JP5906592B2

JP5906592B2 - プーリ装置

Info

Publication number: JP5906592B2
Application number: JP2011140761A
Authority: JP
Inventors: 昌大喜多; 康浩石森; 磯　賢一; 賢一磯
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2011-06-24
Filing date: 2011-06-24
Publication date: 2016-04-20
Anticipated expiration: 2031-06-24
Also published as: JP2013007449A

Description

本発明は、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３〜６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５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５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６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３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７〜８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３〜６参照）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。

但し、上述の様な特許文献２に記載されている従来構造では、前記ローレット目２５の各凹部２３、２３及び凸部２４、２４の数、形状及び寸法を特に規制していなかった。この為、これら各凹部２３、２３の数が少なかったり、これら各凹部２３、２３の周方向長さが十分でないと、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）を支承できなくなる可能性がある。又、前記各凹部２３、２３の数が多過ぎたり、これら各凹部２３、２３の径方向深さが大き過ぎると、前記プーリ１ａを構成する合成樹脂の一部が、これら各凹部２３、２３内全体に行き渡らず、このプーリ１ａの内周面と前記外輪１５ａの外周面との間に隙間が生じ、これらプーリ１ａと外輪１５ａとががたついたり、これら両部材１ａ、１５ａの結合強度を十分に確保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、ローレット目の数、形状及び寸法を適切に規制する事で、プーリと外輪との間でクリープが発生する事を確実に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により、保持固定している。尚、具体的には、前記外輪を、この外輪の外周面の軸方向全長が前記プーリに覆われる状態でモールドする。

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ローレット目を形成している。そして、これら各凹部及び凸部の数、形状及び寸法が、次の（１）〜（４）の総ての条件を満たす様に規制している。
（１）前記各凹部の数は５０〜３３０個とする。
（２）これら各凹部の内側面のうち、前記各凸部の先端面との連続部に、周方向に関して互いに対向する段差面を設けており、これら両段差面の交差角度をθとした場合に、この交差角度θを６０度≦θ≦１４０度とする。
（３）前記凹部の径方向深さｈと、前記凸部の先端面の外接円の直径（これら各凸部の山径）Ｄとが、０．００２Ｄ≦ｈ≦（０．２５／３９）Ｄの関係を満たす。
（４）前記凹部の底面の周方向長さを、前記凸部の先端面の周方向長さ以上とする。
以上の様な構成を有する本発明を実施する場合に、前記（４）の条件として具体的には、前記凹部の底面の周方向長さを０ｍｍにすると共に、前記凸部の先端面の周方向長さを０ｍｍとする構成を採用できる。

上述の様に構成する本発明のプーリ装置の場合には、外輪の外周面に形成されたローレット目の各凹部及び凸部の数、形状及び寸法を適正に規制する事で、プーリとこの外輪との間でクリープが発生する事を確実に防止できる。

本発明に関連する参考例の１例を示す、転がり軸受の斜視図。図１の部分拡大ａ−ａ断面図。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３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７のｂ−ｂ断面図。

図１〜２は、本発明に関連する参考例の１例を示している。尚、本参考例の特徴は、プーリと外輪との間でクリープが発生する事を確実に防止するプーリ装置を実現すべく、このプーリ装置の外輪１５ｂの外周面の一部に設けたローレット目２５ａの凹部２３ａ、２３ａ及び凸部２４ａ、２４ａの数、形状及び寸法を工夫した点にある。その他の部分の構造及び作用は、前述の図３〜６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。

本参考例のプーリ装置の転がり軸受１３ａを構成する外輪１５ｂは、外径が３５〜６５mmで、外周面の一部に係止溝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凹部２３ａ、２３ａと凸部２４ａ、２４ａとを全周に亙って交互に配置して成る、ローレット目２５ａを形成している。そして、前記各凹部２３ａ、２３ａに、プーリ１ｂ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１ｂの内周面に、それぞれが軸方向に長い突条２６ａ、２６ａを形成している。これら各突条２６ａ、２６ａと前記外輪１５ｂのローレット目２５ａとの係合により、前記プーリ１ｂとこの外輪１５ｂとの間のクリープの発生を防止している。尚、前記ローレット目２５ａの幅Ｗ_２５は、外輪１５ｂの幅をＷ_１５とした場合、０．１０Ｗ_１５≦Ｗ_２５≦０．２５Ｗ_１５とする。Ｗ_２５＜０．１０Ｗ_１５とした場合、前記プーリ１ｂとこの外輪１５ｂとの間に加わるトルク（クリープ荷重）を支承できなくなる可能性があり、好ましくない。一方、Ｗ_２５＞０．２５Ｗ_１５とした場合、ローレット加工により前記ローレット目２５ａを形成する事が難しくなる。

このうち、前記各凹部２３ａ、２３ａの数は、合計で５０〜３３０個としている。この各凹部２３ａ、２３ａの数、即ち、前記各突条２６ａ、２６ａの数が５０個未満の場合、これら各突条２６ａ、２６ａの数が十分ではなくなり、前記プーリ１ｂと前記外輪１５ｂとの間に加わるトルク（クリープ荷重）を支承できなくなる可能性がある。これに対して、前記各凹部２３ａ、２３ａの数が３３０個を超えると、前記プーリ１ｂを構成する合成樹脂の一部を進入させようとしても、これら各凹部２３ａ、２３ａ全体にこの合成樹脂が行き渡らず、これら各凹部２３ａ、２３ａの底面２９、２９と、前記各突条２６ａ、２６ａの先端面との間に隙間が生じる可能性がある。又、これら各突条２６ａ、２６ａの周方向長さが小さくなり、これら各突条２６ａ、２６ａの強度が低くなる為、前記プーリ１ｂと前記外輪１５ｂとの間に加わるトルク（クリープ荷重）を支承できなくなったり、このプーリ１ｂの耐久性を確保できない可能性がある。

又、前記各凹部２３ａ、２３ａの内側面のうち、前記各凸部２４ａ、２４ａの先端面２７、２７との連続部に、周方向に関して互いに対向する段差面２８、２８を設けており、これら両段差面２８、２８の交差角度θを、６０〜１４０度の範囲に規制している。この交差角度θが６０度未満の場合には、前記各凹部２３ａ、２３ａに、前記プーリ１ｂを構成する合成樹脂の一部を進入させようとしても、これら各凹部２３ａ、２３ａ全体にこの合成樹脂が行き渡らず、これら各凹部２３ａ、２３ａの底面２９、２９と、前記各突条２６ａ、２６ａの先端面との間に隙間が生じる可能性がある。一方、前記交差角度θが１４０度を超えた場合、前記各凹部２３ａ、２３ａの数を十分に（５０個以上）確保する事が難しくなるだけでなく、前記各段差面２８、２８と前記各突条２６ａ、２６ａとの当接面の圧力角が小さくなる。これらにより、前記外輪１５ｂの外周面に対して前記プーリ１ｂの内周面が滑り易くなり、クリープ防止効果を十分に得る事ができない。

又、前記各凹部２３ａ、２３ａの径方向深さｈと、前記各凸部２４ａ、２４ａの先端面の外接円の直径（これら各凸部２４ａ、２４ａの山径）Ｄとは、ｈ≦０．０５５Ｄの関係を満たしている。ｈ＞０．０５５Ｄの場合には、前記プーリ１ｂを構成する合成樹脂の一部を進入させようとしても、これら各凹部２３ａ、２３ａ全体にこの合成樹脂が行き渡りにくくなり、これら各凹部２３ａ、２３ａの底面２９、２９と、前記各突条２６ａ、２６ａの先端面との間に隙間が生じる可能性がある。尚、ｈ＜０．００２Ｄとした場合、前記各凹部２３ａ、２３ａと前記各突条２６ａ、２６ａとの結合強度を十分に確保できず、前記プーリ１ｂと前記外輪１５ｂとの間に加わるトルク（クリープ荷重）を支承できなくなる可能性があり、好ましくない。

更に、前記各凹部２３ａ、２３ａの底面２９の周方向長さＬ_２９を、前記各凸部２４ａ、２４ａの先端面２７の周方向長さＬ_２７以上（Ｌ_２９≧Ｌ_２７）としている。前記底面２９の長さ寸法Ｌ_２９がこの先端面２７の長さ寸法Ｌ_２７よりも小さい（Ｌ_２９＜Ｌ_２７）場合、前記各突条２６ａ、２６ａの強度を十分に確保する事が難しく、前記プーリ１ｂと前記外輪１５ｂとの間に加わるトルク（クリープ荷重）を支承できなくなる可能性がある。

本発明の効果を確認する為に行った実験に就いて、以下に説明する。この実験では、外周面の一部に、下記の表１に示した、本発明の技術的範囲に属する１種類（実施例１）と、この発明の技術的範囲から外れる２種類（比較例１、２）との合計３種類の、互いに異なる凹部及び凸部の数、形状及び寸法を有するローレット目を形成した、ＪＩＳ呼び番号が６２０３の単列深溝型玉軸受（内径１７mm、外径４０mm、幅１２mm）を用意した。尚、係止溝の幅寸法は何れも２．３６mmとし、ローレット目の幅寸法は実施例１及び比較例１の場合には１．４８mm、比較例２の場合には１．５７mmとした。

上述の表１に示した各例の外輪に、前記図６に示した様な金型２０を用いて、合成樹脂を射出し、これら各外輪の外周面にプーリを形成し、プーリ装置とした。この合成樹脂材料として、ガラス繊維を３５％含有したポリアミド６６樹脂（ＰＡ６６ＧＦ３５）を使用し、前記プーリの外径寸法は７０mm、幅寸法は２４mmとした。
この様にして得られた各プーリ装置を、１２０度の高温下で１時間放置した後に、前記プーリを回転不能に固定し、前記外輪に回転方向の力を加えた。この状態で、これらプーリと外輪との間でクリープが発生（この外輪が、このプーリに対して相対回転）した時のトルクの大きさを測定した。

上述の様な実験の結果を表した表２の記載から、前記トルクの大きさが、比較例２に対して、比較例１の場合には２５％向上し、更に実施例１の場合には５０％向上している事が分かる。以上の実験により、本発明によれば、前記特許文献２に記載された構造を有するプーリ装置に於いて、プーリと外輪との間で支承できるトルクの大きさを確実に向上させられる事を確認できた。
尚、本発明は、凹部の底面の周方向長さを０ｍｍにすると共に、凸部の先端面の周方向長さを０ｍｍに規制しているが、その他の条件に関しては、前述した参考例の１例と同様である。

１、１ａ、１ｂ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、１５ｂ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、２３ａ凹部
２４、２４ａ凸部
２５、２５ａローレット目
２６、２６ａ突条
２７先端面
２８段差面
２９底面

Claims

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、このプーリの射出成型時に、この外輪の外周面の軸方向全長が覆われる状態でモールドする事で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ローレット目を形成しており、これら各凹部の数を５０〜３３０個とし、これら各凹部の内側面のうち、前記各凸部の先端面との連続部に、互いに対向する段差面を設けており、これら両段差面同士の交差角度をθとした場合に、この交差角度θを６０度≦θ≦１４０度の範囲に規制しており、前記凹部の径方向深さｈと、前記凸部の先端面の外接円の直径Ｄとが、０．００２Ｄ≦ｈ≦（０．２５／３９）Ｄの関係を満たし、前記凹部の底面の周方向長さＬ_２９が０ｍｍであり、前記凸部の先端面の周方向長さＬ_２７が０ｍｍである事を特徴とするプーリ装置。