(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフトとプーリ部とを固定してなる無段変速機用プーリにおいて、
上記シャフトにフランジ部を一体に設け、このフランジ部に対しプーリ部のベルト接触面と対向する背面側を摩擦圧接により接合し、
上記フランジ部の接合面の少なくとも外周部に、プーリ部のベルト接触面と同方向のテーパ面を設けるとともに、上記プーリ部の背部にフランジ部の外周面を取り囲む内周面を設け、摩擦圧接によりフランジ部の外周部へ流れた溶融金属をフランジ部の外周部とプーリ部の内周面との間に充填したことを特徴とする無段変速機用プーリ。
【請求項２】
上記シャフトは鋼材よりなり、上記プーリ部は軽合金よりなり、
上記プーリ部の内周面とシャフトの外周面との間に空間を設けるとともに、この空間に摩擦圧接により溶融した軽合金の一部が流れ込み、流れ込んだ軽合金がシャフトの外周面に圧接していることを特徴とする請求項１に記載の無段変速機用プーリ。
【請求項３】
上記シャフトのフランジ部に隣接する外周面に環状の溝部を形成し、
上記環状の溝部に摩擦圧接により溶融した軽合金の一部が充填されていることを特徴とする請求項２に記載の無段変速機用プーリ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は無段変速機用プーリ、特に別体よりなるシャフトとプーリ部とを固定してなる複合構造のプーリに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、Ｖベルトを用いて自動変速を行なう種々の無段変速機が実用化されているが、特に軽量化や放熱性の改善のために、プーリをアルミ合金などの軽合金で構成することが行われている。その場合、動力伝達軸（シャフト）は伝達トルクに対する耐久性を確保するため、鋼材を用いるのが望ましい。よって、ベルトと摩擦するプーリ部のみが軽合金化の対象となる。
【０００３】
このとき、鋼製のシャフトとアルミ合金製のプーリ部とを高強度に接合する必要があるが、従来の鋼とアルミ合金の高強度接合技術としては、「鋳込み」、「圧入」、「ねじの締付を利用した締結」などが考えられる。しかし、いずれの方法も、品質管理工程が多くかかったり、機械加工の必要な部分が多くなるなどの理由から、コスト高となっていた。
【０００４】
そこで、特開昭６３−１０４７９０号公報に記載のように、アルミ製のプーリ部と鋼製のシャフトとを摩擦接合によって接合させる方法が提案されている。この方法は、アルミ製のプーリ部の内径を鋼製のシャフトの外径よりも小さくし、プーリ部を固定してシャフトを回転させて接合面を接触させ圧力を加えて挿入後、シャフトの回転を停止し、さらに加圧して接合するものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記接合方法の場合には、プーリ部の内周面とシャフトの外周面とが接合面となるため、プーリにかかる推力（軸方向荷重）が接合面に対して剪断方向に作用する。そのため、接合強度を上げるためにはプーリ部とシャフトとの接合幅を大きく取らなければならない。しかし、これではプーリ部の軸方向寸法が長くなるとともに、プーリ部の内径部の肉厚が大きくなり、重量が大きくなるという欠点がある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、プーリに作用する推力に対する剛性が高く、プーリ部とシャフトとの接合部の軸方向寸法を短縮できる無段変速機用プーリを提供することにある。
他の目的は、品質管理が簡単で、低コストで製造できる無段変速機用プーリを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、シャフトとプーリ部とを固定してなる無段変速機用プーリにおいて、上記シャフトにフランジ部を一体に設け、このフランジ部に対しプーリ部のベルト接触面と対向する背面側を摩擦圧接により接合し、上記フランジ部の接合面の少なくとも外周部に、プーリ部のベルト接触面と同方向のテーパ面を設けるとともに、上記プーリ部の背部にフランジ部の外周面を取り囲む内周面を設け、摩擦圧接によりフランジ部の外周部へ流れた溶融金属をフランジ部の外周部とプーリ部の内周面との間に充填したことを特徴とする無段変速機用プーリを提供する。
【０００８】
シャフトのフランジ部とプーリ部の背面とを接触させ、いずれか一方を固定し、他方を回転させながら押しつけることで、摩擦圧接させる。接合部にはフランジ部とプーリ部との相互拡散による冶金的な接合力が働き、剛体結合される。特に、軸方向に対面するプーリ部の背面とシャフトのフランジ部との対面接合であるから、プーリにかかる推力の方向が接合面に対して垂直方向となり、接合強度が高い。そのため、プーリ部とシャフトとの接合幅を小さくでき、軸方向に薄型のプーリを構成できる。
【０００９】
本発明では、フランジ部の接合面の少なくとも外周部に、プーリ部のベルト接触面と同方向のテーパ面を設けるとともに、プーリ部の背部にフランジ部の外周面を取り囲む内周面を設け、摩擦圧接によりフランジ部の外周部へ流れた溶融金属をフランジ部の外周部とプーリ部の内周面との間に充填している。
このように構成すれば、摩擦圧接により溶融した金属がテーパ面によって積極的にフランジ部外側へ導かれるので、フランジ部外周面とプーリ部との空間に溶融金属が充填されやすくなる。そのため、推力によるプーリ部の倒れ方向の荷重をフランジ部外周面で受けることができ、プーリ部の厚みを薄くすることが可能となる。
【００１０】
請求項２のように、シャフトは鋼材よりなり、プーリ部は軽合金よりなり、プーリ部の内周面とシャフトの外周面との間に空間を設けるとともに、この空間に摩擦圧接により溶融した軽合金の一部が流れ込み、流れ込んだ軽合金をシャフトの外周面に圧接させてもよい。
この場合には、シャフトとプーリ部の半径方向の空間に軽合金が充填されることによって発生する機械的な結合力により、高強度の結合が起こる。また、圧接後の冷却に伴う鋼と軽合金との熱収縮差によって、プーリ部がシャフトを緊締し、さらに高強度の接合ができる。
【００１１】
請求項３のように、シャフトのフランジ部に隣接する外周面に環状の溝部を形成し、環状の溝部に摩擦圧接により溶融した軽合金の一部を充填してもよい。
この場合には、Ｖベルトから加わる軸方向の圧力によってプーリ部にはモーメントが作用し、プーリ部の内径部がフランジ部から離れようとするが、環状の溝部に充填された軽合金がアンカー効果を発揮し、プーリ部の内径部とシャフト（フランジ部）との接合強度が向上する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１，図２は本発明の前提となる無段変速機用プーリを示し、図１は結合前、図２は結合後の状態を示す。
１は鋼製のシャフトであり、シャフト１には略円板状のフランジ部２が一体に形成されている。フランジ部２の一側面には、シャフト１の軸線と垂直方向の接合面２ａが設けられている。接合面２ａ側のフランジ部２に近接するシャフト１の外周面には、肉ヌスミ部３または環状の溝が設けられている。
【００１３】
１０はアルミ合金よりなるプーリ部であり、プーリ部１０の一側面にはテーパ状のベルト接触面１１が設けられ、対向する背面にはフランジ部２よりやや大径な円形の凹部１２が設けられている。この凹部１２の底面がフランジ部２の接合面２ａと接合される接合面１２ａである。凹部１２の内周面１２ｂは、接合状態においてフランジ部２の外周面２ｂを取り囲んでいる。
【００１４】
次に、プーリ部１０をシャフト１のフランジ部２と接合する方法を説明する。
先ず、図１に示すように、支持具４によってシャフト１を固定するとともに、フランジ部２の背面を支える。そして、プーリ部１０の中心穴１３をシャフト１に挿入し、プーリ部１０を回転させながらフランジ部２方向に押し付けることで、フランジ部２の接合面２ａとプーリ部１０の接合面１２ａとを摩擦圧接により接合する。すなわち、摩擦熱によって接合面１２ａを構成するアルミ合金が溶融し、図２に示すように、その一部は内径側へ流れて肉ヌスミ部３へ充填されるとともに、中心穴１３とシャフト１との隙間にも充填され、凝固する。また、溶融金属の残部は外径側へ流れて凹部１２の内周面とフランジ部２の外周面との隙間に流れ込んで凝固する。
なお、シャフト１を固定し、プーリ部１０を回転させる方法に代えて、プーリ部１０を固定し、シャフト１を回転させて接合してもよい。
【００１５】
上記のように接合面２ａと接合面１２ａとの間に、鋼とアルミの相互拡散による冶金的な接合力が働くと同時に、シャフト１に設けた肉ヌスミ部３にアルミ合金が充填されて機械的な結合力が働くので、シャフト１とプーリ部１０とは高強度に接合される。また、圧接後の冷却によりアルミ合金が凝固する時、鋼とアルミの熱収縮差によって肉ヌスミ部３に充填されたアルミに締付力が作用するので、一層強固な結合が行われる。
【００１６】
図２に示すように、シャフト１とプーリ部１０とを結合したプーリにＶベルト２０を巻き掛けて駆動すると、Ｖベルト２０に働く回転トルクがプーリ部１０とフランジ部２との間に剪断力として作用し、Ｖベルト２０に対する推力がプーリ部１０とフランジ部２との間に圧接力として作用する。いずれの荷重に対しても、プーリ部１０とフランジ部２の接合力が十分高いので、剥離を起こす恐れがない。
また、プーリ部１０に働く推力に対しては、鋼よりなるフランジ部２がプーリ部１０を背後から支えるので、プーリ部１０に傾きや撓みが発生しない。特に、プーリ部１０の外径部が推力によって矢印方向Ｆ１へ押されると、プーリ部１０にはモーメントが作用し、プーリ部１０の内径部が矢印Ｆ２のように反対方向へ移動しようとする。これに対し、鋼よりなるフランジ部２がプーリ部１０を背後から支えるので、プーリ部１０の傾きや撓みを抑制する。しかも、肉ヌスミ部３に充填されるプーリ部１０のアルミ合金がアンカー効果を発揮し、プーリ部１０の内径部の浮き上がりや亀裂を防止できる。
【００１７】
図３，図４は本発明にかかる無段変速機用プーリの第１実施例を示し、図３は結合前、図４は結合後の状態を示す。
図３，図４において、図１，図２と同一部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
この実施例では、フランジ部２の接合面２ａの外周部に、プーリ部１０のベルト接触面１１と同方向のテーパ面２ｃを設けるとともに、これに対応してプーリ部１０の接合面１２ａの外周部にもテーパ面１２ｃを設けたものである。
【００１８】
図２に示す参考例では、フランジ部２の接合面２ａが軸心と直交方向の平面であるため、摩擦圧接により外径側へ流れる溶融アルミの量が少なく、凹部１２の内周面１２ｂとフランジ部２の外周面２ｂとの間に隙間が残る。そのため、ベルト巻き掛け径が最大径の状態で、Ｖベルト２０から大きな軸方向圧力が作用すると、フランジ部２のエッジとプーリ部１０のベルト接触面１１とを結ぶ最短経路（図２に破線Ｌで示す）に最大荷重が作用し、プーリ部１０が破断しやすくなる。そのため、プーリ部１０の肉厚をその分だけ大きくする必要がある。
これに対し、図４に示すようにフランジ部２の接合面２ａの外周部にテーパ面２ｂを設けると、摩擦圧接により溶融アルミが外径側へ多く流れ、凹部１２の内周面１２ｂとフランジ部２の外周面２ｂとの隙間を埋めて凝固する。そのため、Ｖベルトから大きな軸方向圧力を受けても、フランジ部２の外周面２ｂに充填されたアルミ合金がプーリ部１０の背後を支え、プーリ部１０に作用する曲げモーメントを支える。そのため、プーリ部１０の肉厚を殊更大きくすることなく、破断を確実に防止できる。
【００１９】
本発明のプーリは、乾式Ｖベルトを用いた無段変速機に好適である。すなわち、乾式Ｖベルトを用いた無段変速機の場合、プーリ推力は湿式のＶベルト式無段変速機に比べて約１／２〜１／３程度と低いので、プーリを鋼製のシャフトとアルミ合金製のプーリ部との複合材で構成しても十分な耐久性が得られ、大型バイク、軽自動車、小型自動車用の乾式ベルトを用いた無段変速機などに実用範囲を広げることができる。
【００２０】
本発明は上記実施例に限定されるものではない。
本発明において、シャフトを高融点金属、プーリ部を低融点金属としたが、高融点金属としては鋼材に限るものではなく、低融点金属もアルミ合金のような軽合金に限るものではない。低融点金属は高融点金属との摩擦圧接により一部が溶融できるものであればよい。
また、シャフトとプーリ部とが同一金属であってもよい。
接合前におけるフランジ部の接合面とプーリ部の接合面は同一形状である必要はなく、溶融した金属を充填させる部位に応じて、接合面の形状は任意に変更できる。
上記実施例では、シャフトに肉ヌスミ部（環状の溝）を設けたが、この肉ヌスミ部は必須ではない。ただし、肉ヌスミ部に溶融したアルミ合金を充填することにより、シャフトとプーリ部との結合強度が増す。
本発明においてシャフトとは、中実のシャフトに限らず、中空のシャフト、スリーブ、ハブであってもよく、プーリの軸部を構成する部材であればよい。したがって、本発明のプーリは固定シーブに限らず、可動シーブにも適用できる。
【００２１】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、シャフトのフランジ部とプーリ部の背面とを摩擦圧接により接合したので、両金属の冶金的な接合力が働き、剛体結合される。しかも、軸方向に対面するプーリ部の背面とシャフトのフランジ部との対面接合であるから、プーリにかかる推力の方向が接合面に対して垂直方向となり、接合強度が高い。そのため、プーリ部とシャフトとの接合幅を小さくでき、軸方向に小型化できる。
摩擦圧接に必要な精度は、例えば圧入やねじ締結に比べて低い精度でよく、品質管理が容易である。さらに、摩擦圧接に要する時間は１分以内のように比較的短時間であるから、鋳込み，圧入，ねじ締結などの方法に比べて生産性に優れ、低コストで製造できるという効果を有する。
さらに、フランジ部の接合面の少なくとも外周部に、プーリ部のベルト接触面と同方向のテーパ面を設けるとともに、プーリ部の背部にフランジ部の外周面を取り囲む内周面を設け、摩擦圧接によりフランジ部の外周部へ流れた溶融金属をフランジ部の外周部とプーリ部の内周面との間に充填したので、推力によるプーリ部の倒れ方向の荷重をフランジ部外周面で受けることができ、プーリ部の厚みを薄くすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の前提となる無段変速機用プーリにおけるシャフトとプーリ部との結合前の断面図である。
【図２】図１に示すシャフトとプーリ部との結合後の断面図である。
【図３】本発明の第１実施例におけるシャフトとプーリ部との結合前の断面図である。
【図４】図３に示すシャフトとプーリ部との結合後の断面図である。
【符号の説明】
１          シャフト
２          フランジ部
２ａ        接合面
３          肉ヌスミ部
１０        プーリ部
１１        ベルト接触面
１２ａ      接合面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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