JP7264738B2 - バランサシャフト - Google Patents

Description

本発明は、バランサシャフトに関する。

特許文献１のシャフトのダンパ構造においては、中心軸から放射状に複数のハブが延びている。各ハブの径方向外側の端には、筒状の外周筒部が固定されている。外周筒部の外周面には、ゴム製のダンパを介して振動リングが取り付けられている。特許文献１のダンパ構造では、中心軸及び振動リングが共に回転する。そして、中心軸の回転トルクと振動リングの回転トルクとの間で差が生じたときには、ダンパが周方向にねじれるように弾性変形することで、回転トルクの差が吸収される。

特開２０１８－１１５６６６号公報

特許文献１のようなシャフトのダンパ構造においては、ダンパが弾性変形・弾性復帰を繰り返すことで熱が発生する。仮に、ダンパが過度に高温になると、ダンパの弾性変形の特性が変化してしまい、期待通りのダンパ性能を得られないことがある。

上記課題を解決するため、本発明は、シャフト本体と、前記シャフト本体に固定され、重心が前記シャフト本体の中心軸線に対して偏心しているウェイトと、前記シャフト本体における径方向外側に取り付けられ、前記シャフト本体と同軸で回転する歯車と、前記シャフト本体の外周面及び前記ギアの内周面の間に介在されているゴム製のダンパとを備えているバランサシャフトであって、前記ダンパの外面と前記シャフト本体の外周面とによってオイル空間が区画されており、前記シャフトの内部には、前記オイル空間へとオイルを導くための油路が区画されている。

上記構成によれば、ダンパの外面とシャフト本体の外周面とによって区画されるオイル空間にオイルが導かされ、当該オイルによってダンパを冷却できる。したがって、ダンパが弾性変形・弾性復帰を繰り返して発熱しても、ダンパが過度に高温になることは防げる。

バランサシャフトの分解斜視図。 バランサシャフトの部分断面図。

以下、バランサシャフトの実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、バランサシャフトのシャフト本体１０は、円棒状の軸部１１を備えている。なお、図１では、軸部１１の中心軸線Ｊ方向一方側の一部のみを図示している。軸部１１の外周面からは、フランジ部１２が径方向外側に向かって張り出している。フランジ部１２は、全体として円盤状になっている。フランジ部１２の中心軸線は、シャフト本体１０の中心軸線Ｊに一致している。フランジ部１２は、中心軸線Ｊ方向において、軸部１１の端面から離間した箇所に配置されている。この実施形態では、軸部１１及びフランジ部１２は、鉄系金属の一体成形物である。そして、シャフト本体１０は、軸部１１及びフランジ部１２を含んで構成されている。

軸部１１の端部には、板状のウェイト１５が固定されている。ウェイト１５は、平面視で略扇形状になっている。ウェイト１５の扇の要の部分近傍、すなわち扇形状の角度中心近傍においては、当該ウェイト１５の厚み方向に円形状の取付孔１５Ａが貫通している。取付孔１５Ａの内径は、シャフト本体１０の軸部１１の外径と同一になっている。そして、図２に示すように、ウェイト１５の取付孔１５Ａ内には、軸部１１の端部が嵌め込まれている。上述のとおり、ウェイト１５の形状は略扇形状であるため、ウェイト１５の重心は、軸部１１の中心軸線Ｊに対して偏心している。また、ウェイト１５は、シャフト本体１０の回転に伴って一体的に回転する。

図１に示すように、シャフト本体１０におけるフランジ部１２の径方向外側には、円環状の歯車２０が取り付けられている。この実施形態では、歯車２０は、径方向内側に位置するインサート部２１と、インサート部２１より径方向外側に位置する歯車本体２５とで構成されている。

図２に示すように、インサート部２１は、円環状の環状部２２を備えている。環状部２２の内径は、シャフト本体１０におけるフランジ部１２の外径と略同一になっている。環状部２２の内側には、シャフト本体１０におけるフランジ部１２が挿入されている。すなわち、インサート部２１は、フランジ部１２の径方向外側に取り付けられている。なお、インサート部２１は、シャフト本体１０のフランジ部１２に固定されてなく、環状部２２の内周面とフランジ部１２の外周面との間で摺動可能になっている。

環状部２２の外周面からは、径方向外側に向って突起部２３が突出している。突起部２３は、環状部２２の周方向全域に亘って延びている。突起部２３は、径方向外側に向かうほど中心軸線Ｊ方向の幅が広くなる断面視テーパ状になっている。

環状部２２における中心軸線Ｊ方向一方側の端面においては、凹部２４が窪んでいる。凹部２４は、環状部２２の周方向全域に亘って延びている。凹部２４は、環状部２２の径方向内側の縁にまで至っている。すなわち、凹部２４は、環状部２２の径方向内側に向けて開放されている。

凹部２４は、中心軸線Ｊを含む断面で断面視すると２段階で窪む形状となっている。具体的には、凹部２４の１段階目の第１凹部２４Ａは、環状部２２における中心軸線Ｊ方向一方側の端面から窪んでいる。そして、凹部２４の２段階目の第２凹部２４Ｂは、第１凹部２４Ａの底面から窪んでいる。

歯車２０における歯車本体２５は、円環状の歯車になっている。この実施形態では、歯車本体２５の外周部には、中心軸線Ｊに対して傾斜するように歯部が設けられている。すなわち、歯車本体２５は、いわゆる斜歯歯車である。歯車本体２５の内径は、インサート部２１における環状部２２の外径と略同一になっている。歯車本体２５の内周面においては、取付溝２５Ａが窪んでいる。取付溝２５Ａは、歯車本体２５の周方向の全体に亘って延びている。取付溝２５Ａの断面視形状は、インサート部２１の突起部２３の形状に対応している。すなわち、取付溝２５Ａは、径方向外側に向かうほど中心軸線Ｊ方向の幅が広くなる断面視テーパ状になっている。

歯車本体２５の取付溝２５Ａには、インサート部２１の突起部２３が嵌め込まれている。これにより、歯車本体２５とインサート部２１とは、互いに相対移動不能に一体化されている。そして、これら歯車本体２５とインサート部２１は、シャフト本体１０の回転に伴い、中心軸線Ｊを中心として回転する。また、この実施形態では、歯車本体２５及びインサート部２１の材質は、同一の樹脂材料である。

インサート部２１の凹部２４には、フッ素ゴム製のダンパ３１が挿入されている。ダンパ３１の基部３２は、円環板状になっている。基部３２の厚み、すなわち中心軸線Ｊ方向の寸法は、インサート部２１における第１凹部２４Ａの深さと略同一になっている。基部３２の内径は、シャフト本体１０におけるフランジ部１２の外径よりも小さくなっている。また、基部３２の外径は、インサート部２１における第１凹部２４Ａの内径よりも小さくなっている。

基部３２における中心軸線方向一方側の面からは、挿入部３３が突出している。挿入部３３は、基部３２における周方向の全域に亘って円環状に延びている。挿入部３３の突出長、すなわち中心軸線Ｊ方向の寸法は、インサート部２１における第２凹部２４Ｂの深さよりも小さくなっている。挿入部３３の幅、すなわち径方向の寸法は、インサート部２１における第２凹部２４Ｂの溝幅と同じになっている。挿入部３３の突出先端面においては、溝部３４が窪んでいる。溝部３４は、挿入部３３の周方向の全域に亘って円環状に延びている。

ダンパ３１における挿入部３３は、インサート部２１における第２凹部２４Ｂとシャフト本体１０のフランジ部１２との間の空間に挿入されている。ダンパ３１の挿入部３３が上記空間に挿入された状態では、ダンパ３１における基部３２がインサート部２１における第１凹部２４Ａの底面に当接している。上述したとおり、挿入部３３の突出長は、第２凹部２４Ｂの深さよりも小さい。したがって、挿入部３３の突出先端面は、第２凹部２４Ｂの底面から離間している。その結果、ダンパ３１における挿入部３３の突出先端面、シャフト本体１０におけるフランジ部１２の外周面、及びインサート部２１における第２凹部２４Ｂの内面によって、オイル空間Ｒが区画されている。また、挿入部３３の突出先端面に溝部３４が設けられているので、当該溝部３４の内部空間も、オイル空間Ｒの一部を構成している。

シャフト本体１０における軸部１１の内部には、図示しないオイルポンプからのオイルが流通する主油路４１が区画されている。主油路４１は、軸部１１の中心軸線Ｊ上を延びている。主油路４１は、軸部１１におけるウェイト１５が固定されている側の端面で開口している。そして、主油路４１の開口は、球状の栓４５によって塞がれている。

主油路４１からは、径方向外側に向って連絡油路４２が延びている。連絡油路４２は、軸部１１及びフランジ部１２の内部を通って、フランジ部１２の外周面にまで至っている。すなわち、連絡油路４２は、フランジ部１２の外周面で開口している。連絡油路４２の開口の一部は、オイル空間Ｒに臨んでいる。したがって、オイル空間Ｒには、主油路４１及び連絡油路４２を介してオイルが供給される。

本実施形態の作用について説明する。
上記実施形態のバランサシャフトの歯車２０には、クランクシャフトの回転トルクが伝達される図示しない他の歯車が噛み合っている。内燃機関の駆動に伴いクランクシャフトが回転すると、それと連動してバランサシャフトも回転する。ここで、バランサシャフトにおけるウェイト１５の重心位置は、中心軸線Ｊに対して偏心しているので、バランサシャフトの回転に伴って、ウェイト１５の重心位置も中心軸線Ｊを中心として回転する。これにより、内燃機関のピストンの往復運動に伴って生じる慣性力や慣性偶力の一部が相殺される。

また、内燃機関が駆動しているときには、内燃機関やその他の機器にオイルを圧送するためのオイルポンプも駆動されている。そのため、バランサシャフトにおけるシャフト本体１０の主油路４１内にも、オイルポンプからオイルが圧送される。主油路４１に圧送されたオイルの一部は、連絡油路４２を介してオイル空間Ｒ内にも供給される。また、連絡油路４２を流通したオイルの一部は、シャフト本体１０におけるフランジ部１２の外周面とインサート部２１における環状部２２の内周面との間のわずかな隙間を介して外部へと流出する。

内燃機関の負荷が急変するなどしてクランクシャフトの回転トルクが急変すると、バランサシャフトの歯車本体２５に伝達される回転トルクも急変する。すると、歯車２０をシャフト本体１０に対してねじるような力が、バランサシャフトに作用する。本実施形態ではダンパ３１がフッ素ゴム製で相応の弾性力を有するので、上述のねじるような力が作用したときには、ダンパ３１が周方向にねじれるように弾性変形して、回転トルクの急変に伴うショックを吸収する。

本実施形態の効果について説明する。
（１）上記実施形態では、バランサシャフトの歯車２０に入力される回転トルクが急変したときには、ダンパ３１により回転トルクの急変に伴うショックを吸収する。このとき、ダンパ３１は、弾性変形・弾性復帰を繰り返すことに伴い発熱する。すなわち、ダンパ３１は、回転トルクの急変に伴うショックを熱に変換することにより減衰する。そして、上記実施形態では、オイル空間Ｒに供給されるオイルによって、ダンパ３１が発した熱が持ち去られ、ダンパ３１が冷却される。したがって、ダンパ３１が回転トルクの急変に伴うショックを吸収したときに、当該ダンパ３１が過度に高温になることは防げる。

（２）上記実施形態では、ダンパ３１における挿入部３３の突出先端面に溝部３４が設けられていて、当該溝部３４の内部空間もオイル空間Ｒの一部として機能する。そのため、オイル空間Ｒの容積を大きくすることができ、オイル空間Ｒ内のオイルの温度が過度に高くなることを防げる。

（３）上記実施形態では、シャフト本体１０におけるフランジ部１２の外周面とインサート部２１における環状部２２の内周面との間にオイルを供給するための連絡油路４２が、オイル空間Ｒにオイルを供給するための油路としての機能を兼ねている。そのため、オイル空間Ｒにオイルを供給するための油路として個別の油路を設けることに起因して、シャフト本体１０の加工が複雑化するといった弊害は生じない。

本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・シャフト本体１０の形状は上記実施形態の例に限らない。例えば、シャフト本体１０がフランジ部１２を備えてなく、軸部１１の外周面に歯車２０が取り付けられていてもよい。

・中心軸線Ｊ方向においてシャフト本体１０に対するウェイト１５の固定位置は、軸部１１の端部に限らない。バランサシャフトと内燃機関のピストンとの位置関係などに応じて、軸部１１の端部以外の箇所にウェイト１５を固定してもよい。

・同様に、中心軸線Ｊ方向においてシャフト本体１０に対する歯車２０の取り付け位置も適宜変更できる。例えば、中心軸線Ｊ方向においてシャフト本体１０の中央部に歯車２０を取り付けてもよい。

・歯車２０の構造は適宜変更できる。例えば、インサート部２１と歯車本体２５とを組み付けて歯車２０とするのではなく、歯車２０を一体成形物として製造してもよい。また、３つ以上の部材を組み付けて歯車２０としてもよい。

・ダンパ３１の材質は、フッ素ゴムに限らず、歯車２０及びシャフト本体１０よりも弾性変形しやすいゴム製であればよい。
・ダンパ３１の形状は、シャフト本体１０におけるフランジ部１２の外周面と歯車２０におけるインサート部２１の内周面との間に挿入できる形状であれば問わない。例えば、一般にオーリングとして用いられている部材のような、基部３２及び挿入部３３の区別のない単純な円環状であってもよい。

・ダンパ３１における溝部３４を省略してもよい。この場合、基部３２からの挿入部３３の突出長を調整すれば、オイル空間Ｒの容積も調整できる。
・オイル空間Ｒがダンパ３１の外面とシャフト本体１０の外周面によって区画されていてもよい。具体的には、シャフト本体１０におけるフランジ部１２の外周面と歯車２０の内周面との間にダンパ３１が介在されていて、シャフト本体１０におけるフランジ部１２の外周面と歯車２０の内周面とが直接的に接触していない構造であってもよい。この場合には、ダンパ３１の内周面とシャフト本体１０の外周面とによってオイル空間Ｒを区画すればよい。

１０…シャフト本体、１１…軸部、１２…フランジ部、１５…ウェイト、１５Ａ…取付孔、２０…歯車、２１…インサート部、２２…環状部、２３…突起部、２４…凹部、２４Ａ…第１凹部、２４Ｂ…第２凹部、２５…歯車本体、３１…ダンパ、３２…基部、３３…挿入部、３４…溝部、４１…主油路、４２…連絡油路、４５…栓、Ｊ…中心軸線、Ｒ…オイル空間。

Claims (1)

1. シャフト本体と、
   前記シャフト本体に固定され、重心が前記シャフト本体の中心軸線に対して偏心しているウェイトと、
   前記シャフト本体における径方向外側に取り付けられ、前記シャフト本体と同軸で回転する歯車と、
   前記シャフト本体の外周面及び前記歯車の内周面の間に介在されているゴム製のダンパと
   を備えているバランサシャフトであって、
   前記シャフト本体の内部には、オイルを導く油路が区画されており、
   前記ダンパの外面と前記シャフト本体の外周面とによって、前記油路からのオイルが導かれるオイル空間が区画されており、
   前記シャフト本体の外周面と前記歯車との間に、前記油路を流通するオイルを排出する隙間を有する
   ことを特徴とするバランサシャフト。

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