JP2017172622A - 動力伝達ローラ、及び、動力伝達ローラの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】駆動ローラと従動ローラとの間の摩擦による動力伝達を安定的に行うとともに長寿命化を図った動力伝達ローラを提供する。【解決手段】駆動ローラＤと従動ローラＳとの間に介在して、駆動ローラＤの回転力を摩擦力によって従動ローラＳ側に伝達する動力伝達ローラにおいて、外径面に多孔質状の金属被膜２ａが形成され、駆動ローラＤと従動ローラＳとの間で動力を伝達することが可能なローラ本体２と、金属被膜２ａ上に形成され、駆動ローラＤ及び従動ローラＳに接触可能なローラ本体２よりも軟質の素材からなる弾性層３と、を備えた動力伝達ローラを構成する。【選択図】図１

Description

この発明は、駆動ローラと従動ローラとの間に介在して、駆動ローラの回転力を摩擦力によって従動ローラに伝達する動力伝達ローラ、及び、その製造方法に関する。

従来、エンジンの動力伝達機構においては、エンジンのクランクと、ウォータポンプ（ＷＰ）やアイドリングストップジェネレータ（ＩＳＧ）等の補機類との間の動力の伝達を、アイドラプーリを経由して架け渡した補機ベルトを介して行っていた。この場合、クランクの回転に伴って、補機類も常に回転することになるため、例えば、エンジンの暖気運転のようにＷＰを回転させる必要がない時にも不必要に回転することになり、ベルト損失とプーリの不必要な回転に起因する燃費の低下が問題となっていた。

この問題を解決すべく、例えば、特許文献１の図１に示すように、補機ベルトを用いる代わりに、駆動ローラ（クランクシャフトプーリ）と従動ローラ（フリクションプーリ）との間に動力伝達用のアイドラローラ（フリクションホイール）を介在させ、駆動ローラの回転力を、アイドラローラの摩擦力によって、従動ローラに伝達する技術が開示されている。このアイドラローラは、補機ベルトと異なり、その位置を進退させることによって、駆動ローラや従動ローラとの間の接離状態を自在に変えることができる。

例えば、図８に示すように、駆動ローラＤ（例えばクランクローラ）、従動ローラＳ１（例えばＩＳＧローラ）等の各ローラ（Ｄ、Ｓ１、Ｓ２、Ｒｓ）を配置した場合、アイドラローラＲｉを矢印ｄ１の方向に移動させると、このアイドラローラＲｉと駆動ローラＤ及び従動ローラＳ１とを当接させて、アイドラローラＲｉを介して駆動ローラＤから従動ローラＳ１に動力を伝達することができる。その一方で、アイドラローラＲｉを矢印ｄ２の方向に移動させると、このアイドラローラＲｉと駆動ローラＤ及び従動ローラＳ１とが離間して、動力の伝達を遮断することができる。

このアイドラローラを進退させて、駆動ローラ及び従動ローラに均等に当接させる機構（カムアクチュエータ）について、例えば、特許文献２の図１を用いて説明する。本図に示すカムアクチュエータは、モータ１の回転を遊星減速機Ｒで減速し、その減速した回転を偏心カム３によって連接棒２０１の往復運動に変換して、この連接棒２０１の端部で支持されたプーリ３００を進退させるようにしたものである。このプーリ３００を進退させることにより、エンジンの稼働状況等の諸条件に対応して、駆動ローラから従動ローラへの動力の伝達又は遮断を制御し、燃費の向上を図っている。

この連接棒２０１は、その中ほどで軸方向から若干量だけ揺動可能に構成されている。このように、揺動可能とすることにより、プーリ３００が駆動ローラ及び従動ローラと当接した際に、プーリ３００と各ローラとの間の当接力がほぼ等しくなるように連接棒２０１が揺動して、プーリ３００が最適な位置に位置決めされる。

特許第４８９１９１４号公報 特許第４８０９３４１号公報

特許文献１、２に示すアイドラローラをエンジンの補機ベルトの駆動に用いる場合、車体下部からの水はね等によって、そのローラが被水しやすい。そこで、被水によってローラに錆が生じるのを防止するために、その表面にめっき等の防錆処理を施すことがある。また、このローラの外径面には、駆動ローラ及び従動ローラとの間の動力伝達効率を向上するために、ゴム等の弾性層が形成されることがある。

この弾性層の形成に際しては、ローラを予熱するとともに、加熱して軟化したゴム等の弾性素材をそのローラの外径面に設けることが多いが、一般的に採用される電気亜鉛めっき等の湿式法によるめっき被膜は、ローラの予熱や加熱した弾性素材によって剥離しやすいことが知られている。しかも、電気亜鉛めっきの被膜は表面が緻密かつ平滑であるがゆえに、その表面に形成した弾性層との間で十分な密着性が確保し難い。このため、長期間の使用に伴って、めっき被膜と弾性層との間で剥離が生じ、動力伝達に支障が生じ得る問題もある。

そこで、この発明は、駆動ローラと従動ローラとの間の摩擦による動力伝達を安定的に行うとともに、アイドラローラの長寿命化を図ることを課題とする。

この課題を解決するために、この発明においては、駆動ローラと従動ローラとの間に介在して、前記駆動ローラの回転力を摩擦力によって前記従動ローラ側に伝達する動力伝達ローラにおいて、外径面に多孔質状の金属被膜が形成され、前記駆動ローラと前記従動ローラとの間で動力を伝達することが可能なローラ本体と、前記金属被膜上に形成され、前記駆動ローラ及び前記従動ローラに接触可能な前記ローラ本体よりも軟質の素材からなる弾性層と、を備えたことを特徴とする動力伝達ローラを構成した。

このように、ローラ本体の外径面に金属被膜を形成することにより、被水環境下においても、ローラ本体に錆が生じるのを防止することができ、長寿命化を図ることができる。しかも、金属被膜を多孔質状とすることにより、多孔質状の金属被膜に弾性層が食い込んで、金属被膜と弾性層の間の高い密着性を確保することができる。このため、駆動ローラと従動ローラとの間の摩擦による動力伝達を安定的に行うことができる。なお、ここでの多孔質とは単分子もしくは複数分子が薄片状に積層した際、単分子もしくは複数分子の隙間を有した状態をいう。

この構成においては、車両本体側に固定される揺動軸と、前記揺動軸に揺動自在に設けられる揺動アームと、前記ローラ本体を回転自在に支持するローラ軸受と、前記揺動アームに設けられ、前記駆動ローラと前記従動ローラとの間の所定位置において、両ローラとの当接力がバランスするように前記ローラ軸受を付勢する付勢部材と、をさらに備えた構成とするのが好ましい。

このように動力伝達ローラを構成することにより、動力伝達ローラのローラ本体に、駆動ローラ又は従動ローラの少なくとも一方が当接すると、その当接力によって付勢部材が伸縮して、揺動アームが揺動軸周りに揺動する。この揺動によって、揺動アームが各ローラの位置に対応した位置に変位して、駆動ローラと動力伝達ローラとの間、及び従動ローラと動力伝達ローラとの間のそれぞれの当接力がほぼ等しくなり、その状態で駆動ローラから従動ローラに、安定的に動力を伝達することができる。

前記各構成においては、前記金属被膜を亜鉛被膜とするのが好ましい。亜鉛被膜は基材（ローラ本体）の保護作用が高く、長期間に亘って防錆効果を維持することができる。

また、この発明においては、駆動ローラと従動ローラとの間に介在して、前記駆動ローラの回転力を摩擦力によって前記従動ローラ側に伝達する動力伝達ローラの製造方法において、前記駆動ローラと前記従動ローラとの間で動力を伝達することが可能なローラ本体の外径面に、金属又は前記金属の合金を含む粒子を衝突させて、前記外径面に前記金属を含む金属被膜を形成する工程と、前記金属被膜の表面に、加熱溶融した弾性材料を設けた上でその弾性材料を硬化させて、前記駆動ローラ及び前記従動ローラに接触可能な弾性層を形成する工程と、を備えたことを特徴とする動力伝達ローラの製造方法を構成した。

このように、ローラ本体の外径面に、金属又は金属合金を含む粒子を衝突させることにより、その外径面に多孔質状の金属被膜が形成される。この多孔質状の金属被膜は、その表面に加熱溶融した弾性部材を設けて弾性層を形成する際に、その応力（熱応力や弾性部材の熱伸縮によって生じる応力）を緩和する作用を発揮する。このため、弾性層を形成する際の応力に起因して、ローラ本体の外径面から金属被膜が剥離するのを防止することができる。しかも、この多孔質状の金属被膜に弾性層が食い込むため、金属被膜と弾性層の間の高い密着性を確保することができる。

さらに、ローラの外径面に粒子を衝突させたときのピーニング効果によって、この外径面を硬化することができ、機械強度の向上を図ることもできる。

この動力伝達ローラの製造方法においては、前記金属を亜鉛とし、前記金属被膜を亜鉛被膜とするのが好ましい。上述したように、亜鉛被膜は基材（ローラ本体）の保護作用が高く、長期間に亘って防錆効果を維持することができる。

上記のように動力伝達ローラを構成することにより、ローラ本体と金属被膜との間、及び、金属被膜と弾性層の間の高い密着性を確保して、駆動ローラと従動ローラとの間の摩擦による動力伝達を安定的に行うことができる。さらに、被水環境下においても、ローラ本体に錆が発生するのを防止することができ長寿命化を図ることができる。

また、上記のように動力伝達ローラの製造方法を構成することにより、弾性層を形成する際の応力（熱応力や弾性部材の熱伸縮によって生じる応力）に起因して、ローラ本体から金属被膜が剥離するのを防止するとともに、金属被膜と弾性層との間の高い密着性を確保することができる。このため、動力伝達を安定的に行うことができるとともに、ローラ本体の長寿命化を図ることができる。

この発明に係る動力伝達ローラの実施形態の一例を示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）中のｂ−ｂ線に沿う断面図 図１に示す動力伝達ローラの、（ａ）は側面図、（ｂ）は背面図 図１に示す動力伝達ローラのＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図 図１に示す動力伝達ローラの斜視図 図１に示す動力伝達ローラの分解斜視図 図１に示す動力伝達ローラの作用を示す平面図 動力伝達ローラに偏心カム機構を併設した状態の平面図であって、（ａ）は動力伝達状態、（ｂ）は動力切断状態 各ローラの配置を示す平面図

この発明に係る動力伝達ローラ１の実施形態の一例を図１から図５に示す。図１（ａ）は動力伝達ローラ１の正面図、（ｂ）は断面図、図２（ａ）は側面図、（ｂ）は背面図、図３は断面図、図４は斜視図、図５は分解斜視図である。

この動力伝達ローラ１は、クランク等の駆動源に接続された駆動ローラＤと、ウォータポンプ（ＷＰ）やアイドリングストップジェネレータ（ＩＳＧ）等の補機類を作動させる従動ローラＳとの間に介在して、駆動ローラＤの回転力を摩擦力によって従動ローラＳ側に伝達するためのものであり、ローラ本体２、弾性層３、揺動軸４、揺動アーム５、ローラ軸受６、一対の付勢部材７、７を主要な構成要素としている。なお、駆動ローラＤ及び従動ローラＳとしての機能は、クランク等の各ローラに固有のものではなく、例えば、ＩＳＧが駆動ローラＤ、クランクが従動ローラＳとして機能することもある。

ローラ本体２は、弾性層３を介して、駆動ローラＤと従動ローラＳとの間で動力伝達を行うための有底円筒状の部材である。このローラ本体２の外径面には、金属被膜２ａとして、多孔質状の亜鉛被膜（以下において、金属被膜２ａと同じ符号を付する。）が形成されている。なお、ここでの多孔質とは単分子もしくは複数分子が薄片状に積層した際、単分子もしくは複数分子の隙間を有した状態をいう。

このように、亜鉛被膜２ａを形成することにより、被水環境下においても、ローラ本体２に錆が発生するのを防止することができ、動力伝達ローラ１の長寿命化を図ることができる。ここでいう亜鉛被膜２ａとは、亜鉛のみからなる被膜と、亜鉛と他の金属の合金からなる被膜の両方を含む。なお、この実施形態においては、金属被膜２ａとして、ローラ本体２の保護作用が高い亜鉛被膜２ａを採用したが、防食性を発揮し得る他の金属被膜２ａを採用することもできる。

弾性層３としてのゴム層（以下において、弾性層３と同じ符号を付する。）は、亜鉛被膜２ａの表面に密着して設けられている。多孔質状の亜鉛被膜２ａにゴム層３が食い込むことによって、高い密着性が確保されている。

なお、この実施形態においては、弾性層３の素材にゴムを採用したが、この素材はゴムに限定されず、ローラ本体２よりも軟質の樹脂材等の素材も適宜採用することができる。ローラ本体２よりも軟質であれば、弾性層３と駆動ローラＤ及び従動ローラＳとの間の密着性が高まり、駆動ローラＤから従動ローラＳへの動力伝達をスムーズに行い得るためである。

ローラ本体２の円筒底部には複数の孔２ｂが形成され、このローラ本体２の軽量化が図られている。このローラ本体２の回転中心には軸受孔２ｃが形成されており、ローラ軸受６（この実施形態では玉軸受）の内輪６ａ及び軸受孔２ｃに軸受保持部材８を挿し込むことによって、内輪６ａ側に設けたローラ本体２とローラ軸受６の外輪６ｂとが相対回転自在となっている（図１（ｂ）参照）。このように、ローラ本体２を内輪６ａとともに回転させるように構成することにより、ローラ軸受６への負荷が小さくなり、その長寿命化を図ることができる。

このローラ軸受６の外輪６ｂには、受け部材９が嵌め込まれている。この受け部材９には、ローラ軸受６を中心とする対称位置に、一対の貫通孔９ａ、９ａが形成されている。各貫通孔９ａには、付勢部材７のシャフト７ａが挿し込まれ、その頭部側（図３において、シャフト７ａの上端側）は、揺動軸４によって揺動自在に設けられた揺動アーム５に固定されている。その一方で、シャフト７ａの先端部（図３において、シャフト７ａの下端側）は、ワッシャ７ｃによって抜け止めされつつ受け部材９から突出自在となっている。

コイルばね７ｂは、シャフト７ａと同軸に設けられている。このコイルばね７ｂは、図１（ａ）に示すローラ本体２の下側半分に駆動ローラＤ又は従動ローラＳの少なくとも一方が当接すると、その当接力によって縮むようになっている。さらに、駆動ローラＤ及び従動ローラＳのそれぞれの当接力に対応して、一対のコイルばね７ｂ、７ｂのそれぞれが独立して伸縮するとともに、揺動アーム５が揺動軸４周りに揺動するようになっている。

この実施形態のように、付勢部材７を対で構成すれば、付勢時における付勢部材７のねじれが生じにくく、駆動ローラＤ及び従動ローラＳに対して、動力伝達ローラ１を確実に当接させることが可能となる。このため、駆動ローラＤと従動ローラＳとの間の摩擦による動力伝達を安定的に行うことができる。しかも、一対の付勢部材７、７の中間にローラ軸受６を設けることができ、このローラ軸受６の回転時の安定性も確保することができる。なお、付勢部材７を対で構成することは必須ではなく、単一の付勢部材７でローラ軸受６を付勢する構成としてもよい。

また、ローラ本体２及びゴム層３の幅方向中央を通る面内に、ローラ軸受６及び付勢部材７を配置することにより（図１（ｂ）参照）、付勢部材７によってローラ軸受６を付勢した際に、その付勢力によるモーメントの発生を防止し、ローラ本体２がこのモーメントに起因して傾斜するのを防止することができる。このため、駆動ローラＤ及び従動ローラＳに対して、動力伝達ローラ１（弾性層３）を確実に当接させることが可能となり、駆動ローラＤと従動ローラＳとの間の摩擦による動力伝達を安定的に行うことができるとともに、各ローラＤ、Ｓの当接不良に起因するゴム層３の摩耗等の不具合を防止することができる。

揺動軸４、揺動アーム５、ローラ軸受６、及び付勢部材７は、全てローラ本体２の内径側（円筒内）に配置されている。このため、この動力伝達ローラ１を含む動力伝達機構の小型化を図ることができる。揺動軸４は、スペーサ１０を介して駆動ローラＤ及び従動ローラＳを覆うカバー（図示せず）に固定されている。このカバーを所定位置に嵌め込むことによって、駆動ローラＤと従動ローラＳとの間の所定位置に、動力伝達ローラ１が配置される。この場合、動力伝達ローラ１に、付勢部材７を縮めた状態での保持及びその解除を自在に行い得る機構（図示せず）を設けることにより、カバー嵌め込み時において動力伝達ローラ１と駆動ローラＤ及び従動ローラＳが接触するのを防止して、この動力伝達ローラ１の取付けを容易かつスムーズに行うことができる。

上記においては、カバー側に動力伝達ローラ１を設ける構成について述べたが、エンジンブロック側に取付スペースが確保できるのであれば、このエンジンブロックに動力伝達ローラ１を設ける構成とすることもできる。

図６に示すように、動力伝達ローラ１のローラ本体２に、駆動ローラＤ又は従動ローラＳの少なくとも一方が当接すると、その当接力によって一対の付勢部材７、７のコイルばね７ｂ、７ｂのそれぞれが独立して伸縮するとともに、揺動アーム５が揺動軸４周りに揺動する。この揺動によって、揺動アーム５が各ローラＤ、Ｓの位置に対応した位置に変位して（本図中に実線で示す揺動アーム５参照）、駆動ローラＤと動力伝達ローラ１（ゴム層３）との間、及び従動ローラＳと動力伝達ローラ１（ゴム層３）との間のそれぞれの当接力がほぼ等しくなり、その状態で駆動ローラＤから従動ローラＳに、安定的に動力を伝達することができる。

この動力伝達ローラ１のローラ軸受６の近傍には、図７（ａ）（ｂ）に示すように、このローラ軸受６に当接可能に偏心軸１１ａ周りに回動する偏心カム１１が設けられている。この偏心軸１１ａは、遊星ギア機構等の減速機構１２を介してモータ（図示せず）に接続されている。偏心カム１１がローラ軸受６に当接していない状態では（図７（ａ）参照）、動力伝達ローラ１は駆動ローラＤと従動ローラＳにそれぞれ当接し、駆動ローラＤから従動ローラＳへの動力伝達がなされる。その一方で、偏心カム１１がローラ軸受６に当接し、動力伝達ローラ１に設けられた付勢部材７の付勢力に抗して（付勢部材７を押し縮めるように）このローラ軸受６を押し込むと、動力伝達ローラ１と駆動ローラＤ及び従動ローラＳとがそれぞれ離間し（図７（ｂ）参照）、駆動ローラＤから従動ローラＳへの動力伝達が遮断される。

このように、偏心カム１１を設けることにより、駆動ローラＤと従動ローラＳとの間の動力の伝達及び切断を、容易かつスムーズに行うことができる。偏心カム１１を用いる代わりに、各種アクチュエータを採用し、このアクチュエータでローラ軸受６を押し込むようにしても、同様の作用を得ることができる。なお、偏心カム１１によるローラ軸受６の押し込みは、必ずしもローラ軸受６を直接押し込むものでなくてもよく、このローラ軸受６に設けた押圧部材（図示せず）を介して押し込むようにしてもよい。

図１等に示す動力伝達ローラ１の製造方法について説明する。この製造方法においては、まず、ローラ本体２の外径面に、金属又はこの金属の合金を含む粒子を衝突させる。この粒子として、球状の鉄核の周りに、粉末状とした亜鉛、アルミニウム、及び、マグネシウムの合金を設けたもの（商品名：Ｚアイアン（株式会社エマナック西日本製））を採用した。

この粒子を高速度でローラ本体２の外径面に衝突させると、この粒子表面の亜鉛と他の金属の合金が外径面に付着して、所定の厚みの亜鉛被膜２ａ（亜鉛を主成分とする合金の被膜）が形成される。この亜鉛被膜２ａは、亜鉛と他の金属の合金が、薄片状に積層した多孔質状（ポーラス状）となっている。なお、上記粒子の採用はあくまでも一例であって、ローラ本体２の外径面に防食性を発揮し得る金属被膜２ａを形成し得る限りにおいて、他の種類の粒子を採用することもできる。

次に、ローラ本体２を金型に入れた上で、このローラ本体２を予熱し、この金型内に加熱溶融した高温のゴム材を流し込む。そして、このゴム材を冷却して、亜鉛被膜２ａの表面に、硬化したゴム材からなるゴム層３を形成する。

上記のように、亜鉛被膜２ａが多孔質状に形成されることにより、その表面に加熱溶融したゴム材を設けてゴム層３を形成する際に、その応力（熱応力やゴム材の熱伸縮によって生じる応力）を緩和する作用が発揮される。このため、ゴム層３を形成する際の応力に起因して、ローラ本体２の外径面から亜鉛被膜２ａが剥離するのを防止することができる。しかも、多孔質状の亜鉛被膜２ａにゴム層３が食い込むため、亜鉛被膜２ａとゴム層３との間の高い密着性を確保することができる。

また、外径面に粒子を衝突させたときのピーニング効果によって、この外径面を硬化することができ、機械強度の向上を図ることもできる。

上記実施形態に係る動力伝達ローラ１、及び、その製造方法はあくまでも一例であって、駆動ローラＤと従動ローラＳとの間の摩擦による動力伝達を安定的に行うとともに長寿命化を図る、という本願発明の課題を解決し得る限りにおいて、各構成部品の形状や配置を変更したり、その製造工程に変更を加えたりすることも許容される。

１ 動力伝達ローラ
２ ローラ本体
２ａ 亜鉛被膜（金属被膜）
２ｂ 孔
２ｃ 軸受孔
３ ゴム層（弾性層）
４ 揺動軸
５ 揺動アーム
６ ローラ軸受
６ａ 内輪
６ｂ 外輪
７ 付勢部材
７ａ シャフト
７ｂ コイルばね
７ｃ ワッシャ
８ 軸受保持部材
９ 受け部材
９ａ 貫通孔
１０ スペーサ
１１ 偏心カム
１１ａ 偏心軸
１２ 減速機構
Ｄ 駆動ローラ
Ｓ 従動ローラ

Claims (5)

1. 駆動ローラ（Ｄ）と従動ローラ（Ｓ）との間に介在して、前記駆動ローラ（Ｄ）の回転力を摩擦力によって前記従動ローラ（Ｓ）側に伝達する動力伝達ローラにおいて、
   外径面に多孔質状の金属被膜（２ａ）が形成され、前記駆動ローラ（Ｄ）と前記従動ローラ（Ｓ）との間で動力を伝達することが可能なローラ本体（２）と、
   前記金属被膜（２ａ）上に形成され、前記駆動ローラ（Ｄ）及び前記従動ローラ（Ｓ）に接触可能な前記ローラ本体（２）よりも軟質の素材からなる弾性層（３）と、
   を備えたことを特徴とする動力伝達ローラ。
2. 車両本体側に固定される揺動軸（４）と、
   前記揺動軸（４）に揺動自在に設けられる揺動アーム（５）と、
   前記ローラ本体（２）を回転自在に支持するローラ軸受（６）と、
   前記揺動アーム（５）に設けられ、前記駆動ローラ（Ｄ）と前記従動ローラ（Ｓ）との間の所定位置において、両ローラ（Ｄ、Ｓ）との当接力がバランスするように前記ローラ軸受（６）を付勢する付勢部材（７）と、
   をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の動力伝達ローラ。
3. 前記金属被膜（２ａ）を亜鉛被膜（２ａ）としたことを特徴とする請求項１又は２に記載の動力伝達ローラ。
4. 駆動ローラ（Ｄ）と従動ローラ（Ｓ）との間に介在して、前記駆動ローラ（Ｄ）の回転力を摩擦力によって前記従動ローラ（Ｓ）側に伝達する動力伝達ローラの製造方法において、
   前記駆動ローラ（Ｄ）と前記従動ローラ（Ｓ）との間で動力を伝達することが可能なローラ本体（２）の外径面に、金属又は前記金属の合金を含む粒子を衝突させて、前記外径面に前記金属を含む金属被膜（２ａ）を形成する工程と、
   前記金属被膜（２ａ）の表面に、加熱溶融した弾性材料を設けた上でその弾性材料を硬化させて、前記駆動ローラ（Ｄ）及び前記従動ローラ（Ｓ）に接触可能な弾性層（３）を形成する工程と、
   を備えたことを特徴とする動力伝達ローラの製造方法。
5. 前記金属を亜鉛とし、前記金属被膜（２ａ）を亜鉛被膜としたことを特徴とする請求項４に記載の動力伝達ローラの製造方法。

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