JP3941219B2

JP3941219B2 - プーリの製造方法

Info

Publication number: JP3941219B2
Application number: JP12905698A
Authority: JP
Inventors: 哲生大野; 浩正原; 光則安達
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1998-05-12
Filing date: 1998-05-12
Publication date: 2007-07-04
Anticipated expiration: 2018-05-12
Also published as: JPH11320008A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多条Ｖプーリのようなベルト伝動用のプーリを円板状の素材から転造成形によって製造する方法に係り、特に、このようなプーリの製造方法においてリムを転造成形する工程に使用する押圧ローラの形状に関する。
【０００２】
【従来の技術】
多条Ｖプーリは、断面Ｖ形の突条を複数条有する幅の広いポリＶベルト（多条Ｖベルト）を巻き掛けて伝動装置を構成するためにリムの外周面に複数条の環状のＶ形溝を備えているので、リムの軸方向の幅が比較的広くなる。このようなリムの幅が広いプーリを円板状の素材から転造によって成形するプーリの製造方法において、外周面に複数条のＶ溝を形成する前のリムの概略形状の成形工程として従来から一般的に行われている方法としては、円板状の素材を一対の金型によって挟持して回転させながら、最初に、回転し得るＶ形断面の刃物を円板状の素材の外周面に半径方向に押しつけることによって、素材の周縁部をＶ形に切り開く、所謂すり割り作業を行い、次に、切り開いた部分に他の押圧ローラを押しつけることによって、外周に幅の広い環状の溝を有するリムの概略形状まで成形する作業を連続して行う方法（第１の従来技術）が良く知られている。
【０００３】
しかしながら、すり割り工程を伴う第１の従来技術によれば、近年の傾向として軽量化や低コスト化の目的から円板状の素材に肉厚の薄いものが使用される場合には、その肉厚を所定の割合（例えば２分の１）に正確にすり割ることが難しくなるので、その問題を解消すると共に転造の工程数を減らすために、前述の従来技術を改良した第２の従来技術として、同様に円板状の素材を一対の金型によって挟持して回転させながら、段付きの円筒形或いは太鼓形の回転し得る押圧ローラを半径方向に素材の外周面に押しつけて、円板状の素材の周縁部を圧潰して金型の中へ押し出すことにより、プーリのリムとなる概ね円筒状の部分を一挙に成形する方法がある。第２の従来技術によるプーリの製造方法は、特公平２−２９４１２号公報、特公平２−２９４１３号公報、或いは特公平２−２９４０７号公報に記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
第２の従来技術は、円板状の素材から一挙にリムの概形を成形することができるので転造の工程数を減らすことができるが、最近のように、プーリのウエブ部分の肉厚を非常に薄くしたり、リム部分のボリュームを増加させるという要求に対しては、これまでよりも一層薄肉で大径の円板状の素材を加工することが必要になるため、このような素材に第２の従来技術を適用して成形を行う場合には、段付きで中高の円筒形、或いは太鼓形の押圧ローラの押圧面が、円板状の素材の外周面に対して半径方向に押しつけられると、素材の周縁部が僅かに撓んで、押圧面に対する適正な接触位置から軸方向に逃げようとする。しかし、このような中高の押圧ローラの押圧面によっては素材の周縁部が軸方向に撓んで逃げるのを防止することができないので、素材の周縁部が撓んで素材の内部に曲げ応力が発生する。また、素材の周縁部が僅かでも撓んで第２の回転軸線に対して直角でなくなると、押圧ローラの押圧面と素材の外周面との接触面に押しつけ力が均一に作用しなくなるため、素材の周縁部が接触面において半径方向に均等に圧潰されないで、座屈して不規則な形に折り重なるようになる。
【０００５】
肉厚の大きい素材を用いた場合は、素材の周縁部が座屈しないで押圧ローラの押圧面によって均等に圧潰されることにより、素材の分子が円滑に流動して金型の中へ均質に押し出されるので、成形欠陥のないプーリの製造が可能になるが、薄肉で大径の円板状の素材を第２の従来技術によって処理した場合には、前述のように素材の周縁部に曲げ応力が発生しやすく、それによって座屈して周縁部が不規則に折り重なるために、押圧ローラによって素材を金型の中へ均等に押し出すことが難しくなる。仮に均等に押し込むことができたとしても、素材が折れ曲がって元の表面同士が重なった部分では金属組織が融合していないので、成形されたプーリのその部分は、強度の低い欠陥部分となる。
【０００６】
なお、押圧ローラの押圧面の面粗さを高めることによって、それを円板状の素材の外周面に向かって押しつけたときに、素材の外周面が押圧ローラの押圧面上を滑って軸方向へ逃げようとするのを防止することができるとも考えられるが、ローラの押圧面を粗面とすると、その粗面が、成形されたリムの概形の成形面である外周面に転写されるので好ましくない。
【０００７】
本発明は、従来技術における前述のような問題に対処して、薄肉で大径の円板状の素材からプーリを製造する場合でも、リムの原形を成形する際に、簡単な形状の押圧ローラを使用することができると共に、そのような押圧ローラによっても素材の周縁部が座屈しないようにしてそれを均等に圧潰することができ、製品としてのプーリに強度の低い成形欠陥が残る恐れのない信頼性の高い製品が得られるような、また、プーリの低コスト化及び軽量化を図ることができる、新規なプーリの製造方法を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記の課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載されたプーリの製造方法を提供する。
【０００９】
請求項１に記載されたプーリの製造方法においては、円板状の素材の外周面に押圧ローラを半径方向に押しつけて、素材の周縁部を圧潰させることにより概ね円筒形のリムの原形を転造成形する工程における押圧ローラとして、その押圧面が半径方向外方に向かって凹形に開く中凹形状で上下対称形状の押圧ローラを使用し、押圧ローラの中央の最も凹んだ押圧面に素材の外周面を接触させ、押圧ローラを半径方向に押し付けることで、素材の周縁部を上下均等に圧潰してリムの原形を転造成形する。したがって、素材の外周面が軸方向に逃げ難くなって素材に曲げ応力が発生しないので、薄肉で大径の円板状の素材でも座屈して折り重なることが避けられる。その結果、素材の周縁部は半径方向に正常に圧潰されて金型の成形凹部内へ押し出され、均質で成形欠陥のないリムの原形が成形される。
【００１０】
請求項２に記載されたプーリの製造方法においては、押圧ローラの押圧面の中凹形状の断面形を実質的に単一の円弧とすることができる。また、請求項３に記載されたプーリの製造方法においては、それを複数の円弧が滑らかに接続した形状とすることができる。また、請求項４に記載されたプーリの製造方法においては、それを円弧と直線が滑らかに接続した形状とすることができる。また、請求項５に記載されたプーリの製造方法においては、それを円弧とその両側に直線が接続した形状とすることができる。更に、請求項６に記載されたプーリの製造方法においては、底面部分の断面形を直線状とすることができる。いずれの場合も、押圧ローラの押圧面が鼓形となって、そのくびれた底部に接触する素材の外周面が軸方向に逃げ難くなるので、素材が座屈するのを防止することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１に本発明の第１実施形態を示す。本発明はプーリの製造方法において、特にリムの原形を成形する工程に特徴があるので、図１はその工程の転造の開始状態を示している。図１において、１は薄肉で且つ大径の円板状（環状）の金属素材であって、上下の金型２，３によって挟持されて、一体として第１の回転軸線４上の図示しない回転軸によって支持され、所定の回転速度で回転駆動されるようになっている。また、金型２，３にはプーリのリムの原形を成形するための環状の成形凹部５，６が形成されている。円板状の素材１の外周面７の一部に向かって半径方向に押しつけられる押圧ローラ８が、第１の回転軸線４と平行な第２の回転軸線９によって回転可能に支持されている。第２の回転軸線９は第１の回転軸線４に対して平行な関係を維持しながら、図示しない支持機構によって半径方向に移動可能に支持されており、それによって第１の回転軸線４と第２の回転軸線９の間の距離を自由に変化させることができる。
【００１２】
第１実施形態の特徴として、押圧ローラ８は、その外周の押圧面１０が、第１の回転軸線４と第２の回転軸線９を共に含む仮想の平面内にある、第２の回転軸線９の側から見て半径方向外方に向かって凹形に開いている円弧状の曲線を、第２の回転軸線９の回りに回転させたときにできる回転体の表面としての、図示のような中凹状の形状を備えている。
【００１３】
従って、円板状の素材１を金型２，３と共に第１の回転軸線４の回りに所定の回転速度で回転させている状態で、押圧ローラ８の押圧面１０を円板状の素材１の外周面７に対して半径方向に押しつけると、押圧ローラ８も連れ回りをしながら素材１の周縁部１１に食い込むので、外周面７に比較的近い周縁部１１の一部が圧潰され、その部分で周縁部１１の肉厚が増大して金型の成形凹部５，６の中へ押し出される（この点については後に説明する図６をも参照）。この時は、素材１の周縁部１１が圧潰されることによって金属分子が流動して外形が変形するだけであるから、成形凹部５，６内へ押し出された環状のリムの原形１４は均質であって、内部に成形欠陥のようなものは発生しない。
【００１４】
これに対して、前掲の刊行物に記載された第２の従来技術によってリムの原形或いは概形を成形する場合は、図２に示すように第１実施形態の場合と同じ円板状の素材１を同じ金型２，３によって挟持して回転させているが、素材１の外周面７に向かって押しつけられる押圧ローラ１２の押圧面１３の形状は、第２の回転軸線９の側から見て半径方向外方に向かって凸形に突出している円弧状の曲線か、或いは破線で示したように回転軸線９と平行な直線を、第２の回転軸線９の回りに回転させたときにできる回転体の表面としての太鼓形、或いは円筒形の表面形状を備えている。
【００１５】
従って、図２に示す第２の従来技術の場合は、円板状の素材１の肉厚が薄くて直径が大きい場合には、押圧ローラ１２を素材１の外周面７に向かって半径方向に押しつけると、素材１の周縁部１１が押圧面１３との接触面において圧潰される前に、図２に破線で示すように周縁部１１が僅かに撓んで第２の回転軸線９の軸方向に逃げ易い。その結果、素材１の周縁部１１には曲げ応力が発生すると共に、素材１と押圧面１３との接触面における半径方向の押しつけ力の分布が不均一となるので、素材１は座屈して不規則に折れ曲がって金型２，３の凹部５，６の中へ押しこまれることになる。そのため、プーリのリムの原形或いは概形の内部には元の表面が重なり合っているだけで金属組織の融合していない部分ができるために、その部分が強度の低い成形欠陥となる可能性が高い。
【００１６】
第２の従来技術におけるこの問題は、押圧ローラ８の製作における押圧面１３の形状の精度が低い場合とか、円板状の素材１や押圧ローラ１２が、それぞれの回転軸線４，９の回りに回転するときに、心振れを起こしているような場合には特に起こりやすい。
【００１７】
図１に示す本発明の第１実施形態の場合と、図２に示す第２の従来技術の場合を比較して見ると、両者は押圧ローラ８，１２の押圧面１０，１３の表面形状を異にするだけであるが、前述のように円板状の素材１が順調に半径方向に圧潰されるか、或いは座屈するかという大きな相違、従って、リムの原形或いは概形の内部に成形欠陥が生じないか、或いは成形欠陥が生じるかという大きな相違を生む原因は、先にも目視可能な現象によって簡単に説明したが、更に詳細に図３と図４を比較対照して、次のように解析して説明をすることができる。
【００１８】
まず、本発明の第１実施形態の場合は、図３に示すように、円板状の素材１の外周面７の一部に押圧ローラ８の押圧面１０が押しつけられるときに、接触面には矢印で示したような力Ｆ₁が作用するものと考えられる。即ち、第１の回転軸線４と同じ方向の縦軸をＹ−Ｙ軸とすると共に、Ｙ−Ｙ軸と直交して未だ撓んでいない円板状の素材１の中心面上に沿って延びて、外周面７の一部に形成される接触面を通過する横軸をＸ−Ｘ軸とすれば、押圧面１０が中凹形状の回転体の表面であるために、押圧面１０が素材１の外周面７を押しつける力Ｆ₁は、接触面の上下において僅かに方向が異なる力の束として発生するものと考えられ、更に、それらの力Ｆ₁の合力は、Ｘ−Ｘ軸に収斂するものとなる。
【００１９】
力Ｆ₁は求心的な力の束を形成するが、接触面のうちでＸ−Ｘ軸が通過している点以外の部分に作用する力Ｆ₁の成分はＸ−Ｘ軸の方向に対して傾斜していて、常にＸ−Ｘ軸とＹ−Ｙ軸の交点Ｏの方向に向かっているために、力Ｆ₁は円板状の素材１の中心面を常にＸ−Ｘ軸に合致させようとする作用をする。従って、押圧ローラ８が素材１に押しつけられるときに、素材１が薄肉で大径であっても、素材１の周縁部１１が撓んだり座屈する可能性が少ないので、円板状の素材１の周縁部１１が接触面に作用する押しつけ力によって圧潰されることにより、金型２，３によってクランプされていない周縁部１１の部分の肉厚が増大し、図６のように金型の凹部５，６の中へ均質なものとして押し出され、成形欠陥のないリムの原形１４が形成される。
【００２０】
これに対して、第２の従来技術の場合は、図４に示すように、押圧ローラ１２の押圧面１３が半径方向外方に、即ちＹ−Ｙ軸とＸ−Ｘ軸の交点Ｏに向かって半径方向に凸形に突出している円弧状の曲線（或いは直線）を回転させたときにできる回転体の表面としての、太鼓形（或いは円筒形）の表面形状を備えているので、素材１の外周面７の一部が押圧面１３と接触する接触面の上下から求心的な力が作用することはなく、一部Ｘ−Ｘ軸方向の力が含まれているにしても、殆どが力Ｆ₃として示すように放射方向に発散する力として発生するので、放射方向の力Ｆ₃の合力がＸ−Ｘ軸の方向に向かうのは、円板状の素材１の中心面がＸ−Ｘ軸に完全に一致して、上下の力Ｆ₃が釣り合っているときだけであって、何らかの原因で中心面がＸ−Ｘ軸から僅かでも逸れると、力Ｆ₃の合力が周縁部１１の上又は下方向への撓みを増大させる方向の分力Ｆ₄を発生させる。
【００２１】
従って、第２の従来技術においては、円板状の素材１の肉厚が薄くて大径の場合には、素材１の周縁部１１の位置が安定せず、押圧面１３との接触面において常に上又は下の方向へ逃げようとするので、周縁部１１が逃げて僅かでもそれに撓みが発生すると、後は撓みが抑制されることなく却って増大する。その結果、押圧面１３に作用する押しつけ力によって素材１の周縁部１１は不規則に折り重なるように座屈し、金型２，３の凹部５，６へ押しこまれても成形欠陥のある、強度の低いリムの原形或いは概形が形成される可能性が高くなる。
【００２２】
図５〜図８は、前述のようにリムの原形を転造成形する工程に特徴がある第１実施形態について、それ以外の工程をも含むプーリの製造方法としての全工程を順に示したものである。まず、図５は、先に説明した図１或いは図３の状態になる前の状態、即ち、円板状の素材１を金型２，３の間にセットし、押圧ローラ８の押圧面１０を素材１の外周面７に近づけた状態を示している。
【００２３】
図６は、図１或いは図３の状態から、円板状の素材１の周縁部１１を押圧ローラ８の押圧面１０が半径方向に圧潰して金型の成形凹部５，６の中へ押し出すことにより、押圧面１０によってリムの原形１４を形成したのちに、押圧ローラ８が後退した状態を示している。この状態では、リムの原形の外周面１５は押圧面１０の中凹形状の回転体表面が転写されて中高の回転体の表面形状を呈する。
【００２４】
続いて図７は予備成形工程の終了後の状態を示すもので、この場合の予備成形工程は、リムの原形の外周面１５に対して外周面が平坦な回転体表面を有する予備成形ローラ１６を押しつけて、リムの原形１４を完全に金型の成形凹部５，６に合わせて成形すると共に、断面が円錐台形の予備成形ローラ１６の外周面１７によって幅の広い環状のＶ形溝１８を成形するものである。それによってリムの概形１９が形成される。なお、Ｖ形溝１８の上下の斜面２０は、プーリが完成した後にも残っていて、プーリに巻き掛けられるベルトがプーリの外周の溝から外れるのを防止する側壁となる。
【００２５】
最後の仕上転造工程においては、図８に示すように、リムの概形１９に形成された幅の広い環状のＶ形溝１８の平坦な底面２２に対してＶ溝成形ローラ２１を押しつけて、複数条のＶ形溝２３を転造成形して目的の多条Ｖプーリ２４を完成する。そのために、Ｖ溝成形ローラ２１は複数条のＶ形突条２５を備えている。ただし、このような仕上転造工程、或いはその前の予備成形工程そのものは従来から一般的に行われているものと実質的に同じであるから、これらの工程は本発明における新規な特徴を有するものではない。従って、これらの工程についての更に詳細な説明は省略する。
【００２６】
図９は本発明の第２実施形態を示すもので、第１実施形態の場合と同様に、プーリの製造方法におけるリムの原形の転造成形工程に特徴がある。従って、図９は、図１、図３、或いは図５に対応している。図９をこれらの図面と比較対照すれば明らかなように、第２実施形態の特徴は押圧ローラ２６の押圧面２７の形状にある。この中凹形状の押圧面２７は、その表面形状を規定する曲線が、押圧面の環状の底面部分に対応する円弧部分２８と、円弧部分２８の両側に接続する直線部分２９からなっており、この曲線を第２の回転軸線９（図１参照）の回りに回転させたときに、中央の部分がくびれた鼓形の押圧面２７が得られる。
【００２７】
第２実施形態の特徴とする押圧ローラ２６は、このような鼓形の押圧面２７を有するため、その押圧面２７の中央の環状の底面部分３０に対して、円板状の素材１の外周面７が接触することになるので、素材１の周縁部１１が環状の底面部分３０から軸方向に逃げ難くなり、第１実施形態の場合に比べても更に素材１の周縁部１１の座屈防止効果が高くなる。なお、第２実施形態の押圧面２７における傾斜した直線部分２９に代えて、例えば半径の大きい円弧形状等を使用することもできる。
【００２８】
また、図１０は本発明の第３実施形態を示すもので、第３実施形態の特徴とする押圧ローラ３１は、その鼓形の押圧面３２の表面形状を規定する曲線が、第２実施形態の場合と同様に両側に傾斜した直線部分２９を有するが、押圧面の環状の底面部分３３は、平坦な底面を形成する直線部分３４と、それを両端において傾斜した直線部分２９に滑らかに接続するための小径の円弧部分３５とからなっている。第３実施形態の場合は、押圧ローラ３１の押圧面３２における環状の底面部分３３が、一部直線部分３４を有する点を除いて第２実施形態の押圧ローラ２６と同様な形状を有しているから、概ね同様な作用効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態において、プーリのリムの原形を転造成形する工程を示す縦断正面図である。
【図２】第２の従来技術において、プーリのリムの概形を転造成形する工程を示す縦断正面図である。
【図３】第１実施形態の作用を示す縦断正面図である。
【図４】第２の従来技術の作用を示す縦断正面図である。
【図５】第１実施形態において、プーリのリムの原形を転造成形する工程に入る前の状態を示す縦断正面図である。
【図６】第１実施形態において、プーリのリムの原形を転造成形する工程が終わった後の状態を示す縦断正面図である。
【図７】第１実施形態において、プーリのリムの概形を転造成形する予備成形工程が終わった後の状態を示す縦断正面図である。
【図８】第１実施形態において、多条Ｖプーリを転造成形する全ての工程が終わった後の状態を示す縦断正面図である。
【図９】本発明の第２実施形態において、プーリのリムの原形を転造成形する工程に入る前の状態を示す縦断正面図である。
【図１０】本発明の第３実施形態において、プーリのリムの原形を転造成形する工程に入る前の状態を示す縦断正面図である。
【符号の説明】
１…円板状の素材
２，３…回転する金型
４…第１の回転軸線
５，６…金型の成形凹部
７…素材の外周面
８…押圧ローラ（第１実施形態）
９…第２の回転軸線
１０…押圧面（第１実施形態）
１１…素材の周縁部
１２…押圧ローラ（第２の従来技術）
１３…押圧面（第２の従来技術）
１４…プーリのリムの原形
１５…リムの原形の外周面
１６…予備成形ローラ
１７…予備成形ローラの外周面
１８…幅の広い環状のＶ形溝
１９…プーリのリムの概形
２１…Ｖ溝成形ローラ
２４…多条Ｖプーリ
２６…押圧ローラ（第２実施形態）
２７…鼓形の押圧面（第２実施形態）
２８…底面の円弧部分
２９…傾斜した直線部分
３０，３３…環状の底面部分
３１…押圧ローラ（第３実施形態）
３２…鼓形の押圧面（第３実施形態）
３４…底面の直線部分

Claims

円板状の素材を第１の回転軸線の回りに回転させると共に、前記円板状の素材の外周面に対して、前記回転軸線と平行な状態を維持しながら半径方向に移動可能な第２の回転軸線の回りに回転し得る押圧ローラを半径方向に押しつけることによって、前記円板状の素材の周縁部を圧潰して前記第１の回転軸線を中心とする概ね円筒形のリムの原形を転造成形する工程において、
前記押圧ローラとして、その外周の押圧面が、前記第１の回転軸線と前記第２の回転軸線を共に含む平面内において前記第２の回転軸線側から見て半径方向外方に向かって凹形に開く曲線によって規定される前記第２の回転軸線の回りの回転体の表面としての中凹形状を備えている上下対称形状の押圧ローラを使用し、
前記押圧ローラの中央の最も凹んだ押圧面に前記素材の外周面を接触させ、前記押圧ローラを半径方向に押し付けることで、前記素材の周縁部を上下均等に圧潰して前記リムの原形を転造成形することを特徴とするプーリの製造方法。
前記押圧ローラの中凹形状の押圧面の表面形状を規定する前記曲線が、実質的に単一の円弧から形成されていることを特徴とする請求項１に記載されたプーリの製造方法。
前記押圧ローラの中凹形状の押圧面の表面形状を規定する前記曲線が、実質的に複数の円弧が滑らかに接続することによって形成されていることを特徴とする請求項１に記載されたプーリの製造方法。
前記押圧ローラの中凹形状の押圧面の表面形状を規定する前記曲線が、実質的に円弧と直線が滑らかに接続することによって形成されていることを特徴とする請求項１に記載されたプーリの製造方法。
前記押圧ローラの中凹形状の押圧面の表面形状を規定する前記曲線が、前記押圧面の底面部分に対応する円弧と、前記円弧の両側に接続する直線からなることを特徴とする請求項４に記載されたプーリの製造方法。
前記押圧ローラの中凹形状の押圧面の表面形状を規定する前記曲線が、前記押圧面の底面部分に対応する前記第２の回転軸線と平行な短い直線と、前記直線の両側に接続する円弧と、前記両側の円弧に更に接続する直線からなることを特徴とする請求項４に記載されたプーリの製造方法。