合成樹脂製プーリ
【課題】軽量化と、オフセット荷重に対する応力集中回避可能な合成樹脂製プーリの提供。
【解決手段】外径側円筒部４、内径側円筒部６、これらを軸方向に対して所定の肉厚Ｔで連結する連結部８、連結部の周面部８ｓに放射状に、周方向に対して所定の肉厚で軸方向へ突設され、外径側が外径側円筒部、内径側が内径側円筒部と結合する複数のリブ１０を備えたプーリ２において、リブは、軸方向への突設端面１０ｓが外径側円筒部の内周面と連続する部分、内径側円筒部の外周面と連続する部分を、いずれも軸方向へ凹ませて内周面及び外周面と結合させる外径側突設端面円弧部１４及び内径側突設端面円弧部１６を有し、外径側突設端面円弧部は外径端から内径側へ向かうに従って、内径側突設端面円弧部は内径端から外径側へ向かうに従っていずれも連結部の周面部からの突出高さが徐々に低くなる凹円弧状とする。
【解決手段】外径側円筒部４、内径側円筒部６、これらを軸方向に対して所定の肉厚Ｔで連結する連結部８、連結部の周面部８ｓに放射状に、周方向に対して所定の肉厚で軸方向へ突設され、外径側が外径側円筒部、内径側が内径側円筒部と結合する複数のリブ１０を備えたプーリ２において、リブは、軸方向への突設端面１０ｓが外径側円筒部の内周面と連続する部分、内径側円筒部の外周面と連続する部分を、いずれも軸方向へ凹ませて内周面及び外周面と結合させる外径側突設端面円弧部１４及び内径側突設端面円弧部１６を有し、外径側突設端面円弧部は外径端から内径側へ向かうに従って、内径側突設端面円弧部は内径端から外径側へ向かうに従っていずれも連結部の周面部からの突出高さが徐々に低くなる凹円弧状とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ベルト伝動機構、例えば、自動車において、エアコンディショナ用コンプレッサ等の補機を無端ベルトにより駆動する機構や、クランクシャフトの端部に固定したクランクプーリとカムシャフトの端部に固定したカムプーリとの間でタイミングベルトにより回転力を伝達する機構などに組み込んで使用される合成樹脂製のガイドプーリやテンションプーリ等の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
ベルト伝動機構に組み込まれて使用されるガイドプーリやテンションプーリなどのプーリとして、軽量化やコストの低減化を図るべく、従来から合成樹脂製のプーリが使用されている(特許文献１参照)。
図４には、このような合成樹脂製プーリを組み込んだプーリ装置の一構成例を示している。かかるプーリ装置は、外周面にベルトを架け渡すための合成樹脂製のプーリ５０と、当該プーリ５０を支持軸(図示しない)などに回転自在に支持するための軸受(一例として、単列深溝型のラジアル玉軸受)７０から構成される。軸受７０は、外周面に単列の内輪軌道７２ｒを有する内輪７２と、内周面に前記内輪軌道７２ｒと対向する外輪軌道７４ｒを有する外輪７４と、これら内輪軌道７２ｒと外輪軌道７４ｒとの間に転動自在に配された複数の転動体(一例として、玉)７６を備えている。そして、かかる軸受７０の外輪７４の外周部に対し、プーリ５０が固設されている。
【０００３】
プーリ５０は、互いに同心をなすように配された２つの円筒部(外径側円筒部５２及び内径側円筒部５４)と、これらの円筒部５２,５４を相互に連結する円環状の連結部５６を備えている。連結部５６は、外径側円筒部５２の内周面の軸方向(図４においては、左右方向)の中間部位と、内径側円筒部５４の外周面の軸方向の中間部位との間の円周域を、所定の肉厚(軸方向に対する厚み)で延設している。そして、連結部５６の軸方向両側の周面部には、それぞれ複数本ずつの補強片(リブ)５８が放射状に、周方向に対して所定の肉厚で軸方向へ突設されている。これらのリブ５８は、その外径側が外径側円筒部５２の内周面と、その内径側が内径側円筒部５４の外周面とそれぞれ結合している。また、各リブ５８は、軸方向に対して連結部５６の周面部とは反対側の端面(軸方向への突設端面、以下、軸方向突設端面という)５８ｓが外径側円筒部５２の内周面と連続する部分を、軸方向に対して当該連結部５６の周面部側へ凹ませた構造となっている。すなわち、かかる連続部分は、各リブ５８と外径側円筒部５２の内周面との結合部位(図４に示すＪ１)と、これら各リブ５８と内径側円筒部５４の外周面との結合部位(同、Ｊ２)とを結ぶ直線を母線とする仮想円すい曲面(同、Ｓ)よりも、軸方向に対して連結部５６の周面部側へ凹むように湾曲している(以下、当該湾曲部分を湾曲部５８ｒという)。これらの湾曲部５８ｒにより、各リブ５８の軸方向突設端面５８ｓの外径側端部と、外径側円筒部５２の内周面とが滑らかに連続されている。
【０００４】
ところで、合成樹脂製のプーリ５０を使用した場合、金属製のプーリを使用した場合に比べて装置自体の強度は劣ることとなる。このため、外径側円筒部５２の内周面と内径側円筒部５４の外周面の間に連結部５６を延設するとともに、複数本のリブ５８を介在させることで、プーリ５０の強度の向上を図っている。
また、各リブ５８に対して湾曲部５８ｒを形成することで、プーリ５０を省スペース化し、結果的にその軽量化を図っている。すなわち、リブ５８の軸方向突設端面５８ｓを前記仮想円すい曲面Ｓと一致させた場合のプーリ構成と比較して、湾曲部５８ｒの分だけリブ５８を小さくできるとともに、周辺部材との干渉も防止可能な構成となる。
【０００５】
しかしながら、このように各リブ５８に対して湾曲部５８ｒを形成した場合、当該湾曲部５８ｒを形成しないリブ構造(一例として、リブ５８の軸方向突設端面５８ｓを前記仮想円すい曲面Ｓと一致させたリブ構造)と比べ、プーリ５０の強度の低下を招き易い。したがって、例えば、プーリ５０に架け渡した無端ベルトから過大な荷重が負荷された場合、当該プーリ５０が一部のリブ５８の湾曲部５８ｒに沿って撓み、当該リブ５８の軸方向突設端面５８ｓが外径側円筒部５２の内周面と連続する部分(端的には湾曲部５８ｒ)に破損などの損傷が生じる虞がある。
そこで、上記のようにリブ５８に対して湾曲部５８ｒを形成することに加えて、当該リブ５８の外径側が外径側円筒部５２の内周面と結合する部分の周方向の両側(リブ５８の外径側周方向両端部)を、凹円弧状に滑らかに連続させることで(以下、当該凹円弧状部分を外径側周方向円弧部という)、強度向上を図ったプーリ構成も知られている(特許文献２参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２９０４０２号公報
【特許文献２】特開２００５−１２７４６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、このように湾曲部５８ｒに加えて前記外径側周方向円弧部を形成したプーリ構成であっても、例えば、プーリ５０に架け渡した無端ベルトから負荷される荷重がオフセットされた場合、当該オフセット荷重に対する応力が、リブ５８の軸方向突設端面５８ｓと内径側円筒部５４の外周面とが連続する部分(図４において、Ｊ２で示す部分)に集中してしまう虞がある。したがって、かかる構成とした場合であっても、上述したようなオフセット荷重が負荷された際、当該オフセット荷重に対する応力が特定の箇所(特に、前記連続部分)に集中することを回避し、当該応力を緩和させるには不十分であることは否めない。
【０００８】
本発明は、このような課題を解決するためになされており、その目的は、軽量化を図りつつ、オフセット荷重が負荷された場合であっても、当該オフセット荷重に対する応力の集中を回避し、当該応力をプーリ全体で確実に緩和させることが可能な合成樹脂製プーリを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このような目的を達成するために、本発明に係る合成樹脂製プーリは、外周面にベルトを架け渡すための外径側円筒部と、前記外径側円筒部の内径側に当該外径側円筒部と同心に配された内径側円筒部と、前記外径側円筒部の内周面の軸方向中間部位と前記内径側円筒部の外周面の軸方向中間部位との間の円周域へ軸方向に対して所定の肉厚で延設され、これら外径側円筒部と内径側円筒部とを連結する円環状の連結部と、前記連結部の軸方向両側の周面部にそれぞれ放射状に、周方向に対して所定の肉厚で軸方向へ突設され、外径側が前記外径側円筒部と、内径側が前記内径側円筒部とそれぞれ結合する複数のリブとを備えている。かかる合成樹脂製プーリにおいて、前記リブは、軸方向への突設端面が前記外径側円筒部の内周面と連続する部分を、軸方向へ凹ませて当該外径側円筒部の内周面と結合させる外径側突設端面円弧部を有するとともに、前記突設端面が前記内径側円筒部の外周面と連続する部分を、軸方向へ凹ませて当該内径側円筒部の外周面と結合させる内径側突設端面円弧部を有している。そして、前記外径側突設端面円弧部は、その外径端から内径側へ向かうに従って前記連結部の周面部からの突出高さが徐々に低くなる凹円弧状をなすとともに、前記内径側突設端面円弧部は、その内径端から外径側へ向かうに従って前記連結部の周面部からの突出高さが徐々に低くなる凹円弧状をなす。
【００１０】
この場合、前記外径側円弧部は、その曲率半径を５ｍｍ以上、１４ｍｍ以下に設定するとともに、前記内径側円弧部は、その曲率半径を１ｍｍ以上、２０ｍｍ以下に設定することが好ましい。
また、前記外径側円弧部と前記内径側円弧部とは滑らかに連続させ、前記リブの突設端面の全体が軸方向に対して１つの凹曲面状をなすように構成すればよい。
さらに、前記連結部の軸方向に対する肉厚は、前記リブの周方向に対する肉厚よりも大寸に設定すればよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、軽量化を図りつつ、オフセット荷重が負荷された場合であっても、当該オフセット荷重に対する応力の集中を回避し、当該応力をプーリ全体で確実に緩和させることが可能な合成樹脂製プーリを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る合成樹脂製プーリの構成を示す図であって、(ａ)は、要部断面図、(ｂ)は、外径側突設端面円弧部及び内径側突設端面円弧部に設定する曲率半径の説明図である。要部断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る合成樹脂製プーリの構成を示す図であって、(ａ)は、全体構成を示す平面図、(ｂ)は、同図(ａ)の要部を拡大して示す平面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る合成樹脂製プーリの応力緩和効果を検証するための試験結果を被験体(プーリ)ごとに示す図である。
【図４】従来の合成樹脂製プーリの構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の合成樹脂製プーリについて、添付図面を参照して説明する。本発明に係る合成樹脂製プーリは、所定のベルト伝動機構、例えば、自動車において、エアコンディショナ用コンプレッサ等の補機を無端ベルトにより駆動する機構や、クランクシャフトの端部に固定したクランクプーリとカムシャフトの端部に固定したカムプーリとの間でタイミングベルトにより回転力を伝達する機構などに組み込んで使用されること、すなわち、ガイドプーリやテンションプーリ等として構成することを想定可能であるが、これに限定されるものではない。なお、本発明に係るプーリを構成する合成樹脂としては、ポリアミド６、ポリアミド６６、ポリアミド４６、ポリアミド１２、ポリアミド６１２などのポリアミド樹脂や、直鎖状あるいは分岐状のポリフェニレンサルファイド樹脂などを使用することが可能である。また、低吸水性、耐疲労性及び成形精度の向上を図るべく、２種類以上のポリアミド樹脂を混合して使用しても構わない。さらに、強度を高めるべく、繊維状充填剤(例えば、ガラス繊維やカーボン繊維など)や、粒子状充填剤(例えば、シリカやアルミナなど)を上記各種の合成樹脂に充填してもよい。
【００１４】
図１及び図２には、本発明の一実施形態に係る合成樹脂製プーリ(以下、単にプーリともいう)２の構成が示されている。
かかるプーリは、外周面にベルトを架け渡すための外径側円筒部４と、前記外径側円筒部４の内径側に当該外径側円筒部４と同心に配された内径側円筒部６と、前記外径側円筒部４の内周面の軸方向(図１(ａ)においては、左右方向)の中間部位と前記内径側円筒部６の外周面の軸方向中間部位との間の円周域へ軸方向に対して所定の肉厚(同図に示す寸法Ｔ)で延設され、これら外径側円筒部４と内径側円筒部６とを連結する円環状の連結部８と、前記連結部８の軸方向両側の周面部８ｓにそれぞれ放射状に、周方向に対して所定の肉厚(図２(ｂ)に示す寸法Ｗ)で軸方向へ突設され、外径側が前記外径側円筒部４と、内径側が前記内径側円筒部６とそれぞれ結合する複数のリブ１０とを備えている。
【００１５】
この場合、外径側円筒部４の軸方向に対する幅寸法は、内径側円筒部６の軸方向に対する幅寸法よりも全周に亘って大寸に設定され、これらの外径側円筒部４及び内径側円筒部６は、径方向に対する肉厚(各円筒部４,６の外内径寸法差)をそれぞれ一定に保つとともに、その軸方向の中間部位が互いに軸方向に対して同一の位相となるように配されている。なお、外径側円筒部４及び内径側円筒部６の各外内径寸法、径方向に対する肉厚、軸方向に対する幅寸法などは、プーリ２が組み込まれるベルト伝動機構の構成に応じて任意に設定することが可能であり、ここでは特に限定しない。また、図２(ａ)には、連結部８の軸方向片側の周面部８ｓに４８個(軸方向両側で９６個を想定)のリブ１０を突設したプーリ２の構成を示しているが、リブ１０の突設数はこれに限定されるものではなく、任意に設定して構わない。いずれの突設数であっても、これらのリブ１０は、連結部８の周面部８ｓに放射状に等間隔で配するとともに、軸方向両側の２つの周面部８ｓで同じ数だけ周方向に同一位相で並び、一対となるように配することが好ましい。
【００１６】
内径側円筒部６の内周部には、軸受１２が配設されており、当該軸受１２により、プーリ２はベルト伝動機構の支持軸(図示しない)に回転自在に支持されている。図１(ａ)には、かかる軸受１２として、単列深溝型のラジアル玉軸受を適用した構成を一例として示しているが、軸受構成はこれに限定されるものではない。要するに、プーリ２をベルト伝動機構の支持軸に対して回転自在に支持することが可能であれば、いかなる軸受構成(例えば、軸受タイプ、外内輪及び転動体の形状、保持器及び密封部材の有無などは不問)であっても構わない。
これらのプーリ２及び軸受１２により、１つのプーリ装置が構成される。そして、かかるプーリ装置は、所定の支持軸(例えば、エンジンのシリンダブロックの固定部分に配設されたシャフトなど)に軸受１２の内輪１２ａを外嵌固定し、プーリ２の外径側円筒部４の外周面に無端ベルト(図示しない)を架け渡した状態で、当該無端ベルトの走行に伴ってプーリ２を回転させ、ベルトの巻き付け角度や張力などを調整、確保する。
【００１７】
なお、プーリ２は、内径側円筒部６を軸受１２の外輪１２ｂの外周部に射出成形によって固設されている。すなわち、軸受１２をインサート部品とし、外輪１２ｂの外周部を成形体(成形後にプーリ２となる構造体)の内周側にモールドした状態で、金型内に設けたプーリ２の外郭形状に対応した内郭形状を有するキャビティ内に、溶融した上述の各種合成樹脂(熱可塑性樹脂)を注入する。そして、注入した熱可塑性樹脂を冷却、固化させた後に前記金型を開き、成形体であるプーリ２を軸受１２とともにキャビティ内から取り出せばよい。
【００１８】
本実施形態において、リブ１０は、軸方向への突設端面１０ｓが外径側円筒部４の内周面と連続する部分を、軸方向へ凹ませて当該外径側円筒部４の内周面と結合させる外径側突設端面円弧部１４を有するとともに、前記突設端面１０ｓが内径側円筒部６の外周面と連続する部分を、軸方向へ凹ませて当該内径側円筒部６の外周面と結合させる内径側突設端面円弧部１６を有している。外径側突設端面円弧部１４は、その外径端(図１(ａ)においては、上端)から内径側(同、下側)へ向かうに従って連結部８の周面部８ｓからの突出高さが徐々に低くなる凹円弧状をなすとともに、内径側突設端面円弧部１６は、その内径端(同、下端)から外径側(同、上側)へ向かうに従って連結部８の周面部８ｓからの突出高さが徐々に低くなる凹円弧状をなしている。すなわち、リブ１０の突設端面１０ｓは、外径側突設端面円弧部１４によって外径側円筒部４の内周面といわゆるＲ状に連続し、内径側突設端面円弧部１６によって内径側円筒部６の外周面といわゆるＲ状に連続している。
【００１９】
なお、リブ１０の突設端面１０ｓに形成する外径側突設端面円弧部１４の曲率半径Ｒ１、及び内径側突設端面円弧部１６の曲率半径Ｒ２は、プーリ２の材質やリブ１０の大きさなどに応じて任意に設定することが可能である(図１(ｂ))。例えば、外径側突設端面円弧部１４は、その曲率半径Ｒ１を５ｍｍ以上、１４ｍｍ以下に設定するとともに、内径側突設端面円弧部１６は、その曲率半径Ｒ２を１ｍｍ以上、２０ｍｍ以下に設定すればよい。その際、外径側突設端面円弧部１４の曲率半径Ｒ１、及び内径側突設端面円弧部１６の曲率半径Ｒ２は、すべてのリブ１０(突設端面１０ｓ)で同一の設定とすればよい。ただし、これらの曲率半径Ｒ１,Ｒ２を所定のリブ１０ごとに異なる設定とすることも可能である。例えば、複数の曲率半径Ｒ１,Ｒ２に設定(一例として、Ｒ１を５ｍｍ、Ｒ２を１ｍｍに設定、及びＲ１を１０ｍｍ、Ｒ２を３ｍｍに設定)した外径側突設端面円弧部１４及び内径側突設端面円弧部１６を突設端面１０ｓにそれぞれ形成し、これらの異なる曲率半径Ｒ１,Ｒ２を有する複数組(一例として、上記のような二組)のリブ１０を周方向へ所定の位相で(一例として、交互に)並べた構成なども想定可能である。
【００２０】
また、図１(ａ)に示すように、外径側突設端面円弧部１４は、その外径端(同図においては、上端)を外径側円筒部４の内周縁と一致させた構成とし、内径側突設端面円弧部１６は、その内径端(同、下端)を内径側円筒部６の外周縁と一致させた構成とすることが好ましい。このような構成とすることで、後述するリブ１０の突設端面１０ｓと外径側円筒部４の内周面とが連続する部分、及び突設端面１０ｓと内径側円筒部６の外周面とが連続する部分に作用する応力の緩和効果をより高めることができる。ただし、外径側突設端面円弧部１４の外径端を外径側円筒部４の内周面上とした構成や、内径側突設端面円弧部１６の内径端を内径側円筒部６の外周面上とした構成とすることも想定可能である。
これらの外径側突設端面円弧部１４と内径側突設端面円弧部１６は、所定の凹部(段部)や凸部(角部)などを介して連続させてもよいが、双方を滑らかに連続させ、リブ１０の突設端面１０ｓの全体が軸方向に対して１つの凹曲面状をなすように構成することが好ましい。すなわち、リブ１０の突設端面１０ｓは、外径側円筒部４の内周面と連続する部分(外径側突設端面円弧部１４の外径端)から内径側円筒部６の外周面と連続する部分(内径側突設端面円弧部１６の内径端)に到るまでの全面を、２つの円弧を連続させて全体的に滑らかに凹ませた構成とすることが好ましい。
【００２１】
また、本実施形態において、連結部８の軸方向に対する肉厚Ｔは、リブ１０の周方向に対する肉厚Ｗよりも大寸に設定されている(Ｔ＞Ｗ)。この場合、連結部８は、外径側円筒部４の内周面の軸方向中間部位と内径側円筒部６の外周面の軸方向中間部位との間の円周域の全体に亘って均一の肉厚(軸方向に対する肉厚)Ｔで延設するとともに、すべてのリブ１０を同一の肉厚(周方向に対する肉厚)Ｗで前記連結部８の周面部８ｓに放射状に突設し、これらリブ１０の肉厚Ｗよりもかかる連結部８の肉厚Ｔの方が大寸となるように構成すればよい。なお、連結部８の肉厚Ｔとリブ１０の肉厚Ｗは、当該リブ１０の肉厚Ｗよりも前記連結部８の肉厚Ｔの方が大寸に設定されている限り、プーリ２の大きさや材質などに応じて任意に設定することが可能であり、特に限定されない。
【００２２】
このように、リブ１０の突設端面１０ｓに対し、外径側突設端面円弧部１４及び内径側突設端面円弧部１６を形成することで、例えば、プーリ２に架け渡した無端ベルトから負荷される荷重(一例として、モーメント荷重)がオフセットされた場合であっても、当該オフセット荷重に対する応力を、リブ１０の突設端面１０ｓと外径側円筒部４の内周面とが連続する部分、及び突設端面１０ｓと内径側円筒部６の外周面とが連続する部分のみに集中させることなく、外径側突設端面円弧部１４及び内径側突設端面円弧部１６の全体に前記応力を作用させることができる。すなわち、かかる応力を外径側突設端面円弧部１４及び内径側突設端面円弧部１６の全体に分散させることができ、前記連続部分に作用する応力を緩和させることが可能となる。
【００２３】
また、リブ１０の周方向に対する肉厚Ｗよりも連結部８の軸方向に対する肉厚Ｔを大寸に設定することで、連結部８にも前記応力を効果的に逃がすことができ、リブ１０に作用される当該応力を低減させることができる。この結果、リブ１０の突設端面１０ｓと外径側円筒部４の内周面とが連続する部分、及び突設端面１０ｓと内径側円筒部６の外周面とが連続する部分に作用する前記応力をさらに緩和させることが可能となる。
【００２４】
加えて、本実施形態においては、図２に示すように、突設端面１０ｓに外径側突設端面円弧部１４及び内径側突設端面円弧部１６を形成するだけでなく、リブ１０の外径側が外径側円筒部４と結合する部分の周方向の両側(リブ１０の外径側周方向両端部)を凹円弧状に滑らかに連続させる外径側周方向円弧部２０を設けるとともに、リブ１０の内径側が内径側円筒部６と結合する部分の周方向の両側(リブ１０の内径側周方向両端部)を凹円弧状に滑らかに連続させる内径側周方向円弧部２２を設けている。これにより、前記リブ１０の外径側周方向両端部、及び内径側周方向両端部の強度を高め、外径側突設端面円弧部１４及び内径側突設端面円弧部１６を形成することによるリブ１０の小型化によって生じ得るプーリ２の強度低下の防止を図っている。
【００２５】
上述したように、本実施形態においては、各種合成樹脂(熱可塑性樹脂)を射出することによりプーリ２を成形する場合を想定している。プーリ２をこのように射出成形した場合、成形時の質量が大きい部分は、冷却時の収縮変形が大きくなり、真円度が悪化する可能性がある。また、射出後の保圧時間が十分でない場合も同様の事態が生ずる虞がある。しかしながら、本実施形態においては、突設端面１０ｓに外径側突設端面円弧部１４及び内径側突設端面円弧部１６を形成することでリブ１０を小型化し、その質量を軽減させるとともに、リブ１０の周方向に対する肉厚Ｗよりも連結部８の軸方向に対する肉厚Ｔを大寸に設定することで、ゲートクローズまでの時間を引き延ばすことができる。したがって、プーリ２全体における冷却時の収縮変形を僅かに止めることが可能となるとともに、成形後の真円度悪化を有効に抑制することが可能となる。
【００２６】
以上のように、本実施形態に係るプーリ２によれば、軽量化を図りつつ、上述したようなオフセット荷重が負荷された場合であっても、当該オフセット荷重に対する応力の集中を回避し、当該応力をプーリ２全体で確実に緩和させることができる。すなわち、プーリ２の小型軽量化と、強度向上(耐久性向上)を同時に実現することが可能となる。
【００２７】
ここで、リブ１０の突設端面１０ｓに形成する外径側突設端面円弧部１４の曲率半径Ｒ１、及び内径側突設端面円弧部１６の曲率半径Ｒ２の設定をそれぞれ変化させ、これらを任意に組み合わせたリブ１０を構成することで、上述したようなオフセット荷重に対する応力の集中を回避し、当該応力を確実に緩和させ、プーリ２の破損防止を図ることが可能か否かを所定の試験により検証した。以下、その検証結果について説明する。
【００２８】
図３には、かかる試験における設定曲率半径Ｒ１,Ｒ２の組み合わせ、及び各組み合わせの検証結果をプーリ２の破損有無として示す。かかる試験においては、外径側突設端面円弧部１４の曲率半径Ｒ１を５ｍｍから１２ｍｍの範囲の所定値に設定するとともに、内径側突設端面円弧部１６の曲率半径Ｒ２を０ｍｍ(内径側突設端面円弧部１６が未形成の場合に相当)から２０ｍｍの範囲の所定値に設定したリブ１０を備えた１０個の被験体ａからｊ(プーリ２)を用意した。なお、外径側突設端面円弧部１４の曲率半径Ｒ１、及び内径側突設端面円弧部１６の曲率半径Ｒ２の設定以外の他のプーリ構成(材質、大きさ(外径側円筒部４及び内径側円筒部６の外内径寸法、肉厚、幅寸法、あるいはリブ１０の個数及び肉厚Ｗ、連結部８の肉厚Ｔなど)は、各被験体(プーリ２)で共通としている。そして、これらの被験体(プーリ２)に架け渡した無端ベルトから所定のラジアル荷重(２０００Ｎ)を負荷させた状態で、各被験体(プーリ２)を所定速度(各被験体(プーリ２)において共通)で１００時間にわたって回転させ、１００時間経過後に破損が確認されるか否かを調べた。なお、かかるベルトから所定のラジアル荷重(２０００Ｎ)を負荷させる際には、プーリ２(外径側円筒部４)の外周面の軸方向に対する幅寸法の１０％程度で前記ベルトがオフセットするように調整した。
【００２９】
図３から明らかなように、被験体ａからｊのうち、外径側突設端面円弧部１４の曲率半径Ｒ１を５ｍｍ、内径側突設端面円弧部１６の曲率半径Ｒ２を０ｍｍ(内径側突設端面円弧部１６が未形成の場合に相当)にそれぞれ設定した場合(被験体ａ)、及び曲率半径Ｒ１を４ｍｍ、曲率半径Ｒ２を１ｍｍにそれぞれ設定した場合(被験体ｃ)を除き、いずれの被験体(被験体ｂ,ｄからｊ)においても破損は確認されなかった。すなわち、被験体ｂ,ｄからｊにおいては、上述したようなオフセット荷重に対する応力の集中を回避し、当該応力を確実に緩和させる効果が認められることが検証できた。
なお、外径側突設端面円弧部１４の曲率半径Ｒ１を１４ｍｍよりも大寸に設定した場合、当該外径側突設端面円弧部１４が凹曲面状よりも平面状に近くなり(つまり、凹曲面状ではなく、略平面状となってしまい)、内径側突設端面円弧部１６の曲率半径Ｒ２を２０ｍｍよりも大寸に設定した場合も同様に、当該内径側突設端面円弧部１６が凹曲面状よりも平面状に近くなる。このため、いずれの場合もリブ１０の小型軽量化を図る上では不利な構成となり、結果として、プーリ２の重量増を招くことともなり、好ましくない。
【００３０】
したがって、かかる検証結果を踏まえれば、軽量化を図りつつ、上述したようなオフセット荷重が負荷された場合であっても、当該オフセット荷重に対する応力の集中を回避し、当該応力を確実に緩和させるという効果を最大限に発揮させるためには、外径側突設端面円弧部１４の曲率半径Ｒ１を５ｍｍ以上、１４ｍｍ以下に設定するとともに、内径側突設端面円弧部１６の曲率半径Ｒ２を１ｍｍ以上、２０ｍｍ以下に設定したプーリ構成とすることが好ましい。
【符号の説明】
【００３１】
２ プーリ
４ 外径側円筒部
６ 内径側円筒部
８ 連結部
８ｓ 連結部周面部
１０ リブ
１０ｓ リブ軸方向突設端面
１４ 外径側突設端面円弧部
１６ 内径側突設端面円弧部
Ｔ 連結部軸方向肉厚
Ｗ リブ周方向肉厚
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ベルト伝動機構、例えば、自動車において、エアコンディショナ用コンプレッサ等の補機を無端ベルトにより駆動する機構や、クランクシャフトの端部に固定したクランクプーリとカムシャフトの端部に固定したカムプーリとの間でタイミングベルトにより回転力を伝達する機構などに組み込んで使用される合成樹脂製のガイドプーリやテンションプーリ等の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
ベルト伝動機構に組み込まれて使用されるガイドプーリやテンションプーリなどのプーリとして、軽量化やコストの低減化を図るべく、従来から合成樹脂製のプーリが使用されている(特許文献１参照)。
図４には、このような合成樹脂製プーリを組み込んだプーリ装置の一構成例を示している。かかるプーリ装置は、外周面にベルトを架け渡すための合成樹脂製のプーリ５０と、当該プーリ５０を支持軸(図示しない)などに回転自在に支持するための軸受(一例として、単列深溝型のラジアル玉軸受)７０から構成される。軸受７０は、外周面に単列の内輪軌道７２ｒを有する内輪７２と、内周面に前記内輪軌道７２ｒと対向する外輪軌道７４ｒを有する外輪７４と、これら内輪軌道７２ｒと外輪軌道７４ｒとの間に転動自在に配された複数の転動体(一例として、玉)７６を備えている。そして、かかる軸受７０の外輪７４の外周部に対し、プーリ５０が固設されている。
【０００３】
プーリ５０は、互いに同心をなすように配された２つの円筒部(外径側円筒部５２及び内径側円筒部５４)と、これらの円筒部５２,５４を相互に連結する円環状の連結部５６を備えている。連結部５６は、外径側円筒部５２の内周面の軸方向(図４においては、左右方向)の中間部位と、内径側円筒部５４の外周面の軸方向の中間部位との間の円周域を、所定の肉厚(軸方向に対する厚み)で延設している。そして、連結部５６の軸方向両側の周面部には、それぞれ複数本ずつの補強片(リブ)５８が放射状に、周方向に対して所定の肉厚で軸方向へ突設されている。これらのリブ５８は、その外径側が外径側円筒部５２の内周面と、その内径側が内径側円筒部５４の外周面とそれぞれ結合している。また、各リブ５８は、軸方向に対して連結部５６の周面部とは反対側の端面(軸方向への突設端面、以下、軸方向突設端面という)５８ｓが外径側円筒部５２の内周面と連続する部分を、軸方向に対して当該連結部５６の周面部側へ凹ませた構造となっている。すなわち、かかる連続部分は、各リブ５８と外径側円筒部５２の内周面との結合部位(図４に示すＪ１)と、これら各リブ５８と内径側円筒部５４の外周面との結合部位(同、Ｊ２)とを結ぶ直線を母線とする仮想円すい曲面(同、Ｓ)よりも、軸方向に対して連結部５６の周面部側へ凹むように湾曲している(以下、当該湾曲部分を湾曲部５８ｒという)。これらの湾曲部５８ｒにより、各リブ５８の軸方向突設端面５８ｓの外径側端部と、外径側円筒部５２の内周面とが滑らかに連続されている。
【０００４】
ところで、合成樹脂製のプーリ５０を使用した場合、金属製のプーリを使用した場合に比べて装置自体の強度は劣ることとなる。このため、外径側円筒部５２の内周面と内径側円筒部５４の外周面の間に連結部５６を延設するとともに、複数本のリブ５８を介在させることで、プーリ５０の強度の向上を図っている。
また、各リブ５８に対して湾曲部５８ｒを形成することで、プーリ５０を省スペース化し、結果的にその軽量化を図っている。すなわち、リブ５８の軸方向突設端面５８ｓを前記仮想円すい曲面Ｓと一致させた場合のプーリ構成と比較して、湾曲部５８ｒの分だけリブ５８を小さくできるとともに、周辺部材との干渉も防止可能な構成となる。
【０００５】
しかしながら、このように各リブ５８に対して湾曲部５８ｒを形成した場合、当該湾曲部５８ｒを形成しないリブ構造(一例として、リブ５８の軸方向突設端面５８ｓを前記仮想円すい曲面Ｓと一致させたリブ構造)と比べ、プーリ５０の強度の低下を招き易い。したがって、例えば、プーリ５０に架け渡した無端ベルトから過大な荷重が負荷された場合、当該プーリ５０が一部のリブ５８の湾曲部５８ｒに沿って撓み、当該リブ５８の軸方向突設端面５８ｓが外径側円筒部５２の内周面と連続する部分(端的には湾曲部５８ｒ)に破損などの損傷が生じる虞がある。
そこで、上記のようにリブ５８に対して湾曲部５８ｒを形成することに加えて、当該リブ５８の外径側が外径側円筒部５２の内周面と結合する部分の周方向の両側(リブ５８の外径側周方向両端部)を、凹円弧状に滑らかに連続させることで(以下、当該凹円弧状部分を外径側周方向円弧部という)、強度向上を図ったプーリ構成も知られている(特許文献２参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２９０４０２号公報
【特許文献２】特開２００５−１２７４６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、このように湾曲部５８ｒに加えて前記外径側周方向円弧部を形成したプーリ構成であっても、例えば、プーリ５０に架け渡した無端ベルトから負荷される荷重がオフセットされた場合、当該オフセット荷重に対する応力が、リブ５８の軸方向突設端面５８ｓと内径側円筒部５４の外周面とが連続する部分(図４において、Ｊ２で示す部分)に集中してしまう虞がある。したがって、かかる構成とした場合であっても、上述したようなオフセット荷重が負荷された際、当該オフセット荷重に対する応力が特定の箇所(特に、前記連続部分)に集中することを回避し、当該応力を緩和させるには不十分であることは否めない。
【０００８】
本発明は、このような課題を解決するためになされており、その目的は、軽量化を図りつつ、オフセット荷重が負荷された場合であっても、当該オフセット荷重に対する応力の集中を回避し、当該応力をプーリ全体で確実に緩和させることが可能な合成樹脂製プーリを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このような目的を達成するために、本発明に係る合成樹脂製プーリは、外周面にベルトを架け渡すための外径側円筒部と、前記外径側円筒部の内径側に当該外径側円筒部と同心に配された内径側円筒部と、前記外径側円筒部の内周面の軸方向中間部位と前記内径側円筒部の外周面の軸方向中間部位との間の円周域へ軸方向に対して所定の肉厚で延設され、これら外径側円筒部と内径側円筒部とを連結する円環状の連結部と、前記連結部の軸方向両側の周面部にそれぞれ放射状に、周方向に対して所定の肉厚で軸方向へ突設され、外径側が前記外径側円筒部と、内径側が前記内径側円筒部とそれぞれ結合する複数のリブとを備えている。かかる合成樹脂製プーリにおいて、前記リブは、軸方向への突設端面が前記外径側円筒部の内周面と連続する部分を、軸方向へ凹ませて当該外径側円筒部の内周面と結合させる外径側突設端面円弧部を有するとともに、前記突設端面が前記内径側円筒部の外周面と連続する部分を、軸方向へ凹ませて当該内径側円筒部の外周面と結合させる内径側突設端面円弧部を有している。そして、前記外径側突設端面円弧部は、その外径端から内径側へ向かうに従って前記連結部の周面部からの突出高さが徐々に低くなる凹円弧状をなすとともに、前記内径側突設端面円弧部は、その内径端から外径側へ向かうに従って前記連結部の周面部からの突出高さが徐々に低くなる凹円弧状をなす。
【００１０】
この場合、前記外径側円弧部は、その曲率半径を５ｍｍ以上、１４ｍｍ以下に設定するとともに、前記内径側円弧部は、その曲率半径を１ｍｍ以上、２０ｍｍ以下に設定することが好ましい。
また、前記外径側円弧部と前記内径側円弧部とは滑らかに連続させ、前記リブの突設端面の全体が軸方向に対して１つの凹曲面状をなすように構成すればよい。
さらに、前記連結部の軸方向に対する肉厚は、前記リブの周方向に対する肉厚よりも大寸に設定すればよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、軽量化を図りつつ、オフセット荷重が負荷された場合であっても、当該オフセット荷重に対する応力の集中を回避し、当該応力をプーリ全体で確実に緩和させることが可能な合成樹脂製プーリを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る合成樹脂製プーリの構成を示す図であって、(ａ)は、要部断面図、(ｂ)は、外径側突設端面円弧部及び内径側突設端面円弧部に設定する曲率半径の説明図である。要部断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る合成樹脂製プーリの構成を示す図であって、(ａ)は、全体構成を示す平面図、(ｂ)は、同図(ａ)の要部を拡大して示す平面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る合成樹脂製プーリの応力緩和効果を検証するための試験結果を被験体(プーリ)ごとに示す図である。
【図４】従来の合成樹脂製プーリの構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の合成樹脂製プーリについて、添付図面を参照して説明する。本発明に係る合成樹脂製プーリは、所定のベルト伝動機構、例えば、自動車において、エアコンディショナ用コンプレッサ等の補機を無端ベルトにより駆動する機構や、クランクシャフトの端部に固定したクランクプーリとカムシャフトの端部に固定したカムプーリとの間でタイミングベルトにより回転力を伝達する機構などに組み込んで使用されること、すなわち、ガイドプーリやテンションプーリ等として構成することを想定可能であるが、これに限定されるものではない。なお、本発明に係るプーリを構成する合成樹脂としては、ポリアミド６、ポリアミド６６、ポリアミド４６、ポリアミド１２、ポリアミド６１２などのポリアミド樹脂や、直鎖状あるいは分岐状のポリフェニレンサルファイド樹脂などを使用することが可能である。また、低吸水性、耐疲労性及び成形精度の向上を図るべく、２種類以上のポリアミド樹脂を混合して使用しても構わない。さらに、強度を高めるべく、繊維状充填剤(例えば、ガラス繊維やカーボン繊維など)や、粒子状充填剤(例えば、シリカやアルミナなど)を上記各種の合成樹脂に充填してもよい。
【００１４】
図１及び図２には、本発明の一実施形態に係る合成樹脂製プーリ(以下、単にプーリともいう)２の構成が示されている。
かかるプーリは、外周面にベルトを架け渡すための外径側円筒部４と、前記外径側円筒部４の内径側に当該外径側円筒部４と同心に配された内径側円筒部６と、前記外径側円筒部４の内周面の軸方向(図１(ａ)においては、左右方向)の中間部位と前記内径側円筒部６の外周面の軸方向中間部位との間の円周域へ軸方向に対して所定の肉厚(同図に示す寸法Ｔ)で延設され、これら外径側円筒部４と内径側円筒部６とを連結する円環状の連結部８と、前記連結部８の軸方向両側の周面部８ｓにそれぞれ放射状に、周方向に対して所定の肉厚(図２(ｂ)に示す寸法Ｗ)で軸方向へ突設され、外径側が前記外径側円筒部４と、内径側が前記内径側円筒部６とそれぞれ結合する複数のリブ１０とを備えている。
【００１５】
この場合、外径側円筒部４の軸方向に対する幅寸法は、内径側円筒部６の軸方向に対する幅寸法よりも全周に亘って大寸に設定され、これらの外径側円筒部４及び内径側円筒部６は、径方向に対する肉厚(各円筒部４,６の外内径寸法差)をそれぞれ一定に保つとともに、その軸方向の中間部位が互いに軸方向に対して同一の位相となるように配されている。なお、外径側円筒部４及び内径側円筒部６の各外内径寸法、径方向に対する肉厚、軸方向に対する幅寸法などは、プーリ２が組み込まれるベルト伝動機構の構成に応じて任意に設定することが可能であり、ここでは特に限定しない。また、図２(ａ)には、連結部８の軸方向片側の周面部８ｓに４８個(軸方向両側で９６個を想定)のリブ１０を突設したプーリ２の構成を示しているが、リブ１０の突設数はこれに限定されるものではなく、任意に設定して構わない。いずれの突設数であっても、これらのリブ１０は、連結部８の周面部８ｓに放射状に等間隔で配するとともに、軸方向両側の２つの周面部８ｓで同じ数だけ周方向に同一位相で並び、一対となるように配することが好ましい。
【００１６】
内径側円筒部６の内周部には、軸受１２が配設されており、当該軸受１２により、プーリ２はベルト伝動機構の支持軸(図示しない)に回転自在に支持されている。図１(ａ)には、かかる軸受１２として、単列深溝型のラジアル玉軸受を適用した構成を一例として示しているが、軸受構成はこれに限定されるものではない。要するに、プーリ２をベルト伝動機構の支持軸に対して回転自在に支持することが可能であれば、いかなる軸受構成(例えば、軸受タイプ、外内輪及び転動体の形状、保持器及び密封部材の有無などは不問)であっても構わない。
これらのプーリ２及び軸受１２により、１つのプーリ装置が構成される。そして、かかるプーリ装置は、所定の支持軸(例えば、エンジンのシリンダブロックの固定部分に配設されたシャフトなど)に軸受１２の内輪１２ａを外嵌固定し、プーリ２の外径側円筒部４の外周面に無端ベルト(図示しない)を架け渡した状態で、当該無端ベルトの走行に伴ってプーリ２を回転させ、ベルトの巻き付け角度や張力などを調整、確保する。
【００１７】
なお、プーリ２は、内径側円筒部６を軸受１２の外輪１２ｂの外周部に射出成形によって固設されている。すなわち、軸受１２をインサート部品とし、外輪１２ｂの外周部を成形体(成形後にプーリ２となる構造体)の内周側にモールドした状態で、金型内に設けたプーリ２の外郭形状に対応した内郭形状を有するキャビティ内に、溶融した上述の各種合成樹脂(熱可塑性樹脂)を注入する。そして、注入した熱可塑性樹脂を冷却、固化させた後に前記金型を開き、成形体であるプーリ２を軸受１２とともにキャビティ内から取り出せばよい。
【００１８】
本実施形態において、リブ１０は、軸方向への突設端面１０ｓが外径側円筒部４の内周面と連続する部分を、軸方向へ凹ませて当該外径側円筒部４の内周面と結合させる外径側突設端面円弧部１４を有するとともに、前記突設端面１０ｓが内径側円筒部６の外周面と連続する部分を、軸方向へ凹ませて当該内径側円筒部６の外周面と結合させる内径側突設端面円弧部１６を有している。外径側突設端面円弧部１４は、その外径端(図１(ａ)においては、上端)から内径側(同、下側)へ向かうに従って連結部８の周面部８ｓからの突出高さが徐々に低くなる凹円弧状をなすとともに、内径側突設端面円弧部１６は、その内径端(同、下端)から外径側(同、上側)へ向かうに従って連結部８の周面部８ｓからの突出高さが徐々に低くなる凹円弧状をなしている。すなわち、リブ１０の突設端面１０ｓは、外径側突設端面円弧部１４によって外径側円筒部４の内周面といわゆるＲ状に連続し、内径側突設端面円弧部１６によって内径側円筒部６の外周面といわゆるＲ状に連続している。
【００１９】
なお、リブ１０の突設端面１０ｓに形成する外径側突設端面円弧部１４の曲率半径Ｒ１、及び内径側突設端面円弧部１６の曲率半径Ｒ２は、プーリ２の材質やリブ１０の大きさなどに応じて任意に設定することが可能である(図１(ｂ))。例えば、外径側突設端面円弧部１４は、その曲率半径Ｒ１を５ｍｍ以上、１４ｍｍ以下に設定するとともに、内径側突設端面円弧部１６は、その曲率半径Ｒ２を１ｍｍ以上、２０ｍｍ以下に設定すればよい。その際、外径側突設端面円弧部１４の曲率半径Ｒ１、及び内径側突設端面円弧部１６の曲率半径Ｒ２は、すべてのリブ１０(突設端面１０ｓ)で同一の設定とすればよい。ただし、これらの曲率半径Ｒ１,Ｒ２を所定のリブ１０ごとに異なる設定とすることも可能である。例えば、複数の曲率半径Ｒ１,Ｒ２に設定(一例として、Ｒ１を５ｍｍ、Ｒ２を１ｍｍに設定、及びＲ１を１０ｍｍ、Ｒ２を３ｍｍに設定)した外径側突設端面円弧部１４及び内径側突設端面円弧部１６を突設端面１０ｓにそれぞれ形成し、これらの異なる曲率半径Ｒ１,Ｒ２を有する複数組(一例として、上記のような二組)のリブ１０を周方向へ所定の位相で(一例として、交互に)並べた構成なども想定可能である。
【００２０】
また、図１(ａ)に示すように、外径側突設端面円弧部１４は、その外径端(同図においては、上端)を外径側円筒部４の内周縁と一致させた構成とし、内径側突設端面円弧部１６は、その内径端(同、下端)を内径側円筒部６の外周縁と一致させた構成とすることが好ましい。このような構成とすることで、後述するリブ１０の突設端面１０ｓと外径側円筒部４の内周面とが連続する部分、及び突設端面１０ｓと内径側円筒部６の外周面とが連続する部分に作用する応力の緩和効果をより高めることができる。ただし、外径側突設端面円弧部１４の外径端を外径側円筒部４の内周面上とした構成や、内径側突設端面円弧部１６の内径端を内径側円筒部６の外周面上とした構成とすることも想定可能である。
これらの外径側突設端面円弧部１４と内径側突設端面円弧部１６は、所定の凹部(段部)や凸部(角部)などを介して連続させてもよいが、双方を滑らかに連続させ、リブ１０の突設端面１０ｓの全体が軸方向に対して１つの凹曲面状をなすように構成することが好ましい。すなわち、リブ１０の突設端面１０ｓは、外径側円筒部４の内周面と連続する部分(外径側突設端面円弧部１４の外径端)から内径側円筒部６の外周面と連続する部分(内径側突設端面円弧部１６の内径端)に到るまでの全面を、２つの円弧を連続させて全体的に滑らかに凹ませた構成とすることが好ましい。
【００２１】
また、本実施形態において、連結部８の軸方向に対する肉厚Ｔは、リブ１０の周方向に対する肉厚Ｗよりも大寸に設定されている(Ｔ＞Ｗ)。この場合、連結部８は、外径側円筒部４の内周面の軸方向中間部位と内径側円筒部６の外周面の軸方向中間部位との間の円周域の全体に亘って均一の肉厚(軸方向に対する肉厚)Ｔで延設するとともに、すべてのリブ１０を同一の肉厚(周方向に対する肉厚)Ｗで前記連結部８の周面部８ｓに放射状に突設し、これらリブ１０の肉厚Ｗよりもかかる連結部８の肉厚Ｔの方が大寸となるように構成すればよい。なお、連結部８の肉厚Ｔとリブ１０の肉厚Ｗは、当該リブ１０の肉厚Ｗよりも前記連結部８の肉厚Ｔの方が大寸に設定されている限り、プーリ２の大きさや材質などに応じて任意に設定することが可能であり、特に限定されない。
【００２２】
このように、リブ１０の突設端面１０ｓに対し、外径側突設端面円弧部１４及び内径側突設端面円弧部１６を形成することで、例えば、プーリ２に架け渡した無端ベルトから負荷される荷重(一例として、モーメント荷重)がオフセットされた場合であっても、当該オフセット荷重に対する応力を、リブ１０の突設端面１０ｓと外径側円筒部４の内周面とが連続する部分、及び突設端面１０ｓと内径側円筒部６の外周面とが連続する部分のみに集中させることなく、外径側突設端面円弧部１４及び内径側突設端面円弧部１６の全体に前記応力を作用させることができる。すなわち、かかる応力を外径側突設端面円弧部１４及び内径側突設端面円弧部１６の全体に分散させることができ、前記連続部分に作用する応力を緩和させることが可能となる。
【００２３】
また、リブ１０の周方向に対する肉厚Ｗよりも連結部８の軸方向に対する肉厚Ｔを大寸に設定することで、連結部８にも前記応力を効果的に逃がすことができ、リブ１０に作用される当該応力を低減させることができる。この結果、リブ１０の突設端面１０ｓと外径側円筒部４の内周面とが連続する部分、及び突設端面１０ｓと内径側円筒部６の外周面とが連続する部分に作用する前記応力をさらに緩和させることが可能となる。
【００２４】
加えて、本実施形態においては、図２に示すように、突設端面１０ｓに外径側突設端面円弧部１４及び内径側突設端面円弧部１６を形成するだけでなく、リブ１０の外径側が外径側円筒部４と結合する部分の周方向の両側(リブ１０の外径側周方向両端部)を凹円弧状に滑らかに連続させる外径側周方向円弧部２０を設けるとともに、リブ１０の内径側が内径側円筒部６と結合する部分の周方向の両側(リブ１０の内径側周方向両端部)を凹円弧状に滑らかに連続させる内径側周方向円弧部２２を設けている。これにより、前記リブ１０の外径側周方向両端部、及び内径側周方向両端部の強度を高め、外径側突設端面円弧部１４及び内径側突設端面円弧部１６を形成することによるリブ１０の小型化によって生じ得るプーリ２の強度低下の防止を図っている。
【００２５】
上述したように、本実施形態においては、各種合成樹脂(熱可塑性樹脂)を射出することによりプーリ２を成形する場合を想定している。プーリ２をこのように射出成形した場合、成形時の質量が大きい部分は、冷却時の収縮変形が大きくなり、真円度が悪化する可能性がある。また、射出後の保圧時間が十分でない場合も同様の事態が生ずる虞がある。しかしながら、本実施形態においては、突設端面１０ｓに外径側突設端面円弧部１４及び内径側突設端面円弧部１６を形成することでリブ１０を小型化し、その質量を軽減させるとともに、リブ１０の周方向に対する肉厚Ｗよりも連結部８の軸方向に対する肉厚Ｔを大寸に設定することで、ゲートクローズまでの時間を引き延ばすことができる。したがって、プーリ２全体における冷却時の収縮変形を僅かに止めることが可能となるとともに、成形後の真円度悪化を有効に抑制することが可能となる。
【００２６】
以上のように、本実施形態に係るプーリ２によれば、軽量化を図りつつ、上述したようなオフセット荷重が負荷された場合であっても、当該オフセット荷重に対する応力の集中を回避し、当該応力をプーリ２全体で確実に緩和させることができる。すなわち、プーリ２の小型軽量化と、強度向上(耐久性向上)を同時に実現することが可能となる。
【００２７】
ここで、リブ１０の突設端面１０ｓに形成する外径側突設端面円弧部１４の曲率半径Ｒ１、及び内径側突設端面円弧部１６の曲率半径Ｒ２の設定をそれぞれ変化させ、これらを任意に組み合わせたリブ１０を構成することで、上述したようなオフセット荷重に対する応力の集中を回避し、当該応力を確実に緩和させ、プーリ２の破損防止を図ることが可能か否かを所定の試験により検証した。以下、その検証結果について説明する。
【００２８】
図３には、かかる試験における設定曲率半径Ｒ１,Ｒ２の組み合わせ、及び各組み合わせの検証結果をプーリ２の破損有無として示す。かかる試験においては、外径側突設端面円弧部１４の曲率半径Ｒ１を５ｍｍから１２ｍｍの範囲の所定値に設定するとともに、内径側突設端面円弧部１６の曲率半径Ｒ２を０ｍｍ(内径側突設端面円弧部１６が未形成の場合に相当)から２０ｍｍの範囲の所定値に設定したリブ１０を備えた１０個の被験体ａからｊ(プーリ２)を用意した。なお、外径側突設端面円弧部１４の曲率半径Ｒ１、及び内径側突設端面円弧部１６の曲率半径Ｒ２の設定以外の他のプーリ構成(材質、大きさ(外径側円筒部４及び内径側円筒部６の外内径寸法、肉厚、幅寸法、あるいはリブ１０の個数及び肉厚Ｗ、連結部８の肉厚Ｔなど)は、各被験体(プーリ２)で共通としている。そして、これらの被験体(プーリ２)に架け渡した無端ベルトから所定のラジアル荷重(２０００Ｎ)を負荷させた状態で、各被験体(プーリ２)を所定速度(各被験体(プーリ２)において共通)で１００時間にわたって回転させ、１００時間経過後に破損が確認されるか否かを調べた。なお、かかるベルトから所定のラジアル荷重(２０００Ｎ)を負荷させる際には、プーリ２(外径側円筒部４)の外周面の軸方向に対する幅寸法の１０％程度で前記ベルトがオフセットするように調整した。
【００２９】
図３から明らかなように、被験体ａからｊのうち、外径側突設端面円弧部１４の曲率半径Ｒ１を５ｍｍ、内径側突設端面円弧部１６の曲率半径Ｒ２を０ｍｍ(内径側突設端面円弧部１６が未形成の場合に相当)にそれぞれ設定した場合(被験体ａ)、及び曲率半径Ｒ１を４ｍｍ、曲率半径Ｒ２を１ｍｍにそれぞれ設定した場合(被験体ｃ)を除き、いずれの被験体(被験体ｂ,ｄからｊ)においても破損は確認されなかった。すなわち、被験体ｂ,ｄからｊにおいては、上述したようなオフセット荷重に対する応力の集中を回避し、当該応力を確実に緩和させる効果が認められることが検証できた。
なお、外径側突設端面円弧部１４の曲率半径Ｒ１を１４ｍｍよりも大寸に設定した場合、当該外径側突設端面円弧部１４が凹曲面状よりも平面状に近くなり(つまり、凹曲面状ではなく、略平面状となってしまい)、内径側突設端面円弧部１６の曲率半径Ｒ２を２０ｍｍよりも大寸に設定した場合も同様に、当該内径側突設端面円弧部１６が凹曲面状よりも平面状に近くなる。このため、いずれの場合もリブ１０の小型軽量化を図る上では不利な構成となり、結果として、プーリ２の重量増を招くことともなり、好ましくない。
【００３０】
したがって、かかる検証結果を踏まえれば、軽量化を図りつつ、上述したようなオフセット荷重が負荷された場合であっても、当該オフセット荷重に対する応力の集中を回避し、当該応力を確実に緩和させるという効果を最大限に発揮させるためには、外径側突設端面円弧部１４の曲率半径Ｒ１を５ｍｍ以上、１４ｍｍ以下に設定するとともに、内径側突設端面円弧部１６の曲率半径Ｒ２を１ｍｍ以上、２０ｍｍ以下に設定したプーリ構成とすることが好ましい。
【符号の説明】
【００３１】
２ プーリ
４ 外径側円筒部
６ 内径側円筒部
８ 連結部
８ｓ 連結部周面部
１０ リブ
１０ｓ リブ軸方向突設端面
１４ 外径側突設端面円弧部
１６ 内径側突設端面円弧部
Ｔ 連結部軸方向肉厚
Ｗ リブ周方向肉厚
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面にベルトを架け渡すための外径側円筒部と、
前記外径側円筒部の内径側に当該外径側円筒部と同心に配された内径側円筒部と、
前記外径側円筒部の内周面の軸方向中間部位と前記内径側円筒部の外周面の軸方向中間部位との間の円周域へ軸方向に対して所定の肉厚で延設され、これら外径側円筒部と内径側円筒部とを連結する円環状の連結部と、
前記連結部の軸方向両側の周面部にそれぞれ放射状に、周方向に対して所定の肉厚で軸方向へ突設され、外径側が前記外径側円筒部と、内径側が前記内径側円筒部とそれぞれ結合する複数のリブとを備えた合成樹脂製プーリであって、
前記リブは、軸方向への突設端面が前記外径側円筒部の内周面と連続する部分を、軸方向へ凹ませて当該外径側円筒部の内周面と結合させる外径側突設端面円弧部を有するとともに、前記突設端面が前記内径側円筒部の外周面と連続する部分を、軸方向へ凹ませて当該内径側円筒部の外周面と結合させる内径側突設端面円弧部を有し、
前記外径側突設端面円弧部は、その外径端から内径側へ向かうに従って前記連結部の周面部からの突出高さが徐々に低くなる凹円弧状をなすとともに、前記内径側突設端面円弧部は、その内径端から外径側へ向かうに従って前記連結部の周面部からの突出高さが徐々に低くなる凹円弧状をなすことを特徴とする合成樹脂製プーリ。
【請求項２】
前記外径側円弧部は、その曲率半径が５ｍｍ以上、１４ｍｍ以下に設定されているとともに、前記内径側円弧部は、その曲率半径が１ｍｍ以上、２０ｍｍ以下に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の合成樹脂製プーリ。
【請求項３】
前記外径側円弧部と前記内径側円弧部とは滑らかに連続され、前記リブの突設端面の全体が軸方向に対して１つの凹曲面状をなしていることを特徴とする請求項１又は２に記載の合成樹脂製プーリ。
【請求項４】
前記連結部の軸方向に対する肉厚は、前記リブの周方向に対する肉厚よりも大寸に設定されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の合成樹脂製プーリ。
【請求項１】
外周面にベルトを架け渡すための外径側円筒部と、
前記外径側円筒部の内径側に当該外径側円筒部と同心に配された内径側円筒部と、
前記外径側円筒部の内周面の軸方向中間部位と前記内径側円筒部の外周面の軸方向中間部位との間の円周域へ軸方向に対して所定の肉厚で延設され、これら外径側円筒部と内径側円筒部とを連結する円環状の連結部と、
前記連結部の軸方向両側の周面部にそれぞれ放射状に、周方向に対して所定の肉厚で軸方向へ突設され、外径側が前記外径側円筒部と、内径側が前記内径側円筒部とそれぞれ結合する複数のリブとを備えた合成樹脂製プーリであって、
前記リブは、軸方向への突設端面が前記外径側円筒部の内周面と連続する部分を、軸方向へ凹ませて当該外径側円筒部の内周面と結合させる外径側突設端面円弧部を有するとともに、前記突設端面が前記内径側円筒部の外周面と連続する部分を、軸方向へ凹ませて当該内径側円筒部の外周面と結合させる内径側突設端面円弧部を有し、
前記外径側突設端面円弧部は、その外径端から内径側へ向かうに従って前記連結部の周面部からの突出高さが徐々に低くなる凹円弧状をなすとともに、前記内径側突設端面円弧部は、その内径端から外径側へ向かうに従って前記連結部の周面部からの突出高さが徐々に低くなる凹円弧状をなすことを特徴とする合成樹脂製プーリ。
【請求項２】
前記外径側円弧部は、その曲率半径が５ｍｍ以上、１４ｍｍ以下に設定されているとともに、前記内径側円弧部は、その曲率半径が１ｍｍ以上、２０ｍｍ以下に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の合成樹脂製プーリ。
【請求項３】
前記外径側円弧部と前記内径側円弧部とは滑らかに連続され、前記リブの突設端面の全体が軸方向に対して１つの凹曲面状をなしていることを特徴とする請求項１又は２に記載の合成樹脂製プーリ。
【請求項４】
前記連結部の軸方向に対する肉厚は、前記リブの周方向に対する肉厚よりも大寸に設定されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の合成樹脂製プーリ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−１０７７０１（Ｐ２０１２−１０７７０１Ａ）
【公開日】平成２４年６月７日（２０１２．６．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２５７０５４（Ｐ２０１０−２５７０５４）
【出願日】平成２２年１１月１７日（２０１０．１１．１７）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月７日（２０１２．６．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月１７日（２０１０．１１．１７）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
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