JPS60109638A - 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するのである。

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偏心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
来の円ギヤにより駆動されていたバランサー装置ではと
れなかった慣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ーも同
一回転をしていたのでピストン・クランり回転機構の慣
性力の一次及び二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
うに偏心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図は偏心ギヤ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図は偏心ギ
ヤのうちクランク軸側偏心ギヤ４が略４５°づつ回転し
た状態の連続図面。

第１２図、第１３図、第１４図、第１５図、第１６図、
第１７図、第１８図、第１９図はクランク軸側偏心ギヤ
４のバックラッシュを大きくして、軸が偏心していても
全周同一形状の超バンクラッシュの歯車により噛み合い
を可能にした実施例の図面で、略４５°づつ回転した状
態の図面。第２０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Ｃのそれぞれを示すグラフ。第２１図は
、偏心率εと歯車のくい込み率の関係を示す図面であり
、斜線の範囲においては、超バックラッシュ歯車が使用
可能の範囲を示している。第２２図は、ロンド長・クラ
ンク半径比λに対する偏心ギヤの偏心率εの最適範囲を
示すグラフである。

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、コネクティングロッド長１１、クランク半
径ｊ２２としている。

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偏心ギヤ４が設けられている
。偏心ギヤ４はアイドルギヤ軸１５の偏心ギヤ５と常時
噛合している。アイドルギヤ軸１５は偏心ギヤ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同じ時間で一回転す
るのである。バランサーギヤ７にバランサー９が固設さ
れ、バランサーギヤ８にバランサー１０が固設されてい
る。このバランサー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
くクランク軸側偏心ギヤ４の回転中心を（０）、アイド
ルギヤ軸側の偏心ギヤ５の回転中心を（０’）、両偏心
ギヤ４・５の噛合点を（０″）とすると、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（ＴＤＣ）
において（Ｏ−０″）が最大で、（０゛−〇”）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、偏心ギヤ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。

クランク軸３の１回転でバランサーも１回転させること
が必要であるので、偏心ギヤ４と５も同じ歯数の同一歯
車を使えばよいのであるが、ギヤの軸心が正規の中心（
０３）よりｒｌだけずれているので、第４図から第１１
図に示す如（上死点、下死点の位置で偏心ギヤ４・５の
ピッチ円４ａ・５ａが接するように配置すると、それぞ
れの回転途中においてピッチ円が他のピッチ円にくい込
む状態が発生するのである。この最大くい込み径が第６
図においてｒ３で示されている。

第２１図において示す如く、この（い込み径ｒ３と第３
図のピッチ円ｒ２との比（ｒ２／ｒ３）の値をくい込み
率として示すと、くい込み率がＯ−０，１１の間であれ
ば、第３図に示す如く偏心ギヤのバンクラッシュを大き
くすることでくい込み量を吸収させることができるので
ある。

第３図の実施例では、クランク軸側偏心ギヤ４のみを超
バックラッシュ歯車としたが、バランサー側偏心ギヤ５
も超バンクラッシュ歯車として、ハックラッシュの拡大
幅を鼠偏心ギヤで半分づつ受け持ってもよいものである
。

第３図においては、５゛はバランサー側偏心ギヤ５と同
じものを比較の為に示した図面、ｒ２はピッチ円径、ｒ
ｌは偏心量である。

第４図より第１９図までは、第３図の２枚の偏心ギヤ４
・５の噛合状態を垂直線上に配置してクランク軸側偏心
ギヤ４を４５°づつ段階的に回転した状態を示している
。第４図より第１１図までにおいては、偏心ギヤ４・５
をピッチ円４ａ・５ａで図示してくい込み量ｒ３が発生
することをしめしている。

第４図、第１２図は、この第３、図の２枚の偏心ギヤ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、第
１６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の回転角的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、第１２図に戻る。第１１図、
第１９図から第４図、第１２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２０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、偏心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けると
、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すＪ果が発揮されるのである。

第２２図は、偏心率εに対するロンド長・クランり半径
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・クランク半径比は第１図
の（λ−β１　／１２　）の値である。

本件発明においては、第２２図にて示す如く、慣性力低
減に最適のεは、λΦ値によって決まる。

特に、λ−２〜４に対してはεを０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。

（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１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、従来の場合にはノくランサー軸及びバランサーは
、クランク軸の回転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
クランク軸とノく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するのであ
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 以上の如く本件発明は、ピストンの往復動にてクランク
軸を回転させ、該クランク軸よりギヤ連を介してバラン
サー軸を回転させる往復動機関において、バランサー軸
駆動ギヤ連に偏心ギヤ連を介装して、バランサーの角速
度を変動させ、該偏心ギヤ連の回転中のギヤ間のくい込
みを吸収させるべくバ・７クラソシユを大きく構成し、
かつスムースな回転を得るべく偏心ギヤの偏心率εを０
．１１以下としたので従来からの普通の円形ギヤ連によ
る駆動部に偏心ギヤを介装するだけで高次の慣性力まで
釣り合わすことができるのである。

又、偏心ギヤ２枚の噛合状態では、回転中に一方の偏心
ギヤが他方の偏心ギヤにくい込み回転不能状態となるが
、これを回避する為に本発明では偏心ギヤ連の歯のバッ
クラッシュを大きく構成して、このくい込みを回避して
いる。しかし、あまりバンクラッシュが大きすぎると、
偏心ギヤ連の回転自体が不自然となり、ギヤ鳴りを生じ
たり、歯部の切損を生じたり、歯部の噛みつきが発生し
異常摩耗を生じたりするので、本件発明においては偏心
ギヤの偏心率εを０．１１以下に規定したものである。

これにより簡単な加工により偏心ギヤが構成でき偏心ギ
ヤのコスト自体を安くすることができるのである。

【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動機関の全体の
概略図。第２図は、その側面図。第３図は偏心ギヤ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図は偏心ギヤの
うちクランク軸側偏心ギヤ４が略４５°づつ回転した状
態を同一径歯車の場合のピッチ円で示している。第１２
図、第１３図、第１４図、第１５図、第１６図、第１７
図、第１８図、第１９図はクランク軸側偏心ギヤ４のバ
ックラッシュを大きくして、回転可能とした実施例の回
転状態を略４５°づつの連続的な回転で示している。第
２０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
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Ｃのそれぞれを示すグラフ。第２１図は、偏心率εと
歯車のくい込み率の関係を示す図面であり、斜線の範囲
においては、超バックラッシュ歯車が使用可能の範囲を
示している。第２２図は、ロンド長・クランク半径比λ
に対する偏心ギヤの偏心率εの最適範囲を示すグラフで
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・・・クランク軸側偏心ギヤ ５・・・バランサー側偏心ギヤ ９・１０・・・バランサー １１・１２・・・バランサー軸 ε・・・偏心率 出願人　ヤンマーディーゼル株式会社 代理人　弁理士　矢　野　寿一部 図 手続補正書（自発） 特許庁長官　若杉和夫殿 １、事件の表示 昭和５８年　特許−第２１４６２４号 ２、発明の名称 往復動機関におけるバランサー装置 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１番３２号 氏　名（名称）　（６７８）ヤンマーディーゼル株式会
社代表者山岡淳男 ４、　代　理　人　〒５４２ 住　所　大阪市南区南船場１−１１−９　長堀八千代ビ
ル６　補正により増加する発明の数 別紙のとおり 別紙−１ ８、補正の内容 （１）明細書第３貞第１行目の「−次及び二次」を「−
次」と補正致します。 （２）明細書第３貞第１９行目よシ第２０行目の「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
」を「クランク軸の角位置に対して変化はせ、回転速度
を増減はせ」と補正致し筐す。 （３）明細書第４貞第５行目の１角速度、角加速度」を
「角速度」と補正致します。 （４）明細書第５頁第１３行目より第１５行目の「菓２
２図は、ロッド長・クランク半径比・・・・・・・・グ
ラフでめる。」を削除致します。 （５）明細書第７貞第８行目の「角速度、角加速度」を
「角速度」と補正致し１す。 （６）明細書第８貞第２行目の「比（ｒ２／ｒｓ　）　
Ｊを「比（ｒ３／ｒ２）　Ｊと補正致します。 （７）明細書第８頁第７行目よシ第１１行目までの「第
３図の実施例では・・・・・・・・・よいものである。 」を削除致します。 （８）明細書第９頁第６行目の「軸１５１は約９０°」
を［軸（１５）は４５°以上」と補正致します。 （９）明細書第９頁第１１行目の「約４５°に対し２２
°程度」を「約４５°に対し４５°以下」と補正致しま
す。 （１０）明細書第９頁第１６行目の「アイドルギヤ軸は
約９０１を「アイドルギヤ軸は４５°以上」と補正致し
ます。 （１１）明細書第１０頁第８行目の「よシ大きく」を削
除致します。 ０２）明細書第１０頁第２０行目よシ明細書第１１頁第
１行目の「第２２図は・・・・・・・・・示している。 」を削除致します。 （１３）明細書第１１頁第２行目の「（ε−ｒ２／ｒ１
）」を「（ε−ｒ１／ｒ２）」　と補正致します。 （１Φ　明細書第１１貞第５行目の「第２２図にて示す
如く」を削除致します。 （］５）明細書第１１頁第８行目の「最高の」を「通常
の一次バランサより」と補正致します。 （１６１明細書第１１頁第１５行目の「角速度、角加速
度」を「角速度」と補正致します。 Ｕη　明細書第１１頁第１７行目の「−次成分・二次成
分」を「−次成分」と補正致します。 ｕ８１　明細書第１２頁第３行目の「高角速度、両角加
速度」を「高角速度」と補正致します。 ｔ１９１　明細書第１０頁第８行目の「角速度、角加速
度」を「角速度」と補正致します。 Ｉ２！ｏ）明＃ｌ誓第１４頁第１４行目よシ１６行目ま
での「第２２図は、ロンド長・クランク半径比・・・・
・・・・・グラフである。」を削除致します。 の）図面第２２図を削除致します。 ＠　図面第３図を添付の図面の如く補正致します。 以上 手続補正書（自発） １．事件の表示 昭和５８年　特　許　願　第２１４６２４号２、発明の
名称 往復動機関におけるバランサー装置 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　ヤンマーディーゼル株式会社 代表者　山　岡　淳　男 ４、代理人 住　所　大阪市南区南船場１丁目１１番９号５、補正の
対象 明　細　書 ６、補正の内容 別紙のとおり補正致します。 ６、補正の内容 （１）明細書第４頁第５行目の「上死点において」を「
上死点近傍において」と補正致します。 （２）明細書第７頁第４行目から第５行目にがけての「
上死点（ＴＤＣ）においてゴを「上死点（ＴＤＣ）近傍
において」と補正致します。 （３）明細書第７頁第７行目のｒＴＤＣの位置」をｒＴ
ＤＣの位置近傍」と補正致します。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ピストンの往復動にてクランク軸を回転させ、該クラン
   ク軸よりギヤ連を介してバランサー軸を回転させる往復
   動機関において、バランサー軸駆動ギヤ連に偏心ギヤ連
   を介装して、バランサーの角速度を変動させ、該偏心ギ
   ヤ連の回転中のギヤ間のくい込みを吸収させるべくバッ
   クラッシュを大きく構成し、かつ、スムースな回転を得
   るべく偏心ギヤの偏心率εを０．１１以下としたことを
   特徴とする往復動機関におけるバランサー装置。