JPS60104830A - 往復動機関におけるバランサ−装置 - 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】 （イ）産業上の利用分野 本件発明は、往復動機関におけるバランサー機構に関す
るものである。

一般にピストンの往復動をクランク軸にて回転運動に代
える往復動機関においては、ピストン、コネクティング
ロッド、クランク軸等の往復動部の移動により発生する
慣性力により大きな振動が発生ずるのである。

この慣性力に対して釣り合いをとるべく往復運動部の動
きと逆方向に動くバランサーをバランス軸上に設けて慣
性力と釣り合いをとるべく構成されていたのである。

本発明は、バランサーの駆動に楕円ギヤを用いることに
より、バランサーを固定したバランサー軸の角速度、角
加速度を故意にクランク軸の回転角に対し変化させ、従
来の円ギートにより駆動されていたバランサー装置では
とれなかった惰性力の高次成分の力に対しても釣り合い
を得て極度に振動の少ない往復動機関を得たものである
。

（ロ）従来技術 従来の往復動機関におけるバランサー機構としては、バ
ランサーの装着されたバランサー軸の駆動系統において
、クランク軸とバランサー軸の間に普通の円ギヤが用い
られていたのである。

故に、クランク軸の変動回転に合わせてバランサ＝も同
一回転をしていたのでピストン・クランク回転機構の慣
性力の一次慣性力のみしか釣り合わすことができず、残
った高次成分により振動が発生していたのである。

又、従来の類似技術としては、クランク軸とバランサー
軸の間のバランサー軸駆動系統内に楕円ギヤや偏心ギヤ
を用いて、ピストン・クランク回転機構における回転変
動を消去しようとする技術は公知であったのである。

しかし、この類似技術は、その目的がピストン・クラン
ク回転機構における回転変動の除去であり、その為の機
構としてバランサーを設けたバランサー軸の回転が一定
の角速度の回転となり、定速で回転するように楕円ギヤ
や偏心ギヤを用いていたのである。故に、楕円ギヤや偏
心ギヤの配置は、クランク軸の変速回転をバランサー軸
の定速回転に変えるように噛合させていたのである。

（ハ）発明の目的 これに対し本件発明の場合は、逆にバランサー軸の角速
度、角加速度を更にクランク軸の角速度に対して変化さ
せ、回転速度を増加させ、バランサーの慣性力にも高次
成分を持たせることによりピストン・クランク機構の慣
性力高次成分に対して釣り合わせたものである。

即ち、ピストン・クランク機構の慣性力が最も大きくな
る上死点において、角速度、角加速度が最も大となるよ
うに楕円ギヤの噛合配置を行うことにより、バランサー
軸の回転変動を大きくしてピストン・クランク機構の慣
性力の高次成分に釣り合うバランサーの慣性力の高次成
分を発生させたものである。

（ニ）発明の詳細な説明 本件発明の目的は、以上の如くであり、添付の図面に示
した実施例の構成に基づいて、本件発明の詳細な構成を
説明すると。

第１図は、この発明の一実施例を示す往復動機関の全体
の概略図。第２図は、その側面図。第３図は楕円ギヤ４
・５の噛合状態を示す図面。第４図、第５図、第６図、
第７図、第８図、第９図、第１０図、第１１図は楕円ギ
ヤのうちクランク軸側楕円ギヤ４が略４５°づつ回転し
た状態の連続図面。

第１２図はバランサー装置のない場合の慣性力ａ、従来
のバランサー装置を設けた場合の釣り合い後の残存慣性
力、本発明のバランサーにより釣り合った後の残存慣性
力のグラフ。第１３図は、ロソドレのクランク半径に対
する比率λと、楕円ギヤの離心率との関係におりる慣性
力の釣り合いを最適にする範囲を示したグラフ。第１４
図、第１５図は、楕円ギヤ自体の静バランスをとるため
にＨ径方向に空隙を設け、短径方向にウェイトを設けた
ものの平面図と側面断面図である。

第１図、第２図において、内燃機関等のシリンダー内を
ピストン１が往復動する。ピストン１はピストンピン１
４を介してコネクティングロッド２に連結される。コネ
クティングロッド２はクランクシャフト３に軸受を介し
て枢結されている。

クランクシャフト３の一端には、クランクシャフト３の
回転変動をなくし、慣性回転力を与えるフライホイール
１３が固設されている。又、クランクシャフト３の他端
には本件発明の要部である楕円ギヤ４が設けられている
。楕円ギヤー４はアイドルギヤ軸１５の楕円ギヤ５と當
時噛合している。アイドルギヤ軸１５は楕円ギヤ４・５
の組合せにより変動回転をし、アイドルギヤ６がバラン
サー軸１２上のバランサーギヤ７と噛合している。更に
バランサーギヤ７はもう一本のバランサー軸１１上のバ
ランサーギヤ８と直接噛合している。故に、バランサー
ギヤ、７と８は逆方向に回転するのである。

また、クランク軸とバランサー軸は簡し時間で一回転す
るのである。バランサーギヤＶ７にバランサー９が固設
され、バランサー軸４・８にバランサー１０が固設され
ている。このバランサ−９・１ｏはピストン１と丁度逆
の位置となるように配置されている。また、第１図に示
す如くクランク軸側楕円ギヤ４の回転中心を（０）、ア
イドルギヤ軸側の楕円ギヤ５の回転中心を（０”）、両
楕円ギート４・５の噛合点を（０”）とすると、ビス１
ヘン・クランク機構の慣性力が最も大きくなる上死点（
ＴＤＣ）において（０−０”）が最大で、（０′　−０
″）が最小となるに配置している。即ち、このピストン
のＴＤＣの位置の状態がバランサー軸の角速度、角加速
度が最大となるのである。

第３図は、楕円ギヤ４・５の拡大図であり、ピストン１
がＴＤＣにある状態を示している。

第４図は、この第３図の２枚の楕円ギヤ４・５の噛合状
態を垂直線上に配置した図面である。

第４図のＴＤＣの状態からクランク軸３が、約４５°回
転するとバランサー軸１１・１２につながるアイドルギ
ヤ軸１５は約９０°の回転を行うのである。

それから徐々にクランク軸３の約４５°の回転に対して
アイドルギヤ軸１５の回転角は小さくなり、第８図のピ
ストン１が下死点に至る近辺において、アイドルギヤ軸
の回転はクランク軸３の回転角約４５°に対し２２°程
度となる。又そこから徐々にクランク軸の回転に対して
、アイドルギヤ軸の回転が速くなってピストンの上死点
の状態第４図に戻る。第１１図から第４図の段階では又
、クランク軸の約４５゛　の回転に対してアイドルギヤ
軸は約９０゜の回転を行うのである。

第１２図にお−いては、バランサーのない場合のピスト
ン・クランク機構の慣性力がａで示されている。そして
、従来からの円形ギヤを用いたバランサー装置を用いて
慣性力ａと釣り合わせて残った慣性力すが示されている
。しかし、従来のバランサー装置においては、未だ慣性
力すが残るのである。

更に、本件発明の如く、楕円ギヤによりアイドルギヤ軸
を回転させるバランサー装置を用いて、慣性力を打ち消
すと、バランサーの角速度、角加速度の変化がより大き
く発生するので、慣性力高次成分が生じ、これがピスト
ン・クランク機構の慣性力の高次成分と釣り合うのであ
る。これにより、本件発明のバランサー装置を設りると
、第１２図のＣの残存慣性力となり、殆どピストン・ク
ランク機構の慣性力が消えてしまい、慣性力に基づく振
動がゼロに近くなるのである。即ち、バランサーなしの
場合に比較して約９６％の慣性力が低減され、又、従来
の円形ギヤ駆動のバランサー装置に比較して約８７％の
慣性力の低減が図れるのである。この慣性力の低減によ
り、結果的に振動低減の効果が発揮されるのである。

第１３図は、離心率εに対するロンド長・クランク半径
比λの最適範囲を示している。

離心率εは第３図において（ε−ｒ２／ｒｌ）で示され
る値である。一方、ロンド長・クランク半径比は（λ＝
ｅ１／ｘ２　）の値である。

本件発明においては、第１３図にζ示す如く、慣性力低
減に最適のεは、λの値によって決まる。

特に、λ−２〜４に対しζはεをＯから０．１８にする
ことにより最高の慣性力低減が期待できるのである。

第１４図、第１５図においては、バランサーの駆動系統
に楕円ギヤ４・５を用いることにより、新たに偏心質量
が回転することとなり、これにより発生ずる慣性力が新
たな振動の原因となることが考えられるので、楕円ギヤ
４・５は偏心はしていても、重心は偏心しないように静
バランスをとった楕円ギヤ４・５が示されている。特に
、長径方向の重量を軽減するために楕円ギヤの肉厚部に
空隙５ｂ・５ｃを設けている。又、この空隙５ｂ・５Ｃ
により楕円ギヤ５の強度が弱化しないよ・うに、スポー
ク５ｄを残している。又、短径方向においては長径方向
に空隙を設けるだけでは静バランスがとれないので、突
部５ａ・５ａを両面に設けて、重量を増加させている。

５ｅは軸の嵌入孔である。突部を徐々に楔状としたり、
段階状としてもよいものである。

又、突部の代わりにウェイトを装着してもよいものであ
る。

（ホ）発明の作用 以上の如く本件発明は構成されており、ピストンｌの上
死点、下死点間の往復動に伴って、クランク軸が回転す
るが、従来の場合にはバランサー軸及びバランサーは、
クランク申出の回重云に伴って同じ角速度、角加速度で
回転していたのである。

故に、ピストン・クランク機構の慣性力のうち、−次成
分・二次成分は釣り合いをとることができていたのであ
る。しかし、それ以外の高次成分についてはこのように
クランク軸とバランサー軸が同じ回転をしていてはとれ
なかったのである。本件発明においては、ピストン・ク
ランク機構の最も慣性力の大となる上死点近傍ではバラ
ンサー８・９が高角速度、高角加速度で回転するので、
バランサーにより高次成分の慣性力が発生ずるのである
。この゛バランサーの高次成分の慣性力とピストン・ク
ランク機構の高次成分の慣性力とを釣り合わせたのであ
る。そして、より小さい慣性力しか発生しない下死点近
傍では角速度、角加速度を小としたものである。

（へ）発明の効果 以上の如（本件発明は、ピストンの往復動を、クランク
軸の回転力に変換し、該クランク軸の回転によりバラン
サー軸を回転し、バランサー軸上のバランサーを回転さ
ゼ、ピストン・クランク（浅構の慣性力のバランスをと
る往復動機関においζ、バランサー軸の駆動を、楕円歯
車連を介して行い、該楕円両軍の回転中心を楕円の一方
の焦点におき、更に、３１１心率εをコネクティングロ
ッドのクランク半径に対する比λの２〜４に対して、０
〜０．１８の間の数値としたので、バランサー軸の駆動
に楕円ギヤ連を用いたので、バランサー軸の角速度、角
加速度を、クランク回転角に対して、変化させることが
でき、往復運動部で発生ずる慣性力に対して、高次成分
まで釣り合わせることができるのである。

又、この楕円ギヤ連の構成において、ロッド／クランク
半径比λに対して、離心率εをＯ−０，１８の範囲内に
設定することにより、最適の釣り合いを発生させること
ができるのである。この数値枠以外となると、楕円ギヤ
の回転が不規則となったり、ピストンの往復動が楕円ギ
ヤの動きに影響されてくるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示す往復りＪ機関の全体
の概略図。第２図は、その側面図。第３図は、楕円ギヤ
４・５の噛合状態を示す図面。第４図、第５図、第６図
、第７図、第８図、第９図、第１０図、第１Ｉ図は楕円
ギヤのうちクランク軸（１１１１楕円ギヤ４が略４５°
づつ回転した状態の連続図面。 第１２図はバランサー装置のない場合の慣性力ａ、従来
のバラン号−装置を設けた場合の釣り合い後の残存慣性
力ｂ、本発明のバランサーにより釣り合った後の残存慣
性力のグラフ。第１３図は、ロンド長のクランク半径比
率λに対する楕円ギヤの離心率εとの関係における最適
にする範囲を示す図面。第１４図、は、楕円ギヤ自体の
静バランスをとるために空隙及びウェイ）・を設けたも
のの平面図。 第１５図は、同じく第１４図のＰｌ、Ｐ２．１】３線断
面図である。 １・・・ピストン　２・・・コネクティングロッド３・
・・クランク軸　４・・・クランク軸側楕円ギヤ５・・
・バランサー側楕円ギヤ １１．１２・・・パラン号−軸　９．１０・・・バラン
サーＣ・・・離心率 λ・・・ロッド／クランク半径 出願人　ヤンマーディーゼル株式会社 代理人　弁理士　矢　野　寿　−部 手続補正書（自発） 昭和５８年１１月１５日 昭和５８年１１月１２日付提出の特　許　願（２）２、
発明の名称 往復動機関にＪ３りるハランザー装置 ３．１市正をする考 事イ１１との関係　出願人 住　所　大阪府大阪市北区茶屋町１番３２号名　称＜　
０７８）ヤンマーディーゼル株式会社代表者　山　岡　
淳　男 ４、代理人 る。Ｊ４こｒ＋ｌ目りいＲしより。 手続補正書（自発） １４１件の表示 昭狛ｊ　５８　年　特ｄ午傭Ｉ　願　第　２１．ＪＯ３
３号２）ｊシリＪの名称　仕仮動機関におり゛るバラン
サー１１’ａ置３　補正をする者 月１（４との関係　出１順人 １］二　所　大阪市北区茶屋ｌ”Ｊ’　ｌ　１ｕ　３２
じ氏　名（名称）（６７８）　ヤンマーティーゼル体式
’、暮上代衣名出岡ｉ’／１）ｊ ４、代理人〒５４２ ５、　補正命令の日付 ６　補正により増加する発明の数 ７、補正の対象 １、Ｉｌ］細紺 ８　補正の内容 別紙のとおり 別紙 ８　補止の内容 （１）　リＩ維曹第４頁第１行目より第２行目の「角加
ノ累度を更にクランク１１ａ＋ｉの角速度に対して変化
さぜ、回転速度を増力１きせ」を１角加速展金史ＶＣク
ランク軸の角位置ＴＩｃ対して変化させ、回転速度をＪ
・、ｆ減させ」と補正致します。 （２）　明細扁、ｒ＝↓５頁第８？Ｔ目の「離ノし率」
を１離・ｂ率（ε）」と補止致し丑丁。 （３）第７負第３行目の１周速度、角加速度が最大とな
るのである。」全「角速度が最大となるのである。輛円
の焦点の位置［楕円ギヤの軸合Ｉ妃１１菫している。」
と補止致し捷す。 （４）明細１Ｌ第７貞第１０行目のｌ−ＩＩ！ＩＩＩ　
Ｃ１句は約９０」を「軸曲は４５以上」と補止致します
。 （６）明細＠第７頁第１９行目「アイドルギヤ軸は約９
０」を「アイドルギヤ軸は４５以上」と補正致します。 （７）明細書第８頁第１１行目の［速＃（’）Ｋ化がよ
り大きく」を「速度の変化が」と補止致しｔ−１−０（
８）　明細書第９頁第１１行目「最冒の慣性力低減」を
１通常の一〇・ノ（ランサーより慣性力低減」と補正致
します。 （９）明細書第１０頁第１５行目の「超速ｊＫ、角加速
歴」を「角速度」と補正致し１″′３−８（１０）　明
細書記１０頁第１７行目の「−次成分。 二次成分」ヲ「−次成分」と補正致し一１丁。 （ｊ１ラ　明細曹渠１１頁第３行ｌ」のｒ；６；角速度
、高角速度」全１高角速度」と補正致し丑す。 リカ　明細舎弟１１頁第８行１」の「超速１莢０円加速
度」を「角速度」と補止致し′ま丁。 手続補正器（自発） 昭和５９年　２月　１見パ− 特許庁長官　若　杉　和　夫　殿 １、事件の表示 昭和５８年　特　許　願　第２１３０３３号２、発明の
名称 往復動機関におりるバランサー装置 ３、補正をする者 事件との関係　出願人 住　所　大阪市北区茶屋町一番三二号 名　称　−トンマーディーゼル株式会社代表有山間淳男 ４、代理人 住　所　大阪市南区南船場１丁目１１　Ｍｌ）号５、補
正の対象 明　細　書 ６、　？ＩＩｉ正の内容 別紙のとおり補正致しまず。 ６、７ＩＩｉ正の内容 （１）明細書第４頁第７行目の１−」二死点において」
を「上死点近傍において」と１ＩＩｉ正致しまず。 （２）　明細書第６頁第１９行目より第２０行目の１−
」−死点（ＴＤＣ）においζ」を「上死点（ＴＤＣ）近
傍において」と補正致しまず。 （３）　明８１１Ｉ書第７頁第２行目の［ピストンの（
′ｌ゛１）Ｃ）の位置」を「ピストンの（ＴＤＣ）の位
置近傍」と？ｌｌｉ正致しまず。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ピストンの往復動をクランク軸の回転力に変換し、該ク
   ランク軸の回転によりバランサー軸を回転し、バランサ
   ー軸上のバランサーを回転させ、ピストン・クランク機
   構の慣性力のバランスをとる往復動機関において、バラ
   ンサー軸の駆動を楕円歯車連を介して行い、該楕円歯車
   の回転中心を楕円の一方の焦点位置におき一更に、離心
   率εをコネクティングロッドのクランク半１’Ｌに対す
   る比λの２〜４に対してＯ〜０．１８の間の数値とした
   ことを特徴とする往復動機関におけるバランサー装置。 〉