(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】軸方向に直交する方向に貫通孔１ａが形成されたシャフト部１と、貫通孔１ａ内に配置された連結ピン２と、連結ピン２の一端側に固定され、シャフト部１の外周面に臨むように配置された第一アンバランスウェイト３と、連結ピン２の他端側に固定され、シャフト部１に対し第一アンバランスウェイト３が望む外周面と対称位置の外周面に臨むように配置された、第一アンバランスウェイト３よりも軽量の第二アンバランスウェイト４と、第一アンバランスウェイト３をシャフト部１に近付けるように付勢する付勢部材５と、を備えたバランサシャフトを構成する。【選択図】図１
2016109225.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、
軸方向に直交する方向に貫通孔（１ａ）が形成されたシャフト部（１）と、
前記貫通孔（１ａ）内に配置された連結ピン（２）と、
前記連結ピン（２）の一端側に固定され、前記シャフト部（１）の外周面に臨むように配置された第一アンバランスウェイト（３）と、
前記連結ピン（２）の他端側に固定され、前記シャフト部（１）の軸心に対し、前記第一アンバランスウェイト（３）が望む外周面と対称位置の外周面に臨むように配置された、前記第一アンバランスウェイト（３）よりも軽量の第二アンバランスウェイト（４）と、
前記第一アンバランスウェイト（３）を前記シャフト部（１）に近付けるように付勢する付勢部材（５）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（５）の付勢力によって、前記第一アンバランスウェイト（３）が前記外周面に近接した状態となる一方で、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、前記第一アンバランスウェイト（３）及び前記第二アンバランスウェイト（４）に作用する遠心力が、前記付勢力に抗して、前記第一アンバランスウェイト（３）を径方向外向きに変位させて、この第一アンバランスウェイト（３）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】
前記第一アンバランスウェイト（３）は、１８０度以下の円弧を有する円筒状部材の一部をなし、その内径を、前記第一アンバランスウェイト（３）が臨む前記シャフト部（１）の外径と同一としたことを特徴とする請求項１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、軸方向に直交する方向に貫通孔が形成されたシャフト部と、前記貫通孔内に配置された連結ピンと、前記連結ピンの一端側に固定され、前記シャフト部の外周面に臨むように配置された第一アンバランスウェイトと、前記連結ピンの他端側に固定され、前記シャフト部に対し前記第一アンバランスウェイトが望む外周面と対称位置の外周面に臨むように配置された、前記第一アンバランスウェイトよりも軽量の第二アンバランスウェイトと、前記第一アンバランスウェイトを前記シャフト部に近付けるように付勢する付勢部材と、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、前記第一アンバランスウェイトが前記外周面に近接した状態となる一方で、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、前記第一アンバランスウェイト及び前記第二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、前記第一アンバランスウェイトを径方向外向きに変位させて、この第一アンバランスウェイト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、シャフト部の外周面に臨むように、第一アンバランスウェイト及び第二アンバランスウェイトをシャフト部に対して対向して設け、両ウェイトをこの外周面の径方向に変位させることによって、この変位量に対応してアンバランス量を自在に調節できる。すなわち、第一アンバランスウェイトの重量を第二アンバランスウェイトの重量よりも大きくし、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、重量の大きい第一アンバランスウェイトをシャフト部に近付けておく。このようにすると、両アンバランスウェイトの全重心がシャフト部の軸心付近に位置する。このため、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、第一アンバランスウェイトが遠心力により径方向外向きに変位する。このため、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、両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、両アンバランスウェイトの径方向外向きの位置を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。なお、クランクシャフトの回転数が低速回転から高速回転へと変化した際に上記のように両アンバランスウェイトが移動するためには、第一アンバランスウェイトに作用する遠心力が、第二アンバランスウェイトに作用する遠心力よりも常に大きくなるように、両アンバランスウェイトの形状、クランクシャフトの回転停止時における両アンバランスウェイトの配置等を適宜決める必要がある。
【００１１】
前記構成においては、前記第一アンバランスウェイトは、１８０度以下の円弧を有する円筒状部材の一部をなし、その内径を、前記第一アンバランスウェイトが臨む前記シャフト部の外径と同一とするのが好ましい。
【００１２】
第一アンバランスウェイトの一部が、シャフト部の中心線を越えて第二アンバランスウェイト側にせり出した形状となっている場合（円弧が１８０度を超える場合）、このせり出した部分に第二アンバランスウェイト側に向かう逆方向の遠心力が作用するため、第一アンバランスウェイトのスムーズな変位が妨げられる虞がある。これに対し、第一アンバランスウェイトを１８０度以下の円弧を有する円筒状部材の一部とすることにより、第一アンバランスウェイトの第二アンバランスウェイト側へのせり出しがないので、第一アンバランスウェイトに作用する遠心力が、この第一アンバランスウェイトをシャフト部から離間させるようにようにのみ作用し、この遠心力による第一アンバランスウェイトの変位をスムーズに行うことができる。
【発明の効果】
【００１３】
この発明においては、軸方向に直交する方向に貫通孔が形成されたシャフト部と、前記貫通孔内に配置された連結ピンと、前記連結ピンの一端側に固定され、前記シャフト部の外周面に臨むように配置された第一アンバランスウェイトと、前記連結ピンの他端側に固定され、前記シャフト部の軸心に対し、前記第一アンバランスウェイトが望む外周面と対称位置の外周面に臨むように配置された、前記第一アンバランスウェイトよりも軽量の第二アンバランスウェイトと、前記第一アンバランスウェイトを前記シャフト部に近付けるように付勢する付勢部材と、を備えたバランサシャフトを構成した。
【００１４】
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、第一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、両アンバランスウェイトの全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。
【００１５】
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、前記第一アンバランスウェイト及び前記第二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、前記第一アンバランスウェイトを径方向外向きに変位させて、この第一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】
【００１６】
【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図１中のＩＩ−ＩＩ線に沿う縦断面図
【図３】図１に示すバランサシャフトの側面図（高速回転時）
【図４】図３に示すバランサシャフトの図３中のＩＶ−ＩＶ線に沿う縦断面図
【図５】図１に示すバランサシャフトの斜視図
【図６】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】
【００１７】
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６に示すように、シャフト部１、連結ピン２、第一アンバランスウェイト３、第二アンバランスウェイト４、及び付勢部材５を主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及び図３はこの発明に係るバランサシャフトの側面図、図２及び図４は縦断面図、図５は斜視図、図６は分解斜視図である。
【００１８】
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には、軸方向に直交する方向に、二本の貫通孔１ａ、１ａが互いに平行に形成されている。この貫通孔１ａ、１ａ内の一端側には、それぞればね座１ｂ、１ｂが形成されている。このばね座１ｂは、シャフト部１の直径のちょうど中間地点（シャフト部１を周方向に二分割する面内）に位置している。
【００１９】
連結ピン２は、図２に示すように、シャフト部１に形成された二本の貫通孔１ａ、１ａ内にそれぞれ配置され、この連結ピン２の一端側には第一アンバランスウェイト３が、他端側には第二アンバランスウェイト４が、それぞれ固定されている。この連結ピン２は、円筒部材２ａと締結部材２ｂ（ボルト）から構成されており、締結部材２ｂが円筒部材２ａに挿通されている。この円筒部材２ａの長さによって、クランクシャフトが停止状態又は低速回転する際のシャフト部１の外周面からの第二アンバランスウェイト４の突出量が決まる。
【００２０】
第一アンバランスウェイト３は、その内径面がシャフト部１の外周面に臨むように配置されている。この第一アンバランスウェイト３は、円筒を軸方向に二分割した形状をなし、その円筒面は１８０度の円弧となっている。そして、この円筒面の内径は、この第一アンバランスウェイト３が臨むシャフト部１の外径と同一であって、シャフト部１の外径面と第一アンバランスウェイト３の内径面は面接触状態となっている。この第一アンバランスウェイト３の円筒部には、径方向に貫通する二個のボルト孔３ａ、３ａが形成されている。このボルト孔３ａの外径面側には締結部材２ｂの頭部を受ける段部３ｂが形成されている。
【００２１】
第二アンバランスウェイト４は、シャフト部１の軸心に対し、第一アンバランスウェイト３が臨む外周面と対称位置の外周面に臨むように配置されている。その形状は長方形の板状をなし、第一アンバランスウェイト３よりも軽量に構成されている。また、この第二アンバランスウェイト４には、シャフト部１に形成した貫通孔１ａの位置に対応してねじ孔４ａが形成されており、このねじ孔４ａに、第一アンバランスウェイト３側から挿し込まれた締結部材２ｂの先端がねじ込まれている。
【００２２】
付勢部材５はコイルばねであって、連結ピン２と同軸に設けられている。この付勢部材５の一端側は貫通孔１ａ内に形成されたばね座１ｂに当接する一方で、その他端側は貫通孔１ａから突出して、第二アンバランスウェイト４に当接している。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１及び図２に示すように、付勢部材５の付勢力によって、第二アンバランスウェイト４がシャフト部１の外周面から径方向外側に突出し、この第二アンバランスウェイト４と連結ピン２を介して一体とされた第一アンバランスウェイト３が、シャフト部１の外周面に近接して当接した状態となっている。
【００２３】
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３及び図４に示すように、第一アンバランスウェイト３と第二アンバランスウェイト４に作用する遠心力、具体的には両アンバランスウェイト３、４にそれぞれ作用する遠心力のシャフト部１の軸方向成分の合力によって、付勢部材５の付勢力に抗して、第一アンバランスウェイト３をシャフト部１の径方向外向きに変位させる。これとともに、この第一アンバランスウェイト３と連結ピン２を介して一体とされた第二アンバランスウェイト４をシャフト部１の径方向内向きに変位させる（各図中の白抜き矢印を参照）。
【００２４】
このように両アンバランスウェイト３、４を変位させることによって、バランサシャフトの重心をその軸心から径方向外側に偏心させることによって、アンバランス量を生じさせる。回転数が所定回転数を越えた際に、スムーズに両アンバランスウェイト３、４が変位できるように、両アンバランスウェイト３、４の重心は、シャフト部１の中心軸よりも、若干第一アンバランスウェイト３側に偏心させている。
【００２５】
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。
【００２６】
最大アンバランス量は、連結ピン２の長さを長くして、両アンバランスウェイト３、４の連結ピン２軸方向の可動範囲を大きくすることにより、自在に変化させることができる。この場合、両アンバランスウェイト３、４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、両アンバランスウェイト３、４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。
【００２７】
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、両アンバランスウェイト３、４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。両アンバランスウェイト３、４の変位は、付勢部材５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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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、第一アンバランスウェイト３及び第二アンバランスウェイト４の形状、連結ピン２の本数、位置、付勢部材５の種類等を適宜変更することができる。
【符号の説明】
【００３３】
１  シャフト部
１ａ  貫通孔
１ｂ  ばね座
２  連結ピン
２ａ  円筒部材
２ｂ  締結部材
３  第一アンバランスウェイト
３ａ  ボルト孔
３ｂ  段部
４  第二アンバランスウェイト
４ａ  ねじ孔
５  付勢部材
【図１】
2016109225.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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