JPS58134244A - 回転バランサ− - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は内燃機関のような周期的に＋側状態の崩れる機
構のための回転バランサーに関する。

往復動ピストンエンジンのような機構に伴なう問題の１
つは、運動する質量によってエンジン支持体に作用する
慣性振動力および慣性振動モーメントを平衡させるとい
うことにある。これらの振。動力および振動モーメント
は、エンジンおよびその取付部の種々の部分に応力およ
び騒音を伴なって振動を生じさせる可能性がある。

種々のシリンダ配列を持つエンジンにおいて発生する種
々の不平衡力については、従来、広い範囲にわたって分
析されている。たとえば、直列形２シリンダ４サイクル
ーエンジンでは、−次、二次振動力は発生するが、振動
モーメントはまったく発生：しない。直列形４シリンダ
・エンジンでは、通常、二次上下方向振動力が発生し、
６０度ｋＶ−６形エンジンでは、普通、二次振動偶□カ
が発生する。

−次振動の力およびモーメントは、通常、エンジンのク
ランク軸あるいはそれに取付けた構成部品などの種々の
部分に質量を加°えたシ、そこから質量を除去したりす
ることによって平衡させることができる。この選択的に
重量を追加することは、なんら機構の追加がないので、
「受は身」の平衡取りと呼ぶことができる。二次振動の
カやモーメントは、エンジン・クランク軸の回転速度あ
るいは回転振動数の２倍の頻度で変化するので、平衡さ
せるのはさらに難かしい。したがって、付加的つシあい
軸やつりあわせ装置を利用する「能動的」なつりあわせ
配置が、普通、必要である。偏心おもシを有する一対の
逆回転軸のような手段を設けてこのような平衡状態を得
ることは周知である（たとえば、米国特許矛５　、６６
７　、３１７号）。１しかしながら、これらのっシあい
おもシ付き□軸はエンジンの２倍の速度で回転しなけれ
嬬□な、らないので、軸受に過剰な摩擦を生じさせるこ
とが多く、つりあい軸とクランク軸の間の歯車その他の
機械的駆動装置による騒音め一因となる。

本発明によれば、支持手段を包含し、作動時に所定のサ
イクルで反復不平衡が生じる作動機構のための回転バラ
ンサーにおいて、この回転バランサーが少なくとも１つ
のオルダム継手装置を有し、このオルダム継手装置が一
対の端部材を有し、これらの端部材がそれらの間に設け
たカップラによって回転自在に相互連結してあシ、これ
らの端部材はオフセットした平行な軸線のまわシに回転
するように前記支持手段に取付けてあり、少なくとも一
方の端部材が前記作動機構と調時間係においてその反復
不平衡の周期速度の半分に等しい回転速度で回転するよ
うになっておシ、前記カップラが横方向および長手方向
に広がった表面に沿って接触する当接部によって前記両
端部材に連結してｌ）、それぞれの端部材と組合った表
面が互いに相当の回転角度で位置し、作動時に前記カッ
プラが端部材の回転速度に等しい速度で端部材によって
回転駆動されると共に、偏心変位してカップラの重心が
前記反復不平衡の周期速度に等しい回転速度で閉じた彎
曲軌道を移動するようになっておシ、前記オルダム継手
装置が、周期的不平衡の少なくとも一部に対抗するよう
にカップラの変位を行なわせるような向きとなっておシ
、カップラの質量が前記対抗された機構部分の所定部を
オフセットさせるようになっている設計値を有すること
を特徴とする回転バランサーを得ることができる。

シタ力って、本発明は、平衡にオフセットした軸線を有
する端部材間で作用す、るカップラ部材が本体の回転速
度の２倍の速度で円形軌道を描ぐオルダム継手機構の少
しは認められているが、通常は望ましくないと考えられ
ている特性を有利に応用する。本発明のバランサーは、
その最も簡単な形態では、特殊な形態のオルダム継手機
構からなシ、カップラの質量および軸線のオフセット量
（共に通常最低限に抑えられる）が適当に選定され、継
手の回転速度のｂ倍の周期的な不平衡力を平衡させるこ
とのできる偏心つりあわせ質量を与える。このようにし
て、普通の２次つりあわせ装置に伴なう摩擦や騒音の問
題を低減すルノニ、ハーフ・スピードバランサーを設け
、このバランサーがそれに組合わされたエンジンあるい
は他の機構の一次作動速度で回転しながら二次（作動速
度の２倍）振動を平衡させることができるようにしであ
る。

種々の二次振動の力、モーメントの平衡状態を与えるべ
く１つあるいはそれ以上のつシあい軸に複数の偏心おも
りを取付けるなどして種々の配列の多継手を同じ要領で
利用することができる。さらに、継手端部材あるいはそ
れに取付けた軸の部分に偏心おもシを加えて軸の回転速
度で効果を・発揮する付加的な一次つシあわせ力を与え
る（こともできる。

以下、添付図面を参照↓ながら本発明を実施例によって
説明する。

牙１図、牙２図において、参照数字１０は４シリンダ４
サイクル内燃機関を全体的に示しており、この機関はク
ランク軸１２を回転自在に支えているシリンダ・ブロッ
ク１′を有する。このシリンダ・ブロックは、さらに、
４つのシリンダ１４を画成しており、これらのシリンダ
の中にはピストン１５が往復動自在に配置しである。ピ
ストンは連接棒１６゛によってクランク軸のスロワ１８
に連結しである。クランク軸は、取外自在の主軸受キャ
ップ（そのうちの３つが２２．２３．２４で示しである
）を有するシリンダ・ブロック隔壁２０によって長手方
向に隔たった軸受ジャーナル１９のところで支えられて
いる。シリンダ・ブロックの底にはオイルパン２６が敗
付けてｌ）、これはエンジン・クランクケースの下部を
囲み、潤滑油の溜めとなっている。

エンジン１０は・、さらに、本発明によるハフ・スピー
ド継イ１バランサー２８を包含し、これは４シリンダ４
サイクル・エンジンの二次振動力を平衡賓せるようにな
っている。バランサー２８はクランク軸の下方、オイル
パン内で、エンジンの長手方向中心でシリンダ・ブロッ
クに取付けである。バランサーは一対の軸受ハウジング
３０．３１を包含し、これらのハウジングはエンジンの
主軸受キャップ２２．２４と一体に形成してアシ、これ
ら主軸受キャップの下方をその長手方向内側に延びてお
り、下端を連結板３２で連結しである。

後方の軸受ハウジング３０は一対の横方向に隔たり、長
手方向に延びている平行な軸６４゜６５を回転自在に枢
支しており、これらの軸はこの軸受ハウジング６０の外
側で軸３４゜３５の端に装着した同様の寸法の歯車３６
゜３８によって相互連結しである。軸３５も、この軸お
よびクランク軸のそれぞれに装着した一対の同様の寸法
の歯車５９．４０によってクランク軸に連結しである。

軸受ハウジング３１は一対の横方向に隔たり、長手方向
に平行に延びる軸４２．４３を枢支している。これらの
軸は軸３４．５５と共通の水平面内に位置しているが、
これらの軸３．４．３５からは側方にオフセットしてい
る。軸４２は対応する軸６４と平行であるが、それから
所定量だけ側方外側にオフセットしておシ、軸４３はそ
れに対応する軸６５と平行であるが、それから同じ所定
量だけ側方外側にオフセットしている。これら２組の関
連した、すなわち対応した軸３４．４２と６５゜４３は
本発明に従って構成したつりあわせ力を発生するオルダ
ム継手装置４４によって相互連結しである。

継手装置４４は、矛３図、矛４図に示すように、各々、
一対の端部材４６．４７を包含し、これらの端部材はカ
ップラ４８によって回転自在に連結しである。端部材４
６は軸線方向のスプライン付き人力軸５１と連結した入
力円盤５０を包含し、この人力軸５１は関連するバラン
サ、軸３５と連結するようになっている。端部材４７も
同様に出力円盤５２を包含し、これはそこから軸線方向
に延びるスプライン付き出力軸５４を有し、この出力軸
は関連するバランサー軸４３と連結するようになってい
る。カップラ４８も円盤として構成してあり、人、出力
円盤５０，５２０間に位置する。カップラ４８は一対の
側方に延びる舌片５５，５６によって円盤５０．５２に
連結しである。これらの舌片５５，５６はカップラから
長手方向で互いに反対の方向に人、出力円盤にそれぞれ
形成した対応する溝５．８　、５９内へ突出している。

関連する舌片、溝は、それぞれ、横方向、長手方向に延
びる平行な表面６０．６２を包含し、これらの表面は互
いに接触してトルクを加え、各円盤をその軸線まわシの
回転中一定の角度関係に維持する。

明らかなように、図示の舌片−溝構造の代り、あるいは
その変形とし・て種々のトルク伝達構造を利用できる。

７したがって、表面６０゜６２は互いに対して、あるい
は長手軸線に対して平行である必要はない。また、同様
な機能を有する他のトルク伝達装置としては、後に説明
する機能が保たれる限り、舌片の代りにボール、ローラ
、ピンのようなものも使用できる。カップラ４８は、端
部材４６に関する１つの横方向平面および端部材４７に
関する別の実質的に異なった平面内で側方に自由に相対
移動できるようになっている必要がある。この理由のた
めに、両端部材の舌片５５゜５６およびそれに対応する
溝は、回転平面で突出するように互いに直角に配置しで
ある。

このような直角配置はこの意図した目的のためには望ま
しいが、６０度あるいは７０度などの実質的に異なった
他の角度でも作動可能な構造を得ることができるので、
直角配置が絶対に必要というわけではない。さらに、直
線ではなくて円弧状に形成した舌片、溝を利用すること
も可能である。特殊な目的のために必要であれば１．′
伸、の彎曲した形状も利用できる。ここで用いる″”：
「オルダム継手」なる用語は、公知の、あるいはこれか
ら開発されるかも知れない機韻的に同等の装置すべてを
含むと考えている。

先に説明した実施例の継手部分の動作が矛５図に最も良
く示してあり、この図において、６３は人力円盤５０の
回転軸線を示し、６４は出力円盤５２の回転軸線を示し
ている。点６６、軸線６３．６４間の中間点も軌道中心
であり、このまわシにカップラ円盤４８の幾何学的中心
６７が軌道を描く。

人力円盤５０が一定の角速度で駆動されるとき、カップ
ラ４８と出力・円盤５２も同じ一定角速度で回転するこ
とになる。さらに、カップラ４８の幾何学的中心６７は
、それが中心点６６のまわりを移動するにつれて円６８
を描く。この円は人、出力円盤の軸線６３゜６４を通り
、これらの軸線の距離に等しい直径を有する。

所与の条件の下では、カップラ円盤４８の中心の、円形
軌道６８まわシの回転軌道速度は、人、出力円盤および
カップラが回転する角速度、すなわち回転速度の正確に
２倍の一定速度である。さらに、人、出力円盤がそれら
の幾何学的軸線まわりに回転してい６間、カップラ円盤
４８の移動で回転遠心力が生じる。この遠心力は、円盤
４８の質量、円形軌道６８の直径、継手の回転速度によ
って決まる。こうして、この遠心力は、エンジンその他
の取付機構に生じた対抗力を平衡させるのに役立ち、本
発明が目的とするのがこの特徴である。

第１図、第２図のエンジンにおいては、２つのオルダム
継手装置４４を利用しており、これら継手装置の位相角
は、軌道を描くカップラ円盤が上下方向では加わり、横
方向では相殺して垂直方向の振動力を発生するように調
整された向きの反対方向の回転力を与えるように配置し
である。

作動に多たつで、歯車列４０，３９．６８゜３６を介し
てクランク軸１２が回転すると、平行なバランサー軸お
よびそれらに連結した継手装置４４が反対方向に回転す
る。それに伴なってカップラがクランク軸速度の２倍の
速度で反対方向に軌道を描き、正しい位相状態により、
軌道を描くカップラの偏心力が組合わさってエンジン速
度の２倍に等しい振動数の垂直方向二次振動力を発生す
る。この振動力は、バランサー構成要素の適切な物理的
位置によって調時されて、このバランサーを組込んだ４
シリンダ４サイクル中エンジンに固有の二次振動力に直
接対抗する。このようにして、カップラ４８の質量およ
びその偏心（端部材軸線６３．６４のオフセットで決ま
る）を正しく選ぶことによって、つりあいカ　□が発生
し、エンジンの二次振動力を正しく平衡させるのである
。これを達成するバランサーはエンジンの一次回転速度
で作動させられる。このようにして、二次振動エンジン
・バランサーについての軸受摩擦および歯車騒音は最小
限に抑えられる。ま、た、ここに説明し）１霞１Σ た／Ｘ−フ・スピード・バランサーが、不平衡状態の機
構に・おいて−次不平衡を相殺するのに、この機構の周
期的な不−！両速度のほんの半分の速度でバランサーを
作動させ、かつ平衡させるべき不平向状態に対抗する単
数の、または複゛数の偏心おもシを正しく配置するよう
に利用しうろことも明らかである。したがって、このバ
ランサーのハーフ・スピード動作の利点はほとんどいか
なる種類の不平面機構状態にも応用できる。

牙６図は本発明によるハーフ・スピードバランサーのた
めのオルダム継手の可能性のある多くの実施例のうちの
１つを示している。

継手７０が端部材７１．７２を有し、これらの端部材は
連結カップラ７６に設けた反対向きの溝７５と係合する
隔たった舌片７４を有する。この構造の動作は先に説明
した実施例と同じであシ、継手の回転時、カップラ７６
は継手それ自体ｑ回転速度の２陪の周期で軌道を描く。

　　ト 矛７図はまた別め可能性のあるオルダム継手装置の実施
例を示しており、これは本発明によるハーフ・スピード
バランサで用いて現在のところ好ましいものの１つであ
る。継手７８は長手方向に向かい合ったフォーク状の突
起８２を備える端部材７９．８０を包含する。これらの
突起は立方体のカップラ拳ブロック８３の４つの側面の
周囲に延びている。

突起８２の側方、長手方向に延びる内面８４は・ブロッ
ク８３の対応する側方、長手方向に延びた外面８６と係
合する。端部材７９．８０の長手軸線はオフセットして
おシ、回転時、カップラ拳ブロック８３は、先に述べた
カップラの要領で、カップラの回転速度および端部材の
回転速度の２倍の軌道速度で円形軌道に沿って軌道を描
く。

牙７図の実施例は、圧力潤滑システムも包含し、これは
それぞれの端部材の人、出力軸８８　、　’９０に設け
た横方向オイル通路８７を包含する。これらの通路８７
は長手方向の通路９１と接続しておシ、この長手通路は
それぞれ端部材、ブロックの向かい合った端面９５゜９
６に設けた向かい合った凹所９２，９４を通してブロッ
クの長手方向通路９８と連通している。通路９８はブロ
ック外面８６に通じる横方向通路９９と接続している。

作動にあたって、潤滑油は端部材７９．８０の人、出力
軸８８．９０を支える圧力潤滑軸受から受は取られ、横
方向通路８７および長手方向通路９１を通してブロック
の長手方向通路９８に、そしてそこから横方向通路９９
に分配される。潤滑油は、通路９９から、端部材および
ブロックのそれぞれに設けた対抗面８４．８６の間に直
接送られてこれら負荷担持面の摩擦を減らし、冷却を行
なう圧力潤滑油の供給源となる。テストによれば、この
ような圧力潤滑システムを用いることにより、用いない
場合よシも摩擦熱を過剰に発生させることなく相当Ｑ高
速で作動させるのが可能となることがわかった。

矛７図の実施例の特徴の１つとして、端部材７９．８０
に突起１００の形で偏心おもりが設けである。これらの
おもシは位相を合わされて、継手の一次回転速度で作動
する回転不平衡力と対応する機構の他の一次つシアいお
もシ、あるいは付加的な継手装置と組合わせて対応した
エンジンその他の機構における一次不平衡を相殺すると
共に、継手の回転速度の２倍の速度で軌道を描くカップ
ラ・ブロックの回転不平衡力を対応したエンジンあるい
は機構における二次不平衡力を相殺するのに用いうるよ
うにしである。もちろん、このようなつシあいおもシを
継手に組合わせた軸に対して用いてもよいし、先に述べ
た配置のほか他の配置の任意のものにも応用できる。

矛８図を参照して、ここにはバランサー継手の普通よシ
も異なった実施例が示しである。

この実施例は、クランク軸その他の駆動軸が貫く隔壁に
装着するのに適している。この配置は軸線１０３上で回
転するクランク′＠１０２を包含する。このクランク軸
はクランク軸を囲む開口１０６内の軸受１０５を支える
隔壁１０４を貫いて延びておシ、クランク軸線１０３か
ら平行に隔たった軸線１０７上に位置している。クラン
ク軸の一部を形成する向かい合ったフォーク状の突起１
１０と、開口１．０６の軸線まわシに軸受１０５内で回
転するように装着した向かい合った軸受パッド１１１と
の間に摺動を通すようになっている。

作動にあたって、クランク軸が回転すると、摺動ブロッ
クが回転し、摺動ブロックは軸受１０５内でパッド１１
１を駆動する。これによシ、ブロック１０８がクランク
軸回転の速度の２倍の速度で円形軌道を描き、先に説明
したと同じ要領でブロック質量、偏心量、回転速度によ
って決まるっシあわせ力を与える。

エンジンにハーフ・スピード・バランサーを適用した例
を垂直方向振動力を平衡させる特殊な配置につｈて説明
してきたが、本発明によるオルダム継手バランサーは、
１つまたはそれ以上の継手を利用して任意適当な適用要
領で用いることができ、そこでは普通のっシあい軸配置
の面心おもりを普通に利用することができる。さらに、
継手装置そのものの構造も、本発明によるオルダムある
いはすの変形の継手装置として機能できる任意適当な形
態をとりうる。

【図面の簡単な説明】

、ｔ１図は本発明による継手バランサーの−　□実施例
の応用を示すべく部分的に破断した部分を有する直列形
４シリンダ内燃機関の断片側面図、 矛２図は牙１図の２−２線によって示す平面に沿った、
バランサー駆動歯車を示す断片横断面図１ ．１−３図は矛１図、牙２図に示す継手バランサーの継
手部分の１つを示す分解斜視図、牙４図は牙１図の４−
４線によって示す平面から見た、組立済みの継手の１つ
を示す頂面図、 ｊｐ５図は５１−３図、牙４図に示す継手の動作を説明
する図、 牙６図は本発明による継手バランサーの別の実施例を示
す、矛３図と同様の分解斜視図、矛７図は本発明による
継手バランサーのもう一つの実施例を示す分解斜視図、 矛８図は本発明による継手バランサーのさ：に７！Ｉの
実施例を示す、断片部分横断面図で〔主要部分の符号の
説明〕 内燃機関−”−”−＝＝−＝−＝−−−−’−−−−−
−−−−−−−　ｉ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　支持手段（１１）を包含し、作動時に所定のサイ
   クルで反復不平衡が生じる作動機構（１２，１５，１６
   ）のための回転バランサーにおいて、該回転バランサー
   （２８）が少なくとも１つのオルダム継手装置（４４）
   を有し、該オルダム継手装置が一対の端部材（５０，５
   ２）を有し、該端部材がこれらの間に設けたカップラ（
   ４８）によって回転自在に相互連結してあり、該端部材
   はオフセットした平行な軸線（６３，６４）のまわりに
   回転するように前記支持手段（１１）に取付けてあシ、
   少なくとも一方の端部材（５０）が前記作動機構（１２
   、１５、１６）と調時間係においてその反復不平衡の周
   期速度の半分に等しい回転速度で回転するようになって
   おシ、前記カップラが横方向および長手方向に広がった
   表面（６［］、６２）に沿って接触する当接部（５５，
   ５６，５８，５９）によって前記両端部材に連結してあ
   り、それぞれの端部材と組合った表面（６２）が互いに
   相当の回転角度で位置し、作動時に前記カップラが端部
   材の回転速度に等しい速度で端部材によって回転駆動さ
   れると共に偏心変位してカップラの重心が前記反復不平
   向の周期速度に等しい回転速度で閉じた彎曲軌道（６８
   ）を移動するようになっており、前記オルダム継手装置
   が、周期的不平衡の少なくとも一部に対抗するようにカ
   ップラの変位を行なわせるような向きとなっておシ、カ
   ップラの質量が前記対抗された機構部分の所定部をオフ
   セットさせるようになっている設計値を有することを特
   徴とする回転バランサー。 ２、特許請求の範囲牙１項記載の回転バランサーにおい
   て、作動機構（１２，１５，１６）が内燃機関（１０）
   の部分を有し、前記オルダム継手装置（４４）の端部材
   （５０，５２）が内燃機関に取付けであることを特徴と
   する回転バランサー。 ６、　特許請求の範囲牙２項記載の回転バランサーにお
   いて、内燃機関（１０）が直列形の４つのシリンダ（１
   ４）を有し、これらシリンダの中心軸線が共通平面にあ
   り、同じ平面にクランク軸（１２）があってシリンダ内
   のピストン（１５）に連結してあわ、前記内燃機関がシ
   リンダ中心軸線に平行な二次振動力を除いて実質的に均
   衡がとれておシ、一対の副軸（５４，３５）が反対の回
   転方向に機関速度で駆動されるように連結してあシ、か
   つクランク軸に対して平行でシリンダ軸線を含む平面か
   ら等距離の軸線上に互いに平行に設置してあシ、各副軸
   が岑質的に機関長手中心で終っており、さらに、一対の
   アイドラ軸（４２，４３）がそれぞれの副軸の軸線に平
   行であるが、それぞれの副軸の軸線から等距離にオフセ
   ットした軸線上に設置してあわ、これらのアイドラ軸が
   それぞれの副軸を面と面を合わせた関係で終っているこ
   とを特徴とする回転バランサー。 ４、　特許請求の範囲子６項記載の回転バランサーにお
   いて、前記カップラ（４８）がそれぞれの副軸（３４，
   ３５）とそれぞれのアイドラ軸（４２，４５）の向い合
   った端に間に一対設けてあり、これらの端を連結してお
   り、これらのカップラがこれらの軸を通る直径方向の線
   上で互いに交差して位置するように拘束してあり、前記
   軸、が回転したとき、これらのカッ７プラが機関速度の
   ２倍の偏心軌道を描くようになっておシ、また、クラン
   ク軸（１２）上の不平衡二次力を実質的に正確に平面さ
   せる組合わせ振動性二次力を生じるように前記カップ曳
   の質量が寸法、向きを決められていることを″特徴とす
   る回転バランサー。 ５、％許請求の範囲子１項乃至矛４項のいずれかに記載
   の回転バランサーにおいて、前記カップラ（４８）の各
   々が、横方向、長手方向に延びている対になった平行な
   前記表面（５０，５２）に沿って接触している当接部（
   ５５，５（Ｓ、５８．５９）によって端部材（、、５０
   、５２）の各々に連結してあシ、端部材の１つに組合っ
   た対の表面が他方の端部材を組合った対の・表面に対し
   て直角に位置しており、それによってカップラの重心が
   円形軌道を描くようになっていることを特徴とする回転
   バランサー。 ６、　特許請求の範囲子１項乃至、！５項のいずれかに
   記載の回転バランサーにおいて、端部材（７９，８０）
   に潤滑剤通路（８７，９１）が形成してあって前記接触
   面（８４，８６）に潤滑剤を分配するようになっている
   ことを特徴とする回転バランサー。 ２、特許請求の範囲子６項記載の回転バランサーにおい
   て、端部材（７９，８０）の各々が中央本体を包含し、
   該中央本体が内向きに向い合った担持面（８４）を画成
   している一対の横方向に隔たったフォーク状の突起（８
   ２）とこれらの突起間で本体に設けた端面（９５）とを
   有し、さらに、六面体の形をしたカップラ・ブロック（
   ８６）が端部材の突起間に受は入れられており、このブ
   ロックが周方向に等しく隔たシ、突起の支持面と係合す
   る負荷面を形成する４つの側面と、端部材の突起間で端
   面と係合する２つの対向端面（９６）とを有し、端部材
   に設けた潤滑剤通路（８７，９１）が端部材の端面を貫
   いて内方に延びていて潤滑剤をカップラ・ブロック端面
   に分配するようになっておシ、また、カップラ働ブロッ
   クがその端面と４つの等しく隔たった側面との間に内部
   潤滑剤通路（９８゜９９）を有し、これらの端面から側
   面に直接潤滑剤を送って負荷担持面を潤滑するようにな
   っていることを特徴とする回転バランサー。