JPH04347032A - ギヤ駆動式バランサのバックラッシュ調整方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、４気筒エンジンにおけ
るギヤ駆動式バランサのバックラッシュ調整方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】４気筒エンジンでは、１番、４番気筒で
ピストンが上死点位置にあるときには２番、３番気筒の
ピストンは下死点の位置にあるが、ピストン、コンロッ
ド等の往復慣性質量による慣性力の不釣り合いによって
、上方に向かうアンバランス力が残り、また２番、３番
気筒のピストンが上死点位置にあるときにも同様の上方
に向かうアンバランス力が残るので、クランクシャフト
１回転につき２回の上下方向振動が生じる。

【０００３】この４気筒特有のピストン、コンロッド等
の往復慣性質量による慣性力のアンバランスによる振動
をとるために、ピストン、コンロッド等の往復慣性質量
による慣性力のアンバランスとつり合うアンバランスマ
スをもつバランスシャフトを設け、クランクシャフト１
回転につき２回転まわすようにしたバランサが設けられ
ることがある。ただし、バランスシャフトを１本だけ設
けると、ピストン、コンロッド等の往復慣性質量による
慣性力の不釣り合いによって発生する２次慣性力からな
る上下方向振動はなくなるものの、バランスシャフト自
体のアンバランスマスにより左右方向振動が生じるので
、これを解消するため、バランスシャフトを２本設け、
左右に並べて逆回転させ、左右方向アンバランスを相殺
させるようにする。

【０００４】クランクシャフトの下方に２本のバランス
シャフトを配設してクランクシャフトに連動させてバラ
ンスシャフトを回転させる場合、回転伝達方式として、
従来、チェン駆動式、ベルト駆動式、ギヤ駆動式がある
。たとえば、特開昭５８−１６０６４７号公報はギヤ駆
動式を示している。ギヤ駆動式は、チェン駆動式、ベル
ト駆動式に比べて、機械損失が少ないこと、既存のバラ
ンサなしエンジンのシリンダブロック構造に大々的変動
を加えることなく比較的容易にバランサを加設できるこ
と、等の利点がある反面、次の問題点があるので、それ
に対して対策がたてられなければならない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】すなわち、ギヤ駆動式
バランサは、ガラガラという比較的大きな騒音（以下、
ガラ音という）を発生する。このガラ音の大きさは、ク
ランクギヤとバランサギヤとの間の軸芯間距離が大きく
なり、実質的なギヤ間バックラッシュが大きくなる場合
が、とくに大きい。このガラ音を小にするために、バッ
クラッシュを小にし過ぎると、クランクギヤとバランサ
ギヤ間のバックラッシュがゼロになり、ギヤ破損を生じ
てしまう。

【０００６】ギヤ破損を生じさせることなくガラ音を最
小にするように、クランクギヤとバランサギヤの軸芯間
距離の調整を１台１台のエンジンに施すことは、作業量
、作業時間が莫大になりエンジン組立ラインに導入する
ことは不適切であると考えられていたこと、およびたと
え調整できても、バランスシャフトがアンバランスマス
をもつためバランスシャフト軸芯がメタルクリアランス
の範囲内で円運動し、クランクギヤとバランサギヤの軸
芯間距離が変動するので、ガラ音抑制を効果的に行うこ
とはできないと考えられていたこと、等により、従来は
、バックラッシュがゼロにならないように製作誤差等を
見込んでギヤ間距離を大き目に設定して、クランクギヤ
とバランサギヤ間距離の調整を行わないで、バランサの
エンジンシリンダブロックへの取付けを行っていた。 したがって、騒音対策が犠牲にされていた。

【０００７】本発明の目的は、ギヤ駆動式バランサにお
いて、ガラ音を小にするための、クランクギヤとバラン
サギヤ間のバックラッシュ調整方法を提供することにあ
る。ただし、該ギヤ間バックラッシュ調整方法はバック
ラッシュがゼロとなることによるギヤ破損を生じさせず
に、かつ１台１台のエンジンについて比較的短時間に実
行できる方法でなければならない。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的は、本発明によ
れば、クランクシャフトに取付けたクランクギヤとバラ
ンスシャフトに取付けたバランサギヤとの噛合によりク
ランクシャフト１回転につきバランスシャフトが２回転
されるギヤ駆動式バランサのバックラッシュ調整方法が
、次の工程を備えることによって達成される。すなわち
、クランクシャフト１回転につき、クランクシャフト最
減速点２点と、バランスシャフトのアンバランスマスが
クランクギヤに最も近づくマス最近点２点と、の計４点
にてバックラッシュを計測する工程、および前記４点の
うち最小のバックラッシュ値を示した点のバックラッシ
ュを目標値にするように、クランクギヤとバランサギヤ
の軸芯間距離調整用シムを決定する工程。

【０００９】

【作用】ガラ音の発生を解析したところ、ガラ音はクラ
ンクシャフト１回転につき２回発生し、クランクシャフ
ト最減速点（減速から加速に変わる点）で生じることが
わかった。このことから、バランサ騒音上バックラッシ
ュを管理する時点は、クランクシャフト１回転につき２
回あらわれるクランクシャフト最減速点であることがわ
かった。また、ギヤ間バックラッシュが零以下になると
ギヤ破損につながる可能性があり、バランスシャフトの
アンバランスマスがクランクシャフトに最も近づく点で
バックラッシュが最小になるため、ギヤ信頼性上この点
も管理する必要がある。本発明では、バックラッシュ計
測点をガラ音発生点およびギヤ信頼性上危険点とし、そ
れらを直接管理することにより、ギヤ騒音、ギヤ破損を
効果的に防止している。

【００１０】また、通常なら、加工精度上の４計測点の
ばらつき幅（たとえば、６６ミクロン）を考慮すると、
４点間のばらつき（６６ミクロン）と各点の調整ばらつ
き（たとえば、±２４ミクロン）の合計に対して目標値
を設定しなければならないので、（たとえば、（２×２
４＋６６＋αミクロン）／２、約６０ミクロン）、目標
値はギヤ破損を考慮すると小さな値に設定できない。こ
のため加工精度上、ギヤのバックラッシュのばらつきが
小さいものでも、予めばらつき大のものを考慮している
ため、バックラッシュは小さくできない不具合がある。 本発明ではバックラッシュ最小値に対して目標値を定め
るので目標値を小さく設定できる（たとえば、３０ミク
ロン）。このため、製品のバックラッシュ設定が小さく
できる。たとえば、４点のばらつきが２０ミクロンの場
合、目標値６０ミクロンの場合は５０−７０ミクロンに
設定されても問題なしとされるのに対し、本発明では３
０−５０ミクロンに設定される。このように、本発明で
はバックラッシュが小さく設定されることにより、バラ
ンサのガラ音が最小に抑制される。

【００１１】また、４計測点のうち最小バックラッシュ
値を示した点のバックラッシュを目標値（たとえば、３
０ミクロン）に調整するため、バックラッシュ調整誤差
のばらつき（たとえば、±２４ミクロン）があっても、
バックラッシュがゼロ以下の状態の発生を防止でき（た
とえば、３０ミクロン−２４ミクロン＝６ミクロンで、
まだ６ミクロンの余裕がある）、ギヤ破損は生じない。

【００１２】

【実施例】図１−図５は本発明の望ましい実施例を示し
ている。図３、図４に示すように、４気筒のエンジンに
おいて、シリンダブロック２にはシム４を介して第１の
バランスシャフトハウジング６と第２のバランスシャフ
トハウジング８が固定されている。シリンダブロック２
にはクランクシャフト１０が回転自在に支持され、第１
のバランスシャフトハウジング６、第２のバランスシャ
フトハウジング８の間には２本のバランスシャフト１２
、１４が回転自在に支持されている。

【００１３】２本のバランスシャフト１２、１４はクラ
ンクシャフト１０の下方に、左右対称に配設される。ク
ランクシャフト１０はエンジン長手方向に延び、２本の
バランスシャフト１２、１４もエンジン長手方向に延び
る。２本のバランスシャフト１２、１４はクランクシャ
フト１０の長手方向中央近傍に配設される。２本のバラ
ンスシャフト１２、１４はそれぞれアンバランスマス１
６、１８をもち、これらアンバランスマス１６、１８の
合計がピストン、コンロッド等の往復慣性質量による慣
性力のアンバランスと、エンジン上下方向につり合う。

【００１４】２本のバランスシャフト１２、１４のうち
一方のバランスシャフト１２はクランクシャフト１０か
らギヤ駆動され、他方のバランスシャフト１４は前記一
方のバランスシャフト１２からギヤ駆動される。２本の
バランスシャフト１２、１４は互いに反対方向に回転さ
れ、これによってアンバランスマス１６、１８を左右方
向につり合わせる。

【００１５】クランクシャフト１０にはクランクギヤ２
０が連結され、バランスシャフト１２にはバランサギヤ
２２が連結され、バランスシャフト１４にはバランサギ
ヤ２４が連結されている。そして、クランクギヤ２０と
バランサギヤ２２が噛合され、バランサギヤ２２とバラ
ンサギヤ２４が噛合される。クランクギヤ２０とバラン
サギヤ２２の噛合部位は、バランサギヤ２２とバランサ
ギヤ２４の噛合部位から、エンジン長手方向にオフセッ
トされている。バランサギヤ２２、２４の回転がエンジ
ンオイルパン２６内のオイルをかきまぜないように、バ
ランサギヤ２２、２４はバランスシャフトハウジング６
、８内に納められている。

【００１６】バランサギヤ２２の軸芯とクランクギヤ２
０の軸芯との間の距離、したがってギヤ間バックラッシ
ュは、シム４の厚さに応じて変化する。このシム厚さの
選定は、バランサの騒音を小さくするように設定される
。ただし、小さく設定し過ぎてギヤの加工精度及びバッ
クラッシュ調整のバラツキにより、バックラッシュがゼ
ロの状態が生じないようにする。このようなバックラッ
シュの調整を可能にするために、バランサギヤの騒音の
発生メカニズムを調べてみた。

【００１７】図２はエンジンアイドル時の、バランサに
よるガラ音を解析した結果を示している。図２に示すよ
うに、ガラ音はクランクシャフト１０の１回転につき２
回発生し、クランクシャフト１０が１番気筒のピストン
上死点位置から３０°、２１０°回転した位置で発生す
る。クランク回転変動でみれば、３０°、２１０°の位
置はクランク最減速点であり、減速から加速に移る点に
対応する。すなわち、減速時にクランクギヤ２０の歯が
バランサギヤ２２の歯の回転方向前側面に当っていたと
ころ、加速時に変わってクランクギヤ２０の歯がバラン
サギヤ２２の歯の回転方向後側面に当たるようになるが
、ギヤ間にバックラッシュの隙間があるので、当たりが
衝突となり、音を発生するものと考えられる。クランク
シャフト１０の３０°、２１０°位置では、バランスシ
ャフト１２のアンバランスマス１６は図２に示すように
クランクシャフト１０から遠い側にあり、したがってバ
ランスシャフト１２の軸芯は正規の位置に対しクランク
シャフト１０からほぼメタルクリアランス分遠い位置に
あり、ギヤ間バックラッシュが大きい。このため、衝突
音が大きくなる。上記のガラ音解析から、ガラ音発生点
である、クランクシャフト最減速点の２点（３０°、２
１０°）は、騒音低減上、バックラッシュを管理する上
において、望ましい基準点になると考えられる。

【００１８】バックラッシュの調整においては、バック
ラッシュが零以下にならないよう、ギヤ破損防止上から
も、管理される必要がある。バランスシャフト１２はア
ンバランスマス１６をもつため、バランスシャフト１２
の軸芯は軸受のメタルクリアランス分だけ円運動を行う
。それにより、アンバランスマス１６の回転位置によっ
てギヤ間バックラッシュが変動する。そして、バランス
シャフト１２のアンバランスマス１６がクランクシャフ
ト１０に最も近い位置にきた時（ピストン上死点後クラ
ンク角で１００°および２８０°）が、バックラッシュ
の最も小さい時であり、これはクランクシャフト１０の
１回転につき、２回あらわれる。この点もバックラッシ
ュを管理する上において、望ましい基準点になる。

【００１９】ギヤ騒音抑制上バックラッシュ量は可能な
限り小さくした方がよい。しかし、ギヤ信頼性上バック
ラッシュはゼロ以下にはできない。この２つの条件を考
慮して、図１に示す４つの基準点でバックラッシュを測
定し、ついで上記４点のバックラッシュ値の最小値を示
した点のバックラッシュを目標値に調整するようにする
。

【００２０】図５は、このバックラッシュ調整方法に従
う工程の一例をフローチャートで示している。この調整
方法は２つのステージを有する。第１のステージはター
ゲットシムの決定ステージであり、第２のステージはバ
ックラッシュ量が公差内にあるか否かの確認ステージで
ある。本発明の必須の条件は、第１のステージのステッ
プ１０４、１１０にある。

【００２１】図５をさらに詳細に説明する。まず、ステ
ップ１０２で、マスタシムを介してバランサアッセンブ
リ（バランスシャフト、バランサギヤ、バランスシャフ
トハウジングを含む）をシリンダブロックに組付ける。 マスタシムは、測定バックラッシュが零以下にならない
ように、実際にエンジンに組付けられるシム４よりは厚
さを大に設定されている。

【００２２】ついで、ステップ１０４で、マスタシムを
介して組付けたバランサアッセンブリに対し、クランク
ギヤ２０とバランサギヤ２２間のバックラッシュ量を、
図１に示す４点にて測定する。すなわち、クランク角３
０°、２１０°のクランクシャフト最減速点２点と、ク
ランク角１００°、２８０°のアンバランスマスのクラ
ンクシャフトへの最近点２点と、の計４点にてバックラ
ッシュ量を測定する。

【００２３】バックラッシュの測定の仕方は、クランク
ギヤ２０とバランサギヤ２２の何れか一方の回転を拘束
し、他方がバックラッシュの範囲内で、ギヤピッチ円相
当径で周方向にいくら動くかを測定することにより行な
う。測定はギヤの回転をレバーで拡大し、ダイヤルゲー
ジでレバー先端の動き量を測定することにより行う。

【００２４】ついでステップ１０６にて、求められた上
記４測定点におけるバックラッシュ値のばらつき幅（バ
ックラッシュ値の最大値−最小値）が予め定められたば
らつき許容値（たとえば６６ミクロン）以内かどうかを
判定する。許容値以内であればステップ１１０に進み、
許容値を越えればステップ１０８にてそのバランサを不
良品としてバランサ組替えのために他のバランサを選び
再びステップ１０２に戻る。

【００２５】ステップ１１０では、上記４計測点のうち
バックラッシュ値の最小値を示した点のバックラッシュ
値の最小値を示した点のバックラッシュを目標値にする
ターゲットシムを決定する。たとえば、マスタシムを用
いて計測した４点のバックラッシュ値が１２５ミクロン
、１３０ミクロン、１４５ミクロン、１５０ミクロンで
あったとし、かつ目標値が３０ミクロンであったとする
と、最小値１２５ミクロンを示した点のバックラッシュ
値を３０ミクロンにするには、ターゲットシム４に、マ
スタシムよりバックラッシュ値を９５ミクロン（＝１２
５−３０ミクロン）だけ小さくする厚さの薄いシムを選
定すればよい。かくして、ターゲットシムが決定される
。ついで、ステップ１１２にて、マスタシムをターゲッ
トシムに入れ替える。これによって、最小のバックラッ
シュを目標値にすることができる。

【００２６】ついで、第２ステージのステップ１１４に
進み、シリンダブロック２とバランサハウジング６、８
の間にターゲットシム４が介装されている場合の、クラ
ンクギヤ２０とバランサギヤ２２間のバックラッシュを
、前記４測定点にて再度測定する。そして、ステップ１
１６にて、バックラッシュ値の最小を示した点（ターゲ
ット点）の調整されたバックラッシュ値が目標値（前記
の例では３０ミクロン）±一定値（たとえば、２４ミク
ロン）の範囲内にあるかどうかを確認し、この範囲内に
なければターゲットシムの選定に問題があるからステッ
プ１１８に進んでターゲットシムを他のシムに差し換え
て再びステップ１１４に戻る。

【００２７】ステップ１２０では、上記４計測点のうち
ターゲット点以外の点のバックラッシュが許容値内か否
かを確認する。たとえば、クランクシャフト最減速点に
対しては５〜１０５ミクロンの範囲内にあるか否か、ま
たマス最近点に対しては１５〜１３５ミクロンの範囲内
にあるか否かを確認する。そして、この範囲内にあれば
、バックラッシュ調整完とみなしてステップ１２２に進
み、そのバランサのバックラッシュ調整を終了し、範囲
内になければステップ１１８に進んでターゲットシムを
他のシムに差し換えて再びステップ１１４に戻る。

【００２８】上記バックラッシュ調整において、第１ス
テージのステップ１０４、１０６、１０８のバックラッ
シュ調整、ターゲットシムの決定に要する時間は約４５
秒であり、第２ステージのステップ１１４、１１６、１
２０の確認に要する時間は約４５秒であるので短時間で
済み、バランサの組付け、バックラッシュ調整をエンジ
ン組付ラインに入れることができる。

【００２９】

【発明の効果】上記のバックラッシュ調整方法による効
果は次の通りである。第１に、通常なら（たとえば平均
値を用いた場合、）加工精度上のばらつきを考慮すると
目標値は小さく設定はできないが、最小値を用いるため
目標値を小さく設定でき、さらに、バックラッシュのば
らつきが小さいものは、よりバックラッシュを小さくす
ることができることから、製品のバックラッシュ設定が
より小さくなり、ガラ音を効果的に抑制できる。第２に
、ガラ音発生点（クランク最減速点の２点）およびギヤ
信頼性上の危険点（マス最近点の２点）を直接管理する
ことにより、ガラ音の抑制、ギヤ破損の防止を効果的に
行うことができる。

【００３０】第３に４計測点の最小値を示す点のバック
ラッシュを目標値に調整するため、ギヤの加工精度不良
時の４点のバックラッシュのばらつきによるバックラッ
シュがゼロ以下となる状態の発生を防止できる。第４に
、計測点が４点と少なく、マスタシムからターゲットシ
ムへの取り替えが通常１度で済むので、バックラッシュ
調整を比較的短時間で行うことができ、エンジン組付け
ラインへの組み込みができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のギヤ駆動式バランサのバックラッシュ
調整方法の計測点を示すクランクギヤとバランサギヤの
正面図である。

【図２】ガラ音の解析状況を示すクランク回転変動とバ
ランスシャフトのアンバランスマスの回転位置とガラ音
の発生タイミングの関係図である。

【図３】本発明の一実施例に係るギヤ駆動式バランサの
正面図である。

【図４】図３の装置の側面図である。

【図５】バックラッシュ調整のための作業順を示すフロ
ーチャートである。

【符号の説明】

２　　シリンダブロック ４　　シム ６　　（第１の）バランスシャフトハウジング８　　（
第２の）バランスシャフトハウジング１０　　クランク
シャフト １２　　バランスシャフト １４　　バランスシャフト １６　　アンバランスマス １８　　アンバランスマス ２０　　クランクギヤ ２２　　バランサギヤ ２４　　バランサギヤ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　クランクシャフトに取付けたクランク
   ギヤとバランスシャフトに取付けたバランサギヤとの噛
   合によりクランクシャフト１回転につきバランスシャフ
   トが２回転されるギヤ駆動式バランサのバックラッシュ
   調整方法であって、クランクシャフト１回転につき、ク
   ランクシャフト最減速点２点と、バランスシャフトのア
   ンバランスマスがクランクギヤに最も近づくマス最近点
   ２点と、の計４点にてバックラッシュを計測し、前記４
   点のうち最小のバックラッシュ値を示した点のバックラ
   ッシュを目標値にするように、クランクギヤとバランサ
   ギヤの軸芯間距離調整用シムを決定する、ことを特徴と
   するギヤ駆動式バランサのバックラッシュ調整方法。