(57)【要約】【課題】  成形素材にマグネシウム合金（またはマグネシウム）を使用することによりその特性が得られるばかりでなく、ベアリングを入れるインサート成形で真円に限りなく近いプーリーを成形できそれを確実に保持できるとともに、本体とベアリングとが空回りするおそれもないマグネシウム製プーリーとその製造方法を提供する。【解決手段】  ベアリングが一体に組まれる軸受け構造のプーリーにおいて、プーリー本体をマグネシウム又はマグネシウム合金により形成し、プーリー本体とベアリングとの間にプラスチックからなる環状樹脂部を介在させ、プーリー本体とベアリングとをインサート部品として、環状樹脂部をインサート成形してなることを特徴とする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベアリングが一体に組まれる軸受け構造のプーリーにおいて、プーリー本体をマグネシウム又はマグネシウム合金により形成し、プーリー本体とベアリングとの間にプラスチックからなる環状樹脂部を介在させ、プーリー本体とベアリングとをインサート部品として、環状樹脂部をインサート成形してなることを特徴とするマグネシウム製プーリー。
【請求項２】
ベアリングが一体に組まれる軸受け構造のプーリーにおいて、プーリー本体をマグネシウム又はマグネシウム合金により形成し、プーリー本体とベアリングとの間にプラスチックからなる環状樹脂部を介在させ、ベアリングと環状樹脂部との組合せをインサート部品として、プーリー本体をインサート成形してなることを特徴とするマグネシウム製プーリー。
【請求項３】
ベアリングが一体に組み込まれる軸受け構造のプーリーの製造において、プーリー本体をマグネシウム又はマグネシウム合金によりダイカスト又は射出成形により成形するにつき、プーリー本体の両側面に、ベルト接合側としてのリム部とベアリング外輪側としてのボス部との間にそれぞれプーリーの中心を中心とする円の環状凹溝が形成されるように、両側面の金型には環状凹溝に対応する環状凸部を形成するとともに、一方又は両方の環状凸部に他方の環状凸部に向かって開口するゲートを前記円に沿う等間隔おきに形成しておき、ゲートから括れ現象を伴って射出する金属材料を両環状凸部の間の狭小部から比較的広いリム部とボス部とに変向させ拡散流として流入させることを特徴とするマグネシウム製プーリーの製造方法。
【請求項４】
プーリー本体の環状凹溝に前記円方向に等間隔にリブが形成されるように、金型の環状凹溝にリブに対応するスリットを同じく等間隔に形成し、前記ゲートを各隣接するスリット間の中央に設けておくことを特徴とする請求項１記載のマグネシウム製プーリーの製造方法。
【請求項５】
請求項３又は４記載により製造したプーリー本体とベアリングとをインサート部品として、その間に環状樹脂部をインサート成形することを特徴とするマグネシウム製プーリーの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば自動車のトランスミッション等におけるようにベルトを介して高速回転で動力を伝達するのに使用されるベアリング軸受け構造のマグネシウム製プーリーとその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車には数多くのプーリーが用いられているが、殊にトランスミッションにおけるプーリは、過酷なまでに高速回転におかれるために、真円に対して歪みがあると、それが騒音の発生原因となり、また、ベルトの破断要因ともなることから、プーリーを限りなく真円に成形することが要求される。しかし、従来、その要求に理想的に応じるプーリーが提供されていないのが実情である。
【０００３】
従来の高速回転に用いられるプーリーは、一般的にその素材に鋼鉄が使用され、基本的には軸が嵌まるボスとベルトが掛かるリムとの間にアームを有する車構造であるが、ベアリングを有する軸受け構造のプーリーでは、そのベアリングがボスの箇所に嵌着される。しかし、このようなプーリーでは、本体の内径における真円度に対する歪みが外径において小さくても、ベアリングが嵌着されることにより外径において歪みが（数倍から十数倍というように）大きく波及的に現れる。また、歪みが後発的寸法変化により発生するために、騒音の発生やベルトの破断を防ぐに十分ではなかった。この問題を解決するために、プーリーの素材として優れた特性を有するマグネシウム合金を使用することが考えられる。
【０００４】
マグネシウムには、時間経過による寸法変化がほとんどなく厳しい使用条件に耐える寸法安定性、実用金属中最大の振動吸収性を持ち機械装置の寿命を延ばし、騒音を減少させることができるという振動吸収性（減衰能）、変形に対する抵抗力が高く、衝撃による「くぼみ」がアルミニウム合金や軟鋼に比べて生じにくいという耐クボミ性を有する。さらに、実用金属中最も軽く構造材としての強度（アルミニウム合金や鉄鋼よりも比強度が大きい）、放熱特性、機械加工性、電磁波シールド性、リサイクル性、豊富な資源というような特徴を有することも好適使用条件となり得る。
【０００５】
加えて、マグネシウムの優れた特性を挙げると、それはダイカストや射出成形（チクソモールド法）の手段により金型での成形が可能なことである。そのうち、チクソモールド法によれば、原料にはチップが使用されるもので、それがホッパーからシリンダーに投入されると、その中で設定温度に加熱された先端へ運ばれ、やがてスクリューによる剪断力とシリンダーからの加熱によりチクソトロピー性をもった半溶融状態になり、シリンダー先端のスクリュー前方へ進んでそこに一時的に貯留された後、高速で金型内へと溶湯が注入される。
【０００６】
ここにチクソトロピー性とは、半溶融状態にある合金に前記のように剪断力を付加し、固相を粒状化すると、合金の粘性が低下し流動性が増大する現象である。この時点では成形温度が低いために、凝固収縮量が少なく、表面欠陥、ガス欠陥などが減少する。その結果、寸法精度が良く、変形が少なく、組織が微細な粒状品となり、機械的性質が良くなるという優れた材質が得られることになる。ちなみに、射出成形の寸法精度をプラスチックと比較したとき、プラスチックが±０．１〜０．１５％であるのに対して、マグネシウムは±０．００５〜±０．０１％である。
【０００７】
そこで、マグネシウム合金製である場合、ベアリングをインサートする射出成形により軸受けに対して真円に極力近い状態が得られやすいが、反面難点がある。それは、マグネシウムが実用金属のうちで最も低い電位の（イオン化傾向の大きい）金属である関係で、他の金属としての鉄合金のベアリングと接合させると、電位差からその境界に電流が流れ、電気分解が生じて比較的低い電位のマグネシウムが激しく合金化する電食現象が生じ、これによってプーリーの真円度において中心から狂いが生じてくることになる。
【０００８】
しかも、ベアリングには、それ自体の潤滑材として保持器の内側に注入され或いはボール等に含浸させてグリスを保有しているが、インサート成形によりベアリングを緊密に組み合わせたマグネシウム製品であっても、グリスがマグネシウムとベアリング（保持器の外リング）との間に僅かの電食部分を入り口にして浸入し、これがプーリー本体とベアリングとの間に空回りする原因となる。
【０００９】
このように、量産可能なマグネシウム鋳造品や射出成形品は、寸法精度において他の材料とは比較にならない程の優れた性能を持つことになるが、ベアリングのインサート成形の有無にかかわらず、プーリーに真円を極限にまで求めるにはさらに問題があった。
【００１０】
ダイカスト法や半融凝固法を問わず比重が１．６以上、流速が１．８ｍ／ｓ以上の高速流体が金型内を挙動する場合、金属材料が金型内に完全充填することは稀で、通常はガス等を巻き込んでいるからである。また、通常の成形品はリブやフランジ等により複雑な構造を有しているが、成形品のそのようなリブやフランジの根元に割れが多発しやすいことも挙げられる。
【００１１】
その理由は、金属材料が金型内を高速で流動する場合、合成樹脂の流動とは大きく相違して拡散流よりも並進流の発生が非常に高く、特定の流れ方向（並進流は特定の流れ方向の性質をもっている）を持った金属材料としての溶湯は、流束が小さいにもかかわらず狭い箇所が直進方向から外れていることにより、複雑な構造体の内部に進入しがたいからである。ちなみに、噴出穴から流体を流出させた場合、穴の近傍では流体の流束の径はその穴よりも小さくなる。この現象を物理学では「括れ現象」という。つまり、この場合、流速は複雑に曲がるような融通性を有しない直線的且つ集中的となることを意味し、これが複雑な金型内では入り組んだ箇所に溶湯が進入しがたい原因となっている。
【００１２】
使用性能と使用環境から必要とされるプーリーの製品仕様について見ると、動力伝達のために使用されるベルトとの接触部の凹凸面や寸法精度の真円度と、それを維持するための硬度が必要条件とされる。なお、硬度については、ベルトの張力がプーリーの表面を偏って磨耗させると偏芯運動が発生するからである。従来の合成樹脂の射出成形や、アルミ材料やマグネシウム材料等のダイカストでは、このような括れ現象からその必要条件を満足させることは不可能であった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
この発明は、上記のような実情に鑑みて、成形素材にマグネシウム合金（またはマグネシウム）を使用することによりその特性が得られるばかりでなく、ベアリングを入れるインサート成形で真円に限りなく近いプーリーを成形できそれを確実に保持できるとともに、本体とベアリングとが空回りするおそれもないマグネシウム製プーリーとその製造方法を提供することを課題とした。
【００１４】
上記の課題を解決するために、第１発明（請求項１）は、ベアリングが一体に組まれる軸受け構造のプーリーにおいて、プーリー本体をマグネシウム又はマグネシウム合金により形成し、プーリー本体とベアリングとの間にプラスチックからなる環状樹脂部を介在させ、プーリー本体とベアリングとをインサート部品として、環状樹脂部をインサート成形してなることを特徴とするマグネシウム製プーリーを提供する。
【００１５】
また、第２発明（請求項２）は、ベアリングが一体に組まれる軸受け構造のプーリーにおいて、プーリー本体をマグネシウム又はマグネシウム合金により形成し、プーリー本体とベアリングとの間にプラスチックからなる環状樹脂部を介在させ、ベアリングと環状樹脂部との組合せをインサート部品として、プーリー本体をインサート成形してなることを特徴とするマグネシウム製プーリーを提供するものである。
【００１６】
上記の構成によれば、プーリー本体がマグネシウム合金で形成されるから、マグネシウムとしての上記した各種の特性が得られるだけでなく、プーリー本体とベアリングとが環状樹脂部の介入により直接に接触しない構造であるため、比較的低い電位のプーリー本体が電食による損傷を受けるというような不都合がなく、プーリー本体の強度と真円度が得られるとともに、それが安全確実に保持される。
【００１７】
真円度が得られるのは、マグネシウム合金の強度、寸法安定性、耐くぼみ性等の特性に加え、ベアリングを納めたインサート成形により各部分の確定した結合構造を得ることが主な要因である。その間にグリスの浸透がなく、ベアリングに対するプーリー本体の空回りが防止される。
【００１８】
真円度の保持によりベルトの破断の防止されるが、マグネシウムの放熱特性と振動吸収性も良好に作用する。このうち、放熱特性については、プラスチック材料の数百倍もある。
【００１９】
また、第３発明（請求項３）は、ベアリングが一体に組み込まれる軸受け構造のプーリーの製造において、プーリー本体をマグネシウム又はマグネシウム合金によりダイカスト又は射出成形により成形するにつき、プーリー本体の両側面に、ベルト接合側としてのリム部とベアリング外輪側としてのボス部との間にそれぞれプーリーの中心を中心とする円の環状凹溝が形成されるように、両側面の金型には環状凹溝に対応する環状凸部を形成するとともに、一方又は両方の環状凸部に他方の環状凸部に向かって開口するゲートを前記円に沿う等間隔おきに形成しておき、ゲートから括れ現象を伴って射出する金属材料を両環状凸部の間の狭小部から比較的広いリム部とボス部とに変向させ拡散流として流入させることを特徴とするマグネシウム製プーリーの製造方法を提供する。
【００２０】
マグネシウム製プーリーの製造方法を上記のように構成したから、プーリー本体を成形する際に、各ゲートから金属材料が両金型の環状凸部間に射出されると、それが対向する環状凸部に突き当たって勢いがベルト接合側部とベアリング外輪側部との方向に変向される結果、括れ現象が消失し並進流から拡散流に変動する結果、リム部とボス部とにおいて材料が隅々にまで均等に行き渡り密に充填される。
【００２１】
また、両環状凸部の間が狭小部であるため、この部分の圧力の高まりによりここにも確実に充填されることはもちろん、プーリー本体の環状凹溝に前記円方向に等間隔にリブが形成されるように、金型の環状凹溝にリブに対応するスリットを同じく等間隔に形成し、前記ゲートを各隣接するスリット間の中央に設けておくと（請求項４）、スリットにも充填が確実となり密にリブが形成され、また、スリットを通ってリム部とボス部との双方への材料の流動も円滑となる。
【００２２】
請求項３又は４記載により製造したプーリー本体とベアリングとをインサート部品として、その間に環状樹脂部をインサート成形すると、前記第１発明及び第２発明におけると同様の作用が得られ、相乗的に真円度が高まる。
【発明の効果】
【００２３】
以上説明したように、この発明のマグネシウム製プーリーによれば、成形素材にマグネシウム又はマグネシウム合金を使用することによりその特性が得られるばかりでなく、ベアリングを入れるインサート成形で真円に限りなく近いプーリーを成形でき、プーリー本体とベアリングとの間に環状樹脂部を介入する構造により、強度と真円度を確実に保持でき、また、この発明のマグネシウム製プーリーの製造方法によれば、プーリー本体を真円に限りなく製造できるため、超高速回転に用いられても、騒音の発生がなくなり、ベルトの破断を未然に防止でき、さらに、プーリー本体とベアリングとの間に空回りするおそれもなくなるという優れた効果がある。
【００２４】
さらに、プーリー本体に環状凹溝を有していると、マグネシウム素材の振動吸収性（減衰能）がさらに効果的に作用する結果、騒音の発生を防止できる等の他、ベルトによる磨耗が防止されるという効果も併有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
次に、この発明の実施の形態について、まずマグネシウム製プーリーの構造を説明した後、マグネシウム製プーリーの製造方法を説明する。
【００２６】
図１および図２は一実施の形態を簡略図面で示し、図３は具体的な図面で示す。そのマグネシウム製プーリーＰは、マグネシウム合金のプーリー本体１と鋼鉄製のベアリング２との間にプラスチックからなる環状樹脂部３を介在させて一体化されている。そして、この一体化が最終的な射出成形によりなされるが、それには次のような形態を採ることができる。
【００２７】
（１）プーリー本体１とベアリング２とをインサート部品として環状樹脂部３を射出成形する。
（２）ベアリング２と環状樹脂部３とをインサート部品としてプーリー本体１を射出成形する。また、この場合でも、予めベアリング２をインサート部品として環状樹脂部３を射出成形し、ベアリング２と環状樹脂部３とを一体化しておくことが望ましい。
【００２８】
プーリー本体１の成形については、ダイカスト法またはチクソモールド法が採られる。前記したチクソモールド法には利点があり、また、発火の危険がなく安全であり、安全対策を取る上で発生する地球環境の汚染がなくなる点からもチクソモールド法が望ましい。
【００２９】
ベアリング２は、保持器の内リング５と外リング６との間にボール７，７，・・が介在されたラジアル軸受であって（図３）、両リング５，６が鋼鉄製であり、外リング６が環状樹脂部３によりプーリー本体１との接触を断たれているが、さらに、両側面にゴム製のリング状シール蓋８，８を外リング６に固着して取り付け、内外リング５，６間を封じてベアリング２内のグリスが漏れるのを防止してある。
【００３０】
環状樹脂部３は、プラスチック素材には例えばＰＰＳ、ナイロン、フェノールなどの樹脂が使用される。この環状樹脂部３の形状がリング状であるが、内面と外面とにベアリング２とプーリー本体１とが嵌合する広い凹部９，１０が設けられているので、両面溝形の「Ｉ」断面である。このような凹凸形状により横への滑りが防止され、組合せが安定的に確実となる。
【００３１】
前記（１）の場合には、始めにプーリー本体１を金型において射出成形し、それから、同じ金型に所定位置にベアリング２を納めた状態で、環状樹脂部３を射出成形すると、ベアリング２に対してプーリー本体１が真円に極めて近く正確となる。
【００３２】
また、前記（２）では、プーリー本体１は、前記のようにベアリング２と環状樹脂部３とが一体化したものを金型に納めてマグネシウム合金によりインサート成形されるが、この場合も、ベアリング２を金型に対して正確に設定することにより真円に近くプーリー本体１が成形される。
【００３３】
プーリー本体１は、両側面に中心を中心とする円に沿って環状凹溝１３，１３とそれを断続的に遮るように等間隔にリブ１８，１８，・・を形成することにより、ボス部１５とリム部１６との間にアーム１７を有する構造となっているが、アーム１７は必ずしも要しない。但し、後記製造方法の発明では狭小部として必須である。また、環状凹溝１３，１３があるために、減衰能が高まり騒音の発生が少なくなり、ベルトとの摩擦に伴う磨耗が防止される。さらに、凹部１３により放熱構造となるので、ベルトの破断防止には良好に作用する。なお、図示のマグネシウム製プーリーは、ベルトユニットタイプであって、外周にジグザグ状の凹凸１９が形成されているが、これは設けないこともある。
【００３４】
上記マグネシウム製プーリーＰについて、直径を７０mmと設定してインサート成形したとき、縦横の直径の違い（真円では０）において、外径の差が３０〜２０μｍであった。また、環状樹脂部３を最終的にインサート成形する第２発明の場合であると、予めプーリー本体１をマグネシウム合金で成形することになるが、その内径の差は２〜４μｍであった。また、この真円度が保持されるので、高速回転（７０００／分）による騒音の発生やベルトの破断が発生しないことが確かめられた。
【００３５】
ちなみに、これを従来の鋼鉄製のプーリーと比較すると、それは内径において６０μｍ、外径において１８０μｍの差があったため、騒音の発生やベルトの破断が同一高速回転（７０００／分）により発生したので、この発明のマグネシウム製プーリーが快適性および安全性において非常に優れていることが分かった。
【００３６】
次に、マグネシウム製プーリーの製造方法について説明する。
【００３７】
マグネシウム製プーリーの製造方法は、前記実施の形態のマグネシウム製プーリーＰについて、プーリー本体１を単独に成形する場合について説明する。したがって、プーリー本体１を予め成形する前記（１）の場合であり、（２）の場合は省略するが同様に実施できる。
【００３８】
射出成形金型Ｍ（ダイカストも同じ）は、キャビティを構成するための左右側面の金型２１，２２に、プーリー本体１の環状凹溝１３，１３に対応する環状凸部２３，２４を有し（図４，図５，図６）、リブ１８，１８，・・に対応してスリット２５，２５，・・が形成されている。そして、一方の金型２１に各スリット２５とスリット２５との間にマグネシウム合金材料をキャビティ内に射出するゲート２９，２９・・が設けられている。なお、２９ａは、プーリー本体１に生じたゲート跡である。
【００３９】
キャビティの形状については、両環状凸部２３，２４が向かい合う間が狭小部３１となっており、広いリム部１６とボス部１５とにその狭小部３１が開放されている。そこで、各ゲート２９，２９・・から狭小部３１に溶湯が射出されると、他方の金型２２の環状凸部２４にその射出溶湯が衝突し、たちまち狭小部３１に充満してリム部１６とボス部１５に溢れるように流動する方向転換が生じる（図４の矢印参照）。そのため、リム部１６とボス部１５では、材料の流れが並進流の変向により拡散流となっており（同矢印参照）、これで隅々にまで溶湯が充実して行き渡り、凹凸部１９にも材料が密に充填される。
【００４０】
また、狭小部３１に高い圧力で材料が充満するため、狭いスリット２５の中にも材料が突入してそこを通ってもリム部１６とボス部１５に材料が流入するので、その双方とともにリブ１８，１８，・・が密に形成されることにもなる。なお、狭小部３１での高圧のため、括れ現象がゲート２９，２９，・・の近傍で生じても直ぐに消失する。
【００４１】
図７は、このように製造したプーリー本体１を切断した面を顕微鏡写真を示したもので、これによると、「括れ現象」の変向を伴う材料の充填によるボス部１５（イ図）とリム部１６（ロ図）とは双方とも材料密度が高く、金属光沢色と優れた表面粗度（△△△６．３Ｓ以上）をもち真円度を始めとする寸法精度が極端に高いことを示している。実際の成形実験結果において双方の材料固相率は約３０％〜３８％程度であり、この数値はダイカスト成形を含めた通常の金属材料成形では困難である。次に、真円度を測る製品検査表を製品図とともに示す図８について説明する。
【００４２】
この製品検査表の製品図の寸法値は多くの該当製品（成形品）中の代表値を示す。この資料で示される如く内径側においては平均２μｍ、最大５μｍであり、これは量産可能な合成樹脂製の同じ構造と同じサイズのプーリーの真円度３５μｍ、量産可能なダイカスト製の同じ構造と同じサイズのプーリーの真円度３０μｍと比較しても極端な相違がある。さらに、機械加工品の同じ構造と同じサイズのプーリーの真円度１０μｍ〜１５μｍと比較しても大きな相違がある。
【００４３】
図８に示すプーリー本体１の製品仕様の大きさについては、厚みが２０±０．３であり、（１）〜（５）の５製品についてａ，ｂ，ｃの真円度（交差径の差としての値）を示した。ａはゲート側の外径位置（矢印参照）を、ｂはその反対のＥＰ側の外径位置（矢印参照）をそれぞれ示す。また、ｃはゲート側の面から厚み方向に２mm取った箇所と、反対のＥＰ側の面から７mm取った箇所とを示す。
【００４４】
以上の如く、真円度を含めた寸法精度や材料密度の高い一様性のために、使用中のプーリー（長時間連続回転７，０００ｒｐｍ、短時間高速回転２５，０００ｒｐｍ）に常時発生していた振動による騒音や共振によるプーリー破損とベルトの摩擦・破断が４５％以上も減少した。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】この発明に係る一実施の形態を一部簡略化して示すマグネシウム製プーリーの正面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線矢視の断面図である。
【図３】同図に対応してベアリング部分を具体的に示すマグネシウム製プーリーの断面図である。
【図４】この発明に係る一実施形態の金型においてマグネシウム製プーリーの製造方法を説明する断面図である。
【図５】図４のＢ−Ｂ線矢視の断面図である。
【図６】同金型により成形したプーリー本体の側面図である。
【図７】同金型により成形したプーリー本体について、ボス部（イ図）とリム部（ロ図）との破断面を顕微鏡写真として示す組織図である。
【図８】同金型で成形した（１）〜（５）の５つのプーリー本体について、真円度を測定した結果をその測定位置を示す製品図とともに示した真円度測定表示図である。
【符号の説明】
【００４６】
Ｐ  マグネシウム製プーリー
Ｍ  金型
１  プーリー本体
２  ベアリング
３  環状樹脂部
１３  環状凹溝
１５  ボス部
１６  リム部
１８  リブ
２１，２２  側面の金型
２３，２４  環状凸部
２５  スリット
２９  ゲート
３１  狭小部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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