(57)【要約】【課題】ロッドをガイドするガイド溝と支持軸との接触面に作用する応力を低減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】ロッド７の一方側の第１側面に対向する第１壁部９と、ロッド７の他方側の第２側面に対向する第２壁部１０と、クランク軸２の回転中心とバランス軸１２の回転中心とを結ぶ直線方向に向けて、第１壁部９に形成された第１ガイド溝１３と、クランク軸２の回転中心とバランス軸１２の回転中心とを結ぶ直線方向に向けて、第２壁部１０に形成された第２ガイド溝１４と、第１側面に一体化され、かつ先端が第１ガイド溝１３に挿入された第１支持軸１７と、第２側面に一体化され、かつ先端が第２ガイド溝１４に挿入された第２支持軸１８とを備えている。【選択図】図１
2018091239.tif 000002
【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、
前記ロッドの一方側の第１側面に対向する第１壁部と、
前記ロッドの他方側の第２側面に対向する第２壁部と、
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、前記第１側面と前記第１壁部とのいずれか一方に形成された第１ガイド溝と、
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、前記第２側面と前記第２壁部とのいずれか一方に形成された第２ガイド溝と、
前記第１側面と前記第１壁部との他方に一体化され、かつ先端が前記第１ガイド溝に挿入された第１支持軸と、
前記第２側面と前記第２壁部との他方に一体化され、かつ先端が前記第２ガイド溝に挿入された第２支持軸と
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。また、バランス軸の回転中心に対してロッドの端部は半径方向に移動するため、バランス軸の端面に摺動溝を形成し、ロッドの端部に、その摺動溝に係合する軸部が形成されている。さらに、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い。したがって、軸部の一方の端部にバランス軸を回転させる方向の荷重が作用し、軸部の他方の端部には、バランス軸の慣性に応じた反力が作用し、それらの荷重は回転方向で対向する。そのため、軸部が摺動溝に対して傾斜する方向に荷重を受けることになり、その荷重は、ロッドに捩れ荷重として作用する。上記の支持軸は、ロッドの回転方向の荷重を受けて、ロッドの端部の回転方向の軌跡を定めるように構成されているため、ロッドの回転方向の荷重に加えて、ロッドの捩れ荷重が作用すると、支持軸の耐久性が低下する可能性がある。
【０００７】
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ガイド溝と支持軸との接触面に作用する応力を低減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】
【０００８】
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、前記ロッドの一方側の第１側面に対向する第１壁部と、前記ロッドの他方側の第２側面に対向する第２壁部と、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、前記第１側面と前記第１壁部とのいずれか一方に形成された第１ガイド溝と、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、前記第２側面と前記第２壁部とのいずれか一方に形成された第２ガイド溝と、前記第１側面と前記第１壁部との他方に一体化され、かつ先端が前記第１ガイド溝に挿入された第１支持軸と、前記第２側面と前記第２壁部との他方に一体化され、かつ先端が前記第２ガイド溝に挿入された第２支持軸とを備えていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明の内燃機関のバランス装置によれば、ロッドの一方側の第１側面に対向する第１壁部と、ロッドの他方側の第２側面に対向する第２壁部と、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方向に向けて、第１側面と第１壁部とのいずれか一方に形成された第１ガイド溝と、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方向に向けて、第２側面と第２壁部とのいずれか一方に形成された第２ガイド溝と、第１側面と第１壁部との他方に一体化され、かつ先端が第１ガイド溝に挿入された第１支持軸と、第２側面と第２壁部との他方に一体化され、かつ先端が第２ガイド溝に挿入された第２支持軸とを備えている。したがって、ロッドに捩れ荷重が作用した場合には、第１支持軸と第１ガイド溝とが接触し、第２支持軸と第２ガイド溝とが接触して、ロッドの捩れ方向の荷重を受ける。すなわち、捩れ荷重を受ける面積は、第１支持軸と第１ガイド溝とのみが接触する場合と比較して、二倍になる。その結果、それぞれの支持軸に作用する応力、および各ガイド溝に作用する応力を、一つの支持軸を設けた構成、すなわち片持ちで捩れ荷重を受ける構成よりも小さくすることができる。そのため、各支持軸や各ガイド溝の耐久性が低下することを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【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。
【図２】固定部の構成を説明するための斜視図である。
【図３】ロッドの構成例を示す斜視図である。
【図４】各支持軸の形成されている位置をロッドの長手方向にずらして形成した例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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、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、シリンダブロックなどの固定部材に形成されており、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。
【００１２】
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、クランク軸とバランス軸とが同一の回転数が回転するとともに、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。
【００１３】
この発明の実施形態におけるバランス装置は、上記の支持軸とガイド溝とをそれぞれ二つ備えたものであって、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。
【００１４】
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、クランク軸受６が嵌合している。このクランク軸受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。そのクランク軸受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。
【００１５】
ロッド７の長手方向における中央部分の一方の側面に対向した第１壁部９と、ロッド７の他方の側面に対向した第２壁部１０とを有する固定部材１１が設けられている。この固定部材１１は、図２に示すように構成されており、第１壁部９が図示しないシリンダブロックにボルトなどにより固定されている。第１壁部９と第２壁部１０とには、クランク軸２の回転中心とバランス軸１２の回転中心とを結ぶ直線に沿った所定の長さを有するガイド溝１３，１４がそれぞれ形成されている。なお、以下の説明では、第１壁部９に形成されたガイド溝１３を、第１ガイド溝１３と記し、第２壁部１０に形成されたガイド溝１４を、第２ガイド溝１４と記す。そして、第１壁部９と第２壁部１０とは、ガイド溝１３，１４を挟んだ左右両側に設けられた支柱部１５，１６を介して一体化されている。
【００１６】
上記第１ガイド溝１３と第２ガイド溝１４とにそれぞれ挿入される支持軸１７，１８が、ロッド７の表裏両面に形成されている。そのロッド７の構成を説明するための斜視図を図３に示している。図１および図３に示すロッド７は、先端部が第１ガイド溝１３に挿入される第１支持軸１７が、ロッド７の一方の側面に当接して設けられている。この第１支持軸１７は、ロッド７側に延出した小径の第１係合部１９を備え、またロッド７の長手方向における中央部分には貫通孔２０が形成されており、その第１係合部１９がロッド７の厚み方向における中央部まで貫通孔２０に挿入され、第１支持軸１７とロッド７とが溶接などにより一体化されている。なお、貫通孔２０に雌ねじを形成し、かつその雌ねじに締め付けられる雄ねじを第１係合部１９に形成して、第１支持軸１７とロッド７とを一体化させるなど、第１支持軸１７とロッド７とを一体化させる手段は特に限定されず、また第１支持軸１７とロッド７とを一体成型したものであってもよい。
【００１７】
また、先端部が第２ガイド溝１４に挿入される第２支持軸１８が、ロッド７の他方の側面に当接して設けられている。この第２支持軸１８は、ロッド７側に延出した小径の第２係合部２１を備えており、その第２係合部２１がロッド７の厚み方向における中央部まで貫通孔２０に挿入され、第２支持軸１８とロッド７とが溶接などにより一体化されている。なお、貫通孔２０に雌ねじを形成し、かつその雌ねじに締め付けられる雄ねじを第２係合部２１に形成して、第２支持軸１８とロッドとを一体化させるなど、第２支持軸１８とロッド７とを一体化させる手段は特に限定されず、また第２支持軸１８とロッド７とを一体成型したものであってもよい。
【００１８】
上記各支持軸１７，１８は、ガイド溝１３，１４の内面に接触しながら回転するとともに、ガイド溝１３，１４に沿って直線運動する場合があり、その際の摺動抵抗を低減するために、各支持軸１７，１８には、転がり軸受（以下、支持軸受と記す）２２，２３が取り付けられている。すなわち、第１支持軸１７には、第１支持軸受２２が嵌合しており、その第１支持軸受２２が第１ガイド溝１３に挿入され、第２支持軸１８には、第２支持軸受２３が嵌合しており、その第２支持軸受２３が第２ガイド溝１４に挿入されている。具体的には、第１支持軸１７の外周側に、第１支持軸１７の円周方向に所定の間隔を空けて複数のコロ２４が設けられ、それらのコロ２４を介して環状に形成された第１アウターレース２５が設けられている。また、第２支持軸１８の外周側に、第２支持軸１８の円周方向に所定の間隔を空けて複数のコロ２６が設けられ、それらのコロ２６を介して環状に形成された第２アウターレース２７が設けられている。なお、第１アウターレース２５と、第１ガイド溝１３の内面とには、組み付け性を向上させるためや、加工誤差を考慮したことによる不可避的な隙間が空いており、第２アウターレース２７と、第２ガイド溝１４の内面とにも、同様の理由により不可避的な隙間が空いている。
【００１９】
また、図１に示すバランス軸１２は、両端が軸受２８，２９を介して図示しない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３０が形成されている。その端部にＵ字状の摺動溝３１が形成された偏心軸３２が嵌合するとともに、ボルト３３によってバランス軸１２と偏心軸３２とが一体化されている。なお、バランス軸１２と偏心軸３２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１２と偏心軸３２とを含む概念である。
【００２０】
さらに、ロッド７のバランス軸１２側の端部には、貫通孔３４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１２側を向いた一方の側面に円柱状の軸部３５が当接している。また、その軸部３５から延出した雄ねじ部３６が、上記貫通孔３４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３７により固定されている。つまり、ロッド７と軸部３５とが一体化されている。
【００２１】
軸部３５の外周面には、円柱状の複数のコロ３８が、軸部３５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３８を介して環状に形成された第３アウターレース３９が設けられている。その第３アウターレース３９は、摺動溝３１に摺動可能に挿入されている。すなわち、第３アウターレース３９の外径が、摺動溝３１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。
【００２２】
上述したように構成されたバランス装置１は、クランク軸２の回転に伴ってロッド７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１２側の端部が回転運動する。一方、バランス軸１２には、第２偏心ウェイト４０が連結されているため、バランス軸１２と第２偏心ウェイト４０との慣性が大きく、そのため、軸部３５には、バランス軸１２と第２偏心ウェイト４０との慣性に応じた反力が作用する。すなわち、軸部３５におけるバランス軸１２に連結された側の端部に作用する荷重と、先端部に作用する荷重とが回転方向で反対方向となる。つまり、軸部３５が、摺動溝３１に対して傾斜する方向の荷重が作用する。
【００２３】
その軸部３５に作用する荷重は、ロッド７の回転面に対して傾斜するため、ロッド７には、捩れ荷重として作用することとなる。その結果、第１支持軸１７は、ロッド７の回転方向における第１ガイド溝１３の一方側にガタが詰まるように、第１ガイド溝１３に対して傾斜し、第２支持軸１８は、ロッド７の回転方向における第２ガイド溝１４の他方側にガタが詰まるように、第２ガイド溝１４に対して傾斜する。
【００２４】
そして、第１アウターレース２５と第１ガイド溝１３とが接触し、第２アウターレース２７と第２ガイド溝１４とが接触して、ロッド７の捩れ方向の荷重を受ける。すなわち、捩れ荷重を受ける面積は、第１アウターレース２５と第１ガイド溝１３とのみが接触する場合と比較して、二倍になる。その結果、それぞれの支持軸１７，１８に作用する応力、および各ガイド溝１３，１４に作用する応力を、一つの支持軸１７（１８）を設けた構成、すなわち片持ちで捩れ荷重を受ける構成よりも小さくすることができる。そのため、各支持軸１７，１８や各ガイド溝１３，１４の耐久性が低下することを抑制することができる。
【００２５】
なお、この発明の実施形態におけるバランス装置１は、ロッド７の表裏両面に支持軸１７，１８が設けられ、それらの支持軸１７，１８が嵌合するガイド溝１３，１４が形成されたものであればよく、それぞれの支持軸１７，１８は、ロッド７の長さ方向で同一の位置に形成してなくてもよい。すなわち、図４に示すように第２支持軸１８を、第１支持軸１７よりもロッド７の長手方向におけるバランス軸１２側に形成し、その第２支持軸１８が嵌合する第２ガイド溝１４を、ロッド７の長手方向におけるバランス軸１２側に形成してもよい。
【００２６】
また、上述した例では、ロッド７に支持軸１７，１８を形成し、固定部材１１にガイド溝１３，１４を形成した例を示したが、ロッド７の両側面に長手方向に所定の長さを有するガイド溝を形成し、そのガイド溝に係合する支持軸を固定部材１１に形成してもよい。
【００２７】
さらに、上述した例では、それぞれの支持軸１７，１８に支持軸受２２，２３を備えた構成を示しているが、この発明の実施形態におけるバランス装置１は、ロッド７の捩れ荷重を二つの支持軸１７，１８で受けることができればよく、すなわち捩れ荷重が作用した場合に両持ち支持することができればよく、したがって、支持軸受２２，２３を備えてなくてもよい。その場合には、ガイド溝１３，１４の内面に自己潤滑性の樹脂材料を被覆するなどにより、支持軸１７，１８とガイド溝１３，１４との摺動抵抗を低減するように構成すればよい。したがって、この発明の実施形態における「第１支持軸」は、図１における第１支持軸１７および第１支持軸受２２を含む概念であり、「第２支持軸」は、図１における第２支持軸１８および第２支持軸受２２を含む概念である。
【符号の説明】
【００２８】
１…バランス装置、  ２…クランク軸、  ７…ロッド、  ９，１０…壁部、  １２…バランス軸、  １３，１４…ガイド溝、  １７，１８…支持軸、  ２２，２３…支持軸受、  ３１…摺動溝、  ３２…偏心軸、  ３５…軸部、  ４０…偏心ウェイト。
【図１】
2018091239.tif 000003
【図２】
2018091239.tif 000004
【図３】
2018091239.tif 000005
【図４】
2018091239.tif 000006