JP5899644B2 - プーリ装置 - Google Patents

Description

本発明は、合成樹脂製プーリに関し、例えば自動車用エンジンの補機或いはカムシャフトを駆動する為の無端ベルトやタイミングベルト（以下、単に「ベルト」とする。）に所望の張力を付与する為に、或いはベルトの巻き掛け角を確保すべくこのベルトを案内する為に使用するアイドラプーリとして利用するプーリ装置の改良に関する。

従来から、自動車用エンジンの補機或いはカムシャフトを駆動する為のベルトに所望の張力を付与する等の為のアイドラプーリとして、転がり軸受の外周側に、鋼板等の金属板にプレス加工を施して造ったものを、この転がり軸受を構成する外輪に外嵌固定する状態で設けた所謂プレスプーリが広く使用されている。又、転がり軸受を構成する外輪の周囲に、この外輪の外周寄り部分をその内周側にモールドした状態で一体的に固設した合成樹脂製プーリも使用されている。特に、近年は、この合成樹脂製プーリが、アイドラプーリの軽量化及び低コスト化を図れると言った理由により、その採用が増加しつつある。

例えば、特許文献１には、図８〜１１に示す様に、合成樹脂製のプーリ１を使用した張力付与装置２が記載されている。先ず、この張力付与装置２の構造に就いて、簡単に説明する。シリンダブロック等の固定の部分に結合固定するベースプレート３に形成した長孔４に沿う変位を自在とした支持軸５の基端部（図８の右端部）の頭部６に形成したねじ孔に、調整ボルト７の先端部を螺合させている。この調整ボルト７の基端部は、前記ベースプレート３の一端部（図８の上端部）に設けた折り曲げ板部８に形成した通孔９に挿通している。又、前記調整ボルト７の中間部でこの折り曲げ板部８よりも前記頭部６寄り部分には、調整ナット１０とロックナット１１とを螺合させている。

又、前記支持軸５には、支持スリーブ１２を介して、転がり軸受１３の内輪１４を支持している。単列深溝型のラジアル玉軸受であるこの転がり軸受１３の外輪１５の周囲には、合成樹脂製のプーリ１を固定している。このプーリ１は、互いに同心に設けられた内径側円筒部１６及び外径側円筒部１７を有する。この内径側円筒部１６の中間部外周面と外径側円筒部１７の中間部内周面とは、円輪状の連結部１８により連結しており、この連結部１８の両側面にそれぞれ複数本ずつの補強リブ１９、１９を、それぞれ放射状に設けている。

この様なプーリ１は、前記内径側円筒部１６を深溝型の転がり軸受１３を構成する外輪１５の周囲に、図１１に示す様な射出成形用の金型２０により、この外輪１５の外周寄り部分をその内周側にモールドした状態で固設している。即ち、前記金型２０内に設けた、前記プーリ１の外形に対応した内形を有するキャビティ２１内に、図示しないゲートから溶融した熱可塑性樹脂を注入する。そして、この熱可塑性樹脂が冷却・固化した後に前記金型２０を開いて、前記プーリ１を前記転がり軸受１３と共に、前記キャビティ２１内から取り出す。

上述の様なプーリ１を含んで構成する、前記張力付与装置２により、ベルトに所望の張力を付与するには、このベルトを、前記プーリ１の一部で、前記調整ナット１０と反対側周面（図８の下面）に掛け渡す。そして、前記調整ナット１０を回転させる事により前記プーリ１の位置を変えて、このプーリ１により前記ベルトに付与する張力を調節する。そして、この張力が所望値になった状態で、前記ロックナット１１を締め付け、前記プーリ１の位置を固定する。

上述の様なプーリ１を構成する合成樹脂は、前記転がり軸受１３の外輪１５を構成する金属材料よりも線膨張係数が大きい。この為、プーリ装置の使用時の温度上昇により、前記プーリ１と前記外輪１５との密着性が低下し、これらプーリ１と外輪１５との間で相対的な滑り（クリープ）が発生する可能性がある。クリープが発生すると、前記プーリ１の内周面が摩耗し、このプーリ１が前記外輪１５に対しがたついてしまう。この様な不都合の原因となるクリープを防止する為の技術として、例えば特許文献２に記載された技術がある。

図１２〜１３は、この特許文献２に記載されている、クリープを防止する為の従来構造の１例を示している。転がり軸受１３（図８〜１１参照）を構成する外輪１５ａの外周面に係止溝２２を設けており、この係止溝２２の底面に、ローレット加工による凹部２３、２３と凸部２４、２４とを全周に亙って交互に配置して成る、平目のローレット目２５を形成している。そして、前記外輪１５ａの係止溝２２の底面に形成した凹部２３、２３に、プーリ１ａを構成する合成樹脂の一部を進入・固化させる事で、このプーリ１ａの内周面に、それぞれが軸方向に長い突条２６、２６を形成している。これら各突条２６、２６と前記外輪１５ａのローレット目２５との係合により、前記プーリ１ａとこの外輪１５ａとの間でクリープが発生する事を防止している。

上述の様な特許文献２に記載された構造では、前記各突条２６、２６と前記外輪１５ａの外周面に形成されたローレット目２５との係合によりクリープが防止される。このクリープを防止する為、前記各突条２６、２６の基端部で、前記プーリ１ａと前記外輪１５ａとの間に加わるトルク（クリープ荷重）を支承する。前記特許文献２に記載された構造の場合、前記ローレット目２５の各凸部２４、２４の外径側円周方向両端縁の曲率半径ｒが小さい（曲率が大きい）為、前記各突条２６、２６の基端部に応力が集中する。そして、この応力が大きくなると、前記各突条２６、２６の基端部に亀裂等の損傷が発生する可能性がある。

又、前記特許文献２に記載された構造では、前記ローレット目２５を前記外輪１５ａの外周面のうち、軸方向中間部２箇所位置に設けている。この外輪１５ａの軸方向中間部は、内周面に外輪軌道２７（図１０参照）を形成している為、肉薄となっている。この為、前記ローレット目２５の凹部２３、２３の径方向の深さ寸法を確保する事が難しく、使用時の温度上昇の程度によっては、前記各突条２６、２６と前記ローレット目２５との係合が外れ、前記プーリ１と前記外輪１５とのクリープを防止できなくなる可能性がある。

特開平１０−１２２３３９号公報 特開平１１−１４８５５０号公報

本発明は、上述の様な事情に鑑みて、使用時の温度上昇によってプーリと転がり軸受の外輪との密着性が低下しても、これらプーリと外輪との間のクリープ発生を防止できる構造に於いて、このプーリの一部にクリープ荷重による応力が集中してこのプーリが破損する事を防止できるプーリ装置を実現すべく発明したものである。

本発明のプーリ装置は、プーリと転がり軸受とを備える。
このうちのプーリは、合成樹脂製で外周面にベルトを掛け渡す。
又、前記転がり軸受は、前記プーリの内径側に保持されており、外周面に単列深溝型の内輪軌道を有する内輪と、内周面に単列深溝型の外輪軌道を有する外輪と、これら内輪軌道と外輪軌道との間に転動自在に設けられた複数個の玉とを備える。そして、前記外輪を前記プーリの内径側に、このプーリの射出成型時にモールドする事で、保持固定している。

特に、本発明のプーリ装置に於いては、前記転がり軸受の外輪の外周面の軸方向の一部に、ローレット加工による凹部と凸部とを全周に亙って交互に配置して成る平目のローレット目を形成している。そして、これら各凸部の外径側円周方向両端縁に、断面円弧形（Ｒ状）の面取り部を形成している。
又、本発明の場合には、追加的に、前記ローレット目を、前記外輪の外周面の軸方向の一部に形成された第一ローレット目と、この外輪の外周面のうち、内周面に前記外輪軌道を形成した部分から軸方向に外れた肉厚部に形成された第二ローレット目とから構成しており、前記凸部を、前記外輪の外周面の軸方向の一部に形成された第一凸部と、前記肉厚部に形成された第二凸部とから構成している。そして、前記第一ローレット目を、それぞれ複数ずつの第一凹部と前記第一凸部とを、円周方向に関して交互に配置したものとし、前記第二ローレット目を、それぞれ複数の前記第一凹部と前記第二凸部と、これら各第一凹部から円周方向に外れた位置に設けられて、これら各第一凹部よりも大きな深さ寸法を有する、少なくとも１個の第二凹部とを備えたものとしている。これにより、前記第一凸部及び前記第二凸部の外径側円周方向両端縁に面取り部を形成している。

上述の様に構成する本発明のプーリ装置の場合には、使用時の温度上昇により、プーリと転がり軸受の外輪との密着性が低下しても、このプーリの内周面とこの外輪の外周面に形成されたローレット目との係合により、これらプーリと外輪との間のクリープを防止できる。
又、各凸部（第一凸部及び第二凸部）の外径側円周方向両端縁に断面円弧形の面取り部を設けている為、使用時に、前記プーリの内周面のうち、クリープ荷重を支承する部分である、前記各凸部の基端部に加わる応力を緩和して、これら各凸部の基端部に亀裂等の損傷が発生する事を防止できる。

本発明に関する参考例の１例を示す、外輪のみを径方向から見た部分正面図。 外輪の周囲に合成樹脂製のプーリを装着した状態で示す、図１の部分拡大ａ−ａ断面図。 合成樹脂製のプーリを未装着の状態で示す、図１の部分拡大ｂ−ｂ断面図。 本発明の実施の形態の第１例を示す、図１と同様の図。 外輪の周囲に合成樹脂製のプーリを装着した状態で示す、図４の部分拡大ｃ−ｃ断面図。 合成樹脂製のプーリを未装着の状態で示す、図４の部分拡大ｄ−ｄ断面図。 本発明の実施の形態の第２例を示す、図１と同様の図。 プーリ装置を組み込んだ張力付与装置を示す断面図。 プーリ装置を取り出して図８の側方から見た状態で示す正面図。 同じく部分切断斜視図。 プーリを射出成形する金型を、補強リブから外れた部分で切断した状態で示す部分断面図（Ａ）と、補強リブ部分で切断した状態で示す部分断面図（Ｂ）。 従来構造に係るプーリ装置の要部断面図。 図１２のｅ−ｅ断面図。

［本発明に関する参考例］
図１〜３は、本発明に関する参考例の１例を示している。尚、本参考例を含めて、本発明の特徴は、プーリと外輪とのクリープを確実に防止すると共に、このプーリの一部にクリープ荷重による応力が集中してこのプーリが破損する事の防止を図れるプーリ装置を実現する点にある。その他の部分の構造及び作用は、前述の図８〜１１に示した構造を含め、従来から知られているプーリ装置と同様であるから、同等部分に関する図示並びに説明は、省略又は簡略にし、以下、本参考例の特徴部分を中心に説明する。

本参考例の場合、転がり軸受１３（図８〜１１参照）を構成する外輪１５ｂの外周面のうち、内周面に外輪軌道２７ａを形成した部分から軸方向に外れた肉厚部２８に、全周に亙って係止溝２２ａを設けている。そして、この係止溝２２ａの底面に、ローレット加工による第一凹部２９、２９と凸部３０、３０と第二凹部３１、３１とを全周に亙って繰り返し順番に（第一凹部２９→凸部３０→第二凹部３１→凸部３０の順番で繰り返し）配置して成る、平目のローレット目２５ａを形成している。尚、図示の例では、前記各部２９、３０、３１を繰り返し順番に配置しているが、必ずしもこの様に配置する必要はない。
このローレット目２５ａの第二凹部３１の径方向の深さ寸法ｈ_３１は、第一凹部２９の径方向の深さ寸法ｈ_２９よりも大きく（ｈ_３１＞ｈ_２９）、１．２〜２．５倍（１．２≦ｈ_３１／ｈ_２９≦２．５）としている。前記深さ寸法ｈ_３１が、前記深さ寸法ｈ_２９の１．２倍よりも小さい場合には、使用時の温度上昇によるクリープ防止効果を十分に得る事ができない。又、前記深さ寸法ｈ_３１が、前記深さ寸法ｈ_２９の２．５倍よりも大きい場合には、前記ローレット目２５ａをローレット加工により形成する事が難しくなる。

又、前記各凸部３０、３０の外径側円周方向両端縁のうち、前記各第一凹部２９、２９側端縁には、断面円弧形のＲ面取り部３２を、前記各第二凹部３１、３１側端縁には、同じくＲ面取り部３３を、それぞれ設けている。前記第一、第二各凹部２９、３１の径方向の深さ寸法ｈ_２９、ｈ_３１に対する前記各Ｒ面取り部３２、３３の断面の曲率半径ｒ_３２、ｒ_３３の割合は、それぞれ前記各凹部２９、３１の径方向の深さ寸法ｈ_２９、ｈ_３１の２５〜５０％（０．２５≦ｒ_３２／ｈ_２９≦０．５、０．２５≦ｒ_３３／ｈ_３１≦０．５）としている。前記各曲率半径ｒ_３２、ｒ_３３が、それぞれ前記各深さ寸法ｈ_２９、ｈ_３１の２５％よりも小さい場合には、プーリ１ｂが前記外輪１５ｂに対し相対回転（クリープ）する傾向になった時、このプーリ１ｂのうち、後述する第一、第二各突条３４、３５の基端部に応力が集中し、亀裂等の損傷が発生する事を十分に防止できない。前記各曲率半径ｒ_３２、ｒ_３３が、それぞれ前記各深さ寸法ｈ_２９、ｈ_３１の５０％よりも大きい場合には、前記各Ｒ面取り部３２、３３部分で前記外輪１５ｂに対して前記プーリ１ｂが滑り易くなり、クリープ防止効果を十分に得る事ができない。
又、図示は省略するが、前記ローレット目２５ａの表面には、ディンプル加工により多数の微小凹部を形成している。

本参考例のプーリ装置では、前記外輪１５ｂの径方向外側に合成樹脂製のプーリ１ｂを射出成形により設けた（モールド成形した）状態で、前記係止溝２２ａの底面に形成した前記各第一凹部２９、２９と前記各第二凹部３１、３１とに、前記プーリ１ｂを構成する合成樹脂の一部が進入・固化する。そして、このプーリ１ｂの内周面に、第一突条３４、３４及び第二突条３５、３５をそれぞれ形成している。又、前記合成樹脂の一部は、前記ローレット目２５ａの表面に形成した微小凹部にも進入・固化する事で、前記プーリ１ｂの内周面の一部に微小凸部を形成している。

上述の様に構成する本参考例のプーリ装置の場合には、前記ローレット目２５ａの各第一凹部２９、２９と前記プーリ１ｂの第一突条３４、３４との係合により、前記外輪１５ｂとこのプーリ１ｂとのクリープを防止できる。更に、この外輪１５ｂのローレット目２５ａの表面に形成された微小凹部と前記プーリ１ｂの内周面のうち一部の表面に形成された微小凸部との係合によってもクリープを防止できる。

又、前記ローレット目２５ａの凸部３０、３０の外径側円周方向両端縁に、断面円弧状のＲ面取り部３２、３３をそれぞれ形成している。即ち、前述の特許文献２に記載された構造よりも前記各凸部３０、３０の外径側円周方向両端縁の曲率半径ｒ_３２、ｒ_３３を大きく（曲率が小さく）している。従って、前記プーリ１ｂが前記外輪１５ｂに対し相対回転（クリープ）する傾向になり、前記各突条３４、３５に、円周方向の力が加わった場合でも、これら各突条３４、３５の基端部に応力が集中する事を防止できる。この結果、前記円周方向の力が大きくなっても、前記各突条３４、３５の基端部に亀裂等の損傷が発生する事を防止できる。

又、本参考例の構造の場合、前記ローレット目２５ａの第二凹部３１の径方向の深さ寸法ｈ_３１は、前記第一凹部２９の同寸法ｈ_２９よりも大きい。この為、使用時の温度上昇が大きくなり、前記プーリ１ｂの各第一突条３４、３４と前記ローレット目２５ａの各第一凹部２９、２９との係合によっては、前記プーリ１ｂと前記外輪１５ｂとのクリープが防止できなくなった場合にも、このプーリ１ｂの各第二突条３５、３５と前記ローレット目２５ａの各第二凹部３１、３１との係合により、前記プーリ１ｂと前記外輪１５ｂとのクリープを防止できる。

［実施の形態の第１例］
図４〜６は、請求項１に対応する、本発明の実施の形態の第１例を示している。本例の場合、転がり軸受１３（図８〜１１参照）を構成する外輪１５ｃの外周面に設けた係止溝２２ｂの軸方向寸法を、上述した参考例よりも大きくしている。即ち、前記外輪１５ｃのうち、内周面に外輪軌道２７ａを形成した部分から軸方向に外れた肉厚部２８だけでなく、この内周面に外輪軌道２７ａを形成した部分である肉薄部３６の端部にも、前記係止溝２２ｂの一部を形成している。

そして、前記係止溝２２ｂの底面のうち、前記肉薄部３６に形成された部分に、ローレット加工による第一凹部２９ａ、２９ａと第一凸部３７、３７とを全周に亙って交互に配置して成る、平目の第一ローレット目３８を形成している。更に、前記係止溝２２ｂの軸方向のうち、前記肉厚部２８に形成された部分にだけ、ローレット加工による第一凹部２９ａ、２９ａと第二凸部３９、３９と第二凹部３１ａ、３１ａとを全周に亙って繰り返し順番に（第一凹部２９ａ→第二凸部３９→第二凹部３１ａ→第二凸部３９の順番で繰り返し）配置して成る、平目の第二ローレット目４０を形成している。尚、図示の例では、前記各部２９ａ、３９、３１ａを繰り返し順番に配置しているが、必ずしもこの様に配置する必要はない。

上述の様に構成する本例の場合、前述した参考例の構造よりも前記第一凹部２９ａ、２９ａの軸方向寸法を大きくしている。この結果、温度上昇の程度が小さい、低温状態での使用時に、前記外輪１５ｃの第一凹部２９ａ、２９ａとプーリ１ｃの内周面に形成された突条３４ａ、３４ａとの係合により、前記外輪１５ｃとこのプーリ１ｃのクリープをより確実に防止できる。その他の部分の構成及び作用は、上述した参考例と同様であるから、同等部分に関する図示並びに説明は省略する。

［実施の形態の第２例］
図７は、全ての請求項に対応する、本発明の実施の形態の第２例を示している。本例の場合、転がり軸受１３（図８〜１１参照）を構成する外輪１５ｄの外周面に、図７に梨地で示す様に、ショットブラスト処理或いはバレル加工等によって微細な凹凸（ディンプル）を設けて、前記外周面の表面粗さをＲａ０．１以上としている。そして、プーリと前記外輪１５ｄとを接合する為の接着剤による接合力を向上させている。その他の部分の構成及び作用は、前述した参考例及び上述した実施の形態の第１例と同様であるから、同等部分に関する図示並びに説明は省略する。

１、１ａ〜１ｃ プーリ
２ 張力付与装置
３ ベースプレート
４ 長孔
５ 支持軸
６ 頭部
７ 調整ボルト
８ 折り曲げ板部
９ 通孔
１０ 調整ナット
１１ ロックナット
１２ 支持スリーブ
１３ 転がり軸受
１４ 内輪
１５、１５ａ〜１５ｄ 外輪
１６ 内径側円筒部
１７ 外径側円筒部
１８ 連結部
１９ 補強リブ
２０ 金型
２１ キャビティ
２２、２２ａ 係止溝
２３ 凹部
２４ 凸部
２５、２５ａ ローレット目
２６ 突条
２７、２７ａ 外輪軌道
２８ 肉厚部
２９、２９ａ 第一凹部
３０ 凸部
３１、３１ａ 第二凹部
３２ Ｒ面取り部
３３ Ｒ面取り部
３４ 第一突条
３５ 第二突条
３６ 肉薄部
３７ 第一凸部
３８ 第一ローレット目
３９ 第二凸部
４０ 第二ローレット目

Claims (2)

1. 外周面にベルトを掛け渡す合成樹脂製のプーリと、このプーリの内径側に保持された転がり軸受とを備え、この転がり軸受は、外周面に単列深溝型の内輪軌道を有する内輪と、内周面に単列深溝型の外輪軌道を有する外輪と、これら内輪軌道と外輪軌道との間に転動自在に設けられた複数個の玉とを備えたものであり、前記外輪を前記プーリの内径側に、モールドした状態で一体的に保持固定しているプーリ装置に於いて、
   前記外輪の外周面の軸方向の一部に凹部と凸部とを全周に亙って交互に配置して成る平目のローレット目を形成しており、
   このローレット目が、前記外輪の外周面の軸方向の一部に形成された第一ローレット目と、この外輪の外周面のうち、内周面に前記外輪軌道を形成した部分から軸方向に外れた肉厚部に形成された第二ローレット目とから成り、
   前記凸部が、前記外輪の外周面の軸方向の一部に形成された第一凸部と、前記肉厚部に形成された第二凸部とから成り、
   前記第一ローレット目は、それぞれ複数ずつの第一凹部と前記第一凸部とを、円周方向に関して交互に配置したものであり、前記第二ローレット目は、それぞれ複数の前記第一凹部と前記第二凸部と、これら各第一凹部から円周方向に外れた位置に設けられて、これら各第一凹部よりも大きな深さ寸法を有する、少なくとも１個の第二凹部とを備えたものであり、
   前記第一凸部及び前記第二凸部の外径側円周方向両端縁に面取り部を形成した事を特徴とするプーリ装置。
2. 外輪の外周面のうち、少なくともローレット目が形成された部分に多数の微小凹部を形成した事を特徴とする請求項１に記載したプーリ装置。

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