JP2008286305A - プーリ構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】相対回転可能な２つの回転体の間に設けられる弾性体の耐久性を向上させた、プーリ構造体を提供すること。
【解決手段】プーリ構造体１は、ベルト６が巻き掛けられる筒状のプーリ２と、プーリ２の内側において、このプーリ２に対して相対回転可能に設けられたハブ３と、ゴム弾性体１０と、このゴム弾性体１０中に埋設された繊維材料からなる補強構造体１１とを有し、プーリ２とハブ３との間に配置された複合弾性体７を備えている。さらに、補強構造体１１の一部がゴム弾性体１０から露出しており、少なくとも補強構造体１１がプーリ２とハブ３の両方に固定されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、相対回転可能に連結された２つの回転体を有するプーリ構造体に関する。

従来から、自動車用エンジンの補機駆動システム等に設けられるプーリ構造体として、動力を伝達するベルトが巻き掛けられる第１回転体と、この第１回転体の内側に配設されるとともに、第１回転体に相対回転可能に設けられた第２回転体とを有し、これら２つの回転体が弾性体を介して連結されたものが知られている。さらに、このようなプーリ構造体において、２つの回転体の間で相対回転が生じたときに、両者を連結する弾性体に過度のねじれが生じるのを、ある程度抑制することが可能に構成されたものがある。

例えば、特許文献１のプーリ構造体は、ベルトが巻き掛けられるリム（第１回転体）と、リムに対して相対回転可能な中央ハブ（第２回転体）と、リムと中央ハブとの間に設けられたゴムリングと、たわみ制限部とを有する。たわみ制限部は、中央ハブの外周面に固定された中央プレートと、リムの内周に配置された弾性当接部とからなる。そして、リムと中央ハブの相対回転角度が所定角度以上になると、リムに設けられた弾性当接部が、中央ハブに設けられた中央プレートに接触し、リムと中央ハブのそれ以上の相対回転が規制される。

また、特許文献２の継ぎ手（プーリ構造体）は、ベルトが巻き掛けられる外側リング（第１回転体）と、この外側リングの内側に相対回転可能に配置された内側リング（第２回転体）と、外側リングと内側リングとの間に配置されて両者を連結するゴム弾性体とを有する。ここで、ゴム弾性体は一方のリングに固定される一方で、ゴム弾性体と他方のリングとの間には滑り層が介装されている。そのため、両リング間に一定以上の大きなトルクが作用した場合には、滑り層においてゴム弾性体が他方のリングに対してスリップ（相対回転）する。

特開２００６−１７７５４８号公報（図５） 特開平６−２００９５６号公報

しかし、第１回転体と第２回転体との間に配置されて両者間のトルクの伝達を担うゴム弾性体は、大きなねじれ歪を受けやすく、上述したような構成を付加したとしても、ゴム弾性体が受けるねじれ歪を十分小さく抑えるのは難しい。そのため、ゴム弾性体が短期間で疲労破壊しやすいという問題があった。

本発明の目的は、第１回転体と第２回転体の間に設けられる弾性体の耐久性を向上させた、プーリ構造体を提供することである。

課題を解決するための手段及び発明の効果

第１の発明のプーリ構造体は、ベルトが巻き掛けられる筒状の第１回転体と、前記第１回転体の内側において、前記第１回転体に対して相対回転可能に設けられた第２回転体と、ゴム弾性体とこのゴム弾性体中に埋設された繊維材料からなる補強構造体とを有し、前記第１回転体と前記第２回転体との間に配置された複合弾性体とを備え、
前記補強構造体の一部が前記ゴム弾性体から露出しており、少なくとも前記補強構造体が前記第１回転体と前記第２回転体の両方に固定されていることを特徴とするものである。

本発明のプーリ構造体においては、第１回転体と第２回転体との間に配置された複合弾性体が、ゴム弾性体と、このゴム弾性体に埋設された繊維材料からなる補強構造体とを有する。さらに、補強構造体の一部がゴム弾性体から露出しており、補強構造体は第１回転体と第２回転体の両方に固定されている。この構成によれば、第１回転体と第２回転体との間に相対回転が生じたときに、繊維材料からなる補強構造体が、大きなねじれ歪に対する強度とトルク伝達を受け持つことになる。一方、ゴム弾性体は、比較的小さな歪を吸収して、第１回転体と第２回転体の間の回転変動（振動）を減衰させる。このように、複合弾性体が繊維材料からなる補強構造体を有することにより、ねじれ強度が高まって疲労破壊が生じにくくなり、複合弾性体の耐久性が向上する。

第２の発明のプーリ構造体は、前記第１の発明において、前記補強構造体は、筒状織物と、この筒状織物の少なくとも一方の開口端に設けられた補強布とを有することを特徴とするものである。この構成によれば、筒状織物の少なくとも一方の開口端に補強布が設けられているため、大きなねじれ歪にも十分耐えうる強度が確保される。

第３の発明のプーリ構造体は、前記第１の発明において、前記補強構造体は、筒状織物の一端部が内側に折り返されることにより形成された内筒部及び外筒部を有することを特徴とするものである。この構成によれば、補強構造体が、１つの筒状織物からなる内筒部と外筒部を有する２重筒構造であることから、補強構造体を、その外筒部において第１回転体に固定するとともに、その内筒部において第２回転体に固定することが可能になる。

第４の発明のプーリ構造体は、前記第３の発明において、前記内筒部は、軸方向に関して径の変化しないストレート形状の筒状体であり、前記外筒部は、軸方向の一方ほど径が拡大するテーパー形状の筒状体であることを特徴とするものである。この構成によれば、ゴム弾性体内において、外筒部のテーパー面が、内側の第２回転体から外側の第１回転体に向けて斜めに横切るように広がるため、複合弾性体のねじれ強度が高くなる。

第５の発明のプーリ構造体は、前記第１の発明において、前記補強構造体は、筒状織物からなる外筒部と、同じく筒状織物からなり前記外筒部内に挿通された内筒部と、前記外筒部と前記内筒部との間に設けられて両者を連結する連結部とを有することを特徴とするものである。この構成によれば、補強構造体の構造が、外筒部と内筒部とを有する２重筒構造であるため、補強構造体を、その外筒部において第１回転体に固定するとともに、その内筒部において第２回転体に固定することが可能になる。さらに、外筒部と内筒部が連結部により連結されているため、大きなねじれ歪にも十分耐えうる強度を確保することができる。

第６の発明のプーリ構造体は、前記第１の発明において、前記補強構造体は、前記第２回転体から前記第１回転体に向けて放射状に延びる複数の線状体であることを特徴とするものである。この構成によれば、ゴム弾性体内において、複数の線状体が、内側の第２回転体から外側の第１回転体に向けて放射状に延びていることから、複合弾性体のねじれ強度が高くなる。

次に、本発明の実施形態について説明する。本実施形態のプーリ構造体１は、自動車用エンジンに設けられて、ウォーターポンプやオルタネータ等の補機を駆動する、補機駆動システムに用いられるものである。

図１、図２に示すように、本実施形態のプーリ構造体１は、ベルト６が巻き掛けられる円筒形状のプーリ２（第１回転体）と、プーリ軸５に連結されるとともにプーリ２の内側に設けられたハブ３（第２回転体）と、プーリ２とハブ３の間に配置された４つの複合弾性体７を有する。プーリ２とハブ３はベアリング４を介して相対回転可能に連結されている。また、プーリ軸５は、図示しないオルタネータ等の補機に連結されており、エンジンからベルト６を介してプーリ構造体１に伝達されたトルクを補機に伝達する。尚、図１における左側をプーリ構造体１の先端側、図１における右側をプーリ構造体１の基端側と定義して以下説明する。

まず、プーリ２について説明する。プーリ２の基端部の外面には、それぞれプーリ２の周方向に延び、且つ、軸方向（プーリ軸５の方向：図１の左右方向）に並んだ、複数のＶ溝９が形成されている。そして、ベルト６は、その腹面側に形成された複数のＶリブが複数のＶ溝９にそれぞれ係合した状態で、プーリ２の外周に巻き掛けられる。

次に、ハブ３について説明する。ハブ３は、その内部において互いに連通した軸孔３ａとボルト孔３ｂとを有し、ほぼ円筒形状に形成されている。そして、このハブ３の軸孔３ａにプーリ軸５の先端部が挿入された状態で、このプーリ軸５の先端部が軸孔３ａに装着されたボルト（図示省略）により固定されることで、プーリ軸５とハブ３とが相対回転不能に連結される。

プーリ２の基端側部分とハブ３の基端側部分の間にはベアリング４が介装されており、このベアリング４を介して、プーリ２がハブ３に相対回転自在に支持されている。尚、ベアリング４は、止め輪８により軸方向に関して移動不能に固定されている。

次に、複合弾性体７について説明する。図１、図２に示すように、プーリ２とハブ３の間に形成された空間には、円筒状（環状）の複合弾性体７が、軸方向に４つ並べて配置されている。これら４つの複合弾性体７は、プーリ２とハブ３との間でトルクを伝達するとともに、プーリ２とハブ３との間の回転変動（振動）を吸収するものである。

４つの複合弾性体７は互いに同じ構造を有するものであるため、そのうちの１つの構造について、以下詳細に説明する。図１〜図３に示すように、複合弾性体７は、ゴム弾性体１０と、このゴム弾性体１０中に埋設された繊維材料からなる補強構造体１１とを有する。

ゴム弾性体１０は、ゴム材料やポリウレタンエラストマー等のエラストマー材料、あるいは、ゴムと同等の弾力性を有する軟質材料からなり、図２、図３に示すように、円筒状（環状）に形成されている。尚、ゴム材料としては、天然ゴム、ブチルゴム、スチレン−ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、水素化ニトリルゴム、エチレンプロピレンゴム等を好適に使用できるが、特にこれらに限定されるものではない。

補強構造体１１は、繊維材料が立体的（三次元的）に張り巡らされた構造を有する。より具体的には、図３に示すように、補強構造体１１は、筒状（環状）の織物１２と、この筒状織物１２に、その一方の開口端を覆うように縫製等によって固定された環状の織物１３（補強布）とを有する、ほぼ皿状の構造体である。尚、補強布としての織物１３は、筒状織物１２の両方の開口端に設けられてもよい。また、補強構造体１１を構成する織物１２，１３の繊維材料としては、アラミド繊維、ポリエステル繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、ナイロン繊維、カーボン繊維、綿、ケナフ繊維等を好適に使用できるが、特にこれらに限定されるものではない。さらに、補強構造体１１は、少なくとも、その外側面（筒状織物１２の表面）と、内周（織物１３に形成された中心穴１３ａの縁）において、ゴム弾性体１０から露出している。

筒状の複合弾性体７は、その外周面と内周面において、プーリ２及びハブ３に固定されている。より詳細には、まず、各複合弾性体７はプーリ２の内側に圧入されることで、圧縮状態のゴム弾性体１０の拡径方向の弾性復元力により、外周面がプーリ２の内周面に密着固定される。また、ハブ３の外径は、外力が作用していない無負荷状態における複合弾性体７の内径よりも若干大きく設定されている。そのため、複合弾性体７が多少の拡径変形を伴いながらハブ３に外嵌されたときには、縮径方向に作用する自己弾性復元力により、複合弾性体７の内周面がハブ３の外周面に密着固定される。

あるいは、複合弾性体７の外周面と内周面の少なくとも一方が、プーリ２又はハブ３と接着剤で固定されていてもよい。

尚、複合弾性体７がねじれるときの負荷をできるだけ小さくして、複合弾性体７の破損を防止するという観点から、複合弾性体７がプーリ２とハブ３の間の配置された状態において、複合弾性体７の圧縮率又は引張率は３０％以下であることが好ましい。

ところで、前述したように、繊維材料からなる補強構造体１１は、少なくとも、その外側面（筒状織物１２の表面）と、内周（織物１３に形成された中心穴１３ａの縁）において、ゴム弾性体１０から露出している。そのため、複合弾性体７がプーリ２とハブ３に固定されるということは、少なくとも補強構造体１１がプーリ２とハブ３の両方に固定されることを意味している。

従って、プーリ２とハブ３の間に相対回転が生じたときには、繊維材料からなる補強構造体１１が、大きなねじれ歪に対する強度とトルク伝達とを受け持つことになる。一方、ゴム弾性体１０は比較的小さな歪を吸収して回転変動（振動）を減衰させる。このように、複合弾性体７が繊維材料からなる補強構造体１１を有することにより、複合弾性体７のねじれ強度が高まって疲労破壊が生じにくくなり、その耐久性が向上する。

また、補強構造体１１は、筒状織物１２の少なくとも一方の開口端に織物１３（補強布）が設けられた、繊維材料が立体的（三次元的）に張り巡らされた構造を有するため、大きなねじれ歪にも十分耐えられる強度が確保される。

尚、前述した補強構造体１１においては外周側にのみ筒部（筒状織物１２）が設けられているが、補強構造体１１の内周にも筒部が設けられて、この筒部がハブ３に固定されるような構成にすることもできる。
また、ゴム弾性体１０は、補強構造体１１とは違って大きなねじれ歪に対する強度を受け持つものではないことから、プーリ２及びハブ３と固定されている必要は特にないが、このゴム弾性体１０も、補強構造体１１と共にプーリ２及びハブ３と固定されていてもよい。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、複合弾性体は前記実施形態の構成に限られるものではなく、以下のような変更が可能である。尚、以下の変更形態の説明において、プーリ２やハブ３など、前述した実施形態とほぼ同様の構成を有するものについては、同じ符号を付して適宜その説明を省略する。

（変更形態１）
図４に示すように、変更形態１のプーリ構造体１Ａは、プーリ２とハブ３との間に設けられた筒状の複合弾性体７Ａを備えている。この複合弾性体７Ａは、筒状に成型されたゴム弾性体１０Ａと、このゴム弾性体１０Ａに埋設された、繊維材料からなる略円錐台形状の補強構造体１１Ａとを有する。

補強構造体１１Ａは、繊維材料からなる筒状織物３０の一端部が内側に折り返されることにより形成されている。より具体的には、図５（ａ）に示すように、補強構造体１１Ａの元となる筒状織物３０は、小径部３１と、小径部３１よりも径の大きい大径部３２と、小径部３１と大径部３２の間にあって大径部３２側ほど径が拡大するテーパー部３３とを有する。そして、この筒状織物３０の小径部３１が内側に折り返されることにより、図５（ｂ）に示すように、長手方向（軸方向）に関して径が変化しないストレート形状の内筒部２１と、長手方向に関して折り返し端（内筒部２１との接続端）と反対側ほど径が拡大するテーパー形状の外筒部２０とを有する、補強構造体１１Ａが形成される。さらに、この補強構造体１１Ａは、筒状織物３０の大径部３２が外側へ折り返されることによって形成された、外筒部２０の径拡大側の端部を囲う環状固定部２２も備えている。

そして、この略円錐台形状の補強構造体１１Ａが、筒状のゴム弾性体１０Ａに埋設された状態では、図４に示すように、補強構造体１１Ａの外筒部２０のテーパー面が、ゴム弾性体１０Ａ内を斜めに横切るように、内側から外側へ広がることになる。

また、補強構造体１１Ａは、少なくとも、ストレート形状の内筒部２１の内周面と、外筒部２０の外側を囲う環状固定部２２においてゴム弾性体１０Ａから露出している。そのため、この補強構造体１１Ａを含む複合弾性体７Ａがプーリ２とハブ３との間に配置されたときには、内筒部２１の内周面がハブ３の外周面に直接接触し、さらに、環状固定部２２がプーリ２の表面（先端面、あるいは、外周面）まで張り出すことになる。そして、前記実施形態と同様に、圧入や接着剤によって内筒部２１がハブ３の外周面に固定されるとともに、接着剤や、図示しない固定バンド、あるいは、ビス等を用いた機械的接合により、環状固定部２２がプーリ２の表面に固定される。

この変更形態１のプーリ構造体１Ａによれば、補強構造体１１Ａが、１つの筒状織物３０の端部が折り返されることにより形成された、内筒部２１と外筒部２０とを有する２重筒構造であるため、外筒部２０を環状固定部２２を介してプーリ２に固定するとともに、内筒部２１をハブ３に固定することができる。さらに、ゴム弾性体１０Ａ内において、外筒部２０のテーパー面が、内側のハブ３から外側のプーリ２に向けてゴム弾性体１０Ａ内を斜めに横切るように配置されているため、複合弾性体７Ａのねじれ強度が高くなる。

（変更形態２）
図６、図７に示すように、変更形態２のプーリ構造体１Ｂは、プーリ２とハブ３との間に設けられた筒状の複合弾性体７Ｂを備えている。この複合弾性体７Ｂは、筒状に成型されたゴム弾性体１０Ｂと、このゴム弾性体１０Ｂに埋設された、繊維材料からなる２重筒状の補強構造体１１Ｂとを有する。

図８に示すように、補強構造体１１Ｂは、それぞれ繊維材料からなる筒状織物である、外筒部４０とこの外筒部４０内に挿通された内筒部４１とを有する。さらに、外筒部４０と内筒部４１との間には、径方向に延びる２枚の連結部４２が設けられている。２枚の連結部４２は、外筒部４０の内面及び内筒部４１の外面に縫製等により固定されており、外筒部４０と内筒部４１は２枚の連結部４２を介して連結されている。また、図８において、２枚の連結部は、内筒部４１に対して互いに対称な位置に配置されている。

この補強構造体１１Ｂは、少なくとも、外筒部４０の外周面と、内筒部４１の内周面においてゴム弾性体１０Ｂから露出している。そのため、この補強構造体１１Ｂを含む複合弾性体７Ｂがプーリ２とハブ３との間に配置されたときには、外筒部４０がプーリ２の内周面に接触するとともに、内筒部４１がハブ３の外周面に接触する。そして、圧入や接着剤によって、補強構造体１１Ｂがプーリ２とハブ３の両方に固定される。

この変更形態２のプーリ構造体によれば、補強構造体１１Ｂの構造が、外筒部４０と内筒部４１を有する２重筒構造であるため、外筒部４０と内筒部４１を、プーリ２とハブ３にそれぞれ固定することができる。さらに、外筒部４０と内筒部４１が連結部４２により連結されているため、大きなねじれ歪にも十分耐えうる強度を確保することができる。

尚、連結部４２の数は２つに限られるものではなく、例えば、１つでもよい。但し、複合弾性体７Ｂのねじれ強度を高めるという観点からは、連結部４２は２つ以上設けられていることが好ましい。

（変更形態３）
図９、図１０に示すように、変更形態３のプーリ構造体１Ｃは、プーリ２とハブ３との間に設けられた筒状の複合弾性体７Ｃを備えている。この複合弾性体７Ｃは、筒状に成型されたゴム弾性体１０Ｃと、このゴム弾性体１０Ｃに埋設された、繊維材料の複数の線状体５０からなる補強構造体１１Ｃとを有する。

図１０に示すように、筒状のゴム弾性体１０Ｃ内において、複数の線状体５０は径方向に放射状に延びている。さらに、図９に示すように、一平面上において放射状に延びる複数本（図１０では１２本）の線状体５０の層が、軸方向に複数配置されている。また、各線状体５０の両端は、ゴム弾性体１０Ｃの外周面と内周面においてそれぞれ露出している。そのため、この補強構造体１１Ｃを含む複合弾性体７Ｃがプーリ２とハブ３との間に配置されたときに、各線状体５０の一端がプーリ２の内周面に接触するとともに、他端がハブ３の外周面に接触する。そして、圧入や接着剤、あるいは、機械的手段によって、複数の線状体５０はプーリ２とハブ３の両方に固定される。

この変更形態３のプーリ構造体によれば、ゴム弾性体１０Ｃ内において、複数の線状体５０が、内側のハブ３から外側のプーリ２に向けて放射状に延びていることから、複合弾性体７Ｃのねじれ強度が高くなる。

尚、複数の線状体５０は、端部がプーリ２の内周面やハブ３の外周面において固定される必要は必ずしもなく、図１１に示すように、線状体の両端部が、プーリ２やハブ３を貫通した状態で、接着剤や機械的接合等によりプーリ２とハブ３の両方に固定されていてもよい。また、図９に示す、軸方向に関して隣接する層間で線状体５０同士が連結されることにより、補強構造体１１Ｃが三次元的な構造を有するものであってもよい。

本発明の実施形態に係るプーリ構造体の縦断面図である。 図１のII-II線断面図である。 補強構造体の斜視図である。 変更形態１に係るプーリ構造体の縦断面図である。 変更形態１の補強構造体を示す図であり、（ａ）は補強構造体の元となる筒状織物の斜視図、（ｂ）は（ａ）の筒状織物から形成された補強構造体の斜視図である。 変更形態２に係るプーリ構造体の縦断面図である。 図６のVII-VII線断面図である。 変更形態２の補強構造体の斜視図である。 変更形態３に係るプーリ構造体の縦断面図である。 図９のX-X線断面図である。 変更形態３に一部変更を加えたプーリ構造体の、図１０相当の断面図である。

符号の説明

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ プーリ構造体
２ プーリ（第１回転体）
３ ハブ（第２回転体）
６ ベルト
７，７Ａ，７Ｂ，７Ｃ 複合弾性体
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ ゴム弾性体
１１，１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ 補強構造体
１２ 筒状織物
１３ 織物（補強布）
２０ 外筒部
２１ 内筒部
３０ 筒状織物
４０ 外筒部
４１ 内筒部
４２ 連結部
５０ 線状体

Claims (6)

1. ベルトが巻き掛けられる筒状の第１回転体と、
   前記第１回転体の内側において、前記第１回転体に対して相対回転可能に設けられた第２回転体と、
   ゴム弾性体と、このゴム弾性体中に埋設された繊維材料からなる補強構造体とを有し、前記第１回転体と前記第２回転体との間に配置された複合弾性体と、
   を備え、
   前記補強構造体の一部が前記ゴム弾性体から露出しており、少なくとも前記補強構造体が前記第１回転体と前記第２回転体の両方に固定されていることを特徴とするプーリ構造体。
2. 前記補強構造体は、筒状織物と、この筒状織物の少なくとも一方の開口端に設けられた補強布とを有することを特徴とする請求項１に記載のプーリ構造体。
3. 前記補強構造体は、筒状織物の一端部が内側に折り返されることにより形成された内筒部及び外筒部を有することを特徴とする請求項１に記載のプーリ構造体。
4. 前記内筒部は、その軸方向に関して径の変化しないストレート形状の筒状体であり、前記外筒部は、その軸方向の一方ほど径が拡大するテーパー形状の筒状体であることを特徴とする請求項３に記載のプーリ構造体。
5. 前記補強構造体は、筒状織物からなる外筒部と、同じく筒状織物からなり前記外筒部内に挿通された内筒部と、前記外筒部と前記内筒部との間に設けられて両者を連結する連結部とを有することを特徴とする請求項１に記載のプーリ構造体。
6. 前記補強構造体は、前記第２回転体から前記第１回転体に向けて放射状に延びる複数の線状体であることを特徴とする請求項１に記載のプーリ構造体。
   

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