JP2007198402A - プーリ - Google Patents

Abstract

【課題】プーリ本体の肉厚を最適化することによってその軽量化やコストダウンを図る。
【解決手段】内筒部１と筒状のベルト巻掛け部２と環状のフランジ部３とを一体に備えるプーリ本体１０と、内筒部１の内側に嵌合保持された軸受２０とを有する。プーリ本体１０の内筒部１、ベルト巻掛け部２及びフランジ部３の基準肉厚を、ベルト張力に因る最大主応力が疲労限界値よりも小さい値になるように定めた上で、最大主応力の最大値が加わる箇所を増厚する。最大主応力の最大値が加わる箇所をプーリ本体１０の内筒部１とフランジ部３とによって形作られる隅部４としてその隅部４を増厚する。
【選択図】図１

Description

本発明は、プーリ、特に、軸受を保持しているプーリ本体に対する疲労破壊対策を講じてあるプーリに関する。

内筒部と筒状のベルト巻掛け部とそれらを一端同士を連設している環状のフランジ部とを一体に備えるプーリ本体と、そのプーリ本体の上記内筒部の内側に嵌合保持された軸受とを有するプーリは、自動車エンジンルーム内で用いられるアイドラプーリに採用されている。また、この構造を備えたプーリに関する様々な提案も従来より行われていて（たとえば、特許文献１、特許文献２参照）、そのうちの特許文献２には、プーリ本体の強度を向上させるために、ベルト巻掛け部に相当するベルト案内部の表面部分に窒化層を形成することが記載されている。

一方、板金をプレス加工することによって製作した上記構成のプーリでは、ベルト張力に耐え得る強度や耐久性を付与して疲労破壊などを防ぐ手段として、プーリ本体の肉厚を適切に定めることが一般的に行われている。

従来、プーリ本体に要求される強度や耐久性を、その肉厚を適切に定めることによって確保しようとする場合には、プーリ本体に加わる最大主応力、すなわちベルト張力によってプーリ本体に加わる可能性のある応力の最大値の分布状況をプーリ本体の全体に亘って調査又は想定した上で、最大主応力の最大値が加わる箇所に要求される肉厚を持つ板金材料をプレス成形してプーリ本体を製作するという手法、言い換えると、最大主応力の最大値が加わる箇所に要求される肉厚をプーリ本体の全体に亘って適用するという手法が採られていた。

特開２０００−７４１８９号公報 特開平１１−６３１７３号公報

しかしながら、従来の上記手法によってプーリ本体の肉厚を定めると、最大主応力の最大値が加わる箇所の肉厚は最適化されるものの、それ以外の箇所では肉厚が必要以上に厚くなってプーリ本体の軽量化が阻害されたりコスト面で不利な結果を来すという問題が知見された。

本発明は以上の問題に鑑みてなされたものであり、最大主応力の最大値が加わる箇所の肉厚だけでなく、それ以外の箇所でも肉厚の最適化が行われて、軽量化やコストダウンを図りやすくなるプーリを提供することを目的とする。

本発明に係るプーリは、内筒部と、その内筒部の外側に同心配備されている筒状のベルト巻掛け部と、内筒部及びベルト巻掛け部の一端同士を連設している環状のフランジ部とを一体に備えるプーリ本体と、そのプーリ本体の上記内筒部の内側に嵌合保持された軸受とを有するプーリにおいて、プーリ本体を形成している上記内筒部、ベルト巻掛け部及びフランジ部の基準肉厚を、ベルト張力に因る最大主応力が疲労限界値よりも小さい値になるように定めた上で、最大主応力の最大値が加わる箇所を増厚すると共に、その増厚箇所の両側へ離れるに従って上記基準肉厚になるまで肉厚を漸減させてある、というものである。

この構成のプーリによると、プーリ本体を形成している内筒部、ベルト巻掛け部及びフランジ部に付与されている基準肉厚によって、そのプーリ本体に加わる最大主応力が疲労限界値よりも小さい値に抑えられるために、使用時のベルト張力が常用張力に保たれている場合は勿論、何らかの原因でベルト張力が最大張力に達したときであっても、プーリ本体の強度が不足するという事態が起こらない。しかも、最大主応力の最大値が加わる箇所を増厚してその増厚箇所の両側へ離れるに従って上記基準肉厚になるまで肉厚を漸減させてある、という構成を採用したことにより、最大主応力の最大値が加わる箇所やその近傍箇所での疲労破壊が起こりにくくなるという作用が奏される。

本発明では、最大主応力の最大値が加わる箇所をプーリ本体の内筒部とフランジ部とによって形作られる隅部としてその隅部を増厚してある、という構成を採用することが可能である。

また、上記基準肉厚を、上記最大主応力が上記疲労限界値に対して５０〜９５％になるように定めてあることが望ましい。これによれば、プーリ本体のベルト巻掛け部などが必要以上に肉厚になることが回避されてプーリ本体の強度が過不足なく確保され、その軽量化やコストダウンを図りやすくなる。

本発明では、上記隅部の最大肉厚を上記基準肉厚の１．２〜２．０倍に定めてあることが望ましい。これによれば、疲労破壊を生じにくいプーリ本体が得られる。

本発明では、上記プーリ本体の内筒部とフランジ部とによって形作られる入隅部を増肉することによって上記隅部を増厚してあることが望ましい。これによれば、プーリ本体の軸受嵌合スペースの形状を変更する必要がなくなる。

以上のように、本発明によれば、最大主応力の最大値が加わる箇所の肉厚だけでなく、それ以外の箇所でも肉厚の最適化が行われて、軽量化やコストダウンを図りやすくなる。したがって、製作コストが低減するにもかかわらず、耐久性が向上するという効果が奏される。

図１は本発明の実施形態に係るプーリの断面図である。同図のように、このプーリは、内筒部１と、その内筒部１の外側に同心配備されている筒状のベルト巻掛け部２と、内筒部１及びベルト巻掛け部２の一端同士を連設している環状のフランジ部３とを一体に備えるプーリ本体１０と、そのプーリ本体１０の上記内筒部１の内側に嵌合保持された軸受２０とを有している。また、プーリ本体１０の内筒部１とフランジ部３とによって形作られる隅部４のうちその入隅部４１を増肉することによってその隅部４を増厚してあると共に、その増厚箇所の両側へ離れるに従って他の箇所と同じ厚さになるまで肉厚を漸減させてある。

図２は比較例としての板金材料をプレス加工することによって製作した従来のプーリの断面図である。図１のプーリを図２のプーリと対比すると、図２のプーリでは厚さｔの板金材料をプレス成形して製作されているために、内筒部１、筒状のベルト巻掛け部２及び環状のフランジ部３の肉厚や隅部４などの肉厚がすべて板金材料の厚さｔに見合う肉厚になっているのに対し、図１のプーリでは、入隅部４１を増肉することによって隅部４を増厚してあるという点と、その隅部４の増厚箇所からその両側へ離れるに従って厚さｔになるまで肉厚を漸減させてあるという点だけが相違している。なお、図１には、増厚されていない隅部４の入隅部４１の輪郭線を仮想線で示してある。

図１のように構成されているプーリにおいて、プーリ本体１０の肉厚ｔを有する箇所のその肉厚ｔを、ベルト張力に因る最大主応力が疲労限界値よりも小さい値になるように定めておくと、プーリ本体１０にはこの肉厚ｔよりも肉薄になっている箇所が存在しないために、プーリ本体１０に加わる最大主応力が疲労限界値よりも小さい値に抑えられる。そのために、使用時のベルト張力が常用張力に保たれている場合は勿論、何らかの原因でベルト張力が最大張力に達したときであっても、プーリ本体１０の強度が不足するという事態は起こらない。一方、隅部４では、その肉厚Ｔが他の箇所よりも厚いので、その隅部４に最も大きな荷重が加わる場合であっても、その隅部４の最大主応力が他の箇所よりも大きくなっているためにその隅部４やその両側の肉厚漸減域で疲労破壊が起こりにくくなる。ここで、最大主応力とは、ベルト張力が安全率を見込んだ最大値に達したときにプーリ本体１０に作用する応力のことである。

本願発明者は、図２に示した構成のプーリにつき、肉厚ｔの適切な範囲、増厚箇所の肉厚Ｔの適切な範囲、増厚箇所などを鋭意調査した。以下、この調査について説明する。

（１）最大主応力の発生箇所
板厚２．０ｍｍ、２．６ｍｍ、３．２ｍｍの３種類の板金材料を用いて図２に示した内径ｄ＝４０ｍｍ、外形Ｄ＝７５ｍｍの試供プーリをプレス成形し、その内筒部１に軸受２０を嵌合保持させた上で、それぞれのプーリにつき、プーリ本体１０の所要部位の歪みの大きさを比較した。歪みは図３に示したＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの４箇所に歪みゲージを貼り付けて測定した。なお、Ａは内筒部１とフランジ部３とにより形成される入隅部、Ｂはフランジ部３とにより形成される出隅部、Ｃは外筒部２とフランジ部３とにより形成される入隅部、Ｄは外筒部４の端縁内周部である。
この調査により、最大主応力の発生箇所が図３の入隅部Ａと出隅部Ｂ、すなわち内筒部１とフランジ部３とにより形成される隅部４であることが判明した。
このことから、肉厚の最適化を図るための１つの条件として、内筒部１とフランジ部３とにより形成される隅部４の肉厚を他の箇所よりも厚肉にすることが有効であることが判った。

（２）プーリ板厚による最大主応力の変化
上掲の厚さの異なる３種類の試供プーリに、ベルトを巻き掛け、それぞれの試供プーリの最大主応力と疲労限界値との関係を明らかにし、その結果を図４に示した。なお、ベルト張力は、常用張力、最大張力、安全率を１．３とした場合の張力を採用した。
図４によると、いずれの板厚の試供プーリも、安全率を見越したベルト張力であっても最大主応力が疲労限界値よりも小さくなっているので、この結果から、プーリ本体に要求される強度や耐久性はいずれの板厚であっても満たされていることが判る。しかし、板厚２．６ｍｍ及び同３．２ｍｍの試供プーリの最大主応力が疲労限界値に対してそれぞれ４４％，２４％と顕著に小さくなっていることから、これらの試供プーリは必要以上に大きな強度を有していると見ることができる。したがって、板厚２．６ｍｍ及び同３．２ｍｍの試供プーリは、コストや軽量化の面から見て材料無駄が多いということが云える。これに対し、板厚２．０ｍｍの試供プーリの最大主応力は、疲労限界値に対して７６％の割合であり、安全率を見越しても、コストや軽量化の面から見て材料無駄が少なくなって有利であるということが云える。そして、コストや軽量化の面から見て疲労限界値に対する最大主応力の割合（％）が５０〜９５％であれば材料の無駄が少なくなって有利である。

上記（１）（２）の調査結果を勘案すると、図１を参照して説明したプーリのように、プーリ本体１０のの基準肉厚、すなわち内筒部１、ベルト巻掛け部２及びフランジ部３の肉厚ｔを基準肉厚としてたとえば２ｍｍに定め、内筒部１とフランジ部３とによって形作られる隅部４が最弱部であると規定してその隅部４を肉厚Ｔに増厚し、その増厚箇所の両側へ離れるに従って他の箇所と同じ厚さになるまで肉厚を漸減させてあるという構成を採用することによって、最大主応力の最大値が加わる箇所の肉厚だけでなく、それ以外の箇所でも肉厚の最適化が行われて材料無駄が抑えられ、プーリの軽量化やコストダウンが図られるにもかかわらず、耐久性が向上して隅部４での疲労破壊を生じにくくなるということが判る。

次に、プーリ本体１０の全体の肉厚の最適化を図るためには、増厚箇所すなわち隅部４の最大肉厚を、増厚箇所以外の箇所に採用する上記基準肉厚（ベルト張力に因る最大主応力が疲労限界値よりも小さい値になる肉厚）の１．２〜２．０倍に定めることが適切であることが確認された。最大肉厚が基準肉厚の１．２倍よりも薄いと、増厚箇所での最大主応力の増加幅が小さすぎて疲労破壊を生じにくくするための十分な効果を得にくい。また、最大肉厚が基準肉厚の２．０倍よりも厚いと、増厚箇所が不必要に厚くなって重量増やコストアップの原因になる。そして、最大肉厚が基準肉厚の１．２〜２．０倍であると、増厚箇所での最大主応力の十分な増加幅が確保されて疲労破壊が生じにくくなり、しかも、増厚箇所が不必要に厚くなって重量増やコストアップの原因になるということが抑制される。さらに好ましくは最大肉厚が基準肉厚の１．４倍以下であれば重量減やコストダウンの効果が大きい。

次に、図１に示した隅部４を増厚する手段には肉盛りを用い得る。すなわち、図２に示した形状を有しかつ基準肉厚の付与されたプーリ本体１０を板金材料からプレス加工して製作した後、隅部４の入隅部を肉盛りすることによって増厚することが可能になる。肉盛りを行うための手段には、たとえば別の板材を重ね合わせて結合するという手段、転造による手段、溶接肉盛りによる手段などを採用することが可能である。また、隅部４を基準肉厚よりも増厚する他の手段としては、隅部４に要求される肉厚のプーリ本体１０をプレス成形した後、増厚箇所以外の箇所を基準肉厚になるまで切削するという手段を採用することも可能である。さらに、プーリ本体１０をプレス成形によらずに、板金加工を行うという方法や、板金材料を転造するという方法を採用することも可能である。

上記した実施形態では、最大主応力の最大値が加わる箇所をプーリ本体１０の内筒部１とフランジ部３とによって形作られる隅部４としてその隅部を増厚してあるけれども、この点は、隅部４以外の箇所が最大主応力の最大値が加わる箇所になる場合には、その箇所を増厚することになる。例えば図５のようにプーリ本体１０の外筒部２とフランジ部３との間に形成される入隅部を増厚してもよい。

本発明の実施形態に係るプーリの断面図である。 比較例としての従来のプーリの断面図である。 ベルト巻き角による応力変化を調べる際の歪みゲージの貼付け箇所を示した説明図である。 試供プーリの板厚と疲労限界値に対する最大主応力の割合を示す図である。 本発明の実施形態の変形例に係るプーリの断面図であって、外筒部とフランジ部との間に形成される入隅部を増厚した状態を示す図である。

符号の説明

１ 内筒部
２ ベルト巻掛け部
３ フランジ部
４ 隅部
１０ プーリ本体
２０ 軸受
４１ 入隅部

Claims (5)

1. 内筒部と、その内筒部の外側に同心配備されている筒状のベルト巻掛け部と、内筒部及びベルト巻掛け部の一端同士を連設している環状のフランジ部とを一体に備えるプーリ本体と、そのプーリ本体の上記内筒部の内側に嵌合保持された軸受とを有するプーリにおいて、
   プーリ本体を形成している上記内筒部、ベルト巻掛け部及びフランジ部の基準肉厚を、ベルト張力に因る最大主応力が疲労限界値よりも小さい値になるように定めた上で、最大主応力の最大値が加わる箇所を増厚すると共に、その増厚箇所の両側へ離れるに従って上記基準肉厚になるまで肉厚を漸減させてあることを特徴とするプーリ。
2. 最大主応力の最大値が加わる箇所をプーリ本体の内筒部とフランジ部とによって形作られる隅部としてその隅部を増厚してある請求項１に記載したプーリ。
3. 上記基準肉厚を、上記最大主応力が上記疲労限界値に対して５０〜９５％になるように定めてある請求項１又は請求項２に記載したプーリ。
4. 上記隅部の最大肉厚を上記基準肉厚の１．２〜２．０倍に定めてある請求項２又は請求項３のいずれか１項に記載したプーリ。
5. 上記プーリ本体の内筒部とフランジ部とによって形作られる入隅部を増肉することによって上記隅部を増厚してある請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載したプーリ。
   

Images