JP2871243B2 - 内燃機関用シザーズギヤ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は内燃機関用のシザーズ
ギヤに関するものであり、内燃機関の回転数に関わらず
噛み合い部の騒音の抑制を図ることができるものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の駆動機構では歯車係合部にシ
ザーズギヤを使用し、内燃機関の回転変動に関わらずバ
ックラッシュによる騒音が出ないようにしたものがあ
る。シザーズギヤは回転軸上に固定されるメインギヤ
と、該メインギヤに対して相対回転可能なサブギヤと、
サブギヤをメインギヤに対して回転方向に付勢するシザ
ーズスプリングとより成り、シザーズスプリングによっ
て得られる弾性力によってサブギヤはメインギヤとは反
対方向において相手側に歯車の歯面に係合され、バック
ラッシュが解消され、騒音を抑制しようとしている。

【０００３】また、バックラッシュを抑制するその他の
方法として特開昭６２−２０９６４号公報に示すように
遠心力を受ける錘体を設け、遠心力に応じた錘体の半径
方向の移動を受けて主歯車と副歯車との相対回動を起こ
させ、付勢力を内燃機関の回転数に応じて変化させるよ
うにしたものを開示している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】内燃機関、特に、クラ
ンク軸から直接歯車により駆動されるバランスシャフト
においては、クランク軸とバランス軸との歯車の噛み合
い部での騒音は(a) アイドリング回転付近（例えば７５
０ｒｐｍ）でのガタ音と、(b) １０００ｒｐｍから２０
００ｒｐｍでの噛み合い音（歯車の噛み合いに基づいて
発生する騒音）と、(c) ３０００ｒｐｍ以上でのガタ音
とがある。即ち、アイドリング回転及び３０００ｒｐｍ
以上ではガタ（即ちバックラッシュ）によって騒音が発
生するが、１０００ｒｐｍから２０００ｒｐｍではバッ
クラッシュによる騒音よりは歯車の歯面が噛み合うとき
に発生する騒音が主な原因となる。(a) のアイドリング
付近のガタ音は１Ｎ×ｍ程度の挟みトルクを主歯車と副
歯車との間に加えることで抑制できる。また、(b) の騒
音はバックラッシュによって発生するものではなく、歯
車が強く噛み合いしているとかえって発生するので、１
０００ｒｐｍから２０００ｒｐｍの範囲では噛合い力が
過大とならないように挟みトルクを設定することで対処
できる。ところが、３０００ｒｐｍ以上のガタ音の場合
は１０Ｎ×ｍといった強い挟み力を加えないと対処でき
ない。ところが、１０Ｎ×ｍといった強い噛み合いトル
ク下では１０００ｒｐｍから２０００ｒｐｍでは歯車の
噛み合いが強くなるため、その歯面同士の噛み合いに基
づき大きな騒音が発生する。即ち、従来技術におけるシ
ザーズギヤや遠心力による挟みトルクを加える機構単独
では広い回転数範囲で騒音を抑制することはできなかっ
た。

【０００５】この発明は内燃機関において使用される広
い回転範囲に亙って発生する発生原因の異なった騒音を
抑制することができるようにすることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明によれば、内燃
機関の相互に噛み合いする歯車の一方の歯車に使用さ
れ、回転軸上に固設されるメインギヤと、該メインギヤ
に対して相対回転可能なサブギヤと、サブギヤをメイン
ギヤに対して回転方向に付勢するシザーズスプリングと
よりなるシザーズギヤにおいて、前記シザーズスプリン
グは一箇所で切除された環状をなし、その対向端部が、
メインギヤとサブギヤとにそれぞれ固定されるピンに係
合されて、メインギヤと副歯車との間の前記相対回転が
得られ、かつ、遠心力によって歯車の半径方向に移動可
能な錘体が前記ピン間に挟着配置され、かつ各ピンと接
触する錘体の側面は、遠心力による錘体の半径方向の移
動によってシザーズスプリングによる付勢方向と反対方
向の回転付勢力を発揮するように形成されることを特徴
とするシザーズギヤが提供される。

【０００７】

【作用】シザーズスプリングはメインギヤとサブギヤと
を相互に一つの方向に回転せしめるようなトルクを発揮
し、一方、エンジン回転によって発生する遠心力によっ
て錘体は半径外方に移動し、この移動によってピンを介
しシザーズギヤによる弾性トルクとは反対方向のトルク
がメインギヤとサブギヤとの間に加わる。そのため、エ
ンジン低回転状態ではシザーズギヤの弾性トルクによる
バックラッシュ抑制が行われ、エンジンの高回転状態で
は遠心力による弾性とは反対方向のトルクによるバック
ラッシュによる騒音抑制が行われる。そして、中間の回
転数領域ではシザーズギヤの弾性トルクと、遠心力によ
る反対方向トルクとが打ち消され、トルクは零または微
弱となり、歯の係合部の面圧を弱めることができ、面圧
による騒音を抑制することができる。

【０００８】

【実施例】図１〜図５はこの発明のシザーズギヤを示し
ており、シザーズギヤ１０はその軸線に沿って分割され
たメインギヤ１１とサブギヤ１２とを備え、メインギヤ
１１及びサブギヤ１２は中心孔１４，１６を有し、図示
しない回転軸が挿入される。メインギヤ１１及びサブギ
ヤ１２は外周に等ピッチの歯１１ａ，１２ａを有し、軸
長はメインギヤ１１の歯１１ａがサブギヤ１２の歯１２
ａより大きくなっている。メインギヤ１１は回転軸に図
示しないキー等で固定されるが、サブギヤ１２は回転軸
に挿入されるだけで固定されておらず、サブギヤ１２は
メインギヤ１１に対して相対的な回転が可能となってい
る。メインギヤ１１とサブギヤ１２とは対向する側面に
おいて環状の凹所１８，２０を有し、凹所１８，２０に
よって環状の空間が形成される。この環状の空間内にシ
ザーズスプリング２２が配置される。シザーズスプリン
グ２２は一箇所で切れた円環状をなし、シザーズスプリ
ング２２の対向端部にピン２４，２６が係合られ、一方
のピン２４はメインギヤ１１に形成されるピン孔に植設
され、他方のピン２６はサブギヤ１２に形成されるピン
孔に植設される。シザーズスプリング２２は対向するピ
ン２４及び２６が近づくような弾性力を発揮しており、
その結果ピン２４及び２６に連結されたメインギヤ１１
及びサブギヤ１２はシザーズスプリング２２から相互に
一つの方向に回転するような付勢力を受ける。

【０００９】メインギヤ１１及びサブギヤ１２は凹所１
８，２０の半径内方に対向するボス部２８，３０を具備
し、一方のボス部、例えば、メインギヤ１１のボス部２
８に形成される溝に遠心力感応移動部材としての錘体３
２が半径方向に摺動可能に配置される。錘体３２は図７
に示すように円周方向に延びるアーチ状の基部３２ａと
基部３２ａから半径方向に延び基部３２ａより円周方向
の幅が小さい突起部３２ｂとから成り、突起部３２ｂは
基部３２ａに対して最初は垂直であるがその後は徐々に
傾斜が緩くなるような形状の側面３２ｃによって接続さ
れる。図６に示すようにシザーズスプリング２２は装着
状態ではピン２４，２６を錘体３２の対向する側面３２
ｃに押し付けるような弾性力を発揮するものである。

【００１０】図８は内燃機関の駆動系（例えばクランク
軸とカム軸との間の駆動連結）においてシザーズギヤ１
０を使用した場合のこの発明の作動を説明する。なお図
８において矢印Ａは回転方向を示す。図８の(イ) におい
てシザーズギヤ１０は相手方を歯車４０と噛み合わせた
場合、回転数が小さい状態ではシザーズスプリング２２
が縮む方向（図６のｃ方向）にバックラッシュの範囲内
でメインギヤ１１とサブギヤ１２とは相対的に回転さ
れ、メインギヤ１１の歯１１ａは相手方の歯車４０の歯
溝の一方の面と係合し、歯溝の他方の面にサブギヤ１２
の歯１２ａが係合する。この状態では錘体３２に加わる
遠心力（図６のａ方向）は小さいため、シザーズスプリ
ング２２の弾性力そのものがメインギヤ１１とサブギヤ
１２との間の鋏トルクとなり、これがシザーズギヤ１０
と相手方歯車４０との間のバックラッシュを押さえてい
ることになる。図６は内燃機関のアイドリング状態（エ
ンジン回転数＝７５０ｒｐｍ程度）を想定しており、シ
ザーズギヤ１０の弾性のみによる比較的微弱な鋏みトル
クＣ（例えば２Ｎ×ｍ程度）でアイドリング時のバック
ラッシュにもとづきガタ音を抑制することができる。

【００１１】エンジン回転数が増加すると遠心力（図６
のａの方向）によって錘体３２は半径外方に移動する。
そのため、シザーズスプリング２２の両端のピン２４，
２６は錘体３２の側面３２ｃの傾斜が垂直から次第に緩
い部分に接触するに到り（図６の矢印ｂ）、シザーズス
プリング２２の対向両端は拡開され、シザーズスプリン
グ２２から加わる弾性鋏トルクは遠心力に基づくトルク
Ｂの分だけ弱くなる。エンジン回転数ｎに対して鋏トル
クＮ_n は、 Ｎ_n ＝Ｃ−Ｂ＝Ｃ−ｋ×ｎ² で表される。ここにｋは定数であり、エンジン回転数が
あまり高くない、例えば３０００ｒｐｍ未満の領域で
は、弾性力にもとづく鋏トルクＣが遠心力に基づく鋏ト
ルクＢとほぼ相殺されるように設定される。そのため、
３０００ｒｐｍ未満の回転数領域ではシザーズギヤ１０
による鋏力は零又は小さな値の状態（例えば、２０００
回転で−２．８Ｎ×ｍ（−を付したのは鋏トルクが弾性
によるものと反対方向という意味））に設定される。し
たがって、バックラッシュによるガタ音は発生しえる
が、この回転数領域ではバックラッシュによるガタ音よ
り歯車１０，４０間で係合する歯１１ａ，１２ａ間の面
圧による騒音が問題とされる。従って、シザーズスプリ
ング２２により得られる鋏トルクを抑制することで主た
る騒音発生要因たる係合する歯１１ａ，１２ａ間の面圧
を抑制することができ、トータルとしてはかえって騒音
を押さえることができる。

【００１２】エンジン回転数が上記中間領域より大き
い、例えば、３０００ｒｐｍ以上の領域では弾性力にも
とづく鋏トルクＣより遠心力に基づく背面方向の鋏トル
クＢが相当に大きくなり、図８の(ロ) に示すようにメイ
ンギヤ１１とサブギヤ１２との位置関係は図６とは反対
方向になり、この場合バックラッシュは遠心力による鋏
トルクによって抑制される。この場合のガタ音抑制に必
要とされる鋏トルクは−１０Ｎ×ｍ以上である。

【００１３】弾性によるバックラッシュ抑制を行うアイ
ドリング時と、遠心力によるバックラッシュ抑制を行う
３０００ｒｐｍ以上ではシザーズギヤ１０のトルク伝達
面はメインギヤであったり、サブギヤであったりする。
図８の回転方向を想定すれば、アイドリング時（図８
(イ))にはサブギヤ１２の歯面Ｐがトルク伝達面となり、
３０００ｒｐｍ以上（図８(ロ))ではメインギヤ１１の歯
面Ｐ´がトルク伝達面となる。これは、メインギヤ１１
の方が歯の幅が大きいので、大きな面圧がかかる高回転
時に面圧をメインギヤ１１で受けるように配慮したもの
である。

【００１４】

【発明の効果】この発明では低回転ではシザーズスプリ
ングによる弾性トルクでバックラッシュを抑制し、高回
転では遠心力による反対方向のトルクでバックラッシュ
を抑制し、中間の回転数領域ではトルクを抑制すること
ができるため、係合する歯の部分での面圧を弱め、面圧
による騒音を抑制することができる。そのため、エンジ
ンの全回転数範囲に渡って騒音を押さえることができる
効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１はこの発明のシザーズギヤの側面図（図２
のＩ−Ｉ線より見て示す）である。

【図２】図２は図１のII−II線に沿って表す矢視断面図
である。

【図３】図３は図１のIII −III 線に沿って表す矢視断
面図である。

【図４】図４は図１のVI−VI線に沿って表す矢視断面図
である。

【図５】図５は図１のＶ−Ｖ線に沿って表す矢視断面図
である。

【図６】図６は図１の部分拡大図である。

【図７】図７は錘体の単品を示す斜視図である。

【図８】図８はシザーズギヤと相手方ギヤとの噛合い状
態を説明する図である。

【符号の説明】

１０…シザーズギヤ １１…メインギヤ １２…サブギヤ ２２…シザーズスプリング ２４，２６…ピン ３２…錘体 ４０…相手方歯車

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の相互に噛み合いする歯車の一
   方の歯車に使用され、回転軸上に固設されるメインギヤ
   と、該メインギヤに対して相対回転可能なサブギヤと、
   サブギヤをメインギヤに対して回転方向に付勢するシザ
   ーズスプリングとよりなるシザーズギヤにおいて、前記
   シザーズスプリングは一箇所で切除された環状をなし、
   その対向端部が、メインギヤとサブギヤとにそれぞれ固
   定されるピンに係合されて、メインギヤとサブ歯車との
   間の前記相対回転が得られ、かつ、遠心力によって歯車
   の半径方向に移動可能な錘体が前記ピン間に挟着配置さ
   れ、かつ各ピンと接触する錘体の側面は、遠心力による
   錘体の半径方向の移動によってシザーズスプリングによ
   る付勢方向と反対方向の回転付勢力を発揮するように形
   成されることを特徴とするシザーズギヤ。