JP2005221063A - プーリ - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数の増加なしにベルト案内部から伝動ベルトが外れるのを抑制することのできるプーリを提供する。
【解決手段】鋼板等の板材を塑性加工することにより形成されるプーリ１８は、伝動ベルト２１が掛けられるベルト案内部２８を外周に有する外側筒状部２７と、外側筒状部２７の一方（図の右方）の端部に一体に形成される環状の外側フランジ部２６とを少なくとも備える。このプーリ１８において、外側筒状部２７を軸方向について外側フランジ部２６から離れるほど拡径するテーパ状に形成する。さらに、プーリ１８は外側フランジ部２６の内周縁部に一体に形成される内側筒状部２５を備える。こうした構成のプーリ１８は、内側筒状部２５の軸受装着部２９に装着された転がり軸受３２により、ウォータポンプのハウジング３１に支持され、ウォータポンプの作動に伴い中心軸３０を中心として回転駆動される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、巻掛伝動装置に用いられるプーリに関し、特に鋼板等の板材（板金）をプレス等により塑性加工して形成されるプーリに関するものである。

エンジン等の巻掛伝動装置に用いられるプーリの一形態として、例えば特許文献１には、従来の鋳物に代えて、鋼板等の１枚の板材（板金）をプレス等により塑性加工して形成したもの（板金プーリ）が記載されている。このプーリは、互いに同心円上に位置する内側小径円筒部及び外側大径円筒部と、両円筒部を半径方向に間隔をおいて結合する環状のフランジ部とからなる。そして、外側大径円筒部は、その外周面にベルト案内部を有する。

こうしたプーリは、軽量化、コスト低減等を図ることができる反面、鋳造品等に比べて強度が低い。特に、プーリは外側大径円筒部をその一方の端部においてのみフランジ部に接続するという、いわゆる片持梁構造を採っているため、外側大径円筒部において剛性が不足しやすく、このことが原因で次の現象が起こるおそれがある。

例えば、巻掛伝動装置の組付けに際し、伝動ベルトがプーリに掛けられたときにその伝動ベルトからプーリにベルト張力が加わる。また、このベルト張力は、エンジンの運転中にクランク軸の回転が変動した場合にそれに伴って変動する。また、ベルト張力の変動は、温度変化に伴い補機等の軸間距離が伝動ベルトの伸縮量よりも大きく変化した場合にも生ずる。そして、これらのベルト張力、そのベルト張力の変動等により大きな力が加わって外側大径円筒部が内方へ撓み、軸方向についてフランジ部から離れるほど縮径した場合には、伝動ベルトがその径の小さい側へ変位し、ベルト案内部から外れるおそれがある。

そこで、伝動ベルトがベルト案内部から外れないようにする対策が必要となる。上記特許文献１では、外側大径円筒部のフランジ部とは反対側の端部の内周面に補強環を固定している。

なお、本発明にかかる先行技術文献としては、特許文献１に加え、下記の特許文献２〜特許文献４が挙げられる。
特開昭５９−１２６１６０号公報（第３図〜第６図） 実開昭５９−０３９３５４号公報 特開平８−１７８０２２号公報 特開平８−１７８０２３号公報

ところが、上述した特許文献１では、補強環により外側大径円筒部の剛性を高め、ベルト張力により外側大径円筒部が内方へ撓むのを抑制して、伝動ベルトをベルト案内部から外れにくくすることが可能であるものの、補強環の分、部品点数及び重量が増加し、このことがプーリによる軽量化の有利性を損なってしまう。

本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、部品点数の増加なしにベルト案内部から伝動ベルトが外れるのを抑制することのできるプーリを提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明では、板材により形成され、かつ中心軸を中心として回転駆動されるプーリであって、伝動ベルトが掛けられるベルト案内部を外周に有する筒状部と、前記筒状部の一方の端部に一体に形成される環状のフランジ部とを少なくとも備え、前記筒状部が軸方向について前記フランジ部から離れるほど拡径するテーパ状をなしているとする。

上記構成のプーリでは、筒状部が、その一方の端部においてのみフランジ部に接続されるという、いわゆる片持梁構造が採られていることから、筒状部において剛性が不足しやすい。そのため、伝動ベルトのベルト張力、そのベルト張力の変動等により大きな力が加わると筒状部が内方へ撓む場合がある。

この点、請求項１に記載の発明では、筒状部が軸方向についてフランジ部から離れるほど拡径するテーパ状をなしている。そのため、ベルト張力による撓み量を考慮して拡径の度合（テーパの角度）を適切に設定することで、筒状部が軸方向についてフランジ部から離れるほど縮径するテーパ状になるのを抑制し、伝動ベルトがフランジ部から離れる側へ変位してベルト案内部から外れる現象を抑制することができる。この不具合の解消に補強環等の別部材は用いられていない。このため、別部材の追加に伴う部品点数や重量の増加という新たな問題も起こりにくい。このように、請求項１に記載の発明によれば、部品点数の増加なしにベルト案内部から伝動ベルトが外れるのを抑制することができる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、前記筒状部内に位置するように前記フランジ部の内周縁部に一体に形成され、かつ転がり軸受が装着される軸受装着部をさらに備え、前記ベルト案内部に前記伝動ベルトが掛けられた状態において、前記中心軸に直交して前記ベルト案内部の軸方向中間部を通る線は、同中心軸に直交して前記軸受装着部の軸方向中間部を通る線よりも前記フランジ部側へオフセットされているとする。

ここで、請求項１に記載の発明により、伝動ベルトが掛けられた状態の筒状部の径がどの箇所でも略均一になっていたとしても、ミスアライメント等によりベルト案内部の軸方向中間部が軸受装着部よりも反フランジ部側へずれていると、次の懸念がある。それは、転がり軸受にガタがあった場合、上記のようにベルト張力が変動して大きくなると、転がり軸受の外輪がフランジ部から離れる側へ傾く。この傾きの度合は、ベルト案内部のずれ量が多くなるほど大きくなる。そして、上記外輪の傾きに伴い、筒状部が軸方向についてフランジ部から離れるほど内方へ大きく撓み、伝動ベルトがフランジ部から遠ざかる側へ変位するおそれがある。

この点、請求項２に記載の発明では、ベルト案内部に伝動ベルトが掛けられた状態で、プーリの中心軸に直交してベルト案内部の軸方向中間部を通る線が、同中心軸に直交して軸受装着部の軸方向中間部を通る線よりもフランジ部側へオフセットされている。このため、上記のように転がり軸受のガタやミスアライメントがあったとしても、外輪はフランジ部に近づく側へ傾く。そして、この傾きは、ベルト張力によって筒状部が軸方向についてフランジ部から離れるほど縮径するよう撓むのを打消す。このため、筒状部の撓み量が少なくなり、伝動ベルトがフランジ部から離れる側へ変位しにくくなり、ベルト案内部から伝動ベルトが外れる現象がより確実に抑制される。

請求項３に記載の発明では、請求項１又は２に記載の発明において、記筒状部の前記フランジ部とは反対側の端部には、軸方向について前記ベルト案内部から離れるほど同筒状部よりも大きく拡径する補助テーパ部が一体に形成されているとする。

ここで、プーリにおいて、伝動ベルトが掛けられた状態の筒状部の径がどの箇所でも略均一になっていたとしても、ベルト張力が何らかの原因により一時的に増大した場合、筒状部が内方へ撓ませられて伝動ベルトがフランジ部から離れる側へ変位するおそれがある。

この点、請求項３に記載の発明では、筒状部のフランジ部とは反対側の端部に補助テーパ部が形成されている。このため、前記変位に伴い伝動ベルトが補助テーパ部に至ると、その伝動ベルトは拡径しながら補助テーパ部に乗り上げようとする。この状態では、伝動ベルトには自身の弾性復元力により縮径しようとする力が生ずる。このため、補助テーパ部に乗り上げた伝動ベルトは、その補助テーパ部に沿って小径側、すなわちベルト案内部側へ戻ろうとする。従って、伝動ベルトがベルト案内部から外れる不具合をより確実に抑制することが可能となる。

（第１実施形態）
以下、本発明をエンジンの巻掛伝動装置に用いられるプーリに具体化した第１実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。図２は巻掛伝動装置の概略構成を示している。この図２に示すように、エンジン１１の駆動軸であるクランク軸１２には、クランクプーリ１３が一体回転可能に取付けられている。また、クランクプーリ１３の近傍には、オルタネータ、ウォータポンプ、エアコン用コンプレッサ等の補機（図示略）が配置されており、それらの回転軸１４，１５，１６にプーリ１７，１８，１９がそれぞれ一体回転可能に取付けられている。そして、これらのクランクプーリ１３、各プーリ１７〜１９には、巻掛伝動部材として１本の伝動ベルト２１が掛渡されている。ここでは、伝動ベルト２１として、図１に示すように、一方の面（図１の上面）に断面略Ｖ字状をなす複数のリブ２２を形成し、他方の面（図１の下面）を平らに形成した、いわゆるＶリブドベルトが用いられている。なお、図１ではＶリブドベルト内の芯線の図示が省略されている。

そして、伝動ベルト２１は、リブ２２を有する側においてクランクプーリ１３及びプーリ１７，１９に掛けられ、平らな側においてウォータポンプのプーリ１８に掛けられている。こうした構成の巻掛伝動装置では、エンジン１１の運転に伴いクランク軸１２が図２中時計回り方向へ回転すると、その回転がクランクプーリ１３、伝動ベルト２１及びプーリ１７〜１９を介して各補機の回転軸１４〜１６に伝達される。この伝達の過程で伝動ベルト２１は図２中、矢印で示すように時計回り方向へ周回する。

次に、前記ウォータポンプのプーリ１８の詳細について説明する。図１は伝動ベルト２１が掛けられる前の状態のプーリ１８を示し、図３は伝動ベルト２１が掛けられた状態のプーリ１８を示している。このプーリ１８は、一定の厚みを有する鋼板等からなる１枚の板材（板金）をプレス等により塑性加工して成形したものである。プーリ１８は、軸部２３、内側フランジ部２４、内側筒状部２５、外側フランジ部２６、外側筒状部２７、ベルト案内部２８及び軸受装着部２９を備えて構成されており、中心軸３０を中心としてウォータポンプにより回転駆動される。

軸部２３は一方（図の右方）の端部を閉塞してなる有底の円筒状をなしている。内側フランジ部２４は円環状をなし、中心軸３０に直交しており、その内側フランジ部２４の内周縁部において軸部２３の開口端に一体に形成されている。内側筒状部２５は軸部２３よりも径の大きな円筒状をなしており、軸部２３の外側に一定距離を隔てて配置されている。内側筒状部２５は、その一方（図の左方）の端部において内側フランジ部２４の外周縁部に一体に形成されている。外側フランジ部２６は円環状をなし、中心軸３０に直交しており、その外側フランジ部２６の内周縁部において内側筒状部２５の他方（図の右方）の端部に一体に形成されている。

外側筒状部２７は、外側フランジ部２６の外周縁部を起点とし、軸方向について内側フランジ部２４に近づく（外側フランジ部２６から離れる）ほど拡径するテーパ状をなしている。外側筒状部２７の中心軸３０に対しなす角度αは、伝動ベルト２１から受ける下記（ｉ）〜（iii ）のベルト張力（合計）により外側筒状部２７が内方へ撓んだときに、その外側筒状部２７の径がどの箇所においても略同一となるように設定されている。

（ｉ）伝動ベルト２１がベルト案内部２８に掛けられた状態（エンジン停止状態）において、その伝動ベルト２１から外側筒状部２７が受ける初期のベルト張力。
（ii）エンジン１１の運転時にクランク軸１２の回転変動に伴い伝動ベルト２１のベルト張力が変動した場合のそのベルト張力の最大値。

（iii ）隣合う補機等の回転軸１４〜１６の間隔（軸間距離）の温度変化に伴う変化量と、同温度変化に伴う伝動ベルト２１の伸縮量との相違により同伝動ベルト２１のベルト張力が増加した場合のそのベルト張力。

ベルト案内部２８は図１において太線で示すように、伝動ベルト２１がその平らな側の面において掛けられる箇所であり、外側筒状部２７の外周面の一部によって構成されている。また、軸受装着部２９は図１において太線で示すように、後述する転がり軸受３２の外輪３４が装着される箇所であり、内側筒状部２５の内周面の一部によって構成されている。

上記のようにして本実施形態のプーリ１８が構成されている。このプーリ１８がウォータポンプに取付けられた状態では、軸部２３が、同ウォータポンプのハウジング３１に設けられた筒状の支持部３１Ａ内に挿通される。そして、プーリ１８は、その内側筒状部２５及び支持部３１Ａ間に介在された転がり軸受３２により、同支持部３１Ａに回転可能に支持される。この転がり軸受３２としては、互いに同心円上に配置された内輪３３及び外輪３４と、それら内輪３３及び外輪３４間に介在された球体からなる転動体３５とを主要な部品とする。内輪３３は支持部３１Ａに嵌合され、外輪３４は内側筒状部２５内に嵌入されて軸受装着部２９に接触する。

上記プーリ１８では、外側筒状部２７が、その一方（図１の右方）の端部においてのみ外側フランジ部２６に接続されるという、いわゆる片持梁構造が採られていることから、鋳造製のものに比べて外側筒状部２７における剛性が低い。そのため、プーリ１８に大きなベルト張力が加わった場合、外側筒状部２７が軸方向について内側フランジ部２４に近づくほど（外側フランジ部２６から離れるほど）径が小さくなる（縮径する）ように内方へ撓むことがあり得る。大きな張力が加わる状況としては、例えば、伝動ベルト２１が停止状態のプーリ１８に掛けられてベルト張力が作用した場合、エンジン１１の運転中にクランク軸１２の回転変動に伴いベルト張力が変動した場合、温度変化に伴う軸間距離の変化に応じてベルト張力が変動した場合等が挙げられる。

しかし、第１実施形態では、伝動ベルト２１が掛けられていない初期状態で外側筒状部２７が、軸方向について外側フランジ部２６から離れるほど拡径するテーパ状に予め形成されている。そのため、上記のようにベルト張力により撓んだとしても、外側筒状部２７が軸方向について外側フランジ部２６から離れるほど縮径するようなテーパ状にはなりにくい。撓んだ後には、図３に示すように、外側筒状部２７の径がどの箇所においても略均一となる。従って、伝動ベルト２１が外側フランジ部２６から離れる側へ変位して、ベルト案内部２８から外れる不具合が起こりにくい。

以上詳述した第１実施形態によれば、次の効果が得られる。
鋼板等の板金をプレス等により塑性加工して成形されるプーリ１８において、外側筒状部２７を軸方向について外側フランジ部２６から離れるほど拡径するテーパ状に形成している。このため、ベルト張力による撓み量を考慮して拡径の度合（テーパの角度α）を適切な値に設定することで、伝動ベルト２１によるベルト張力が加わって外側筒状部２７が内方へ撓んでも、その外側筒状部２７が軸方向について外側フランジ部２６から離れるほど縮径するようなテーパ状になる現象を抑制することができる。特許文献１とは異なり、この不具合の解消のために補強環等の別部材を用いていない。このため、別部材の追加に伴う部品点数や重量増加という新たな問題を伴うことなくベルト案内部２８から伝動ベルト２１が外れる不具合を抑制することができる。軽量化、低コスト化という板金製プーリ１８の有する有利性を損なわずにすむ。

（第２実施形態）
次に、本発明を具体化した第２実施形態について、図４及び図５を参照して説明する。第２実施形態では、図５に示すようにベルト案内部２８に伝動ベルト２１が掛けられた状態において、プーリ１８の中心軸３０に直交してベルト案内部２８の軸方向中間部を通る線４１が、同中心軸３０に直交して軸受装着部２９の軸方向中間部を通る線４２よりも外側フランジ部２６側へオフセットされている。このオフセットの量は、ミスアライメント量の最大値よりも大きな値に設定されている。ミスアライメント量は、転がり軸受３２の寸法ばらつき、組付け誤差等により生ずる前記両線４１，４２の軸方向におけるずれ量である。前記以外の構成は第１実施形態と同様である。そのため、第１実施形態と同様の部材や箇所には同一の符号を付して説明を省略する。

このような構成を採用したのは、伝動ベルト２１が掛けられた状態の外側筒状部２７の径がどの箇所でも略均一になっていたとしても、仮にミスアライメントにより伝動ベルト２１の軸方向中間部が転がり軸受３２よりも内側フランジ部２４側へずれていると、次の懸念があるからである。それは、転がり軸受３２にガタがあった場合、クランク軸１２の回転変動等によりベルト張力が変動して大きくなると、前記ガタにより外輪３４の上半部が外側フランジ部２６から離れる側（図の左側）へ傾く。この傾きの度合は、ベルト案内部２８のずれ量が大きくなるほど大きくなる。そして、上記外輪３４の傾きに伴い外側筒状部２７が軸方向について外側フランジ部２６から離れるほど（内側フランジ部２４に近づくほど）内方へ大きく撓み、伝動ベルト２１が外側フランジ部２６から遠ざかる側へ変位するおそれがある。

この点、第２実施形態のプーリ１８によると、上記のような転がり軸受３２のガタやミスアライメントがあったとしても、外輪３４はその上半部が外側フランジ部２６に近づく側（図の右側）へ傾く。そして、この傾きは、ベルト張力によって外側筒状部２７が軸方向について外側フランジ部２６から離れるほど縮径するよう撓むのを打消す。このため、外側筒状部２７の撓み量を少なくし、伝動ベルト２１を外側フランジ部２６から離れる側へ変位しにくくすることができる。その結果、ベルト案内部２８から伝動ベルト２１が外れるのをより確実に抑制することができる。

（第３実施形態）
次に、本発明を具体化した第３実施形態について、図６及び図７を参照して説明する。第３実施形態は、図６に示すように、外側筒状部２７の外側フランジ部２６とは反対側（図７の左側）の端部に補助テーパ部４５が一体に形成されている。この補助テーパ部４５は、外側筒状部２７の開口端を起点として、軸方向についてベルト案内部２８から離れるほど外側筒状部２７よりも大きく拡径している。補助テーパ部４５の外側筒状部２７に対しなす角度βは、仮に伝動ベルト２１が外側フランジ部２６から内側フランジ部２４側へ向けて変位した場合に、元の適正な箇所へ戻すのに必要な力を生じさせることのできる大きさに設定されている。前記以外の構成は第１実施形態と同様である。そのため、第１実施形態と同様の部材や箇所には同一の符号を付して説明を省略する。

ここで、プーリ１８において、図７に示すように、伝動ベルト２１が掛けられた状態の外側筒状部２７の径がどの箇所でも略均一になっていたとしても、クランク軸１２の回転変動等に伴いベルト張力が一時的に増大した場合、外側筒状部２７が内方へ撓ませられて伝動ベルト２１が外側フランジ部２６から離れる側へ変位するおそれがある。しかし、伝動ベルト２１が補助テーパ部４５に至ると、その伝動ベルト２１は、同図７に示すように拡径しながら補助テーパ部４５に乗り上げようとする。この状態では、伝動ベルト２１に自身の弾性復元力により縮径しようとする力が生じている。この力により、補助テーパ部４５に乗り上げた伝動ベルト２１は、その補助テーパ部４５に沿って小径側、すなわちベルト案内部２８側へ戻ろうとする。

従って、このプーリ１８によると、上記第１実施形態で説明した効果に加え、伝動ベルト２１がベルト案内部２８から外れる現象をより一層確実に抑制することができる。
なお、本発明は次に示す別の実施形態に具体化することができる。

・第３実施形態における補助テーパ部４５を、第２実施形態のプーリ１８における外側筒状部２７に一体に形成してもよい。
・本発明は、Ｖリブドベルト以外のタイプの伝動ベルトが掛けられるプーリにも適用可能である。こうした伝動ベルトとしては、例えば、平ベルト、タイミングベルト等が挙げられる。なお、Ｖリブドベルトがプーリ１８に対しリブ２２側で掛けられる場合には適用されない。仮にベルト張力により外側筒状部２７が軸方向について外側フランジ部２６から離れるほど縮径しても、伝動ベルト２１がベルト案内部２８上を滑らない（変位しない）からである。要は、外側筒状部２７上を滑る可能性のある伝動ベルトであれば、本発明のプーリに掛けられる伝動ベルトの対象となり得る。

・「外側筒状部２７及び外側フランジ部２６を少なくとも備えていること」を条件にプーリ１８の形状を適宜変更してもよい。例えば、内側フランジ部２４や軸部２３を割愛してもよい。

本発明を具体化した第１実施形態において、伝動ベルトがプーリに掛けられる前の状態を示す部分断面図。 巻掛伝動装置の概略構成図。 伝動ベルトによるベルト張力がプーリに加わった状態を示す部分断面図。 本発明を具体化した第２実施形態において、伝動ベルトがプーリに掛けられる前の状態を示す部分断面図。 伝動ベルトによるベルト張力がプーリに加わった状態を示す部分断面図。 本発明を具体化した第３実施形態において、伝動ベルトがプーリに掛けられる前の状態を示す部分断面図。 プーリにおける補助テーパ部の作用を説明するための部分断面図。

符号の説明

１８…プーリ、２１…伝動ベルト、２６…外側フランジ部、２７…外側筒状部、２８…ベルト案内部、２９…軸受装着部、３０…中心軸、３２…転がり軸受、４１，４２…線、４５…補助テーパ部。

Claims (3)

1. 板材により形成され、かつ中心軸を中心として回転駆動されるプーリであって、
   伝動ベルトが掛けられるベルト案内部を外周に有する筒状部と、前記筒状部の一方の端部に一体に形成される環状のフランジ部とを少なくとも備え、前記筒状部が軸方向について前記フランジ部から離れるほど拡径するテーパ状をなしていることを特徴とするプーリ。
2. 前記筒状部内に位置するように前記フランジ部の内周縁部に一体に形成され、かつ転がり軸受が装着される軸受装着部をさらに備え、
   前記ベルト案内部に前記伝動ベルトが掛けられた状態において、前記中心軸に直交して前記ベルト案内部の軸方向中間部を通る線は、同中心軸に直交して前記軸受装着部の軸方向中間部を通る線よりも前記フランジ部側へオフセットされている請求項１に記載のプーリ。
3. 前記筒状部の前記フランジ部とは反対側の端部には、軸方向について前記ベルト案内部から離れるほど同筒状部よりも大きく拡径する補助テーパ部が一体に形成されている請求項１又は２に記載のプーリ。

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