JPS60104829A - 往復動機関におけるバランサ−装置 - 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】 （イ）産業上の利用分野 本件発明は、往復動機関におけるバランサー機構に関す
るものである。

一般にピストンの往復動をクランク軸にて回転運動に代
える往復動機関においては、ピストン、コネクティング
ロッド、クランク軸等の往復動部の移動により発生する
慣性力により大きな振動が発生するのである。

この慣性力に対して釣り合いをとるべく往復運動部の動
きと逆方向に動くバランサーをバランス軸上に設けて慣
性力と釣り合いをとるべく構成されていたのである。

本発明は、バランサーの駆動に楕円ギヤを用いることに
より、バランサーを固定したバランサー軸の角速度、角
加速度を故意にクランク軸の回転角に対し変化させ、従
来の円ギヤにより駆動されていたバランサー装置ではと
れなかった慣性力の高次成分、の力に対しても釣り合い
を得て極度に振動の少ない往復動機関を得たものである
。

（ロ）従来技術 従来の往復動機関におけるバランサー機構としては、バ
ランサーの装着されたバランサー軸の駆動系統において
、クランク軸とバランサー軸の間に普通の円ギヤが用い
られていたのである。

故に、クランク軸の変動回転に合わせてバランサーも同
一回転をしていたのでピストン・クランク回転機構の慣
性力の一次慣性力のみしか釣り會わずことができず、残
った高次成分により振動が発生していたのである。

又、従来の類似技術としては、クランク軸とバランサー
軸の間のバランサー軸駆動系統内に楕円ギヤや偏心ギヤ
を用いて、ピストン・クランク回転機構における回転変
動を消去しようとする技術は公知であったのである。

しかし、この類似技術は、その目的がピストン・クラン
ク回転機構における回転変動の除去であり、その為の機
構としてバランサーを設けたバランサー軸の回転が一定
の角速度の回転となり、定速で回転するように楕円ギヤ
や偏心ギヤを用いていたのである。故に、楕円ギヤや偏
心ギヤの配置は、クランク軸の変速回転をバランサー軸
の定速回転に変えるように噛合させていたのである。

（ハ）発明の目的 これに対し本件発明の場合は、逆にバランサー軸の角速
度、角加速度を更にクランク軸の角速度に対して変化さ
せ、回転速度を増加させ、バランサーの慣性力にも高次
成分を持たせることによりピストン・クランク機構の慣
性力高次成分に対して釣り合わせたものである。

即ち、ピストン・クランク機構の慣性力が最も大きくな
る上死点において、角速度、角加速度が最も大となるよ
うに楕円ギヤの噛合配置を行うことにより、バラン号−
軸の回転変動を大きくしてピストン・クランク機構の慣
性力の高次成分に釣り合うバランサーの慣性力の高次成
分を発生させたものである。

（ニ）発明の詳細な説明 本件発明の目的は、以上の如くであり、添付の図面に示
した実施例の構成に基づいて、本件発明の詳細な構成を
説明すると。

第１図は、この発明の一実施例を示す往復動機関の全体
の概略図。第２図は、その側面図。第３図は楕円ギヤ４
・５の噛合状態を示す図面。第４図、第５図、第６図、
第７図、第８図、第９図、第１０図、第１１図は楕円ギ
ヤのうちクランク軸側楕円ギヤ４が略４５°づつ回転し
た状態の連続図面。

第１２図はバランサー装置のない場合の慣性力ａ、従来
のバランサー装置を設けた場合の釣り合い後の残存慣性
力、本発明のバランサーにより釣り合った後の残存慣性
力のグラフ。第１３図は、ロンド長のクランク半径に対
する比率λと、楕円ギヤの離心率との関係における慣性
力の釣り合いを最適にする範囲を示したグラフ。第１４
図、第１５図は、楕円ギヤ自体の静バランスをとるため
に長径方向に空隙を設け、短径方向にウェイトを設けた
ものの平面図と側面断面図である。

第１図、第２図において、内燃機関等のシリンダー内を
ピストンｌが往復動する。ピストン１ばピストンピン１
４を介してコネクティングロッド２に連結される。コネ
クティングロッド２はクランクシャフト３に軸受を介し
て枢結されている。

クランクシャフト３の一端には、クランクシャフト３の
回転変動をなくし、慣性回転力を与えるフライホイール
１３が固設されている。又、クランクシャフト３の他端
には本件発明の要部である楕円ギヤ４が設けられている
。楕円ギヤ４はアイドルギヤ軸１５の楕円ギヤ５と常時
噛合している。アイドルギヤ軸１５は楕円ギヤ４・５の
組合せにより変動回転をし、アイドルギヤ６がバランサ
ー軸１２上のバランサーギヤ７と噛合している。更にバ
ランサーギヤ７はもう一本のバランサー軸１１上のバラ
ンサーギヤ８と直接噛合している。故に、バランサーギ
ヤ７と８は逆方向に回転するのである。

また、クランク軸とバランサー軸は同じ時間で一回転す
るのである。バランサーギヤ７にバランサ−９が固設さ
れ、バランサーギヤ８にバランサー１０が固設されてい
る。このバランサー９・１０はピストン１と丁度逆の位
置となるように配置されている。また、第１図に示す如
くクランク軸側楕円ギヤ４の回転中心を（０）、アイド
ルギヤ軸側の楕円ギヤ５の回転中心を（０°）、両楕円
ギヤ４・５の噛合点を（０″）とすると、ピストン・ク
ランク機構の慣性力が最も大きくなる上死点（ＴＤＣ）
において（０−０”）が最大で、（０°　−〇”）が最
小となるに配置している。即ら、このピストンのＴＤＣ
の位置の状態がバランサー軸の角速度、角加速度が最大
となるのである。

第３図は、楕円ギヤ４・５の拡大図であり、ピストン１
がＴＤＣにある状態を示している。

第４図は、この第３図の２枚の楕円ギヤ４・５の噛合状
態を垂直線上に配置した図面である。

第４図のＴＤＣの状態からクランク軸３が、約４５°回
転するとバランサー軸１１・１２につながるアイドルギ
ヤ軸１５は約９０°の回転を行うのである。

それから徐々にクランク軸３の約４５°の回転に対して
アイドルギヤ軸１５の回転角は小さくなり、第８図のピ
ストン１が下死点に至る近辺において、アイドルギヤ軸
の回転はクランク軸３の回転角的４５°に対し２２°程
度となる。又そこから徐々にクランク軸の回転に対して
、アイドルギヤ軸の回転が速くなってピストンの上死点
の状態第４図に戻る。第１１図から第４図の段階では又
、クランク軸の約４５°の回転に対してアイドルギヤ軸
は約９０゜の回転を行うのである。

第１２図においては、バランサーのない場合のピストン
・クランク機構の慣性力がａで示されている。そして、
従来からの円形ギヤを用いたバランサー装置を用いて慣
性力ａと釣り合わせて残った慣性力すが示されている。

しかし、従来のバランサー装置においては、未だ慣性力
すが残るのである。

更に、本件発明の如（、楕円ギヤによりアイドルギヤ軸
を回転させるバランサー装置を用いて、慣性力を打ち消
すと、バランサーの角速度、角加速度の変化がより大き
く発生するので、慣性力高次成分が生じ、これがピスト
ン・クランク機構の慣性力の高次成分と釣り合うのであ
る。これにより、本件発明のバランサー装置を設けると
、第１２図のＣの残存慣性力となり、殆どピストン・ク
ランク機構の慣性力が消えてしまい、慣性力に基づく振
動がゼロに近くなるのである。即ぢ、バランサーなしの
場合に比較して約９６％の慣性力が低減され、又、従来
の円形ギヤ駆動のバランサー装置に比較して約８７％の
慣性力の低減が図れるのである。この慣性力の低減によ
り、４結果的に振動低減の効果が発揮されるのである。

第１３図は、離心率εに対するロンド長・クランク半径
比λの最適範囲を示している。

離心率εは第３図において（、ａ　＝　ｒ２／　ｒｌ）
で示される値である。一方、ロンド長・クランク半径比
は（λ−β１　／１．２　）の値である。

本件発明においては、第１３図にて示す如く、慣性力低
減に最適のεは、λの値によって決まる。

特に、λ−２〜４に対してばεを０からｏ、　ｉｓにす
ることにより最高の慣性力低減が期待できるのである。

第１４図、第１５図においては、バランサーの駆動系統
に楕円ギヤ４・５を用いることにより、新たに偏心質量
が回転することとなり、これにより発生ずる慣性力が新
たな振動の原因となることが考えられるので、楕円ギヤ
４・５ば偏心はしていても、重心は偏心しないように静
バランスをとった楕円ギヤ４・５が示されている。特に
、長径方向の重量を軽減するために楕円ギヤの肉厚部に
空隙５ｂ・５ｃを設けている。又、この空隙５ｂ・５ｃ
により楕円ギヤ５の強度が弱化しないように、スポーク
５ｄを残している。又、短径方向においては長径方向に
空隙を設けるだけでは静バランスがとれないので、突部
５ａ・５ａを両面に設けて、重量を増加させている。５
ｅは軸の嵌入孔である。突部を徐々に楔状としたり、段
階状としてもよいものである。

又、突部の代わりにウェイトを装着してもよいものであ
る。

（ホ）発明の作用 以上の如く本件発明は構成されており、ピストン１の上
死点、下死点間の往復動に伴って、クランク軸が回転す
るが、従来の場合にはバランサー軸及びバランサーは、
クランク軸の回転に伴って同じ角速度、角加速度で回転
していたのである。

故に、ピストン・クランク機構の慣性力のうち、−次成
分・二次成分は釣り合いをとることができていたのであ
る。しかし、それ以外の高次成分についてはこのように
クランク軸とバランサー軸が同じ回転をしていてはとれ
なかったのである。本件発明においては、ピストン・ク
ランク機構の最も慣性力の大となる上死点近傍ではバラ
ンサー８・９が高角速度、高角加速度で回転するので、
バランサーにより高次成分の慣性力が発生するのである
。このバランサーの高次成分の慣性力とピストン・クラ
ンク機構の高次成分の慣性力とを釣り合わせたのである
。そして、より小さい慣性力しか発生しない下死点近傍
では角速度、角加速度を小としたものである。

（へ）発明の効果 以上の如く本件発明は、ピストンの往復動をクランク軸
の回転力に変換し、該クランク軸の回転によりバランサ
ー軸を回転し、バランサー軸上のバランサーを回転させ
、ピストン・クランク機構の慣性力をバランスをとる往
復動機関においてバランサー軸の駆動系統中に楕円歯車
連を介装し、該楕円歯車連はピストンが上死点の位置に
おいてクランク軸側楕円ギヤの回転中心（０）、バラン
サー側楕円ギヤの回転中心（０”）、両楕円ギヤの噛合
点（０”）とすると、（０−０”）が最大となり、（０
’−０”）が最小となるように配置したので従来の円形
ギヤを用いたバランサー装置の円形ギヤ連を楕円ギヤ連
に変えるだけで簡潔な構造でより高度なバランサー装置
を装着できるのである。

即ち、楕円ギヤを用いてバランサー軸の角速度、角加速
度を変えることによりバランサーが最適な不規則回転を
し、慣性力の一次、二次成分だけでなくより高次成分を
も取り去ることができたのである。

又、クランク軸側楕円ギヤの回転中心（０）、バランサ
ー側楕円゛ギヤの回転中心（０’）、両楕円ギヤの噛合
点（０”）とすると、ピストン１の上死点において（０
−０”）が最大となり、（０゜−〇”）が最小となるよ
うに構成したので最適のバランサー装置とすることがで
きたものである。

また、（０）、（０″）は楕円ギヤ４・５の焦点位置と
したことにより楕円歯車連が円滑に噛み合うのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示す往復動機関の全体の
概略図。第２図は、その側面図。第３図は楕円ギヤ４・
５の噛合状態を示す図面。第４図第５図、第６図、第７
図、第８図、第９図、第１０図、第１１図は楕円ギヤの
うちクランク軸側楕円ギヤ４が略４５°づつ回転した状
態の連続図面。第１２図はバランサー装置のない場合の
慣性力ａ、従来のバランサー装置を設けた場合の釣り合
い後の残存慣性力ｂ、本発明のバランサーにより釣り合
った後の残存慣性力のグラフ。第１３図は、ロンド長の
クランク半径比λに対する楕円ギヤの離心率εの関係に
おける最適範囲を示す図面。第１４図は、楕円ギヤ自体
の静バランスをとるために空隙及びウェイトを設けたも
のの平面図。第１５図は、同しく第１４図のＰｌ、Ｐ２
、Ｐ３線断面図である。 １・・・ピストン ２・・・コネクティングロッド ３・・・クランク軸 ４・・・クランク軸側楕円ギヤ ５・・・バランサー側楕円キヤ ９・１０・・・バランサー １１・１２・・・バランサー軸 （０）・・・クランク軸側楕円ギヤの回転中心（０°）
・・・バランサー側楕円ギヤの回転中心（０”）・・・
両楕円ギヤの噛合点 出願人　ヤンマーディーゼル株式会社 代理人　弁理士　矢　野　寿一部 手続補正書（自発） 昭和５８年１１月１５日 ２、発明の名称　０７５ゝ−λ／ゴρブλ往復動機関に
おりるバランサー装置 ３、補正をする者 事件との関係　出願人 住　所　大阪府大阪市北区茶屋町１番３２号名　称（６
７８）ヤンマーディーゼル株式会社代表者　山　岡　淳
　男 ４、代理人 る。」に軸止いたしよ３゜ 手続補正書 昭和５８　年　特許　願第２１３０３２号２　発明の名
称　往後動機関におけるバランサー装置３、　補正をす
る者 事件との関係　出願人 住　所　大阪市北区企屋町ｌ會３２号 氏　名（名称）　（６７８）ヤンマーティーセル株式会
社代表者　山　岡　淳　男 ４、　代　理　人　〒５４２ ５　補正命令の日付 ６　補正により増加する発明の数 ７、補正の対象 明細書及び図面 ８　補正の内容 別紙のとおり 別紙 ８、補正の内容 （１１８Ｉ４細瞥第４頁第２行目より第３行目の「軸Ｑ
角速度、角加速度を更にクランク軸の角速度に対して変
化させ、回転速度全増加させ、」ニラ女年を次の如く補
正致します。 「軸の角速度、角加速度を更にクランク軸の角位置に対
して変化させ、回転速度全増減させ」（２）明細−ｆ１
第５頁第９行目の「離ノし・率との関係」を［離心率（
ε）との関係」と補正致し丑す。 （讃　明細書第７頁第４行目の「角速度、角加速度が最
大となるのである。」全１角速度力匂（火入となるので
あ／、）。楕円の焦点の位置ＶＣ楕円ギヤの聴音配置ｔ
していろ。」と補正致します。 （４）明細書第７貞第１１行目の１何１α■ユ約９０の
回転Ｊ　？＜　ｒｉｌｉｌｌｌｕ５１は４５以上の回転
」と補正致します。 と補正致し１丁。 （６）明細書第７頁第２０行目の「アイドルギヤ補正致
します。 （７）明細書第８貞第１２行目の１−速１夏の変化がよ
り大きく」を「速度の変化が」と補正致します。 （８）明細書第９頁第１２行目の「最高の慣性力低減」
全「通常の一次ハランザーより慣性力低減」と補正致し
ます。 （９）明細ｊ誉第１０頁第１０行目Ｑ）「のである。」
を次の如く補正致し一１″′Ｊ−０ ［のである。第１６図及び第１７区は楕円ギヤ（４）　
（５）の配置の異なる実施例を示す図面である。この第
１６図、第１７凶の如く、クランク１１１１（３１から
バランサー軸α４０υへ至る間の動力伝達径路であ７Ｌ
は位置を変えても良いものである。」 （ＪＯ）　明細曹第１０貞第１６付目の「角速度、角加
速度」を「角速度」と補正致し１丁。 （１１）明細書第１０頁第１８行目の１−次成分。 二次成分」ヲ「−次成分」と補正致し一！−ｉ−。 ０り　明ａｊ書第１１頁第４行目の「高角速ｊ及、高角
加速度」を「高角速度」と補正致します。 叫　明細書第１１頁第９行目の［角速度、角力ロ速度］
ヲ「角速度」と補正致し甘ｆ　。 （縛　明細書第１３貞第１６行目のｎｉ面凶である。」
ヲ［断面図、第１６図、第１７図は楕円ギヤ（４）（５
）の配置の異なる実施例を示す図１６１である。」と補
止致します。 ｑ■　図■第１６凶、第１７図を追加致し１丁。 以上 特許庁長官　若　杉　和　夫　殿 １．事件の表示 昭和５８年　特　許　願　第２１３０３２号２、発明の
名称 往復動機関におけるバランサー装置 ３、補正をする者 事件との関係　出願人 住　所　大阪市北区茶屋町一番三二号 名　称　ヤンマーディーゼル株式会社 代表者山岡淳男 ４、代理人 住　所　大阪市内区南船場１丁目１１番９号５、補正の
対象 明　細　書 ６、補正の内容 別紙のとおり補正致します。 別紙−１ ６、補正の内容 （１ン　特許請求の範囲を別紙−２の如く補正致します
。 （２）明細書第６頁第２０行目より第７頁第１行目にか
けての「上死点（ＴＤＣ）において」を［上死点（ＴＤ
Ｃ）近傍において」と補正致しまず。 （３）明細書第１１頁第１８行目の「上死点の位置にお
いて」を「上死点の位置近傍において」と補正致します
。 （４）　明細書第１２頁第１５行目の「上死点において
」を「上死点近傍において」と補正致します。 別紙−２ 特許請求の範囲を次の如く補正致します。 ２、特許請求の範囲 ピストンの往復動をクランク軸の回転力に変換し、該ク
ランク軸の回転によりバランサー軸を回転し、パランザ
ー軸上のバランサーを回転させ、ピストン・クランク機
構の慣性力のバランサーをとる往１夏動機関において、
バランサー軸の駆動系統中に惰円歯車連を介装し、該楕
円歯車連はピストンが上死点の位置五傍において、クラ
ンク軸側楕円ギヤの回転中心（０）、バランサー側楕円
ギヤの回転中心（０”）　、両楕円ギートの噛合点（０
”）とすると、（０−○”）が最大となり、（０”−０
”）が最小となるように配置したことを特徴とする往復
動機関におりるバランサー装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ピストンの往復動をクランク軸の回転力に変換し、該ク
   ランク軸の回転によりバランサー軸を回転し、バランサ
   ー軸上のバランサーを回転させ、ピストン・クランク機
   構の慣性力の、バランサーをとる往復動機関において、
   バランサー軸の駆動系統中に楕円歯車連を介装し、該楕
   円歯車連はピストンが上死点の位置において、クランク
   軸側楕円ギヤの回転中心（０）、バランサー側楕円ギヤ
   の回転中心（０’　）　、両楕円ギヤの噛合点（０”）
   とすると、（０−０”）が最大となり、（０゛−〇″）
   が最小となるように配置したことを特徴とする往復動機
   関におけるバランサー装置。