(57)【要約】【課題】ロッドに固定的に取り付けられた往復型のバランサピストンを用いた場合に、異音が発生することを抑制することが可能なエンジンのバランサを提供する。【解決手段】このバランサは、クランク軸２４の回転に伴って往復運動を行うロッド２８に固定されたバランサピストン２７を備えている。バランサピストン２７は、揺動によりシリンダ２６の内壁面２６ａに当接する当接部を有する凸状部２７ａを含み、バランサピストン２７の中心軸と直交する平面とバランサピストン２７の凸状部２７ａとが成す最大外径円の半径よりも、最大外径円の中心点２７ｅから、凸状部２７ａの当接部のうち少なくとも当接部とシリンダ２６の内壁面２６ａとが非当接状態から当接状態に切り替わる際にシリンダ２６の内壁面２６ａと当接する当接開始部分までの距離の方が大きくなるように構成されている。【選択図】図５
2010159802.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動ピストンの往復運動により回転駆動されるクランク軸に対して中心点を偏心して係合する大径部と、
前記大径部に固定されるとともに前記クランク軸の回転に伴って円筒状の内壁面を有するシリンダ内を往復運動するロッドと、
前記ロッドの前記クランク軸と反対側の端部近傍に固定され、前記偏心によって、前記クランク軸の回転に伴い前記駆動ピストンの往復運動による振動を打ち消すように往復運動を行うとともに、前記内壁面に対して当接する当接状態と前記内壁面に対して離間する非当接状態とをとるように揺動するバランサピストンとを備え、
前記バランサピストンは、前記揺動により前記シリンダの内壁面に当接する当接部を有する外周部を含み、
前記バランサピストンの中心軸と直交する平面と前記バランサピストンの外周部とが成す最大外径円の半径よりも、前記最大外径円の中心点から、前記外周部の当接部のうち少なくとも前記当接部と前記シリンダの内壁面とが前記非当接状態から前記当接状態に切り替わる際に前記シリンダの内壁面と当接する当接開始部分までの距離の方が大きくなるように構成されている、エンジンのバランサ。
【請求項２】
前記非当接状態から前記当接状態に切り替わる際の前記外周部と前記シリンダの内壁面との隙間は、前記バランサピストンが傾いていない状態における前記最大外径円の外径部と前記シリンダの内壁面との隙間よりも小さい、請求項１に記載のエンジンのバランサ。
【請求項３】
少なくとも前記外周部の当接部の当接開始部分およびその近傍部分は、曲面形状に形成されている、請求項１または２に記載のエンジンのバランサ。
【請求項４】
前記当接部は、前記当接状態において、前記バランサピストンの傾き角度に応じて前記シリンダの内壁面に当接する部分が変わるとともに、前記シリンダの内壁面に対して当接しながら摺動するように構成されており、
前記外周部の当接部の表面は、所定の曲率半径を有する円の円弧からなる曲面形状に形成されており、
前記所定の曲率半径は、前記最大外径円の半径よりも大きい、請求項３に記載のエンジンのバランサ。
【請求項５】
前記当接部を含む前記外周部の全体の表面が前記所定の曲率半径を有する円の円弧からなる曲面形状に形成されている、請求項４に記載のエンジンのバランサ。
【請求項６】
第１シリンダ内を往復運動するとともに、クランク軸を駆動する駆動ピストンと、
前記駆動ピストンの往復運動により回転駆動される前記クランク軸に対して中心点を偏心して係合する大径部と、
前記大径部に固定されるとともに前記クランク軸の回転に伴って円筒状の内壁面を有する第２シリンダ内を往復運動するロッドと、
前記ロッドの前記クランク軸と反対側の端部近傍に固定され、前記偏心によって、前記クランク軸の回転に伴い前記駆動ピストンの往復運動による振動を打ち消すように往復運動を行うとともに、前記内壁面に対して当接する当接状態と前記内壁面に対して離間する非当接状態とをとるように揺動するバランサピストンとを備え、
前記バランサピストンは、前記揺動により前記第２シリンダの内壁面に当接する当接部を有する外周部を含み、
前記バランサピストンの中心軸と直交する平面と前記バランサピストンの外周部とが成す最大外径円の半径よりも、前記最大外径円の中心点から、前記外周部の当接部のうち少なくとも前記当接部と前記第２シリンダの内壁面とが前記非当接状態から前記当接状態に切り替わる際に前記第２シリンダの内壁面と当接する当接開始部分までの距離の方が大きくなるように構成されている、エンジン。
【請求項７】
エンジンと、
前記エンジンの駆動力により回転するプロペラとを備え、
前記エンジンは、
第１シリンダ内を往復運動するとともに、クランク軸を駆動する駆動ピストンと、
前記駆動ピストンの往復運動により回転駆動される前記クランク軸に対して中心点を偏心して係合する大径部と、
前記大径部に固定されるとともに前記クランク軸の回転に伴って円筒状の内壁面を有する第２シリンダ内を往復運動するロッドと、
前記ロッドの前記クランク軸と反対側の端部近傍に固定され、前記偏心によって、前記クランク軸の回転に伴い前記駆動ピストンの往復運動による振動を打ち消すように往復運動を行うとともに、前記内壁面に対して当接する当接状態と前記内壁面に対して離間する非当接状態とをとるように揺動するバランサピストンとを含み、
前記バランサピストンは、前記揺動により前記第２シリンダの内壁面に当接する当接部を有する外周部を有し、
前記バランサピストンの中心軸と直交する平面と前記バランサピストンの外周部とが成す最大外径円の半径よりも、前記最大外径円の中心点から、前記外周部の当接部のうち少なくとも前記当接部と前記第２シリンダの内壁面とが前記非当接状態から前記当接状態に切り替わる際に前記第２シリンダの内壁面と当接する当接開始部分までの距離の方が大きくなるように構成されている、船外機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、エンジンのバランサ、エンジンおよび船外機に関し、特に、クランク軸を駆動する駆動ピストンの振動を打ち消すように往復運動を行うエンジンのバランサ、エンジンおよび船外機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、クランク軸を駆動する駆動ピストンの振動を打ち消すように往復運動を行う往復型のバランサ（バランサピストン）を備えたエンジンが知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
上記特許文献１のエンジンでは、駆動ピストンの往復運動によりコンロッドを介してクランク軸が回転駆動される。このクランク軸にはロッドが係合されており、クランク軸の回転に伴ってロッドが往復運動を行うように構成されている。ロッドのクランク軸と反対側の端部近傍には、ピンを介してバランサピストンが取り付けられている。このバランサピストンが、両端が開口されたシリンダ内で駆動ピストンと逆位相で往復運動することにより、駆動ピストンの往復運動による振動が打ち消される。
【０００４】
しかしながら、ロッドにピンを介してバランサピストンを取り付ける構成では、複雑な部品構成を要し、ピンをシリンダの開口から取り付けることが困難であるので、バランサピストンの組み付け工程が煩雑になるという不都合がある。
【０００５】
上記のような不都合を解消するために、ロッドにバランサピストンが固定されたリジッド型のバランサピストンが知られている。リジッド型のバランサピストンは、シリンダの開口からロッドとバランサピストンとをネジなどで固定することが可能であるので、組み付け工程を簡易化することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２１９３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、バランサピストンは、ピンを用いて連結されたバランサピストンと異なり、ロッドに対するバランサピストンの角度が固定されるので、バランサピストンが傾き角度を変えながら、シリンダの内壁面と摺動しながら往復運動を行う。この場合、クランク軸の回転に伴ってバランサピストンがシリンダが延びる方向（往復運動方向）に往復運動する一方、シリンダが延びる方向と直交する方向にもバランサピストンが移動してしまう。このため、バランサピストンはシリンダの内壁面に対して当接と離間とを繰り返しながらシリンダが延びる方向に往復運動を行う。この時、バランサピストンとシリンダの内壁面との隙間が大きい場合には、バランサピストンがシリンダの内壁面と垂直な方向に生じる加速度が増加する。このため、バランサピストンがシリンダの内壁面に当接する時の衝撃が大きくなり、その結果、異音が発生してしまうという問題点がある。
【０００８】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、ロッドに固定的に取り付けられた往復型のバランサピストンを用いた場合に、異音が発生することを抑制することが可能なエンジンのバランサ、エンジンおよび船外機を提供することである。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【０００９】
この発明の第１の局面によるエンジンのバランサは、駆動ピストンの往復運動により回転駆動されるクランク軸に対して中心点を偏心して係合する大径部と、大径部に固定されるとともにクランク軸の回転に伴って円筒状の内壁面を有するシリンダ内を往復運動するロッドと、ロッドのクランク軸と反対側の端部近傍に固定され、偏心によって、クランク軸の回転に伴い駆動ピストンの往復運動による振動を打ち消すように往復運動を行うとともに、内壁面に対して当接する当接状態と内壁面に対して離間する非当接状態とをとるように揺動するバランサピストンとを備え、バランサピストンは、揺動によりシリンダの内壁面に当接する当接部を有する外周部を含み、バランサピストンの中心軸と直交する平面とバランサピストンの外周部とが成す最大外径円の半径よりも、最大外径円の中心点から、外周部の当接部のうち少なくとも当接部とシリンダの内壁面とが非当接状態から当接状態に切り替わる際にシリンダの内壁面と当接する当接開始部分までの距離の方が大きくなるように構成されている。
【００１０】
この第１の局面によるエンジンのバランサでは、上記のように、バランサピストンの中心軸と直交する平面とバランサピストンの外周部とが成す最大外径円の半径よりも、最大外径円の中心点から、外周部の当接部のうち少なくとも当接部とシリンダの内壁面とが非当接状態から当接状態に切り替わる際にシリンダの内壁面と当接する当接開始部分までの距離を大きくすることによって、最大外径円の中心点から当接開始部分までの距離が、最大外径円の半径以下である場合と比較して、当接開始部分をシリンダの内壁面側により近づけることができる。これにより、バランサピストンがシリンダの内壁面から離間した非当接状態から、ロッドから力を受けて加速しながらシリンダの内壁面に当接する際に、早いタイミングで当接させることができる。したがって、バランサピストンのシリンダの内壁面に垂直な方向に生じる加速度を抑制することができ、バランサピストンとシリンダの内壁面とが当接した時の衝撃が小さくなる。これにより、ロッドにバランサピストンが固定的に取り付けられた往復型のバランサピストンを用いた場合に、異音が発生することを抑制することができる。
【００１１】
上記第１の局面によるエンジンのバランサにおいて、好ましくは、非当接状態から当接状態に切り替わる際の外周部とシリンダの内壁面との隙間は、バランサピストンが傾いていない状態における最大外径円の外径部とシリンダの内壁面との隙間よりも小さい。このように構成すれば、当接開始部分とシリンダの内壁面との隙間が小さくなるので、バランサピストンがシリンダの内壁面から離間した非当接状態から、ロッドから力を受けて加速しながらシリンダの内壁面に当接する際に、隙間が小さい分、早いタイミングで当接させることができる。
【００１２】
上記第１の局面によるエンジンのバランサにおいて、好ましくは、少なくとも外周部の当接部の当接開始部分およびその近傍部分は、曲面形状に形成されている。このように構成すれば、バランサピストンの当接開始部分とシリンダの内壁面とを滑らかに当接させることができるので、さらに異音が発生することを抑制することができる。
【００１３】
この場合、好ましくは、当接部は、当接状態において、バランサピストンの傾き角度に応じてシリンダの内壁面に当接する部分が変わるとともに、シリンダの内壁面に対して当接しながら摺動するように構成されており、外周部の当接部の表面は、所定の曲率半径を有する円の円弧からなる曲面形状に形成されており、所定の曲率半径は、最大外径部の半径よりも大きい。このように構成すれば、当接開始部分のみならず、当接部全体の表面が一定の曲率となるので、当接部全体においてシリンダの内壁面と当接部とを滑らかに当接させることができる。
【００１４】
上記当接部の表面が所定の曲率半径を有する円の円弧からなる曲面形状に形成された構成において、好ましくは、当接部を含む外周部の全体の表面が所定の曲率半径を有する円の円弧からなる曲面形状に形成されている。このように構成すれば、外周部の全体の表面が一定の曲率となるので、外周部を形成する際に、外周部の表面の加工を容易に行うことができる。
【００１５】
この発明の第２の局面によるエンジンは、第１シリンダ内を往復運動するとともに、クランク軸を駆動する駆動ピストンと、駆動ピストンの往復運動により回転駆動されるクランク軸に対して中心点を偏心して係合する大径部と、大径部に固定されるとともにクランク軸の回転に伴って円筒状の内壁面を有する第２シリンダ内を往復運動するロッドと、ロッドのクランク軸と反対側の端部近傍に固定され、偏心によって、クランク軸の回転に伴い駆動ピストンの往復運動による振動を打ち消すように往復運動を行うとともに、内壁面に対して当接する当接状態と内壁面に対して離間する非当接状態とをとるように揺動するバランサピストンとを備え、バランサピストンは、揺動により第２シリンダの内壁面に当接する当接部を有する外周部を含み、バランサピストンの中心軸と直交する平面とバランサピストンの外周部とが成す最大外径円の半径よりも、最大外径円の中心点から、外周部の当接部のうち少なくとも当接部と第２シリンダの内壁面とが非当接状態から当接状態に切り替わる際に第２シリンダの内壁面と当接する当接開始部分までの距離の方が大きくなるように構成されている。
【００１６】
この第２の局面によるエンジンでは、上記のように、バランサピストンの中心軸と直交する平面とバランサピストンの外周部とが成す最大外径円の半径よりも、最大外径円の中心点から、外周部の当接部のうち少なくとも当接部とシリンダの内壁面とが非当接状態から当接状態に切り替わる際にシリンダの内壁面と当接する当接開始部分までの距離を大きくすることによって、最大外径円の中心点から当接開始部分までの距離が、最大外径円の半径以下である場合と比較して、当接開始部分をシリンダの内壁面側により近づけることができる。これにより、バランサピストンがシリンダの内壁面から離間した非当接状態から、ロッドから力を受けて加速しながらシリンダの内壁面に当接する際に、早いタイミングで当接させることができる。したがって、バランサピストンのシリンダの内壁面に垂直な方向に生じる加速度を抑制することができ、バランサピストンとシリンダの内壁面とが当接した時の衝撃が小さくなる。これにより、ロッドにバランサピストンが固定的に取り付けられた往復型のバランサピストンを用いたエンジンにおいて、異音が発生することを抑制することができる。
【００１７】
この発明の第３の局面による船外機は、エンジンと、エンジンの駆動力により回転するプロペラとを備え、エンジンは、第１シリンダ内を往復運動するとともに、クランク軸を駆動する駆動ピストンと、駆動ピストンの往復運動により回転駆動されるクランク軸に対して中心点を偏心して係合する大径部と、大径部に固定されるとともにクランク軸の回転に伴って円筒状の内壁面を有する第２シリンダ内を往復運動するロッドと、ロッドのクランク軸と反対側の端部近傍に固定され、偏心によって、クランク軸の回転に伴い駆動ピストンの往復運動による振動を打ち消すように往復運動を行うとともに、内壁面に対して当接する当接状態と内壁面に対して離間する非当接状態とをとるように揺動するバランサピストンとを含み、バランサピストンは、揺動により第２シリンダの内壁面に当接する当接部を有する外周部を有し、バランサピストンの中心軸と直交する平面とバランサピストンの外周部とが成す最大外径円の半径よりも、最大外径円の中心点から、外周部の当接部のうち少なくとも当接部と第２シリンダの内壁面とが非当接状態から当接状態に切り替わる際に第２シリンダの内壁面と当接する当接開始部分までの距離の方が大きくなるように構成されている。
【００１８】
この第３の局面による船外機では、上記のように、バランサピストンの中心軸と直交する平面とバランサピストンの外周部とが成す最大外径円の半径よりも、最大外径円の中心点から、外周部の当接部のうち少なくとも当接部とシリンダの内壁面とが非当接状態から当接状態に切り替わる際にシリンダの内壁面と当接する当接開始部分までの距離を大きくすることによって、最大外径円の中心点から当接開始部分までの距離が、最大外径円の半径以下である場合と比較して、当接開始部分をシリンダの内壁面側により近づけることができる。これにより、バランサピストンがシリンダの内壁面から離間した非当接状態から、ロッドから力を受けて加速しながらシリンダの内壁面に当接する際に、早いタイミングで当接させることができる。したがって、バランサピストンのシリンダの内壁面に垂直な方向に生じる加速度を抑制することができ、バランサピストンとシリンダの内壁面とが当接した時の衝撃が小さくなる。これにより、ロッドにバランサピストンが固定的に取り付けられた往復型のバランサピストンを用いた船外機において、異音が発生することを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態による船外機を示す側面図である。
【図２】本発明の一実施形態による船外機のエンジンを示す模式的な斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態による船外機のエンジンを示す断面図である。
【図４】本発明の一実施形態による船外機のエンジンを示す断面図である。
【図５】図３に示したエンジンのバランサピストンが傾いていない状態におけるバランサピストンの詳細構造を説明するための断面図である。
【図６】図５に示したバランサピストンの拡大断面図である。
【図７】図５に示したバランサピストンの拡大断面図である。
【図８】図３に示したエンジンのバランサピストンが傾いている状態におけるバランサピストンの詳細構造を説明するための断面図である。
【図９】図８に示したバランサピストンの拡大断面図である。
【図１０】図８に示したバランサピストンの拡大断面図である。
【図１１】本発明の一実施形態による船外機の往路におけるバランサピストンの位置変位を示す模式図である。
【図１２】本発明の一実施形態による船外機の復路におけるバランサピストンの位置変位を示す模式図である。
【図１３】本発明の一実施形態による船外機の往路におけるバランサピストンの位置変位と、バランサピストンの加速度および接触力とを示す模式図である。
【図１４】本発明の一実施形態による船外機の復路におけるバランサピストンの位置変位と、バランサピストンの加速度および接触力とを示す模式図である。
【図１５】実施例および比較例１によるバランサピストンの中心点の位置変位を示す図である。
【図１６】バランサピストンとシリンダの内壁面との隙間がシリンダの加速度および接触力に与える影響を説明するための解析結果である。
【図１７】バランサピストンの当接部の表面の形状がシリンダの加速度および接触力に与える影響を説明するための解析結果である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２１】
まず、図１〜図１０を参照して、本発明の一実施形態による船外機１の構造を説明する。
【００２２】
図１に示すように、本発明の一実施形態による船外機１は、エンジン２と、エンジン２の駆動力により回転され、鉛直方向（Ｚ方向）に延びるドライブ軸３と、ドライブ軸３の下端と接続された前後進切換機構４と、前後進切換機構４と接続され、水平方向に延びるプロペラ軸５と、プロペラ軸５の後端部に取り付けられたプロペラ６とを備えている。また、エンジン２は、カウリング７内に収納されている。カウリング７の下方に配置されたアッパーケース８およびロアーケース９内には、ドライブ軸３、前後進切換機構４およびプロペラ軸５が収納されている。また、船外機１は船体１００の後進方向（矢印Ａ方向）側に設けられた船尾板１０１にクランプブラケット１０を介して取り付けられている。クランプブラケット１０は、船外機１をチルト軸１０ａを中心に船体１００に対して上下に揺動可能に支持している。エンジン２の駆動力によりプロペラ６が回転されるとともに、前後進切換機構４によりプロペラ６の回転方向が切り替えられることにより、船体１００は前進方向（矢印Ｂ方向）または後進方向（矢印Ａ方向）に推進される。また、カウリング７の後進方向（矢印Ａ方向）側の側部には通気穴７ａが設けられており、エンジン２に供給される空気は通気穴７ａを介してカウリング７内のエンジン２に取り込まれる。
【００２３】
本実施形態によるエンジン２は、図２〜図４に示すように、２気筒のエンジンであり、水平方向に延びるように配置された２つのシリンダ２１と、シリンダ２１内を水平方向に往復運動する駆動ピストン２２とを備えている。駆動ピストン２２は、シリンダ２１内で空気と燃料との混合気を所定のタイミングで燃焼させることによって往復運動を行うように構成されている。駆動ピストン２２にはコンロッド２３が取り付けられており、コンロッド２３は上下方向に延びるクランク軸２４に連結されている。駆動ピストン２２は、クランク軸２４が延びる方向（Ｚ方向）に延びるピン２２ａ（図３参照）を介してコンロッド２３と連結されている。駆動ピストン２２の往復運動は、コンロッド２３およびクランク軸２４により回転運動に変換される。クランク軸２４の上端部近傍には、クランク軸２４の回転を平滑化するためのフライホイール２５が固定されている。なお、シリンダ２１は、本発明の「第１シリンダ」の一例である。
【００２４】
ここで、本実施形態では、図２〜図４に示すように、エンジン２は、クランク軸２４に対してシリンダ２１と反対側に、水平方向に延びるように配置された１つのシリンダ２６と、シリンダ２６内を水平方向に往復運動するバランサピストン２７とを備えている。シリンダ２６は、円筒形状の内壁面２６ａを有するとともに、前進方向（矢印Ｂ方向）側の端部に開口２６ｄを有している。バランサピストン２７は、ロッド２８を介してクランク軸２４に連結されている。具体的には、ロッド２８のクランク軸２４と反対側の端部には、バランサピストン２７が開口２６ｄ側からネジ２９により固定されている。また、ロッド２８のクランク軸２４側の端部には、円環状の係合部２８ａが設けられているとともに、クランク軸２４には、クランク軸２４の回転中心Ｃ１と異なる点Ｃ３（図３参照）を中心とするクランク軸２４に対して偏心した円板状の係合部２４ａが設けられている。クランク軸２４の係合部２４ａの外径は、ロッド２８の係合部２８ａの内径と略等しく、ロッド２８の円環状の係合部２８ａは、クランク軸２４の円板状の係合部２４ａに嵌め込まれている。また、シリンダ２６の開口２６ｄは、シリンダ２６にネジ３０（図４参照）により固定された蓋部材３１により覆われている。なお、係合部２８ａおよびシリンダ２６は、それぞれ、本発明の「大径部」および「第２シリンダ」の一例である。
【００２５】
バランサピストン２７は、往復運動する際にシリンダ２６の内壁面２６ａと当接して摺動する凸状部２７ａを含んでいる。凸状部２７ａは、シリンダ２６の円筒形状の内壁面２６ａに合わせて円形状に形成された外周面を有している。凸状部２７ａの最大外径Ｄ１は、シリンダ２６の内壁面２６ａの内径Ｄ２よりも所定の隙間分だけ小さい大きさを有する。凸状部２７ａの外径Ｄ１がシリンダ２６の内壁面２６ａの内径Ｄ２と略同じ大きさであることによって、バランサピストン２７は凸状部２７ａがシリンダ２６の内壁面２６ａと摺動しながら、シリンダ２６内でシリンダ２６の延びる方向（Ｘ方向）に往復運動を行う。なお、クランク軸２４、ロッド２８の大端部および２つのコンロッド２３の大端部の回転質量合計は、２つの駆動ピストン２２、コンロッド２３の小端部およびバランサピストン２７、ロッド２８の小端部の往復質量合計と釣り合う。すなわちクランク軸２４に慣性力が発生しないように構成されており、且つ、２つの駆動ピストン２２、コンロッド２３の小端部の往復質量合計は、バランサピストン２７、ロッド２８の小端部の往復質量により相殺される。すなわちピストン２２の慣性力が抑制される様に構成されている。凸状部２７ａは、本発明の「外周部」の一例であり、バランサピストン２７、ロッド２８およびネジ２９などから構成されるバランサは、本発明の「エンジンのバランサ」の一例である。
【００２６】
本実施形態では、クランク軸２４の係合部２４ａおよびロッド２８の係合部２８ａにより連結された構造によってＺ方向に延びるクランク軸２４の回転がバランサピストン２７の略Ｘ方向の往復運動に変換されている。ロッド２８の係合部２８ａは、クランク軸２４の回転に伴ってＸ方向のみならずＹ方向にも移動するので、バランサピストン２７もＸ方向に往復運動している際にＹ方向にも揺動する。このため、バランサピストン２７は、ＸＹ平面内でシリンダ２６の内壁面２６ａに対して当接と離間を繰り返しながら往復運動を行う。
【００２７】
具体的には、図５に示すように、バランサピストン２７が上死点（クランク角が０度）から下死点（クランク角が１８０度）に向かって移動する時（以下、往路運動時と呼ぶ）には、図５の右側の内壁面２６ａ（以下、右壁面２６ｂと呼ぶ）に右側の凸状部２７ａ（以下、右当接部２７ｂと呼ぶ）が当接して摺動する。また、バランサピストン２７が下死点（クランク角が１８０度）から上死点（クランク角が３６０度）に向かって移動する時（以下、復路運動時と呼ぶ）には、図５の左側の内壁面２６ａ（以下、左壁面２６ｃと呼ぶ）に左側の凸状部２７ａ（以下、左当接部２７ｃと呼ぶ）が当接して摺動する。右当接部２７ｂおよび左当接部２７ｃは、凸状部２７ａの表面のうち、最大外径部２７ｄよりもクランク軸２４と反対側の部分である。右当接部２７ｂが右壁面２６ｂと摺動している際には、左当接部２７ｃと左壁面２６ｃとは離間している。左当接部２７ｃが左壁面２６ｃと摺動している際には、右当接部２７ｂと右壁面２６ｂとは離間している。このように、バランサピストン２７は、略Ｘ方向に往復運動を行いながら、シリンダ２６の左右の内壁面２６ａ（右壁面２６ｂおよび左壁面２６ｃ）と交互に衝突している。また、右当接部２７ｂおよび左当接部２７ｃは、本発明の「当接部」の一例である。
【００２８】
また、バランサピストン２７が往復運動している際、バランサピストン２７の傾き角度は常に変動している。往路運動時および復路運動時において、バランサピストン２７がシリンダ２６の内壁面２６ａに当接する時のバランサピストン２７の傾き角度はそれぞれ略一定である。また、復路運動時においてバランサピストン２７がシリンダ２６の内壁面２６ａ（左壁面２６ｃ）に当接する時のバランサピストン２７の傾き角度は、往路運動時においてバランサピストン２７がシリンダ２６の内壁面２６ａ（右壁面２６ｂ）に当接する時のバランサピストン２７の傾き角度よりも小さい。バランサピストン２７の往復運動動作については、後に詳細に説明する。
【００２９】
ここで、本実施形態では、凸状部２７ａは、バランサピストン２７が傾いていない状態においてシリンダ２６の内壁面２６ａ側に最も突出した最大外径部２７ｄからシリンダ２６の延びる方向（Ｘ方向）に位置がずれるに従って突出長さが小さくなるような凸形状の表面を有している。図５および図６に示すように、バランサピストン２７が傾いていない状態において、バランサピストン２７の左当接部２７ｃとシリンダ２６の左壁面２６ｃとの間の隙間（最大外径部２７ｄとシリンダ２６の内壁面２６ａとの間の隙間）は、Ｄ３である。また、図５および図７に示すように、バランサピストン２７が傾いていない状態において、バランサピストン２７の右当接部２７ｂとシリンダ２６の右壁面２６ｂとの間の隙間（最大外径部２７ｄとシリンダ２６の右壁面２６ｂとの間の隙間）は、Ｄ４である。したがって、バランサピストン２７が傾いていない状態において、バランサピストン２７とシリンダ２６の内壁面２６ａとの隙間（クリアランス）は、Ｄ３とＤ４との和である。
【００３０】
また、図８および図９に示すように、バランサピストン２７が傾いた状態においては、バランサピストン２７が傾いた状態における左当接部２７ｃのシリンダ２６の左壁面２６ｃ側に最も近い部分２７ｆとシリンダ２６の左壁面２６ｃとの隙間は、Ｄ５である。また、図８および図１０に示すように、バランサピストン２７が傾いた状態においては、バランサピストン２７が傾いた状態における右当接部２７ｂのシリンダ２６の右壁面２６ｂ側に最も近い部分２７ｆとシリンダ２６の右壁面２６ｂとの隙間は、Ｄ６である。したがって、バランサピストン２７が傾いた状態においては、バランサピストン２７とシリンダ２６の内壁面２６ａとの隙間（クリアランス）は、Ｄ５とＤ６との和である。本実施形態では、バランサピストン２７が傾いた状態におけるバランサピストン２７とシリンダ２６の内壁面２６ａとの隙間（Ｄ５＋Ｄ６）は、バランサピストン２７が傾いていない状態におけるバランサピストン２７とシリンダ２６の内壁面２６ａとの隙間（Ｄ３＋Ｄ４）よりも小さくなっている。バランサピストン２７は、往復運動を行っている際に随時傾き角度が変わるが、本実施形態では、常に、バランサピストン２７が傾いた状態における隙間（Ｄ５＋Ｄ６）は、バランサピストン２７が傾いていない状態における隙間（Ｄ３＋Ｄ４）よりも小さくなっている。バランサピストン２７とシリンダ２６の内壁面２６ａとはバランサピストン２７が傾いた状態で当接して摺動を開始するため、バランサピストン２７と内壁面２６ａとが当接して摺動を開始する時点（非当接状態から当接状態に切り替わる際）における隙間は、バランサピストン２７が傾いていない状態における隙間（Ｄ３＋Ｄ４）よりも小さくなっている。
【００３１】
また、凸状部２７ａの表面は、所定の曲率半径を有する円の円弧に沿った形状となるように形成されている。具体的には、図５に示すように、円形の外周を有する最大外径部２７ｄ（バランサピストン２７の中心軸Ｃ２と直交する平面と凸状部２７ａの表面とが成す最大外径円）の円中心点２７ｅから最大外径部２７ｄまでの距離（半径）Ｒ１よりも大きい曲率半径Ｒ２を有する円Ｐの円弧に沿った形状となるように形成されている。円Ｐの中心Ｏ１は、最大外径部２７ｄと円中心点２７ｅとを結ぶ直線上に位置している。これにより、円中心点２７ｅから凸状部２７ａの表面までの距離は、最大外径部２７ｄを除いて、円中心点２７ｅから凸状部２７ａの最大外径部２７ｄまでの距離（半径）Ｒ１よりも大きくなっている。なお、図５では、左当接部２７ｃ側の円Ｐのみを示しているが、右当接部２７ｂも左当接部２７ｃと同様に形成されている。バランサピストン２７とシリンダ２６の内壁面２６ａとはバランサピストン２７が傾いた状態で当接して摺動を開始するため、バランサピストン２７と内壁面２６ａとが当接して摺動を開始する時点において、バランサピストン２７の凸状部２７ａは、最大外径部２７ｄ以外の部分（右当接開始部分２７ｇまたは左当接開始部分２７ｈ（図５参照））で内壁面２６ａと当接する。したがって、右当接開始部分２７ｇまたは左当接開始部分２７ｈと円中心点２７ｅとの距離は、円中心点２７ｅから凸状部２７ａの最大外径部２７ｄまでの距離（半径）Ｒ１よりも大きくなっている。
【００３２】
次に、図１１〜図１４を参照して、本発明の一実施形態による船外機１のバランサピストン２７の動きを説明する。なお、図１３および図１４において、バランサピストン加速度は、図の右側を正方向とした場合に、シリンダ２６の内壁面２６ａに垂直な方向のバランサピストン２７の加速度の大きさを示している。接触力は、図の右側を正方向とした場合に、シリンダ２６の内壁面２６ａに垂直な方向のバランサピストン２７がシリンダ２６の内壁面２６ａを押す力の大きさを示している。
【００３３】
まず、バランサピストン２７の往復運動において、往路運動時のバランサピストン２７の動作について説明する。図１３に示すように、バランサピストン２７が上死点（クランク角が０度）に位置する状態においては、バランサピストン２７の左当接部２７ｃがシリンダ２６の左壁面２６ｃと当接している。この状態からクランク軸２４が矢印Ｅ方向（図１１参照）に回転されると、クランク軸２４の係合部２４ａも矢印Ｅ方向に回転される。これに伴い、クランク軸２４の係合部２４ａに嵌め込まれたロッド２８の係合部２８ａは図１１の左上に移動し始める。ロッド２８の係合部２８ａが移動し始めると同時にバランサピストン２７は図１１の右側に移動しながら傾き始める。この後、クランク角が増加するに従って、バランサピストン２７の傾きも増加していく。
【００３４】
そして、図１３に示すように、クランク角がＴ１の時点で、接触力が０になり、左当接部２７ｃとシリンダ２６の左壁面２６ｃとが離間する。クランク軸２４がさらに回転されると、クランク角がＴ２の時点で、バランサピストン２７の加速度が大きく変動するとともに、接触力が増加する。この時点でシリンダ２６の右壁面２６ｂと右当接部２７ｂとが当接する。この後、右壁面２６ｂと右当接部２７ｂとが摺動しながらバランサピストン２７は下死点（クランク角１８０度）に向かって移動する。なお、右壁面２６ｂと右当接部２７ｂとが摺動している間もバランサピストン２７の傾き角度が変化する。すなわち、右壁面２６ｂと右当接部２７ｂとがクランク角がＴ２で当接してからクランク角が９０度まではバランサピストン２７の傾き角度が増加し、その後、下死点（クランク角１８０度）に向かってバランサピストン２７の傾き角度が減少していく。なお、右壁面２６ｂと右当接部２７ｂとがクランク角がＴ２で当接してから下死点（クランク角が１８０度）まで右壁面２６ｂと右当接部２７ｂとは当接したままで摺動する。
【００３５】
次に、バランサピストン２７の往復運動において、復路運動時のバランサピストン２７の動作について説明する。図１４に示すように、バランサピストン２７が下死点（クランク角１８０度）に位置する状態においては、右当接部２７ｂは往路におけるバランサピストン２７の慣性力によりシリンダ２６の右内壁面２６ａと当接している。この状態からクランク軸２４が図１２の矢印Ｅ方向に回転されると、クランク軸２４の係合部２４ａに嵌め込まれたロッド２８の係合部２８ａは図１２の右下に移動し始める。ロッド２８の係合部２８ａが移動し始めると同時にバランサピストン２７は図１２の左側に移動しながら傾き始める。この後、クランク角が増加するに従って、バランサピストン２７の傾きも増加していく。なお、クランク角がＴ３の時点で接触力が０になるので、クランク角がＴ３で右壁面２６ｂと右当接部２７ｂとは離間する。
【００３６】
そして、クランク角がＴ４の時点でシリンダ２６の左壁面２６ｃと左当接部２７ｃとが当接する。この時のバランサピストン２７の傾き角度は往路運動時における右壁面２６ｂと右当接部２７ｂとが当接した時のバランサピストン２７の傾き角度とは異なる。この後、左壁面２６ｃと左当接部２７ｃとが摺動しながらバランサピストン２７は上死点に向かって移動する。なお、左壁面２６ｃと左当接部２７ｃとが摺動している間もバランサピストン２７の傾き角度が変化する。すなわち、左壁面２６ｃと左当接部２７ｃがクランク角がＴ４で当接してからクランク角が２７０度まではバランサピストン２７の傾き角度が増加し、その後、上死点（クランク角３６０度）に向かってバランサピストン２７の傾き角度が減少していく。
【００３７】
次に、図５、図１３および図１５を参照して、バランサピストン２７の往復運動が行う際の円中心点２７ｅの移動軌跡について説明する。
【００３８】
この解析では、実施例として、本発明の一実施形態による船外機１のバランサピストン２７のように、凸状部２７ａの表面の形状を、最大外径部２７ｄから円中心点２７ｅまでの距離（半径）Ｒ１よりも大きい曲率半径Ｒ２を有する円（図５の点Ｏ１を中心とする円Ｐ）の円弧に沿う形状とした場合について解析を行った。また、比較例１として、当接部（右当接部および左当接部）の表面の形状を、最大外径部２７ｄから円中心点２７ｅまでの距離（半径）Ｒ１と等しい曲率半径を有する円（図５の点Ｏ２を中心とする円Ｑ１）の円弧に沿う形状とした場合について解析を行った。上記実施例および比較例１について、バランサピストンを往復運動させた場合の円中心点２７ｅの移動軌跡を解析した。その解析結果を図１５に示す。なお、図１５において、縦軸は、バランサピストンの往復運動方向（Ｘ方向）と直交する方向の円中心点２７ｅの位置を表す。縦軸が０の位置は、バランサピストンの往復運動方向（Ｘ方向）と直交する方向のシリンダの中央位置を表している。横軸は、バランサピストンの往復運動方向の円中心点２７ｅの位置を表す。
【００３９】
図１３および図１５に示すように、実施例では、Ｔ１において左壁面２６ｃと左当接部２７ｃとが離間した後、Ｔ２で右壁面２６ｂと右当接部２７ｂとが当接する。その後、Ｔ２〜Ｔ３において右壁面２６ｂと右当接部２７ｂとが摺動し、Ｔ３で右壁面２６ｂと右当接部２７ｂとが離間する。そして、Ｔ４で左壁面２６ｃと左当接部２７ｃとが当接し、Ｔ４〜Ｔ１において左壁面２６ｃと左当接部２７ｃとが摺動した後、Ｔ１で左壁面２６ｃと左当接部２７ｃとが離間する。比較例１では、ｔ１、ｔ２、ｔ３およびｔ４が、それぞれ、実施例のＴ１、Ｔ２、Ｔ３およびＴ４に対応している。
【００４０】
図１５に示すように、Ｔ２における実施例の円中心点２７ｅの位置は、ｔ２における比較例１の円中心点２７ｅの位置よりシリンダ２６の中央位置に近い。これは、実施例は比較例１と比較して、右壁面と右当接部とが当接する時点における当接部とシリンダの内壁面との隙間が小さいことにより、比較例１よりも実施例のほうが早いタイミングで右壁面と右当接部とが当接していることを示している。また、同様に、Ｔ４における実施例の中心点の位置は、ｔ４における比較例１の中心点の位置よりシリンダの中央位置に近い。これは、実施例は比較例１と比較して、左壁面と左当接部とが当接する時点における当接部とシリンダの内壁面との隙間が小さいことにより、比較例１よりも実施例のほうが早いタイミングで左壁面と左当接部とが当接していることを示している。
【００４１】
次に、図５〜図１０、図１３、図１４、図１６および図１７を参照して、本発明の一実施形態による船外機１のバランサピストン２７を用いたことによる効果について説明する。
【００４２】
まず、凸状部２７ａとシリンダ２６の内壁面２６ａとの隙間の大きさが異音の発生に与える影響を解析した。この解析では、隙間の設定値を中間値とし、その設定値に基づいて実際に所定の加工精度でバランサピストン２７およびシリンダ２６を形成した場合の隙間の設定値に対する誤差の限界値を上限値および下限値とした。上限値は、誤差範囲内で隙間が最も大きくなった場合の値である。下限値は、誤差範囲内で隙間が最も小さくなった場合の値である。隙間が上限値、中間値および下限値の場合について、それぞれ、バランサピストン２７の加速度および接触力を解析した。その解析結果を図１６に示す。
【００４３】
図１６に示すように、隙間が上限値、中間値および下限値の順に、バランサピストン２７の加速度および接触力が小さくなっていることがわかる。したがって、隙間を小さくするほど、バランサピストン２７の加速度および接触力が小さくなり、バランサピストン２７がシリンダ２６の内壁面２６ａに当接した場合の衝撃も小さくなることがわかる。なお、下限値、中間値および上限値の順に加速度および接触力のピークが生じるタイミング（クランク角）が早くなっているのは、隙間が小さいほど早いタイミングでバランサピストン２７がシリンダ２６の内壁面２６ａに当接するためである。
【００４４】
次に、凸状部２７ａの表面の形状を実施例、比較例１および２に変えて、実施例、比較例１および２のそれぞれについて同様にバランサピストンの加速度および接触力を解析した。この解析の実施例および比較例１は、上記した実施例および比較例１と同様の構造である。また、比較例２として、当接部の表面の形状を、最大外径部２７ｄから円中心点２７ｅまでの距離（半径）Ｒ１よりも小さい曲率半径Ｒ３を有する円（図５の点Ｏ３を中心とする円Ｑ２）の円弧に沿う形状とした場合について解析を行った。なお、図５〜図７に示すように、実施例、比較例１および２の間でバランサピストンが傾いていない状態における隙間（Ｄ３＋Ｄ４）（最大外径部２７ｄとシリンダ２６の内壁面２６ａとの距離）は同じである一方、図８〜図１０に示すように、バランサピストン２７が傾いた状態における隙間（Ｄ５＋Ｄ６）は実施例、比較例１および比較例２の順に小さくなっている。この実施例、比較例１および２について解析を行った解析結果を図１７に示す。
【００４５】
図１７に示すように、往路（クランク角が０度〜１８０度）では、実施例、比較例１および比較例２の順に、加速度および接触力が小さくなっていることがわかる。したがって、曲率半径を大きくするほど、加速度および接触力が小さくなり、バランサピストンがシリンダ２６の内壁面２６ａに当接した場合の衝撃も小さくなることがわかる。また、復路（クランク角が１８０度〜３６０度）では、実施例、比較例１および比較例２の間で、加速度および接触力にあまり差異がないことがわかる。これは以下の理由によるものと考えられる。すなわち、上記のように、復路において凸状部２７ａとシリンダ２６の内壁面２６ａとが当接する時（図１４のＴ４）におけるバランサピストンの傾き角度は、往路において凸状部２７ａとシリンダ２６の内壁面２６ａとが当接する時（図１３のＴ２）におけるバランサピストンの傾き角度よりも小さい。このため、復路においては、最大外径部２７ｄに近い位置で凸状部２７ａとシリンダ２６の内壁面２６ａとが当接するので、最大外径部２７ｄから遠い位置で凸状部２７ａとシリンダ２６の内壁面２６ａとが当接する往路の場合と異なり、実施例、比較例１および比較例２の間で隙間（クリアランス）の大きさがあまり変わらないためであると考えられる。なお、上記した解析結果は、所定の解析条件において得られた結果であり、バランサ周りの種々のディメンジョン（バランサピストンのストローク、重心位置等）の解析条件が異なれば解析結果も異なると考えられる。
【００４６】
本実施形態では、上記のように、凸状部２７ａの外周面の最大外径部２７ｄの円中心点２７ｅから、凸状部２７ａの外周面の最大外径部２７ｄまでの半径よりも、円中心点２７ｅから、凸状部２７ａの当接部（右当接開始部分２７ｇを含む右当接部２７ｂおよび左当接開始部分２７ｈを含む左当接部２７ｃ）までの距離を大きくする。これによって、円中心点２７ｅから当接開始部分（右当接開始部分２７ｇおよび左当接開始部分２７ｈ）までの距離が、円中心点２７ｅから凸状部２７ａの最大外径部２７ｄまでの半径以下である場合と比較して、当接開始部分（右当接開始部分２７ｇまたは左当接開始部分２７ｈ）をシリンダ２６の内壁面２６ａ側により近づけることができる。これにより、バランサピストン２７がシリンダ２６の内壁面２６ａから離間した状態から、ロッド２８から力を受けて加速しながらシリンダ２６の内壁面２６ａに当接する際に、早いタイミングで当接させることができる。したがって、バランサピストン２７のシリンダ２６の内壁面２６ａに垂直な方向の加速度が大きくなる前にバランサピストン２７がシリンダ２６の内壁面２６ａに当接するので、バランサピストン２７とシリンダ２６の内壁面２６ａとが当接した時の衝撃が小さくなる。これにより、ロッド２８にバランサピストン２７が固定的に取り付けられた往復型のバランサピストン２７において、異音が発生することを抑制することができる。
【００４７】
また、本実施形態では、上記のように、凸状部２７ａの当接開始部分（右当接開始部分２７ｇまたは左当接開始部分２７ｈ）とシリンダ２６の内壁面２６ａとの隙間を、バランサピストン２７が傾いていない状態における最大外径部２７ｄとシリンダ２６の内壁面２６ａとの隙間よりも小さくしている。このように構成することによって、当接開始部分とシリンダ２６の内壁面２６ａとの隙間が小さくなるので、バランサピストン２７がシリンダ２６の内壁面２６ａから離間した非当接状態から、ロッド２８から力を受けて加速しながらシリンダ２６の内壁面２６ａに当接する際に、隙間が小さい分、早いタイミングで当接させることができる。
【００４８】
また、凸状部２７ａの加工精度を高めれば、凸状部２７ａとシリンダ２６の内壁面２６ａとの隙間を小さくすることができる（図１６で示した隙間の下限をとることができる）ので、異音が発生することを抑制することは可能であるが、本実施形態では、最もシリンダ２６の内壁面２６ａ側に突出している最大外径部２７ｄとシリンダ２６の内壁面２６ａとの間の隙間を変えることなく、当接開始部分とシリンダ２６の内壁面２６ａとの隙間を小さくして異音が発生することを抑制することができる。このため、加工精度のばらつきにより隙間が大きくなってしまう（図１６で示した隙間の上限をとる）ことに起因して異音が発生することを抑制することができるので、凸状部２７ａおよびシリンダ２６の内壁面２６ａを形成する際の加工精度を高める必要がない。これにより、加工精度の高い加工機器を用いることなく、異音が発生することを抑制することができる。
【００４９】
また、本実施形態では、上記のように、凸状部２７ａの表面を曲面形状に形成することによって、バランサピストン２７の凸状部２７ａとシリンダ２６の内壁面２６ａとを滑らかに当接させることができるので、さらに異音が発生することを抑制することができる。
【００５０】
また、本実施形態では、上記のように、凸状部２７ａの表面を、円中心点２７ｅから凸状部２７ａの最大外径部２７ｄまでの距離よりも大きい曲率半径Ｒ１を有する円の円弧からなる曲面形状に形成することによって、凸状部２７ａの表面が一定の曲率となるので、バランサピストン２７を成形する際に、凸状部２７ａの表面の加工を容易に行うことができる。
【００５１】
なお、今回開示された実施形態および解析結果は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態および解析結果の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００５２】
たとえば、上記実施形態では、当接部（右当接部および左当接部）の表面の形状を所定の曲率半径を有する円の円弧に沿った形状とした例を示したが、本発明はこれに限らず、当接部（右当接部および左当接部）の全体を１つの円の円弧に沿うように形成しなくてもよい。たとえば、当接部（右当接部および左当接部）の表面の曲率を場所によって変化させてもよい。
【００５３】
また、上記実施形態では、凸状部のうち、最大外径部に対してクランク軸と反対側の領域だけでなく、最大外径部に対してクランク軸側の領域も所定の曲率半径を有する円の円弧に沿った形状とした例を示したが、本発明はこれに限らず、最大外径部に対してクランク軸と反対側の領域のみを所定の曲率半径を有する円の円弧に沿った形状としてもよい。凸状部のうち、シリンダの内壁面と摺動する部分（右当接部および左当接部）は最大外径部に対してクランク軸と反対側の領域のみであるので、最大外径部に対してクランク軸側の領域の形状はどのような形状であってもよい。
【００５４】
また、上記実施形態では、当接部（右当接部および左当接部）の形状を両側とも同じ形状とした例を示したが、本発明はこれに限らず、一方の当接部（右当接部）の形状と他方の当接部（左当接部）の形状とを異なるようにしてもよい。たとえば、復路でシリンダの内壁面と摺動する側の当接部の表面の曲率を大きくしてもよい。これにより、復路においては、さらに隙間を小さくすることができるので、復路においても異音が発生することを抑制することができる。
【００５５】
また、上記実施形態では、当接部の表面を曲面に形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、当接部の表面の一部が平坦面に形成されていてもよい。
【００５６】
また、上記実施形態では、本発明を船外機のエンジンのバランサに適用した例を示したが、本発明はこれに限らず、船外機以外のエンジンのバランサに適用してもよい。
【符号の説明】
【００５７】
１  船外機
２  エンジン
６  プロペラ
２１  シリンダ（第１シリンダ）
２２  駆動ピストン
２４  クランク軸
２６  シリンダ（第２シリンダ）
２６ａ  内壁面
２６ｂ  右壁面（内壁面）
２６ｃ  左壁面（内壁面）
２７  バランサピストン
２７ａ  凸状部（外周部）
２７ｂ  右当接部（当接部）
２７ｃ  左当接部（当接部）
２７ｄ  最大外径部
２７ｅ  円中心点
２８  ロッド
２８ａ  係合部（大径部）
【図１】
2010159802.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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