(57)【要約】【課題】バランサシステムにおける騒音を低減するとともに、クランクのトルク変動に起因する動荷重に対して十分な強度を維持する。【解決手段】樹脂材料で構成された樹脂製支持部と、樹脂製支持部に埋め込まれたエラストマと、を含む、バランサシステムの同期歯車を用いる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂材料で構成された樹脂製支持部と、
前記樹脂製支持部に埋め込まれたエラストマと、を含む、バランサシステムの同期歯車。
【請求項２】
請求項１記載のバランサシステムの同期歯車であって、
前記エラストマは、円柱形状、円環形状、円弧形状、多角形状又は楕円形状である、バランサシステムの同期歯車。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のバランサシステムの同期歯車であって、
前記エラストマは、偏って配置されている、バランサシステムの同期歯車。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載のバランサシステムの同期歯車であって、
さらに、軸との嵌め合い部である円環を含み、
前記円環は、高強度材料で形成されている、バランサシステムの同期歯車。
【請求項５】
請求項４記載のバランサシステムの同期歯車であって、
前記高強度材料は、鋼である、バランサシステムの同期歯車。
【請求項６】
請求項４又は５に記載のバランサシステムの同期歯車であって、
前記エラストマは、前記樹脂製支持部のみと接触している、バランサシステムの同期歯車。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載のバランサシステムの同期歯車であって、
前記樹脂材料は、アラミド繊維強化樹脂である、バランサシステムの同期歯車。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載のバランサシステムの同期歯車であって、
さらに、前記樹脂材料で構成された歯部を含み、
前記歯部は、アラミド繊維強化樹脂で形成されている、バランサシステムの同期歯車。
【請求項９】
請求項８記載のバランサシステムの同期歯車であって、
前記樹脂製支持部及び前記歯部は、一体成形されたものである、バランサシステムの同期歯車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バランサシステムの同期歯車に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の自動車においては、ディーゼルエンジンの利用が増えていること、ピストンの大径化およびロングストローク化が進んでいることから、エンジンの振動が増大する傾向にある。このため、エンジンの振動を低減する技術が多く提案されている。それらの中で、アクティブに振動を低減するための機構として、２本の偏芯軸とこれらを回転駆動する同期歯車とで構成されるバランサシステムがある。
【０００３】
バランサシステムの同期歯車には、鋼製歯車が用いられることが多いが、騒音が大きいことや、軽量化が困難なことなどが課題となることがある。
【０００４】
特許文献１には、金属製のブッシュと、フェノール樹脂を含浸した補強材からなる歯部構成部材と、を備えたフェノール樹脂製歯車が開示されている。
【０００５】
特許文献２には、第１のギヤに向き合うよう取り付けられた第２のギヤにストッパゴムを有し、第１のギヤに設けられた凹部を有し、凹部は、潤滑油が溜まる部分であってストッパゴムに向き合うよう形成されたものである、ギヤ装置のダンパ構造が開示されている。
【０００６】
特許文献３には、歯部を含むギヤ外周部が、高弾性率かつ高強度の樹脂材からなる内芯部と、内芯部を覆う低弾性率の樹脂材からなる表層部で構成されている樹脂ギヤが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平０２−２４１７２９号公報
【特許文献２】特開２０１４−７４４６７号公報
【特許文献３】特開２００８−１５１２７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に記載されているフェノール樹脂製歯車は、歯車の回転方向においては、樹脂及び補強材が一様に分布した構成であり、歯車が受けるトルクが変動する場合に、トルクが大きくなる時に生じる歯車内部の応力や衝撃音に対応する構成ではなかった。
【０００９】
特許文献２に記載されている構成では、部品点数が多くコスト増が不可避であること、エラストマが劣化して破損した場合は歯車の回転が大きく乱れることなどが課題となる可能性がある。
【００１０】
特許文献３に記載されている構成では、エラストマが劣化して破損した場合には、歯車の回転が大きく乱れること、歯車の軸方向の拘束がなくなることなどが課題となる可能性がある。
【００１１】
バランサシステムでは、クランクと同期歯車が同期して回転するため、クランクの回転と同期して変動するトルクが最大となる瞬間にかみ合う同期歯車の歯は毎回同じとなる。このことから、同期歯車の回転位相と大きな振動が発生するタイミングが大きく関係している可能性が高い。
【００１２】
本発明の目的は、前述の点に鑑みてなされたものであり、バランサシステムにおける騒音を低減するとともに、クランクのトルク変動に起因する動荷重に対して十分な強度を維持することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明のバランサシステムの同期歯車は、樹脂材料で構成された樹脂製支持部と、樹脂製支持部に埋め込まれたエラストマと、を含む。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、バランサシステムにおける騒音を低減するとともに、クランクのトルク変動に起因する動荷重に対して十分な強度を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】バランサシステムの同期歯車の配置を示す概略図である。
【図２】バランサシステムの同期歯車におけるトルク変動と同期歯車のかみ合い位置との関係を示す図である。
【図３】実施例１の同期歯車を示す正面図である。
【図４】実施例２の同期歯車を示す正面図である。
【図５】実施例３の同期歯車を示す正面図である。
【図６】実施例４の同期歯車を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明は、自動車等のエンジンに付設されるバランサシステム（「バランサギヤシステム」ともいう。）の構成要素である同期歯車に関するものであり、特に、偏芯軸を回転駆動する同期歯車に関するものである。
【００１７】
最初に、エンジンのピストンに接続されたクランクシャフトに付設されたバランサシステムの同期歯車について説明する。
【００１８】
図１は、エンジンからバランサシステムの同期歯車までの主な構成要素を示したものである。
【００１９】
本図において、エンジン１は、４気筒の往復動式内燃機関のうちの１つを表している。エンジン１のシリンダ２には、ピストン１０が設置されている。ピストン１０のピストンピン１１には、コネクティングロッド１２の小端部１３が回動可能に結合されている。コネクティングロッド１２の大端部１４は、クランクシャフト２０のクランクピン２１に回動可能に結合されている。
【００２０】
クランクシャフト２０は、クランクピン２１とクランクアーム２２とクランクジャーナル２３とカウンタウェイト２４とを含む。クランクピン２１は、クランクアーム２２と結合されている。また、クランクアーム２２は、クランクジャーナル２３と結合されている。クランクジャーナル２３は、クランクベアリング４により回転可能に支持されている。クランクシャフト２０には、フライホイール３０が取り付けられている。フライホイール３０の外周部には、図示しない歯列が形成されている。この歯列には、図示しないスタータのギヤがかみ合うように配置されている。
【００２１】
クランクシャフト２０には、更に駆動歯車４０が取り付けられている。駆動歯車４０には、同期歯車５０ａがかみ合うように配置されている。さらに、同期歯車５０ａには、同期歯車５０ｂがかみ合うように配置されている。同期歯車５０ａ、５０ｂは、駆動歯車４０の半分の直径を有している。
【００２２】
シリンダ２の内部における燃料の爆発に伴い、ピストン１０は、一点鎖線で示すＹ軸方向に往復運動をする。４気筒の往復動式内燃機関の場合、駆動歯車４０が１回転する間に２回爆発が起こるため、同期歯車５０ａ、５０ｂは、駆動歯車４０が半回転する間に１回転する。同期歯車５０ａ、５０ｂが１回転する間に爆発が１回発生するため、爆発によって発生する大きなトルクを受ける同期歯車５０ａ、５０ｂの歯は、毎回同じである。
【００２３】
このようにバランサシステムの同期歯車が受けるトルクについて更に説明する。
【００２４】
図２は、バランサシステムの同期歯車におけるトルクの経時変化のグラフと、それに対応する２つの同期歯車のかみ合い位置と、を示したものである。
【００２５】
本図のグラフにおいて、横軸には、同期歯車が回転している状態における時間を、縦軸には、同期歯車が受けるトルクをとっている。
【００２６】
エンジンのシリンダ内の爆発によって発生するトルク（変動トルク）は、本図のグラフに示すように、パルス的である。トルクが最大となる時、２つの同期歯車１０１の同じ歯が接触する。このトルクは、同期歯車１０１の周方向に歯を押す力である。トルクが最小となる時、最大トルクを受ける歯は、最も離れた状態となる。
【００２７】
以下、実施例を用いて具体的な歯車の構成について説明する。
【実施例１】
【００２８】
図３は、本実施例のバランサシステムの同期歯車（バランサシステム用同期歯車）を示したものである。
【００２９】
本図において、同期歯車１０１は、軸との嵌め合い部となる鋼製円環１０２と、鋼製円環１０２と当接した樹脂歯車構造部１０５（樹脂製支持部）と、樹脂歯車構造部１０５と一体の樹脂歯１０６（「樹脂製歯部」又は「歯部」という。）と、樹脂歯車構造部１０５に設けられた貫通孔又は凹部に設置されたエラストマ１０７と、で構成されている。ここで、樹脂歯車構造部１０５及び樹脂歯１０６は、同一の樹脂材料を用いて樹脂成形（一体成形）により作製することができる。言い換えると、樹脂歯車構造部１０５及び樹脂歯１０６は、一体成形されたものである。なお、樹脂歯車構造部１０５及び樹脂歯１０６を構成する樹脂材料としては、アラミド繊維強化樹脂等が用いられる。エラストマ１０７としては、ニトリルゴム、シリコーンゴム等が挙げられるが、これに限定されるものではない。
【００３０】
樹脂歯車構造部１０５の一部には、エラストマ１０７が埋め込まれている。エラストマ１０７は、円柱形状であり、樹脂歯車構造部１０５を貫通している。エラストマ１０７は、周方向に等間隔に４か所に配置されている。言い換えると、エラストマ１０７は、９０度ごとに設けられている。
【００３１】
エラストマ１０７は、鋼製円環１０２に接触しないように配置されていることが望ましい。言い換えると、エラストマ１０７は、樹脂歯車構造部１０５のみと接触するように配置されている。鋼製円環１０２と樹脂歯車構造部１０５とが接触する面積は、広い方が歯車の強度の面から有利だからである。
【００３２】
なお、変形例としては、エラストマ１０７が樹脂歯車構造部１０５を貫通しない構成がある。すなわち、樹脂歯車構造部１０５に設けた凹部に、本図に示す形状のエラストマ１０７を埋め込んだ構成としてもよい。この場合、樹脂歯車構造部１０５の表裏に凹部を設け、両面にエラストマ１０７を埋め込んでもよい。そして、表裏で同期歯車１０１の厚さ方向の中心面について面対称の位置にエラストマ１０７を配置してもよいし、面対称でない位置に配置してもよい。また、エラストマ１０７は、樹脂歯車構造部１０５に埋め込まれた構成でなく、付設された構成としてもよい。
【００３３】
また、本図においては、エラストマ１０７の形状を円柱形状としたが、エラストマ１０７の形状は、これに限定されるものではなく、例えば、三角形状、四角形状その他の多角形状としてもよい。また、楕円形状、ドーナツ形状等であってもよい。
【００３４】
樹脂歯車構造部１０５の貫通孔又は凹部は、金型を用いて樹脂歯車構造部１０５を成形する際、金型に貫通孔又は凹部に対応する凸部等を設けることにより、自在に形成することができる。もちろん、成形後、ドリル等により加工することにより、貫通孔又は凹部を設けてもよい。
【００３５】
２つの同期歯車１０１をバランサギヤシステムに組み込んだ構成においては、エンジンを回転駆動し、同期歯車１０１を回転させると、図２に示すように、変動トルクが樹脂歯１０６に作用する。このとき、変動トルクに起因した振動は、樹脂歯１０６、樹脂歯車構造部１０５及び鋼製円環１０２を介して同期歯車の軸へと伝播し、騒音の原因となる。
【００３６】
本実施例のように樹脂歯車構造部１０５の一部にエラストマ１０７を設けた場合、エラストマ１０７の減衰係数が大きいため、同期歯車の軸への振動伝播を低減することができる。
【００３７】
本実施例においては、駆動歯車に接続される２つの同期歯車が、鋼と樹脂材料とで構成される場合について説明したが、一方の同期歯車は、全体が鋼製の歯車であってもよい。
【００３８】
また、本実施例においては、同期歯車１０１の一部を鋼製としたが、これに限定されるものではなく、本実施例において鋼製とした部分は、樹脂歯１０６を構成する樹脂材料よりも高強度を有する金属、樹脂材料、セラミックス等で形成してもよい。高強度の樹脂材料としては、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）、ガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ）等がある。なお、樹脂歯１０６を構成する樹脂材料よりも高強度を有する金属、樹脂材料、セラミックス等は、本明細書においては「高強度材料」と総称することにする。
【実施例２】
【００３９】
図４は、本実施例のバランサシステムの同期歯車を示したものである。
【００４０】
実施例１と異なる点についてのみ説明する。
【００４１】
本図においては、エラストマ１０７を一様でない間隔で配置している。言い換えると、エラストマ１０７は、偏って配置されている。エラストマ１０７は、間隔の狭い領域では４５度ごとに設けられている。このように間隔の狭い領域を、変動トルクを受ける歯部に近い領域に設けることにより、変動トルクによる衝撃や振動を吸収し、騒音を低減することができる。
【００４２】
なお、変形例として、エラストマ１０７の間隔を４５度よりも狭くしてもよい。例えば、間隔を３０度程度としてもよい。
【実施例３】
【００４３】
図５は、本実施例のバランサシステムの同期歯車を示したものである。
【００４４】
実施例１と異なる点についてのみ説明する。
【００４５】
本図においては、エラストマ１０７は、円環形状としている。エラストマ１０７は、溝部（溝状の凹部）に埋め込まれたものであってもよい。
【実施例４】
【００４６】
図６は、本実施例のバランサシステムの同期歯車を示したものである。
【００４７】
実施例３と異なる点についてのみ説明する。
【００４８】
本図においては、円弧形状のエラストマ１０７を等間隔で配置している。この場合も、実施例２と同様に、変動トルクを受ける歯部に近い領域に密に配置してもよい。
【符号の説明】
【００４９】
１：エンジン、２：シリンダ、１０：ピストン、１１：ピストンピン、１２：コネクティングロッド、１３：小端部、１４：大端部、２０：クランクシャフト、２１：クランクピン、２２：クランクアーム、２３：クランクジャーナル、２４：カウンタウェイト、３０：フライホイール、４０：駆動歯車、５０ａ、５０ｂ、１０１：同期歯車、１０２：鋼製円環、１０５：樹脂歯車構造部、１０６：樹脂歯、１０７：エラストマ。
【図１】
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【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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