JP5781799B2 - プーリ - Google Patents

Description

本発明は、樹脂本体の内周部分に金属ブッシュをインサートしたプーリに係り、特に内周部分の金属ブッシュと外周部分の樹脂部分との結合力を向上させたプーリに関する。

車両用のプーリは、軽量化のため、内周部分に金属ブッシュを配置し、外周部分に樹脂を配置したプーリが製造・販売などされている。この種のものが特許文献１に開示されている。特許文献１の図１及び図２に記載されているように、樹脂プーリ本体bの嵌合部6に嵌合している金属製ボスaの外向き環状部4の外周部分において、反オフセット方向X’側の肩部全周にわたって、軸方向幅が外向き環状部４の肉厚のほぼ半分にわたる上半断面ほぼＬ字形の環状段差部4bが形成されている。

そして嵌合部6は、環状段差部4bを埋め、且つ外向き環状部4を挟持する状態で嵌合されるように、上半断面がほぼ逆さ凹状に形成されているものとなっている。ところで、特許文献１では、経時的に嵌合部6が破断し、金属製ボスaと樹脂プーリ本体bとが分離するおそれがあることが記載され、嵌合部6の破断は強度的に比較的弱いウェルド部において放射方向にクラック60が入ることから始まることが記載されている。

次の段階では、特許文献１の図４に記載されたように、放射方向のクラック60と隣接するクラック60との間で、嵌合部6に周方向のクラック62が発生する。なお、上記の放射方向のクラック60も周方向のクラック62も、嵌合部6の両側の面取り4a1,4a2で均等に生じるのではなく、反オフセット方向X’側の面取り4a2に発生する場合がほとんどであり、オフセット方向X側の面取り4a1にクラックはほとんど生じないものとなっている（特許文献１の図５参照）.

これは、インジェクションゲートを補強リブ12側（すなわちオフセット方向X側）に配置したことにより、ウェルド部は軸方向反対側である反オフセット方向X’側に形成され、且つクラックは一般的に言って引っ張られる側のエッジ部を基点に発生することが多いためである。引っ張られる側のエッジ部を特許文献１に当てはめると、複数個の凸部4aの最外周縁のことであり、特許文献１の図５で言えば２つ記載されたクラック60のうち上側に記載されたクラックのことである。

上記クラックの発生を防止するため、特許文献１では厚肉嵌合部分6bが形成されている。このように樹脂を厚くすることによってクラックの発生を防止しているが、樹脂を厚くすることにより樹脂プーリとしての重量が増えてしまい、狙いである樹脂による軽量化の意味が少なくなってしまう。

また、別の観点として特許文献１の構成では、薄肉嵌合部分6aは外向き環状部4を軸方向に挟み込んではいるものの、径方向に見ると薄肉嵌合部分6aの内周側には特に支えが無く自由端であるため、特許文献１のようにオフセットされたベルト荷重に対する強度は低いものとしかなり得ない。上記強度不足を補強するために特許文献１では、樹脂プーリ本体bに補強リブ12が一体形成されているが、一般にプーリにリブを形成するとプーリが回転した時に風切り音等の発生により運転手に不快感を与えてしまう恐れがあるため好ましくない。ここで、ウェルド部というのは、プーリのインサート成形時において、あるゲートからキャビティ内に射出された溶融樹脂が他のゲートからの溶融樹脂と合流した部分である。

実開平５−２２９２３号

前述したようにウェルド部は、樹脂としては一体となっているが、配合されたガラス繊維の方向が異なっていたり、低温化した溶融樹脂同士が合流するため、見た目には一体とはなっても組織的には不連続となり、強度が低下している部分である。したがって、ウェルド部である金属製ボスaと樹脂プーリ本体bとの嵌合部6の箇所は脆弱となり、クラックが入り、破損しやすい状況となる。

そのため、特許文献１のようにオフセットされたベルト荷重は、プーリのボス部に対して軸方向に偏った荷重となり、しかもこの荷重は構造的にウェルド部にかかり易くなる。するとウェルド部は前記荷重によって、クラックが入り、プーリの樹脂成形部は、破壊してしまう。図５（Ａ），（Ｂ）は、一般の鋳込み成形において、その成形行程で金属製ボスの周辺にウェルド部Ｗが形成される状態を示すものである。つまり、ゲートからキャビティ内に射出された溶融樹脂（矢印で示されている）がキャビティ内の金属製のボスの歯の正面側から歯の裏側に回りこみ、歯の裏側で低温化した状態で溶融樹脂同士が合流する。この合流箇所にウェルド部Ｗが構成される。

このような現象は特許文献１においても発生しうるもので、金属製ボスaと樹脂プーリ本体bとの嵌合部6の箇所において、板厚は厚いが、ウェルド部は、実質的な強度が得られず、破損し易い構造となっている。図５（Ｃ）乃至（Ｆ）は、従来技術において、外部の荷重により金属製ボスａから樹脂プーリ本体ｂが外れる方向に滑り、ウェルド部が圧縮されてクラックが生じた状態を示す略示図である。そこで、本発明の目的（技術的課題）は、金属ブッシュと樹脂本体とのインサートモールド形成構造を簡易な構成にすると共にその接合を極めて強固なものとし、ウェルド部に荷重がかかり難い構成とすることにある。

そこで、発明者は上記課題を解決すべく鋭意，研究を重ねた結果、請求項１の発明を、ボス本体部の外周側面の軸方向中間箇所に周方向に沿って円周状膨出部が形成され,該円周状膨出部の外周面に複数のセレーション歯が形成された金属ブッシュと、該金属ブッシュがインサートされるプーリボス部と該プーリボス部の外周から直径方向に拡がるようにして略扁平円錐形の椀形状に形成された椀状部と該椀状部の直径方向外端には前記プーリボス部と軸方向にずれる位置に形成されるベルト掛外筒部を有する樹脂本体とからなり、前記セレーション歯において前記ベルト掛外筒部から遠距離側を前記金属ブッシュの正面側とし、前記ベルト掛外筒部から近距離側を前記金属ブッシュの背面側とし、前記椀状部は前記プーリボス部の軸方向に対して背面側に向かうように形成され、前記樹脂本体の正面側にゲート跡が形成され、前記セレーション歯の正面側の側面は根元より先端に向かって垂直面，傾斜面，微小平面にて構成され、前記傾斜面は先端に向かって肉厚が薄くなるように構成され且つ前記微小平面は前記垂直面と平行としてなるプーリとしたことにより、上記課題を解決した。

請求項２の発明を、請求項１において、前記ボス本体部の外周で且つ軸方向中間には周方向に沿って円周状膨出部が形成され、該円周状膨出部の外周に前記セレーション歯が形成されてなるプーリとしたことにより、上記課題を解決した。請求項３の発明を、請求項１又は２において、前記セレーション歯の微小平面は、軸方向に対して直交する面として形成されてなるプーリとしたことにより、上記課題を解決した。

請求項１の発明では、金属ブッシュの各セレーションは、正面側の側面に根元から先端に向かって垂直面，傾斜面及び微小平面の順番で形成されたものである。そして、前記セレーション歯の傾斜面は、プーリの樹脂部との相互の接合領域が広くなり、相互の接合性が良好となる。特に、セレーション歯の先端の微小平面は、前記垂直面と平行（略平行も含む）の面に形成されたことにより、金属ブッシュと接合するプーリの樹脂部分を係止する係止面の役目をなす。

したがって、ベルト掛外筒部による荷重が、プーリボス部にかかり、該プーリボス部が、インサートされた金属ブッシュから滑ることを抑制できる。そして、この滑りを抑制することで、プーリの樹脂部分であるプーリボス部のウェルド部には圧縮荷重が掛かり難くなり、該ウェルド部にクラックが発生することを防止でき、ひいては、長期の使用に亘って破損し難い耐久性のあるプーリにすることができる。

請求項２の発明では、前記ボス本体部の外周で且つ軸方向中間には周方向に沿って円周状膨出部が形成されたことにより、金属ブッシュと樹脂本体との軸方向における接合強度をより一層向上させることができる。請求項３の発明では、セレーション歯の微小平面を軸方向に対して直交する面として形成することにより、成形が容易にできる。

また、セレーション歯の微小平面は、その先端側が金属ブッシュの正面側に傾斜する面として形成すれば、その傾斜方向は、ベルト荷重によって金属ブッシュから樹脂本体が滑り出す方向とは反対方向の傾斜となり、微小平面が樹脂本体の軸方向に対して食い込むような構成となる。よって、樹脂本体が金属ブッシュから外れようとすることをより一層強力に防止できる。

（Ａ）は本発明の縦断側面図、（Ｂ）は（Ａ）の（ア）部拡大図、（Ｃ）は（Ｂ）の（イ）部拡大図である。 （Ａ）は樹脂本体の要部拡大断面図、（Ｂ）は金属ブッシュの要部断面図、（Ｃ）は（Ｂ）の（ウ）部拡大図、（Ｄ）は金属ブッシュの斜視図、（Ｅ）は（Ｄ）の（エ）部拡大斜視図である。 （Ａ）は本発明の作用を示す要部縦断側面図、（Ｂ）は（Ａ）の（オ）部において第１実施形態の微小平面を示す拡大図、（Ｃ）は（Ａ）の（オ）部において第２実施形態の微小平面を示す拡大図である。 は本発明の金属ブッシュがインサートされたプーリの一部切除した正面図、（Ｂ）は（Ａ）の（カ）部拡大図である。 （Ａ）は、金属ブッシュのセレーション歯に溶融した樹脂が送られる状態の要部斜視図、（Ｂ）は金属ブッシュのセレーション歯に溶融した樹脂が送られる状態の要部平面図、（Ｃ）乃至（Ｆ）は従来技術におけるプーリの要部拡大図である。

以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。本発明は、図１、図示４に示すように、金属ブッシュＡと、樹脂本体Ｂとから構成され、金属ブッシュＡが前記樹脂本体Ｂにインサートされつつモールド成形されて、プーリが形成されるものである。金属ブッシュＡは、環（リング）形状のボス本体部１と、略歯車の歯を構成するセレーション歯２とから構成される〔図２（Ｃ）乃至（Ｅ）参照〕。本発明では、金属ブッシュＡ及び樹脂本体Ｂにおいて共通する軸方向が設定され、共に直径方向に対して直交する方向を軸方向とする。図１（Ａ）、図３には、軸方向を示す軸方向線Ｌが示されている。

ボス本体部１は、内周側に軸孔１１が貫通形成され，プーリを駆動するシャフト７が挿通される〔図１（Ａ）、図３参照〕。また、シャフト７の長手方向は、前記軸方向と一致する。該シャフト７は、圧入、リング止め、接着等の方法により固着される。前記金属ブッシュＡのボス本体部１の外周側には、軸方向両側に円筒部１２，１２が形成され、ボス本体部１の軸方向中間で且つ前記両円筒部１２，１２の間にはセレーション歯２が周方向に沿って複数形成される。

前記円筒部１２，１２は、それぞれ凹凸の無いへいたんえんしゅうじょう円筒形状の面である。前記セレーション歯２は、円周状に列を構成して形成されたものである〔図２（Ｄ）、図４参照〕。セレーション歯２は、軸方向における一方の面を正面側部２１と称する。また、正面側部２１の反対側を背面側部２２と称する。また、金属ブッシュＡは、セレーション歯２の正面側部２１に対応する側を正面側とし、背面側部２２に対応する側を背面側とする。

正面側部２１とは、金属ブッシュＡが後述する樹脂本体Ｂにインサートモールドされた状態で、ベルト掛外筒部５に対して遠距離となる側の面であり、背面側部２２はベルト掛外筒部５に対して近距離となる側の面である〔図２（Ａ），（Ｂ）参照〕。さらにセレーション歯２の周方向における面を歯面と称し、その頂部箇所を頂面部２３と称する〔図２（Ｂ），（Ｃ），（Ｅ）参照〕。

正面側部２１は、セレーション歯２の根元側から先端側に向かって垂直面２１ａ，傾斜面２１ｂ，微小平面２１ｃがこの順番で形成される〔図２（Ｃ），（Ｅ）参照〕。前記垂直面２１ａは、軸方向に対して直角な面であり、軸方向の肉厚寸法が最も大きく形成された領域である。また、垂直面２１ａの軸方向に対する直角な面とは、略直角な面も含まれ、金属ブッシュＡの正面側又は背面側に僅かに傾斜する場合も含まれる。

前記傾斜面２１ｂは、セレーション歯２の外周側の先端に向かうに従い、軸方向の肉厚が次第に薄くなるように傾斜する面の領域である。外周側の前記傾斜面２１ｂの角度は、約数度乃至約十数度に形成されている。該傾斜面２１ｂの先端（前記セレーション歯２の先端）には微小平面２１ｃが形成されている。

微小平面２１ｃは、前記傾斜面２１ｂの直径方向外端部から僅かの寸法だけ突出して形成された面である〔図１（Ａ）、図２（Ｂ），（Ｃ），（Ｅ）参照〕。また、微小平面２１ｃは、前記垂直面２１ａと同等面に形成されている。垂直面２１ａと同等面とは、該垂直面２１ａに対して平行（略平行も含む）となる面である。そして、同等面には、略同等面も含まれ、微小平面２１ｃは、垂直面２１ａに対して僅に異なる傾斜面も含まれる。微小平面２１ｃは、前記傾斜面２１ｂよりも傾斜角度が急傾斜となる。この急傾斜は、略平行も含まれる。

微小平面２１ｃには、以下に述べるように２つの実施形態が存在する。その第１実施形態では、微小平面２１ｃは、軸方向に直交する面として形成されるもので、前記垂直面２１ａと平行（略平行も含む）となる面である〔図２（Ｃ）、図３（Ａ），（Ｂ）参照〕。また、微小平面２１ｃの第２実施形態は、該微小平面２１ｃの先端側が金属ブッシュＡの正面側に向かって倒れるように傾斜する面として形成されたものである〔図３（Ｄ）参照〕。このとき、微小平面２１ｃは、軸方向正面側に対して鋭角θ（θ＜９０度）をなすように傾斜角度が設定されるものである。

金属ブッシュＡは、主に、金属粉を焼き固めた焼結体にて形成されている。したがって、前記傾斜面２１ｂ及び前記微小平面２１ｃは切削加工では無く金型によって形成することができる。金型によって形成することにより、加工費用を消滅することができる。また、金属ブッシュＡは金属粉を焼き固めた焼結体には限定されるものではなく、通常の金属製であればよい。

また、前記金属ブッシュＡのボス本体部１の外周側で且つ軸方向の中間には円周状膨出部１３が形成される実施形態も存在する〔図２（Ｄ），（Ｅ）参照〕。この実施形態において、該円周状膨出部１３は、前記両円筒部１２，１２の間に形成され、円周状膨出部１３の外周面に前記セレーション歯２が周方向に沿って複数形成される。円周状膨出部１３はボス本体部１において周方向に沿って形成された円筒状の部位であり、樹脂本体Ｂへのインサートモールド成形では、セレーション歯２と共に、樹脂本体Ｂの内部に食い込み、軸方向における強度を向上させることができる。

前記円筒部１２，１２は、それぞれ凹凸の無い円筒形状の面である。前記セレーション歯２は、円周状に列を構成して形成されたものである。セレーション歯２は、軸方向における一方の面を正面側と称する。また、正面側部２１の反対側を背面側と称する。正面側及び背面側は、図中に適宜に記載されている。

次に、樹脂本体Ｂは、プーリボス部３と、椀状部４と、ベルト掛外筒部５とから構成されている〔図１（Ａ）、図２（Ａ）参照〕。樹脂本体Ｂは、ガラス繊維が含有されたフェノール樹脂等の樹脂製であり、前記金属ブッシュＡの外周面部分を包み込むように形成されている。具体的には、プーリボス部３に金属ブッシュＡがインサートモールド成形にて装着される。

ここで、樹脂本体Ｂは、正面側及び背面側が設定され、前記金属ブッシュＡがプーリボス部３にインサートモールドされた状態で金属ブッシュＡの正面側に対応する側を樹脂本体Ｂの正面側とし、金属ブッシュＡの背面側に対応する側を樹脂本体Ｂの背面側とする。プーリボス部３は、前記椀状部４の直径中心位置に厚肉の膨出部位として形成されたものであり、金属ブッシュＡのセレーション歯２，２，…及び円周状膨出部１３が食い込めるように構成されている。

金属ブッシュＡの樹脂本体Ｂへインサートについては、金属ブッシュＡの軸方向両端側面がプーリボス部３に対して外部に露出するものであり、軸方向両端側面は樹脂で覆われない構成である。つまり、金属ブッシュＡは、軸孔１１の軸方向両端側面のみが外部に露出し、金属ブッシュＡとプーリボス部３との間には段差が存在しない。但し樹脂成形を有利に行うために若干の段差を設けることもある。

椀状部４は、前記プーリボス部３の外周から直径方向に拡がるようにして略扁平円錐形の椀形状に形成された部位である。椀状部４は、直径方向の先端に向かうに従い、プーリボス部３の軸方向に対して、背面側に向かうように構成される〔図１（Ａ）参照〕。そして、椀状部４の直径方向外端にはベルト掛外筒部５が形成されている。該ベルト掛外筒部５には複数のベルト溝５１，５１，…が形成されている〔図２（Ａ）参照〕。

ベルト掛外筒部５は、前記プーリボス部３の軸方向に対して背面側に位置するものである。つまり、プーリボス部３とベルト掛外筒部５とは、軸方向にずれる位置関係を有するものである〔図１（Ａ）参照〕。樹脂本体Ｂに金属ブッシュＡがインサートモールドされるときには、樹脂本体Ｂの正面側にディスクゲート跡が形成されるように金型にて形成される。

次に、本発明におけるプーリのウェルド部Ｗにおける構造を説明する。図示しない金型のディスクゲートから流れてきた樹脂が金属ブッシュＡのセレーション歯２，２，…に衝突して、セレーション歯２，２，…を回り込むように左右に迂回し、そのセレーション歯２，２，…の背面で合流した部分に溶融した樹脂同士の接合部であるウェルドが発生する。ウェルド部Ｗは、前述したように、樹脂の強度が極めて弱い部位であり、外部の負荷に対して極めて脆弱である。

本発明では、ウェルド部Ｗに荷重Ｐがかかり難い構造とするため、セレーション歯２の正面側部２１に根元から先端に向かって垂直面２１ａ，傾斜面２１ｂ，微小平面２１ｃが形成されている。そのために、樹脂本体Ｂに金属ブッシュＡがインサート形成されたプーリにおいて、その正面側は、金型のディスクゲートの跡が形成される。

そして、ベルト掛外筒部５のベルト６の張力による荷重Ｐによって発生した曲げモーメントＭ（図３参照）は、プーリボス部３が金属ブッシュＡに対して、背面側から外れようとする作用として働く。また、前記ウェルド部Ｗは、プーリボス部３にインサートされた金属ブッシュＡのセレーション歯２の背面側に位置している。

従来の技術であれば、ベルト６からの荷重Ｐがかかることによりプーリ樹脂部は、金属ブッシュから後方側に向かって滑り出そうとし、ウェルド部Ｗに圧縮荷重をかけることになるが、本発明では、金属ブッシュＡのセレーション歯２の微小平面２１ｃが樹脂本体Ｂのプーリボス部３の樹脂肉部に係止する状態となる〔図３（Ｂ），（Ｃ）参照〕。

つまり、微小平面２１ｃは、樹脂本体Ｂのプーリボス部３に対して楔状に食い込み、ウェルド部Ｗの樹脂の圧縮力を緩和させる作用をなす。よって、ベルト６の張力による荷重Ｐによって生じる曲げモーメントＭがプーリボス部３に掛かった際に、金属ブッシュＡから外れようとする樹脂本体Ｂは、前記微小平面２１ｃに引っ掛かり、該微小平面２１ｃからの反力Ｒが樹脂本体Ｂを曲げモーメントＭの方向とは反対側に押し戻そうと作用し、樹脂本体Ｂが金属ブッシュＡから外れ難くなる（図３参照）。

ここで、前記微小平面２１ｃの第１実施形態では、微小平面２１ｃを軸方向に直交する面とすることで、樹脂本体Ｂの金属ブッシュＡに対する滑りを強固に抑えることができる〔図３（Ｂ）参照〕。さらに、前記微小平面２１ｃの第２実施形態では、先端側を金属ブッシュＡの正面側に傾斜させたことで、微小平面２１ｃの先端部分の樹脂本体Ｂに対する食い込みがより深くなり、一層強固に樹脂本体Ｂの金属ブッシュＡに対する滑りを強固に抑えることができる〔図３（Ｃ）参照〕。

すなわち、プーリボス部３が金属ブッシュＡに対して背面側に傾き難くなり、ウェルド部Ｗを圧縮しようとする過大な応力が生じることがなく、ウェルド部Ｗのクラック発生を抑えることが可能となる。これによって、ベルト張力による荷重Ｐが樹脂本体Ｂのウェルド部Ｗにかかり難くなり、クラックが発生することを防止すると共に、金属ブッシュＡから樹脂本体Ｂが外れることを防止できる。

Ａ…金属ブッシュ、Ｂ…樹脂本体、１…ボス本体部、１３…円周状膨出部、
２…セレーション歯、２１ａ…垂直面、２１ｂ…傾斜面、２１ｃ…微小平面、
３…プーリボス部、５…ベルト掛外筒部。

Claims (3)

1. ボス本体部の外周側面の軸方向中間箇所に周方向に沿って円周状膨出部が形成され,該円周状膨出部の外周面に複数のセレーション歯が形成された金属ブッシュと、該金属ブッシュがインサートされるプーリボス部と該プーリボス部の外周から直径方向に拡がるようにして略扁平円錐形の椀形状に形成された椀状部と該椀状部の直径方向外端には前記プーリボス部と軸方向にずれる位置に形成されるベルト掛外筒部を有する樹脂本体とからなり、前記セレーション歯において前記ベルト掛外筒部から遠距離側を前記金属ブッシュの正面側とし、前記ベルト掛外筒部から近距離側を前記金属ブッシュの背面側とし、前記椀状部は前記プーリボス部の軸方向に対して背面側に向かうように形成され、前記樹脂本体の正面側にゲート跡が形成され、前記セレーション歯の正面側の側面は根元より先端に向かって垂直面，傾斜面，微小平面にて構成され、前記傾斜面は先端に向かって肉厚が薄くなるように構成され且つ前記微小平面は前記垂直面と平行としてなることを特徴とするプーリ。
2. 請求項１において、前記ボス本体部の外周で且つ軸方向中間には周方向に沿って円周状膨出部が形成され、該円周状膨出部の外周に前記セレーション歯が形成されてなることを特徴とするプーリ。
3. 請求項１又は２において、前記セレーション歯の微小平面は、軸方向に対して直交する面として形成されてなることを特徴とするプーリ。

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