JP2007032739A - 樹脂プーリ - Google Patents

Abstract

【課題】プーリ本体の成形後にベアリングを圧入しても割れにくく、十分な保持力を有する樹脂プーリを提供する。
【解決手段】樹脂プーリ１は、フェノール樹脂で成形されるプーリ本体２にベアリング３を圧入して、プーリ本体２とベアリング３とが一体化されてなる。前記フェノール樹脂は、シャルピー衝撃値が３．５ｋＪ／ｍ²以上である特性を有する。リブ形状を有せず、プーリを成形するに当たり、側面のプーリ中心から樹脂を射出するフィルムゲートを使用する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、アイドラプーリなどに用いられる樹脂プーリに関するものである。

近年、環境問題に対応すべく、自動車の燃費向上について検討されており、その有効な手段として、自動車の軽量化が注目されている。そのような状況のなかで、近年、自動車エンジンの補機駆動システムで使用されるアイドラプーリとして、金属製プーリに代えて、合成樹脂製のプーリを使用することで軽量化を図るケースが増加しつつある。

従来の樹脂プーリはガラス繊維で強化したアミド系の熱可塑性樹脂を使用し、ベアリングをインサートし多点ピンゲートで一体成形を行っている。かかる方法で成形した樹脂プーリはウェルドが発生し、そのウェルド部での強度が低下するおそれがある。

また、熱可塑性樹脂を使用した樹脂プーリはリブ構造とすることにより強度を維持しているため（図５（ａ）（ｂ）参照）、外周のリブの上部付近が半径方向に窪むとヒケが発生し、実際の使用時において騒音の増大の原因となっている。かかるヒケを除去するために、外周部を切削する方法がとられる場合があるが、コストアップになっている。また、樹脂プーリのほとんどはベアリングを成形時にインサートし、一体成形を行っており、ベアリング嵌合部においては樹脂の収縮力だけでベアリングを保持している。

かかる樹脂プーリをアイドラプーリとして自動車エンジンに取付け、ベルトを走行させて樹脂プーリ（アイドラプーリ）を回転させる場合、エンジンからの熱やベアリングの回転による発熱により、プーリ本体（樹脂）が膨張し、ベアリング嵌合部でのベアリング保持力が低下することでベアリングにヘルツ応力が働き、ベアリングの発熱から樹脂部が溶融されることが想定されるので、金属製プーリをアイドラプーリとして使用する場合に比較して信頼性に欠ける。

かかる問題を回避すべく、熱硬化性樹脂を使用した樹脂プーリをアイドラプーリとして用いることもすでに提案されている（例えば特許文献１，２，３参照）。

また、金属製プーリと同様に、プーリ本体を成形後にベアリングを圧入するタイプも提案されている（例えば特許文献４参照）
特開２００１−２００９１７号公報（段落００１３〜００２０及び図１） 特開２００２−２０１３３５号公報（段落０００１，０００７〜００１４） 特開２００４−９２６８８号公報（段落００１３〜００２８） 特開２００５−３６９６４号公報（段落０００８）

特許文献１〜３に記載の熱硬化性樹脂製の樹脂プーリも熱可塑性樹脂製のものと同様にベアリングを成形時にインサートして一体成形しているいるものである。また、多くは多点ピンゲートで成形されており、ウェルド部での強度低下のおそれがある。

最近では、かかる熱硬化性樹脂を用いてベアリングをインサートしたもので、フィルムゲートによる樹脂プーリもあるが、このタイプは成形前にベアリング側面ゲート方向に対して蓋をして樹脂を射出して成形し、成形後に旋盤によりゲートカットを行う必要があるので、コストアップとなる。

特許文献４記載のプーリは、通常の熱硬化性樹脂（フェノール樹脂）を用いただけでは、ベアリングを圧入する際に割れたり、ベアリングを圧入できたとしても十分な嵌合保持力が保てない。

発明者は、材料の靭性と剛性のバランスを考慮した材料としてフェノール樹脂を採用し、成形後にベアリングを圧入して一体成形する場合には、ベアリング保持力や圧入破壊にはシャルピー衝撃値が大きく影響することを見出し、本発明をなすに至ったものである。

本発明は、プーリ本体の成形後にベアリングを圧入しても割れにくく、十分なベアリング保持力を有する樹脂プーリを提供することを目的とする。

請求項１の発明は、プーリ本体にベアリングを圧入して、前記プーリ本体とベアリングとが一体化されてなる樹脂プーリにおいて、前記プーリ本体は、リブ形状を有せず、前記プーリ本体の側面におけるプーリ中心からフェノール樹脂を射出するフィルムゲートを使用することにより成形される構成とされ、前記フェノール樹脂が、シャルピー衝撃値が３．５ｋＪ／ｍ²以上である特性を有することを特徴とする。ここで、「シャルピー衝撃試験」とは、衝撃試験（材料が動的衝撃に対する抵抗の度合いを測定するもので、ねばり強さ「靭性」、もろさ「脆性」を知ることができる。特に脆性を知る有効な試験方法である）の方法で試験片の両端を支えて中央部を折って衝撃値（材料が動的衝撃に対する抵抗の度合いの測定値）を求める。シャルピー衝撃値とは、シャルピー衝撃試験で試験片を破断するために使われた吸収エネルギーをその破断した部分の面積で割った値で、一般にこの値が小さいのは脆い。

このようにすれば、材料の靭性と剛性のバランスを考慮した材料として、シャルピー衝撃値が３．５ｋＪ／ｍ²以上のフェノール樹脂を用いることで、ベアリングを圧入しても割れにくく、十分な保持力を有するプーリとなる。

熱硬化性樹脂であるフェノール樹脂を用いることで、厚肉での成形が可能となり、リブ構造を採用することなく、プーリの強度を十分に確保することができる。リブ構造とする必要がないので、ウェルドが発生しないし、高真円度のプーリを、後加工なしで成形だけで確保することができる。

シャルピー衝撃値が３．５ｋＪ／ｍ²以上のフェノール樹脂（熱硬化性樹脂）からなり、成形後にベアリングの圧入するプーリ構造とすることで、高温、高荷重下でも、ベアリング嵌合部の保持力の低下がきわめて低い信頼性の高い樹脂プーリを得ることができる。また、配合系を検討すれば、ベアリング嵌合部の保持力として、板金製プーリと同水準の保持力を有することが可能となる。

この場合、請求項２に記載のように、前記プーリ本体は、中心部の筒状のベアリング支持部を、プーリ面を構成する筒状のプーリ部にドーナッツ板状の中間部を通じて連結する構成とされ、前記ベアリング支持部の一側には、前記ベアリングを係止するための係止部を有する構成とすることができる。

このようにすれば、リブ構造を採用する必要がないので、ウェルドが発生しないし、高
真円度のプーリを、後加工なしで成形だけで得ることができる。

請求項３に記載のように、前記フィルムゲートのゲート幅は、前記係止部の板厚よりも薄くすることが望ましい。

このようにすれば、ベアリングの他側からフィルムゲートを押すことにより、フィルムゲートを簡単に打ち抜くことができる。

また、請求項４に記載のように、前記プーリ本体に対する前記ベアリングの圧入代は、０．１ｍｍ以上であることが望ましい。

このようにすれば、プーリ本体にベアリングを圧入することで、必要とするベアリング保持力が得られる。

請求項５に記載のように、前記プーリ本体に対する前記ベアリングの圧入代は、前記プーリ本体に対する前記ベアリングの破壊圧入代の５０％以下に設定されていることが望ましい。

このようにすれば、走行耐久性能を確保して、必要とするベアリング保持力を得ることができる。

請求項６に記載のように、前記フェノール樹脂は、有機材成分がフェノールレジン及びゴム成分との組成物からなり、それにガラス繊維及び炭酸カルシウムを配合したものを用いることができる。

このようにすれば、ゴム成分、炭酸カルシウムおよびガラス繊維の割合を調整することでシャルピー衝撃値が３．５ｋＪ／ｍ²より大きい範囲で変量することができる。

以上のように、本発明は、材料の靭性と剛性のバランスを考慮した材料として、シャルピー衝撃値が３．５ｋＪ／ｍ²以上である特性を有するフェノール樹脂を用いるので、成形後のプーリ本体にベアリングを圧入しても割れにくく、十分なベアリング保持力を有するものを得ることができる。また、フェノール樹脂を用いることで、厚肉での成形が可能となり、リブ構造を採用することなく、十分なプーリ強度を確保することができる。しかもリブ構造とする必要がないので、ウェルドが発生しないし、高真円度のプーリを、後加工なしで成形だけで得ることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に沿って説明する。

図１（ａ）（ｂ）はそれぞれ本発明にかかる樹脂プーリを示す正面図及び断面図、図２（ａ）（ｂ）はそれぞれ本発明にかかる樹脂プーリのプーリ本体を示す正面図及び断面図である。

図１（ａ）（ｂ）及び図２（ａ）（ｂ）に示すように、樹脂プーリ１は、フェノール樹脂で成形されたプーリ本体２にベアリング３（ラジアル玉軸受）を圧入して、プーリ本体２とベアリング３とが一体化されてなるものである。このプーリ本体２を構成するフェノール樹脂は、シャルピー衝撃値が３．５ｋＪ／ｍ²以上である特性を有する。

プーリ本体２は、中心部のベアリング支持部２ａを、プーリ面を構成する筒状のプーリ
部２ｂにドーナッツ板形状の中間部２ｃを通じて連結する構成とされる。よって、強度確保のためにリブ形状を有さない。なお、ベアリング支持部２ａの一側には、ベアリング３を係止するための係止部２ａａを有する。

プーリ本体２は、その側面におけるプーリ中心からフェノール樹脂を射出するフィルムゲートを使用することにより成形される。つまり、射出成形後には、図３に示すように、プーリ本体２に対し、ランナーおよびフィルムゲートに対応する成形跡２Ａが成形される。図４に示すように、フィルムゲート跡２Ａａに対し荷重Ｂを加えることで、成形部分２Ａを打ち抜いて、除去する。ここで、成形部分２Ａのフィルムゲート跡２Ａａの厚さ（フィルムゲートのゲート幅に対応）は、係止部２ａａの肉厚より薄い肉厚（例えば１／２程度の肉厚）することで、荷重Ｂを加えることで、成形部分２Ａを簡単に打ち抜いて、ゲートカットできるようにしている。

ベアリング３の外輪４の外周には、プーリ本体２が嵌合されている。

続いて、この発明の実施例と、比較例とについて行った、圧入代の評価、外真円度の評価、走行耐久評価、および冷熱サイクル評価について説明する。

まず、評価に用いた樹脂プーリ（実施例１〜８，比較例１−１，１−２，１−３，２〜５）について説明する。
（実施例）
実施例１〜８は、レゾール系フェノールレジンにゴム成分、ガラス繊維、炭酸カルシウムを配合し、所定の温度を維持したロールで混練する。混練した配合物を粉砕し、粉体物を得る。ゴム成分、炭酸カルシウムおよびガラス繊維の割合を調整することでシャルピー衝撃値を３．５ｋＪ／ｍ²より大きい範囲で変量した。それを表１に記載する。

上記の材料を用いて、射出成形により、図２（ａ）（ｂ）に示すプーリ本体２を作成した。図２（ｂ）中において、Ｌ１＝７５ｍｍ、Ｌ２＝７０ｍｍ、Ｌ３＝４６ｍｍ、Ｌ４＝３４ｍｍ、Ｌ５＝２９．６ｍｍ，Ｌ６＝５ｍｍである。

図２（ａ）（ｂ）に示したプーリ本体２は、前述したように、プーリ本体の側面の中心から、フィルムゲートにて樹脂を射出して成形した。金型温度１５０〜１８０℃にて、硬化時間３０〜６０秒の条件で固化させたものを得た。その後、フィルムゲート跡を打ち抜いてゲートカットし（図３及び図４参照）、１８０℃、２時間という条件の下で硬化反応を十分進め、室温まで冷却して目的のプーリ本体を得た。

ベアリングとしては、市販のＮＳＫ製 6203 DDUL1 NA8Lを用い、このベアリングをプーリ本体に圧入して、図１に示す樹脂プーリ１を得た。
（比較例）
比較例１ー１，１−２，１−３として、シャルピー街撃値３．５ｋＪ／ｍ²以下となるようにゴム成分、炭酸カルシウムおよびガラス繊維の割合を調整して、前記実施例に記載したものと同様の配合系の熱硬化性樹脂でもって、樹脂プーリを得た。それを表２に示す。なお、比較例１−１，１−２，１−３の樹脂プーリは実施例と同じ方法で製造した。

比較例２〜４として、熱可塑性樹脂からなる樹脂プーリを準備した。熱可塑性樹脂としては、市販されているものを使用した。比較例２ではガラス強化６ナイロン（三菱エンジニアリングプラスチックス製、Novamid1015G50）、比較例３ではガラス強化ＰＰＳ（三菱エンジニアリングプラスチックス製、Novapps770G40-6）、比較例４ではガラス強化フィラー降順点芳香族ナイロン（三菱エンジニアリングプラスチックス製、Reny2037）を使用して射出成形により、ベアリングを成形時にインサートした樹脂プーリを得た。この樹脂プーリ１１は、図５（ａ）（ｂ）に示すように、プーリ本体１２の中心部のベアリング支持部１２ａが、プーリ面を構成するプーリ部１２ｂに中間部１２ｃを通じて連結される構成とされる。中間部１２ｃには、多数のリブ１２ｃａが形成されている。Ｓはピンゲート跡である。なお、図５（ｂ）において、Ｌ１１＝７５ｍｍ、Ｌ１２＝４６ｍｍ，Ｌ１３＝４０ｍｍ、Ｌ１４＝２９．６ｍｍ，Ｌ１５＝５ｍｍである。

比較例５は、市販の外径７５ｍｍの板金プーリである。

なお、上記比較例２〜４の樹脂プーリ（比較例２〜４）は、多点ピンゲートを用いて射出成形している。
(i) 圧入代の評価
実施例１〜８及び比較例１−１，１−２，１−３を用いて、圧入代の評価を行った。圧入代（嵌合代）は、ベアリングの外径または圧入円板外径からプーリの内径を減算した値とする。

ここで、圧入代を変量するために、6203 DDUL1 NA8L の外輪と同形状で、外径が異なる圧入円板を作成し、それを圧入して評価を行った。圧入円板の外径は０．１ｍｍ刻みで直径３９〜４０．１ｍｍまで用意し、外径の小さい方から順に圧入し、圧入して割れたとき
の圧入円板の外径からプーリの圧入する内径を減算した値を、破壊圧入代とした。その結果を図６に示す。

図６より、シャルピー衝撃値がより小さいフェノール樹脂を用いたプーリ本体においてはベアリングを圧入するための十分な圧入代を確保することができず、すぐに割れてしまうことが分かる。
(ii) 外径真円度の評価
実施例１〜８及び比較例２〜５において、真円度計にてプーリの外径真円度を測定し、評価した。３０μ以下を合格とした。その結果を表３に示す。

(iii) 走行耐久評価
図６に示す走行試験システムを用いて、実施例１，２，４，５及び比較例２〜５について走行評価を行った。なお、走行試験システムは、駆動プーリ１１と従動プーリ１２（樹脂プーリ）との間にＶリブドベルト１３を巻き掛け、従動プーリ１２に軸荷重Ｆを作用させた状態で、回転させて試験を行った。
（評価条件）
雰囲気温度：１００℃
樹脂プーリ回転数：１４００ｒｐｍ
軸荷重Ｆ：９８０Ｎ
（判定）
プーリが破壊するまでの走行時間が２５０時間以上で、かつ、破壊モードがベアリングの破壊が原因である場合を合格とした。
（結果）
表４、表５に示すとおりである。なお、表４，表５において「−」は未実施を意味する。

上記表４及び表５より、プーリ本体に対するベアリングの圧入代は、０．１ｍｍ以上に設定され、前記プーリ本体に対する前記ベアリングの圧入代は、前記プーリ本体に対する前記ベアリングの破壊圧入代の５０％以下に設定されていることが望ましいと分かる。
(iv) 冷熱サイクル評価
プーリのウェルド強度を比較するため、実施例１〜８及び比較例２，３，４の樹脂プー
リを３０〜１３０℃、５００サイクルの冷熱サイクル試験を行った。

その結果は前記表４、５に示す通りである。

比較例２，４についてはウェルドでクラックが発生しており、ウェルド強度が低いことが分かる。一方、実施例１〜８においては、ウェルドが発生しないフィルムゲートで成形しているため、クラックは発生していなかった。比較例３のガラス強化ＰＰＳについてはウェルド強度が比較的高いため、クラックが発生しなかったものと考えられる。

（ａ）（ｂ）はそれぞれ本発明にかかる樹脂プーリを示す正面図及び断面図である。 （ａ）（ｂ）はそれぞれ本発明にかかる樹脂プーリのプーリ本体を示す正面図及び断面図である。 フィルムゲートを使用して射出成形した後の成形物の説明図である。 フィルムゲート跡のカットの様子を示す説明図である。 （ａ）（ｂ）はそれぞれ比較例としての熱可塑性樹脂プーリを示す正面図及び断面図である。 シャルピー衝撃値と破壊圧入代との関係を示す図である。 走行耐久評価試験の説明図である。

符号の説明

１ 樹脂プーリ
２ プーリ本体
２ａ ベアリング支持部
２ａａ 係止部
２ｂ プーリ部
２ｃ 中間部
３ ベアリング

Claims (6)

1. プーリ本体にベアリングを圧入して、前記プーリ本体とベアリングとが一体化されてなる樹脂プーリにおいて、
   前記プーリ本体は、前記プーリ本体の側面におけるプーリ中心からフェノール樹脂を射出するフィルムゲートを使用することにより成形される構成とされ、
   前記フェノール樹脂が、シャルピー衝撃値が３．５ｋＪ／ｍ²以上である特性を有することを特徴とする樹脂プーリ。
2. 前記プーリ本体は、中心部の筒状のベアリング支持部を、プーリ面を構成する筒状のプーリ部にドーナッツ板状の中間部を通じて連結する構成とされ、
   前記ベアリング支持部の一側には、前記ベアリングを係止するための係止部を有することを特徴とする請求項１記載の樹脂プーリ。
3. 前記フィルムゲートのゲート幅は、前記係止部の板厚よりも薄いことを特徴とする請求項２記載の樹脂プーリ。
4. 前記プーリ本体に対する前記ベアリングの圧入代は、０．１ｍｍ以上に設定されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の樹脂プーリ。
5. 前記プーリ本体に対する前記ベアリングの圧入代は、前記プーリ本体に対する前記ベアリングの破壊圧入代の５０％以下に設定されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の樹脂プーリ。
6. 前記フェノール樹脂は、有機材成分がフェノールレジン及びゴム成分との組成物からなり、それにガラス繊維及び炭酸カルシウムを配合したものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の樹脂プーリ。

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