JP2005265033A

JP2005265033A - フェノール樹脂製カム

Info

Publication number: JP2005265033A
Application number: JP2004077432A
Authority: JP
Inventors: Hidemi Tanizawa; 秀美谷澤
Original assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Priority date: 2004-03-18
Filing date: 2004-03-18
Publication date: 2005-09-29

Abstract

【課題】従来のフェノール樹脂成形材料が有する機械的強度、クリープ特性、寸法精度を維持しつつ耐摩耗性に優れたフェノール樹脂成形材料からなり、圧縮成形、トランスファー成形あるいは射出成形により製造が可能な自動車用部品、汎用機械用部品等に使用されるフェノール樹脂製カムを提供する。
【解決手段】成形材料全体に対して、フェノール樹脂３０〜４０重量％、黒鉛５〜２０重量％、ガラス繊維４０〜６０重量％、及び、有機繊維５〜１０重量％を含有するフェノール樹脂成形材料を成形してなるフェノール樹脂製カム。
【選択図】なし

Description

本発明は、フェノール樹脂製カムに関するものである。

従来、自動車や汎用機械等に使用されているカムは、鋳造や切削研磨加工により鉄あるいは特殊鋼などを用い、必要により焼き入れや二硫化モリブデン溶射などの耐摩耗処理を施したものが使われている。これらは寸法精度も良くエンジン油などに侵食されることもなく、且つ非常に耐摩耗性に優れているが、幾つもの加工工程を経るため時間および費用が掛かるという課題があった。また、二硫化モリブデンなどの表面処理は、環境面からも好ましくはない。
また、比重も５以上と高く、出来上がった製品は軸と合わせると非常に重い部品となってしまう。

一方で樹脂製のカムもあるが、ナイロンやポリイミド樹脂に代表される熱可塑性樹脂からなる樹脂カムは、耐摩耗性に優れるものの、異常時の高温下では、変形あるいは溶融してしまうため実用的ではなかった。また、高負荷下においては、クリープ特性にも劣ることからカムの形状を保つことができず、この点からも実用的ではなかった。（例えば特許文献１参照）
これに対しフェノール樹脂製のカムもあるが、強度を優先しているためガラス繊維を高配合した強化グレードが用いられていた。これは、機械的強度や、寸法精度には優れるものの、耐摩耗性では、ガラス繊維の影響により樹脂カム自身及び相手材への攻撃性が高く、問題となっていた。

特開２０００−２８１８０４号公報

本発明者は、上記の点について鋭意検討を行った結果、耐熱性、耐摩耗性に優れ、圧縮成形、トランスファー成形、あるいは、射出成形により製造が可能なフェノール樹脂製カムを見出した。

上記目的は、以下に記載の本発明により達成される。
成形材料全体に対して、フェノール樹脂３０〜４０重量％、黒鉛５〜２０重量％、ガラス繊維４０〜６０重量％、及び、有機繊維５〜１０重量％を含有するフェノール樹脂成形材料を成形してなるフェノール樹脂製カム。

本発明のフェノール樹脂製カムは、従来のガラス繊維強化の樹脂製カムに比べ、耐摩耗性に優れた特性を持ち、自動車用部品、汎用機械用部品等に使用されるカムとして好適である。

本発明において、用いられるフェノール樹脂は、ノボラック型フェノール樹脂（以下、ノボラック樹脂という）、レゾール型フェノール樹脂（以下、レゾール樹脂という）があるが、特に限定されるものではない。

これらは、単独あるいは併用して用いることができるが、ノボラック樹脂の場合、通常硬化剤としてヘキサメチレンテトラミンを使用する。ヘキサメチレンテトラミンの含有量は、特に限定されないが、ノボラック樹脂１００重量部に対し、１０〜２０重量部が好ましい。
一方、レゾール樹脂は、自硬化性の樹脂であるため、ノボラック樹脂と異なりヘキサメチレンテトラミンを用いることなく硬化させることができる。

フェノール樹脂（ヘキサメチレンテトラミンを用いる場合これを含む）の含有量は、成形材料全体に対して、３０〜４０重量％である。フェノール樹脂が前記下限値未満であると、材料の流動性が低下するため、成形が困難になる。また、衝撃強さが低下するため、カムが回転中に割れ、欠けが発生するといった問題がある。また前記上限値を越えると、成形収縮や後収縮による寸法変化が大きくなり、寸法精度の低下や寸法のばらつきが増大し、クリープ特性や応力緩和特性が低下するため、使用しているうちに所定の成形体寸法を維持することが難しい場合がある。

本発明には基材として黒鉛を用いる。黒鉛としては天然黒鉛、人造黒鉛の何れも使用することができる。またその形状は、粒状、鱗片状などいずれも使用できる。黒鉛は、優れた固体潤滑剤であり、特に摩擦係数を低下させる効果が大きい。本発明においては、黒鉛を、成形材料全体に対して、５〜２０重量％配合する。前記下限値未満だと、十分な低摩擦係数が得られないことがあり、耐摩耗特性の向上が不十分となる場合がある。また、前記上限値を超えると、耐衝撃力などの機械的強度が低下する場合がある。

本発明においては、基材としてガラス繊維を用いる。ガラス繊維を併用することにより、機械的強度を向上させることができる。ガラス繊維の配合割合は、成形材料全体に対して、４０〜６０重量％である。これにより、耐摩耗特性と機械的強度とを、ともに良好とすることができる。前記下限値未満だと耐衝撃力などの機械的強度が低下するようになり、前記上限値を超える量を配合すると耐摩耗性が低下するようになる。

本発明においては、基材として有機繊維を用いる。有機繊維としては、特に限定されないが、例えば、木粉やパルプの粉砕粉、粉砕布等の通常のフェノール樹脂成形材料に用いられるセルロースを主成分とする粉砕繊維を単独あるいは併用して用いることができる。これら有機繊維基材は、耐衝撃性を向上させる効果を持つ。また、成形流動時の材料の粘度を適度に上昇させる効果があることから、充填性を向上させる効果がある。更に有機繊維であることから相手部品への摩耗攻撃性が小さく耐摩耗性を向上させる効果がある。

これら有機繊維は、特に限定されないが、繊維長が実質的に５０〜２００μｍが好ましい。前記下限値未満では耐衝撃性向上の効果が充分に得られないことがある。また、前記上限値を超えると流動性が低下するようになるため良好な成形品が得られない場合がある。

有機繊維の含有量は、成形材料全体に対して、５〜１０重量％である。前記下限値未満では、十分な耐衝撃性が得られないことがある。また、前記上限値を越えると引張り強さや曲げ強さといった他の機械的強度が低下すると共に、成形収縮率が大きくなり所定の成形品寸法が得られない場合がある。

本発明において、上記の配合物を所定の配合割合で混合し、更に着色剤、硬化触媒等を加え加熱ロールにより混練し、シート状にしたものを顆粒状に粉砕して成形材料を得る。
得られた成形材料は、圧縮成形、トランスファー成形、射出成形のいずれかにより所定のカム形状に加圧成形されフェノール樹脂製カムを得る。成形の際、必要に応じ軸を一体成形したり付属部品と一体成形した形でフェノール樹脂製カムを得たりすることも可能である。

以下、実施例により本発明を説明する。
表１に、各実施例及び比較例で用いる成形材料組成を示した。また、表２に、各実施例及び比較例で得られた成形体（試験片及びカム）の特性評価結果を示した。

（１）実施例１
フェノール樹脂を３５重量％、ヘキサメチレンテトラミンを５重量％、ガラス繊維を４０重量％、黒鉛を１０重量％、有機繊維を５重量％、着色剤１重量％、離型剤１重量％、硬化触媒３重量％を配合し、９０℃の加熱ロール間で溶融混練し、成形可能な流動性が得られるまで反応を促進させ、次いで、シート状にし約５０℃程度まで冷却したものを粉砕して顆粒状の成形材料を得た。この材料を用いて、以下に示す方法にて試験片およびカムを成形した。

（２）実施例２
フェノール樹脂を２５重量％に減量し、ガラス繊維を５５重量％に増量し、黒鉛を５重量％に減量した以外は実施例１と同様にして、成形材料を得、次いで、試験片およびカムを成形した。

（３）実施例３
フェノール樹脂を３０重量％に減量し、有機繊維を１０重量％に増量した以外は実施例１と同様にして、成形材料を得、次いで、試験片およびカムを成形した。

（４）比較例１
ガラス繊維を５５重量％に増量し、黒鉛及び有機繊維を配合しないこと以外は実施例１と同様にして、成形材料を得、次いで、試験片およびカムを成形した。

（５）比較例２
黒鉛を１５重量％に増量し、有機繊維を配合しないこと以外は実施例１と同様にして、成形材料を得、次いで、試験片およびカムを成形した。

（６）比較例３
ガラス繊維を３５重量％に減量し、黒鉛を５重量％に減量し、有機繊維を１５重量％に増量した以外は実施例１と同様にして、成形材料を得、次いで、試験片およびカムを成形した。

ガラス繊維を３５重量％に減量し、黒鉛を５重量％に減量し、有機繊維を１５重量％に増量した以外は実施例１と同様にして、成形材料を得、次いで、試験片およびカムを成形した。

実施例及び比較例に用いた各配合物の原料は以下のとおりである。
（１）フェノール樹脂：ノボラック樹脂、住友ベークライト社製・「ＰＲ−５０７１６」
（２）黒鉛：日本黒鉛社製・土壌黒鉛（粒度１００メッシュパス）
（３）ガラス繊維：ヴェトロテックス社製・チョップドストランドＲＥＳ（平均繊維長３ｍｍ、繊維径１０〜１３μｍ）
（４）有機繊維：木粉（繊維長５０〜２００μｍで平均繊維長１２０μｍ）
（５）着色剤：カーボンブラック
（６）硬化触媒：酸化マグネシウム
（７）離型剤：ステアリン酸

特性を測定するための試験片は、上記成形材料を用いて、トランスファー成形により作製した。成形条件は、金型温度１７５℃、硬化時間３分間とした。得られた試験片について特性の評価を実施した。
更にカムについては射出成形により作製した。成形条件は、金型温度１７５℃、硬化時間４０秒間とした。得られたカム（長径４０ｍｍ、短径３０ｍｍ、厚み２２ｍｍ）について特性の評価を実施した。

表２における各成形材料の特性は、機械的強度として曲げ強さ及びシャルピー衝撃強さを、物理特性として、成形収縮率を、それぞれ、ＪＩＳＫ６９１１「熱硬化性プラスチック一般試験方法」に準拠して測定した。耐摩耗性評価は、成形して得られたカムを、相手材をＳＣＭ４２０（浸炭）として１５０時間後の成形品自身及び相手材の摩耗量を測定した。

実施例１は、比較例１に示す材料のガラス繊維の一部をグラファイト及び有機繊維に置換した材料を成形したものである。比較例１は機械的強度は極めて優れるが、耐摩耗性については摩耗量が大きいものであった。これに対して、実施例1は、摩耗量が大幅に低減しており、耐摩耗性、機械的強度のバランスのとれたものであった。また、比較例２と比べると有機繊維が配合されていることで、シャルピー衝撃強さが向上し、且つ摩耗特性はほぼ同等であることが判った。
実施例２は、ガラス繊維含有量が比較例１と同じであるが、適量の黒鉛と有機繊維を配合したので、摩耗特性が向上したものとなった。
実施例３と比べると比較例３は、摩耗特性は良いが有機繊維含有量が多いため、機械的強度が低下し且つ成形収縮率が大きくなった。有機繊維量としては、実施例３に示す含有量が上限となることが判った。材料となっている

本発明は、成形材料全体に対して、フェノール樹脂３０〜４０重量％、黒鉛５〜２０重量％、ガラス繊維４０〜６０重量％、及び、有機繊維５〜１０重量％を含有するフェノール樹脂成形材料を成形してなることを特徴とするフェノール樹脂製カムであり、自動車用部品、汎用機械用部品等に好適に使用できるものである。

Claims

成形材料全体に対して、フェノール樹脂３０〜４０重量％、黒鉛５〜２０重量％、ガラス繊維４０〜６０重量％、及び、有機繊維５〜１０重量％を含有するフェノール樹脂成形材料を成形してなることを特徴とするフェノール樹脂製カム。