JP2006336771A

JP2006336771A - プーリ装置及びその製造方法

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Publication number: JP2006336771A
Application number: JP2005162789A
Authority: JP
Inventors: Kiyotaka Hirata; 清孝平田
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2005-06-02
Filing date: 2005-06-02
Publication date: 2006-12-14

Abstract

【課題】プーリ装置の軽量化、低コスト化を実現できるプーリ装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】回転軸の周囲に回転軸と同心に配置可能な一方向クラッチ内蔵型プーリ装置１０は、外周面にベルト溝１２ａを有する合成樹脂製のプーリ１２と、プーリ１２の内周面１２ｂに固定され、外周面１３ａの少なくとも一部に複数方向に指向した凹凸部３０を有する金属製のリング部材１３と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、プーリ装置及びその製造方法に関し、より詳細には、エンジンのクランク軸の動力によって駆動されるオルタネータ等の補機類の入力軸や、エンジンのクランク軸に動力を与えるスタータモータの出力軸等に固定して用いるのに最適な一方向クラッチ内蔵型プーリ装置等のプーリ装置及びその製造方法に関する。

一般に、一方向クラッチ内蔵型プーリ装置は、例えば自動車用発電機であるオルタネータの回転軸の端部に固定し、エンジンのクランク軸の端部に固定した駆動プーリとの間に、無端ベルトを掛け渡すことによって、上記オルタネータを駆動するために利用する。また逆に、エンジン始動用モータとクランク軸を繋いで、エンジン始動のための駆動と、エンジンスタート後はクラッチ機構により空転する機能が要求されるアイドリングストップ機構に利用される。

図７に示すように、従来の一方向クラッチ内蔵型プーリ装置１００では、金属製のプーリ１０１とスリーブ１０２が両端で２つのサポート軸受１０３、１０４によって相対回転可能に支持されている。また、プーリ１０１とスリーブ１０２との間の中間部には、外輪１０５、内輪１０６、ローラ１０７、保持器１０８、及びばね１０９から構成される一方向クラッチ１１０が配置されている。なお、プーリ１０１の外周にはベルト溝１０１ａが形成されている。

外輪１０５は、プーリ１０１の内周面に圧入固定され、内輪１０６は、スリーブ１０２の外周面に圧入固定されている。外輪１０５の内周面或いは内輪１０６の外周面には、外輪１０５と内輪１０６との間に楔空間を構成するようにカム面が形成され、各楔空間内にローラ１０７が配置される。各ローラ１０７は、保持器１０８に形成された複数のポケット内に収容されており、保持器１０８に係止されたばね１０９によって、楔作用を発揮する方向、即ちロック方向に弾性的に押圧される。また、保持器１０８は、ローラ１０７の軸方向外側でカム面内に突出して、カム面を有する外輪１０５或いは内輪１０６に回転一体に位置決めされる。外輪１０５及び内輪１０６は鋼製の薄肉中空部材であり、ローラ１０７は鋼、保持器１０８は樹脂製、ばね１０９はステンレスが主な材質である。

一方向クラッチ１１０は、楔空間に配置されたローラ１０７の係脱によって、プーリ１０１とスリーブ１０２が同期回転するロック状態と、プーリ１０１とスリーブ１０２が相対回転自在となる空転状態とを繰り返す。

図８（ａ）に示す一方向クラッチ１１０は、内輪１０６の外周面をカム面１１１、外輪１０５の内周面を円筒面１１２とした内輪クラッチである。この内輪クラッチは、外輪１０５が固定されるプーリ１０１の回転速度が内輪１０６が固定されるスリーブ１０２の回転速度より速くなると、ローラ１０７の楔作用によってロック状態となり、プーリ１０１の回転速度がスリーブ１０２の回転速度より相対的に遅くなると空転状態となる（例えば、特許文献１及び２参照）。

一方、図８（ｂ）に示す一方向クラッチ１１０は、外輪１０５の内周面をカム面１１１、内輪１０６の内周面を円筒面１１２とした外輪クラッチである。この外輪クラッチは、内輪１０６が固定されるスリーブ１０２の回転速度が外輪１０５が固定されるプーリ１０１の回転速度より速くなると、ローラ１０７の楔作用によってロック状態となり、スリーブ１０２の回転速度がプーリ１０１の回転速度より相対的に遅くなると空転状態となる（例えば、特許文献１〜６参照）。

また、従来の鉄製のプーリに対して、軽量化によるイナーシャの低減、及び製造コストを低減するため、合成樹脂製のプーリを用いた一方向クラッチ内蔵型プーリ装置が提案されている（例えば、特許文献７参照。）。このプーリ装置１００’では、そのプーリ１０１の内周面に芯金リング１１１が装着され、プーリ１０１の内周面と芯金リング１１１の外周面にリング状のスリット１１２，１１３をそれぞれ形成し、互いのスリット１１２，１１３間に固定用リング１１４が接着されて嵌合される。

さらに、従来の軸受一体型樹脂プーリでは、一体成形する軸受外輪の外周部に凹凸部を形成して剥離防止を施すことが提案されており（例えば、特許文献８参照。）、樹脂一体成形において、樹脂が冷却に伴って収縮し、軸受外輪形状に歪みが発生する課題に対して、外輪の肉厚を管理することが記載されている。
特開昭５６−１０１３５３号公報特開平８−６１４４３号公報特開平７−３１７８０７号公報特開２００３−４９８７１号公報特開平８−３１２５１０号公報特開２００３−１１３８７１号公報特開２００３−５６６７７号公報特開２００４−２８２７５号公報

ところで、特許文献７に記載のプーリ装置１００’では、プーリ１０１の内周面と芯金リング１１１の外周面とが精密にフィッテングすることが要求され、精密加工が必要となる。また、スリット１１２，１１３を形成するため応力集中による強度低下が懸念され、スリット１１２，１１３の深さ分プーリ１０１及び芯金リング１１１の肉厚を増加する必要がある。さらに、芯金リング１１１の内周面を一方向クラッチ１１０の軌道面とする形態では、芯金リング１１１の内周面には段差が形成されており、３箇所の内周面の寸法管理を必要とする。

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、プーリ装置の軽量化によるイナーシャを低減することができ、低コストで、高精度及び高耐久性を得ることができるプーリ装置及びその製造方法を提供することにある。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１）軸の周囲に該軸と同心に配置可能なプーリ装置であって、
外周面にベルト溝を有する合成樹脂製のプーリと、
該プーリの内周面に固定され、外周面の少なくとも一部に複数方向に指向した凹凸部を有する金属製のリング部材と、
を備えることを特徴とするプーリ装置。
（２）前記プーリの内部に一方向クラッチを内蔵することを特徴とする前記（１）
に記載のプーリ装置。
（３）軸の周囲に該軸と同心に配置可能なプーリ装置の製造方法であって、
前記リング部材の外周面の少なくとも一部に複数方向に指向した凹凸部を形成する工程と、
前記リング部材を金型内にセットした後、溶融した樹脂を注入して、前記リング部材と一体化された前記プーリを成形する工程と、
を備えることを特徴とするプーリ装置の製造方法。

本発明によれば、合成樹脂製のプーリと、プーリの内周面に固定され、外周面の少なくとも一部に複数方向に指向した凹凸部を有する金属製のリング部材と、を有するので、プーリの内周部分の合成樹脂がリング部材の凹凸部に入り込んで、機械的に強固に結合され、リング部材に対するプーリの剥離が発生することがない。これにより、プーリ装置の軽量化によるイナーシャを低減することができ、低コストで、高精度及び高耐久性を得ることができる。

以下、本発明の各実施形態に係るプーリ装置及びその製造方法について図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
図１（ａ）に示されるように、本実施形態の一方向クラッチ内蔵型プーリ装置１０は、オルタネータ等の自動車補機を駆動するためのもので、図示されない回転軸が内嵌されるスリーブ１１を有する。スリーブ１１の周囲には、外周面にベルト溝１２ａが形成された合成樹脂製のプーリ１２がスリーブ１１と同心に配置されており、プーリ１２は、回転軸の周囲に回転軸と同心に配置可能な構成となる。なお、ベルト溝１２ａの形状は、Ｖ溝、ポリＶ溝、歯型溝等の任意の形状に設計可能である。

プーリ１２の内周面１２ｂには、金属製のリング部材である芯金リング１３がプーリ１２と同心に一体に結合されている。

スリーブ１１の外周面と芯金リング１３の内周面１３ｂとの間に形成される環状空間の軸方向中間部には、一方向クラッチ１４が配置されており、上記環状空間の軸方向両端部には、一方向クラッチ１４を挟持するようにして、例えば、深溝玉軸受等の一対のサポート軸受１５が配設されている。

一方向クラッチ１４は、プーリ１２がスリーブ１１に対して一体に所定方向に相対回転する傾向となる場合にのみプーリ１２から芯金リング１３を介してスリーブ１１への回転力を伝達する。また、一対のサポート軸受１５は、プーリ１２に加わるラジアル荷重を支承しつつ、スリーブ１１と芯金リング１３との相対回転を可能とする。

各サポート軸受１５は、スリーブ１１の外周面に外嵌される軸受内輪１６と、芯金リング１３の内周面に内嵌される軸受外輪１７と、軸受内輪１６と軸受外輪１７の両軌道面間に配置された転動体である複数の玉１８と、玉１８を転動自在に保持する保持器１９と、外部からの異物の浸入や内部からのグリース等の潤滑剤の漏洩を防止するシール部材２０を有している。

一方向クラッチ１４は、芯金リング１３の内周面に圧入固定されるクラッチ外輪２１と、スリーブ１１の大径部の外周面に圧入固定されるクラッチ内輪２２と、クラッチ外輪２１とクラッチ内輪２２との間に回動自在に配設された係合子である複数のローラ２３とを備えている。クラッチ内輪２２の外周面は、複数のランプ面２２ａが円周方向に所定の間隔で設けられたカム面を形成する。ローラ２３は、各ランプ面２２ａとクラッチ外輪２１の内周面に形成された円筒面２１ａとから構成される楔空間に回転自在に保持されている。

また、一方向クラッチ１４は、各ローラ２３を個別に収容する複数のポケットを有するクラッチ保持器２４と、各ローラ２３をロック方向に弾性的に押圧するばね２５とを備えている。

上記のように構成される一方向クラッチ内蔵型プーリ装置１０では、プーリ１２の回転角速度が、例えばオルタネータの回転軸の回転角速度より速い場合には、一方向クラッチ１４のローラ２３が楔作用によってクラッチ内輪２２のランプ面２２ａとクラッチ外輪２１の円筒面２１ａとの間に噛み込まれて、プーリ１２とスリーブ１１とが相対回転不能（ロック状態）となり、エンジンの回転力がオルタネータの回転軸に伝達される。一方、プーリ１２の回転角速度がオルタネータの回転角速度より遅い場合には、ローラ２３の噛み込みが解除されて、プーリ１２とスリーブ１１との相対回転が自在（オーバーラン状態）となる。

ここで、本実施形態の芯金リング１３は略ストレート形状の内周面１３ｂを有すると共に、外周面１３ａにはこの芯金リング１３の軸方向に対して所定の角度に傾斜される複数方向（本実施形態では２方向）に指向した凹凸部３０が形成されている（図２（ａ）参照。）。プーリ１２は、後述するように芯金リング１３の外周に一体成形されるが、その際、図１（ｂ）に示すように、プーリ１２の内周部分は、芯金リング１３の外周面に形成された凹凸部３０に入り込むため、プーリ１２と芯金リング１３との密着性が向上される。なお、凹凸部３０は、芯金リング１３の外周面１３ａの少なくとも一部に形成されればよく、図２（ａ）に示すように、外周面１３ａ全体に形成されてもよいし、図２（ｂ）に示す軸方向両端部の周囲、図２（ｃ）に示す軸方向中間部の周囲に形成されてもよい。

次に、図３を参照して本実施形態のプーリの製造方法について説明する。まず、材料歩留まりを考慮して、引き抜きチューブ材等が金属製の芯金リング１３の素材として用意される。次に、芯金リング１３の外周面の少なくとも一部には、切削加工やローリング、ナーリング、ローレット等の転造加工によって凹凸部３０が形成される。

そして、芯金リング１３を成形用の金型内にセットした後、溶融した樹脂を鋳込んで、芯金リング１３にプーリ溝１２ａを有するプーリ１２を一体に成形する（図３（ｂ）参照。）。その際、図１（ｂ）に示すように、プーリ１２の内周部分における樹脂が芯金リング１３の外周面１３ａの凹凸部３０内に流れ込んで硬化することで、プーリ１２と芯金リング１３の回転方向及び軸方向の剥離・空回りを防止することができる。

なお、芯金リング１３の外周面１３に予め接着剤を塗布した後、プーリ１２の射出成形を行うことで、さらに剥離を防止することができる。

その後、図３（ｃ）に示すように、射出成形されたプーリ１２を十分に冷却した後に、金型から取り出した芯金リング１３の内周面を、旋削・ボーリング・研削・ホーニング等で、所望の寸法公差や幾何公差に応じて仕上げ加工する。これにより、射出成形時に発生した芯金リング１３の熱収縮による歪みが除去される。

このようにして形成されるプーリ１２及び芯金リング１３に、図４に示すように、スリーブ１１が組み付けられた一方向クラッチ１４、及び一対のサポート軸受１５を圧入することで一方向クラッチ内蔵型プーリ装置１０が組み立てられる。

以上のように構成される一方向クラッチ内蔵型プーリ装置１０によれば、合成樹脂製のプーリ１２と、プーリ１２の内周面に固定され、外周面１３ａの少なくとも一部に複数方向に指向した凹凸部３０を有する金属製の芯金リング１３と、を有するので、プーリ１２の内周部分の合成樹脂が芯金リング３０の凹凸部３０に入り込んで、機械的に強固に結合され、芯金リング３０に対するプーリ１２の剥離が発生することがなく、耐スラスト荷重・耐回転トルクを向上することができる。これにより、プーリ装置の軽量化によるイナーシャを低減することができ、低コストで、高精度及び高耐久性を得ることができる。

また、プーリ１２を芯金リング１３の外周面１３ａに射出成形した後、冷却後に芯金リング１３の内周面１３ｂが仕上げ加工されるので、射出成形した際に発生する熱収縮による芯金リング１３の内周面１３ｂの歪みを除去することができる。

また、芯金リング１３の内周面１３ｂは、略ストレート形状に形成されるので、測定する内周面は１サイズで良く、寸法管理が簡素化し、また使用する加工用工具も１サイズで済むので、低コスト化が可能である。

さらに、芯金リング１３の外周面１３ａに予め接着剤が塗布した状態で、芯金リング１３を金型内にセットして、プーリ１２を芯金リング１３の外周面に射出成形することにより、芯金リング１３に対するプーリ１２の密着性を更に向上し、芯金リング１３に対するプーリ１２の更なる剥離防止を図ることができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係るプーリ装置について、図５及び図６を参照して説明する。なお、第１実施形態と同等部分については同一符号を付して、説明を省略或いは簡略化する。

本実施形態の一方向クラッチ内蔵型プーリ装置４０では、図５に示すように、一方向クラッチ１４におけるクラッチ外輪２１を省略して、芯金リング１３の内周面１３ａを一方向クラッチ１４の外輪軌道面として利用する。

この場合、図６に示すように、芯金リング１３は、外周面１３ａに凹凸部３０を加工した後、芯金リング１３を熱処理硬化して耐磨耗性を付与することができる。その後、第１実施形態と同様に、プーリ１２が射出成形され、芯金リング１３の内周面１３ｂの仕上げ加工が施される。

このように構成される一方向クラッチ内蔵型プーリ装置４０によれば、芯金リング１３を熱処理硬化させてクラッチ外輪としての耐摩耗性を付与し、芯金リング１３とクラッチ外輪を一体とすることにより、部品点数が削減され低コストで製造できる。

なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。

本発明の一対のサポート軸受１５は、それぞれ深溝玉軸受以外の形式であってもよく、一方が玉軸受、他方がローラ軸受の組合せであってもよいし、或いは、ローラ軸受とスラスト受けとでそれぞれ構成されてもよい。

また、本発明のプーリ装置は、スリーブとプーリとの間で回転力を伝達するものであればよく、本実施形態のオルタネータ用プーリ装置に適用される、プーリがスリーブに対して所定の方向に相対回転する傾向となる場合にのみ、回転力を伝達する一方向クラッチでもよいし、クラッチ内輪の外周面を円筒面と、クラッチ外輪の内周面をカム面とし、スリーブがプーリに対して所定の方向に相対回転する傾向となる場合にのみ、回転力を伝達するスタータ用プーリ装置に適用される一方向クラッチでもよい。或いは、スリーブとプーリ間で両方向の回転力を伝達自在な両方向クラッチであってもよい。

さらに、本発明の一方向クラッチは、本実施形態のように係合子をローラとしたローラクラッチや、係合子をスプラグとしたプラグクラッチ、係合子をカムとしたカムクラッチであってもよい。

また、一方向クラッチ内蔵型プーリ装置がエンジンアイドルストップ機構の補機駆動用として適用される場合には、エンジン停止時にコンプレッサ等の補機を専用のモータにて駆動するため、エンジンの回転変動は受けないが、補機駆動用モータから発生する回転変動を受ける構成となる。

また、サポート軸受の軸受内輪或いは一方向クラッチのクラッチ内輪は、スリーブと一体、即ち、スリーブの外周面によって構成されてもよく、或いは、回転軸によって構成されてもよい。

本実施形態では、プーリ装置及びその製造方法として、一方向クラッチ内蔵型プーリ装置を適用したが、一方向クラッチを内蔵しないアイドラプーリ装置にも適用可能である。

（ａ）は、本発明の第１実施形態である一方向クラッチ内蔵型プーリ装置の縦断面図であり、（ｂ）は、プーリと芯金リングとの結合部分を拡大して示した拡大断面図である。第１実施形態における芯金リングの外周面の凹凸部を示す正面図である。第１実施形態におけるプーリ及び芯金リングの加工工程を説明する図である。第１実施形態におけるプーリ装置の組立工程を説明する図である。本発明の第２実施形態である一方向クラッチ内蔵型プーリ装置の縦断面図である。本発明の第２実施形態におけるプーリ装置の加工工程を説明する図である。従来の一方向クラッチ内蔵型プーリ装置の縦断面図である。従来の２種類の一方向クラッチの形態を説明する断面図である。従来の他の一方向クラッチ内蔵型プーリ装置の縦断面図である。

符号の説明

１０クラッチ内蔵型プーリ装置
１１スリーブ
１２プーリ
１２ａベルト溝
１３芯金リング（リング部材）
１４一方向クラッチ
１５サポート軸受
３０凹凸部

Claims

軸の周囲に該軸と同心に配置可能なプーリ装置であって、
外周面にベルト溝を有する合成樹脂製のプーリと、
該プーリの内周面に固定され、外周面の少なくとも一部に複数方向に指向した凹凸部を有する金属製のリング部材と、
を備えることを特徴とするプーリ装置。
前記プーリの内部に一方向クラッチを内蔵することを特徴とする請求項１に記載のプーリ装置。
請求項１又は２に記載のプーリ装置の製造方法であって、
前記リング部材の外周面の少なくとも一部に複数方向に指向した凹凸部を形成する工程と、
前記リング部材を金型内にセットした後、溶融した樹脂を注入して、前記リング部材と一体化された前記プーリを成形する工程と、
を備えることを特徴とするプーリ装置の製造方法。