JP2006070972A

JP2006070972A - プーリユニット

Info

Publication number: JP2006070972A
Application number: JP2004254336A
Authority: JP
Inventors: Fusasuke Goshima; 房輔五島
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2004-09-01
Filing date: 2004-09-01
Publication date: 2006-03-16

Abstract

【課題】
軽金属製のプーリが軸受外輪の異種金属と接触していても、プーリの腐食を防止することができ、かつ、工程数の増加、それに伴うコストアップとならない簡単な構成のプーリユニットを提供することを課題としている。
【解決手段】
外輪と内輪との間に複数の転動体を転動自在に挟持したころがり軸受の外輪外周面に、軽金属製のプーリ内周面を外嵌・固定してなる自動車補機ベルト・タイミングベルト用のプーリユニットにおいて、
前記プーリ内周面は略中央部でころがり軸受の前記外輪外周面と嵌合し、かつ、前記外輪の軸方向の両側に両側内周面を形成しており、該両側内周面と前記外輪の両側端面部とを、それぞれシール部材で密閉したことを特徴とするプーリユニットによって課題の解決を図る。
【選択図】図１

Description

この発明は、主に、自動車補機ベルト・タイミング用テンショナー・アイドラに用いられるプーリユニットに関するものである。

従来より、プーリユニットの構成として主なものには、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、鋳物・金属削りプーリ１０（又は１１）の内径部に軸受外輪２を圧入した削りプーリ、図７（ａ），（ｂ）に示すように、プレス成形された金属プーリ１２（又は１３）の内径部に軸受外輪２を圧入したプレスプーリ、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、軸受外輪２に、樹脂をモールドしてプーリ１４（又は１５）に成形した樹脂プーリ、等がある。また、プーリ外径部形状は、ベルト取り回し、レイアウト等により、リブ形状やフラット形状にしたものがある。

しかし、上記削りプーリ１０（又は１１）は、プーリ製作時に、多くの機械削り加工が必要で、製作コストが高く、プーリ重量が重くなって回転系の動力損失が大きく、車両の軽量化や燃費向上にとって妨げとなる。

また、上記プレスプーリ１２（又は１３）は、削りプーリ１０に比べて軽量・安価であるが、その断面形状（左右非対称・片持ち）から荷重負荷能力に限界がある。そして、低温時等、軸受挙動が不安定な状態で駆動するとプーリが共鳴または共振し、まれに低温時異音を発生することがある。

さらに、樹脂プーリ１４（又は１５）は、従来のプーリの中では、最軽量・安価であるが、軸受外輪２の外周部に樹脂をインサート成形するため、荷重が大きく使用温度が高い場合等、樹脂部が弾性変形して膨張し、軸受外輪２とのしめしろ（保持力）が低下するので、条件によっては、クリープ（回り）止め等の工夫が必要となる。また、樹脂の熱伝導率が低いため、軸受５の発熱やベルト摺動による発熱がこもって、プーリ温度が上昇するので、軸受５の寿命低下を避けられず、高温仕様の軸受を用いる必要がある等の制約が多い。

これら従来のプーリユニットの課題を解決するため、プーリに用いる材料として、軽量・高温度・安価で、且つ射出成形可能なマグネシウム合金が有力である。しかし、特に、自動車補機ベルト・タイミング用テンショナー・アイドラ等に用いられるプーリユニットにマグネシウム合金を用いた場合、プーリが軸受外輪の鋼等の異種金属と接触しているため、水分が存在すると、電荷の移動によりマグネシウム合金製のプーリの腐食が進行するという問題点がある。

従来、この腐食を防止するためには、異種金属接触にならないよう、図９（ａ）、（ｂ）に示すように、マグネシウム合金製プーリ１の表面に塗装・メッキ１６を施したり、図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、マグネシウム合金製プーリ１と軸受外輪２との間に樹脂１７等を介在させたりして、マグネシウム合金１と外輪２の異種金属が直接接触しないようにしていた。尚、図９及び図１０において、（ａ）はインサート成形、（ｂ）は軸受圧入のそれぞれの場合を示している。

しかしながら、従来の上記マグネシウム合金を用いたプーリユニットは、メッキが困難であることから、塗装もしくはメッキ１６を安定させることが難しく、軸受５を圧入した場合等、塗装もしくはメッキ１６の強度不足で微小欠陥や剥がれが生じ、腐食が進行する恐れがあり、その対策の一つとして、マグネシウム合金製プーリ１と軸受外輪２との間に樹脂１７等を介在させる場合、樹脂部品１７の圧入やプーリ１と樹脂をインサート成形する必要が生じる等、工程数の増加や、それに伴うコストアップなどの問題点があった。

本発明は、上述した従来例の有する不都合を改善し、マグネシウム合金もしくはアルミニウム合金等の軽金属製のプーリが軸受外輪の異種金属と接触していても、プーリの腐食を防止することができ、かつ、工程数の増加、それに伴うコストアップとならない簡単な構成のプーリユニットを提供することを課題としている。

上記課題を達成するために、本発明では、
外輪と内輪との間に複数の転動体を転動自在に挟持したころがり軸受の外輪外周面に、軽金属製のプーリ内周面を外嵌・固定してなる自動車補機ベルト・タイミングベルト用のプーリユニットにおいて、
前記プーリ内周面は略中央部でころがり軸受の前記外輪外周面と嵌合し、かつ、前記外輪の軸方向の両側に両側内周面を形成しており、該両側内周面と前記外輪の両側端面部とを、それぞれシール部材で密閉したことを特徴とするプーリユニットを提供する。

本発明によれば、シール部材により、プーリ内周面と外輪の外周面間に水が侵入するのが阻止されるため、軽金属製のプーリが軸受外輪の異種金属と接触していても、プーリの腐食を防止することができ、かつ、工程数の増加、それに伴うコストアップとならない簡単な構成のプーリユニットを提供することができる。

本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

なお、方向の定義に関しては、以下に説明する実施形態において、軸受側を内方とする。

（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１を示すプーリユニットの断面図である。
同図において、プーリ１は、軽金属であるマグネシウム合金から成っており、軸受の外輪２の外周部にインサート成形されプーリユニットを構成している。

軸受５の外輪２及び内輪３は、外輪軌道２ａ及び内輪軌道３ａをそれぞれ有し、これらの軌道２ａ，３ａ間には複数の転動体である玉４が転動自在に介在されている。これにより、外輪２は図示しない軸側に外嵌・固定された内輪３に対して回転自在とされている。外輪２と内輪３の両側端部には、芯金とゴム材から成るリング状の軸受シール部材６が填め込まれている。この外輪２、内輪３、複数の玉４、軸受シール部材６により軸受５が構成されている。

外輪２の外周面２１には回転中心Ｘ-Ｘに対し所定角θだけ傾斜して交叉する円周溝２２が設けられ、この円周溝２２に後述するようにインサート成型時溶融したマグネシウム合金が注入され、プーリ１の内周面１１から突き出た環状突起１３を形成している。

プーリ１は、ほぼ中央部におけるプーリ内周面１１が外輪外周面２１とインサート成型によって嵌合し、外輪２の両端部２ｂ、２ｃと両端部２ｂ、２ｃの両外側にあるプーリ端部１２，１２の間に両側内周面１ａ、１ａを形成している。すなわち、プーリ１の幅寸法は外輪２の幅寸法よりも大きく設定されている。両側内周面１ａ、１ａの内径寸法は中央部内周面１１の内径寸法よりも小さく設定されており、外輪２とプーリ１との軸方向の嵌合いを確実なものにしている。インサート成型によって、外輪の円周溝２２に注入されて形成された環状突起１３は外輪とプーリの嵌合面におけるクリープを防止する。

外輪２の図中左側の端面部２ｂ側には、芯金７ａにゴム材７ｂを巻いたシール部材であるゴムリング７が、プーリ１の両側内周面１ａの一方と外輪２の端面部２ｂに密着するように両側内周面１ａの一方に圧入されている。外輪２の端面部２ｂに密着するゴム材７ｂの内周端部７ｃは、軸受のシール部材６の外側面に密着するように延在している。

芯金７ａは円筒部７ａ_１と円筒部7ａ_１の外輪端面部２ｂ側で半径方向内方に折り曲げられつば部７ａ_２を形成し，ゴム材７ｂにより円筒部７ａ_１とつば部７ａ_２の外側部は被覆されている。つば部７ａ_２を被覆したゴム材７ｂはつば部７ａ_２の内周部を越えて半径方向内方に延在してリップ部７ｃを形成し、上述のように軸受のシール部材６の外側面に密着している。

一方、外輪２の図中右側の端面側には、プーリ１の内周面１ａと外輪２の側面２ｃに密着するように、樹脂をモールド成形したシール部材である樹脂リング８が配設されている。

これらゴムリング7および樹脂リング８には、上記の如く、ゴムや樹脂等の高分子材料を用いる。なお、樹脂リング８はゴムなどでも実施できる。

このように、外輪２の軸方向の両側端面部２ｂ，２ｃと、プーリ１の両端面部１２、１２との間の両側内周面１ａ、１ａにゴムリング7および樹脂リング8をそれぞれしめしろを有する嵌め合いで、外輪の両側端面部に突当てて取り付けたので、外輪２の外周面２１とそれに嵌合するプーリ１の内周面１１間を密閉し外部からの侵入物は遮断される。

特に、自動車補機ベルト・タイミング用テンショナー・アイドラに用いられるプーリユニットに上記構成を適用した場合、ゴムリング７および樹脂リング８により、プーリ１の内周面１１と外輪２の外周面２１間に水が浸入するのが防止されるため、プーリ１のマグネシウム合金と外輪２の金属の異種金属が接触していても、電荷の移動が生じることがなく、低コストにてプーリ１の腐食が抑えられる。

次に、実施形態１の変形例を、図２を参照しながら説明する。

実施形態１では、軸受５をインサート成形によってプーリユニットにしているが、本変形例は本発明を軸受圧入型のものに適用したプーリユニットを示す断面図であ
る。

本変形例では、プーリ９の外輪端面部２ｂの軸方向外側の内周（図中、左側内周）に
内径方向に凸とする肩部９ａを設けている。この肩部９ａは、外輪２をプーリ内周面９１の所定の位置に図中右方向より圧入する際の突当て部となる。肩部９ａの内周面９ｂにゴムリング7を固定して、外輪端面部２ｂに突当て外輪外周面２１とプーリ内周面９１との嵌合面を密閉している。なお、図中右側のプーリ内周面９ｃはプーリ内周面９１と同一寸法若しくはそれ以上であることが必要である。図２において、図１と同一部位、部材には同一番号を付しており、重複する説明は省略する。

（実施形態２）
次に、実施形態２を図３を参照しながら説明する。

図３は、本変形例のプーリユニットの中心線Ｘ_１−Ｘ_１より上半分を示す断面図である。
同図において、軸受の両側に軸受シール部材６ａが取り付けられているが、取付けの方向が逆になっているだけで構造に関しては同一であるので、図中左側に関して説明する。

外輪２の端面部２ｂに、シール部材６ａが嵌合固定されて、プーリ１の内周面及び端面部２ｂならびに軸受の内輪と当接して外輪２とプーリ１の嵌合面および軸受内部への水などの浸入を防止している。
外輪２は、端面部２ｂから内方側に円筒状の内周部２ｄと内周部に連設してシール部材固定用の溝部２ｅを有している。さらに、溝部２ｅの内方には半径方向内方に向いている平面部２ｆを有している。

シール部材６ａは芯金６ｂと芯金６ｂの外側を被覆しているゴム材などの弾性部材からなっている。

芯金６ｂは、円板部６ｂ_１と、円板部６ｂ_１の半径方向外方の所定位置より軸受の軸方向外方に向いて折り曲げられた延在部６ｂ_２と、延在部の軸方向所定位置から、半径方向外方に向けて直角に折り曲げられた円環部６ｂ_３とからなっている。円板部６ｂ_１は内周部６ｂ_４に軸受内方に向けた傾斜部６ｂ_５を有している。

ゴム材６ｃは、芯金６ｂの円環部６ｂ_１と延在部６ｂ_２とを半径方向外方において被覆している第１シール部６ｃ_１を有している。第１シール部６ｃ_１においては、略４角形に円環部６ｂ_１を被覆し、後述するようにプーリ内周面１ａと当接する外周面６ｃ_２が画成されている。また、第１シール部６ｃ_１の軸方向軸受側は外輪の端面部２ｂと突当てられる突当て面６ｃ_３である。

突当て面６ｃ_３の半径方向内方は、芯金の延在部６ｂ_２の外側を被覆し軸受側に向けて円筒部６ｃ_４を形成している。円筒部６ｃ_４は外輪の内周部２ｄより小径に設定されている。円筒部６ｃ_４の軸方向内方の所定の位置から半径方向外方へ向けて立ち上がる円環状の固定用リップ部６ｃ_５が形成されている。固定用リップ部６ｃ_５の外径寸法は外輪の内周部２ｄの内径寸法より大きく設定されている。固定用リップ部６ｃ_５の内側から、ゴム材６ｃが芯金６ｂのボール４への対向面６ｂ_６を被覆し、さらに、芯金の傾斜部６ｂ_４から内周部６ｂ_５にまでを、ゴム材で被覆し、傾斜部６ｂ_４を被覆した内方に軸受の内輪３と接触して軸受の密封シールとなる第２シール部６ｃ_６を形成している。

外輪２に一体的にプーリ１が取り付けられた状態でシール部材６ａを組み付ける場合について説明する。円環部６ｂ_３を被覆した外周面６ｃ_２とプーリ内周面１ａは、しめしろのある嵌合にする。前述の実施形態１と同様にプーリ内周面１ａ、１ａはプーリ端面部１２、１２と外輪端面部２ｂ、２ｃとの間にある。すなわち、外輪端面部２ｂ、２ｃより外側にある。シール部材６ａをプーリ１の軸方向外方より押し込む。固定用リップ６ｃ_５は外輪の内周部２ｄと当たり、弾性的に、半径方向内方へ収縮して内周部２ｄを通過して、固定用の溝部２ｅに入り、固定用リップ6ｃ_５が外輪の溝辺２ｅにある平面部２ｆに突当たる。固定リップ６ｃ_５は弾性力によって復元する。この復元力によって、シール部材６ａは外輪２の所定位置に固定され、第１シール部６ｃ_１は内周面１ａとしめしろを有し、かつ、シール部材６ａが所定位置に固定されることにより、第１シール部６ｃ_１が外輪の端面部２ｄに押圧された状態になり外輪２とプーリ内周面１１との嵌合面をシールする。

第２シール部６ｃ_６は、内輪３に接触して、軸受内部への水など異物の侵入を防止する。この実施形態では、第１シール部６ｃ_１と第２シール部６ｃ_６のゴム材料を一体にしているが、この場合はシール部材の製造工程で、多数個取りの金型へ、ゴム材料と芯金を供給配置する際に、一工程ですみ、時間の節約になる。製造工程若しくはシール部材の仕様によってゴム材料を異材にする場合などには、第１シール部と第２シール部のゴム材料を別体にしても実施する。

なお、図３において、図１と同一部位、部材には同一番号を付しており、重複する説明は省略する。

図４はマグネシウム合金製のプーリ１の重量を他の材料の場合と比較したグラフである。マグネシウム合金製のプーリ１を他の材料と重量比較してみると、同グラフに示すように、樹脂製のものと略同等で鉄プレス製の半分の重量となっているので、非常に軽量でありながら、強度は鉄プーリ並のものが得られる。

図５は軸受の発熱量をマグネシウム合金製プーリと他の材料とで比較したグラフである。軸受の発熱量をマグネシウム合金製と他の材料とで比較してみると、同グラフに示すように、マグネシウム合金製プーリを用いた軸受は、樹脂製のものや鉄プレス製のものを用いた場合に比べて発熱量は低いことが分かる。尚、図４及び図５の比較において、プーリ直径は共に７０ｍｍとした。

したがって、マグネシウム合金製のプーリ１は、樹脂プーリと同等の重量で、鉄プーリ並の強度を得ることができる。さらに、マグネシウム合金製のプーリ１で、上記ゴムリング７および樹脂リング８を配設したプーリユニットは、熱伝導率が高く放熱性が良いので、鉄プーリの場合よりも温度上昇を低い状態に抑えることができる。

尚、この実施形態では、プーリ１にマグネシウム合金を使用したが、これに限らずアルミニウム合金等、軽金属で所望の強度を有するものであれば他のものであっても良い。

また、マグネシウム合金製のプーリ１に、陽極酸化処理等の表面処理を施して被膜を形成し、上記シール部材７，８のシール作用と併用するならば、マグネシウム合金の腐食を抑える点で一層の効果を期待することができる。

本発明の実施形態１を示すプーリユニットの断面図である。本発明の実施形態１の変形例を示すプーリユニットの断面図である。本発明の実施形態２を示すプーリユニットの断面図である。マグネシウム合金製のプーリの重量を他の材料の場合と比較したグラフである。軸受の発熱量をマグネシウム合金製プーリと他の材料とで比較したグラフである。（ａ）、（ｂ）従来の削りプーリの２つのプーリユニットを示す断面図である。（ａ），（ｂ）従来のプレスプーリの２つのプーリユニットを示す断面図である。（ａ），（ｂ）従来の樹脂プーリの２つのプーリユニットを示す断面図である。（ａ），（ｂ）従来のプーリに表面処理を施した２つのプーリユニット（（ａ）インサート成形型（ｂ）軸受圧入型）を示す断面図である。（ａ），（ｂ）従来のプーリと外輪間に樹脂材を挟んだ２つのプーリユニット（（ａ）インサート成形型（ｂ）軸受圧入型）を示す断面図である。

符号の説明

１：プーリ
１ａ：プーリの両端側内周面
２：外輪
２ａ：外輪軌道
２ｂ，２ｃ：外輪の両側端部
３：内輪
３ａ：内輪軌道
４：玉（転動体）
５：軸受
６、６ａ：軸受のシール部材
６ｃ_１：第１シール部
６ｃ_６：第２シール部
７：ゴムリング
８：樹脂リング
９：軸受圧入型のプーリ

Claims

外輪と内輪との間に複数の転動体を転動自在に挟持したころがり軸受の外輪外周面に、軽金属製のプーリ内周面を外嵌・固定してなる自動車補機ベルト・タイミングベルト用のプーリユニットにおいて、
前記プーリ内周面は略中央部でころがり軸受の前記外輪外周面と嵌合し、かつ、前記外輪の軸方向の両側に両側内周面を形成しており、該両側内周面と前記外輪の両側端面部とを、それぞれシール部材で密閉したことを特徴とするプーリユニット。