２回転軸１２の回転に伴って各摩擦付与部２２に作用する遠心力が小さいことから、各摩擦付与部２２が付勢部材２４の付勢力によって軸受部６１の外周面に強く押し付けられ、軸受部６１と第２回転軸１２との間に、第２回転軸１２の回転に抗する力としての摩擦力が付与される。その結果、第１回転軸１１の回転に伴って第２回転軸１２が従動して回転する間、第２ギヤ１４の歯が第１ギヤ１３の歯に押し付けられた状態が保たれ、第１、第２ギヤ１３、１４の歯同士がバックラッシュの範囲で衝突を繰り返す歯打ち音の発生が防止される。

一方、エンジンの回転数が高い場合、つまり第１、第２回転軸１１、１２の回転数が高回転域にある場合には、第１、第２回転軸１１、１２が相対回転する状態が安定化しているため、歯打ち音の発生がほとんど見られなくなる。したがって、仮に、軸受部６１と第２回転軸１２との間に、上記した低回転域における高摩擦状態が維持されていると、駆動力のロスが大きくなって、燃費の悪化を招いてしまう。その点、実施例１においては、各摩擦付与部２２に作用する遠心力が高回転域で大きくなることにより、各摩擦付与部２２が付勢部材２４の付勢力に抗して径方向外方へ変位して軸受部６１から離れ、これによって軸受部６１と第２回転軸１２との間の摩擦力が実質的に解消されるようになっている。したがって、高回転域におけるフリクションの増加が抑えられ、駆動力のロスを低減することが可能となる。

また、摩擦付与部２２が変位する間、ガイド筒部３２の外周面が凹部２７のガイド面２８を摺動することにより、ガイド部２３ひいては摩擦付与部２２の移動姿勢が安定に保たれる。その結果、エンジンの回転数に応じた摩擦力の調整動作をスムーズに行うことが可能となる。

以上説明したように、実施例１によれば、エンジンが低回転域にある場合には、軸受部６１と第２回転軸１２との間に所定の摩擦力が付与されることによって、歯打ち音を低減することが可能となる一方、エンジンが高回転域にある場合には、軸受部６１と第２回転軸１２との間の前記摩擦力が解消されることによって、駆動力のロスを低減することが可能となる。しかも、そうした摩擦力の調整が遠心力を利用することによって自動的になされるため、電気的な制御手段を省略することが可能となる。とくに、実施例１においては、第２ギヤ１４をあえて樹脂製としなくても、低回転域における歯打ち音を低減することが可能となるものである。

＜他の実施例＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施例に限定されるものではなく、例えば次のような態様も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）本発明は、第１、第２ギヤを樹脂製とすることを禁止するものではない。むしろ、第１、第２ギヤの少なくとも一方を樹脂製とすれば、歯打ち音をより確実に低減することができる。
（２）第１回転軸には、第１ギヤとは別にドリブンギヤが設けられ、ドリブンギヤがクランクシャフトのドライブギヤと噛合し、第１ギヤは第２ギヤのみと噛合する構成であってもよい。
（３）調整手段は、摩擦付与部が高回転時に低回転時に比べて小さい摩擦力をもって軸受部の外周面との当接状態を維持するように構成されるものであってもよい。
（４）付勢部材は、板バネ等の他のバネ部材であってもよく、あるいはクッション性の弾性部材であってもよい。
（５）本発明のギヤ機構は、実施例１のバランスシャフトに限らず、自動車の一般的な動力伝達系のギヤ機構に広く適用することが可能である。

１０…バランスシャフト
１１…第１回転軸
１２…第２回転軸
１３…第１ギヤ
１４…第２ギヤ
２０…調整手段
２１…支持受部
２２…摩擦付与部
２３…ガイド部
２４…付勢部材
２８…ガイド面
２９…支持面
６１…軸受部

Claims (1)

1. 第１ギヤを有する第１回転軸と、
   前記第１ギヤと噛合可能な第２ギヤを有する第２回転軸とを備え、
   前記第１回転軸が回転すると、前記第１、第２ギヤの噛合によって、前記第２回転軸が回転するギヤ機構であって、
   前記第１、第２回転軸の回転数が低回転域の場合には、前記第２回転軸とこの第２回転軸を受ける軸受部との間に高い摩擦力を付与し、前記第１、第２回転軸の回転数が高回転域の場合には、前記摩擦力を低減もしくは解消させる調整手段を備え、
   前記調整手段は、前記第２回転軸と一体に設けられ、前記軸受部の外周面と対向する位置に支持面を有する支持受部と、前記低回転域の場合には前記軸受部の外周面に強く当接して前記摩擦力を付与し、前記高回転域の場合には前記第２回転軸の回転に伴う遠心力によって前記軸受部の外周面から離れる方向に変位させられて前記摩擦力を低減もしくは解消させる摩擦付与部と、前記支持受部の前記支持面と前記摩擦付与部との間に介装され、常には前記摩擦付与部を前記遠心力に抗して前記軸受部の外周面へ押し付ける向きに付勢する付勢部材と、を有し、 前記摩擦付与部は、前記軸受部の外周面に沿った円弧状の摩擦面を有し、前記軸受部の周方向に間隔をあけて複数設けられ、各摩擦付与部の前記摩擦面が、前記軸受部の外周面に当接した状態で、前記軸受部の外周面に沿って連なる円を形成するように配置され、
   前記調整手段は、前記付勢部材と前記摩擦付与部との間に、前記摩擦付与部とは別体のガイド部を有し、前記支持受部は、金属製であって前記ガイド部が摺動することで前記摩擦付与部の変位動作を案内するガイド面を有しており、
   前記摩擦付与部は、合成樹脂製又はゴム製とされ、前記ガイド部は、金属製とされ、前記摩擦付与部に二色成形によって一体に成形されていることを特徴とする動力伝達系のギヤ機構。

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