JP2009174638A

JP2009174638A - 樹脂製プーリ

Info

Publication number: JP2009174638A
Application number: JP2008013942A
Authority: JP
Inventors: 和生 ▲濱▼田; Kazuo Hamada; Hiroshi Ueno; 弘上野; Kunio Yanai; 邦夫柳井; Masanori Shinohara; 正則篠原; Takao Uno; 共生宇野
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2008-01-24
Filing date: 2008-01-24
Publication date: 2009-08-06
Also published as: DE602009000076D1; US8167750B2; EP2083195A1; US20120094796A1; US20090191995A1; US8308591B2; EP2083195B1

Abstract

【課題】樹脂製プーリの外周面の真円度を向上させる。
【解決手段】樹脂製プーリ１０は、外周面にベルトが巻掛けられる外側円筒部２０と、この外側円筒部２０の径方向内側に同軸心状に配置され、内周面に転がり軸受１１が装着される内側円筒部２１と、前記外側円筒部２０の内周面と前記内側円筒部２１の外周面とを連結する複数のリブ２２とを備える。リブ２２は、径方向の仮想線に対して周方向に傾斜して設けられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、自動車エンジンにおけるクランクシャフトと補機との間のベルト伝動系においてベルトをガイドするアイドラ等として用いられる樹脂製プーリに関する。

自動車において、オルタネータ等の補機にエンジンの回転動力を伝達するためのベルト伝動系には、ベルトをガイドするアイドラプーリが設けられている。近年、このアイドラプーリには、軽量化やコストダウンのために樹脂製のものが用いられている（例えば、特許文献１参照）。

図９（ａ）は従来の樹脂製プーリの上半分を示す側面図、図９（ｂ）は、（ａ）のＣ−Ｃ矢視断面図である。従来の樹脂製プーリ１１０は、外周面に伝動ベルトが巻掛けられる外側円筒部１２０と、この外側円筒部１２０の径方向内側に同軸心状に配置され、内周面に転がり軸受１１１が装着される内側円筒部１２１と、この内側円筒部１２１と外側円筒部１２０とを軸方向中央において相互に連結する円板部１２３と、円板部１２３の軸方向両側において、内側円筒部１２１と外側円筒部１２０とを相互に連結する複数のリブ１２２とを備えている。外側円筒部１２０、内側円筒部１２１、円板部１２３、及びリブ１２２は、転がり軸受１１１をインサートした状態で射出成形によって一体成形されている。

特開平７−６３２４９号公報

図９に示す樹脂製プーリ１１０は、リブ１２２が径方向に向けて放射状に形成されているので、外側円筒部１２０に対してリブ１２２が垂直に突っ張った状態となる。そのため、射出成形の際にリブ形成部分とリブ間とで外側円筒部１２０の外周面に凹凸が生じやすく、真円度が悪化する。外側円筒部１２０の外周面にはベルトが巻掛けられるため、当該外周面の真円度の悪化は、騒音の発生やベルトの耐久性低下の原因となる。

なお、樹脂製プーリの真円度の悪化は、ナイロン等の熱可塑性樹脂によって樹脂製プーリを成形した場合に生じ易く、寸法安定性の高いフェノール樹脂等の熱硬化性樹脂にて樹脂製プーリを成形した場合には生じることが少ない。しかしながら、熱硬化性樹脂はリサイクルが困難であるという欠点があるため、環境保全の観点からも熱可塑性樹脂によって樹脂製プーリを形成し、なおかつ真円度を高めることが好ましい。

一方、図９に示す樹脂製プーリ１１０は、外側円筒部１２０に対してリブ１２２や円板部１２３が垂直に突っ張った状態となっているので、ベルトから外側円筒部１２０へ荷重が付与されると、リブ１２２や円板部１２３との接合部近傍で外側円筒部１２０に応力が集中しやすくなる。また、ベルトからの衝撃や振動は、外側円筒部１２０からリブ１２２を介して内側円筒部１２１に殆ど緩和されずに伝わるので、転がり軸受１１１が大きな衝撃や振動を受け得る。そのため、転がり軸受１１１に白層剥離等の損耗が生じやすく、寿命が低下する可能性がある。

また、図９に示す樹脂製プーリ１１０には円板部１２３が形成されているので、樹脂製プーリ１１０へ向かう軸方向の空気の流れが円板部１２３により遮断されてしまう。そのため、樹脂製プーリの放熱性が低下し、転がり軸受１１１内に注入されたグリースが熱影響により劣化し易くなる。

本発明は、上記の実情に鑑みてなされたものであり、樹脂製プーリの外周面の真円度を向上させることを主たる目的とする。

本発明の樹脂製プーリは、外周面にベルトが巻掛けられる外側円筒部と、この外側円筒部の径方向内側に同軸心状に配置された内側円筒部と、前記外側円筒部の内周面と前記内側円筒部の外周面とを連結する複数のリブとを備え、前記外側円筒部、前記内側円筒部、及び前記リブが樹脂材料により一体成形されており、
前記リブが、径方向の仮想線に対して軸方向視で周方向に傾斜して設けられていることを特徴とする。

この構成によれば、リブが径方向の仮想線に対して周方向に傾斜して設けられているので、従来技術（図９参照）のように外側円筒部に対してリブが垂直に突っ張った状態にならず、射出成形の際に外側円筒部の外周面に凹凸が生じにくくなる。したがって、外側円筒部の真円度を向上することができる。
また、リブが径方向の仮想線に対して周方向に傾斜しているので、ベルトからの荷重が外側円筒部に付与されたときに、リブとの接合部分で外側円筒部に応力が集中しにくくなり、応力を分散することができる。さらに、ベルトから伝わる衝撃や振動によってリブ自身が撓みやすくなり、衝撃や振動をリブによって吸収することができる。そのため、樹脂製プーリの破損を防止し、耐久性を向上することができる。また、樹脂製プーリの内側円筒部に転がり軸受が装着されている場合には、この転がり軸受の耐久性も向上することができる。

周方向に隣接する前記リブの間には、軸方向に貫通する空孔部が形成されていることが好ましい。この構成により樹脂製プーリの放熱性を高めることができる。したがって、樹脂製プーリに転がり軸受が装着されている場合には、転がり軸受に供給された潤滑剤が熱により劣化するのを防止し、潤滑剤の寿命を延ばすことができる。また、空孔部が形成されていることによって、リブによるクッション性が更に高まり、衝撃や振動の吸収作用を向上することができる。

周方向に隣接する前記リブは、互いに逆向きに傾斜するように配置されていることが好ましい。
また、前記リブの径方向外端部は、径方向外方へ向かうほど径方向の仮想線に対する傾斜角度が大きくなるように形成されていることが好ましく、前記リブの径方向内端部は、径方向内方へ向かうほど径方向の仮想線に対する傾斜角度が大きくなるように形成されていることが好ましい。これらの構成によって、応力の分散作用、衝撃や振動の吸収作用をより高めることができる。

本発明の樹脂製プーリは、周方向に列設された複数の前記リブを含むリブ列が軸方向に複数設けられ、複数のリブ列は軸方向視で同一の外形に形成され、少なくとも軸方向に隣接するリブ列が周方向に互いに位相をずらして配置されていることが好ましい。この場合、外側円筒部に接触するリブの周方向ピッチを実質的に短くすることができ、外側円筒部の外周面の真円度をさらに向上することができる。

本発明によれば、樹脂製プーリの外周面の真円度を向上させることができる。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る樹脂製プーリの側面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ矢視断面図である。樹脂製プーリ１０は、転がり軸受１１とプーリ本体１２とからなる。転がり軸受１１は、内輪１４と、外輪１５と、内輪１４及び外輪１５の間に転動可能に配置された複数の玉（転動体）１６と、複数の玉１６を保持する保持器１８と、内輪１４と外輪１５との間の空間部を密封するシール部材１７とを備えている。内輪１４の内周面には、図示しない軸が嵌合され、この軸とプーリ本体１２とが転がり軸受１１を介して相対回転可能とされる。

プーリ本体１２は、外輪１５の外周面に装着されている。プーリ本体１２は、外輪１５の外周面に内周面２１ｂが嵌合された内側円筒部２１と、この内側円筒部２１と同軸心状に配置された外側円筒部２０と、内側円筒部２１と外側円筒部２０との間に設けられ、両者２１，２０を連結する複数のリブ（連結リブ）２２とを備えている。内側円筒部２１，外側円筒部２０、及びリブ２２は、転がり軸受１１をインサートした状態で射出成形により一体に形成されている。なお、プーリ本体１２は、ナイロン等の熱可塑性樹脂を素材として、グラスファイバー等の強化繊維やエラストマ等の添加剤を加えた材料にて成形されている。もっとも、フェノール樹脂等の熱可塑性樹脂に強化繊維や添加剤を加えた材料にてプーリ本体１２を成形することも可能である。

内側円筒部２１の内周面２１ｂの軸方向両側には、径方向内方へ突出する突条２１ｃが全周にわたって形成され、軸方向両側の突条２１ｃの間に外輪１５が嵌合されている。外側円筒部２０の外周面２０ａには、図示しないベルトが巻掛けられ、このベルトの回送に伴ってプーリ本体１２が回転する。

図１に示すように、複数のリブ２２は側面視（軸方向視）でジグザグ形状に配置されている。具体的には、図３に示すように、各リブ２２は、径方向に延びる仮想線Ｚ（以下、「径方向線Ｚ」という）に対して周方向一方側に傾斜した第１リブ２２Ａと、周方向他方側に傾斜した第２リブ２２Ｂとからなり、第１，第２リブ２２Ａ、２２Ｂは周方向交互に配置されている。

また、複数のリブ２２は、側面視において全体として正弦波のような波形状に形成されている。各リブ２２は、径方向外端部２２ａ及び径方向内端部２２ｃが円弧状に形成されており、両端部２２ａ，２２ｃの間の中間部２２ｂでは、直線状又は両端部２２ａ，２２ｃよりも緩やかな円弧状に形成されている。
したがって、各リブ２２の径方向外端部２２ａは、径方向外方へ向かうほど径方向線Ｚに対する傾斜角度が大きくなり、各リブ２２の径方向内端部２２ｃは、径方向内方へ向かうほど径方向線Ｚに対する傾斜角度が大きくなっている。

周方向に隣接する第１，第２リブ２２Ａ，２２Ｂは、径方向内端部２２ｃ同士が直接的に連結されている。また、周方向に隣接する第１，第２リブ２２Ａ，２２Ｂは、径方向外端部２２ａ同士が外側円筒部２０を介して連結され、各径方向外端部２２ａの内周面が外側円筒部２０の内周面２０ｂと滑らかに連なっている。なお、第１，第２リブ２２Ａ，２２Ｂの径方向外端部２２ａ同士は直接的に連結されていてもよく、第１，第２リブ２２Ａ，２２Ｂの径方向内端部２２ｃ同士は内側円筒部２１を介して連結されていてもよい。

図１に示すように、外側円筒部２０と内側円筒部２１とはリブ２２のみで連結されており、周方向に隣接する第１，第２リブ２２Ａ，２２Ｂの間には、プーリ本体１２を軸方向に貫通する空孔部Ｓが形成されている。

以上の構成において、プーリ本体１２は、外側円筒部２０と内側円筒部２１との間に複数のリブ２２を備え、このリブ２２は、径方向線Ｚ（図３参照）に対して周方向に傾斜しているので、図９に示す従来技術のように外側円筒部１２０に対してリブ１２２が垂直に突っ張った状態にならない。そのため、射出成形時に、リブ形成部位とリブ間とにおいて外側円筒部２０の外周面に凹凸が形成されにくくなり、従来に比べて真円度が向上する。

また、リブ２２が径方向線Ｚに対して周方向に傾斜しているので、ベルトからの荷重が外側円筒部２０に付与されたときに、外側円筒部２０にリブ２２との接合部分で応力が集中しにくくなり、応力が分散される。さらに、ベルトから伝わる衝撃や振動によってリブ２２自身が径方向に撓みやすくなるので、弾力性（クッション性）が増し、当該衝撃及び振動をリブ２２によって好適に吸収することができる。そのため、プーリ本体１２や転がり軸受１１の破損を防止し、耐久性を向上することができる。
なお、図３に示すように、リブ２２は、径方向外端部２２ａが円弧状に形成され、径方向外方へ向かうほど傾斜角度が大きく外側円筒部２０に沿うように形成されているので、上述の応力の分散作用や、衝撃及び振動の吸収作用をより高めることができる。

プーリ本体１２には、軸方向に貫通するように空孔部Ｓが形成されているので、プーリ本体１２の放熱性を高めることができる。そのため、転がり軸受１１内に封入されたグリースが熱により劣化するのを防止し、グリースの寿命を延ばすことができる。また、空孔部Ｓが形成されているので、リブ２２によるクッション性をより高めることができる。また、プーリ本体１２は、図９に示すような円板部１２３を備えていないので、軽量化を図ることができる。

本実施の形態のプーリ本体１２は、熱可塑性樹脂に添加剤としてゴム等のエラストマを加えた材料にて成形されている。そのためプーリ本体１２の材料そのものが弾性（バネ性）を有し、衝撃や振動を吸収する作用が向上されている。例えば、エラストマが添加されていない樹脂材料により成形したプーリ本体と、添加されている樹脂材料により成形したプーリ本体とに、それぞれ破壊に至るような衝撃を加えた場合、前者に比べて後者は比較的長時間で破壊に至る。そのため、後者は、破壊が進行しつつもベルトのガイド機能を長く維持することができる。そして、後者の場合、破壊が進むにつれて異音等の異常を生じるため、オペレータ（自動車の場合、運転者等）は、樹脂製プーリが破壊しつつあることを機能不全になる前に認識することが可能となる。

図４は、本発明の第２の実施の形態に係る樹脂製プーリの側面図であり、図５は、図４のＢ−Ｂ矢視断面図である。第２の実施の形態の樹脂製プーリ１０は、複数のリブ（本実施の形態では符号２３，２４で示す）の構成が異なる点以外は第１の実施の形態と同様であり、共通する点については詳細な説明を省略する。
本実施の形態のプーリ本体１２は、図５に示すように、複数のリブ２３が周方向に列設された第１リブ列２５と、複数のリブ２４が周方向に列設された第２リブ列２６とを、軸方向の中央Ｙを境にして備えている。第１リブ列２５のリブ２３と、第２リブ列２６のリブ２４とは、図４に示すように、側面視で同一の外形であり、第１の実施の形態と同様に全体として波形状に形成されている。しかしながら、第１リブ列２５のリブ２３と第２リブ列２６のリブ２４とは、周方向に半波長分だけ位相がずれた状態で配置されている。

本実施の形態では、第１の実施の形態と同様の作用効果を奏する。さらに、本実施の形態では、外側円筒部２０に対するリブ２３，２４の周方向ピッチが第１の実施の形態に比べて実質的に小さくなる（１／２になる）ため、外側円筒部２０の真円度が更に向上する。また、リブ２３，２４の周方向ピッチが小さくなることに起因して、回転に伴う騒音を低減することができる。

第１，第２の実施の形態の樹脂製プーリは、図６に示す金型３１を用いて成形される。図６（ａ）は、第１の実施の形態の樹脂製プーリ用の金型３１を示し、この成形金型３１は上型３２及び下型３３からなる。この上型３２及び下型３３を重合することによって、その間にはプーリ本体１２を成形するためのキャビティ３４が形成される。また、上型３２と下型３３との間には転がり軸受１１がインサートされる。なお、図６においては、簡略化のため、リブ２２を成形するためのキャビティを、周方向に傾斜した状態ではなく径方向に沿った状態で図示してある。
この上型３２及び下型３３を用いることによって、図２に示すように外側円筒部２０と内側円筒部２１との間には、複数のリブ２２が１列に形成される。

一方、図６（ｂ）は、第２の実施の形態の樹脂製プーリの成形金型３１であり、図６（ａ）と同一の上型３２及び下型３３からなる。しかし、上型３２と下型３３とは、周方向に位相がずれた状態で重合されている。その結果、図５に示すように外側円筒部２０と内側円筒部２１との間には、複数のリブ２３からなるリブ列２５と、複数のリブ２４からなるリブ列２６とが形成される。
このように、第１，第２の実施の形態の樹脂製プーリは、リブ２２，２３，２４の配置が異なっているが、同一の金型３１を用いて成形することができ、部品兼用による製造コストの低減を図ることができる。

本願の出願人は、本発明の第２の実施の形態で説明した樹脂製プーリ（図４参照）と、従来技術の樹脂製プーリ（図９参照）とに同一の条件で荷重を加え、樹脂製プーリに生じる応力及び変位をＦＥＭ解析する試験を行った。図７は、本発明の樹脂製プーリのＦＥＭ解析結果を示す図であり、図８は、従来技術の樹脂製プーリのＦＥＭ解析結果を示す図である。図７及び図８の（ａ）は応力分布図であり、（ｂ）は変位分布図である。なお、いずれの樹脂製プーリも、ナイロン６６にグラスファイバーを３３％添加したもの材料とし、幅２０ｍｍのベルトを１８０°の範囲に巻き掛け、８ｋＮの荷重を加えた。図７及び図８では、樹脂製プーリの上半分のみが図示されているが、ベルトは樹脂製プーリの右半分の１８０°の範囲で巻き掛けられるものとしている。したがって、図７及び図８では、ベルトの巻掛範囲のうち下側が省略されている。また、図７，８において、応力の値又は変位の値の大きい部分ほどハッチングの目を細かくして示してある。

図８（ａ）に示すように、従来技術の樹脂製プーリでは、特に剛性が高くなる外側円筒部１２０の軸方向中央（図８（ａ）のＤ部）、つまり円板部１２３の外周側においてベルト巻掛範囲全体に最大の主応力が発生した。逆に、外側円筒部１２０の軸方向両側において、ベルト巻掛範囲の端部（図８（ｂ）のＥ部）に最大の変位が見られ、ベルト巻掛範囲の全体（図８（ｂ）のＥ’部）でも大きな変位が見られた。
これに対して、本発明の樹脂製プーリの場合、ベルト巻掛範囲の端部付近におけるリブ２３の径方向内端部（図７（ａ）のＦ部）で最大の主応力が発生した。また、ベルト巻掛範囲の端部付近における、外側円筒部２０のリブ２３間に相当する部位（図７（ｂ）のＧ部）で最大の変位が見られた。また、ベルト巻掛範囲において、外側円筒部２０のその他のリブ２３，２４間に相当する部位（図７（ｂ）のＧ’部）や、各リブ２３，２４においても比較的大きな変位が見られた。したがって、本発明の場合、外側円筒部２０には最大主応力が生じず、尚かつ、外側円筒部２０のリブ２３，２４間に相当する部位や、各リブ２３，２４において大きな変位が見られ、衝撃や振動を好適に吸収可能であることが分かった。

本発明は、上記実施の形態に限定されることなく適宜設計変更可能である。例えば、第１，第２の実施の形態では、リブの径方向外端部及び径方向内端部は円弧状に形成されているが、中間部とともに一直線状に形成されていてもよい。ただし、応力の分散作用や、衝撃及び振動の吸収作用をより高めるためには、上記第１，第２の実施の形態のように、リブの径方向外端部及び内端部を円弧状とし、全体を波形状に形成するのが好ましい。

また、第２の実施の形態では、軸方向に２列のリブ列２５，２６を設けた例を示したが３列以上のリブ列を設けることもできる。この場合、少なくとも隣接するリブ列同士が周方向にずれていれば良く、軸方向に離れて配置されたリブ列が周方向に同じ位相で設けられていても良い。
また、本発明の樹脂製プーリ１０は、内側円筒部２１の内周面に転がり軸受１１を装着したものとなっているが、内側円筒部２１の内周側にボス部を形成し、このボス部を直接的に回転軸に固定するものであってもよい。

本発明の第１の実施の形態に係る樹脂製プーリの側面図である。図１のＡ−Ａ矢視断面図である。図１の樹脂製プーリの要部の拡大側面図である。本発明の第２の実施の形態に係る樹脂製プーリの側面図である。図４のＢ−Ｂ矢視断面図である。本発明の樹脂製プーリを成形するための金型の断面図である。本発明の第２の実施形態に係る樹脂製プーリについてのＦＥＭ解析結果を示す図であって、（ａ）は応力分布図、（ｂ）は変位分布図である。従来技術に係る樹脂製プーリについてのＦＥＭ解析結果を示す図であり、（ａ）は応力分布図、（ｂ）は変位分布図である。（ａ）は従来技術に係る樹脂製プーリの上半分の側面図であり、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ矢視断面図である。

符号の説明

１０樹脂製プーリ
１１転がり軸受
１２プーリ本体
２０外側円筒部
２１内側円筒部
２２リブ
２３リブ
２４リブ
Ｓ空孔部

Claims

外周面にベルトが巻掛けられる外側円筒部と、この外側円筒部の径方向内側に同軸心状に配置された内側円筒部と、前記外側円筒部の内周面と前記内側円筒部の外周面とを連結する複数のリブとを備え、前記外側円筒部、前記内側円筒部、及び前記リブが樹脂材料により一体成形されており、
前記リブが、軸方向視で径方向の仮想線に対して周方向に傾斜して設けられていることを特徴とする樹脂製プーリ。
周方向に隣接する前記リブの間に、軸方向に貫通する空孔部が形成されている請求項１に記載の樹脂製プーリ。
周方向に隣接する前記リブが互いに逆向きに傾斜するように配置されている請求項１又は２に記載の樹脂製プーリ。
周方向に列設された複数のリブを含むリブ列が軸方向に複数設けられ、複数のリブ列は軸方向視で同一の外形に形成され、少なくとも軸方向に隣接するリブ列同士が周方向に互いに位相をずらして配置されている請求項１〜３のいずれか１つに記載の樹脂製プーリ。