(57)【要約】      （修正有）【課題】軽量化だけでなく、支持ベアリングの耐久性及び潤滑特性が向上。【解決手段】クランクシャフトの回転軸１４５の中心の水平線から所定範囲内に重心が位置する第１バランスウェイト１００、第９バランスウェイト１４０、第２バランスウェイト１０５、及び、第８バランスウェイト１３５を含み、並びに、第１バランスウェイト１００または第９バランスウェイト１４０に対し、第２バランスウェイト１０５、及び第８バランスウェイト１３５の回転慣性モーメントの大きさが所定範囲であり、第３バランスウェイト１１０、第４バランスウェイト１１５、第６バランスウェイト１２５、及び第７バランスウェイト１３０の少なくとも１個の回転慣性モーメントの大きさが所定範囲にあり、更に、クランクシャフト全体の重心がクランクシャフトの回転軸１４５上にある。【選択図】図１
2010048411.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一側の第１クランクピンからクランクシャフトの長さ方向に番号順に配置された９個のバランスウェイトを含み、
前記第１クランクピンが、前記クランクシャフトの回転軸の中心位置（原点Ｃとする）の水平線（原点Ｃを通るｘ軸）に対し、＋９０度（原点Ｃを通るｙ軸上）に位置している前記クランクシャフトにおいて、
原点Ｃの水平線から＋７８度乃至＋８２度の範囲内に重心が位置する第１バランスウェイト、
原点Ｃの水平線から−８２度乃至−７８度の範囲内に重心が位置する第９バランスウェイト、
原点Ｃの水平線から＋８６．５度乃至＋８９度の範囲内に重心が位置する第２バランスウェイト及び
原点Ｃの水平線から−８９度乃至−８６．５度の範囲内に重心が位置する第８バランスウェイトを含み、並びに、
前記第１または第９バランスウェイトの回転慣性モーメントを１００％としたとき、前記回転慣性モーメントの大きさが１３％乃至１７％の範囲内に含まれる少なくとも１つのバランスウェイト群を含み、且つ、
前記第１または第９バランスウェイトの回転慣性モーメントを１００％としたとき、前記第２、及び第８バランスウェイトの回転慣性モーメントの大きさが１５％乃至２５％の範囲にあることを特徴とする、クランクシャフトのバランスウェイトシステム。
【請求項２】
前記バランスウェイト群は、
第３バランスウェイト、第４バランスウェイト、第６バランスウェイト、及び第７バランスウェイトであることを特徴とする、請求項１に記載のクランクシャフトのバランスウェイトシステム。
【請求項３】
第５バランスウェイトは、前記第１乃至第４、及び第６乃至第９バランスウェイトの重心及び回転慣性モーメントに基づいて決定されることを特徴とする、請求項１又は２に記載のクランクシャフトのバランスウェイトシステム。
【請求項４】
前記第５バランスウェイトは、前記第１乃至第４、及び第６乃至第９バランスウェイトの重心及び回転慣性モーメントに基づいて、クランクシャフト全体の重心がクランクシャフトの回転軸上にあるように決定されることを特徴とする請求項３に記載のクランクシャフトのバランスウェイトシステム。
【請求項５】
前記第１及び第２バランスウェイトは、前記第１クランクピンに対応して設置され、前記第８及び第９バランスウェイトは、原点Ｃの水平線から−９０度に位置する前記第６クランクピンに対応して設置されることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のクランクシャフトのバランスウェイトシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クランクシャフトのバランスウェイトシステムに係り、より詳細には、ベアリングの耐久性が向上して、軽量化が達成された、クランクシャフトのバランスウェイトシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
クランクシャフトはエンジンの各シリンダーのピストンが起こす直線運動を回転運動に変えると同時に、下死点に到達したピストンに力を加え、直線運動が連続できるようにすることで動力を発生させる重要な機能を備えている。クランクシャフトは複数のクランクピン及びクランクジャーナルをクランクアームが支持する構造をしているが、各クランクピンの中心はクランクジャーナルの中心に対し、偏心しているためそのまま回転させると均衡を維持できない。このため、通常はクランクアームのクランクピンの反対側にバランッシングウェイトを付加して回転の均衡が取れるようにしている。小型エンジンの場合クランクアームとバランシングウェイトとを一体成形したバランスウェイトを使用するのが一般的である。
【０００３】
クランクシャフトを設計する時には、回転振動を吸収させるためのバランシングと軽量化を中心に検討がなされてきた（例えば引用文献１及び２を参照）。しかしながら、クランクシャフトを支持するベアリングの耐久性については実質的に考慮されてこなかったため、ベアリングの耐久性及び潤滑特性が低下する問題点があった。
【特許文献１】特開平７−７１５３１号公報
【特許文献２】特開昭６２−１０６１５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、前記のような問題点を解決するためになされたものであって、本発明の目的は、それ自体の軽量化だけでなく、支持ベアリングの耐久性及び潤滑特性が向上した、クランクシャフトのバランスウェイトシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
このような目的を達成するための、本発明によるクランクシャフトのバランスウェイトシステムは、一側の第１クランクピンからクランクシャフトの長さ方向に番号順に配置された９個のバランスウェイトを含み、第１クランクピンが、クランクシャフトの回転軸の中心位置（原点Ｃとする）の水平線（原点Ｃを通るｘ軸）に対し、＋９０度（原点Ｃを通るｙ軸上）に位置するクランクシャフトにおいて、原点Ｃの水平線から＋７８度乃至＋８２度の範囲内に重心が位置する第１バランスウェイト、原点Ｃの水平線から−８２度乃至−７８度の範囲内に重心が位置する第９バランスウェイト、原点Ｃの水平線から＋８６．５度乃至＋８９度の範囲内に重心が位置する第２バランスウェイト及び原点Ｃの水平線から−８９度乃至−８６．５度の範囲内に重心が位置する第８バランスウェイトを含み、並びに、第１または第９バランスウェイトの回転慣性モーメントを１００％としたとき、回転慣性モーメントの大きさが１３％乃至１７％の範囲内に含まれる少なくとも１つのバランスウェイト群を含み、且つ、第１または第９バランスウェイトの回転慣性モーメントを１００％としたとき、第２、及び第８バランスウェイトの回転慣性モーメントの大きさが１５％乃至２５％の範囲にあることを特徴とする。
【０００６】
本発明によるクランクシャフトのバランスウェイトシステムは、バランスウェイト群が、第３バランスウェイト、第４バランスウェイト、第６バランスウェイト、及び第７バランスウェイトからなるバランスウェイト群であることを特徴とする。
【０００７】
本発明によるクランクシャフトのバランスウェイトシステムは、第５バランスウェイトが、第１乃至第４、及び第６乃至第９バランスウェイトの重心及び回転慣性モーメントに基づいて決定されることを特徴とする。
【０００８】
すなわち、本発明によるクランクシャフトのバランスウェイトシステムは、第５バランスウェイトが、第１乃至第４、及び第６乃至第９バランスウェイトの重心及び回転慣性モーメントに基づいて、クランクシャフト全体の重心がクランクシャフトの回転軸上にあるように決定されることを特徴とする。
【０００９】
本発明によるクランクシャフトのバランスウェイトシステムは、第１及び第２バランスウェイトが、第１クランクピンに対応して設置され、第８及び第９バランスウェイトが、原点Ｃの水平線から−９０度に位置する前記第６クランクピンに対応して設置されることを特徴とする。
【００１０】
すなわち、本発明によるクランクシャフトのバランスウェイトシステムは、第１及び第６クランクピンとが原点Ｃを間に反対の位置関係にあり、各々を第１及び第２バランスウェイト、並びに、第８及び第９バランスウェイトが支持していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によるクランクシャフトのバランスウェイトシステムは、クランクシャフトの軽量化が達成されるだけでなく、ベアリングの油膜の厚さが増加することにより、摩擦や摩耗が低減され、耐久性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための形態について、実施の形態の結果を示す図表に従い詳細に説明する。
【００１３】
図１は本発明の実施の形態によるバランスウェイトシステムの斜視図である。
図１は、本発明のバランスウェイトシステムの、クランクシャフトの回転軸１４５、第１バランスウェイト１００、第２バランスウェイト１０５、第３バランスウェイト１１０、第４バランスウェイト１１５、第５バランスウェイト１２０、第６バランスウェイト１２５、第７バランスウェイト１３０、第８バランスウェイト１３５、及び第９バランスウェイト１４０を示している。
【００１４】
図示したように、バランスウェイト１００、１０５、１１０、１１５、１２０、１２５、１３０、１３５、１４０は、一側の第１クランクピンからクランクシャフトの軸１４５の長さ方向に番号順に配置され、クランクシャフトの回転軸１４５が回転する時に発生する振動を吸収して振動を低減させる。
【００１５】
同時に、バランスウェイト１００、１０５、１１０、１１５、１２０、１２５、１３０、１３５、１４０の間のクランクシャフトの回転軸１４５の一側の支持面は、ベアリング（図示していない）によって各々堅固に支持される。
【００１６】
一方、ベアリング及びクランクシャフトの回転軸１４５の支持面の間には、摩擦や摩耗を低減させるために潤滑油が介在される。ベアリング及びクランクシャフト１４５の耐久性を向上させるために、潤滑油の膜は設定された最小の厚さ以上に形成される。
【００１７】
本発明の実施の形態では、バランスウェイト１００、１０５、１１０、１１５、１２０、１２５、１３０、１３５、１４０の各重心及び各回転慣性モーメントを調節することによって、バランスウェイト１００、１０５、１１０、１１５、１２０、１２５、１３０、１３５、１４０は各々軽量化が達成され、クランクシャフトの回転軸１４５及びこれを支持するベアリングの耐久性及び摩擦及び摩耗特性が改善される。
【００１８】
バランスウェイト１００、１０５、１１０、１１５、１２０、１２５、１３０、１３５、１４０の特徴を、図２及び図３に示す。
図２は本発明の実施の形態によるバランスウェイトシステムの部品の斜視図である。
【００１９】
図２に示したバランスウェイトシステムにおいて、第１、及び第９バランスウェイト１００、１４０は、互いに同一または類似した形態からなって、回転位置が反対側に位置する。
【００２０】
また、第２、及び第８バランスウェイト１０５、１３５も、互いに同一または類似した形態からなって、回転位置が反対側に位置する。
【００２１】
同時に、第３、第４、第６、及び第７バランスウェイト１１０、１１５、１２５、及び１３０も、互いに同一または類似した形態からなっている。第５バランスウェイト１２０は、第１乃至第４、及び第６乃至第９バランスウェイトの各重心、及び各回転慣性モーメントに基づいて、その形状が決定される。
【００２２】
すなわち、第５バランスウェイト１２０は、第１乃至第４、及び第６乃至第９バランスウェイトの各重心、及び各回転慣性モーメントに基づいてクランクシャフトの全体の重心がクランクシャフトの軸上に配置されるように設計される。
【００２３】
図３は本発明の実施の形態によるバランスウェイトシステムの部品の側面図である。
図３に示した、第９バランスウェイト１４０の重心３００は、クランクシャフトの回転軸１４５の回転中心点３１５（原点Ｃ）の水平線に対して−８２度乃至−７８度の設定された角３０５を有する。
【００２４】
一方、第９バランスウェイトの反対側に位置する第１バランスウェイト１００の重心（図示していない）は、クランクシャフトの回転軸１４５の回転中心点３１５（原点Ｃ）の水平線に対して＋７８度乃至＋８２度の設定された角を有する。
【００２５】
ここで、クランクシャフトの回転軸１４５の回転中心点３１５（原点Ｃ）を基準にして第１クランクピンの中心を通過する基準線３１０ａが９０度方向に配置され、第９バランスウェイト１４０の重心３００は、基準線３１０ａから時計方向に１６８度乃至１７２度回転した位置にある。
【００２６】
同時に、第８バランスウェイト１３５の重心は、クランクシャフトの回転軸１４５の回転中心点３１５（原点Ｃ）の水平線に対して−８９度乃至−８６．５度の設定された角３０７を有する。
【００２７】
一方、第８バランスウェイトの反対側に位置する第２バランスウェイト１０５の重心（図示していない）は、クランクシャフトの回転軸１４５の回転中心点３１５（原点Ｃ）の水平線に対して＋８６．５度乃至＋８９度の設定された角を有する。
【００２８】
ここで、クランクシャフトの軸１４５の回転中心点３１５（原点Ｃ）を基準にして、対応する第１クランクピンの中心を通過する基準線３１０ｂが９０度方向に配置され、前記第８バランスウェイト１３５の重心は、基準線３１０ｂから時計方向に１７６．５度乃至１７９度回転した位置にある。
【００２９】
図４は本発明の実施の形態によるバランスウェイトシステムを含む部品の特徴を示した表である。
図４に示すとおり、第１、及び第９バランスウェイト１００、１４０の重心は、原点Ｃの水平線を基準にして各々＋７８度乃至＋８２度または−８２度乃至−７８度の範囲内にあり、第２、及び第８バランスウェイト１０５、１３５の重心は、原点Ｃの水平線を基準にして＋８６．５乃至＋８９度または−８９度乃至−８６．５度の範囲内にある。
【００３０】
同時に、第１、または第９バランスウェイト１００、１４０の回転慣性モーメントを１００％としたとき、第２、及び第８バランスウェイト１０５、１３５の回転慣性モーメントの大きさは、１５％乃至２５％範囲内にある。
【００３１】
また、第３、第４、第６、及び第７バランスウェイト１１０、１１５、１２５、及び１３０の各回転慣性モーメントの内少なくとも１つは、第１または第９バランスウェイト１００、１４０の回転慣性モーメントを１００％とすると、１３％乃至１７％の範囲内にある。
【００３２】
図５は本発明の実施の形態によるバランスウェイトシステムの実験結果を示したグラフである。図５の横軸は設定された制御因子の種類による実験条件を示し、縦軸はクランクシャフトの回転軸１４５を支持するベアリングの油膜の厚さを示す。
【００３３】
第１、及び第９バランスウェイト１００、及び１４０、第２、及び第８バランスウェイト１０５、及び１３５、並びに、第３、第４、第６、及び第７バランスウェイト１１０、１１５、１２５、及び１３０の各重心及び各回転慣性モーメントを設定された範囲内で調節して、多様な実験条件を形成することができる。
【００３４】
図５に示したように、Ａ，Ｂ，Ｃ，及びＤの各シリーズの中で，油膜の厚さは、Ａ３、Ｂ３、Ｃ３、Ｄ１が好ましい結果であったが、振動などの他の因子を考慮すれば、Ａ３、Ｂ１、Ｃ１、Ｄ１が好ましく，中でもＡ３の条件が最適であると判断される。
【００３５】
図６は本発明の実施の形態によるバランスウェイトシステムの実験結果を示したものである。
図６の（Ａ）は、一般的なクランクシャフトの回転軸１４５を支持するベアリングの油膜の厚さの計算値が０．８０５μｍであるのに対し、実際に測定した実測値も０．８０５μｍであったことを示している。また、本発明の実施の形態による最適な実験条件であるＡ３の条件で求めた油膜の厚さの計算値は０．９７３μｍであり、実際に測定した実測値は０．９６５μｍであったことを示している。すなわち、一般的なクランクシャフトに比べ、本発明のクランクシャフトではベアリングの油膜の厚さが約２０％上昇したことを示している。
【００３６】
図６の（Ｂ）は、一般的なクランクシャフトとバランスウェイトの合計重量が２０．７６ｋｇであり、本発明の実施の形態による最適な実験条件でのバランスウェイトシステムを有するクランクシャフトの重量が１８．８３ｋｇであったことを示している。すなわち、図６の（Ｂ）は、本発明で１９％の軽量化が達成されたことを示している。
【００３７】
従来のように、クランクシャフトの重量だけが考慮されて設計される場合には、ベアリングの耐久性などへの配慮が欠けがちであるが、本発明の実施の形態では、クランクシャフトの軽量化と同時に、ベアリングの耐久性を共に向上させることができる。
【００３８】
以上、本発明に関する好ましい実施の形態を説明したが、本発明は実施の形態に限定されず、本発明の実施の形態から当該発明が属する技術分野で通常の知識を有する者によって容易に変更されて均等だと認められる範囲の全ての変更を含む。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施の形態によるバランスウェイトシステムの斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態によるバランスウェイトシステムの部品の斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態によるバランスウェイトシステムの部品の側面図である。
【図４】本発明の実施の形態によるバランスウェイトシステムを含む部品の特徴を示した表である。
【図５】本発明の実施の形態によるバランスウェイトシステムの実験結果を示したグラフである。
【図６】本発明の実施の形態によるバランスウェイトシステムの実験結果を示した表である。
【符号の説明】
【００４０】
１００    第１バランスウェイト
１０５    第２バランスウェイト
１１０    第３バランスウェイト
１１５    第４バランスウェイト
１２０    第５バランスウェイト
１２５    第６バランスウェイト
１３０    第７バランスウェイト
１３５    第８バランスウェイト
１４０    第９バランスウェイト
１４５    クランクシャフトの回転軸
【図１】
2010048411.tif 000003
【図２】
2010048411.tif 000004
【図３】
2010048411.tif 000005
【図４】
2010048411.tif 000006
【図５】
2010048411.tif 000007
【図６】
2010048411.tif 000008