JPS60109639A - 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）＜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φ云運動に
代える往復動機関においては、ピストン、コネクテイン
グロ・ノド、クランク軸等の往復動９Ｂの移動により発
生する慣性力により大きな振動力鳴発生するのである。

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偏心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
性力の一次及び二次慣性力のみしか釣り合わすことがで
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Ｒ４ｍ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
うに偏心ギヤの噛合配置を行うことにより、バランサー
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図は偏心ギヤ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図は偏心ギ
ヤのうちクランク軸側偏心ギヤ４が略４５°づつ回転し
た状態の連続図面。

第１２図、第１３図、第１４図、第１５図、第１６図、
第１７図、第１８図、第１９図は、クランク軸側偏心ギ
ヤ４のハックラッシュを大きくして、軸ガイドローラー
４偏心していても〜全周同一形状の超バフクラッシュ歯
車により噛合いを可能にした実施例の図面で略４５°づ
つ回転した状態の図面。

第２０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
性力す本発明のバランサー装置により釣り合った後の残
存慣性力Ｃのそれぞれを示すグラフ。第２１図は、離心
率εと、歯車のくい込み量の関係を示す図面であり、斜
線の範囲内においては、超バックラッシュ歯車が使用可
能の範囲を示している。第２２図は、ロンド長・クラン
ク半径比λに対する偏心ギヤの離心率εの最適範囲を示
す図面である。

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１が往復動する。ピストン１はピストンピン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
クテイングロ・ノド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。

コネクティングロッド長をＬｌ、クランク半径をＬ２と
している。

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偏心ギヤ４が設けられている
。偏心ギヤ４はアイドルギヤ軸１５の偏心ギヤ５と常時
噛合している。アイドルギヤ軸１５は偏心ギヤ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号−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にバランサー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
くクランク軸側偏心ギヤ４の回転中心を（０）、アイド
ルギヤ軸側の偏心ギヤ５の回転中心を（０’）、両偏心
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。即ち、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、偏心ギヤ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。

クランク軸３の１回転でバランサーも１回転させること
が必要であるので、偏心ギヤ４と５も同じ歯数の同一歯
車を使えばよいのであるが、ギヤの軸心が正規の中心よ
りｒｌだけずれているので、第４図から第１１図に示す
如く、上死点、下死点の位置で偏心ギヤ４・５のピッチ
円４ａ・５ａが接するように配置すると、それまでの回
転途中において、ピッチ円が他のピッチ円にくい込む状
態が発生するのである。この最大くい込み径第６図がｒ
３で示されている。

第２１図において示す如く、このくい込み径ｒ３とピッ
チ円ｒ２との比（ｒ２／ｒ３）の値をくい込み率として
示すと、くい込み率がＯ〜０．０１の間で偏心率ε即ち
、第２図の（ｒｌ／ｒ２）の値が０〜０．１０１の間で
あれば、第３図に示す如く偏心ギヤのバックラッシュを
大きくすることで、くい込み量を吸収することができる
のである。

第３図の実施例では、クランク軸側偏心ギヤ４のみを超
バックラッシュ歯車としたが、バランサー側偏心ギヤ５
も超ノ＼ツクラッシュ歯車として、バックラッシュの拡
大幅を両偏心ギヤで半分づつ受持ってもよいものである
。

第３図において、５′はバランサー側偏心歯車５と同じ
ものを比較の為に示した図面、ｒ２はピッチ円径、ｒｌ
は偏心量である。

第４図より第１９図までは、第３図の２枚の偏心ギヤ４
・５の噛合状態を垂直線上に配置して、クランク軸側偏
心ギヤ４を４５°づつ段階的に回転した状態を示してい
る。第４図より第１１図までにおいては、偏心歯車４・
５をピッチ円４ａ・５ａで図示してくい込みＮＦ２が発
生することを示している。

第４図、第１２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、第
１６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３０回転角約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、第１２図に戻る。第１１図、
第１９図から第４図、第１２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２０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Ｇする。そして
、従来からの円形ギヤを用Ｇ′またノ〈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、従来のノイラン号−装置においては、
未だ慣性力すが残るのである。

更に、本件発明の如く、偏心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２０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。即ち、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、結果的に振動低減の効果が発揮されるのである。

第２２図は、偏心率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（ε＝ｒ２／ｒｌ）で示され
る値である。一方、ロンド長・クランク半径比は第１図
の（λ−ρ１＃！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、λΦ値によって決まる。

特に、λ−２〜４に対してはεをＯから０．１８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。

（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〜−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、ピストンの往復動にて、クラン
ク軸を回転させ、該クランク軸よりギヤ連を介して１．
バランサー軸を回転させる往復動機関において、バラン
サー軸駆動ギヤ連に偏心ギヤ連を介装し、ピストンの上
死点位置でバランサー軸の回転角速度が最大となるよう
にしたので、従来の如く、クランク軸の変動回転を、バ
ランサー軸においては一定回転にしようと構成していた
従来の往復動機関において、消すことのできなかった慣
性力の高次成分を、打ち消すバランサー側の高次成分を
発生させることができたものである。

又、従来の普通の平歯重連を使ってバラン号−軸を駆動
していた装置の平歯重連を偏心ギヤ連と変えることによ
り、簡潔な構造でより高度な、＋ｓ１ランサー装置を作
ることができたのである。

即ち、偏心ギヤを用いてクランク軸の回転の角速度より
、バランサー軸の回転は激しし）変動回転をするが、こ
れにより、バランサー側に慣性力の一次、二次成分だけ
でなく、より高次の成分を加えることができ、この高次
成分と、ピストン・クランク機構の慣性力の高次成分と
を釣り合わせることができたのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を米す往復動機関の全体の
概略図。第２図は、その側面図。第３図は偏心ギヤ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図は偏心ギヤの
うちクランク軸側偏心ギヤ４が略４５°づつ回転した状
態を、同一径歯車の場合のピッチ円４ａ・５ａで示して
いる。第１２図、第１３図、第１４図、第１５図、第１
６図、第１７図、第１８図、第１９図は、クランク軸側
偏心ギヤをノ＜・ノクラ・ノシュを大きくして回転可能
とした実施例の回転状態を略４５°づつの連続的な回転
で示している。 第２０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装置により、釣り合った後の
残存慣性力Ｃのそれぞれを示すグラフ、第２１図は偏心
率εと、歯車のくい込み率の関係を示す図面であり、斜
線の範囲においては、超バックラッシュ歯車が使用可能
の範囲を示している。第２２図はロンド長・クランク半
径比λに対する偏心ギヤの偏心率εの最適範囲を示すグ
ラフである。 １・・・ピストン ２・・・コネクティングロッド ３・・・クランク軸 ４・・・クランク軸側偏心ギヤ ５・・・バランサー側偏心ギヤ ９・１０・・・バランサー １１・１２・・・バランサー軸 特許庁長官　若　杉　和　夫　殿 １．事件の表示 昭和５８年特許願第２１４６２５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　大阪市南区南船場１丁目１１番９号５、補正の
対象 明　細　書 別紙−１ ６、補正の内容 （１）　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４頁第３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。 （３）明細書第７頁第３行目から第４行目にかけての「
上死点（ＴＤＣ）において」を「上死点（ＴＤＣ）近傍
において」と補正致します。 （４）明細書第７頁第６行目のｒＴＤＣの位置」をｒＴ
ＤＣの位置近傍」と補正致します。 （５）明細書第７頁第７行目の「角速度・角加速度」を
「角速度」と補正致します。 （６）明細書第１２頁第５行目の「角速度・角加速度」
を「角速度」と補正致します。 （７）明細書第１２頁第１２行目の「上死点位置で」を
「上死点近傍位置で」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 ピストンの往復動にて、クランク軸を回転させ、該クラ
ンク軸よりギヤ達を介して、）くランサー軸を回転させ
る往復動機関において、ノくランサー軸駆動ギヤ連に偏
心ギヤ連を介装し、ピストンの上死点近傍位置でバラン
サー軸の回転角速度を最大となるようにしたことを特徴
とする往復動機関におけるバランサー装置。」 手続補正書（自発） １　事件の表示 昭和５８年　特許願第２１４６２５号 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１番３２号 氏　名（名称）（５７８）ヤンマーディーゼル株式会社
代表者山岡淳男 ４、　代　理　人　〒５４２ 住　所　大阪市雨区南船場１−１１−９　長堀八千代ビ
ル別紙 、８．補正の内容 （１）明ＩｆｆＢ書第２頁第１９行目の「−次及び二次
」？「−次」と補正致します。 （２）明＃Ｉ薔第３頁第１７行目よ、！ｌｌｌｌｌｌ第
１丑転速度を増加させ］を「クランク軸の角位置に対し
て変化させ、回転速度を増減させ」と補正致します。 （３）明細書第９頁第３行目の「角速度、角加速度」を
「加速度」と補正致します。 （４）明細薔第５頁の第１３行目より第１４行目の「離
心率（ε）の最適範囲を示す図面である。」を次の如く
補正致します。 「偏心率（Ｅ）の最適範囲を示す図面、第２３図、第２
４図は偏心ギヤ自体の靜バランスをとるために、空隙及
びウェイトを設けた状態の平面図と１１Ｉ１１面断速度
」と補正致します。 （６）明細書第７頁第１８行目の「最大くい込み径」を
「くい込み量」と補正致します。 （７）明細書第７頁第２０行目の「くい込み径」を「く
い込み量」と補正致します。 （８）明細書第８頁第１行目の「比（ｒ２／ｒ３）」を
「比（ｒ３／ｒ２）Ｊと補正致します。 （９）明細書第８頁第７行目より第１１行目の［第３図
の・・・・・・・・・よいものである。］を削除致しま
す。 （１０）明細書第９頁第３行目の「軸（１５）は約９０
°」を「軸１１５）は４５°以上」と補正致します。 ０１）明細書第９頁第８行目の「約４５°に対し２２。 程度」を「約４５°に対し４５°以下」と補正致し７「
アイドルギヤ軸は４５°以上」と補正致します。 （１３）明細書第８頁第５行目の「よシ大きく」を削除
致します。 （１４１　明細書第１０頁第１７行目よシ明細書第１１
頁第６行目までの「第２２図は・・・・・・・・・期待
できるのである。」を次の如く補正致します。 「第２２図は偏心率（りに対するロッド長・クランク半
径比χの最適範囲を示している。 偏心率（ε）は第３図において、（ε＝ｒ１／ｒ２）で
示される値である。一方、ロッド長・クランク半径比は
第１図の（χ−”／ｌｚ　）の値である。そして慣性力
の約９合いを最適にするには、（ε）の値を（χ）の値
に対して、規定する必要がアシ、本発明では次の式によ
シ偏心率（ε）を規定している。 ε＝　−　Ｌ１３４　Ｘ　１０−３χ３　＋　１６４０
　Ｘ　１０−２χ２−９、０９２　Ｘ　１０−２χ＋２
．３４３　Ｘ　１０−１である。略この値の近辺の偏心
率とすることによシ、最適な振動打ち消し効果と、スム
ースな回転を得ることができるのである。 例として計算すると。χ−＝２の時、概むねε−０、１
０９　χ＝３のとき概むねε＝０、０７９　χ＝４のと
き概むねε＝０．０６である。 第２２図、第２４図においては、バランサーの駆動系統
に偏心ギヤ（４）（５）を用いることによシ、新たに偏
心質量が発生することになシ、これにより発生する慣性
力が新たな振動の原因となることが考えられるので、偏
心ギヤ（４１　（５）は偏心していても、重心は偏心し
ないように靜バランスをとった偏心ギヤ（４）（５１が
示されている。特に長手方向の重量を軽減する為に偏心
ギヤの肉厚部に空隙（５’ｂ）　Ｃ３０）を設けている
。 又、この空隙（５１））　（５０）により偏心ギヤ（５
）の強度が弱化しないようにスポーク（５ｂ）を残して
いる。又、逆の短かい方には空隙を設けるだけではバラ
ンスがとれないので突部（５ａ）　（５ａ）を設けて、
重量を増力ｎさせている。（５ｅ）は軸のｍｌ入孔であ
る。突部を除々に楔状としたり、段階状としてもよいも
のである。突部の代わシにウェイトを装着してもよいも
のである。」 （１５）明細書第１１頁第１２行目の「角速度、角加速
度」を「角速度」と補正致します。 （１６）明細書第１１頁第１４行目の「−次成分・二次
成分」を「−次成分」と補正致します。 αη　明細書第１１頁第２０行目の「高角速度、高角力
ロ速度」を「高角速度」と補正致します。 υ ｕ８）明細書第１２頁第ｊ行目の「角速度、角加速度」
を「角速度」と補正致します。 Ｌ１９１　図面第３図、第２２図を添付の図面の如く補
正致します。 囚　図面第２３図、第２４図を追加致します。 ンス牝に７２乃ｊ”　ｔｌｆｒ及Ｖ゛ウニＡ　ｌ−’ｅ
　ｔｕ　’７　Ｔ”’毫１’ＩＦＩ　４Ｊｌ￥］”ＴＩ
”Ｉ”ｌ”？’ｊｈ＠−Ｊ　仁均’ｆ−扛Ｉ　Ｑ　Ｊ。 私　と 第３図 第２２図 χ（（１，、ｆ−１，／籠り桝）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ピストンの往復動にて、クランク軸を回転させ、該クラ
   ンク軸よりギヤ連を介して、ツマランサー軸を回転させ
   る往復動機関におし１て、ノくランサー軸駆動ギヤ連に
   偏心ギヤ連を介装し、ピストンの上死点位置でバランサ
   ー軸の回転角速度を最大となるようにしたことを特徴と
   する往復動機関Ｇこおけるバランサー装置。