JP2011033200A

JP2011033200A - 樹脂歯車の製造法

Info

Publication number: JP2011033200A
Application number: JP2010256215A
Authority: JP
Inventors: Naoki Kobayashi; 直己小林; Shoji Sawai; 昭治沢井
Original assignee: Shin Kobe Electric Machinery Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 2010-11-16
Filing date: 2010-11-16
Publication date: 2011-02-17

Abstract

【課題】混紡糸を編んで構成した筒状体を用いてリング状に整えられた補強繊維基材を用いた注入成形樹脂歯車において、その構成を最適化し、機械強度と使用耐久性を確保する。
【解決手段】パラ系アラミド繊維混紡量が４０〜５０質量％であるパラ系アラミド繊維と同繊維より低強度の有機繊維との混紡糸を丸編みで編んで構成した丸編み筒状体を軸方向に巻き上げてリング状に整えた補強繊維基材１と、その中央に配置した金属製ブッシュ２とを成形金型３に収容するに当たり、補強繊維基材１を成形金型３に近似した形状にプレス成形してから成形金型３に収容する。減圧状態の成形金型３に注入した液状樹脂を補強繊維基材に含浸して、補強繊維基材体積率が４５〜５５％になる補強繊維基材を含む樹脂成形体部分を形成することにより、補強繊維基材１と金属製ブッシュ２を一体に成形する。樹脂成形体部分に歯を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、リング状に整えられた補強繊維基材と金属製ブッシュを成形金型に収容し、成形金型に注入した液状樹脂を補強繊維基材に含浸して、補強繊維基材と金属製ブッシュを一体成形した樹脂歯車の製造法に関する。

樹脂歯車を成形するための補強繊維基材として、アラミド繊維糸を織ったり編んだりした筒状体が提案されている（特開平８−１５６１２４号公報）。図４に示すように、この筒状体１１は、軸方向に巻き上げリング状に整えた補強繊維基材１にして歯車の製造に供する。この補強繊維基材と当該補強繊維基材の中央に配置した金属製ブッシュとを成形金型に収容し、成形金型に注入した液状樹脂を補強繊維基材に含浸して一体成形（注入成形）する。そして、補強繊維基材を含む成形体部分の周囲に切削加工等により歯を形成し、樹脂歯車を完成する。この樹脂歯車は、補強繊維基材がつなぎ目のないリング状であるので、歯車周囲各部の強度が均一であり好ましいものである。

別の技術では、リング状に整えた補強繊維基材を以下のように準備し、上記と同様に成形に供して樹脂歯車を完成する。すなわち、図５に示すように、アラミド繊維糸を織ったり編んだりしたシート体１２を棒状に巻き、その両端を重ね合せるようにリング状に整えた補強繊維基材１にする。補強繊維基材１を上記図４を参照して説明した場合と同様に注入成形に供する。

特開平８−１５６１２４号公報

本発明が解決しようとする課題は、混紡糸を編んで構成した筒状体を用いてリング状に整えられた補強繊維基材を用いた注入成形樹脂歯車において、その構成を最適化し、機械強度と使用耐久性を確保することである。

上記課題を達成するために、本発明に係る樹脂歯車の製造法により製造する樹脂歯車はは次のような構成を採用する。リング状に整えられた補強繊維基材が、（ａ）アラミド繊維糸を丸編みで編んで構成した丸編み筒状体からなる。なお以下、比較のために、補強繊維基材が（ｂ）アラミド繊維糸を織って構成した筒状体やシート体からなる場合と対比して説明する。

（ａ）において特徴とするところは、アラミド繊維糸を丸編みで編んで構成した丸編み筒状体を用いる場合において、補強繊維基材を含む樹脂成形体中の補強繊維基材体積率が４５〜５５％であること、アラミド繊維糸が、パラ系アラミド繊維と同繊維より低強度の有機繊維との混紡糸であってパラ系アラミド繊維混紡量が４０〜５０質量％であることである。

これに対して、比較のための補強繊維基材（ｂ）は、補強繊維基材を含む樹脂成形体中の補強繊維基材体積率が４０〜６５％であり、アラミド繊維糸が、パラ系アラミド繊維と同繊維より低強度の有機繊維との混紡糸であってパラ系アラミド繊維混紡量が３０〜６０質量％、好ましくは４０〜５０質量％である。

注入成形においては、補強繊維基材は成形金型を閉じたときの圧力で変形することにより、一体成形する金属製ブッシュの外形形状になじむ。この状態で、成形金型に液状樹脂を注入すると、補強繊維基材を含む樹脂成形体部分と金属製ブッシュの結合が実現される。補強繊維基材は、液状樹脂の注入時ならびにその硬化時に変形して金属製ブッシュ角部へ回り込むことは殆どない。この点が、予め樹脂を含浸した補強繊維基材を加熱加圧成形し金属製ブッシュと一体成形する樹脂歯車の製造と大きく異なっている。すなわち、前記加熱加圧成形では、補強繊維基材が樹脂の流動と共に変形して金属製ブッシュ角部へ回り込む。それに対し、注入成形では、樹脂の注入に伴う補強繊維基材の変形が起こりにくいので、金属製ブッシュ角部への補強繊維基材の回り込みが不足し、その部分は補強繊維基材が存在しない樹脂のみの部分となる。当該樹脂のみの部分は歯車の駆動中に損傷を受けやすく、その微細な損傷箇所から劣化が始まって耐久性を低下させる原因になる。しかし、樹脂成形体中の補強繊維基材体積率下限値を上記本発明のように特定することにより、樹脂成形体中に樹脂のみの部分ができなくなる。一方、樹脂成形体中の補強繊維基材体積率上限値は、樹脂の含浸不足を来さないようにするために特定される。

特に、本発明のように上記（ａ）の補強繊維基材を用いる場合には、補強繊維基材が伸縮性を有し成形金型を閉じるときに加えられる圧力で伸びやすいので、樹脂成形体中の補強繊維基材と樹脂の分布を均一にする上で好都合である。従って、（ａ）の補強繊維基材を用いる場合には、補強繊維基材体積率の適正範囲（特に下限値）を上記（ｂ）の比較のための補強繊維基材を用いる場合より広く設定することが可能である。

本発明において、パラ系アラミド繊維を混紡したアラミド繊維糸は、樹脂歯車に高強度と耐久性を付与している。パラ系アラミド繊維混紡量を多くすれば樹脂歯車の強度は大きくなるが、歯車の歯を形成するときの切削加工性が低下する。そればかりか、パラ系アラミド繊維混紡量を多くすると、アラミド繊維糸が歯の切削加工時に切断されずに切削面に残りやすい。また、切削加工時にアラミド繊維糸が切断されず、引っ張られて引き抜かれるような力を受けるので、補強繊維と樹脂の界面の剥離が起き、その剥離界面から水分等が侵入して耐久性低下の心配もある。パラ系アラミド繊維の強度を十分に発揮させ、加工性と機械強度を保持するためには、パラ系アラミド繊維の混紡量を上記のとおりとする必要がある。

本発明に係る樹脂歯車の製造は、次のように行なう。上記のリング状に整えられた補強繊維基材とその中央に配置した金属製ブッシュとを成形金型に収容し、減圧状態の成形金型に液状樹脂を注入して補強繊維基材に含浸し金属製ブッシュと一体成形するのであるが、リング状に整えられた補強繊維基材を成形金型に収容する当たり、補強繊維基材を成形金型に近似した形状にプレス成形してから成形金型に収容する。成形後、補強繊維基材を含む樹脂成形体の周囲に切削加工により歯を形成し樹脂歯車を完成する。補強繊維基材は成形金型に収容してからの動きが少ないので、これを成形金型に近似した形状にプレス成形してから成形金型に収容することは、樹脂のみの部分を発生させない成形を行なうために有効な手段である。また、補強繊維基材が金属製ブッシュの上面へはみ出すことも少なくなる。

本発明に係る樹脂歯車の一部欠截斜視図である。図１の断面の拡大図である。本発明に係る樹脂歯車を成形する様子を示す断面説明図である。本発明に係る樹脂歯車製造に用いる補強繊維基材の説明図である。比較のための樹脂歯車製造に用いる他の補強繊維基材の説明図である。補強繊維基材体積率と樹脂歯車耐久性の関係を示す曲線図である。パラ系アラミド繊維の混紡質量％と樹脂歯車の曲げ強度との関係、ならびに歯切り加工性との関係を示す曲線図である。

本発明において、パラ系アラミド繊維と混紡するこれより低強度の有機繊維はメタ系アラミド繊維やポリエステル繊維である。例えば、パラ系アラミド繊維（繊維長５０mm，繊維径１６μｍ）とメタ系アラミド繊維（繊維長５０mm，繊維径１６μｍ）を所定割合で混紡する。糸の太さは２０番手前後である。このような糸を丸編みで編んで、図４に示したように丸編み筒状体１１とする。この丸編み筒状体１１を軸方向に巻き上げリング状に整えた補強繊維基材１を、歯車の製造に供する。この補強繊維基材１は、リングの断面がほぼ円形である。成形金型の形状に近似するように冷金型でプレス成形し断面を矩形にしてから、成形金型に収容する。

図３は、補強繊維基材１と金属製ブッシュ２を一体に成形する様子を示している。上記断面を矩形にした補強繊維基材１を成形金型３内で２段に重ね、中央に金属製ブッシュ２を配置して成形金型３を閉じる。成形金型３を閉じるときの圧力で補強繊維基材１を圧縮変形させて金属製ブッシュ２の形状になじませる。そして、成形金型内を減圧状態（１３００Pa）にし、液状樹脂（架橋ポリアミノアミド、エポキシ樹脂、ポリイミドなど）を注入して補強繊維基材１に浸透させ加熱硬化させる。補強繊維基材１を含む樹脂成形体部分の周囲に切削加工により歯を形成し、樹脂歯車を完成する。図５を参照して説明したシート体１２を用いる場合も、リング状に整えられた補強繊維基材を準備する工程が異なるだけで、その他は上記説明した工程と同様の工程で比較のための樹脂歯車を完成する。

図１は完成した樹脂歯車の一部欠截斜視図であり、図２はさらにその断面の拡大図である。金属製ブッシュ２に設けた抜け止め２１が補強繊維基材１に食い込み、補強繊維基材１と金属製ブッシュ２が一体となっている。樹脂成形体中の補強繊維基材体積率が適正であり、特に樹脂だけという部分が形成されていないし樹脂の含浸不足もない。

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％）で丸編みで編んだ丸編み筒状体を準備した。この丸編み筒状体を軸方向に巻き上げてリング状に整え、さらに断面が矩形になるように冷金型でプレス成形した補強繊維基材を２個用い、上記発明の実施の形態で説明した方法により、補強繊維基材と金属製ブッシュを一体成形した。補強繊維基材に含浸する液状樹脂として架橋ポリアミノアミドを用い、成形金型への注入量を調整することにより、補強繊維基材体積率の異なる樹脂歯車を製造した。補強繊維基材を含む樹脂成形体の寸法は、外径９０mm，内径６０mm，厚さ１４mmである。また、比較のために、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％）で織った（平織り）筒状体を用いて、同様に樹脂歯車（比較のための樹脂歯車）を製造した。

上記丸編み筒状体と平織り筒状体をそれぞれ用いた樹脂歯車（モジュール（Ｍ）＝３．０，歯の数（Ｚ）＝２２）を耐久試験に供し、補強繊維基材体積率と耐久性の関係を調べた結果を図６に示す。この試験は、歯元応力２００MPaの負荷をかけた同歯車を１３０℃オイル中で６０００rpmの速度で連続回転し、樹脂歯車が破壊するまでの総回転数を測定するものである。図６から、丸編み筒状体を用いる場合は、樹脂成形体中の補強繊維基材堆積率が、３０〜６５％のとき、殊に４５〜５５％のときに、平織り筒状体を用いる場合よりも樹脂歯車の耐久性が優れていることを理解できる。

次に、補強繊維基材体積率を５０％とし、パラ系アラミド繊維とメタ系アラミド繊維の混紡量が異なる丸編み筒状体を用いて、樹脂歯車を製造した。各樹脂歯車から９０°の角度で切り出した扇形試験片を曲げ強さ測定試験に供し、パラ系アラミド繊維の混紡質量％と曲げ強さの関係を調べた結果を図７に示す。この試験は、４０mmの距離をもって扇形の外周側を支持した試験片に内周側から２mm／分の速さで押圧力を加えて実施した。また、同混紡質量％と切削刃を交換せずに歯切り加工可能な歯車の最大個数との関係を併せて図７に示す。図７から、パラ系アラミド繊維の混紡量が、３０〜６０質量％のとき、殊に４０〜５０質量％のときに、機械強度と歯切り加工性の両特性をバランス良く満足することを理解できる。

上述のように、本発明に係る注入成形による樹脂歯車の製造法は、補強用繊維基材を混紡糸を丸編みで編んだ丸編み筒状体を用いて構成した場合において、樹脂成形体中の補強繊維基材体積率と、補強繊維基材を構成するパラ系アラミド繊維混紡糸のパラ系アラミド繊維混紡量とを特定の範囲に限定することにより、耐久性と機械強度を高レベルに維持し、歯車製造工程での良好な歯切り加工性も確保することができる。

１補強繊維基材
１１丸編み筒状体
１２シート体
２金属製ブッシュ
２１抜け止め
３成形金型

Claims

パラ系アラミド繊維混紡量が４０〜５０質量％であるパラ系アラミド繊維と同繊維より低強度の有機繊維との混紡糸を丸編みで編んで構成した丸編み筒状体を軸方向に巻き上げてリング状に整えた補強繊維基材と、その中央に配置した金属製ブッシュとを成形金型に収容するに当たり、前記補強繊維基材を成形金型に近似した形状にプレス成形してから成形金型に収容し、
減圧状態の成形金型に注入した液状樹脂を前記補強繊維基材に含浸して、補強繊維基材体積率が４５〜５５％になる前記補強繊維基材を含む樹脂成形体部分を形成することにより、前記補強繊維基材と金属製ブッシュを一体に成形し、
前記樹脂成形体部分に歯を形成する樹脂歯車の製造法。