JP3329327B2 - ハブを有するプーリの成形方法 - Google Patents

ハブを有するプーリの成形方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はスピンロール成形に
よって成形される金属薄板のプーリに関し、特に本発明
は、厚いハブを有する回転プーリおよびそのプーリを成
形する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】図１には、従来公知の１０ピース・ウォ
ータ・ポンプ・プーリ１０が示されている。このプーリ
は機械加工されたハブ１２を有し、このハブ１２は一体
型スパイダ１４とボルト１６（４つのうち２つが図示さ
れている）とロックワッシャ１８（４つのうち２つが図
示されている）とによってウェブ２０に取り付けられて
いる。筒状のリム２２はウェブから、ハブとは軸方向反
対側に延び、ベルト受け面２４を形成している。ウェブ
とリムは、典型的には金属薄板からプレス成形によって
成形され、このプレス成形では、ディスク状の金属薄板
が深絞りされて薄い筒状カップが成形される。プレスす
なわち深絞り成形により、金属薄板のカップの側壁が薄
く成形される。
【０００３】このようなプーリのハブは、ウォータ・ポ
ンプ・プーリ（図示せず）等のシャフトへ取り付けるた
めのボア２５を有する。ハブは、ファンクラッチの雌ネ
ジ等の第２の要素へプーリを取り付けるための手段とし
て、ネジ２６を円筒状外面に成形するために必要な厚さ
を有する。１０個の組立部品から成る 149mmの直径のプ
ーリは、約 1.566Kg（3.45ポンド）の重量である。
【０００４】プーリの設計において、機械加工されたハ
ブが金属薄板から成形されたウェブとリムに取り付けら
れる。金属薄板のウェブ（すなわちディスク）とリム
は、ジェネラルモーターズ技術技報ＴＣ０１−００７
（１９９６年２月１４日）に開示されているように、ス
パイダに取り付けられたボルト等によって機械加工され
たハブに取り付けられ、あるいは溶接またはろう付け等
によってハブに取り付けられる。機械加工されたハブ
は、プーリを２つ以上の要素に取り付けるために、複雑
な形状と厚さを有する。例えば上述したジェネラルモー
ターズ技術技報は、ボルトとロックワッシャによって、
カップ状に成形された金属薄板のプーリに取り付けるス
パイダを有するハブを開示している。ハブは、クラッチ
ファンにプーリを取り付けるための固定具を構成する雄
ネジを有するために十分な厚さを有している。クラッチ
を取り付けるためのハブは、ベルト係合面を有するプー
リのリムから反対側を向いている。機械加工されたハブ
がシャフト、プーリおよびクラッチに取り付けるための
複雑な形状を有する一方、これにより、重量、価格、お
よび製造上の問題が生じ、またプーリを製造するために
ウェブとリムを正確に取り付け、整列させる複雑な工程
を要する。
【０００５】金属薄板から成るハブあるいはプーリは、
カップ状に絞り成形するための一連のダイを用いてプレ
ス成形することにより、あるいはマンドレルとローラま
たはこれらの組み合わせを用いてスピンロール成形する
ことにより成形される。例えば、プレス成形され、一体
的なハブを有するプーリが、米国特許第５，４４１，４
５６号明細書に記載されており、ハブは図５に示されて
いるように段付きのボアと、図８に示されているように
スプライン溝を有するボアとを備えている。一体的なハ
ブを有するプーリの他の例は、米国特許第４，８２４，
４２２号明細書に開示されている。プレス成形とスピン
ロール成形による問題は、ハブが、製造される金属薄板
の厚さよりも常に薄い、限定された厚さを有することで
ある。したがってこのようなハブは、制限された強度を
有し、ハブの外周部において他の要素に取り付けるため
に容易には採用されない。
【０００６】ドイツ特許第４４４４５２６号公報は、ス
ピンロール成形することによってハブを成形する方法を
開示している。この方法において成形ローラは、金属薄
板から成り回転する環状ディスクの側部に対して押圧さ
れ、金属薄板はヘッドストックマンドレルによって反対
側において支持される。成形ローラは、回転するディス
クに対して径方向内側に前進され、これにより金属の一
部が変位するとともに、ディスクの薄い部分が、もとの
金属薄板の厚さよりも薄い厚さを有する側壁ウェブに成
形される。金属が変位するに従い、環状の起伏部が成形
され、軸方向に拡大される。成形ローラは軸方向に動か
され、次いで他の成形ローラが、ディスクに一体的であ
ってディスクの厚さにほぼ等しい厚さを有するハブを成
形すると同時に、環状に変位した金属をマンドレルに対
して押圧する。同様に、米国特許出願第０８／６８８９
８号明細書は、スピンロール成形工程を開示しており、
この工程において、ハブの厚さはディスク厚さにほぼ等
しい。どの工程も、ハブを外周部においてファンクラッ
チのネジ付ナット等の他の要素に取り付けるための手段
となるのに十分な厚さを有するハブを開示していない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、ウェ
ブに一体的なハブを有し、ハブが、例えばネジ付固定具
の手段等によって他の要素に取り付けるために十分な厚
さを有するプーリを提供することにある。
【０００８】本発明の他の目的は、ネジ付固定具等によ
って他の要素に取り付けるに十分な厚さを有するハブを
スピンロール成形する方法を提供することにある。
【０００９】本発明のさらに他の目的は、従来の１０個
の部品から成るウォータポンププーリと比較して、単一
の部品から成る、ウォータポンプのためのプーリを提供
することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明に係る、一体的な
ハブを有するプーリは、ウェブを維持したままディスク
の側部から薄板金属の一部が径方向および軸方向に変位
されるスピンロールによって成形される。このようにし
て成形されたハブは、ウェブよりも大きい径方向厚さを
有し、より好ましくは、成形されたディスクの厚さより
も大きい。筒状のリムは、ウェブから、ハブとは軸方向
の反対側に延びるとともに、ディスクの外周環状部分か
ら成形され、かつウェブに一体的である。
【００１１】成形工程において、成形ローラは金属薄板
の環状ディスクの側部に対して押圧される。この成形ロ
ーラは、回転するディスクの側部に対して径方向の内側
に前進され、これにより金属の一部が軸方向に延びる環
状起伏部の形に変位する。このようにして変位した金属
は、軸方向に移動する成形ローラによりマンドレルに対
して押圧され、ウェブに一体的であるハブを成形する。
選択的にウェブは、このようにして成形されたハブから
離間したカップを成形するように押圧される。成形ロー
ラは、回転するヘッドストックマンドレルに対して金属
の一部を軸方向に変位させつつ、ディスクの径方向の外
方部分に対して押圧される。ディスクは薄く成形され、
その径方向の最外周部分は筒状のリムを成形する。この
リムは、ウェブから、ハブから軸方向の反対方向のみに
延び、かつベルト受け面を構成する。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。
【００１３】図２を参照すると、本発明の一実施形態で
ある１ピース・プーリ２８は、ディスクからスピンロー
ル成形された一体的なハブ３０を有する。このハブはボ
ア３２と円筒状面３４を有し、これらは機械加工あるい
は所定の処理を施されて、ネジ付ボス３６等の固定部と
して成形される。機械加工の前に、ハブは径方向厚さＴ
１を有している。その後ハブは、部分Ｔ３（透視して示
される）が機械加工によって除去されるので、径方向厚
さＴ２を有する。もちろん、ネジはローリング工程によ
って成形されてもよく、この場合ハブの材料は除去され
ない。環状径方向面３８が設けられ（一部のみが図示さ
れる）、ネジが成形されるときに成形される。環状径方
向面３８は雌ネジナット（図示せず）等のストッパとな
る。ハブの厚さＴ１は好ましくは、これを成形するため
の金属薄板のディスクよりも厚く、ウェブ４０の厚さの
１．１〜２倍である。ハブの機械加工された厚さＴ２
は、ウェブの厚さＷ１およびリム４８に近い部分の厚さ
Ｗ２よりも１．４〜１．５倍だけ厚い。ウェブ４０は孔
４２、４４を有し、これらの孔は、プーリを回転しない
ように保持することが必要であるとき、プーリの回転を
阻止する手段として作用するスパナレンチ（図示せず）
のピンを受容するための大きさを有する。ウェブはハブ
から離れる方向に延びるコップ型４６を有していてもよ
い。筒状のリム４８は、ウェブから、ハブから軸方向の
反対側のみに延びる。リム４８は円筒状のベルト受け面
５０を有する。好ましい実施形態において、リムはウェ
ブの厚さＷ１、Ｗ２よりも小さい厚さＲ１を有する。
【００１４】図３〜６を参照すると、厚さ５４を有する
環状ディスク５２がスピンロール成形機５６によって加
工処理されるために配置されている。スピンロール成形
機５６は、ヘッドストックマンドレル５８と往復動マン
ドレル６０と第１の成形ローラ６４と保持ローラ６６と
第２の成形ローラすなわち仕上げローラ６８とを有す
る。
【００１５】図３において、環状ディスク５２はヘッド
ストックマンドレル５８のパイロット７０に嵌合して取
り付けられ、パイロットの外径は成形されるべきハブの
内径に合致した寸法を有する。ヘッドストックマンドレ
ル５８は、ディスクの外径７４を受容するための寸法に
成形された円筒状凹部７２を有し、この凹部はディスク
の厚みよりも小さい深さ７６を有する。
【００１６】マンドレル６０はパイロットを受容する寸
法に成形されたパイロット受容孔７８と、外径８０と、
成形されるべきハブの所望の厚さに合致した寸法に成形
された径方向段部８２とを有する。マンドレル６０と第
１の成形ローラ６４と保持ローラ６６と第２の成形ロー
ラ６８は、パイロットおよびヘッドストックマンドレル
に対する環状ディスク５２の取り付けと位置決めを容易
にするために、開始位置において、ヘッドストックマン
ドレル５８から離間した位置に定められる。
【００１７】図４は、成形が終了したとき一体的なハブ
を有する環状ディスク５２が成形されている途上にあ
る、中間位置でのスピンロール成形機５６を示してい
る。マンドレル６０は、パイロット７０がパイロット受
容孔７８に係合するように軸方向Ｍに移動する。保持ロ
ーラ６６は動作位置にあって、円筒面８４がディスクの
露出した環状部分を押圧するように方向Ｈに移動し、こ
れによりディスクはヘッドストックマンドレルに対して
挟持された位置に保持される。
【００１８】成形ローラ６４は、最初に方向ＳＡに移動
することにより成形位置に移送され、成形ローラの丸い
縁部がディスクに押圧される。マンドレルとヘッドスト
ックマンドレルが回転し、これによりディスクが回転す
る。保持ローラ６６と成形ローラ６４は、ディスクを回
転させるために回転自在である。丸い縁部８８を有する
成形ローラにより、ヘッドストックマンドレルによって
反対側において支持されるディスクから、金属の一部が
変位する。成形ローラはディスクの側部に対して径方向
内方ＳＲに前進し、金属がディスクの側部から変位して
ディスクが薄くなるとともに、薄い側壁９４を有するウ
ェブ９２が成形される。成形ローラにより、変位した金
属から成る、軸方向に延びる起伏部９０が成形される。
【００１９】図５を参照すると、成形ローラは径方向内
方ＳＲ２に前進し続け、変位した金属は軸方向に長くな
り、成形ローラのテーパ面９６に接触する。テーパ面は
ヘッドストックマンドレル５８とマンドレル６０の軸に
実質的に平行になるように位置決めされる。テーパ面と
の接触により、初期のハブ形状９８となる起伏部が成形
される。
【００２０】第１の成形ローラの径方向内方への移動
は、マンドレル６０に接近するとき、所定の位置におい
て停止する。図６に示されるように第２の成形ローラす
なわちハブ仕上げローラ６８が起動され、テーパ面１０
０が、ハブを構成する変位した金属に対して位置決めさ
れる。テーパ面１００は、ハブを成形する変位した金属
に接触するとき、回転するヘッドストックマンドレル５
８とマンドレル６０の軸に実質的に平行になるように位
置決めされる。成形ローラは径方向内方ＳＲ３に前進さ
れ、ディスクに一体的に形成されるハブ１０２を成形す
るマンドレル６０に対して、変位した金属を押圧する。
変位した金属は、厚さＷ１、Ｗ２を有する薄い側壁すな
わちウェブ９２から離れる。図６に示され、このように
して成形された一体的なハブ１０２を有するディスク１
０４は、次の処理工程のために工具が交換できるように
加工機械から取り外される。予備成形されたディスク１
０４は、ディスクの元の厚さに対応した厚さ１０８を有
する外方環状部を有する。
【００２１】図７を参照すると、交換された工具は、パ
イロット７０と、凸状テーパ面１１４に向かって延びる
径方向面１１２と、円筒状面１１６とを有するヘッドス
トックマンドレル１１０を備える。円筒状面１１６は、
成形されるリムの所望の厚さに対応した径方向段部１１
８を有する。往復動マンドレル１２０はパイロット受容
ボア１２２と、ハブ受容ボア２４と、凹状テーパ面１２
８内に延びる径方向面１２６とを有する。凹状テーパ面
は凸状テーパ面１１４に実質的に平行に配設される。
【００２２】予備成形されたディスク１０４はパイロッ
ト７０に被せられ、ヘッドストックマンドレルの径方向
面１１２に当接させて配置される。予備成形されたディ
スク１０４の外側環状部１０６は、往復動マンドレル１
２０と円筒状面１１６を越えて径方向に延びる。
【００２３】図８を参照すると、往復動マンドレル１２
０はヘッドストックマンドレル１１０に向かって軸方向
Ｍ２に移動され、ヘッドストックマンドレルによって、
曲げ部１３０が形成され、テーパ面１１４、１２８に続
くカップ形状内にウェブ９２の一部が成形される。丸い
縁部８８を有する成形ローラ６４は、軸方向ＳＡ２に移
動されてディスクの環状部１０６に押圧され、これによ
り、過渡的に成形される溝１３２を残したまま外側環状
部１０６が軸方向に変位する。
【００２４】図９を参照すると、成形ローラ６４はテー
パ面９６をディスクに対して押圧しつつ軸方向ＳＡ２に
移動され、これによりリム４８が予備成形される。成形
ローラ６４を方向ＳＡ３にも往復動させ、リムをしごき
加工して薄く成形してもよい。
【００２５】図１０を参照すると、テーパ面１００を有
する第２の成形ローラ６８はその後、ディスクの径方向
外方のほとんどの部分に対して押圧され、これによりデ
ィスクは薄く成形され、厚さＲ１とベルト受け部５０を
有する筒形状のリム４８が成形される。これによりスピ
ンロール成形工程は完了する。
【００２６】
【実施例】本実施形態の工程の有効性を説明するため、
金属薄板のディスクが、次に示す寸法によって特徴づけ
られる実施例の工程を用いて、プーリに成形された。
【００２７】 ディスクの外側の直径（mm） 166.00 ディスクの内側の直径（mm） 18.80 ディスクの厚さ（mm） 5.03 リムの直径（mm） 148.00 リムの厚さ（mm） 2.87 ウェブのリム近傍の厚さ（mm） 4.62 ウェブのハブ近傍の厚さ（mm） 4.27 ハブの外側の直径（mm） 33.40 ハブの内側の直径（mm） 18.80 ハブのネジ部の直径（mm） 30.00
【００２８】このように構成されたプーリは、従来の１
０ピース・プーリが 1.566Kg（3.45ポンド）であったの
に対し、 0.885Kg（1.95ポンド）の重量であった。この
ように本実施例のプーリは、従来のプーリよりも43.5パ
ーセントだけ軽量であった。
【００２９】前述の詳細な説明は、発明の説明の目的の
みであり、請求項によって規定される本発明の範囲を制
限するように意図されるものではない。
【００３０】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、ウェブに
一体的なハブを有し、ハブが、例えばネジ付固定具の手
段等によって他の要素に取り付けるために十分な厚さを
有するプーリが得られる。また本発明によれば、ネジ付
固定具等によって他の要素に取り付けるに十分な厚さを
有するハブをスピンロール成形する方法が得られる。さ
らに本発明によれば、従来の１０個の部品から成るウォ
ータポンププーリと比較して、単一の部品から成る、ウ
ォータポンプのためのプーリが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ジェネラルモーターズ技術技報ＴＣ０１−００
７に開示された型式の従来の１０ピース・ウォータ・ポ
ンプ・プーリの断面図である。
【図２】本発明の一実施形態である１ピース・プーリの
断面図である。
【図３】スピンロール成形機の重要な要素とそのスピン
ロール成形機に配置された環状ディスクとを示す断面図
である。
【図４】成形工程の途中における機械を示す、図３と同
様な図である。
【図５】成形工程の途中における機械を示す、図３と同
様な図である。
【図６】成形工程の途中における機械を示す、図２と同
様な図である。
【図７】異なる工具を備えたスピンロール成形機に配設
された、一体的なハブを有する図６の部分的に完成され
たプーリを示す、図１と同様な図である。
【図８】成形工程の途中における機械を示す、図７と同
様な図である。
【図９】成形工程の途中における機械を示す、図８と同
様な図である。
【図１０】スピンロール成形機に配置された本発明の実
施形態のプーリに関する最終スピンロール成形工程を示
す、図９と同様な図である。
【符号の説明】
３０ ハブ ３６ ネジ付ボス ４０ ウェブ ４８ リム ５０ ベルト受け面 ６０ マンドレル ６６ 保持ローラ ６４ 第１の成形ローラ ６８ 第２の成形ローラ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マイケル エイチ．カッツシャー カナダ国，オンタリオ州 エヌ６シー ５ビー３，ロンドン，サンドリンガム クレセント 421 審査官 小松 竜一 (56)参考文献 国際公開94／20235（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B21D 53/26 F16H 7/02 F16H 55/44

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 以下の工程を実施することを特徴とする
    プーリの成形方法。回転するヘッドストックマンドレル
    とともに、反対側においてディスクを支持しつつ、回転
    する金属薄板の環状のディスクの側部に対して成形ロー
    ラを押圧し、 内側環状部を薄く成形するとともにウェブを成形しつ
    つ、前記ディスクの側部に対し、前記内側環状部に向か
    って内周側に前記成形ローラを前進させるとともに一部
    を変位させ、 変位した金属の軸方向に延びる起伏部を成形し、 前記ウェブに一体的であり、かつ前記ウェブの厚さの約
    １．１〜２倍の径方向厚さを有するハブを成形すると同
    時に、軸方向に延び、かつ回転するマンドレルに対して
    環状の前記起伏部を軸方向に押圧し、 ヘッドストックマンドレルとこのヘッドストックマンド
    レルに対して軸方向に移動可能な往復動マンドレルとに
    よって構成されるダイの間において、前記ウェブを押圧
    して成形し、かつ前記ハブから離れた軸方向に前記ウェ
    ブをカップ状に成形し、 前記ディスクの径方向の外周部を薄く成形するととも
    に、筒状のリムを成形しつつ、円筒状面を有する回転す
    るヘッドストックマンドレルに対して金属の一部を軸方
    向に変位させる間に、成形ローラを前記ディスクの径方
    向の外周部に対して押圧し、前記リムが、前記ハブから
    軸方向の反対側のみに前記ウェブから延びるとともにベ
    ルト受け面を構成する。
  2. 【請求項２】 前記ウェブの厚さよりも薄い厚さを有す
    るリムを成形する工程を含むことを特徴とする請求項１
    に記載のプーリの成形方法。
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