JP4154986B2

JP4154986B2 - Resin pulley

Info

Publication number: JP4154986B2
Application number: JP2002291865A
Authority: JP
Inventors: 俊一矢部; 敏己高城
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2002-10-04
Filing date: 2002-10-04
Publication date: 2008-09-24
Anticipated expiration: 2022-10-04
Also published as: JP2004125102A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内径側に転がり軸受を一体に備える樹脂製プーリに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車に搭載される補機類を駆動するベルトを案内するために樹脂製プーリが一般に使用されている。この樹脂製プーリは、転がり軸受と樹脂部とからなり、樹脂部は転がり軸受の外輪の外周に一体成形されている。この樹脂部は、内周側にある内径円筒部分、外周側にある外径円筒部分、内径円筒部分と外径円筒部分との間をつなぐ円板部分、円板部分上に形成された複数のリブとを有している。そして、外径円筒部分の外周面がベルト案内面となっており、このベルト案内面に補機類を駆動するゴム製のベルトが架けられて案内されている。
【０００３】
この樹脂製プーリを使用する自動車が走行している最中に、砂塵などの異物がベルトとベルト案内面との間に挟まることがあり、樹脂製プーリに摩耗等を生じて損傷することがあった。このような損傷は自動車が悪路を連続走行する場合に特に発生しやすい。この問題を対処するために、ＳｉＯ_２及びＡｌ_２Ｏ_３を主体とするセラミックス皮膜をベルト案内面に溶射して形成することがなされている（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００４】
また、ガラス繊維やマイカ粉等の充填材を添加した合成樹脂組成物により樹脂製プーリの樹脂部を形成し、樹脂部の耐摩耗性を向上させることも行われている（例えば、特許文献２を参照。）。
さらに、樹脂製プーリには、外径円筒部分の成形精度、ベルトの張力に耐え得る強度、連続負荷使用時に発生する熱に対する耐熱性が求められ、耐塩化カルシウム性等も要求されている。そこで、かかる成形精度、強度、耐熱性及び耐塩化カルシウム性の向上を目的として、樹脂製プーリの樹脂部を形成する合成樹脂組成物を、ガラス繊維等の充填材を１５〜４０質量％程度充填したポリアミド６６、ポリアミド６１０、ポリアミド６１２、あるいはポニフェニレンサルファイドとミネラルの複合材料とすることが提案されている（例えば、特許文献３を参照。）。また、ガラス繊維の充填材を４３質量％充填したポリアミド６、ポリアミド６６、ポリアミド１１、ポリアミド１２等のポリアミド樹脂からなる合成樹脂組成物も提案されている（例えば、特許文献４を参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７―１２２０６号公報（第２頁）
【特許文献２】
特開平８―１４５１４８号公報（第２〜３頁）
【特許文献３】
特開平７―６３２４９号公報（第２頁の段落番号［０００４］）
【特許文献４】
特開平８―４８８３号公報（第７頁の段落番号［００４３］）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ベルト案内面にセラミックス皮膜を溶射して形成すると、以下の不具合を生じるものと想定される。すなわち、セラミックス皮膜は耐摩耗性に優れはするものの、セラミックス皮膜の厚さが５０〜１００μｍと比較的厚い。このため、冷熱サイクルによってセラミックス皮膜中の内部応力が大きくなりやすい。したがって、樹脂製プーリが稼動するとセラミックス皮膜に亀裂や剥離を発生しやすいと考えられる。
【０００７】
また、ガラス繊維等の充填材を添加した合成樹脂組成物によって樹脂製プーリの樹脂部を形成した場合、以下に述べる過程によりベルト案内面の摩耗が進行し、最終的に樹脂製プーリからベルトが外れてしまう不具合が想定される。すなわち、ベルトとベルト案内面の間に挟まった砂塵等の異物によって、ベルト案内面の充填材以外の部分において摩耗が進行し、充填材が比較的多く存在する部分がベルト案内面上の凸部として残り、ベルト案内面が荒れてしまう。その後、残った凸部も摩耗していき、結果的にベルト案内面の外径が小さくなり、ベルトが緩んでしまい、樹脂製プーリを交換しなくてはならなくなる。
【０００８】
本発明は、上記した従来の技術の問題点を除くためになされたものであり、その目的とするところは、ベルトとベルト案内面との間に異物が挟まってもベルト案内面に摩耗を生じにくく、ベルト案内面に形成した皮膜の損傷を生じにくい樹脂製プーリを提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、その課題を解決するために以下のような構成をとる。転がり軸受と、この転がり軸受の外周に設けられた樹脂部とからなる樹脂製プーリであって、前記樹脂部の外周に形成されて駆動ベルトと接触し、且つこの駆動ベルトを案内するベルト案内面上に、硬質炭素皮膜を形成し、前記硬質炭素皮膜の下にカーボンミキシング傾斜層を形成してあり、このカーボンミキシング傾斜層を介して前記硬質炭素皮膜を前記ベルト案内面に密着させている。
【００１０】
請求項１の発明によると、ベルト案内面に形成した硬質炭素皮膜は硬度が非常に高く、耐摩耗性に優れるので、ベルト案内面の耐摩耗性は非常に大きい。
また、硬質炭素皮膜としては、たとえばＨｖ１０００〜５０００の硬度を有するダイヤモンドライクカーボンを挙げることができる。そして、硬質炭素皮膜を形成する方法としてはプラズマＣＶＤ法、イオンビーム蒸着法、プラズマイオン注入法等の方法を挙げることができる。
【００１１】
硬質炭素皮膜の膜厚が０．５μｍよりも薄くなると、すべてのベルト案内面を硬質炭素皮膜によって覆うことが困難となり、ベルト案内面上で部分的に樹脂部が露出し、ベルト案内面の耐摩耗性が低下し、ベルト案内面で充分な耐摩耗性を発揮させることができない。また、膜厚が１０μｍよりも厚くなると、硬質炭素皮膜の中に大きな内部応力がたまりやすくなり、この内部応力によって硬質炭素皮膜に亀裂や剥離等を生じて自己破壊を起こしやすくなり、耐摩耗性を長期間に亙って発揮することが困難となる。したがって、硬質炭素皮膜の膜厚は０．５〜１０μｍとすることが望ましい。
【００１２】
また、すべてのベルト案内面を硬質炭素皮膜によって確実に覆い、硬質炭素皮膜の自己破壊を一層確実に防止し、硬質炭素皮膜による耐摩耗性を安定して長期間に亙り発揮させる観点からは、硬質炭素皮膜の膜厚を１〜５μｍとすることがより望ましい。そして、硬質炭素皮膜の形成時間や形成条件をコントロール等することを併せて考慮すると、硬質炭素皮膜の膜厚を１〜３μｍとすることがより一層望ましい。
【００１３】
本発明によれば、ベルト案内面の基底部をなす樹脂部の合成樹脂組成物と、ベルト案内面の表面に形成される硬質炭素皮膜との間にカーボンミキシング傾斜層が形成され、このカーボンミキシング傾斜層が合成樹脂組成物と硬質炭素皮膜との密着性を高める。したがって、硬質炭素皮膜の剥離等が防止され、硬質炭素皮膜は長期間に亙って安定してベルト案内面に存在する。
【００１４】
なお、カーボンミキシング傾斜層を形成する方法として、プラズマイオン注入法を挙げることができる。プラズマイオン注入法を用いて硬質炭素皮膜を形成すると、カーボンミキシング傾斜層がベルト案内面の基底部をなす樹脂部の合成樹脂組成物とベルト案内面の表面の硬質炭素皮膜との間に形成される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
まず、図１ないし図３を参照して本実施の形態の構成を説明する。
図１及び図２に示すように、樹脂製プーリ１０は、転がり軸受１２と樹脂部２４とからなる。転がり軸受１２は、外輪１４、内輪１８、転動体２０、保持器２１及び接触ゴムシール２２とからなる深溝玉軸受である。転動体２０は外輪１４と内輪１８との間の空間に転動自在に保持器２１によって保持されており、外輪１４の外周面上には周方向に連続する凹溝１６が環状に形成されている。
【００１６】
外輪１４、内輪１８との間の前記空間は接触ゴムシール２２によって外部から独立した空間となっており、この空間内にはグリースが充填されている。接触ゴムシール２２を形成するゴム材として、ニトリルゴム、水素添加ニトリルゴム、アクリルゴム等を原料ゴムとし、各種充填材を添加したものを使用することが可能である。また、前記空間内に充填されるグリースとしては、ポリαオレフィン油、アルキルジフェニルエーテル油等を基油とし、ジウレア等を増ちょう剤とし、酸化防止剤や摩耗防止剤等を添加剤として加えたものを使用することが可能である。
【００１７】
また、外輪１４の外周上に、樹脂部２４が後述の合成樹脂組成物から射出成形により一体形成されている。転がり軸受１２の単体を図示しない金型のキャビティ内に配置し、このキャビティのゲートから溶融した合成樹脂組成物を流し入れて、樹脂部２４は形成される。
樹脂部２４は内径円筒部分２６、外径円筒部分２８、円板部分３２及びリブ３４とからなる。内径円筒部分２６は樹脂部２４の内径側に形成されており、内径円筒部分２６の内周側には外輪１４の凹溝１６と対応して周方向に連続する突起が形成されており、この突起が外輪１４の凹溝１６に係合して樹脂部２４は外輪１４の外周上に固着されている。また、外径円筒部分２８は樹脂部２４の外径側に形成されており、円板部分３２が内径円筒部分２６の外周側と外径円筒部分２８の内周側とをつないでいる。さらに、円板部分３２には、内径円筒部分２６の外周側と外径円筒部分２８の内周側をつないで複数のリブ３４が形成されている。
【００１８】
樹脂部２４を形成する合成樹脂組成物として、ガラス繊維等の強化繊維を充填材として１５〜４０質量％添加したポリアミド６６やポリアミド４６等を用いることができる。また、樹脂部２４の成形時に生じる成形収縮の異方性を制御するとともに、機械的強度を保持するために、充填材としてガラス繊維等の繊維系充填材とシリカ等の粒子状充填材とを併用することも可能である。さらに、樹脂部２４に耐塩化カルシウム性を付与するために、ポリアミド６６やポリアミド４６のポリアミドと低吸水ポリアミドとをポリマーアロイとし、このポリマーアロイに充填材を添加した合成樹脂組成物を用いることが可能である。低吸水ポリアミドとして、ポリアミド６１２、ポリアミド６１０、ポリアミド１２、ポリアミド１１等が挙げられる。また、直鎖状あるいは分岐状ポリフェニレンサルファイド等に充填材を添加した合成樹脂組成物を用いることも可能である。
【００１９】
また、外径円筒部分２８の外周面を軸方向から見るとほぼ真円をなし、この外周面がベルト案内面３０をなす。ベルト案内面３０は凹凸のない平坦な面が周方向に連続したフラット形状となっている。図３に示すように、ベルト案内面３０にはダイヤモンドライクカーボンからなる硬質炭素皮膜３６がプラズマイオン注入法によって形成されている。硬質炭素皮膜３６の膜厚Ｔ１は１〜３μｍであり、硬質炭素皮膜３６とベルト案内面３０をなす合成樹脂組成物との間には、後述するカーボンミキシング傾斜層３８が存在する。このカーボンミキシング傾斜層３８が合成樹脂組成物と硬質炭素皮膜との密着性を高めており、硬質炭素皮膜３６はベルト案内面３０の表面に強固に一体化して存在している。
【００２０】
次に、この硬質炭素皮膜３６をプラズマイオン注入法によってベルト案内面３０に形成するプロセスについて説明する。
硬質炭素皮膜３６を形成するプロセスは、クリーニングステージ、注入ステージ及び成膜ステージとからなる。最初のクリーニングステージでは、図示しないプラズマイオン注入装置の真空容器内に、未だベルト案内面３０に硬質炭素皮膜３６を形成していない樹脂製プーリ１０をセットし、アルゴンとメタンの混合ガスプラズマ内において−５ｋＶから−３５ｋＶのパルス電圧を樹脂製プーリ１０に印加し、ベルト案内面３０をスパッダリングによりクリーニングする。ベルト案内面３０のクリーニングを終えたら、注入ステージに移る。この注入ステージで、−１５ｋＶから−３５ｋＶのパルス電圧を樹脂製プーリ１０に印加し、ベルト案内面３０にメタンガスプラズマによるイオン注入を行う。このイオン注入によって０．１μｍ程度の層厚Ｔ２を有するカーボンミキシング傾斜層３８をベルト案内面３０に形成する。そして、−１５ｋＶから−３５ｋＶのパルス電圧を樹脂製プーリ１０に再び印加し、既に注入したカーボンの単原子とアセチレンガス等の直鎖状炭化水素とのバインディングを行う。その後、成膜ステージにおいて、−２ｋＶから−５ｋＶのパルス電圧を樹脂製プーリ１０に印加するとともに、プラズマガス圧を０．５〜２Ｐａとし、パルスの繰り返し数を毎秒２０００〜１００００パルスとして、ベルト案内面３０にイオン注入を行い、カーボンミキシング傾斜層３８の上に硬質炭素皮膜３６を形成する。そして、必要に応じて、窒素やカーボン等のイオン注入、アルゴンによる硬質炭素皮膜３６の表面トリートメントを施す。
【００２１】
本実施の形態に係る樹脂製プーリ１０は、上記のように形成されて構成されており、次にその作用について説明する。
樹脂製プーリ１０のベルト案内面３０には、図示しない平ベルトが架けられて案内されている。この平ベルトとベルト案内面３０との間に砂塵等の異物が挟まっても、この異物がベルト案内面３０を覆って形成された硬質炭素皮膜３６と接触するだけであり、ベルト案内面３０を形成する合成樹脂組成物と直接接触することは防止されている。硬質炭素皮膜３６をなすダイヤモンドライクカーボンはＨｖ１０００〜５０００の非常に高い硬度を有するので、前記異物によって硬質炭素皮膜３６が摩耗することは殆どなく、ベルト案内面３０を形成する合成樹脂組成物に損傷を生じることは防止されている。このため、樹脂製プーリ１０の外径が変化しにくくなり、樹脂製プーリ１０の外径が摩耗により縮小することは防止され、前記平ベルトがベルト案内面３０から外れることも防止される。
【００２２】
また、硬質炭素皮膜３６の膜厚Ｔ１を１〜３μｍとしているので、冷熱サイクルによって硬質炭素皮膜３６中に大きな内部応力が生じることは防止されており、硬質炭素皮膜３６に亀裂や剥離が生じることも防止されている。したがって、硬質炭素皮膜３６は長期間に亙ってベルト案内面３０を覆って存在し続けることが可能となり、ベルト案内面３０の耐摩耗性が維持される。
【００２３】
さらに、ベルト案内面３０をなす合成樹脂組成物と硬質炭素皮膜３６との間にはカーボンミキシング傾斜層３８が形成されており、この合成樹脂組成物と硬質炭素皮膜３６とは互いにカーボンミキシング傾斜層３８を介して密着しているので、硬質炭素皮膜３６がベルト案内面３０から剥離等することは防止されている。
【００２４】
また、樹脂部２４を形成する合成樹脂組成物に、繊維系充填材と粒子状充填材を添加している場合は、樹脂部２４の機械的強度が高くなる。したがって、ベルト案内面３０に架けられるベルトの張力に対して、樹脂部２４が変形したりすることが防止される。さらに、樹脂部２４を射出成形する時に生じる成形収縮の異方性を制御することができ、ベルト案内面３０の真円度を高めることができる。ベルト案内面３０の真円度を高めることにより、ベルト案内面３０に案内される平ベルトの振れが防止され、騒音も低減される。
【００２５】
また、樹脂部２４を形成する合成樹脂組成物に、ポリアミド６６やポリアミド４６のポリアミドと低吸水ポリアミドとからなるポリマーアロイを用いた場合は、樹脂性プーリ１０は耐塩化カルシウム性に優れる。
また、転がり軸受１２中に充填されるグリースとして、ポリαオレフィン油、アルキルジフェニルエーテル油等を基油とし、ジウレア等を増ちょう剤とし、酸化防止剤や摩耗防止剤等を添加剤として加えたものを使用すると、自動車の補機類について樹脂製プーリ１０を使用する条件下で、転がり軸受１２に焼きつき等を生じることが防止される。
【００２６】
なお、本実施の形態において硬質炭素皮膜３６をベルト案内面３０に形成することとしたが、ベルト案内面３０とともに、ベルト案内面３０以外の樹脂部２４の表面にも硬質炭素皮膜３６を形成することが可能であることは勿論である。
また、本実施の形態において、ベルト案内面３０は平坦なフラット形状であるとしたが、図４の変形例に示すように、Ｖの字状の断面を有する溝４０が周方向に連続するＶリブ形状とすることによりベルト案内面３０を形成し、Ｖベルトを架けられるようにすることもできる。
【００２７】
さらに、本実施の形態において、転がり軸受１２を深溝玉軸受としたが、深溝玉軸受に限定されるものでないことは勿論であり、アンギュラ玉軸受等とすることが可能である。また、転がり軸受１２の転動体２０が玉に限定されるものではなく、ころによって転動体２０を構成することが可能であることは勿論である。
次に、本実施の形態に係る樹脂製プーリの耐摩耗性能試験結果を示す。
【００２８】
本耐摩耗性試験で使用した本実施の形態に係る樹脂製プーリ（以下、「本発明例の樹脂製プーリ」という）は、前述の本実施の形態において説明した樹脂製プーリ１０と同様の構成を有する。本発明例の樹脂製プーリの樹脂部を形成する合成樹脂組成物の組成は以下のものとした。すなわち、ガラス繊維を３３質量％添加したポリアミド６６と、やはりガラス繊維を３３質量％添加したポリアミド６１２とを質量比４：１の割合で混合して合成樹脂組成物とした。なお、ガラス繊維を３３質量％添加したポリアミド６６にはデュポンジャパン株式会社製のザイテル７０Ｇ−３３Ｌを使用し、ガラス繊維を３３質量％添加したポリアミド６１２にはデュポンジャパン株式会社製のザイテル７７Ｇ−３３Ｌを使用した。
【００２９】
そして、この合成樹脂組成物を２８０〜３００℃で溶融し、７５〜８５℃とした金型のキャビティ内に流し入れ、９０〜１２０ＭＰａの射出圧力で樹脂部を転がり軸受の周りに一体成形し、ベルト案内面には未だ硬質炭素皮膜を形成していない樹脂製プーリを形成した。
そして、この樹脂製プーリの転がり軸受部分にマスキングを施した後、プラズマイオン注入装置によってベルト案内面に３μｍの膜厚Ｔ１を有する硬質炭素皮膜を形成する処理を行った。なお、プラズマイオン注入装置には、株式会社栗田製作所製の３Ｄプラズマパック表面処理装置を使用した。まず、窒素を用いたスパッダリングによりベルト案内面のクリーニングを行い、クリーニング後にカーボンイオンの注入を行って０．１μｍの層厚Ｔ２を有するカーボンミキシング傾斜層をベルト案内面に形成した。その後、カーボンミキシング傾斜層の上に硬質炭素皮膜を形成させて、本発明例の樹脂製プーリを得た。
【００３０】
一方、本発明例の樹脂製プーリと耐摩耗性を比較するために、従来ある樹脂製プーリ（以下、「比較例の樹脂製プーリ」という）についても耐久試験を行った。比較例の樹脂製プーリの構成は、ベルト案内面に硬質炭素皮膜を形成しておらず、合成樹脂組成物が露出している点を除いて、本発明例の樹脂製プーリと同様である。
【００３１】
また、本耐摩耗性試験で使用した耐摩耗性試験機の構成を図５に示す。耐摩耗性試験機４２は駆動モータにつながった駆動輪４４と従動輪４６とを備え、駆動輪４４と従動輪４６とはベルト４８が架け渡されて連結されている。そして、駆動輪４４と従動輪４６との間で、ベルト４８に試験対象の樹脂製プーリ１１のベルト案内面３０を接触させて取り付け可能になっている。
【００３２】
なお、この樹脂製プーリ１１の転がり軸受には下方向きに１００ｋｇｆの荷重がかけられており、この荷重によって樹脂製プーリ１１のベルト案内面３１はベルト４８に押し付けられている。そして、駆動輪４４が回転するとベルト４８が回転し、従動輪４６も回転し、ベルト４８に押し付けられたベルト案内面３０も回転する。
【００３３】
さらに、耐摩耗性試験機４２は恒温槽５０中に収納されており、恒温槽５０中の雰囲気は１２０℃に維持されている。また、この雰囲気中には、関東ローム粉ＪＩＳ＃８が空間容積で０．０５％の条件を満足するようにファンによって漂わせてある。この恒温槽５０中の雰囲気は、悪路を走行中の自動車に補機類に使用された樹脂製プーリが置かれる雰囲気を再現したものである。
【００３４】
そして、本発明例の樹脂製プーリを耐摩耗性試験機４２に取り付け、本発明例の樹脂製プーリを８０００ｍｉｎ^−１で回転させた。回転時間が１０時間経過するごとに、耐摩耗性試験機４２を停止し、本発明例の樹脂製プーリを室温まで冷却し、本発明例の樹脂製プーリのベルト案内面の半径方向の寸法の累計摩耗量を測定した。そして、累計回転時間が１００時間になるまで耐摩耗性試験を続けて行った。
【００３５】
また、比較例の樹脂製プーリについても、本発明例の樹脂製プーリと同様の条件で耐摩耗性試験機４２によって耐摩耗性試験を行った。
本耐摩耗性試験の試験結果を図６に示す。累計回転時間が１００時間となった時点で、比較例の樹脂製プーリのベルト案内面の半径方向の累計摩耗量は約３５０μｍであった。これに対して、本発明例の樹脂製プーリのベルト案内面の半径方向の累計摩耗量は約１．４μｍであり、ほとんど摩耗の進行が認められなかった。
【００３６】
したがって、本発明例の樹脂製プーリは耐摩耗性に優れ、悪路を走行する自動車に使用されるような場合に優れた耐久性を発揮できることが確認された。
【００３７】
【発明の効果】
本発明は、上記のような樹脂製プーリであるので、ベルトとベルト案内面との間に異物が挟まってもベルト案内面に摩耗を生じにくく、ベルト案内面に形成した皮膜の損傷を生じにくい樹脂製プーリを提供できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る樹脂製プーリの正面図である。
【図２】図１の樹脂製プーリのＡ−Ａ線断面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るベルト案内面の構成図である。
【図４】本実施の形態の変形例に係る樹脂製プーリの断面図である。
【図５】耐摩耗性試験機の構成図である。
【図６】耐摩耗性試験の試験結果の説明図である。
【符号の説明】
１０、１１樹脂製プーリ
１２転がり軸受
１４外輪
１６凹溝
１８内輪
２０転動体
２１保持器
２２接触ゴムシール
２４樹脂部
２６内径円筒部分
２８外径円筒部分
３０、３１ベルト案内面
３２円板部分
３４リブ
３６硬質炭素皮膜
３８カーボンミキシング傾斜層
Ｔ１硬質炭素皮膜の膜厚
Ｔ２カーボンミキシング傾斜層の層厚
４０溝
４２耐摩耗性試験機
４４駆動輪
４６従動輪
４８ベルト
５０恒温槽[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a resin pulley provided integrally with a rolling bearing on the inner diameter side.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a resin pulley is generally used to guide a belt for driving auxiliary machines mounted on an automobile. This resin pulley is composed of a rolling bearing and a resin portion, and the resin portion is integrally formed on the outer periphery of the outer ring of the rolling bearing. The resin portion includes an inner diameter cylindrical portion on the inner peripheral side, an outer diameter cylindrical portion on the outer peripheral side, a disc portion connecting the inner diameter cylindrical portion and the outer diameter cylindrical portion, and a plurality of disc portions formed on the disc portion. And ribs. The outer peripheral surface of the outer diameter cylindrical portion serves as a belt guide surface, and a rubber belt for driving auxiliary machinery is laid on the belt guide surface for guidance.
[0003]
While a vehicle using this resin pulley is running, foreign matter such as dust may get caught between the belt and the belt guide surface, and the resin pulley may be worn and damaged. It was. Such damage is particularly likely to occur when an automobile runs continuously on a rough road. In order to cope with this problem, a ceramic film mainly composed of SiO ₂ and Al ₂ O ₃ is formed by thermal spraying on the belt guide surface (see, for example, Patent Document 1).
[0004]
Moreover, the resin part of a resin pulley is formed with a synthetic resin composition to which a filler such as glass fiber or mica powder is added to improve the wear resistance of the resin part (for example, Patent Document 2). See).
Furthermore, the resin pulley is required to have a molding accuracy of the outer diameter cylindrical portion, a strength that can withstand the tension of the belt, heat resistance against heat generated during continuous load use, and calcium chloride resistance and the like. Therefore, for the purpose of improving the molding accuracy, strength, heat resistance and calcium chloride resistance, the synthetic resin composition forming the resin portion of the resin pulley is filled with about 15 to 40% by mass of a filler such as glass fiber. It has been proposed to use polyamide 66, polyamide 610, polyamide 612, or a composite material of poniphenylene sulfide and mineral (see, for example, Patent Document 3). A synthetic resin composition made of a polyamide resin such as polyamide 6, polyamide 66, polyamide 11 or polyamide 12 filled with 43% by mass of a glass fiber filler has also been proposed (see, for example, Patent Document 4).
[0005]
[Patent Document 1]
JP 7-12206 A (page 2)
[Patent Document 2]
JP-A-8-145148 (pages 2 and 3)
[Patent Document 3]
JP 7-63249 A (paragraph number [0004] on page 2)
[Patent Document 4]
JP-A-8-4883 (paragraph number [0043] on page 7)
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the ceramic coating is sprayed on the belt guide surface, it is assumed that the following problems occur. That is, although the ceramic film is excellent in wear resistance, the thickness of the ceramic film is relatively thick at 50 to 100 μm. For this reason, the internal stress in the ceramic film tends to increase due to the thermal cycle. Therefore, it is considered that cracking and peeling are likely to occur in the ceramic film when the resin pulley is operated.
[0007]
In addition, when the resin portion of the resin pulley is formed by a synthetic resin composition to which a filler such as glass fiber is added, the wear of the belt guide surface proceeds through the process described below, and finally the belt is removed from the resin pulley. It is assumed that there will be a problem that will come off. That is, due to foreign matter such as dust sandwiched between the belt and the belt guide surface, wear proceeds in a portion other than the filler on the belt guide surface, and a portion where the filler is relatively present is a convex portion on the belt guide surface. As a result, the belt guide surface becomes rough. After that, the remaining convex portion is also worn out. As a result, the outer diameter of the belt guide surface is reduced, the belt is loosened, and the resin pulley must be replaced.
[0008]
The present invention has been made to eliminate the above-described problems of the prior art, and the object of the present invention is to cause wear on the belt guide surface even if foreign matter is caught between the belt and the belt guide surface. It is an object of the present invention to provide a resin pulley that is difficult to cause damage to the film formed on the belt guide surface.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present invention adopts the following configuration in order to solve the problem. A resin pulley comprising a rolling bearing and a resin portion provided on the outer periphery of the rolling bearing, the belt guide surface being formed on the outer periphery of the resin portion and in contact with the drive belt and guiding the drive belt A hard carbon film is formed thereon, a carbon mixing gradient layer is formed under the hard carbon film, and the hard carbon film is in close contact with the belt guide surface via the carbon mixing gradient layer .
[0010]
According to the first aspect of the present invention, the hard carbon film formed on the belt guide surface has a very high hardness and excellent wear resistance. Therefore, the wear resistance of the belt guide surface is very large.
Examples of the hard carbon film include diamond-like carbon having a hardness of Hv 1000 to 5000. Examples of the method for forming the hard carbon film include plasma CVD, ion beam evaporation, and plasma ion implantation.
[0011]
When the thickness of the hard matter carbon film is thinner than 0.5 [mu] m, all the belt guide surface becomes difficult to be covered by the hard carbon film, partially resin portion is exposed on the belt guiding surface, the belt guide surface The wear resistance is lowered, and sufficient wear resistance cannot be exhibited on the belt guide surface. Also, if the film thickness is thicker than 10 μm, large internal stress tends to be accumulated in the hard carbon film, and this internal stress easily causes self-destruction due to cracks and peeling in the hard carbon film, resulting in wear resistance. It is difficult to exert the effect over a long period of time. Therefore, the film thickness of the hard carbon film is preferably 0.5 to 10 μm.
[0012]
In addition, from the viewpoint of reliably covering all belt guide surfaces with a hard carbon film, further preventing self-destruction of the hard carbon film, and stably exhibiting the wear resistance of the hard carbon film over a long period of time, The film thickness of the hard carbon film is more preferably 1 to 5 μm. In consideration of controlling the formation time and formation conditions of the hard carbon film, it is even more desirable to set the film thickness of the hard carbon film to 1 to 3 μm.
[0013]
According to the present invention, the carbon mixing gradient layer is formed between the synthetic resin composition of the resin portion forming the base portion of the belt guide surface and the hard carbon film formed on the surface of the belt guide surface. The inclined layer enhances the adhesion between the synthetic resin composition and the hard carbon film. Therefore, peeling of the hard carbon film is prevented, and the hard carbon film is stably present on the belt guide surface over a long period of time.
[0014]
An example of a method for forming the carbon mixing gradient layer is a plasma ion implantation method. When a hard carbon film is formed using the plasma ion implantation method, a carbon mixing gradient layer is formed between the synthetic resin composition of the resin part forming the base of the belt guide surface and the hard carbon film on the surface of the belt guide surface. The
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, the configuration of the present embodiment will be described with reference to FIGS.
As shown in FIGS. 1 and 2, the resin pulley 10 includes a rolling bearing 12 and a resin portion 24. The rolling bearing 12 is a deep groove ball bearing including an outer ring 14, an inner ring 18, a rolling element 20, a cage 21, and a contact rubber seal 22. The rolling element 20 is held in a space between the outer ring 14 and the inner ring 18 by a cage 21 so as to be freely rotatable. On the outer peripheral surface of the outer ring 14, a groove 16 that is continuous in the circumferential direction is formed in an annular shape. Yes.
[0016]
The space between the outer ring 14 and the inner ring 18 is a space independent from the outside by a contact rubber seal 22, and this space is filled with grease. As the rubber material for forming the contact rubber seal 22, it is possible to use a nitrile rubber, a hydrogenated nitrile rubber, an acrylic rubber or the like as a raw material rubber and added with various fillers. In addition, as the grease filled in the space, poly α olefin oil, alkyl diphenyl ether oil or the like is used as a base oil, diurea or the like is used as a thickener, and an antioxidant or an antiwear agent is added as an additive. Can be used.
[0017]
A resin portion 24 is integrally formed on the outer periphery of the outer ring 14 by injection molding from a synthetic resin composition described later. A single portion of the rolling bearing 12 is placed in a cavity of a mold (not shown), and a molten synthetic resin composition is poured from the gate of the cavity to form the resin portion 24.
The resin portion 24 includes an inner diameter cylindrical portion 26, an outer diameter cylindrical portion 28, a disc portion 32, and a rib 34. The inner diameter cylindrical portion 26 is formed on the inner diameter side of the resin portion 24, and a protrusion continuous in the circumferential direction is formed on the inner peripheral side of the inner diameter cylindrical portion 26 corresponding to the groove 16 of the outer ring 14. The protrusion engages with the concave groove 16 of the outer ring 14, and the resin portion 24 is fixed on the outer periphery of the outer ring 14. The outer diameter cylindrical portion 28 is formed on the outer diameter side of the resin portion 24, and the disk portion 32 connects the outer peripheral side of the inner diameter cylindrical portion 26 and the inner peripheral side of the outer diameter cylindrical portion 28. Further, the disc portion 32 is formed with a plurality of ribs 34 connecting the outer peripheral side of the inner diameter cylindrical portion 26 and the inner peripheral side of the outer diameter cylindrical portion 28.
[0018]
As the synthetic resin composition for forming the resin portion 24, polyamide 66, polyamide 46, or the like to which 15 to 40% by mass of a reinforcing fiber such as glass fiber is added as a filler can be used. Further, in order to control the anisotropy of molding shrinkage that occurs during molding of the resin portion 24 and to maintain mechanical strength, a fiber filler such as glass fiber and a particulate filler such as silica are used as fillers. It can also be used in combination. Further, in order to impart calcium chloride resistance to the resin part 24, it is possible to use a synthetic resin composition in which polyamide 66 or polyamide 46 and low water-absorbing polyamide are used as a polymer alloy and a filler is added to the polymer alloy. Is possible. Examples of the low water absorption polyamide include polyamide 612, polyamide 610, polyamide 12, and polyamide 11. It is also possible to use a synthetic resin composition in which a filler is added to linear or branched polyphenylene sulfide or the like.
[0019]
Further, when the outer peripheral surface of the outer diameter cylindrical portion 28 is viewed from the axial direction, it forms a substantially perfect circle, and this outer peripheral surface forms the belt guide surface 30. The belt guide surface 30 has a flat shape in which a flat surface without unevenness is continuous in the circumferential direction. As shown in FIG. 3, a hard carbon film 36 made of diamond-like carbon is formed on the belt guide surface 30 by a plasma ion implantation method. The film thickness T1 of the hard carbon film 36 is 1 to 3 μm, and a carbon mixing gradient layer 38 to be described later exists between the hard carbon film 36 and the synthetic resin composition forming the belt guide surface 30. The carbon mixing gradient layer 38 enhances the adhesion between the synthetic resin composition and the hard carbon film, and the hard carbon film 36 is firmly integrated with the surface of the belt guide surface 30.
[0020]
Next, a process for forming the hard carbon film 36 on the belt guide surface 30 by plasma ion implantation will be described.
The process for forming the hard carbon film 36 includes a cleaning stage, an implantation stage, and a film forming stage. In the first cleaning stage, the resin pulley 10 on which the hard carbon film 36 is not yet formed on the belt guide surface 30 is set in a vacuum vessel of a plasma ion implantation apparatus (not shown), and in the mixed gas plasma of argon and methane. A pulse voltage of −5 kV to −35 kV is applied to the resin pulley 10, and the belt guide surface 30 is cleaned by sputtering. When the cleaning of the belt guide surface 30 is completed, the process moves to the injection stage. In this implantation stage, a pulse voltage of −15 kV to −35 kV is applied to the resin pulley 10, and ion implantation by methane gas plasma is performed on the belt guide surface 30. By this ion implantation, a carbon mixing gradient layer 38 having a layer thickness T2 of about 0.1 μm is formed on the belt guide surface 30. Then, a pulse voltage of −15 kV to −35 kV is applied again to the resin pulley 10 to perform binding between already injected carbon single atoms and linear hydrocarbons such as acetylene gas. Thereafter, in the film formation stage, a pulse voltage of −2 kV to −5 kV is applied to the resin pulley 10, the plasma gas pressure is set to 0.5 to 2 Pa, and the pulse repetition rate is set to 2000 to 10,000 pulses per second to guide the belt. Ions are implanted into the surface 30 to form a hard carbon film 36 on the carbon mixing gradient layer 38. Then, if necessary, surface treatment of the hard carbon film 36 with ion implantation of nitrogen or carbon, or argon is performed.
[0021]
The resin pulley 10 according to the present embodiment is formed and configured as described above. Next, the operation thereof will be described.
A flat belt (not shown) is hung on the belt guide surface 30 of the resin pulley 10 and guided. Even if foreign matter such as dust is sandwiched between the flat belt and the belt guide surface 30, the foreign matter only comes into contact with the hard carbon film 36 formed so as to cover the belt guide surface 30. Direct contact with the synthetic resin composition to be formed is prevented. Since the diamond-like carbon forming the hard carbon film 36 has a very high hardness of Hv 1000 to 5000, the hard carbon film 36 is hardly worn by the foreign matter, and the synthetic resin composition forming the belt guide surface 30 is damaged. This is prevented. For this reason, the outer diameter of the resin pulley 10 does not easily change, the outer diameter of the resin pulley 10 is prevented from being reduced due to wear, and the flat belt is also prevented from being detached from the belt guide surface 30.
[0022]
Further, since the film thickness T1 of the hard carbon film 36 is set to 1 to 3 μm, it is prevented that a large internal stress is generated in the hard carbon film 36 due to the cooling and heating cycle, and the hard carbon film 36 is cracked or peeled off. Has also been prevented. Therefore, the hard carbon film 36 can continue to exist over the belt guide surface 30 for a long period of time, and the wear resistance of the belt guide surface 30 is maintained.
[0023]
Further, a carbon mixing gradient layer 38 is formed between the synthetic resin composition forming the belt guide surface 30 and the hard carbon coating 36, and the synthetic resin composition and the hard carbon coating 36 are mutually mixed with the carbon mixing gradient layer. 38, the hard carbon film 36 is prevented from being peeled off from the belt guide surface 30.
[0024]
Moreover, when the fiber type filler and the particulate filler are added to the synthetic resin composition forming the resin portion 24, the mechanical strength of the resin portion 24 is increased. Therefore, the resin portion 24 is prevented from being deformed with respect to the tension of the belt hung on the belt guide surface 30. Furthermore, the anisotropy of molding shrinkage that occurs when the resin portion 24 is injection-molded can be controlled, and the roundness of the belt guide surface 30 can be increased. By increasing the roundness of the belt guide surface 30, the flat belt guided by the belt guide surface 30 is prevented from shaking and noise is reduced.
[0025]
Moreover, when the polymer alloy which consists of polyamide 66, the polyamide 46 of polyamide 46, and a low water absorption polyamide is used for the synthetic resin composition which forms the resin part 24, the resin pulley 10 is excellent in calcium chloride resistance.
Further, as grease filled in the rolling bearing 12, a base oil such as poly-alpha olefin oil or alkyldiphenyl ether oil, a diurea or the like as a thickener, and an antioxidant or an antiwear agent or the like as additives are added. Is used, it is possible to prevent the rolling bearing 12 from being seized or the like under the condition that the resin pulley 10 is used for the auxiliary machinery of the automobile.
[0026]
In the present embodiment, the hard carbon film 36 is formed on the belt guide surface 30, but the hard carbon film 36 is also formed on the surface of the resin portion 24 other than the belt guide surface 30 together with the belt guide surface 30. Of course it is possible.
In the present embodiment, the belt guide surface 30 is assumed to be a flat flat shape. However, as shown in the modified example of FIG. 4, a groove 40 having a V-shaped cross section is continuous in the circumferential direction. By forming the rib shape, the belt guide surface 30 can be formed so that the V-belt can be hung.
[0027]
Furthermore, in this embodiment, the rolling bearing 12 is a deep groove ball bearing, but it is of course not limited to a deep groove ball bearing, and can be an angular ball bearing or the like. Moreover, the rolling element 20 of the rolling bearing 12 is not limited to a ball, and it is needless to say that the rolling element 20 can be configured by rollers.
Next, the abrasion resistance performance test result of the resin pulley according to the present embodiment is shown.
[0028]
The resin pulley according to the present embodiment used in the wear resistance test (hereinafter referred to as “resin pulley of the present invention example”) has the same configuration as the resin pulley 10 described in the present embodiment. Have The composition of the synthetic resin composition forming the resin part of the resin pulley of the present invention was as follows. That is, polyamide 66 to which 33% by mass of glass fiber was added and polyamide 612 to which 33% by mass of glass fiber was added were mixed at a mass ratio of 4: 1 to obtain a synthetic resin composition. In addition, Zytel 70G-33L manufactured by DuPont Japan Co., Ltd. is used for polyamide 66 to which 33% by mass of glass fiber is added, and Zytel 77G-33L manufactured by DuPont Japan Co., Ltd. is used for polyamide 612 in which 33% by mass of glass fiber is added. It was used.
[0029]
Then, this synthetic resin composition is melted at 280 to 300 ° C. and poured into a cavity of a mold having a temperature of 75 to 85 ° C., and the resin part is integrally molded around the rolling bearing with an injection pressure of 90 to 120 MPa. A resin pulley having a hard carbon film not yet formed is formed on the guide surface.
Then, after masking the rolling bearing portion of the resin pulley, a process of forming a hard carbon film having a film thickness T1 of 3 μm on the belt guide surface was performed by a plasma ion implantation apparatus. As the plasma ion implantation apparatus, a 3D plasma pack surface treatment apparatus manufactured by Kurita Manufacturing Co., Ltd. was used. First, the belt guide surface was cleaned by sputtering using nitrogen, and after the cleaning, carbon ions were implanted to form a carbon mixing gradient layer having a layer thickness T2 of 0.1 μm on the belt guide surface. Thereafter, a hard carbon film was formed on the carbon mixing gradient layer to obtain a resin pulley of the present invention.
[0030]
On the other hand, in order to compare the wear resistance with the resin pulley of the present invention, a conventional resin pulley (hereinafter referred to as “resin pulley of comparative example”) was also subjected to a durability test. The structure of the resin pulley of the comparative example is the same as that of the resin pulley of the present invention except that the hard carbon film is not formed on the belt guide surface and the synthetic resin composition is exposed.
[0031]
FIG. 5 shows the configuration of the wear resistance tester used in this wear resistance test. The abrasion resistance tester 42 includes a driving wheel 44 and a driven wheel 46 connected to a driving motor, and a belt 48 is bridged between the driving wheel 44 and the driven wheel 46. Between the driving wheel 44 and the driven wheel 46, the belt guide surface 30 of the resin pulley 11 to be tested can be brought into contact with the belt 48 and attached.
[0032]
A load of 100 kgf is applied to the rolling bearing of the resin pulley 11 downward, and the belt guide surface 31 of the resin pulley 11 is pressed against the belt 48 by this load. When the driving wheel 44 rotates, the belt 48 rotates, the driven wheel 46 also rotates, and the belt guide surface 30 pressed against the belt 48 also rotates.
[0033]
Furthermore, the abrasion resistance tester 42 is accommodated in the thermostat 50, and the atmosphere in the thermostat 50 is maintained at 120 ° C. Further, in this atmosphere, Kanto loam powder JIS # 8 is floated by a fan so as to satisfy the condition of 0.05% in space volume. The atmosphere in the thermostat 50 reproduces the atmosphere in which a resin pulley used for auxiliary equipment is placed in an automobile traveling on a rough road.
[0034]
Then, the resin pulley of the present invention example was attached to the abrasion resistance tester 42, and the resin pulley of the present invention example was rotated at 8000 min- ¹ . Each time the rotation time elapses 10 hours, the abrasion resistance tester 42 is stopped, the resin pulley of the present invention example is cooled to room temperature, and the radial dimension of the belt guide surface of the resin pulley of the present invention example is reduced. The cumulative amount of wear was measured. The wear resistance test was continued until the total rotation time reached 100 hours.
[0035]
The comparative example of the resin pulley was also subjected to an abrasion resistance test by the abrasion resistance tester 42 under the same conditions as the resin pulley of the present invention.
The test results of this wear resistance test are shown in FIG. When the cumulative rotation time reached 100 hours, the cumulative wear amount in the radial direction of the belt guide surface of the resin pulley of the comparative example was about 350 μm. On the other hand, the cumulative wear amount in the radial direction of the belt guide surface of the resin pulley of the present invention was about 1.4 μm, and almost no progress of wear was observed.
[0036]
Therefore, it was confirmed that the resin pulley of the present invention example has excellent wear resistance and can exhibit excellent durability when used in an automobile traveling on a rough road.
[0037]
【The invention's effect】
Since the present invention is a resin pulley as described above, even if a foreign object is caught between the belt and the belt guide surface, the belt guide surface is hardly worn, and the film formed on the belt guide surface is not easily damaged. There is an effect that a resin pulley can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view of a resin pulley according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view of the resin pulley of FIG. 1 taken along line AA.
FIG. 3 is a configuration diagram of a belt guide surface according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view of a resin pulley according to a modification of the present embodiment.
FIG. 5 is a configuration diagram of an abrasion resistance tester.
FIG. 6 is an explanatory diagram of test results of an abrasion resistance test.
[Explanation of symbols]
10, 11 Resin pulley 12 Rolling bearing 14 Outer ring 16 Recessed groove 18 Inner ring 20 Rolling element 21 Retainer 22 Contact rubber seal 24 Resin part 26 Inner diameter cylindrical part 28 Outer diameter cylindrical part 30, 31 Belt guide surface 32 Disc part 34 Rib 36 Hard carbon film 38 Carbon mixing inclined layer T1 Hard carbon film thickness T2 Carbon mixing inclined layer thickness 40 Groove 42 Abrasion resistance tester 44 Drive wheel 46 Driven wheel 48 Belt 50 Constant temperature bath

Claims

A resin pulley comprising a rolling bearing and a resin portion provided on the outer periphery of the rolling bearing, the belt guide surface being formed on the outer periphery of the resin portion and in contact with the drive belt and guiding the drive belt A hard carbon film is formed thereon, a carbon mixing inclined layer is formed under the hard carbon film, and the hard carbon film is in close contact with the belt guide surface via the carbon mixing inclined layer. Resin pulley characterized by