专利名称：生产具有一个金属插入件的塑料滑轮组件的方法
技术领域：
本发明的背景技术本发明通常涉及滑轮领域，例如可以和车辆辅助驱动系统的环形驱动带一起使用的滑轮，以及一种生产滑轮的方法。更准确地说，本发明涉及一种生产滑轮组件的方法，其中一个塑料外滑轮体被模制在一个金属插入件周围，通过使用一个将金属插入件定位在模腔内部的定位装置，以保持模制过程中塑料外滑轮体内部的金属插入件的圆度，并确保塑料外滑轮体的带配合部分相对于圆形插入件的同心度。详细地说，本发明涉及一种生产滑轮组件的方法，其中一个塑料外滑轮体被模制在一个金属插入件周围，通过使用一个将金属插入件定位在模腔内部的定位装置，并在金属插入件的外圆周平滑表面上包括一个锁紧装置，以防止塑料外滑轮体和金属插入件之间的相对转动。
滑轮通常用在车辆辅助驱动系统中。各种车辆辅助装置，例如液力转向泵、交流发电机、空气调节泵和水泵通过由一个滑轮驱动的一条环形驱动带操纵，该滑轮连接到发动机的曲轴并与和辅助装置可操纵地相关联的若干驱动滑轮相连。这种系统被称为“蛇形”驱动系统。驱动大量辅助装置，特别是用一个蛇形驱动带，要求仔细地控制带，以确保将带准确地设置在和辅助装置可操纵地相关联的若干驱动滑轮上。带的精确定位常常需要使用惰轮。另外，为了防止带打滑，必须在环形驱动带系统上维持恒定的负载。使用一个张紧装置，即一个张紧臂与一个张紧轮相连的装置，有助于在环形驱动带系统上维持一个负载或扭矩。惰轮和张紧轮通常由钢制成，但钢是昂贵的、重的并难以形成为一个令人满意的滑轮结构。这些滑轮也可以由尼龙制成，但尼龙不具有良好的尺寸稳定性，而且尼龙滑轮在运行期间会过度磨损。
由塑料和金属制成的滑轮本身并不是新的；现有技术中存在这种具有金属插入件的塑料带驱动滑轮，其中一个塑料外滑轮体即被模制又被支撑在一个金属盘上。美国专利4，473，363和4，468，210给出在一个单步工艺过程中在一个金属盘上模制塑料外滑轮体的例子。美国专利4，913，688和5，476，423给出一个两步装配工艺过程的例子，其中首先模制塑料外滑轮体，然后将金属插入件放入已经模制的滑轮体。
许多具有金属插入件的塑料滑轮通过单步模制工艺制造。在一个滑轮组件通过一种压缩模制工艺制造的情况中，一个塑料的环形预成型坯被加热直至可弯曲，然后腔在金属插入件周围被模制。一种将金属插入件固定在模制腔中的简单方法是使用设置在金属盘的中心孔中的一个定位销。如果金属插入件是一个轴承装置，那么保持金属轴承的同心度或圆度是非常重要的。由于包含在压缩模制工艺中的高的压力，所以已经发现使用穿过轴承中心的一个定位销会导致滑轮的塑料体中的轴承的同心度降低，使得轴承不能接受。和不圆的轴承一起存在的问题包括高RPM下缩短的轴承寿命以及可能的噪音产生。
通常，当通过在金属插入件周围压缩模制塑料体的单步工艺生产一个滑轮时，金属插入件的外周边实际上可改造(或调整)。例子包括使用一个在其外周边具有突起的金属插入件，例如美国专利No．4，473，363中描述的径向延伸的裙状花边，或施加到其上的压花，如美国专利No．4，468，210中描述的。为了防止金属插入件和塑料外体之间的相对转动，金属插入件的外周边被改造(或调整)。
许多滑轮也通过两步生产工艺制造。美国专利No．4，913，688中给出了一个在外滑轮体被模制后将金属插入件连接到外体上的例子；为了促使塑料到金属的粘结，在塑料外滑轮体被模制为一个单一元件后，一种粘合剂，例如环氧树脂被加到金属和塑料之间。美国专利No．5，476，423表示，首先模制一个塑料外滑轮体，而且当塑料仍高于38℃(100°F)时，将一个轴承设置在塑料体中并冷却该组件，以使塑料体周向收缩并将轴承定位。这种粘合剂粘结的方法以及连接金属插入件到塑料滑轮体的收缩法确实克服了圆金属插入件(或轴承)同心度失准的问题，但引起了其它问题。用一种粘合剂粘结的工艺具有清洁和环境问题。使用塑料收缩以使金属插入件定位的方法实际上不能充分地将金属插入件固定到塑料体上。
可以通过一种维持金属插入件圆度的工艺容易并成功地制造一种具有金属插入件的塑料滑轮的需要仍然存在，特别是在车辆辅助驱动系统的环形驱动带领域中。
发明概述因此，本发明的一个目的是提供一种制造一种具有一个金属插入件的塑料滑轮的方法，该方法能保持金属插入件的圆度。
为了实现前述和其它目的，根据本发明的一个目的，正如此处所具体化并大量描述的，提供了一种具有一个金属插入件的塑料滑轮及其制造方法。
本发明归结到一种生产滑轮组件的方法，其通过设置一个金属插入件在一个定位装置上，插入件有一个平滑的外圆周表面，有或没有一个锁紧装置固定到其上，定位装置位于一个模腔内部并设置在金属插入件的外圆周周围。定位装置起到将金属插入件定位在模腔内部、保持金属插入件的圆度及保证塑料外滑轮体的带配合部分相对于圆形插入件的同心度。在金属插入件设置在定位装置上后，一个塑料环形体在该金属插入件周围被模制。
附图的简要说明附图包含在说明书中并形成说明书的一部分，其中相同的标号表示相同的部件，附图表示本发明的优选实施例，并与
一起用以解释本发明的原理。在图中图1是一个现有技术的裙状花边的金属插入件的端视图。
图2是一个现有技术的滑轮结构的端视图。
图3是本发明的环形金属插入件的一个优选实施例的端视图。
图4是环形金属插入件的一个优选实施例的透视图，在金属插入件周围模制塑料体之前，一个压花被施加到金属插入件的外周边。
图5是环形金属插入件的另一个实施例的透视图，在金属插入件周围模制塑料体之前，一种固化的粘结条被加到金属插入件的外周边。
图5A是本发明定位装置的一个优选实施例的代表。
图5B是在金属插入件周围模制塑料体之前，一个塑料预成型坯和模腔内部的一个金属插入件的优选实施例的视图。
图6是在图4的金属插入件周围模制塑料体之后，滑轮组件的一个优选实施例的端视图。
图7是金属轴承插入件的另一个优选实施例的透视图，在金属插入件周围模制塑料体之前，一个压花被施加到金属轴承插入件的外周边。
图8是在图7的金属轴承周围模制塑料体之后，滑轮组件的另一个优选实施例的端视图。
图9是沿图8的9-9线的一个透视图，表示在金属轴承周围模制塑料体之后，滑轮组件的另一个优选实施例。
图10表示根据本发明使用至少一个惰轮和一个张紧轮的发动机的一个前端辅助驱动系统的示意图。
优选实施例的描述参照附图，特别是图1和2，分别表示现有技术的一个裙状花边的金属插入件和现有技术的具有一个金属插入件的一个塑料滑轮。参照图1，表示现有技术的一个裙状花边的金属插入件。外周边6形成许多径向延伸的突起，例如裙状花边7。裙状花边的金属插入件2是由板钢压制的。图2所示的现有技术的塑料滑轮和金属插入件1包括两个元件，图1所示的裙状花边的金属插入件2和塑料体3。在单步模制工艺中，塑料体3支撑并压缩模制在金属插入件2的外周边6上和周围。裙状花边突起7径向延伸到塑料体3中并防止金属插入件2相对于塑料体3相对转动。如前所述，图2所示的现有技术的塑料滑轮和金属插入件1，表示通过一种单步模制工艺生产的一种现有技术的滑轮组件的例子，其中采用图1所示的现有技术的裙状花边金属插入件2，通过本发明可以克服该例的缺点。
参照图3，表示在被压缩模制在一个塑料外体内部之前，本发明的一个未改进的金属插入件10。金属插入件10具有一个基本上平滑的外圆周表面11。金属插入件10用钢制成，而且可以是一个圆盘、一个轮毂或一个轴承装置的形式。一个优选轴承装置的详细描述参见图7及下文。如图3所示，通过此处披露的本发明的方法，一个未变型的金属插入件10可以用于生产一个滑轮。
如果需要，金属插入件10可以被变型，将一个锁紧装置施加到金属插入件的外周表面，用于夹紧并机械连接塑料体到金属插入件周围，并用以防止塑料体和金属插入件之间的相对转动。在一个优选实施例中，如图4所示，施加到金属插入件10的平滑外圆周表面11的一个压花22用作锁紧装置。图4表示具有两个加工在外表面11中的槽23和24的一个金属插入件。压花22位于槽23中并用作图4所示实施例的锁紧装置。可以预见，压花形式的一种锁紧装置不局限于图4所示的实施例；对于有效地用作锁紧装置的压花22，图4中的槽24不是必需的。另外，压花22可以沿金属插入件的外圆周表面任意设置。
如果需要，金属插入件10可以被变型，如图5所示，采用一种具有一个固化粘结带20形式的锁紧装置，带20固定到基本上平滑的外圆周表面11。如图5所示，金属插入件10的固化粘结带20围绕金属插入件的外圆周表面11成任意形状。该固化粘结带从中心径向向外延伸。固化带的径向延伸有助于防止金属插入件和外滑轮体之间的相对转动。
形成固化带20的特定粘结剂可以随滑轮组件产品中需要的物理特性的变化而变化。已经发现适合的一种粘结剂是一种两部分的环氧树脂结构的粘结剂，FUSOR 320／322，其由Lord公司出售。具有类似特性并满足上述要求的其它材料也是可以的，例如丙烯酸衍生物，氨基甲酸乙酯及氰基丙烯酸酯。
在图5所示的实施例中，在用溶剂将油从表面除掉及通过浸蚀将表面轻微调整后，一个粘结带被加到金属插入件的外表面。然后该粘结带被固化。粘结带可以在室温下固化；在FUSOR 320／322的情况中，在室温下固化的时间近似为24小时。可以用热量来加速固化时间。热量可以通过一个热枪施加，在一个烘箱中或通过任何其它的能满足特定应用要求的装置实现。在一个优选实施例中，由FUSOR 320／322制成的粘结带用260℃设置的热枪固化；对于一个有效的固化，260℃的热枪应该至少使用100秒。因此粘结带或者可以在室温下固化或者可以用附加热固化。固化时间将随使用的粘结剂的形式和所施加的热的类型而变化。上述固化带20不局限于一个单一连续的固化粘结带。固化带20也可以是多条连续的固化带或不连续的固化粘结滴。可以预想的是添加一个连续的金属环，例如一个焊环。具有类似特性并满足前述要求的其它粘结带也是可以的。这种粘结带技术被详细地描述在待审的美国专利申请系列No．09／265．096(审查号No．P97-007A)中，它们是在与本申请相同的提交日提交到美国专利和商标局的。
上面描述的两种锁紧装置，压花22和固化粘结带20，不是本发明的方法可以使用的仅有形式的锁紧装置。适于本发明使用的锁紧装置包括调整金属插入件的平滑圆周表面，添加一种未固化的粘结剂到金属插入件的外圆周或设置一个突起或类似物，例如通过纤焊或焊接将突起或类似物固定到金属插入件的平滑圆周表面。因此可以采用对金属插入件的平滑外圆周表面进行的任何改进或添加。另外，可以预见对于某些特定应用，不给金属插入件的平滑外圆周表面添加或固定锁紧装置也是可以的。
在此点上，在一个优选实施例中，具有压花22形式的锁紧装置的金属插入件10用于压缩模制，以将插入件10连接或锁定到一个塑料外滑轮体上。形成外滑轮体的特殊塑料可以随最终的滑轮组件中要求的各种物理特性的变化而变化。已经发现适于用在外滑轮体模制中的一种类型的塑料是由西欧化学公司销售的、商标为DUREZ、商标号为No．31735的纤维素添加的酚醛塑料。这种酚醛塑料具有特殊的结构，具有抗磨损性、尺寸稳定性、抗蠕变力及用在滑轮中所需要的小重量。具有类似特性并满足前述要求的其它材料也是可以的。应该选择一种能满足特定应用要求的材料。
其上具有压花22的金属插入件10然后被设置在一个合适的模腔中。和本发明一起使用的一个模腔和模制装置的一个优选实施例如图5A和图5B所示。图5A是模腔的一个局部视图；它表示在金属插入件周围压缩模制一个外滑轮体之前，如何将金属插入件10固定在模腔内部。在图5A中，其上具有压花22的金属插入件10通过一个固定在金属插入件外周的定位装置固定在模腔内部。该定位装置在模制之前将金属插入件固定在模腔中，并确保模制过程中金属插入件的圆度。定位装置可以是任何形式的，例如一个环形件或许多定位销，其设置在模腔内部及金属插入件的外圆周周围。在一个优选实施例中，如图5A所示，定位装置是三个等间隔设置在金属插入件的外圆周周围的定位销13A，13B和13C。定位销13A，13B和13C设置在气缸15中，气缸形成模腔下半部分的一部分。在此特殊的实施例中，气缸15具有一个凸缘17，金属插入件10的外圆周靠在其上。尽管凸缘17如图5A所示，但在实施本发明中其不是必要的。
模制之前和模制过程中的完整的压缩模制装置如图5B所示。一个塑料环形的预成型坯19，最好是商标号为No．31735的DUREZ，被压缩模制在其上具有压花22的金属插入件10周围。图5B也表示金属插入件10的局部剖面图。图5B表示形成在气缸15并设置在金属插入件10周围的定位销13A和13B。注意定位销13B是以虚线示出的。图5B还示出压顶销72，当模制开始时，它与金属插入件10的外周边接触并有助于防止塑料泄漏到金属插入件中。压顶销72是上腔78的一部分，在图5B中以实线示出其开启位置时的情况，这是在模制之前。在图5B中以虚线还示出上腔78在其关闭位置的情况，如模制过程中所示。
在一个优选实施例中，在塑料滑轮体的外圆周上可以形成多条V形槽；这些槽通过位于图5B滑动装置74中的成型槽76形成。如图5B所示，滑动装置74在压缩模制操作中位于它们适当的位置。在模制开始后，滑动装置74从被模制的滑轮中滑出。注意上腔78的弯曲部分79有助于将材料向下推入成型槽76中，其中在关闭位置，上腔78的弯曲部分79以虚线示出。
压缩模制之前的塑料环形状的预成型坯的温度位于71℃到110℃的范围之间是好的，或位于88℃到104℃的范围之间较好，或位于93℃到99℃的范围之间最好，以便于使得预成型坯可弯曲。塑料环形状的预成型坯在一个还高的温度下在压花的金属插入件周围模制是好的，例如在149℃到191℃的范围之间，或位于166℃到182℃的范围之间较好，或位于171℃到177℃的范围之间最好。在压缩模制商标号为No．31735的DUREZ情况中，模制应该在50秒的最小的足够模制时间时结束。由模制结束引起的组合温度和压力(而且滑动装置74闭合)形成模制塑料滑轮和金属插入件。在模制完成后，模被打开。然后被模制的部件被弹射钉(未示出)弹出。
作为最终产品的滑轮组件25的一个优选实施例如图6所示，和图4的金属插入件一起形成。图6示出三个等间隔的矩形槽14，它们在滑轮体与金属插入件10的交界处形成在外塑料滑轮体中，它是围绕设置在模腔中的三个定位销模制的结果。塑料外滑轮体12在其上具有压花22的金属插入件10周围的压缩模制导致塑料和金属之间的牢固结合，这有助于防止在通常的操作状态下金属插入件和塑料外体之间的相对转动。尽管该优选实施例使用一种压缩模制工艺在金属插入件10周围模制塑料外滑轮体12，但模制工艺并不局限于压缩模制。任何模制工艺都可以，它们包括压缩、喷注或转模。
另一个优选实施例被表示在图7和8中。参照图7，本发明的金属插入件是一个轴承装置30。用于轴承装置30的特殊轴承可以随滑轮产品所要求的机械特性的变化而变化。已经发现适于用作轴承装置30的一种轴承是一种标以NSK的钢6203型球轴承。该轴承由一个外钢圈31、球32、一个球保持架33、用于保护球和球保持架的一个橡胶密封件34，及一个内钢圈36组成。该优选实施例并不局限于球轴承，具有类似特性的其它轴承装置也是可以的。
一个锁紧装置，在此实施例中为一个压花22，以和图4所示相同的方式被加到轴承装置21的平滑外圆周表面上，如图7所示。在此实施例中，其上具有压花22的轴承装置30被设置在一个模腔中。通过至少三个等间隔设置在轴承外周的定位销将轴承装置30固定在模腔中，如上所述定位销作为定位装置。另外，如上所述，定位装置并不局限于轴承周围的定位销；也可以将轴承装置设置在一个位于模腔内部的环形件中。如上所述，一个塑料环形状的预成型坯被压缩模制在压花的金属轴承装置周围。产生的塑料滑轮35如图8所示。图8所示的有三个等间隔的矩形槽14，它们在滑轮体与金属轴承的交界处形成在外塑料滑轮体中，它是围绕设置在模腔中的三个定位销模制的结果，如图6所示。用于生产图8所示滑轮的模制工艺不局限于压缩模制；任何形式的模制工艺都可以，它们包括压缩、喷注或转模。
图8的塑料滑轮组件35的一个透视图如图9所示，车辆辅助装置的多条具有V形棱的驱动带40以虚线示出，它们以驱动关系与滑轮配合并链绕在滑轮周围。
参照图10，表示一个具有一个柔性蛇形驱动带40的发动机50，带40环绕许多与辅助装置可操纵地关联的驱动滑轮18。辅助装置可以包括，例如液力转向泵、交流发电机、空气调节泵、水泵或本领域技术人员所熟知的并可从本发明得到启示的任何其它装置。每个辅助装置由经过发动机曲轴滑轮16的驱动带40驱动。具有张紧轮45的张紧装置60施加张力给驱动带40，以防止带打滑。一些惰轮55a和55b有助于控制驱动带40的位移，以使带可用于各种驱动滑轮18。本发明可以用作张紧滑轮45，槽侧惰轮55a及后侧惰轮55b。
可以模制塑料体外环形部分上有或没有多个V形槽的滑轮。一种塑料体外环形部分上模制有多个V形槽的滑轮用于接收一个多V形棱的带，例如带40，例如在车辆辅助驱动系统的环形驱动带的应用中。一个模制有多个V形槽的滑轮的例子是槽侧惰轮55a。一个未模制有多个V形槽的滑轮的例子是张紧滑轮45及后侧惰轮55b。本发明的滑轮不局限于那些使用多V形棱的带的滑轮。使用本发明的定位装置的滑轮也可以容纳V形带或同步带，并可以包括单V槽的滑轮及正时皮带链轮。
本发明的前述及所示实施例已经表示在附图中，并参照不同的变型进行了详细描述。但是应该理解，本发明的前述描述仅是示例，本发明的范围只限定在根据现有技术解释的权利要求中。而且，此处所披露的本发明可以用在缺少此处专门披露的任何元件的情况中。本发明不局限于惰轮和张紧轮或用在车辆应用中。
权利要求
1．一种生产滑轮组件的方法，包括下述步骤a)将一个环形金属插入件设置在一个定位装置上，所述金属插入件有一个轴线和一个从轴线径向延伸的平滑的外圆周表面，所述定位装置位于一个模腔内部并设置在金属插入件的外圆周周围，以在模制前将金属插入件定位在模腔内部并保持模制过程中金属插入件的圆度；b)在所述金属插入件周围模制一个塑料环形体。
2．如权利要求1所述的方法，其特征在于所述定位装置是至少三个定位销，它们设置在模腔内部并相互间隔开，每个销与金属插入件的所述圆周表面实际接触。
3．如权利要求2所述的方法，其特征在于所述定位销等间隔设置。
4．如权利要求1所述的方法，其特征在于所述定位销是设置在模腔内部的一个环形件。
5．如权利要求1所述的方法，其特征在于所述塑料环形体通过压缩模制形成。
6．如权利要求1所述的方法，其特征在于所述金属插入件是一个轴承装置。
7．如权利要求1所述的方法，其特征在于所述金属插入件有一个锁紧装置，其在所述金属插入件周围模制所述塑料环形体之前被施加到所述平滑的外圆周表面上，用于夹紧并在结构上将所述塑料体连接在所述金属插入件周围。
8．如权利要求7所述的方法，其特征在于所述锁紧装置是一个施加到所述金属插入件的所述平滑的外圆周表面上的压花。
9．如权利要求7所述的方法，其特征在于所述锁紧装置是一个粘结到所述金属插入件的所述平滑的外圆周表面上的固化带，所述带轴向和径向向外延伸。
10．如权利要求9所述的方法，其特征在于所述固化带是从一组包括环氧树脂、丙烯酸衍生物、氨基甲酸乙酯及氰基丙烯酸酯的材料中选择的。
11．一种由权利要求1所述的方法制造的滑轮组件。
12．如权利要求11所述的滑轮组件，其特征在于所述塑料体的所述外环形部分有形成在其中并适于与一个多V棱的带配合的多个V形槽。
13．一种生产滑轮组件的方法，包括下述步骤a)将一个轴承装置设置在一个定位装置上，所述轴承装置有一个轴线和一个从轴线径向延伸的平滑的外圆周表面，所述定位装置位于一个模腔内部并设置在轴承装置的外圆周周围，以在模制前将轴承装置定位在模腔内部并保持模制过程中轴承装置的圆度；其中所述定位装置是至少三个设置在模腔内部并相互间隔开的定位销；b)在所述轴承装置周围模制一个塑料环形体。
14．如权利要求13所述的方法，其特征在于所述至少三个定位销等间隔设置。
15．如权利要求13所述的方法，其特征在于所述轴承装置有一个锁紧装置，其在所述轴承装置周围模制所述塑料环形体之前以一个压花的形式被施加到所述平滑的外圆周表面上，用于夹紧并在结构上将所述塑料体连接在所述轴承装置周围。
16．如权利要求13所述的方法，其特征在于所述塑料环形体通过压缩模制形成。
17．如权利要求9所述的方法，其特征在于所述固化带是一个连续带。
18．如权利要求9所述的方法，其特征在于所述固化带是多条连续带。
19．如权利要求9所述的方法，其特征在于所述固化带是一个不连续的珠滴。
20．如权利要求7所述的方法，其特征在于所述锁紧装置是一个固定到所述金属插入件的所述平滑外圆周表面的连续金属环。
全文摘要
本发明提供一种生产一种滑轮组件的方法,该滑轮组件一般用于车辆辅助驱动系统的环形驱动带。该方法包括:将一个环形金属插入件(10)设置在一个定位装置(13a,13b,13c)上,所述金属插入件有一个轴线和一个从轴线径向延伸的平滑的外圆周表面,所述定位装置位于一个模腔内部并设置在金属插入件的外圆周周围,以在模制前将金属插入件定位在模腔内部并保持模制过程中金属插入件的圆度,并在所述金属插入件周围模制一个塑料环形体(19)。本发明还提供一种由该方法生产的滑轮组件。生产滑轮组件的方法可以包括:在金属插入件周围模制塑料环形体之前,改变金属插入件的外圆周表面(例如通过压花(22)),以夹紧、在结构上连接及防止塑料体和金属插入件之间的相对转动。
文档编号B29C45/14GK1292745SQ9980383
公开日2001年4月25日 申请日期1999年3月9日 优先权日1998年3月9日
发明者凯文·J·艾莫特 申请人:盖茨公司