JP2010110951A - プーリ及び樹脂プーリ付き転がり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】プーリ回転時に発生する唸りを簡便かつ安価に抑制する。
【解決手段】プーリの内外径円筒部３、５間に形成された円板部６を補強するリブ７の本数を、プーリ成形の際に金型９に樹脂を注入するゲート孔１０の数とは異なる素数にするとともに、このリブ７の太さを全てのリブ７で同じでないようにした。また、ゲート孔１０の孔径を全てのゲート孔１０で同じでないようにするとともに、このゲート孔１０をプーリの回転軸周りに回転非対称に配置した。これにより、各ゲート孔１０から注入された樹脂が金型９のキャビティ８内の外径円筒部５に相当する位置に到達するタイミングが不均一になって、この外径円筒部５の外径の回転非対称性を確保することができる。このため、プーリから発せられる複数の音響が互いに干渉しにくくなって、唸りの発生が抑制される。
【選択図】図１

Description

この発明は、自動車エンジンのカム駆動用のタイミングベルト等を案内するプーリ及び樹脂プーリ付き転がり軸受に関する。

プーリは、自動車エンジンのカム駆動用のタイミングベルトや、オルタネータ等の補機を駆動する補機ベルト等を案内するために使用される。このプーリは、図３に示すように転がり軸受１の外輪２に固着された内径円筒部３と、ベルト案内面４を有する外径円筒部５と、内外径円筒部３、５間に形成された円板部６と、この円板部６に放射状に形成された複数のリブ７とを有している。このリブ７で円板部６を補強して、外径円筒部５に前記ベルトによる負荷が加わった際の強度を確保している。

このプーリは一般的に樹脂からなり、その成形は、例えば図４に示すような、プーリの各部を一体に成形するためのキャビティ８を形成した金型９を用いて行われる。この金型９には、溶融した樹脂をそのキャビティ８に注入するためのゲート孔１０が複数形成され、このゲート孔１０を通して樹脂が注入される。この注入された樹脂はキャビティ８内で冷却されるとともに体積収縮する。この体積収縮率は、樹脂の温度低下幅が高いほど大きい。

すなわち、キャビティ８内において、樹脂が高温のまま到達した箇所では、その高温状態から室温まで冷却されるため、体積収縮率が大きいのに対して、樹脂が低温まで冷却されてから到達した箇所では、その低温状態から室温まで冷却されるため、体積収縮率が小さい。

このようにキャビティ８内で体積収縮率にばらつきが生じると、図５に模式的に示すように、外径円筒部５の真円度が低下して（同図中の符号５ａを参照）、プーリの回転の円滑性が損なわれる。そこで、特許文献１及び２に示すように、キャビティ８内に溶融した樹脂を注入するゲート孔１０の位置を工夫して、体積収縮率のばらつきを低減しようとする発明が開示されている。
特開平４−３４２６０号公報 特開２００８−１４９５０２号公報

この特許文献１に示す方法は、隣り合うリブ７、７の周方向対称位置（中間位置）にゲート孔１０を形成し、各ゲート孔１０から均等に溶融した樹脂を注入するものである。このゲート孔１０は全てのリブ７、７間に形成されており、各ゲート孔１０から流入した樹脂が、外径円筒部５、内径円筒部３、及び、隣り合うリブ７、７の全ての方向に均一に行きわたる。このため、この外径円筒部５における真円度が向上する。

また、特許文献２に示す方法は、回転軸を中心とする一つの円の円周上に等間隔に７以上のゲート孔１０を設けて、このゲート孔１０から上記と同様に樹脂を注入するものである。このゲート孔数１０は奇数とするのが好ましく、このようにすることによってウェルド部（収縮が小さい）とフロー部（収縮が大きい）が前記回転軸に対して対称に位置することとなって、その真円度が一層向上する。

前記特許文献１又は２の構成は、ゲート孔１０が所定間隔で設けられているため、各ゲート孔１０と外径円筒部５との距離に対応して、この外径円筒部５に周期的な（ゲート孔１０同士の間隔に対応した）外径の変動が生じやすい。この外径の変動はわずかなので、プーリの回転自体に影響を及ぼすほどのものではない。

しかしながら、この外径のわずかな変動は、プーリの回転の際において周期的な音響を発する原因となることがある。

すなわち、外径円筒部５が真円の場合は、一定速度で回転するプーリは、その形状や材質等によって決まる一定の周波数の音響を発する。これに対し、この真円がわずかにずれた場合には、そのずれ（外径の変動）に対応して、わずかにずれた複数の周波数の音響を同時に発する。このずれが周期的だと、これらの複数の音響が干渉して、前記ずれと同じ周波数の新たな音響（唸り）が生じる。この唸りは、特に周波数が数Ｈｚの低周波のときに、音量の周期的な変化として人の耳によって知覚される。このため、この音量変化が非常に耳障りとなって、静粛性の点で問題となることが多い。

この唸りは、外径の周期的なわずかな変動によって引き起こされるため、前記外径円筒部５の真円度を完全なものとすることによって抑制し得る。しかしながら、そのためには真円度の精度を大幅に高める必要があり、製造コストの面で大きな問題となる。

そこで、この発明は、プーリ回転時に発生する唸りを簡便かつ安価に抑制することを課題とする。

上記の課題を解決するため、この発明は、複数の周波数の音響が干渉しにくくすることによって、唸りの発生を抑制するようにした。

この複数の音響の干渉は、外径が周期性をもって変動している時に発生しやすい。これは、この周期性によって、複数の音響の位相が重なり合いやすいことに起因する。そこで、この周期性を意図的にずらす（回転非対称とする）ことによって、両音響の干渉の結果として生じる唸りを解消し得る。

ちなみに、このように外径の周期性をずらした場合でも、真円度は基本的に変わらない。この真円度は、外径円筒部の最大径と最小径の差によって定義され（特許文献２の段落０００８を参照）、周期性をずらしてもこの最大・最小径は基本的に変わらないからである。このため、周期性をずらすことに起因して、プーリの回転円滑性が損なわれることはない。

この発明の構成としては、転がり軸受の外輪に一体成形された内径円筒部と、ベルト案内面を有する外径円筒部と、内外径円筒部間に形成された円板部と、この円板部に放射状に形成した複数のリブとを有するプーリにおいて、その成形が、溶融した素材を金型に注入・固化してなされたものであって、その注入が、前記金型に設けられたゲート孔を通してなされ、前記リブの本数が前記ゲート孔の数の倍数でないようにすることができる。

例えば、このリブが３０本、ゲート孔の数が６個のように、リブの本数がゲート孔の数の倍数であって、リブ及びゲート孔が周方向に均等に設けられている場合、１個のゲート孔から平均して５本のリブに溶融した素材が注入される。このゲート孔から各リブまでの距離は少しずつ異なるため、その距離に対応して外径のわずかな変動が生じる。さらに、この「ゲート孔−５本のリブ」の組が６０度回転対称に６組存在するため、この６０度の回転周期ごとに前記外径の回転対称性が生じる。その結果、上述したように回転対象性に起因した唸りが生じることとなる。

それに対して、前記リブの本数がゲート孔の数の倍数でないようにすることによって、各ゲート孔が受け持つリブの本数がゲート孔ごとに異なることとなって、前記回転対称性が解消するとともに、それに起因した唸りも生じにくくなる。

あるいは、上述したように、前記リブの本数が前記ゲート孔の数の倍数でないようにする代わりに、前記リブの本数を前記ゲート孔の数と異なる素数としてもよい。

この素数は、１とその数自体以外に約数を持たないので、各ゲート孔が受け持つリブの本数が非同一となる。このため、上記と同様に回転対称性が解消して、それに起因する唸りも生じにくくなる。また、リブ数を素数とすることで、エンジン部品との共振を抑制することができ、静粛性のさらなる向上が期待できる。

前記各構成においては、前記金型に設けられたゲート孔が、プーリの回転軸に対して回転非対称となるようにすることができる。

この回転非対称とは、プーリの外径円筒部の外径が６回回転軸（６０度回転対称）、４回回転軸（９０度回転対称）、３回回転軸（１２０度回転対称）等の特定の回転軸を持たないことをいう。このように回転非対称とすることによって、このプーリから発せられる複数の音響が互いに干渉しにくくなって、唸りの発生が抑制される。

また、前記各構成においては、前記金型に設けられたゲート孔の孔径が、全てのゲート孔において同一ではないようにすることができる。

このように孔径を不均一とすることによって、各ゲート孔から注入される樹脂の量を各々変えることができる。そうすれば、上記のようにゲート位置を回転非対称としたのと同様に、樹脂が各ゲート孔から不均一に注入されることとなって、外径円筒部の外径の回転非対称性が確保される。

さらに、前記各構成においては、前記リブの太さが、全てのリブで同じでないようにするのが好ましい。

前記金型に注入された樹脂の一部は、前記リブを通ってその金型内の全体に行きわたる。その際、リブの太さが太いほど、そのリブ内を流動する樹脂の流速は遅くなって、その間に樹脂は冷却される。つまり、リブの太さを変えることによって、そのリブの位置に対応する外径円筒部の外径が不均一となって、この外径の回転非対称性が確保される。

前記各構成に示したプーリは、金型を用いた注入・固化による成形が可能であれば、その素材は適宜選択することができるが、軽量性及び成形容易性の観点等から樹脂とするのが好ましい。

この樹脂材料の種類も適宜選択し得るが、コスト面からはナイロン系樹脂、強度面からはフェノール系樹脂等が好ましい。このナイロン系樹脂は、フェノール系樹脂等と比較して強度の面で若干劣ることもあるが、内外径円筒部間に補強用のリブを設けることで、この強度を十分補うことができる。

さらに、転がり軸受の外輪に前記各構成に記載のプーリを樹脂の射出成形により一体成形し、樹脂プーリ付き転がり軸受とすることができる。
この軸受とプーリの一体化は、このプーリを成形する際の金型に軸受の外輪を組み込み得るようにしておき、この金型への樹脂の注入とともにこの外輪が固着されるようにするとよい。このようにすることで、プーリの成形と軸受との一体化を同時に行うことができるので、その作業が非常に簡便である。

この発明によると、プーリの外径円筒部の外径を回転非対称として周期性を失わせることによって、このプーリから発生する複数の音響が干渉するのを防止する。このため、この干渉に起因して唸りが生じるのを防止し、プーリ回転の際の静粛性を確保することができる。

この発明に係るプーリ付き軸受の一実施形態を図１及び２に示す。このプーリ付き軸受は、転がり軸受１と、この転がり軸受１の外輪２に一体成形された内径円筒部３と、ベルト案内面４を有する外径円筒部５と、内外径円筒部３、５間に形成された円板部６と、この円板部６に放射状に形成した３７本のリブ７とで構成されている。この「３７」は、１とその数自体以外に約数を持たない素数である。

このプーリ付き軸受は、図４に示すように、プーリの形状に合わせて形成したキャビティ８を有するプーリ形成用金型９を用いて製造される。この金型９は、プーリの内径円筒部３となる位置に合わせてゲート孔１０が９個、つまりリブ７の本数と異なる数だけ形成されていて、このゲート孔１０から溶融した樹脂をキャビティ８内に注入するようになっている。このゲート孔１０はプーリの回転軸周りに回転非対称に形成されていて、かつ、各ゲート孔１０の孔径はそれぞれ異なっている。

このリブ７及びゲート孔１０の数は、本発明の課題を解決し得る限りにおいて適宜変更することができる。すなわち、リブ７をゲート孔１０の倍数とは異なるようにしたり（例えば、リブ３２本でゲート孔６個）、リブ７の数を上記と異なる素数としたり（例えば、リブ３１本でゲート孔７個）することもできる。

このゲート孔１０を回転非対称に形成するとともに孔径をゲート孔１０ごとに変えることによって、各ゲート孔１０から供給された樹脂がキャビティ８内の外径円筒部５に相当する位置に到達するタイミングが不均一となる。この結果、この外径円筒部５における樹脂の収縮度が不均一となって、その外径を回転非対称とすることができる。

また、リブ７の太さは全てにおいて均等ではなく、一部の太さ（図１の７ａを参照）が他の太さ（同図の７ｂを参照）と比較して太めに形成してある。ゲート孔１０から注入された樹脂の一部はこのリブ７を通って外径円筒部５に供給されるが、このようにリブ７の太さを不均等にすることにより、外径円筒部５への供給速度が、樹脂を通過させるリブ７の太さによって変わる。これによって、上記と同様に外径円筒部５の外径の回転非対称性を得ることができる。

この金型９で成形したプーリの内径円筒部３の側面には、図１に示したように、ゲート孔１０から注入した樹脂の注入痕（以下、単に「ゲート１１」という。）が残存している。このゲート１１は、ゲート孔１０の位置に対応して、プーリの回転軸周りに回転非対称となっているとともに、それぞれ異なる直径を有している。このゲート１１は、プーリの機能上特に必要性はないので、研磨等によって除去してもよいし、残したまま使用に供してもよい。

図１及び２に示した構成では、外径円筒部５の外径の回転非対称性を得るために、（１）ゲート孔１０の位置を回転非対称にする、（２）ゲート孔１０の孔径をゲート孔１０ごとに変える、（３）リブ７の太さを不均等にする、の３つの手段を併用したが、特にこれらの手段を用いなくてもよいし、用いる場合であってもこの３つの中から少なくとも一つを選択するようにしてもよい。

前記（１）〜（３）の各手段は、リブ７の数をゲート孔１０の数の非倍数としたり、素数としたりすることによってリブ７の外形を回転非対称にするにあたり、補助的に採用される手段であって、リブ７を非倍数又はゲート孔の数と異なる素数とすることによって、本発明の作用効果は発揮できるからである。

また、本構成ではプーリを転がり軸受１の外輪２と一体に成形したものを示したが、例えば、このプーリの内径円筒部３に回転軸を直接嵌め込むようにしてもよい。この場合でも、このプーリの回転時の唸りを抑制する効果を発揮し得るからである。

この発明に係るプーリ付き軸受の一実施形態を示す側面図 同実施形態を示す斜視図 一般的なプーリ付き軸受を示す断面斜視図 金型によるプーリ付き軸受の成形を示す側面断面図 一般的なプーリを示す部分側面図

符号の説明

１ 転がり軸受
２ 外輪
３ 内径円筒部
４ ベルト案内面
５ 外径円筒部
６ 円板部
７ リブ
８ キャビティ
９ プーリ成形用金型
１０ ゲート孔
１１ ゲート

Claims (7)

1. 転がり軸受（１）の外輪（２）に一体成形された内径円筒部（３）と、ベルト案内面（４）を有する外径円筒部（５）と、内外径円筒部（３、５）間に形成された円板部（６）と、この円板部（６）に放射状に形成した複数のリブ（７）とを有するプーリにおいて、
   その成形が、溶融した素材を金型（９）に注入・固化してなされたものであって、その注入が、前記金型（９）に設けられたゲート孔（１０）を通してなされ、前記リブ（７）の本数が前記ゲート孔の数の倍数でないことを特徴とするプーリ。
2. 転がり軸受（１）の外輪（２）に一体成形された内径円筒部（３）と、ベルト案内面（４）を有する外径円筒部（５）と、内外径円筒部（３、５）間に形成された円板部（６）と、この円板部（６）に放射状に形成した複数のリブ（７）とを有するプーリにおいて、
   その成形が、溶融した素材を金型（９）に注入・固化してなされたものであって、その注入が、前記金型（９）に設けられたゲート孔（１０）を通してなされ、前記リブ（７）の本数を前記ゲート孔（１０）の数と異なる素数としたことを特徴とするプーリ。
3. 前記金型（９）に設けられたゲート孔（１０）が、プーリの回転軸に対して回転非対称となっていることを特徴とする請求項１又は２に記載のプーリ。
4. 前記金型（９）に設けられたゲート孔（１０）の孔径が、全てのゲート孔（１０）において同一ではないことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載のプーリ。
5. 前記リブ（７）の太さが、全てのリブ（７）で同じでないことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一つに記載のプーリ。
6. 樹脂で成形されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一つに記載のプーリ。
7. 転がり軸受（１）の外輪（２）に請求項１乃至６のいずれか一つに記載のプーリを樹脂の射出成形により一体成形した樹脂プーリ付き転がり軸受。

Images