JP2004190816A - プーリ - Google Patents

Abstract

【課題】特に高温条件下で使用されるエンジン補機駆動プーリにおいては、これを支持する軸受の放熱性が要求され、樹脂製プーリでは対応することができない。また、小型、軽量であることが要求され、かつ、融雪剤等の塩分に対して耐食性の良いプーリが要求されている。
【解決手段】チタン、またはチタン合金からなる素材から、或いはこれらの素材の表面に硬質皮膜を形成したものからプーリを形成する。それにより、放熱性が良く、鉄製プーリと同等以上の性能を有しながら、軽量化を図ることができる。また、チタンあるいはチタン合金は耐食性が優れているので、融雪剤に使用される塩分に対してはステンレスをはるかに凌ぐ耐食性を示す。また、鋼のような低温脆化を起こさず、疲労強度が優れる。カーエアコンコンプレッサ、オルタネータ、パワステポンプ、ウォーターポンプ等のエンジン補機用プーリに適する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カーエアコンコンプレッサ、オルタネータ、パワステポンプ、ウォーターポンプ等のエンジン補機をベルトで駆動するために使用されるプーリや、これらエンジン補機を駆動するためベルトに張力を与えるためのテンショナプーリ、アイドラプーリ等のプーリに関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近の自動車は、小型軽量化を目指し、更には居住空間拡大の要望により、エンジンルーム空間の減少を余儀なくされ、電装部品やエンジン補機（カーエアコンコンプレッサ、オルタネータ、パワステポンプ、ウォーターポンプなど）の小型、軽量化がより一層進められている。加えて、前記各部品にも高性能、高出力化がますます求められている。
【０００３】
しかし、これらの備品の小型化により各機器の出力の低下は避けられず、例えばオルタネータやカーエアコン用電磁クラッチでは、高速化することにより出力の低下分を補っており、それに伴って中間プーリも同様に高速化することになる。
【０００４】
更に、静粛性向上の要望によりエンジンルームの密閉化が進み、エンジンルーム内の高温化が促進されるため、前記各部品には従来にも増して高温に耐え得ることも必要となっている。また、駆動ベルトの高張力化により、軸受に加わる荷重も大きくなってきている。
【０００５】
上記の要求のとおり、軽量化、ベルトとの摺動抵抗の低減、コストダウン、耐食性向上などの目的のため、鉄製のプーリから樹脂製プーリに置き換えられる場合がある。ところが、鉄製プーリの場合は回転により軸受部材が高温になったとしても、この熱が外輪から熱伝導性の良い鉄製プーリを通じてプーリの外周側に伝わり放熱されることになるが、上記樹脂プーリでは、熱伝導性の悪い樹脂が断熱材となるので、軸受部材の温度がさらに上昇し、シールやグリースが劣化して潤滑不良を起こし、軸受が焼付くおそれがある。
【０００６】
上記問題を解決するために、例えば特許文献１（実開平６−３２８１４号公報）や特許文献２（特開２００１−３５５７１１号公報）に示されるように、放熱用の金属板を設けることが提案されている。しかし、上記放熱用の金属板を用いても、未だ軸受の発熱を逃がすには十分ではない。また、特許文献３（特開２００１−２００９１７号公報）に示されるように、樹脂材料材に熱伝導材を添加することにより円滑に放熱させることも提案されているが、これでもやはり不十分である。
【０００７】
また、樹脂材料本来の問題点として、鉄製プーリと比較して強度や剛性が低下し、砂埃などの存在する環境で使用される場合、摩耗が激しく耐久性に劣る。また、鉄製プーリに比べて成形精度が悪い問題もあり、更に、軸受挿入部の成形精度が悪く、真円度が悪くなると軸受外輪が変形し、異常発熱や異常振動により軸受寿命の低下を起こす場合もある。
【０００８】
上記のように、軽量化やベルト摺動抵抗の低減、コストダウンの目的により、鉄製プーリから樹脂プーリへ置き換えられた場合、さまざまな問題が発生する。
【０００９】
【特許文献１】
実開平６−３２８１４号公報
【特許文献２】
特開２００１−３５５７１１号公報
【特許文献３】
特開２００１−２００９１７号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
したがって本発明は、樹脂プーリの上記問題点を解決し、かつ軽量化を図ることができるプーリを提供する事を目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明によると上記課題を解決するため、チタン、またはチタン合金素材から、或いはこれらの素材の表面に硬質皮膜を形成したものからプーリを形成したものである。
【００１２】
これにより、鉄製プーリと同等以上の性能を有しながら、軽量化を図ることができる。また、チタンあるいはチタン合金は耐食性が非常に優れており、特に、融雪剤に使用される塩分に対してはステンレスをはるかに凌ぐ耐食性を示す。また、鋼のような低温脆化を起こさず、疲労強度が優れる、などの優れた特徴を有するため、プーリを上記のような素材等で形成することにより、プーリの性能向上ひいてはプーリが装着される軸受の性能向上を達成できる。
【００１３】
上記のようなプーリは、特に車両用のオルタネータ、カーエアコンコンプレッサ、パワステポンプ、ウォーターポンプ等のエンジン補機をベルトで駆動するために使用されるプーリや、これらエンジン補機を駆動するためベルトに張力を与えるためのテンショナプーリ、アイドラプーリ等のプーリに適しており、エンジンルーム内の高温状態で、これらのプーリとともに使用される軸受が高温になるとき、急速に外部に放熱することができ、かつ小型軽量化を図ることもできる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に沿って説明する。図１には本発明の第１実施例としての、カーエアコンコンプレッサ電磁クラッチ用軸受に組込まれるプーリに本発明を適用した例を示す。カーエアコンコンプレッサは例えば図２に示すように、エンジン２１を収納するエンジンルーム２２内に、エンジン２１で駆動されるベルトが掛けられるプーリを備えたコンプレッサ２３が用いられており、ここで圧縮された冷媒はコンデンサ２４で冷却されて液化し、レシーバ２５に貯留され、エアコンユニット２６にこの冷媒を供給し、気化した冷媒を再びコンプレッサ２３に戻して圧縮を行っている。
【００１５】
図２のように用いられるカーエアコンコンプレッサとしては種々のものが存在するが、例えば図３に示すようなカーエアコンコンプレッサ３１が存在する。このカーエアコンコンプレッサ３１においては、コンプレッサ機構本体部３２と、これを駆動する駆動機構部３３からなり、駆動機構部３３にはエンジンで駆動されるベルトが掛けられるプーリ３４及び、エンジン駆動時は常時回転するプーリに対してエアコンの回転を断続する電磁クラッチ３５と、電磁クラッチが接続していないときプーリ３４を自由回転させる軸受３６とを備えている。このプーリ３４がカーエアコンコンプレッサ用プーリであり、軸受３６がカーエアコンコンプレッサ電磁クラッチ用軸受である。
【００１６】
このような構成をなすカーエアコンコンプレッサについて、ほぼ同様の構成をなす他の態様の駆動機構部を備えたカーエアコンコンプレッサ駆動機構部を図１（ａ）に示している。このカーエアコンコンプレッサ駆動機構部１１においても前記と同様に、エンジンで駆動されるベルトが掛けられる電磁クラッチ付カーエアコンコンプレッサ用プーリ１２と、コンプレッサに回転を断続して伝達する電磁クラッチ１３と、複列アンギュラ玉触受や単列３点あるいは４点玉軸受により支持される軸受（以下、これらの軸受を総称して電磁クラッチ用軸受と呼ぶ）１４を備えている。
【００１７】
本発明の第１実施例は、このようなカーエアコンコンプレッサ駆動機構部１１において、電磁クラッチ用軸受１４とともに使用される、電磁クラッチ付カーエアコンコンプレッサ用プーリ１２を図１（ｂ）に示すようにチタン、またはチタン合金の素材１５によって形成し、或いは図１（ｃ）に示すように、前記のようなチタン、またはチタン合金の素材１５に対して、これらの表面に窒化チタン層などの硬質皮膜層１６を形成させたものである。
【００１８】
このように構成することにより、耐摩耗性向上、高剛性、放熱性の向上等、鉄製プーリの性能を全く損なう事なく、鉄製プーリと比較して充分軽量化を図ることができる。
【００１９】
また、チタンあるいはチタン合金には、耐食性が非常に優れ、特に、融雪剤に使用される塩分に対してはステンレスをはるかに凌ぐ耐食性を示す。また、鋼のような低温脆化を起こさず、疲労強度が優れる等の優れた特徴を有するため、プーリを上記のように構成することにより、プーリの性能向上、ひいてはプーリが装着される軸受の性能向上を達成することができる。
【００２０】
また、上記カーエアコンコンプレッサ用電磁クラッチはコンプレッサの可変容量化に伴い、前記のような電磁クラッチを備えず、例えば図４に示すように、トルク変動を吸収するゴム等の弾性部材４１を、軸受４２で支持されるプーリ４３に固定した第１保持部材４４と、駆動軸４５に固定した第２保持部材４６との間にゴム製の弾性部材４１を狭持し、それによりプーリ４３と駆動軸４５間のダンピング作用を行い、また異常時のトルクリミツター作用を行うクラッチレスプーリが多く採用されるようになっている。
【００２１】
図４にはこのようなクラッチレス方式のカーエアコンコンプレッサ用プーリに本発明を適用した第２実施例を示す。図示するクラッチレス方式のカーエアコンコンプレッサ用プーリ４３も前記第１実施例と同様に、チタン、またはチタン合金の素材、或いはこれらの素材の表面に窒化チタン層などの硬質皮膜層を形成させたもので構成させる。このように構成することにより、前記と同様に、耐摩耗性向上、高剛性、放熱性の向上等、鉄製プーリの性能を全く損なう事なく、鉄製プーリと比較してかなりの軽量化を図ることができる。
【００２２】
また、上記のようなクラッチレス方式のカーエアコンコンプレッサ用プーリにおいても、前記と同様に、チタンあるいはチタン合金には耐食性が非常に優れ、特に、融雪剤に使用される塩分に対してはステンレスをはるかに凌ぐ耐食性を示し、また、鋼のような低温脆化を起こさなず、疲労強度が優れる、などの優れた特徴を有する。そのため、クラッチレス方式のカーエアコンコンプレッサ用プーリに本発明を適用することにより、そのプーリの性能向上、ひいてはプーリが装着される軸受の性能向上を達成することができる。
【００２３】
図５にはオルタネータ駆動プーリに本発明を適用した第３実施例を示す。このオルタネータ５１は発電機構部５２と駆動機構部５３とからなり、駆動機構部５３には回転軸５４にプーリ５５を固定し、回転軸５４を軸受５６、５７でケーシング５８に対して回転自在に支持している。このようなオルタネータについても、前記エンジン補機と同様に高温、高速、高荷重、高振動で使用される環境下にある。また、最近では発電効率の向上や静粛性を追及した高効率オルタネータも開発されており、これらのロータ支持軸受では特に高い放熱性が要求される場合が増えている。
【００２４】
この第３実施例においては上記のようなオルタネータ駆動プーリを、チタン、またはチタン合金の素材によって形成し、或いは、前記のようなチタン、またはチタン合金の素材に対して、これらの表面に窒化チタン層などの硬質皮膜層を形成させたもので、それにより前記と同様に、高効率オルタネータに要求される高い放熱性の問題を解決し、さらには耐摩耗性向上、高剛性など鉄製プーリの性能を全く損なう事なく、鉄製プーリと比較してかなりの軽量化を図ることができる。
【００２５】
またこの実施例におけるオルタネータ用プーリにおいても、前記各実施例のプーリと同様に、チタンあるいはチタン合金は耐食性が非常に優れ、特に、融雪剤に使用される塩分に対してはステンレスをはるかに凌ぐ耐食性を示し、鋼のような低温脆化を起こさず、疲労強度が優れる等の優れた特徴を有するため、オルタネータ用プーリを上記のような構造にすることにより、そのプーリの性能向上、ひいてはプーリが装着される軸受の性能向上を達成できる。
【００２６】
図６にスタータジェネレータ駆動プーリに本発明を適用した第４実施例を示す。スタータジェネレータはスタータとしてのモータ機能と、モータとして使用しないときの発電機能を備えるものであり、図６に示すスタータジェネレータ６１においては、モータジェネレータ部６２と駆動機構部６３とからなり、駆動機構部６３には回転軸６４にプーリ６５を固定し、回転軸６４を軸受６６、６７でケーシング６８に対して回転自在に支持している。このようなスタータジェネレータについても、前記オルタネータと基本的に同様の構造を採用しているため、最高回転数、耐熱、耐環境性や耐振性などの要求仕様は前記オルタネータと同様であって、高温、高速、高荷重、高振動で使用される環境にあることは他のエンジン補機と同様である。
【００２７】
この第４実施例においても、上記のようなスタータジェネレータ駆動プーリを、チタン、またはチタン合金の素材によって形成し、或いは、前記のようなチタン、またはチタン合金の素材に対して、これらの表面に窒化チタン層などの硬質皮膜層を形成させたもので、それにより前記と同様に、スタータジェネレータに要求される高い放熱性の問題を解決し、さらには耐摩耗性向上、高剛性など鉄製プーリの性能を全く損なう事なく、鉄製プーリと比較してかなりの軽量化を図ることができる。
【００２８】
またこの第４実施例におけるスタータジェネレータ駆動プーリにおいても、チタンあるいはチタン合金は耐食性が非常に優れ、特に、融雪剤に使用される塩分に対してはステンレスをはるかに凌ぐ耐食性を示し、鋼のような低温脆化を起こさず、疲労強度が優れる、などの優れた特徴を有するため、スタータジェネレータ駆動プーリを上記のような素材等で形成することにより、プーリの性能向上、ひいてはプーリが装着される軸受の性能向上を達成できる点は前記各実施例と同様である。
【００２９】
図７にはオルタネータ駆動一方向クラッチプーリに本発明を適用した第５実施例を示す。前記のようなオルタネータ駆動プーリには、動力循環の防止や角速度変動を吸収して、発電効率を上げることを目的とした一方向クラッチプーリを使用する場合がある。これらの一方向クラッチプーリはプーリはベルトを介してエンジンのクランクシャフトにより駆動されており、クランクシャフトの角速度が減少したときには、クラッチがオーバーランをして、動力伝達を遮断して、オルタネータ軸は慣性により回転を持続することができる。
【００３０】
図７に示すオルタネータ駆動一方向クラッチプーリ７１においては、オルタネータの回転軸に固定するスリーブ７２と、エンジンで駆動されるベルトが掛けられるプーリ７３との間に一方向クラッチ７４を設け、その両側を軸受７５、７６によって支持し、エンジンの速度変動及び微少角速度変動等が発生した場合は、クラッチ部がオーバーランし、軸受７５、７６に支持されてプーリ７３のみが回転することにより動力の伝達を遮断するようにしている。
【００３１】
この第５実施例においても、オルタネータ駆動一方向クラッチプーリを、チタン、またはチタン合金の素材によって形成し、或いは、前記のようなチタン、またはチタン合金の素材に対して、これらの表面に窒化チタン層などの硬質皮膜層を形成させたもので、それにより前記と同様に、オルタネータ駆動一方向クラッチプーリに要求される高い放熱性の問題を解決し、さらには耐摩耗性向上、高剛性など鉄製プーリの性能を全く損なう事なく、鉄製プーリと比較してかなりの軽量化を図ることができる。
【００３２】
またこの第５実施例におけるオルタネータ駆動一方向クラッチプーリにおいても、前記各実施例と同様に、チタンあるいはチタン合金には、耐食性が非常に優れ、特に、融雪剤に使用される塩分に対してはステンレスをはるかに凌ぐ耐食性を示し、鋼のような低温脆化を起こさず、疲労強度が優れる、などの優れた特徴を有するため、オルタネータ駆動一方向クラッチプーリを上記のような構造にすることにより、そのプーリの性能向上、ひいてはプーリが装着される軸受の性能向上を達成できる。
【００３３】
本発明によるプーリは車両に搭載される上記のような実施例以外に、例えばパワステポンプ、ウォーターポンプ等のエンジン補機をベルトで駆動するために使用されるプーリに用いても、また、上記のようなエンジン補機を駆動するためベルトに張力を与えるためのテンショナプーリ、アイドラプーリ等のプーリに用いても、前記と同様の効果を奏することができる。更に、上記のような車両以外に、同様の環境で使用される各種機械の駆動用プーリに適用することにより、同様の作用をなすことができる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明は、上記のようにプーリをチタン、またはチタン合金の素材によって形成し、或いは、前記のようなチタン、またはチタン合金の素材に対して、これらの表面に窒化チタン層などの硬質皮膜層を形成させた構造とすることにより、従来の樹脂製プーリと異なり、鉄製プーリと同様に、エンジンルーム内の高温部分で使用しても、その高い放熱性によってプーリ周辺に用いられる軸受が高温になることを防止することができ、軸受性能を長寿命化することができ、かつ鉄製プーリと同様のプーリ性能を有しながら、軽量化を図ることができる。
【００３５】
また、チタンあるいはチタン合金には、耐食性が非常に優れ、特に、融雪剤に使用される塩分に対してはステンレスをはるかに凌ぐ耐食性を示し、鋼のような低温脆化を起こさず、疲労強度が優れる、などの優れた特徴を有するため、プーリを上記のような構造にすることにより、プーリの性能向上、ひいてはプーリが装着される軸受の性能向上を達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示し、本発明を電磁クラッチ付カーエアコンコンプレッサ用プーリに適用した電磁クラッチの断面図であり、（ａ）はカーエアコンコンプレッサにおける駆動機構部の要部断面図、（ｂ）はプーリ部分の第１の態様の拡大断面図、（ｃ）は同第２の態様の拡大断面図である。
【図２】エンジンルーム内におけるカーエアコンコンプレッサの設置態様を示す要部斜視図である。
【図３】本発明が適用されるカーエアコンコンプレッサの例を示す断面図である。
【図４】本発明の第２実施例を示し、本発明をクラッチレス方式のカーエアコンコンプレッサ用プーリに適用した駆動機構部分の断面図である。
【図５】本発明の第３実施例を示し、本発明をオルタネータ駆動プーリに適用したオルタネータの断面図である。
【図６】本発明の第４実施例を示し、本発明をスタータジェネレータ駆動プーリに適用した一部断面図である。
【図７】本発明の第５実施例を示し、本発明をオルタネータ駆動一方向クラッチプーリに適用した一方向クラッチプーリ部分の断面図である。
【符号の説明】
１１ カーエアコンコンプレッサ駆動機構部
１２ 電磁クラッチ付カーエアコンコンプレッサ用プーリ
１３ 電磁クラッチ
１４ 電磁クラッチ用軸受
１５ 素材
１６ 硬質皮膜層

Claims (1)

1. チタン、またはチタン合金素材から、或いはこれらの素材の表面に硬質皮膜を形成したものからなることを特徴とするプーリ。

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