特許 7613390 バランサ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-01-06

(45)【発行日】2025-01-15

(54)【発明の名称】バランサ装置

(51)【国際特許分類】

   F16F 15/26 20060101AFI20250107BHJP

   F16F 15/136 20060101ALI20250107BHJP

【ＦＩ】

F16F15/26 F

F16F15/136 B

【請求項の数】 1

(21)【出願番号】P 2022011029

(22)【出願日】2022-01-27

(65)【公開番号】P2023109488

(43)【公開日】2023-08-08

【審査請求日】2024-03-20

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100103894

【弁理士】

【氏名又は名称】家入 健

(72)【発明者】

【氏名】小菅 浩

【審査官】後藤 健志

(56)【参考文献】

【文献】特開２００１－１９３７９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－３６４７３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２０４０５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１４３７４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０５０３８７２７（ＵＳ，Ａ）

【文献】中国実用新案第２０５８０６３２６（ＣＮ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｆ １５／２６

Ｆ１６Ｆ １５／１３６

Ｆ０２Ｂ ７７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内燃機関のバランサ装置であって、
延在方向に向かって突出して設けられた複数の爪を有するとともに、クランクシャフトに設けられたクランクギヤと噛合する被動ギヤと、
前記被動ギヤの内周に圧入固定されるフリクションリングと、
前記フリクションリングの内周に挿入されるバランスシャフトと、
前記バランスシャフトの先端部が圧入固定されているとともに、内部に複数のストッパゴムを有するダンパーカバーと、を備え、
前記フリクションリングは、
回転方向に対して非対称な形状であり、回転方向によって異なる摩擦力を発生させ、
前記複数の爪は、
前記複数のストッパゴムどうしの間に収められ、前記ストッパゴムの時計回り方向側の端部に対して前記爪の反時計回り側の端部が近接した状態で、前記爪と前記ダンパーカバーが所定の位相の状態で保持される、
バランサ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、内燃機関のバランサ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

車両に用いる動力源として、内燃機関が用いられている。特許文献１には、内燃機関として、クランクシャフトと、クランクシャフトに駆動連結されるクランクギヤと、第１のバランスシャフトと、第１のバランスシャフトに相対回動を許容する減衰機構を介して連結された第１の被動ギヤとを備えるバランサ装置が開示されている。

【0003】

ここで減衰機構は、第１の被動ギヤと第１のバランスシャフトに固定されたカウンタギヤと、が所定の回動位相範囲で相対回動するときに、その相対回動を減衰させる摩擦力を発生させるフリクションダンパと、第１の被動ギヤと第１のバランスシャフトが所定の回動位相範囲を越えて相対回動するときにのみ弾性変形し、その弾性力により相対回動を反付勢するストッパゴムを有している。

【0004】

このような構成とすることにより、振動成分として低周波成分と高周波成分が混在する回転力が入力される場合でも、これらの振動成分に起因する共振現象の発生を、減衰機構の損傷や機能低下を招くことなく好適に抑制することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２００１－１９３７９４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に開示されたバランサ装置では、第１の被動ギヤと第１のバランスシャフトの回動位相が定まらないという問題がある。これは、回動位相は、クランクギヤからの回転力と、フリクションダンパの摩擦力と、バランスシャフトの回転摺動抵抗の各要素によって決定されるためであり、特許文献１に開示されたバランサ装置では、回転位相を積極的に制御する構成を設けていないためである。そのため、内燃機関として利用されるエンジンにおいて、バランスシャフトの実バランス率が低下し、振動悪化を招く恐れがある。

【0007】

本発明は、エンジンの振動の抑制したバランサ装置を提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明にかかるバランサ装置は、内燃機関のバランサ装置であって、クランクシャフトに設けられたクランクギヤと噛合する被動ギヤと、前記被動ギヤの内周に圧入固定されるフリクションリングと、前記フリクションリングの内周に挿入されるバランスシャフトと、を備え、前記フリクションリングは、回転方向に対して非対称な形状であり、回転方向によって異なる摩擦力を発生させる。
これにより、被動ギヤと、バランスシャフトの位相のずれの発生を抑制できる。

【発明の効果】

【0009】

これにより、エンジンの振動を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】バランサ装置の構成例を示す斜視図である。

【図2】フリクションリングの正面図である。

【図3】フリクションリングの位相状態の他の一例を示す正面図である。

【図4】ストッパゴムと爪が第１の位相状態となった状態の正面図である。

【図5】ストッパゴムと爪が第２の位相状態となった状態の正面図である。

【図6】関連するフリクションリングを用いてエンジンの回転数を変化させた場合の位相の変化を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

実施の形態１
図１は、内燃機関のバランサ装置１の構成の一例を示した図である。図１に示すように、バランサ装置１は、第１のバランスシャフト１１と、環状であるダンパーカバー１２と、第１被動ギヤ１３と、フリクションリング１４と、ストッパゴム１５と、爪１６と、第１駆動ギヤ１７と、第２のバランスシャフト１８と、第２被動ギヤ１９と、バランスマス２０と、を備える。なお、内燃機関はエンジンであるものとして説明する。

【0012】

第１のバランスシャフト１１は、所定の方向に延在するように設けられたシャフトであり、先端部がダンパーカバー１２に圧入固定されている。

【0013】

以下では、第１のバランスシャフト１１の延在方向を、バランサ装置１の延在方向として説明する。さらに、第１のバランスシャフト１１の延在方向に対して垂直である方向を径方向とするとともに、第１のバランスシャフト１１の延在方向を軸方向とした軸周りの方向を、周方向、あるいは回転方向として説明する。また、後述する図２、図４、図５における正面方向からの視点とは、延在方向側からの視点であるものとする。

【0014】

カップ状であるダンパーカバー１２には、第１のバランスシャフト１１が圧入工程可能である孔が設けられている。さらにダンパーカバー１２のカップ状の内部には、複数のストッパゴム１５が設けられている。複数のストッパゴム１５どうしの間には、後述する第１被動ギヤ１３に設けられている爪１６が収まった状態となる。

【0015】

環形状である第１被動ギヤ１３は、外周の周方向に沿って複数の歯を有するギヤであり、クランクシャフトのクランクギア（図示せず）と噛合している。第１被動ギヤ１３の内周には、環状であるフリクションリング１４が圧入固定されている。

【0016】

さらに、第１被動ギヤ１３には、延在方向に向かって突出する複数の爪１６が設けられている。具体的には、複数の爪１６は、それぞれがダンパーカバー１２に設けられたストッパゴム１５に向けて突出している。

【0017】

ここで、第１のバランスシャフト１１は、第１被動ギヤ１３に対して可動であり、その可動範囲はダンパーカバー１２と、ストッパゴム１５により規制されている。ここで、ストッパゴム１５は、正面からの視点において、円環状に連続するとともに、互いに所定の間隔をあけた状態で設けられている。後述するように、複数の爪１６は、これらのストッパゴム１５の間に配される。

【0018】

図２は、フリクションリング１４の一例を正面方向から示す正面図である。図２に示すように、フリクションリング１４は、環状に形成された環状部１４ａと、環状部１４ａから内側に突出する複数の突起部１４ｂと、により形成されている。なお、この複数の突起部１４ｂは、環状部１４ａの周方向に連続して形成されているとともに、周方向に非対称な形状である。さらに図２に示すように、ここでは第１のバランスシャフト１１の回転方向は反時計周りである。

【0019】

さらに、フリクションリング１４の突起部１４ｂのうち、内側の頂点部分を頂点３１、頂点３１から時計回り方向に環状部１４ａまで設けられたテーパ部を第１のテーパ部３２、頂点３１から反時計回り方向に環状部１４ａまで設けられたテーパ部を第２のテーパ部３３とする。

【0020】

図２に示すように、フリクションリング１４における１つの突起部１４ｂのうち、第１のテーパ部３２は第２のテーパ部３３に比べて、周方向において短い形状である。また、フリクションリング１４の内周には、第１のバランスシャフト１１が挿入される。

【0021】

ここで図３は、第１被動ギヤ１３の内周において、フリクションリング１４を介して第１のバランスシャフト１１が挿入されているとともに、第１被動ギヤ１３が爪１６を介してダンパーカバー１２に接続された状態を示す断面図である。

【0022】

図１に戻り、第１駆動ギヤ１７は、第１のバランスシャフト１１に固定されている。ここで図１に示すように、ダンパーカバー１２と、第１被動ギヤ１３と、第１駆動ギヤ１７の延在方向における位置関係において、ダンパーカバー１２が先端側に設けられ、第１駆動ギヤ１７が後端側に設けられ、第１被動ギヤ１３は、ダンパーカバー１２と第１駆動ギヤ１７の間に配されているものとする。

【0023】

第２のバランスシャフト１８は、第１のバランスシャフト１１と平行に配されているシャフトである。すなわち、第２のバランスシャフト１８の延在方向と、第１のバランスシャフト１１の延在方向が平行である。第２のバランスシャフト１８には、第２被動ギヤ１９が固定されている。

【0024】

第２のバランスシャフト１８に固定された第２被動ギヤ１９は、第１のバランスシャフト１１に固定された第１駆動ギヤ１７と噛合っている。そのため、第１のバランスシャフト１１が回転すると、第１駆動ギヤ１７を介して第２被動ギヤ１９に力が伝わり、第２のバランスシャフト１８に回転力が与えられる。

【0025】

バランスマス２０は、第１のバランスシャフト１１と、第２のバランスシャフト１８のそれぞれに接続されており、エンジンの慣性力を釣り合わせる。

【0026】

次に、バランサ装置１の動作と、各部の効果について説明する。ここではまず、第１被動ギヤ１３と第１のバランスシャフト１１の位相の変化の発生と、位相の変化による影響について説明する。

【0027】

第１のバランスシャフト１１は、第１被動ギヤ１３に対し、回転方向に可動である。このとき、第１のバランスシャフト１１の可動範囲は、ダンパーカバー１２に設けられたストッパゴム１５と、爪１６と、により規制されている。

【0028】

図４は、第１被動ギヤ１３と第１のバランスシャフト１１が、回転方向において所定の位相となった状態を示している。ここで、第１被動ギヤ１３は、クランクギヤにより駆動されて、図４に示した矢印方向に回転する。

【0029】

このとき図４に示すように、第１被動ギヤ１３に設けられた爪１６と、第１のバランスシャフト１１に固定されているダンパーカバー１２の位相が所定の位相となった状態、すなわち、複数のストッパゴム１５の夫々の時計回り方向側の端部に対して、爪１６の反時計回り側の端部が近接した状態を、第１の位相状態とする。

【0030】

なお、バランスマス２０は、第１の位相状態において、釣り合いが最適となるように、第１のバランスシャフト１１及び第２のバランスシャフト１８と接続されている。

【0031】

一方、第１被動ギヤ１３がクランクシャフトから受ける駆動力は時々刻々と複雑に変化する。そのため、第１のバランスシャフト１１は、フリクションリング１４を介して第１被動ギヤ１３からトルクを受けるが、そのトルクは必ずしも回転方向の違いに対して等しくない。そのため、図４に示した第１の位相状態のまま安定することはなく、運転条件によっては、図５に示した位相状態となることや、図４と図５に示した位相状態の中間の状態となることがある。

【0032】

なお、図５に示した位相状態を第２の位相状態とする。具体的には、第２の位相状態とは、複数のストッパゴム１５の夫々の反時計回り方向側の端部に対して、爪１６の時計回り側の端部が近接した状態である。

【0033】

図６（ａ）、図６（ｂ）は、関連するフリクションリングを用いて、この第１被動ギヤ１３と第１のバランスシャフト１１の位相、すなわち、第１被動ギヤ１３に設けられた爪１６と、第１のバランスシャフト１１に固定されているダンパーカバー１２の位相の状態を実測した一例を示している。なお図６（ａ）では、時間とともにエンジンの回転数を変化させた状態を示し、図６（ｂ）ではその時間における位相の状態を示している。またここで利用されている関連するフリクションリングとは、フリクションリング１４と類似するフリクションリングであって、第１のテーパ部３２と、第２のテーパ部３３とが対称に形成されたものである。

【0034】

より具体的には、図６（ａ）、図６（ｂ）に示すように、エンジンの回転数が３０００ｒｐｍ付近とした場合に、図４に示した第１の位相状態から図５に示した第２の位相状態へと遷移する。そして、エンジンの回転数が１５００ｒｐｍ付近まで第２の位相状態を保つこととなる。

【0035】

このとき、バランスマス２０は図４に示した第１の位相状態を基準としているため、この第１被動ギヤ１３と第１のバランスシャフト１１の位相について、第１の位相状態から第２の位相状態に遷移することにより、実バランス率が低下し、エンジンの振動が増大するという現象が発生する。

【0036】

一方で、前述したようにバランサ装置１では、フリクションリング１４の第１のテーパ部３２が、第２のテーパ部３３に比べて、周方向において短い形状であって、非対称に形成されているものを利用することができる。

【0037】

すなわちフリクションリング１４は、突起部１４ｂが、第１のバランスシャフト１１の回転方向に対して非対称な形状をしていることから、第１のバランスシャフト１１から伝えられる摩擦による伝達トルクも非対称となる。したがって、フリクションリング１４では、内部に配されるシャフトの回転方向によって、異なる摩擦力を発生させることができる。

【0038】

これにより、第１被動ギヤ１３と第１のバランスシャフト１１の位相のずれが発生しにくくなる。すなわち、第１被動ギヤ１３と第１のバランスシャフト１１の位相は、図４に示した第１の位相状態が保たれやすくなり、第１の位相状態から、図５に示した第２の位相状態となる遷移の発生を抑制することができる。したがって、位相の変化の回数が減少することから、エンジンの振動の発生を抑制できる。

【0039】

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。すなわち上記の記載は、説明の明確化のため、適宜、省略及び簡略化がなされており、当業者であれば、実施形態の各要素を、本発明の範囲において容易に変更、追加、変換することが可能である。

【符号の説明】

【0040】

１ バランサ装置
１１ 第１のバランスシャフト
１２ ダンパーカバー
１３ 第１被動ギヤ
１４ フリクションリング
１４ａ 環状部
１４ｂ 突起部
１５ ストッパゴム
１６ 爪
１７ 第１駆動ギヤ
１８ 第２のバランスシャフト
１９ 第２被動ギヤ
２０ バランスマス
３１ 頂点
３２ 第１のテーパ部
３３ 第２のテーパ部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】