(57)【要約】【課題】エンジンに搭載する際のコンパクト性を確保しつつ、エンジンの振動抑制に十分なアンバランス量を発生させること。【解決手段】エンジンのクランクシャフトの回転と同期して回転し、前記エンジンの振動を抑制するバランサシャフトにおいて、軸周りに回転するシャフト部１と、シャフト部１の軸方向と垂直の方向に変位自在に、このシャフト部１の外周側に設けた分割ウェイト２ａ、２ｂを組み合わせて構成されるアンバランスウェイト２と、シャフト部１とアンバランスウェイト２との間に介在する付勢部材３と、を備えたことを特徴とするバランサシャフトを構成する。【選択図】図１
2016109227.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンのクランクシャフトの回転と同期して回転し、前記エンジンの振動を抑制するバランサシャフトにおいて、
軸周りに回転するシャフト部（１）と、
前記シャフト部（１）の軸方向と垂直の方向に変位自在に、このシャフト部（１）の外周側に設けたアンバランスウェイト（２）と、
前記シャフト部（１）と前記アンバランスウェイト（２）との間に介在する付勢部材（３）と、
を備え、前記クランクシャフトが回転停止又は所定回転数よりも小さい回転数で回転する際には、前記付勢部材（３）の付勢力によって、前記アンバランスウェイト（２）が付勢されて、その重心と前記シャフト部（１）の軸心が近付く一方で、前記クランクシャフトが前記所定回転数よりも大きい回転数で回転する際には、前記アンバランスウェイト（２）に作用する遠心力が前記付勢力に抗して、前記アンバランスウェイト（２）をその重心と前記シャフト部（１）の軸心が離れるように変位させて、その変位方向にアンバランス量を生じさせるようにしたことを特徴とするバランサシャフト。
【請求項２】
前記アンバランスウェイト（２）が、周方向に分割した複数の分割ウェイト（２ａ、２ｂ）を組み合わせることによって構成されていることを特徴とする請求項１に記載のバランサシャフト。
【請求項３】
前記シャフト部（１）の外周面に互いに平行な案内面（１ａ、１ａ）を形成するとともに、前記アンバランスウェイト（２）に受け面（２ｃ、２ｃ）を形成し、前記受け面（２ｃ）が前記案内面（１ａ）によって案内されることにより、前記アンバランスウェイト（２）が変位方向に変位するようにしたことを特徴とする請求項１又は２に記載のバランサシャフト。
【請求項４】
前記シャフト部（１）及び前記アンバランスウェイト（２）に、ばね座（１ｂ、２ｄ）をそれぞれ形成し、前記付勢部材（３）を両ばね座（１ｂ、２ｄ）の間に介在するように設けたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のバランサシャフト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、エンジンのクランクシャフトの回転と同期して回転し、エンジンの振動を抑制するバランサシャフトに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の４気筒エンジン等のエンジンにおいては、ピストン及びコンロッドの往復運動により発生する慣性力及びモーメントに起因して発生する振動（二次振動）を抑制するため、エンジンのクランクシャフトの回転と同期して回転するバランサシャフトを併設することがある。このバランサシャフトは、回転軸に対しウェイトを偏心して設けた構成となっており、具体的には、ピストン及びコンロッドが上死点側に変位したときは、バランサシャフトのウェイトの重心がピストン等の変位とは逆方向に変位して、ピストン等の往復運動により発生する振動を打ち消し合うように作用する。
【０００３】
ピストン等の往復運動により発生する振動は、エンジンの回転数が高いほど顕著になり、その回転数が低いときはそれほど問題にならない。これに対し、バランサシャフトは、エンジンの回転数が高いときの振動の軽減に主眼が置かれており、アンバランス量（ウェイトの重心の偏心量）が大きめに取られていることが多い。このため、回転数が低いときにはそのアンバランス量が過剰となってしまい、バランサシャフトを設けないときと比較して却って振動が大きくなり、燃費の低下等の問題を引き起こす虞がある。
【０００４】
そこで、例えば特許文献１においては、バランサシャフトの内部に、軸の径方向に移動自在にウェイトを設けた構成が開示されている。本文献の図４に示すように、クランクシャフトが停止又は低速回転状態にあるときは、ウェイトがバランサシャフトのほぼ中央部にあって、アンバランス量は小さい。このため、バランサシャフト自体が振動源となることはない。その一方で、本文献の図５に示すように、クランクシャフトが高速回転状態にあるときは、遠心力によって、ウェイトが付勢手段の付勢力に抗して一方向に変位し、アンバランス量が増大する。このように、クランクシャフトの回転数に対応して、アンバランス量を可変としたことにより、低速回転状態においてバランサシャフトに起因する振動を抑制しつつ、高速回転状態においてエンジンの振動をバランサシャフトで確実に打ち消すことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４４２１９５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に係るバランサシャフトは、ウェイトがバランサシャフトの内部に収納された状態となっているため、ウェイトはバランサシャフトの内径の範囲しか変位できない。このため、クランクシャフトの高速回転時において大きな振動が発生する場合、バランサシャフトを拡径してウェイトの変位可能な範囲を拡げる必要があり、エンジンのレイアウト上支障が生じる虞がある。
【０００７】
そこで、この発明は、エンジンに搭載する際のコンパクト性を確保しつつ、エンジンの振動抑制に十分なアンバランス量を発生させることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この課題を解決するために、この発明においては、エンジンのクランクシャフトの回転と同期して回転し、前記エンジンの振動を抑制するバランサシャフトにおいて、軸周りに回転するシャフト部と、前記シャフト部の軸方向と垂直の方向に変位自在に、このシャフト部の外周側に設けたアンバランスウェイトと、前記シャフト部と前記アンバランスウェイトとの間に介在する付勢部材と、を備え、前記クランクシャフトが回転停止又は所定回転数よりも小さい回転数で回転する際には、前記付勢部材の付勢力によって、前記アンバランスウェイトが付勢されて、その重心と前記シャフト部の軸心が近付く一方で、前記クランクシャフトが前記所定回転数よりも大きい回転数で回転する際には、前記アンバランスウェイトに作用する遠心力が前記付勢力に抗して、前記アンバランスウェイトをその重心と前記シャフトの軸心が離れるように変位させて、その変位方向にアンバランス量を生じさせるようにしたことを特徴とするバランサシャフトを構成した。
【０００９】
このように、アンバランスウェイトをシャフト部の軸方向と垂直の方向に変位自在とし、クランクシャフトが回転停止又は所定回転数よりも小さい回転数で回転する際には、付勢部材の付勢力によって、アンバランスウェイトの重心とシャフト部の軸心を近付けておく。これにより、バランサシャフトのアンバランス量を最小とすることができ、バランサシャフト自体が振動源となるのを防止することができる。その一方で、クランクシャフトが前記所定回転数よりも大きい回転数で回転する際には、アンバランスウェイトがその重心と前記シャフト部の軸心が離れるように変位する。これにより、バランサシャフトの重心が径方向外側に偏心して大きなアンバランス量が発生し、エンジンの振動の抑制を図ることができる。
【００１０】
また、アンバランスウェイトをシャフト部の外周面よりも外側に設け、このアンバランスウェイトをシャフト部の軸方向と垂直の方向に変位させることでアンバランス量を変化させる構成としたことにより、バランサシャフト（シャフト部）自体の外径を大きくする必要がなく、そのコンパクト性を確保することができる。
【００１１】
前記構成においては、前記アンバランスウェイトが、周方向に分割した複数の分割ウェイトを組み合わせることによって構成されるのが好ましい。
【００１２】
このように、アンバランスウェイトを分割ウェイトで構成すれば、シャフト軸の長さ方向の途中の位置に、アンバランスウェイトを容易に着脱することができ、高い作業性を確保することができる。
【００１３】
前記各構成においては、前記シャフト部の外周面に互いに平行な案内面を形成するとともに、前記アンバランスウェイトに受け面を形成し、前記受け面が前記案内面によって案内されることにより、前記アンバランスウェイトが変位方向に変位するように構成するのが好ましい。
【００１４】
このように、案内面と受け面を形成することにより、アンバランスウェイトをスムーズに案内することができ、クランクシャフトの回転数に対応して、確実に振動抑制を図ることができる。
【００１５】
前記各構成においては、前記シャフト部及び前記アンバランスウェイトに、ばね座をそれぞれ形成し、前記付勢部材を両ばね座の間に介在するように設けた構成とするのが好ましい。
【００１６】
このように、両ばね座に付勢部材を設けることにより、付勢部材の姿勢が安定して、クランクシャフトの回転数に対応して、アンバランスウェイトをスムーズに変位させることができる。
【発明の効果】
【００１７】
この発明においては、軸周りに回転するシャフト部と、前記シャフト部の軸方向と垂直の方向に変位自在に、このシャフト部の外周側に設けたアンバランスウェイトと、前記シャフト部と前記アンバランスウェイトとの間に介在する付勢部材と、を備えたバランサシャフトを構成した。
【００１８】
このように構成することにより、クランクシャフトが回転停止又は所定回転数よりも小さい回転数で回転する際には、前記付勢部材の付勢力によって、アンバランスウェイトがシャフト部の外周面に近接した状態となる。このため、アンバランスウェイトの重心がシャフト部の軸心付近に位置し、バランサシャフトのアンバランス量を最小とすることができ、バランサシャフト自体の振動を防止することができる。
【００１９】
その一方で、クランクシャフトが前記所定回転数よりも大きい回転数で回転する際には、前記アンバランスウェイトに作用する遠心力が、前記付勢力に抗して、前記アンバランスウェイトを径方向外向きに変位させて、このアンバランスウェイトの変位方向に、所望の大きさのアンバランス量を生じさせるようにした。このため、エンジンの振動をバランサシャフトによって確実に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】この発明に係るバランサシャフトの実施形態を示す一部を切り欠いた側面図（停止又は低速回転時）
【図２】図１に示すバランサシャフトの要部を示す一部を切り欠いた側面図（停止又は低速回転時）
【図３】図２に示すバランサシャフトの図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う縦断面図
【図４】図１に示すバランサシャフトの要部を示す一部を切り欠いた側面図（高速回転時）
【図５】図４に示すバランサシャフトの図４中のＶ−Ｖ線に沿う縦断面図
【図６】図１に示すバランサシャフトの斜視図
【図７】図１に示すバランサシャフトの分解斜視図
【発明を実施するための形態】
【００２１】
この発明に係るバランサシャフトの実施形態を図面を用いて説明する。このバランサシャフトは、エンジンのクランクシャフト（図示せず）の回転と同期して回転し、このエンジンの振動を抑制するためのものであり、図１から図７に示すように、シャフト部１、アンバランスウェイト２、及び付勢部材３を主要な構成要素としている。一般的には、エンジンの下部に、エンジンと一体に取り付けられる。図１はこの発明に係るバランサシャフトの一部を切り欠いた側面図、図２及び図４は側面図、図３及び図５は縦断面図、図６は斜視図、図７は分解斜視図である。
【００２２】
シャフト部１は、エンジンのクランクシャフトと、ギア（図示せず）を介して、このクランクシャフトの回転と同期して回転するように連結されている。シャフト部１とクランクシャフトとは、互いに平行に配置されている。シャフト部１の外周面には、互いに平行な二枚の案内面１ａ、１ａが、アンバランスウェイト２の変位方向に沿って形成されている。さらに、この案内面１ａから周方向に９０度回転した位置に、軸方向に並ぶ二個のばね座１ｂ、１ｂが形成され、このばね座１ｂの周方向反対側に、両案内面１ａ、１ａと垂直に平坦面１ｃが形成されている。
【００２３】
アンバランスウェイト２は、周方向に１８０度の位置において軸方向に沿う断面で二分割した、二個の分割ウェイト２ａ、２ｂを組み合わせることによって構成されている。各分割ウェイト２ａ、２ｂには、シャフト部１に形成した案内面１ａによってその変位方向に案内される受け面２ｃが形成されている。さらに、この受け面２ｃから周方向に９０度回転した位置に、軸方向に並ぶ二個のばね座２ｄ、２ｄが形成されている。また、ばね座２ｄとは周方向反対側に、軸方向に並ぶ二個のボルト孔２ｅ、２ｅが形成されている。この二個のボルト孔２ｅ、２ｅに、互いに逆方向からボルト４をねじ込んで、二つの分割ウェイト２ａ、２ｂを一体化している。
【００２４】
このように、アンバランスウェイト２を分割ウェイト２ａ、２ｂで構成する代わりに、アンバランスウェイト２を一部材とする一方で、シャフト部１の方を分割式とし、分割した分割シャフトの軸をアンバランスウェイト２の軸心に形成した貫通孔に挿し込む構成とすることもできる。また、分割ウェイト２ａ、２ｂの分割数の変更（例えば四分割）も許容される。
【００２５】
分割ウェイト２ａ、２ｂに形成した受け面２ｃの軸方向に垂直な方向の長さを変えることによって、シャフト部１に対するアンバランスウェイト２（分割ウェイト２ａ、２ｂ）の可動範囲を変えることができる。
【００２６】
付勢部材３は、コイルばねであって、シャフト部１に形成したばね座１ｂと、アンバランスウェイト２（分割ウェイト２ａ、２ｂ）に形成したばね座２ｄとの間に介在して設けられている。クランクシャフトが停止状態又は所定回転数よりも小さい回転数で低速回転する際には、図２及び図３に示すように、付勢部材３の付勢力によって、アンバランスウェイト２の付勢部材３を設けた側とは反対側の内周面が、シャフト部１に形成した平坦面１ｃに当接し、付勢部材３を設けた側の内周面が、シャフト部１と離間する。
【００２７】
このとき、アンバランスウェイト２の重心とシャフト部１の軸心が近付いた状態となっており、バランサシャフトのアンバランス量は小さい。このため、バランサシャフト自体の振動を防止することができる。なお、回転数が所定回転数を越えた際に、スムーズにアンバランスウェイト２が変位できるように、アンバランスウェイト２の重心は、シャフト部１の中心軸よりも付勢部材３を設けた側とは反対側に若干偏心させている。
【００２８】
その一方で、クランクシャフトが所定回転数よりも大きい回転数で高速回転する際には、図４及び図５に示すように、アンバランスウェイト２に作用する遠心力によって、付勢部材３の付勢力に抗して、アンバランスウェイト２が、付勢部材３を設けた側とは反対側に変位する（各図中の白抜き矢印参照）。このとき、アンバランスウェイト２の内周面が、シャフト部１に形成した平坦面１ｃと離間するとともに、シャフト部１と接近又は当接する。
【００２９】
このとき、アンバランスウェイト２の重心とシャフト部１の軸心が離れた状態となり、アンバランスウェイト２の変位方向にアンバランス量が生じる。このため、エンジンの振動をバランサシャフトによって確実に抑制することができる。
【００３０】
この所定回転数は、例えばエンジンの振動が問題となり始めるときのクランクシャフトの回転数とするのが好ましい。この所定回転数よりも低速回転領域で、バランサシャフトのアンバランス量を最小とし、バランサシャフト自体の振動を防止するとともに、高速回転領域で、バランサシャフトの機能を発揮させて、このバランサシャフトによるエンジンの振動を確実に抑制することができるためである。
【００３１】
最大アンバランス量は、分割ウェイト２ａ、２ｂに形成した受け面２ｃの軸方向と垂直な方向の長さを変えて、アンバランスウェイト２の可動範囲を大きくすることによって、自在に変化させることができる。この場合、アンバランスウェイト２がシャフト部１の外周側に設けられていることから、シャフト部１の外径を変更する必要はなく、アンバランスウェイト２の可動範囲のスペースさえ確保すればよい。このため、バランサシャフト全体としてのコンパクト性を確保することができる。
【００３２】
上記の遠心力は、式Ｆ＝ｍｒω２で表すことができる。ここで、ｍは質量、ｒは半径、ωは角速度である。遠心力Ｆは、この式から明らかなように、シャフト部１の回転数（角速度ω）の２乗に比例して増大する。このため、この回転数が増大に伴って、アンバランスウェイト２の変位が速やかに生じ、エンジンの振動抑制作用が発揮される。アンバランスウェイト２の変位は、付勢部材３のばね定数を変更することによって適宜調節することができる。
【００３３】
上述したように、クランクシャフトとシャフト部１は、同期して回転するように構成されており、４気筒エンジンの場合、クランクシャフトとシャフト部１の回転比は、１：２に設定され、クランクシャフトが１回転する間にシャフト部１は２回転するようになっている。その理由は次の通りである。すなわち、４気筒エンジンは、４本のピストンがコンロッドによって往復動されるが、この４本のピストンのうち、２本ずつ互いに１８０度位相がずれた状態で駆動される。つまり、２本のピストンが上死点にあるときは、残りの２本のピストンは下死点にある。そして、クランクシャフトが半回転すると各ピストンの上死点と下死点の位置がそれぞれ入れ替わる。
【００３４】
このピストンの往復動においては、上死点にピストンが到達したときに特に大きな振動が発生することが分かっている。４気筒エンジンでは、クランクシャフトが１回転する間に、ピストンが上死点に到達するタイミングが２回あるため、クランクシャフトが１回転する間にシャフト部１を２回転させ、ピストンが上死点に到達するタイミングで、バランサシャフトの重心をそれと反対側に移動させて同期をとることによって、ピストンが上死点に到達した際の振動を抑制している。
【００３５】
このバランサシャフトによる振動抑制作用は、４気筒エンジンやＶ８エンジンでその効果が顕著に現れるが、他のエンジンに対して採用することもできる。その際、各ピストンの往復動の位相ずれに対応して、クランクシャフトとシャフト部１の回転比は適宜変更される。
【００３６】
上記各実施形態に係るバランサシャフトはあくまでも一例であって、エンジンに搭載する際のコンパクト性を確保しつつ、エンジンの振動抑制に十分なアンバランス量を発生させる、という本願発明の課題を解決し得る限りにおいて、シャフト部１の形状、アンバランスウェイト２を分割ウェイト２ａ、２ｂで構成する場合の分割数や形状、付勢部材３の種類や個数等を適宜変更することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１  シャフト部
１ａ  案内面
１ｂ  ばね座
１ｃ  平坦面
２  アンバランスウェイト
２ａ、２ｂ  分割ウェイト
２ｃ  受け面
２ｄ  ばね座
２ｅ  ボルト孔
３  付勢部材
４  ボルト
【図１】
2016109227.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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