(57)【要約】【課題】  プーリ２ｂの重量を増大させる事なく、このプーリ２ｂに作用する荷重により、外径側円筒部１１の内周面と補強リブ１３ａ、１３ａの外周縁部との結合部に破損が生じる事を防ぐ。【解決手段】  上記外径側円筒部１１の内周面と上記各補強リブ１３ａ、１３ａの外周縁部の円周方向両側面とが連続する部分を、この内周面とこれら両側面とを円弧状に滑らかに連続させる円弧部１５、１５とする。これにより、上記結合部に作用する応力が分散され、この結合部に生じる応力集中を緩和する。この結果、上記課題を解決できる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面にベルトを掛け渡す為の外径側円筒部と、この外径側円筒部の内径側にこの外径側円筒部と同心に配置された内径側円筒部と、この外径側円筒部の軸方向中間部内周面とこの内径側円筒部の軸方向中間部外周面との間に設けられ、これら外径側円筒部と内径側円筒部とを連結する円輪状の連結部と、この連結部の両側面に放射状に設けられ、外周縁部が上記外径側円筒部と、内周縁部が上記内径側円筒部とそれぞれ結合する複数の補強リブとから構成され、これら各補強リブの軸方向端部と上記外径側円筒部の内周面とが連続する部分を、上記連結部側に凹ませた湾曲部とした合成樹脂製プーリに於いて、上記外径側円筒部の内周面と上記各補強リブの外周縁部の円周方向両側面とが連続する部分を、この内周面とこれら両側面とを円弧状に滑らかに連続させる円弧部とした事を特徴とする合成樹脂製プーリ。
【請求項２】
円弧部の曲率半径を０．０５〜１．０mmとした、請求項１に記載した合成樹脂製プーリ。
【請求項３】
円弧部の曲率半径を０．１〜０．７mmとした、請求項１に記載した合成樹脂製プーリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明に係る合成樹脂製プーリは、例えば、無端ベルトにより、自動車用のエアコンディショナに使用するコンプレッサ等の補機を駆動する機構や、タイミングベルトにより、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回転力を伝達する機構等のベルト伝動機構に組み込んで使用される、ガイドプーリやテンションプーリとして使用する。
【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等のプーリとして、重量軽減及びコスト低減を図る為に合成樹脂製のプーリが従来から使用されている。図７〜８は、例えば、特許文献１〜２に記載されている様に、従来から知られた合成樹脂製のプーリを組み込んだプーリ装置１を示している。このプーリ装置１は、外周面にベルトを掛け渡す為の合成樹脂製のプーリ２と、このプーリ２を支持軸等に回転自在に支持する為の、単列深溝型のラジアル玉軸受である転がり軸受３とから構成される。このうちの転がり軸受３は、外周面に単列の内輪軌道４を有する内輪５と、内周面に単列の外輪軌道６を有する外輪７と、これら内輪軌道４と外輪軌道６との間に転動自在に設けられた複数個の転動体（玉）８、８とを備える。そして、この様に構成される上記転がり軸受３の外輪７の外周面に、上記プーリ２を固設している。
【０００３】
上記プーリ２は、互いに同心に設けられた内径側円筒部１０及び外径側円筒部１１を有する。この内径側円筒部１０の中間部外周面と外径側円筒部１１の中間部内周面とは、円輪状の連結部１２により連結しており、この連結部１２の両側面にそれぞれ複数本ずつの補強リブ１３、１３を、それぞれ放射状に設けている。これら各補強リブ１３、１３は、内周縁部を上記内径側円筒部１０と、外周縁部を上記外径側円筒部１１と、それぞれ結合している。この様なプーリ２は、上記内径側円筒部１０を上記転がり軸受３を構成する外輪７の周囲に、射出成形により固設している。即ち、この外輪７の外周寄り部分をその内周側にモールドした状態で、金型内に設けた上記プーリ２の外形に対応した内形を有するキャビティ内に、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・固化した後に上記金型を開いて、上記プーリ２を上記転がり軸受３と共に、上記キャビティ内から取り出す。
【０００４】
上述の様に構成されるプーリ装置１は、例えば、自動車の補機等を駆動するベルト伝動機構に組み込まれる、ガイドプーリやテンションプーリとして使用される。即ち、エンジンのシリンダブロック等の固定の部分に固設した支持軸に、上記転がり軸受３を構成する内輪５を外嵌固定する。そして、上記プーリ２を構成する上記外径側円筒部１１の外周面に無端ベルトを掛け渡す。この状態で上記プーリ装置１は、この無端ベルトの走行に伴い上記プーリ２が回転し、この無端ベルトの巻き付け角度を確保したり、或はこの無端ベルトの張力を確保する。
【０００５】
上述の様に、プーリ２として合成樹脂製のものを使用した場合、金属製のものを使用した場合に比べて強度が劣る。この為、上記外径側円筒部１１の内周面と上記内径側円筒部１０の外周面との間に上記連結部１２と共に上記各補強リブ１３、１３を設けて、上記プーリ２の強度を確保している。又、この様に、プーリに補強リブを設けた構造で、図９〜１０に示す様に、補強リブ１３ａ、１３ａの軸方向（図２、８、１０の表裏方向、図３、７、９の左右方向）端部と外径側円筒部１１の内周面とが連続する部分を、連結部１２側に凹ませた構造が、従来から知られている。即ち、この連続する部分を、上記各補強リブ１３ａ、１３ａと上記外径側円筒部１１の内周面との結合部の軸方向端部の点ａと、これら各補強リブ１３ａ、１３ａと内径側円筒部１０の外周面との結合部の軸方向端部の点ｂとを結ぶ直線を母線とする仮想円すい曲面αよりも、上記連結部１２側に凹む様に湾曲させた湾曲部１４、１４としている。そして、これら湾曲部１４、１４により、上記各補強リブ１３ａ、１３ａの軸方向端部と上記外径側円筒部１１の内周面とを滑らかに連続させている。
【０００６】
上述の様に、補強リブ１３ａ、１３ａの軸方向端部と外径側円筒部１１の内周面とが連続する部分を湾曲部１４、１４とする事により、上記プーリ２ａの軽量化と省スペース化とを図れる。即ち、前述した図７〜８の構造では、各補強リブ１３、１３の軸方向端部を直線状としていた。言い換えれば、これら各補強リブ１３、１３の軸方向端部が図９の仮想円すい曲面α上に存在する形状としていた。これに対して、上述した図９〜１０の構造では、各補強リブ１３ａ、１３ａの軸方向端部と外径側円筒部１１の内周面とが連続する部分を上記湾曲部１４、１４とする事により、これら各補強リブ１３ａ、１３ａの軸方向端部が上記仮想円すい曲面αよりも連結部１２側に存在する様にしている。この為、これら各補強リブ１３ａ、１３ａは、上記図７〜８の構造の補強リブ１３、１３よりも小さくなり、その分上記プーリ２ａの軽量化を図れると共に、このプーリ２ａが周囲の部品と干渉しづらくなる。
【０００７】
しかし、上述の様に、各補強リブ１３ａ、１３ａの軸方向端部と外径側円筒部１１の内周面との連続する部分を湾曲部１４、１４としたプーリ２ａの場合、これら湾曲部１４、１４を形成していないプーリと比べて強度が低下する。この為、このプーリ２ａに掛け渡すベルトから作用する荷重により、上記外径側円筒部１１の内周面と上記各補強リブ１３ａ、１３ａの外周縁部との結合部に破損が生じる場合がある。即ち、上記各補強リブ１３ａ、１３ａの軸方後端部と上記外径側円筒部１１の内周面とが連続する部分を湾曲部１４、１４とした場合、図１１に誇張して示す様に、上記プーリ２ａに作用する荷重により、上記外径側円筒部１１の一部が撓む場合がある。この様に外径側円筒部１１が撓んだ場合、この外径側円筒部１１と上記各補強リブ１３ａ、１３ａとの結合部に応力が集中する。そして、この結合部に亀裂等の破損が生じる場合がある。
【０００８】
上述の様に、湾曲部１４、１４を形成する事に伴い低下する上記プーリ２ａの強度を確保すべく、例えば、このプーリ２ａ全体の肉厚、即ち、上記外径側円筒部１１、上記内径側円筒部１０、上記連結部１２及び上記各補強リブ１３ａ、１３ａの肉厚をそれぞれ厚くする事が考えられる。又、これら各補強リブ１３ａ、１３ａの数を増やす事により、上記プーリ２ａの強度を確保する事も考えられる。しかし、これらの方法により上記プーリ２ａの強度を確保する事とすると、上記プーリ２ａの重量増大に繋がる。この様に、プーリ２ａの重量が増大する事は、このプーリ２ａを合成樹脂製とした目的に反する。即ち、このプーリ２ａの軽量化を図る為に合成樹脂製としたのに対して、上述の様に、このプーリ２ａの強度を確保する為に重量が増大すれば、この軽量化によるメリットが低減する。
【０００９】
【特許文献１】特開平１０−１２２３３９号公報
【特許文献２】特許第２８３８０３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上述の様な事情に鑑みて、プーリの重量を増大させる事なく、このプーリに作用する荷重により、外径側円筒部の内周面と補強リブの外周縁部との結合部に破損が生じる事を防止できる構造を実現すべく発明したものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の合成樹脂製プーリは、前述した各従来構造と同様に、外径側円筒部と、内径側円筒部と、連結部と、複数の補強リブとから構成される。
このうちの外径側円筒部は、外周面にベルトを掛け渡す為のものである。
又、上記内径側円筒部は、この外径側円筒部の内径側にこの外径側円筒部と同心に配置されている。
又、上記連結部は、円輪状に形成され、この外径側円筒部の軸方向中間部内周面とこの内径側円筒部の軸方向中間部外周面との間に設けられている。そして、これら外径側円筒部と内径側円筒部とを連結する。
又、上記各補強リブは、上記連結部の両側面に放射状に設けられている。そして、外周縁部が上記外径側円筒部と、内周縁部が上記内径側円筒部と、それぞれ結合する。
そして、上記各補強リブの軸方向端部と上記外径側円筒部の内周面とが連続する部分を、上記連結部側に凹ませた湾曲部としている。
特に、本発明の合成樹脂製プーリに於いては、上記外径側円筒部の内周面と上記各補強リブの外周縁部の円周方向両側面とが連続する部分を、この内周面とこれら両側面とを円弧状に滑らかに連続させる円弧部としている。
【発明の効果】
【００１２】
上述の様に構成される本発明の合成樹脂製プーリの場合、各補強リブの軸方向端部と外径側円筒部の内周面とが連続する部分を湾曲部としている為、プーリの軽量化及び省スペース化を図れる。又、上記外径側円筒部の内周面と上記各補強リブの外周縁部の円周方向両側面とが連続する部分を円弧部としている為、この外径側円筒部の内周面とこれら各補強リブ１３ａ、１３ａの外周縁部との結合部に作用する応力が分散され、この結合部に生じる応力集中を緩和する。この結果、上記プーリに作用する荷重により、この結合部に破損が生じる事を防ぐ。又、本発明の場合、上述の様に、円弧部を形成しているのみで、プーリ全体のに肉厚を厚くしたり、補強リブの数を増やしたりしていないので、プーリの重量は殆ど増大しない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明を実施する場合に好ましくは、請求項２に記載した様に、上記円弧部の曲率半径を０．０５〜０．１mmとする。
この様な構成とする事により、上記結合部に生じる応力集中を効果的に緩和できる。
更に好ましくは、請求項３に記載した様に、この円弧部の曲率半径を０．１〜０．７mmとする。
この様な構成とする事により、プーリの加工コストや重量の増大を抑えつつ、上記結合部に生じる応力集中を効果的に緩和できる。
【実施例】
【００１４】
図１〜３は、本発明の実施例を示している。尚、本発明の特徴は、プーリ２ｂに作用する荷重により、このプーリ２ｂを構成する外径側円筒部１１の内周面と補強リブ１３ａ、１３ａの外周縁部との結合部が破損する事を防止する為、この外径側円筒部１１の内周面とこれら各補強リブ１３ａ、１３ａの外周縁部の円周方向両側面とが連続する部分を、断面円弧状の曲面とする点にある。その他の部分の構造及び作用は、前述の図９〜１０に記載した従来構造と同様であるから、重複する説明を省略若しくは簡略にし、以下、本実施例の特徴部分を中心に説明する。本実施例の場合、上記図９〜１０に記載した構造と同様に、上記外径側円筒部１１の内周面と上記各補強リブ１３ａ、１３ａの軸方向端部とが連続する部分を、連結部１２側に凹ませた湾曲部１４、１４としている。又、本実施例の場合、上記外径側円筒部１１の外径Ｄ11を５０〜１００mm、内径側円筒部１０の内径ｄ10を２０〜８０mm、この外径側円筒部１１の軸方向の幅Ｗ11を１６〜４０mm、この内径側円筒部１０の軸方向の幅ｗ10を１０〜２５mm、これら外径側円筒部１１及び内径側円筒部１０の厚さ（肉厚）Ｔを１〜４mmとしている。又、上記連結部１２の厚さｔ12を１〜４mm、上記各補強リブ１３ａ、１３ａの厚さｔ13を０．５〜３．５mm、これら各補強リブ１３ａ、１３ａの数ｎを、各面毎に１６〜８０、両面合計で３２〜１６０、これら各補強リブ１３ａ、１３ａと上記外径側円筒部１１との結合部の軸方向の幅Ｗを１３〜４０mm、これら各補強リブ１３ａ、１３ａと上記内径側円筒部１０との結合部の軸方向の幅ｗを８〜２５mmとしている。更に、上記湾曲部１４、１４の曲率半径Ｒを２〜１０mmとしている。特に、本実施例の場合、上述の様に、上記外径側円筒部１１の内周面と上記各補強リブ１３ａ、１３ａの外周縁部の円周方向両側面とが連続する部分を、この内周面とこれら両側面とを円弧状に滑らかに連続させる円弧部１５、１５とし、これら円弧部１５、１５の曲率半径ｒを０．０５〜１．０mmとしている。
【００１５】
又、本実施例のプーリ２ｂは、前述した図７〜８の構造と同様に、転がり軸受３を構成する外輪７（図７〜８参照）の外周面に合成樹脂を射出整形する事により形成される。この合成樹脂として、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等のポリアミド樹脂や、直鎖状或は分岐状のポリフェニレンサルファイド樹脂等が使用可能である。又、低吸水性、耐疲労性及び成形精度の向上を図る為に２種類以上のポリアミド樹脂を混合して使用する場合もある。更に、強度を増す為に、繊維状充填剤や粒子状充填剤を充填する場合もある。このうちの繊維状充填剤として、例えばガラス繊維やカーボン繊維等を使用する事ができる。又、上記粒子状充填剤として、例えば、シリカやアルミナ等の粒子を使用する事ができる。
【００１６】
上述の様に構成される本実施例のプーリ２ｂの場合、上記各補強リブ１３ａ、１３ａの軸方向端部と上記外径側円筒部１１の内周面とが連続する部分を上記湾曲部１４、１４としている為、このプーリ２ｂの軽量化及び省スペース化を図れる。又、上記外径側円筒部１１の内周面と上記各補強リブ１３ａ、１３ａの外周縁部の円周方向両側面とが連続する部分を、上記円弧部１５、１５としている為、上記プーリ２ｂに作用する荷重により上記外径側円筒部１１の一部が撓んでも、この外径側円筒部１１の内周面と上記各補強リブ１３ａ、１３ａの外周縁部との結合部に作用する応力が分散され、この結合部に生じる応力集中を緩和する。この結果、上記プーリ２ｂに作用する荷重により、この結合部に破損が生じる事を防ぐ。又、本実施例の場合、上述の様に、円弧部１５、１５を形成しているのみで、上記プーリ２ｂ全体の肉厚を厚くしたり、上記各補強リブ１３ａ、１３ａの数を増やしたりしていないので、上記プーリ２ｂの重量は殆ど増大しない。
【００１７】
特に、本実施例の場合、上記円弧部１５、１５の曲率半径ｒを０．０５〜１．０mmとしている為、上記結合部に作用する応力を効果的に緩和できる。即ち、上記円弧部１５、１５の曲率半径ｒを０．０５mm未満と小さくした場合、上記結合部に作用する応力が分散されにくく、応力集中の緩和効果が十分に得られない。一方、上記円弧部１５、１５の曲率半径ｒを１．０mmよりも大きくしても、応力集中の緩和効果が飽和してそれ以上の効果が得られない。従って、本実施例の場合、上記円弧部１５、１５の曲率半径ｒを０．０５〜１．０mmの範囲に規制する事により、上記プーリ２ｂに作用する荷重により上記外径側円筒部１１が撓んだ場合でも、上記結合部に生じる応力集中を効果的に緩和できる。
【００１８】
又、上記円弧部１５、１５の曲率半径が小さ過ぎると、上記プーリ２ｂの射出成形用の金型の製造コストが高くなると共に、このプーリ２ｂの加工精度を確保する事が難しい為、このプーリ２ｂの加工コストが増大する。又、上記円弧部１５の曲率半径を大きくする程、上記各補強リブ１３ａ、１３ａの質量が増大し、上記プーリ２ｂの重量増大に繋がる。従って、好ましくは、上記円弧部１５、１５の曲率半径ｒを０．１〜０．７mmの範囲とする。これにより、上記プーリ２ｂの加工コストや重量の増大を抑えつつ、上記結合部に生じる応力集中を緩和できる。
【００１９】
上述した様な効果を確認する為に、本発明者は、次の様な計算を行なった。即ち、プーリ２ｂに荷重を負荷した時の、外径側円筒部１１の内周面と各補強リブ１３ａ、１３ａの外周縁部との結合部に作用する最大主応力と、円弧部１５、１５の曲率半径との関係を、有限要素法により計算した。この計算では、上記プーリ２ｂの寸法を、
プーリ２ｂ（外径側円筒部１１）の外径Ｄ11：７０mm
プーリ２ｂ（内径側円筒部１０）の内径ｄ10：４０mm
外径側円筒部１１の軸方向の幅Ｗ11：２５mm
内径側円筒部１０の軸方向の幅ｗ10：１５mm
外径側円筒部１１及び内径側円筒部１０の厚さＴ：２．５mm
連結部１２の厚さｔ12：１．５mm
補強リブ１３ａ、１３ａの厚さｔ13：１．５mm
補強リブ１３ａ、１３ａの数ｎ：連結部の片面毎に３６、両面合計で７２
補強リブ１３ａ、１３ａと外径側円筒部１１との結合部の軸方向の幅Ｗ：２２mm
補強リブ１３ａ、１３ａと内径側円筒部１０との結合部の軸方向の幅ｗ：１２mm
とした。
【００２０】
尚、上記各補強リブ１３ａ、１３ａは、等間隔にそれぞれの間隔を１０°ずつあけて配置した。又、これら各補強リブ１３ａ、１３ａの内周縁部の軸方向両端部と上記内径側円筒部１０の外周面との成す角度がほぼ直角となる様に、これら各補強リブ１３ａ、１３ａとこの内径側円筒部１０とを結合した。一方、これら各補強リブ１３ａ、１３ａの軸方向両端部と上記外径側円筒部１１の内周面とを連続させる湾曲部１４、１４の曲率半径Ｒを５mmとした。そして、上記外径側円筒部１１の内周面と上記各補強リブ１３ａ、１３ａの外周縁部の円周方向両側面とが連続する部分である上記円弧部１５、１５の曲率半径ｒを、０．０１〜１．０mmの範囲で種々変化させて、上記結合部に生じる最大主応力をそれぞれ計算した。この様に計算した結果を図４に示す。尚、これらの計算では、上記プーリ２ｂに作用する荷重を９８０Ｎとした。
【００２１】
上記図４に示した線図では、それぞれの最大主応力を、上記円弧部１５、１５の曲率半径ｒが０．０１mmの場合の、上記結合部の最大主応力を１とした場合の比で示している。この図４から明らかな様に、上記円弧部１５、１５の曲率半径を大きくする程、この結合部に生じる最大主応力が小さくなる。例えば、これら円弧部１５、１５の曲率半径ｒを０．０５mmとすると上記結合部の最大主応力が４０％低減し、更には、この曲率半径ｒを０．１mm以上とするとこの結合部の最大主応力が５０％以上も低減する。但し、この曲率半径ｒが０．７mmよりも大きい範囲では、この結合部の最大主応力低減の効果が殆ど変化せず、この曲率半径ｒが１．０mmよりも大きくなると、この結合部の最大主応力低減の効果が飽和する。従って、上記円弧部１５の曲率半径ｒの範囲を、０．０５〜１．０mm、好ましくは０．１〜０．７mmとすれば、上記結合部に生じる最大主応力を効果的に低減できる事が分かる。
【００２２】
次に、各補強リブ１３ａ、１３ａの厚さは上述した場合と同じ（１．５mm）とし、これら各補強リブ１３ａ、１３ａの数を変化させた場合の、円弧部１５、１５の曲率半径と結合部の最大主応力との関係を計算した。この結果を図５に示す。尚、上記各補強リブ１３ａ、１３ａの数ｎは、４０と４８とした。又、これら各補強リブ１３ａ、１３ａの数ｎが４０の場合を実線で、４８の場合を破線で示している。又、プーリ２ｂに負荷する荷重も上述した場合と同様に９８０Ｎとした。上記図５から、上記各補強リブの１３ａ、１３ａの数を変えても、上記図４の場合と同様に、上記円弧部１５、１５の曲率半径ｒを０．０５〜１．０mm、好ましくは０．１〜０．７mmの範囲で、上記結合部の最大主応力を効果的に低減できる事が分かる。
【００２３】
更に、各補強リブ１３ａ、１３ａの数は前述した図４の場合と同じ（３６）とし、これら各補強リブ１３ａ、１３ａの厚さを変化させた場合の、円弧部１５、１５の曲率半径と結合部の最大主応力との関係を計算した。この結果を図６に示す。尚、上記各補強リブ１３ａ、１３ａの厚さｔ13は１．７mmと１．３mmとした。又、これら各補強リブ１３ａ、１３ａの厚さｔ13が１．７mmの場合を実線で、１．３mmの場合を破線で示している。又、プーリ２ｂに負荷する荷重も上述した場合と同様に９８０Ｎとした。上記図６から、上記各補強リブ１３ａ、１３ａの厚さを変えても、上記図４の場合と同様に、上記円弧部１５、１５の曲率半径ｒを０．０５〜１．０mm、好ましくは０．１〜０．７mmの範囲で、上記結合部の最大主応力を効果的に低減できる事が分かる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施例を示す半部斜視図。
【図２】図１のＡ部を拡大して示す部分正面図。
【図３】図１のＢ矢視図。
【図４】円弧部の曲率半径と結合部に生じる最大主応力との関係を示す線図。
【図５】補強リブの数を変化させた場合の、円弧部の曲率半径と結合部に生じる最大主応力との関係を示す線図。
【図６】同じく補強リブの厚さを変化させた場合の関係を示す線図。
【図７】従来構造のプーリ装置の１例を示す、図８のＣ−Ｏ−Ｃ断面図。
【図８】図７の側方から見た図。
【図９】従来構造のプーリの別例を示す、図１０のＤ−Ｏ−Ｄ断面図。
【図１０】図９の側面図。
【図１１】プーリに作用する荷重により、外径側円筒部の一部が撓んだ状態を誇張して示す部分斜視図。
【符号の説明】
【００２５】
１    プーリ装置
２、２ａ、２ｂ  プーリ
３    転がり軸受
４    内輪軌道
５    内輪
６    外輪軌道
７    外輪
８    転動体
１０    内径側円筒部
１１    外径側円筒部
１２    連結部
１３、１３ａ  補強リブ
１４    湾曲部
１５    円弧部
【図１】
2005127465.tif 000003
【図２】
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【図３】
2005127465.tif 000005
【図４】
2005127465.tif 000006
【図５】
2005127465.tif 000007
【図６】
2005127465.tif 000008
【図７】
2005127465.tif 000009
【図８】
2005127465.tif 000010
【図９】
2005127465.tif 000011
【図１０】
2005127465.tif 000012
【図１１】
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