JP2008249131A

JP2008249131A - 樹脂巻き部品

Info

Publication number: JP2008249131A
Application number: JP2007242765A
Authority: JP
Inventors: Kunio Yanai; 邦夫柳井; 和生 ▲濱▼田; Kazuo Hamada
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2007-03-07
Filing date: 2007-09-19
Publication date: 2008-10-16
Also published as: JP2012086579A

Abstract

【課題】応力集中による変形を防止することができる樹脂巻き部品を提供する。
【解決手段】環状の金属部材２の外周に環状の樹脂部１を一体成形した樹脂巻き部品Ｐ。前記樹脂部１が固着される金属部材２の外周面に、凹部と凸部とからなる凹凸面が形成され、この凹凸面の凹部と凸部のうち少なくとも一方に応力集中を緩和するＲ面が形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は樹脂巻き部品に関する。さらに詳しくは、環状の金属部材の外周に環状の樹脂部を一体成形した樹脂巻き部品に関する。

従来、例えば自動車のエンジン補機駆動ベルトのプーリとして、外周にベルト案内面を有する環状の樹脂部（プーリ）の内周に、転がり軸受や金属ハブなどの金属部材を一体化した樹脂巻き部品が用いられている。

かかる樹脂巻き部品は、その樹脂部の射出成形と同時に前記金属部材を一体化するインサート成形によって作製されているが、前記樹脂部の材料と前記金属部材の材料とで線膨張係数が異なるため、温度上昇時又は温度下降時の熱膨張差によって、樹脂部と金属部材との密着度が低下し、当該樹脂部と金属部材との間で相対的な滑り（クリープ）が生じる場合がある。

そこで、前記金属部材の外周面にローレット加工を施し、このローレット加工の凹部内にて溶融樹脂が固化することで形成された突出部と、前記ローレット加工の凸部とを係合させることでクリープを防止することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
かかるローレット加工による方法では、例えば図８に示されるようなローレット加工３０を、金属部材である軸受の外輪３１の外周面３１ａの一部又は全面において、当該外輪３１の周方向に沿って形成している。そして、このローレット加工３０の断面形状は、図９に示されるような台形又は矩形が周方向に連続したものとなっている。

特開平１１−１４８５５０号公報

前記ローレット加工を外輪３１の外周面３１ａに施すことで、当該外輪３１と樹脂部４０とのクリープを防止する効果が得られるものの、従来のローレット加工には、凸部３０ａにおける角部３２及び凹部３０ｂにおける角部３３が存在していることから、以下のような問題があった。
すなわち、軸受の外輪３１の厚さがある程度大きい場合において、樹脂巻き部品に大きな変動荷重が作用したりすると、前記角部３２と密着する樹脂部（樹脂部４０の突出部４０ａの根元部分）に応力が集中し、当該角部３２と密着する樹脂部が変形する惧れがある。
一方、軸受の軽量化のために外輪３１の厚さを小さくして薄肉化した場合、ローレット加工後に熱処理を行ったときに、前記凹部３０ｂにおける角部３３で熱処理による応力集中が生じて外輪３１が変形する惧れがある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、応力集中による変形を防止することができる樹脂巻き部品を提供することを目的としている。

本発明の樹脂巻き部品は、環状の金属部材の外周に環状の樹脂部を一体成形した樹脂巻き部品であって、前記樹脂部が固着される金属部材の外周面に、凹部と凸部とからなる凹凸面が形成されており、この凹凸面の凹部と凸部のうち少なくとも一方に応力集中を緩和するＲ面が形成されていることを特徴としている。

本発明の樹脂巻き部品では、樹脂部が固着される金属部材の外周面に形成された凹凸面の凹部と凸部のうち少なくとも一方に応力集中を緩和するＲ面が形成されている。
したがって、軸受の外輪の厚さがある程度大きい場合において、樹脂巻き部品に大きい変動荷重が作用したとしても、前記凸部に応力集中を緩和するＲ面が形成されているので、前記凸部と密着する樹脂部に応力が集中するのを緩和することができる。これにより、この樹脂部が応力集中によって変形するのを防ぐことができる。

また、軸受の軽量化のために外輪の厚さを小さくして薄肉化した場合において、ローレット加工後に熱処理を行ったとしても、前記凹部に応力集中を緩和するＲ面が形成されているので、前記凹部に応力が集中するのを緩和することができる。これにより、この凹部が熱処理に起因する応力集中により変形するのを防ぐことができる。
そして、以上より、前記凹凸面と樹脂部との係合により耐クリープ性を確保しつつ、応力集中による樹脂巻き部品の変形を防止することができる。

なお、金属部材の外周面の凹部と凸部のそれぞれにＲ面が形成された場合、金属部材及び樹脂部のそれぞれの外周面における応力の集中を緩和することができるので、外輪の厚さによらず前述した応力集中による金属部材又は樹脂部の変形を防止することができる。

前記凹凸面が曲面で構成されているのが好ましい。この場合、凹凸面全体を曲面で構成することで応力を分散することができ、応力集中による変形を一層効果的に防止することができる。

本発明の樹脂巻き部品によれば、応力集中を緩和して応力集中による変形を防止することができる。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明の樹脂巻き部品の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態（第一実施形態）に係る樹脂巻き部品である樹脂プーリＳ１の断面説明図である。この樹脂プーリＳ１は、環状の樹脂部１の内周に金属部材としての転がり軸受２をインサートしたものであり、前記樹脂部１の外周側には、外周にベルト案内面１１ａを有する外周円筒部１１が形成されており、内周側には、前記転がり軸受２の外輪２１の外周を固着する内周円筒部１２が形成されている。この内周円筒部１２は、前記転がり軸受２の外輪２１の両端面外周縁を包囲する環状包囲部１２ａを有している。また、前記外周円筒部１１と内周円筒部１２との間には、円板部１３が形成されており、この円板部１３には、多数のリブ１４が放射状に形成されている。なお、図１において、２２は、前記外輪２１の内径側において当該外輪２１と同心に配設された内輪であり、また、２３は、前記外輪２１と内輪２２との間の環状空間に配置される複数の転動体であるボールである。ボール２３は、保持器（図示せず）によって周方向に所定の間隔で保持されている。
本実施形態では、前記円板部１３に多数のリブ１４を形成したが、前記リブ１４は形成しなくてもよい。

前記外輪２１の外周面には、図２にその回転軸に垂直な断面形状が模式的に示されるように、凹部２１ａと凸部２１ｂとからなる凹凸面２１ｃ（周方向に沿って凹と凸が連続形成された凹凸面）が形成されている。凹凸面２１ｃを構成する凹部２１ａと凸部２１ｂのうち凹部２１ａには、応力集中を緩和するＲ面が形成されている。また、前記内周円筒部１２は、この凹部２１ａ内にて溶融樹脂が固化することで形成された突出部１２ｂを有している。そして、この突出部１２ｂと、外輪２１外周面の凸部２１ｂとが係合することで、外輪２１と樹脂部１とのスリップが防止される。前記凸部２１ｂ間のピッチＰ及び凸部２１ｂの高さＨは、本発明において特に限定されるものではないが、通常、それぞれ０．５〜１．５ｍｍ及び０．１〜０．５ｍｍ程度である。

凹凸面２１ｃは、外輪２１の外周面全体に形成してもよいし、前記外周面の軸方向の一部領域にだけ形成してもよい。また、周方向に連続して形成してもよいし、適宜の間隔で複数の箇所に形成してもよい。例えば、外輪２１の外周面における軸方向中心部を除く軸方向端部の少なくとも一方に形成してもよい。

本実施の形態において、外輪２１の外周面に形成された凹凸面２１ｃを構成する凹部２１ａと凸部２１ｂのうち凹部２１ａにはＲ面が形成されている。したがって、軸受の軽量化のために外輪２１の厚さを小さくして薄肉化した場合（例えば、厚さを２．０ｍｍ程度に薄肉化した場合）でも、外周面のローレット加工後の熱処理による外輪２１の前記凹部２１ａ付近への応力集中が緩和されて、前記凹部２１ａの付近が変形するのを防止できる。
こうして、熱処理時の変形を確実に防止しつつ、外輪２１の厚さを小さくして薄肉化することができるようになるので、転がり軸受２の軽量化につなげることができる。

また、内周円筒部１２及び樹脂部１に、樹脂自体の強度が高いフェノール樹脂を用いると、応力集中による内周円筒部１２側の変形を防止することができる。
なお、本明細書において、「角部」とは、鋭角及び鈍角を問わず、平面と平面とが交差する部分をいい、「Ｒ面が形成された凹部又は凸部」とは、このような「角部」に代えて「Ｒ面」を有する凹部又は凸部のことをいう。したがって、「Ｒ面が形成された凹部又は凸部」には、前記「角部」及びその近傍だけをＲ面としたもの（図２及び図３参照）や、凹部又は凸部全体をＲ面で構成したもの（図４参照）が含まれる。

図３は、本発明の他の実施の形態（第二実施形態）に係る樹脂巻き部品である樹脂プーリの外輪２１の外周面の断面を模式的に示している。
図３に示すように、外輪２１の外周面には、凹部２１ａと凸部２１ｂとからなる凹凸面２１ｃ（周方向に沿って凹と凸が連続形成された凹凸面）が形成されている。凹凸面２１ｃを構成する凹部２１ａと凸部２１ｂのうち、凸部２１ｂには、Ｒ面が形成されている。
すなわち、図２に示す外輪２１では、その外周面の凹部２１ａにＲ面が形成されているのに対して、図３に示す外輪２１では、凸部２１ｂにＲ面が形成されている。
そして、内周円筒部１２は、凹凸面２１ｃの凹部２１ａ内にて溶融樹脂が固化することで形成された突出部１２ｂを有している。この突出部１２ｂと、外輪２１の外周面の凸部２１ｂとが係合することで、外輪２１と樹脂部１とのスリップが防止される。

したがって、軸受の外輪２１の厚さがある程度大きい場合（例えば、４．０ｍｍ程度）において、樹脂プーリＳ１に大きな変動荷重が作用したとしても、内周円筒部１２への応力集中が緩和されて、内周円筒部１２の変形を防止できる。
なお、その他の構成については、図２に示す実施の形態の場合と異なるところはないので、詳細な説明は省略する。

図４は、本発明のさらに他の実施の形態（第三実施形態）に係る樹脂巻き部品である樹脂プーリの外輪２１の外周面の断面を模式的に示している。
図４に示すように、外輪２１の外周面には、曲面で構成された凹部２１ａと凸部２１ｂとからなる凹凸面２１ｃ（周方向に沿って凹と凸が連続形成された凹凸面）が形成されている。
すなわち、図２及び図３に示す外輪２１では、その外周面の凹部２１ａ又は凸部２１ｂの一方にＲ面が形成されているのに対して、図４に示す外輪２１では、その外周面の凹部２１ａ及び凸部２１ｂにそれぞれ曲面が形成されている。

そして、内周円筒部１２は、凹凸面２１ｃの凹部２１ａ内にて溶融樹脂が固化することで形成された突出部１２ｂを有している。この突出部１２ｂと、外輪２１の外周面の凸部２１ｂとが係合することで、外輪２１と樹脂部１とのスリップが防止される。
本実施の形態において、外輪２１の外周面に形成される凹凸面２１ｃは、曲面で構成された凹部２１ａと凸部２１ｂとからなっており、従来のような外周面の凹部と凸部のそれぞれに角部を備えていない。このため、外輪２１及び内周円筒部１２の外周面に応力の集中する部分が存在しないので、外輪２１及び内周円筒部１２における応力集中を緩和することができる。

したがって、樹脂プーリに大きな変動荷重が作用した場合でも、外輪２１及び内周円筒部１２に応力が集中することがなく、外輪２１及び内周円筒部１２に応力集中による変形が発生することがない。
また、軸受の軽量化のために外輪２１の厚さを小さくして薄肉化した場合において、ローレット加工後に熱処理を行ったとしても、前記凹部２１ａに応力集中に起因する変形が生じることがない。
なお、凹部２１ａと凸部２１ｂ全体を曲面で構成する以外に、図９に示される角部３２及び角部３３とその近傍だけをともにＲ面とすることもでき、この場合でも応力集中を緩和して変形の発生を防止することができる。

図２及び図３に示す外輪２１は、その外周面の凹部２１ａ及び凸部２１ｂのそれぞれに曲面の加工を必要とする図４に示す外輪２１とは異なり、その外周面の凹部２１ａ又は凸部２１ｂの一方にＲ面の加工をすれば良いので加工が容易であるという利点がある。
その他の構成については、図２及び図３の実施の形態の場合と異なるところはないので、詳細な説明は省略する。

前記外輪２１におけるＲ面が形成された外周面の凹部又は凸部は、例えば、かかる外周面の凹部又は凸部に対応する形状の凹部又は凸部を外周面に備えた円筒体を、金属部材の外周面に押し当てつつ当該円筒体を回転させて、前記金属部材の外周面を塑性変形させることにより、形成することができる。また、Ｒ面が形成された凹凸を外周面にもつ回転バイトで切削加工することで、形成することもできる。

図５は、本発明の他の実施の形態（第四実施形態）に係る樹脂巻き部品である樹脂プーリＳ２の断面説明図である。この樹脂プーリＳ２においても、外輪１２１の外周面に形成される凹凸面は、その凹部と凸部のうち少なくとも一方にＲ面が形成されており、第一実施形態乃至第三実施形態と同様の作用効果を奏する。
また、樹脂プーリＳ２は、図１に示されるものと同じく、樹脂部１０１の外周面に平ベルトが巻回される平プーリタイプであるが、図１に示されるものと異なり、補強用のリブが省略されている。前記リブは樹脂部全体を強化する役割を果たしているが、一方において、リブを設けた部分とリブを設けない部分との収縮差により、樹脂部の外周円筒部や、軸受などの金属部材と嵌合する内周円筒部が花びら状のいびつな多角形となり、ベルト転走や金属部材外周面との固着に対し悪影響を及ぼすことが考えられる。

そこで、図５の実施の形態では、樹脂自体の強度が高いフェノール樹脂を用いるとともに、負荷条件や溶融樹脂の流動性などを考慮したＣＡＥ解析により、各部の肉厚を最適化している。具体的には、図５に示されるような、軸受嵌め合い部である環状包囲部１１２ａの幅（Ａ１）及び外輪１２１外周面を基準とした厚さ（Ａ２）、外周円筒部１１１と内周円筒部１１２とのつなぎの部分である接続部１１３の中央部分の幅（Ｂ）、ベルト案内面１１１ａを有する外周円筒部１１１の側縁の厚さ（Ｃ）、内周円筒部１１２の上側曲面の抜け勾配（Ｄ）、外周円筒部１１１の下側局面の抜け勾配（Ｅ）、及び接続部１１３の両側面のＲ寸法（Ｆ）を、それぞれ以下のように設定している。
Ａ１：２〜４ｍｍ
Ａ２：２〜４ｍｍ
Ｂ：３〜６ｍｍ
Ｃ：２〜４ｍｍ
Ｄ：２〜１０度
Ｅ：２〜１５度
Ｆ：Ｒ３以上
なお、抜け勾配（Ｄ）と抜け勾配（Ｅ）については、Ｄ≦Ｅであるのが好ましい。以上のように寸法設定をすることで、リブを設けることなく樹脂部１０１の所定の強度を付与するとともに、成形時における溶融樹脂の流動性を確保することができる。

図６は、本発明のさらに他の実施の形態（第五実施形態）に係る樹脂巻き部品である樹脂プーリＳ３の断面説明図であり、この樹脂プーリＳ３は外周円筒部２１１の外周に複数のＶ溝２１５が形成されたＶリブタイプの樹脂プーリである。この樹脂プーリＳ３においても、外輪２２１の外周面に形成される凹凸面は、その凹部と凸部のうち少なくとも一方にＲ面が形成されており、第一実施形態乃至第三実施形態と同様の作用効果を奏する。
また、樹脂プーリＳ３も、樹脂プーリＳ２と同様に各部の肉厚が最適化されている。具体的には、図６に示される外周円筒部２１１の厚さ（Ｇ）を２ｍｍ以上に設定する以外は、図５に示される樹脂プーリＳ２と同様の寸法設定をしている。これにより、リブを設けることなく樹脂部２０１の所定の強度を付与するとともに、成形時における溶融樹脂の流動性を確保することができる。

なお、前記全ての実施の形態に係る樹脂巻き部品である樹脂プーリのいずれにおいても、金属部材（外輪）の外周面に形成された凹凸面の外径（凸部の外径）は、金属部材（外輪）の外周面の外径と同じか、あるいは小さくなるように設定されている。
すなわち、図７は、外輪２１（１２１，２２１）の外周面及び凹凸面の凸部の外径を示す断面説明図であるが、同図に示すように、外輪２１（１２１，２２１）の凹凸面の凸部をＷ、外輪２１（１２１，２２１）の外周面の外径寸法をＸ、凸部Ｗの外径寸法をＹとすると、Ｘ≧Ｙになるように設定されている。

本発明の樹脂巻き部品の一実施の形態の断面説明図である。図１の樹脂巻き部品における金属部材外周面と樹脂部との密着部分の断面説明図である。金属部材外周面と樹脂部との密着部分の他の例を示す断面説明図である。金属部材外周面と樹脂部との密着部分のさらに他の例を示す断面説明図である。本発明の樹脂巻き部品の他の実施の形態の断面説明図である。本発明の樹脂巻き部品のさらに他の実施の形態の断面説明図である。金属部材の外周面及び凹凸面の凸部の外径を示す断面説明図である。従来のローレット加工が施された軸受外輪の斜視説明図である。従来のローレット加工が施された金属部材外周面と樹脂部との密着部分の断面説明図である。

符号の説明

１樹脂部
２転がり軸受
１１外周円筒部
１２内周円筒部
１２ｂ突出部
１３円板部
１４リブ
２１外輪
３０ローレット加工
３１外輪
３２角部
３３角部
Ｓ１樹脂プーリ
Ｓ２樹脂プーリ
Ｓ３樹脂プーリ

Claims

環状の金属部材の外周に環状の樹脂部を一体成形した樹脂巻き部品であって、前記樹脂部が固着される金属部材の外周面に、凹部と凸部とからなる凹凸面が形成されており、この凹凸面の凹部と凸部のうち少なくとも一方に応力集中を緩和するＲ面が形成されていることを特徴とする樹脂巻き部品。
前記凹凸面が曲面で構成されている請求項１に記載の樹脂巻き部品。