JP2009154339A - 樹脂製回転体及びその製造方法、樹脂製回転体成形用半加工品及びその製造方法並びに補強用繊維基材成形用金型 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 補強用繊維基材5を形成するために、多数の補強繊維が集まって構成され且つ中央部に金属製ブッシュの外周部が嵌る貫通孔を備えた筒状の補強繊維集積体8を形成する。補強繊維集積体8を金属製ブッシュ2の外周部に嵌める。金属製ブッシュ2の外周部に嵌めた補強繊維集積体8を、金属製ブッシュ2の外周部に向かう方向と軸の軸線方向とに圧縮する。
【選択図】 図5
Description
スラリーを製造するために、繊維チョップ投入時の濃度が1g/リットルとなる量の水を満たしたタンクを用意する。そしてこのタンク内に、樹脂成形体中の補強繊維の繊維総量が40体積%となる量の補強繊維を入れる。具体的には、補強繊維として用いる繊維チョップとしてアスペクト比200のパラ系アラミド繊維“帝人(株)製「テクノーラ(商標)」”とフリーネス値が300mlになるまでフィブリル化処理した微細繊維“デュポン(株)製「ケブラー(商標)」”とを、質量比95対5となる量をそれぞれタンク内に投入する。次に攪拌機でタンク内の水を攪拌し繊維チョップを分散させる。図4の抄造金型を用いる場合には、減圧用のポンプPにてケース13内の空洞部分Sを80kPa以下に減圧する。そしてこの抄造金型9内に、分散させた繊維チョップを含むスラリーを充填し、繊維チョップと水を分離して円筒状の補強繊維集積体8を得る。なお抄造金型を構成する金網としては70メッシュの金網を用いた。
実施例1において、繊維チョップとしては、アスペクト比200のパラ系アラミド繊維“帝人(株)製「テクノーラ(商標)」”を50質量%、アスペクト比200のメタ系アラミド繊維“帝人(株)製「コーネックス(商標)」”を45質量%、そしてフリーネス値300mlまでフィブリル化処理した微細繊維“デュポン(株)製「ケブラー(商標)」”を5質量%としたものを用いる。この条件以外は、実施例1と同様にして樹脂製歯車を得る。
実施例1において、フリーネス値300mlまでフィブリル化処理した微細繊維“デュポン(株)製「ケブラー(商標)」”の配合割合を0質量%とする以外は、実施例1と同様にして樹脂製歯車を得る。
実施例1において、フリーネス値300mlまでフィブリル化処理した微細繊維“デュポン(株)製「ケブラー(商標)」”の配合割合を30質量%とする以外は、実施例1と同様にして樹脂製歯車を得る。
実施例1において、樹脂製成形体に対する補強繊維の繊維総量が20体積%とする以外は、実施例1と同様にして樹脂製歯車を得る。
実施例1において、樹脂製成形体に対する補強繊維の繊維総量が30体積%とする以外は、実施例1と同様にして樹脂製歯車を得る。
実施例1において、樹脂製成形体に対する補強繊維の繊維総量が50体積%とする以外は、実施例1と同様にして樹脂製歯車を得る。
実施例1において、アスペクト比40の繊維チョップを使用する以外は、実施例1と同様にして樹脂製歯車を得る。
実施例1において、アスペクト比100の繊維チョップを使用する以外は、実施例1と同様にして樹脂製歯車を得る。
実施例1において、アスペクト比800の繊維チョップを使用する以外は、実施例1と同様にして樹脂製歯車を得る。
実施例1において、アスペクト比1200の繊維チョップを使用する以外は、実施例1と同様にして樹脂製歯車を得る。
実施例1において、フリーネス値150mlまでフィブリル化処理した微細繊維“デュポン(株)製「ケブラー(商標)」”を使用する以外は、実施例1と同様にして樹脂製歯車を得る。
実施例1において、フリーネス値350mlまでフィブリル化処理した微細繊維“デュポン(株)製「ケブラー(商標)」”を使用する以外は、実施例1と同様にして樹脂製歯車を得る。
金属製ブッシュ2の外周面の突出部4がアンダーカット形状でないストレート形状の金属製ブッシュを使用する以外は、実施例1と同様にして樹脂製歯車を得る。
パラ系アラミド繊維とメタ系アラミド繊維の混紡糸(パラ系アラミド繊維混紡量:45質量%)で編んだ丸編み筒状体を準備する。この筒状体を軸方向に端部より巻き上げてリング状に整える。さらに図8に示すように、断面が矩形になるように金型でプレス成形した補強用繊維基材8´を2個用いる。金属製ブッシュ2に設けた突出部4Aを2つの補強用繊維基材8´で挟み込み、加熱した成形金型41に配置して型締めをする。その後の工程は、実施例1と同様にして、樹脂製歯車51を製造する。この比較例は、特許文献1に記載の方法により製造するものである。
金属製ブッシュ2の外周面の突出部4がアンダーカット形状でないストレート形状の金属製ブッシュを使用する以外は、比較例1と同様にして樹脂製歯車を得る。
図6に示す抄造金型25を用いてプレート状集積体を作成した。抄造金型25は、底面部25Aのみ金網で構成されており、金網は#70のシート状メッシュである。この抄造金型25に、実施例1と同様の繊維配合、濃度でタンク21内で水中に分散させた繊維チョップを導入して、脱水を行い、厚み20mm〜30mmの集積物26′を得る。集積物26′を乾燥した後、外径φ80mm×内径φ55mmのリング状に打ち抜き、筒状の補強繊維集積体8を得る。樹脂製回転体を作製する際は補強繊維集積体8を2個使用する。なお、補強繊維集積体8を用いて樹脂製回転体を作成した場合の樹脂成形体に対する補強繊維の体積が40体積%となるように、補強繊維の投入量を計算している。
金属製ブッシュ2の外周面の突出部4がアンダーカット形状でないストレート形状の金属製ブッシュを使用する以外は、比較例3と同様にして樹脂製歯車を得る。
ボス抜け強度:図10に示すように樹脂部のみに接し、かつ金属製ブッシュ2の外径サイズより大きい内径の円筒形状の台55の上に樹脂製歯車51を配置する。上方より金属製ブッシュ2を押さえる金具56を金属製ブッシュ2上に取付け、金具56に荷重を加えて、樹脂製歯車51が破壊に至る最大荷重を測定した。
実施例1、比較例1、比較例3の結果から明らかなように、本発明の実施例1のようにアンダーカット部分に繊維を強制的に充填すると、ボス抜き強度が向上する。
実施例1、3、及び4の結果より微細繊維含有量の差による影響はないことがわ分かる。またフィブリル化処理した微細繊維含有量が30重量%を超えると樹脂成形時に樹脂含浸不良が発生する。そのため微細繊維は30重量%以下が好ましい。
実施例1、実施例5〜7の結果より繊維充填量は30〜50体積%が好ましい。繊維充填量が50体積%を超えると樹脂成形時に樹脂含浸不良が発生する。
実施例1、実施例8〜11の結果よりアスペクト比は100〜1000が好ましいことが分かる。
実施例1、実施例12、13の結果より微細繊維のフリーネス値による影響は無いことが分かる。
実施例1、実施例14、比較例2、比較例4の結果よりアンダーカットをつけることによって、ねじり強度、及びモータリング耐久寿命が向上することがわ分かる。
2 金属製ブッシュ
3 貫通孔
4A 突出部(回り止め部)
5 補強用繊維基材
8 補強繊維集積体(補強繊維体)
Claims (24)
- 外周部に1以上の回り止め部を有して、軸を中心にして回転する金属製ブッシュの前記外周部の外側位置に、前記外周部に嵌った状態で配置された補強用繊維基材を形成するステップと、
前記補強用繊維基材に樹脂を含浸させ、前記樹脂を硬化して樹脂成形体を形成するステップと備えてなる樹脂製回転体の製造方法であって、
前記補強用繊維基材を形成するステップは、
内部に境界面を形成しないように多数の補強繊維が集まって構成され且つ中央部に前記金属製ブッシュの前記外周部が嵌る貫通孔を備えた筒状の補強繊維集積体を形成するステップと、
前記補強繊維集積体を前記金属製ブッシュの前記外周部に嵌めるステップと、
前記金属製ブッシュの前記外周部に嵌めた前記補強繊維集積体を、前記金属製ブッシュの前記外周部に向かう方向と前記軸の軸線方向とに圧縮するステップとから形成することを特徴とする樹脂製回転体の製造方法。 - 前記筒状の補強繊維集積体を形成するステップは、補強繊維チョップを水中分散させたスラリーを、10メッシュ以上250メッシュ以下の複数の貫通孔を備えた抄造金型を通して吸引しながら補強繊維チョップを集積させてプレート状集積体を形成するステップと、
前記プレート状集積体から前記筒状の補強繊維集積体を打ち抜くステップとからなる請求項1に記載の樹脂製回転体の製造方法。 - 前記筒状の補強繊維集積体を形成するステップは、
内側筒体と、前記内側筒体と同心的に配置された外側筒体と、前記内側筒体及び前記外側筒体の下側端部間を連結する底部材とからなり、前記内側筒体、前記外側筒体及び前記底部材の少なくとも1つの部材に10メッシュ以上250メッシュ以下の複数の貫通孔が形成された抄造金型を用意するステップと、
補強繊維チョップを水中分散させたスラリーを、前記抄造金型を通して吸引しながら補強繊維チョップを前記底部材上に集積させて前記筒状の補強繊維集積体を形成するステップとからなる請求項1に記載の樹脂製回転体の製造方法。 - アスペクト比(繊維径に対する繊維長の比)が100から1000の前記補強繊維チョップを水中に0.3g/リットル以上20g/リットル以下に分散させた前記スラリーを用いることを特徴とする請求項1または2に記載の樹脂製回転体の製造方法。
- 前記補強繊維がアラミド繊維をフィブリル化処理した微細繊維を含み、前記微細繊維のフリーネスが100ml以上400ml以下であって、前記微細繊維の含有量が前記補強繊維中の30質量%以下であることを特徴とする請求項3に記載の樹脂製回転体の製造方法。
- 前記金属製ブッシュの前記外周部には、1以上の回り止め部が形成されており、
前記1以上の回り止め部は、前記軸の径方向に突出する複数の突出部からなり、
前記突出部は、前記軸線方向に沿って測定した頂部の厚さ寸法が基部の厚さ寸法よりも大きいアンダーカット形状であり、前記軸線方向に対向する前記突出部の側面の金属製ブッシュの仮想中心横断面に対する角度θが5°以上40°以下である請求項1乃至5のいずれか1項に記載の樹脂製回転体の製造方法。 - 前記1以上の回り止め部は、前記金属製ブッシュの中央部分から前記軸の径方向に突出する複数の突出部からなり、
隣合う二つの前記突出部の間には凹部が形成され、
前記突出部と前記凹部とが、前記周方向に交互に並ぶように配置され、
前記突出部の前記中央部分からの前記突出寸法をh1とし、前記中央部分からの前記凹部の底部の高さ寸法をh2としたときに、h1>h2であるときに、
前記補強繊維チョップの長さが、0.5×h1mm及び1×h2mmの小さいほうの値以上であり、5×h1mm及び10×h2mmの大きいほうの値以下であることを特徴とする請求項1または2記載の樹脂製回転体の製造方法。 - 前記圧縮するステップでは、前記金属製ブッシュを前記軸線方向両側から挟んで支持する一対のセンターピンと、前記一対のセンターピンにより支持された前記金属製ブッシュの前記径方向外側に配置されて前記補強繊維集積体を前記外周部に向かう方向に圧縮するために前記センターピンに向かって近づくように動作する複数の縮径用金型と、前記一対のセンターピンの外側に配置され且つ前記補強繊維集積体を前記軸線方向に圧縮するために、前記一対のセンターピンに沿って前記軸線方向に相対的に近づく動作をする一対の圧縮用金型とを用い、
前記複数の縮径用金型を動作させた後に、前記一対の圧縮用金型を動作させることを特徴とする請求項1に記載の樹脂製回転体の製造方法。 - 外周部には1以上の回り止め部が形成されて、軸を中心にして回転する金属製ブッシュと、
前記金属製ブッシュの外周部の外側の位置に、前記外周部に嵌った状態で配置された補強用繊維基材と、
前記補強用繊維基材に樹脂が含浸され且つ前記樹脂が硬化して形成された樹脂成形体とを備えてなる樹脂製回転体であって、
前記補強用繊維基材は、内部に境界面を形成しないように多数の補強繊維が集まって構成され且つ中央部に前記金属製ブッシュの前記外周部が嵌る貫通孔を備えた筒状の補強繊維集積体が、前記金属製ブッシュの前記外周部に嵌った状態で、前記金属製ブッシュの前記外周部に向かう方向と前記軸の軸線方向とに圧縮されて形成されたものであることを特徴とする樹脂製回転体。 - 前記回り止め部は、前記軸の径方向外側に向かって突出する突出部からなり、
前記突出部の前記軸線方向に測った厚み寸法は、前記金属製ブッシュの前記軸線方向に測った厚み寸法よりも小さく、
前記金属製ブッシュの前記外周部には、複数の前記突出部が前記軸の周方向に所定の間隔を開けて設けられ、
隣合う二つの前記突出部の間に形成される凹部に、前記補強用繊維基材の一部が嵌り込んでおり、しかも前記複数の突出部が前記補強用繊維基材内に埋まった状態にあることを特徴とする請求項9に記載の樹脂製回転体。 - 前記回り止め部は、前記金属製ブッシュの中央部分から前記軸の径方向外側に向かって突出する複数の突出部からなり、
隣合う二つの前記突出部の間には凹部が形成され、
前記突出部と前記凹部とが、前記周方向に交互に並ぶように配置され、
前記突出部の前記中央部分からの前記突出寸法をh1とし、前記中央部分からの前記凹部の底部の高さ寸法をh2としたときに、h1>h2であるときに、
前記補強繊維の長さが、0.5×h1mm及び1×h2mmの小さいほうの値以上であり、5×h1mm及び10×h2mmの大きいほうの値以下であることを特徴とする請求項9に記載の樹脂製回転体。 - 前記樹脂成形体に対する前記補強繊維の割合が、30体積%以上50体積%以下であることを特徴とする請求項9に記載の樹脂製回転体。
- 前記樹脂成形体に機械加工が施されて複数の歯が形成されている請求項9乃至12のいずれか1項に記載の樹脂製回転体。
- 外周部に1以上の回り止め部が形成され、軸を中心にして回転する金属製ブッシュを用意するステップと、
前記金属製ブッシュの前記外周部の外側の位置に、前記外周部に嵌った状態で配置された補強用繊維基材を形成するステップと備えてなる樹脂製回転体成形用半加工品の製造方法であって、
前記補強用繊維基材を形成するステップは、
内部に境界面を形成しないように多数の補強繊維が集まって構成され且つ中央部に前記金属製ブッシュの前記外周部が嵌る貫通孔を備えた筒状の補強繊維集積体を形成するステップと、
前記補強繊維集積体を前記金属製ブッシュの前記外周部に嵌めるステップと、
前記金属製ブッシュの前記外周部に嵌めた前記補強繊維集積体を、前記金属製ブッシュの前記外周部に向かう方向と前記軸の軸線方向とに圧縮するステップとから形成することを特徴とする樹脂製回転体成形用半加工品の製造方法。 - 前記筒状の補強繊維集積体を形成するステップは、補強繊維チョップを水中分散させたスラリーを、10メッシュ以上250メッシュ以下の複数の貫通孔を備えた抄造金型を通して吸引しながら補強繊維チョップを集積させてプレート状集積体を形成するステップと、
前記プレート状集積体から前記筒状の補強繊維集積体を打ち抜くステップとからなる請求項14に記載の樹脂製回転体成形用半加工品の製造方法。 - 前記筒状の補強繊維集積体を形成するステップは、
10メッシュ以上250メッシュ以下の複数の貫通孔を備えた内側筒体と、前記内側筒体と同心的に配置された10メッシュ以上250メッシュ以下の複数の貫通孔を備えた外側筒体と、前記内側筒体及び前記外側筒体の下側端部間を連結する10メッシュ以上250メッシュ以下の複数の貫通孔を備えた底部材とからなる抄造金型を用意するステップと、
補強繊維チョップを水中分散させたスラリーを、前記抄造金型を通して吸引しながら補強繊維チョップを前記底部材上に集積させて前記筒状の補強繊維集積体を形成するステップとからなる請求項14に記載の樹脂製回転体成形用半加工品の製造方法。 - 外周部に1以上の回り止め部が形成されて軸を中心にして回転する金属製ブッシュと、
前記金属製ブッシュの前記外周部の外側の位置に、前記外周部に嵌った状態で配置された補強用繊維基材とを備えた樹脂製回転体成形用半加工品であって、
前記補強用繊維基材は、内部に境界面を形成しないように多数の補強繊維が集まって構成され且つ中央部に前記金属製ブッシュの前記外周部が嵌る貫通孔を備えた筒状の補強繊維集積体が、前記金属製ブッシュの前記外周部に嵌った状態で、前記金属製ブッシュの前記外周部に向かう方向と前記軸の軸線方向とに圧縮されて形成されたものであることを特徴とする樹脂製回転体成形用半加工品。 - 前記回り止め部は、前記軸の径方向外側に向かって突出する突出部からなり、
前記突出部の前記軸線方向に測った厚み寸法は、前記金属製ブッシュの前記軸線方向に測った厚み寸法よりも小さく、
前記金属製ブッシュの前記外周部には、複数の前記突出部が前記軸の周方向に所定の間隔を開けて設けられ、
隣合う二つの前記突出部の間に形成される凹部に、前記補強用繊維基材の一部が嵌り込んでおり、しかも前記複数の突出部が前記補強用繊維基材内に埋まった状態にあることを特徴とする請求項17に記載の樹脂製回転体成形用半加工品。 - 前記回り止め部は、前記金属製ブッシュの中央部分から前記軸の径方向外側に向かって複数の突出する突出部からなり、
隣り合う二つの前記突出部の間には凹部が形成され、
前記突出部と前記凹部とが、前記周方向に交互に並ぶように配置され、
前記突出部の前記中央部分からの前記突出寸法をh1とし、前記中央部分からの前記凹部の底部の高さ寸法をh2としたときに、h1>h2であるときに、
前記補強繊維の長さが、0.5×h1mm及び1×h2mmの小さいほうの値以上であり、5×h1mm及び10×h2mmの大きいほうの値以下であることを特徴とする請求項17に記載の樹脂製回転体成形用半加工品。 - 径方向中央に金属製ブッシュを配置する構造を有し、補強繊維集積体を所定長さの外径まで径方向に圧縮する金型機構と、次に所定厚さまで軸方向に圧縮する金型機構とを有することを特徴とする補強用繊維基材成形用金型。
- 前記金属製ブッシュを前記軸線方向両側から挟んで支持する一対のセンターピンと、前記一対のセンターピンにより支持された前記金属製ブッシュの前記径方向外側に配置されて補強繊維集積体を前記外周部に向かう方向に圧縮するために前記センターピンに向かって近づくように動作する複数の縮径用金型と、前記一対のセンターピンの外側に配置され且つ前記補強繊維集積体を前記軸線方向に圧縮するために、前記一対のセンターピンに沿って前記軸線方向に相対的に近づく動作をする一対の圧縮用金型とを備えてなる請求項20に記載の補強用繊維基材成形用金型。
- 外周部に1以上の回り止め部を有して、軸を中心にして回転する金属製ブッシュの前記外周部の外側位置に、前記外周部に嵌った状態で配置された補強用繊維基材を形成するステップと、
前記補強用繊維基材に樹脂を含浸させ、前記樹脂を硬化して樹脂成形体を形成するステップと備えてなる樹脂製回転体の製造方法であって、
前記補強用繊維基材を形成するステップは、
内部に境界面を形成しないように多数の補強繊維により構成され且つ中央部に前記金属製ブッシュの前記外周部が嵌る貫通孔を備えた筒状の補強繊維体を形成するステップと、
前記補強繊維体を前記金属製ブッシュの前記外周部に嵌めるステップと、
前記金属製ブッシュの前記外周部に嵌めた前記補強繊維体を、前記金属製ブッシュの前記外周部に向かう方向と前記軸の軸線方向とに圧縮するステップとから形成することを特徴とする樹脂製回転体の製造方法。 - 前記補強繊維用繊維基材は、多数の補強繊維が集まって構成された筒状の補強繊維集積体からなる請求項22に記載の樹脂製回転体の製造方法。
- 前記補強用繊維基材は、前記補強繊維が筒状に織られた又は編まれて形成された筒状体を、その端部より裏返しながら巻き込みドーナツ状に形成したものである請求項22に記載の樹脂製回転体の製造方法。
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