(57)【要約】【課題】ロッドをガイドする溝に対して、その溝に係合する軸部材が傾斜することを抑制することができる内燃機関のバランス装置を提供する。【解決手段】ガイド溝１７に対して第１アウターレース１６が傾斜する場合に、ハウジング１０の端面に接触するように第１アウターレース１６に形成された第１フランジ部１８と、摺動溝２３に対して第２アウターレース３２が傾斜する場合に、バランス軸１９（２４）の一方の端面に接触するように第２アウターレース３２に形成された第２フランジ部３３との少なくともいずれか一方を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンの往復運動をクランク軸の回転運動に変換してトルクを出力する内燃機関に設けられ、前記内燃機関の振動を打ち消す加振力を発生して前記振動を抑制する内燃機関のバランス装置において、
前記クランク軸と平行に配置され、回転自在に支持されたバランス軸と、
重心の位置が前記バランス軸の回転中心から偏心しているとともに、前記バランス軸と一体となって回転する偏心ウェイトと、
前記バランス軸の一方の端面に、前記バランス軸の半径方向に向けて形成された摺動溝と、
一方の端部が前記クランク軸の回転中心から偏心した位置に相対回転可能に連結されたロッドと、
前記摺動溝に挿入されるとともに、前記ロッドの他方の端部に形成された軸部と、
前記クランク軸の回転中心と前記バランス軸の回転中心とを結ぶ直線方向に向けてガイド溝が形成されたハウジングと、
前記ロッドの長手方向における中央部分に形成され、かつ前記ガイド溝に挿入された支持軸と、
前記支持軸に嵌合するとともに、第１アウターレースが前記ガイド溝に摺動可能に挿入された第１軸受と、
前記軸部に嵌合するとともに、第２アウターレースが前記摺動溝に摺動可能に挿入された第２軸受と
を備え、
前記ガイド溝に対して前記第１アウターレースが傾斜する場合に、前記ハウジングの端面に接触するように前記第１アウターレースに形成された第１フランジ部と、前記摺動溝に対して前記第２アウターレースが傾斜する場合に、前記バランス軸の一方の端面に接触するように前記第２アウターレースに形成された第２フランジ部との少なくともいずれか一方を備えている
ことを特徴とする内燃機関のバランス装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ピストンの往復運動に起因する振動を打ち消すための加振力を発生する内燃機関のバランス装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ピストンの往復運動に起因する振動を抑制することを目的とした内燃機関のバランス装置が記載されている。この特許文献１に記載されたバランス装置では、それぞれ偏心バランスウエイトを備えた２本のバランス軸および中間軸が、レシプロ式の内燃機関のクランク軸と平行に配置されており、それら２本のバランス軸の間に設けられた歯車機構により、２本のバランス軸が互いに逆方向へ同じ回転数で回転する。また、クランク軸と中間軸との間に設けられた歯車機構により、クランク軸から中間軸へ回転数が２倍に増速されてトルクが伝達される。そして、この特許文献１に記載されたバランス装置は、２本のバランス軸のうちいずれか一方のバランス軸と中間軸との間に、偏心歯車や楕円歯車などを用いた不等速歯車機構が設けられており、バランス軸が中間軸と同じ回転数でかつ不等速で回転するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１６９０４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の特許文献１に記載されたバランス装置では、不等速歯車機構を用いてバランス軸を回転させることにより、ピストン・クランク機構から生じる振動の起振力とほぼ逆位相の加振力を発生することができ、それら起振力と加振力とをつり合わせることができる。すなわち、バランス装置で発生する加振力により、内燃機関の起振力を打ち消すことができる。そのため、特許文献１に記載されたバランス装置によれば、ピストンの往復運動に起因する内燃機関の振動を有効に抑制することができる。
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載されたバランス装置のように、バランス軸を駆動するための動力伝達に歯車を用いる場合は、クランク軸とバランス軸との間の距離が長いと、歯車の大径化や歯車機構の大型化を招いてしまう。その結果、内燃機関の小型・軽量化を妨げてしまう。また、動力伝達に歯車を用いることにより、歯車の歯打ち音や噛み合い音に起因する騒音が発生してしまう。そこで、本願出願人は、特願２０１６−０９９０６７において、機構学上のスライダ・クランク機構や両クランク機構（もしくは、二重クランク機構）などのリンク装置を応用し、バランス軸とクランク軸とを一本のロッド（連接棒）で連結することにより、クランク軸の回転に伴ってバランス軸を駆動するように構成したバランス装置を提案している。このバランス装置は、クランク軸とロッドとによりスライダ・クランク機構を構成している。すなわち、シリンダブロックには、バランス軸の回転軸線とクランク軸の回転軸線とを結ぶ直線に沿ったガイド溝が形成され、ロッドの長手方向における中央部分には、上記のガイド溝に係合する支持軸が形成されている。したがって、クランク軸が回転すると、ロッドの中央部分がガイド溝に沿って、バランス軸の回転軸線とクランク軸の回転軸線とを結ぶ直線上を往復動する。
【０００６】
一方で、上記のようなバランス装置は、クランク軸の回転によりロッドの中央部分が往復動し、そのロッドのバランス軸側の端部が回転運動することで、バランス軸にトルクを作用させるように構成されている。バランス軸には、偏心ウェイトが連結されているため、その慣性は比較的大きくなる。したがって、ロッドのバランス軸に連結された端部には、バランス軸と偏心ウェイトとの慣性に応じた比較的大きな反力が作用することとなる。つまり、ロッドには、曲げ荷重が作用する。また、上記ガイド溝と支持軸との間には、組み付け性を向上させるためや加工誤差を要因とした不可避的な隙間がある。したがって、ロッド作用する曲げ荷重によりロッドが曲げ変形すると、ロッドの中央部分に設けられた支持軸がガイド溝に対して傾斜し、支持軸とガイド溝とにかじりや焼き付きが発生する可能性がある。
【０００７】
また、クランク軸とロッドとの取付け部は相対回転するため、転がり軸受を設けることとなり、そのような場合には、転がり軸受のインナーレースとコロとのガタや、アウターレースとコロとのガタにより、ロッドのバランス軸に連結された側の端部が、設計上定められた位置よりもバランス軸側に接近し、またはバランス軸から離れるようにロッドが傾く可能性がある。そのような場合にも、ロッドの中央部分に設けられた支持軸がガイド溝に対して傾斜し、支持軸とガイド溝とにかじりや焼き付きが発生する可能性がある。
【０００８】
この発明は、上記のような技術的課題に着目して考え出されたものであり、ロッドをガイドする溝に対して、その溝に係合する軸部材が傾斜することを抑制することができる内燃機関のバランス装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、この発明は、ピストンの往復運動をクランク軸の回転運動に変換してトルクを出力する内燃機関に設けられ、前記内燃機関の振動を打ち消す加振力を発生して前記振動を抑制する内燃機関のバランス装置において、前記クランク軸と平行に配置され、回転自在に支持されたバランス軸と、重心の位置が前記バランス軸の回転中心から偏心しているとともに、前記バランス軸と一体となって回転する偏心ウェイトと、前記バランス軸の一方の端面に、前記バランス軸の半径方向に向けて形成された摺動溝と、一方の端部が前記クランク軸の回転中心から偏心した位置に相対回転可能に連結されたロッドと、前記摺動溝に挿入されるとともに、前記ロッドの他方の端部に形成された軸部と、前記クランク軸の回転中心と前記バランス軸の回転中心とを結ぶ直線方向に向けてガイド溝が形成されたハウジングと、前記ロッドの長手方向における中央部分に形成され、かつ前記ガイド溝に挿入された支持軸と、前記支持軸に嵌合するとともに、第１アウターレースが前記ガイド溝に摺動可能に挿入された第１軸受と、前記軸部に嵌合するとともに、第２アウターレースが前記摺動溝に摺動可能に挿入された第２軸受とを備え、前記ガイド溝に対して前記第１アウターレースが傾斜する場合に、前記ハウジングの端面に接触するように前記第１アウターレースに形成された第１フランジ部と、前記摺動溝に対して前記第２アウターレースが傾斜する場合に、前記バランス軸の一方の端面に接触するように前記第２アウターレースに形成された第２フランジ部との少なくともいずれか一方を備えていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明の内燃機関のバランス装置によれば、ロッドの一方の端部がクランク軸における回転中心に対して偏心している位置に連結され、ロッドの中央部分がガイド溝の長手方向に沿って摺動することができるように構成されている。すなわち、ロッドは、スライダ・クランク機構の軸部材を構成している。また、ロッドの他方の端部は、バランス軸に取り付けられており、ロッドの他方の端部の回転運動によりバランス軸を回転させるように構成されている。そして、ガイド溝に対して第１軸受の第１アウターレースが傾斜する場合に、ハウジングの端面に接触するように第１アウターレースに形成された第１フランジ部と、摺動溝に対して第２軸受の第２アウターレースが傾斜する場合に、バランス軸の一方の端面に接触するように第２アウターレースに形成された第２フランジ部との少なくともいずれか一方を備えている。したがって、第１アウターレースや第２アウターレースが傾斜するようにロッドが変形するような荷重や、ロッドが傾く方向の荷重が作用した場合には、第１フランジ部とハウジングとが接触し、または第２フランジ部とバランス軸とが接触するため、第１アウターレースや第２アウターレースが傾斜することを抑制することができる。その結果、第１軸受とガイド溝とにかじりが生じ、または焼き付きが生じることや、第２軸受と摺動溝とにかじりが生じ、または焼き付きが生じることを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施例におけるバランス装置の一例を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
この発明で対象とすることができるバランス装置の基本的な構成は、前掲の特願２０１６−０９９０６７で説明されているバランス装置と同様であり、その構成を簡単に説明すると、重心の位置がクランク軸の回転中心に対して偏心した位置となるように、クランク軸に一体化された第１偏心ウェイトと、一方の端部がクランク軸に連結されたロッド（連結軸）と、そのロッドの他方の端部の回転動作により回転させられるバランス軸と、重心の位置がバランス軸の回転中心に対して偏心した位置となるようにバランス軸に一体化された第２偏心ウェイトとを備えている。また、シリンダブロックには、クランク軸の回転中心とバランス軸の回転中心とを結ぶ直線に沿ったガイド溝が形成されており、ロッドの長手方向における中央部分に形成された支持軸（ピボット）が、そのガイド溝に挿入されるように構成されている。なお、バランス軸の端部には、半径方向に向けて摺動溝が形成されており、その摺動溝にロッドの他方の端部に形成された軸部が挿入されるように構成されている。
【００１３】
このように構成されたバランス装置は、前掲の特願２０１６−０９９０６７に記載されているように、バランス軸の回転速度が不等速となり、第２偏心ウェイトの角加速度に応じた加振力が、内燃機関の振動に応じた周期で発生するように構成されている。なお、バランス装置の制振性能についての詳細な説明は、前掲の特願２０１６−０９９０６７に記載されているため、ここでは、詳細な説明は省略する。
【００１４】
上述したように構成されたバランス装置は、クランク軸の回転に伴ってロッドの中央部分が長手方向に直線運動するとともに、上記バランス軸側の端部が回転運動する。一方、バランス軸には、第２偏心ウェイトが連結されているため、バランス軸と第２偏心ウェイトとの慣性が大きく、そのため、軸部には、バランス軸と第２偏心ウェイトとの慣性に応じた反力が作用する。すなわち、ロッドの一方の端部には、クランク軸の回転方向の荷重が作用し、ロッドの他方の端部には、その端部の回転運動に対抗した反力が作用する。
【００１５】
また、クランク軸とロッドと支持軸とガイド溝とによりスライド・クランク機構を構成しているため、クランク軸が回動すると、支持軸がガイド溝の側面に押圧され、その反力が支持軸に作用する。その反力は、支持軸を回動させる荷重と対抗している。そのため、ロッドには、クランク軸のトルクに応じたモーメントと、支持軸がガイド溝から受ける反力に応じたモーメントと、バランス軸から受ける反力に応じたモーメントとが作用する。つまり、ロッドには、曲げ荷重が作用する。
【００１６】
一方、支持軸はガイド溝に対して相対移動することができるように構成されているため、その支持軸には、第１軸受が嵌合し、第１軸受のアウターレースがガイド溝に挿入されている。第１軸受のアウターレースとガイド溝の内壁面とには、組み付け性を向上させるためなどの不可避的な隙間が空いている。したがって、ロッドに曲げ荷重が作用して、そのロッドが曲げ変形すると、ガイド溝に対して第１軸受が傾斜することを要因として、第１軸受とガイド溝との接触面積が低下するなどにより、第１軸受とガイド溝との接触部分にかじりや焼き付きが生じる可能性がある。
【００１７】
また、軸部は摺動溝に対して相対移動することができるように構成されているため、その軸部には、第２軸受が嵌合し、第２軸受のアウターレースが摺動溝に挿入されている。この第２軸受のアウターレースと摺動溝の内壁面とには、組み付け性を向上させるためなどの不可避的な隙間が空いている。したがって、ロッドに曲げ荷重が作用して、そのロッドが曲げ変形すると、摺動溝に対して第２軸受が傾斜することを要因として、第２軸受と摺動溝との接触面積が低下するなどにより、第２軸受と摺動溝との接触部分にかじりや焼き付きが生じる可能性がある。
【００１８】
さらに、ロッドの一方の端部が、クランク軸の取付け部と相対回転することができるように、その取付け部とロッドとの間には、転がり軸受が設けられている。転がり軸受は、インナーレースとコロとの間のガタ量や、コロとアウターレースとの間のガタ量が比較的大きい。そのため、ロッドの他方側の端部がバランス軸に接近する方向や、バランス軸から離隔する方向に、ロッドが傾く可能性があり、そのような場合には、ガイド溝に対して第１軸受が傾斜し、また摺動溝に対して第２軸受が傾斜する可能性がある。このように第１軸受がガイド溝に対して傾斜した場合には、ガイド溝の長手方向における端部と第１軸受とが接触する際の接触面積が低下することになり、その結果、第１軸受とガイド溝との接触部分にかじりや焼き付きが生じる可能性がある。また、第２軸受が摺動溝に対して上記のように傾斜した場合には、摺動溝の長手方向における端部と第２軸受とが接触する際の接触面積が低下することになり、その結果、第２軸受と摺動溝との接触部分にかじりや焼き付きが生じる可能性がある。
【００１９】
そのため、この発明の実施形態におけるバランス装置は、第１軸受がガイド溝に対して傾斜し、または第２軸受が摺動溝に対して傾斜することを抑制するように構成されている。そのバランス装置１の構成を説明するための断面図を、図１に模式的に示している。なお、図１では、説明の都合上、ガイド溝と第１軸受との係合部については、ガイド溝の長手方向に垂直な方向の断面形状を示し、摺動溝と第２軸受との係合部については、摺動溝の長手方向に垂直な方向の断面形状を示している。
【００２０】
図１に示す例では、クランク軸２の一方の端面のうちのクランク軸２の回転中心に対して偏心した位置から突出した突起部３が形成され、その突起部３には、有底円筒状に形成された偏心軸４が嵌合し、その偏心軸４の底部を貫通してボルト５により突起部３と偏心軸４とが一体化されている。その偏心軸４には、第３軸受６が嵌合している。この第３軸受６は、従来知られている転がり軸受と同様に構成することができる。その第３軸受６に、ロッド７の一方の端部に形成された環状部８が嵌合している。すなわち、ロッド７の一方の端部と偏心軸４とが相対回転可能に嵌合している。
【００２１】
ロッド７の長手方向における中央部分には、貫通孔９が形成されている。また、ロッド７の側面のうちのシリンダブロック１０に対向した一方の側面には、円柱状の支持軸１１が当接して設けられ、その支持軸１１から延出した雄ねじ部１２が、上記貫通孔９に挿入されて、ロッド７の側面のうちの他方の側面側でナット１３により固定されている。つまり、ロッド７と支持軸１１とが一体化されている。なお、シリンダブロック１０が、この発明の実施形態における「ハウジング」に相当する。
【００２２】
支持軸１１の外周面には、第１軸受１４を構成する円柱状の複数のコロ１５が、支持軸１１の円周方向に所定の間隔を空けて配置され、それらのコロ１５を介して環状に形成された第１アウターレース１６が設けられている。その第１アウターレース１６は、ガイド溝１７に摺動可能に挿入されている。すなわち、第１アウターレース１６の外径が、ガイド溝１７の幅よりも小さく形成されている。これは、摺動抵抗を低減するため、組み付け性を向上させるため、あるいは加工誤差を考慮するためである。また、第１アウターレース１６の端部は、ガイド溝１７から突出しており、その突出した部分に第１フランジ部１８が形成されている。この第１フランジ部１８は、ガイド溝１７に対して第１アウターレースが傾斜する荷重が作用した場合に、第１フランジ部１８のうちのシリンダブロック１０側を向いた側面とシリンダブロック１０とが接触するように構成されている。
【００２３】
したがって、上述したようにガイド溝１７に対して第１アウターレース１６が傾斜する荷重が作用した場合には、第１フランジ部１８がシリンダブロック１０に接触することにより、第１アウターレース１６の傾斜角を制限することができる。そのため、第１アウターレース１６とガイド溝１７とにかじりが生じ、または焼き付きが生じることを抑制することができる。
【００２４】
また、図１に示すバランス軸１９は、両端が軸受２０，２１を介してシリンダブロックに回転自在に保持されており、その一方の端部には、雌ねじ部２２が形成されている。その端部にＵ字状の摺動溝２３が形成された偏心軸２４が嵌合するとともに、ボルト２５によってバランス軸１９と偏心軸２４とが一体化されている。なお、バランス軸１９と偏心軸２４とは、組み付け性を考慮して、個別の部材で構成されているものの、一体に形成したものであってもよく、この発明の実施例における「バランス軸」は、図１におけるバランス軸１９と偏心軸２４とを含む概念である。
【００２５】
さらに、ロッド７のバランス軸１９側の端部には、貫通孔２６が形成されており、そのロッド７の端部のうちのバランス軸１９側を向いた一方の側面に円柱状の軸部２７が当接している。また、その軸部２７から延出した雄ねじ部２８が、上記貫通孔２７に挿入されて、ロッド７の側面のうちの他方の側面側でナット２９により固定されている。つまり、ロッド７と軸部２７とが一体化されている。
【００２６】
軸部２７の外周面には、第２軸受３０を構成する円柱状の複数のコロ３１が、軸部２７の円周方向に所定の間隔を空けて配置され、それらのコロ３１を介して環状に形成された第２アウターレース３２が設けられている。その第２アウターレース３２は、摺動溝２３に摺動可能に挿入されている。すなわち、第２アウターレース３２の外径が、摺動溝２３の幅よりも小さく形成されている。これは、摺動抵抗を低減するため、組み付け性を向上させるため、あるいは加工誤差を考慮するためである。また、第２アウターレース３２のうちのロッド７側の端部は、摺動溝２３から突出しており、その突出した部分に第２フランジ部３３が形成されている。この第２フランジ部３３は、第２アウターレース３２が摺動溝２３に対して傾斜した場合に、第２フランジ部３３のうちの偏心軸２４側を向いた側面と偏心軸２４とが接触するように構成されている。
【００２７】
したがって、上述したように第２アウターレース３２が摺動溝２３に対して傾斜する荷重が作用した場合には、第２フランジ部３３が偏心軸２４に接触することにより、第２アウターレース３２の傾斜角を制限することができる。そのため、第２アウターレース３２と摺動溝２３とにかじりが生じ、または焼き付きが生じることを抑制することができる。
【００２８】
なお、第１軸受１４は、シリンダブロック１０を貫通して設けられているが、シリンダブロック１０を貫通して第１軸受１４を設けられない場合には、第２軸受３０のようにロッド７側の端部に第１フランジ部１８を形成していてもよい。
【００２９】
一方、第１軸受１４はガイド溝１７の長手方向に摺動するように構成され、また第２軸受３０は摺動溝２３の長手方向に摺動するように構成されている。したがって、第１フランジ部１８がシリンダブロック１０に接触した状態でガイド溝１７に沿って摺動し、また第２フランジ部３３が偏心軸２４に接触した状態で摺動溝２３に沿って摺動すると、その接触面に作用する荷重に応じた抵抗力が発生する。その抵抗力は、第２偏心ウェイト３４が回転することにより生じる加振力に対抗するため、バランス装置１の制振性能が低下する可能性がある。
【００３０】
そのような抵抗力を低減するために、第１フランジ部１８とシリンダブロック１０との間に、表面の摩擦係数が低い環状の部材を挟み込み、または第１フランジ部１８とシリンダブロック１０との間にスラスト軸受を設けてもよい。同様に第２フランジ部３３と偏心軸２４との間に、表面の摩擦係数が低い環状の部材を挟み込み、または第２フランジ部３３と偏心軸２４との間にスラスト軸受を設けてもよい。
【００３１】
上述したように表面の摩擦係数が低い環状の部材や、スラスト軸受を設けることにより、各接触部で生じる摩擦抵抗力を低減することができ、その結果、バランス装置１の制振性能が低下することを抑制することができる。
【符号の説明】
【００３２】
１…バランス装置、  ２…クランク軸、  １９…バランス軸、  ３４…第２偏心ウェイト、  ２３…摺動溝、  ７…ロッド、  ２７…軸部、  １７…ガイド溝、  １０…シリンダブロック、  １１…支持軸、  ６，１８，３０…軸受、  １８，３３…フランジ部、  １６，３２…アウターレース。
【図１】
2018087631.tif 000003