JP2014136346A - リンク構造体およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造工程全体としての複雑化を伴うことなく、大量生産の場合にあっても容易に、軽量化を達成しつつ、２つのピン孔間距離の高い精度、リンク構造体自体の高い強度や剛性、外形寸法の高い精度を確保可能なリンク構造体およびその製造方法を提供する。
【解決手段】繊維強化樹脂からなり、２つのピン孔を有するリンク構造体であって、２つのピン孔の外側を周回するように連続強化繊維が配置されており、該連続強化繊維を含む繊維強化樹脂が、樹脂の射出成形によりリンク構造体の形状に一体成形されていることを特徴とするリンク構造体。
【選択図】図２

Description

本発明は、リンク構造体およびその製造方法に関し、とくに、繊維強化樹脂からなるリンク構造体とその製造方法に関する。

２つのピン孔を有するリンク構造体は、各種の産業分野で広く用いられている。このリンク構造体には、一般に、所定のリンク機構を構成するために、２つのピン孔間距離の高い精度、リンク構造体の高い強度や剛性、各ピン孔の摩耗や変形を抑える高いベアリング強度等が求められるが、近年、これら要求性能とともに、機構全体の軽量化をはかるために、リンク構造体自体の軽量化を要求されることが多くなってきた。

リンク構造体を軽量化するためには、従来金属で構成されていたリンク構造体を樹脂で構成することが考えられるが、単なる樹脂製のリンク構造体では、軽量化は達成できるものの、高い強度、剛性や高いベアリング強度を確保することは難しく、また一般的に、２つのピン孔間距離の高い精度の実現やその精度の維持も比較的難しいことが多い。

リンク構造体の軽量化をはかりつつリンク構造体の高い強度、剛性を確保するために、リンク構造体を繊維強化樹脂で構成する技術が知られている（例えば、特許文献１、２）。特許文献１には、液状樹脂を被覆した繊維を複雑な形状に巻回し、巻回後に樹脂を硬化せる技術が開示されている。さらに特許文献１には、リンク構造体の表面の遮蔽層について、射出樹脂で形成できることが記載されているが、この遮蔽層を形成する樹脂は、繊維強化樹脂を形成する樹脂ではない。この特許文献１に開示されているリンク構造体は、繊維への液状樹脂の被覆工程が必要になること、その繊維を複雑な形状に巻回する必要があることから、製造に時間を要し、リンク構造体を量産することが要求される場合には、全く適していない。また、リンク構造体の外形寸法に高精度が要求される場合には、その要求に応えることが難しい。

特許文献２には、金属材料からなる部分と繊維強化樹脂からなる部分を相互に接着したリンク構造体が開示されている。しかしこのリンク構造体では、各部分を別々に形成する必要があり、製造工程全体として著しく複雑になるとともに、各部分を組み合わせた全体構成としての寸法精度（例えば外形寸法精度や、ピン孔間距離の寸法精度）に不安が残る。

特表２００１−５１５９９５号公報 特開平１０−２０２５６１号公報

そこで本発明の課題は、製造工程全体としての複雑化を伴うことなく、大量生産の場合にあっても容易に、軽量化を達成しつつ、２つのピン孔間距離の高い精度、リンク構造体自体の高い強度や剛性、外形寸法の高い精度を確保でき、望ましくは各ピン孔の高いベアリング強度等も確保可能なリンク構造体およびその製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係るリンク構造体は、繊維強化樹脂からなり、２つのピン孔を有するリンク構造体であって、前記２つのピン孔の外側を周回するように連続強化繊維が配置されており、該連続強化繊維を含む前記繊維強化樹脂が、樹脂の射出成形によりリンク構造体の形状に一体成形されていることを特徴とするものからなる。

このような本発明に係るリンク構造体においては、まず、リンク構造体が繊維強化樹脂から構成されることにより、金属製の場合に比べてリンク構造体の軽量化が実現される。そして、このリンク構造体を構成する繊維強化樹脂の強化繊維が連続強化繊維からなり、この連続強化繊維が２つのピン孔の外側を周回するように配置されているので、つまり、２つのピン孔を結ぶ線と並行な方向に周回、配置された連続強化繊維を含むようにリンク構造体の繊維強化樹脂が構成されているので、リンク構造体として必要な高い強度、剛性が確実に確保される。この連続強化繊維を含む繊維強化樹脂が、樹脂の所定の型内への射出成形によりリンク構造体の形状に（つまり、リンク構造体として要求される形状に）一体成形されているので、リンク構造体の所望の外形寸法が容易に確保される。さらに、２つのピン孔の外側を周回するように連続強化繊維が配置されていることで、各ピン孔形成部の繊維強化樹脂も効率よく補強され、各ピン孔のベアリング強度の向上も可能となる。このような優れた性能を有するリンク構造体が、基本的には連続強化繊維の所定の配置と樹脂の射出成形のみによって実現可能となり、製造工程の複雑化を伴うことなく、大量生産の場合にあっても容易に対応できる。

上記本発明に係るリンク構造体においては、上記２つのピン孔間部分にも強化繊維が配置されていることが好ましい。この２つのピン孔間部分に配置される強化繊維については、不連続繊維を使用することも可能であるが、補強効果の面から、この部分にも、２つのピン孔間にわたって延びる連続強化繊維を使用することが好ましい。この部分にも強化繊維が配置されることにより、繊維強化樹脂からなるリンク構造体の強度、剛性が一層高く確保される。

また、本発明に係るリンク構造体においては、リンク構造体のピン孔の孔延在方向の厚みに関して、リンク構造体全体にわたって実質的に一定の厚みとすることもできるが、ピン孔設置部を含む２つのピン孔間部分の厚みよりも、その部分よりも外側に位置する部分の方が厚く形成されている形態を採ることも可能である。リンク構造体の外形形状は、樹脂の射出成形用の金型のキャビティ形状によって決めることができるので、要求に応じて任意の外形形状に設定可能である。上記の如くピン孔設置部を含む２つのピン孔間部分の厚みよりも、その部分よりも外側に位置する部分の方が厚く形成されている形態を採用すれば、例えばリンク構造体の捩れ剛性の一層の向上が可能となる。

本発明に係るリンク構造体における上記繊維強化樹脂の強化繊維の種類については特に限定されず、例えば炭素繊維やガラス繊維、アラミド繊維など、さらにはこれらを組み合わせたハイブリッド構成の強化繊維の使用が可能であるが、リンク構造体の高い強度、剛性確保の面からは、繊維強化樹脂の強化繊維のうち少なくとも上記周回配置された連続強化繊維が炭素繊維を含むことが好ましい。

また、上記繊維強化樹脂のマトリックス樹脂としても特に限定されないが、繊維強化樹脂が、樹脂の射出成形によりリンク構造体の形状に一体成形されたものであることから、マトリックス樹脂が熱可塑性樹脂であることが好ましい。使用可能な熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂、ナイロン６、ナイロン６，６等のポリアミド系樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル系樹脂、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルスルフォン、ポリフェニレンスルフィド、フェノキシ樹脂、芳香族ポリアミド等の樹脂を用いることができる。

また、本発明に係るリンク構造体においては、上記２つのピン孔が、リンク構造体を構成する上記繊維強化樹脂自身から形成されている構造とすることも可能であるが、該ピン孔を画成するパイプ状部材により形成されている構造とすることも可能である。このようなパイプ状部材としては、リンク構造体を構成する上記繊維強化樹脂とは異種の材料からなる部材を用いることができ、パイプ状部材の適切な材質の選定により、ピン孔のベアリング強度の向上が可能になる。

本発明に係るリンク構造体の製造方法は、リンク構造体の２つのピン孔を画成する２つのピン孔形成用部材を所定間隔で配置し、該２つのピン孔形成用部材の外側に連続強化繊維が周回するように連続強化繊維基材を巻き付けて中間構造体を形成し、該中間構造体に対し樹脂を射出成形し、射出された樹脂を少なくとも前記連続強化繊維基材と一体化することによりリンク構造体を成形することを特徴とする方法からなる。このような方法においては、実質的に、２つのピン孔形成用部材への連続強化繊維基材の所定の巻き付けと、樹脂の所定の射出成形のみによって、大量生産の場合にあっても容易に、所望のリンク構造体（つまり、軽量化を達成しつつ、望ましい強度、剛性、寸法精度を有するリンク構造体）を製造できるようになる。

また、上記中間構造体の形成においては、２つのピン孔間部分にも上記連続強化繊維基材とは別の補強用強化繊維基材を配置することができ、それによって、リンク構造体全体の強度、剛性をより向上できる。

また、上記連続強化繊維基材としては、連続強化繊維のみからなる基材を用いることもできるし、連続強化繊維と樹脂とからなる基材（例えば、シート状プリプレグ）を用いることもできる。

また、上記ピン孔形成用部材を、成形されるリンク構造体中に残すこともできるし、成形されたリンク構造体からピン孔形成用部材を除去し、除去後の孔をピン孔とすることもできる。ピン孔形成用部材に適切な材質を選定し、成形されるリンク構造体中に残すことにより、ピン孔のベアリング強度を容易に向上することが可能になる。
請求項８〜１１のいずれかに記載のリンク構造体の製造方法。

上記連続強化繊維基材の連続強化繊維としては、前述したのと同様の理由から、炭素繊維を含むことが好ましい。また、上記射出成形される樹脂としては、前述したような熱可塑性樹脂を用いることができる。

このように、本発明に係るリンク構造体およびその製造方法によれば、リンク構造体の軽量化を達成しつつ、製造工程全体としての複雑化を伴うことなく、大量生産の場合にあっても容易に、２つのピン孔間距離、全体の外形寸法についての高い精度と、リンク構造体自体の高い強度と剛性を確保でき、各ピン孔のベアリング強度についても容易に高く確保可能となる。

本発明の第１実施態様に係るリンク構造体の概略平面図（Ａ）および側面図（Ｂ）である。 図１のリンク構造体の製造方法を示す概略構成図である。 本発明の第２実施態様に係るリンク構造体の概略平面図（Ａ）および側面図（Ｂ）である。 本発明の第３実施態様に係るリンク構造体の概略平面図（Ａ）、側面図（Ｂ）、Ａ−Ａ断面図（Ｃ）およびＢ−Ｂ断面図（Ｄ）である。

以下に、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の第１実施態様に係るリンク構造体を示している。図１に示すリンク構造体１は、繊維強化樹脂からなり、２つのピン孔２ａ、２ｂを有するリンク構造体であり、これら２つのピン孔２ａ、２ｂの外側を周回するように帯状シートに形成された連続強化繊維３が配置されており、この連続強化繊維３を含む上記繊維強化樹脂が、熱可塑性の樹脂４の射出成形によりリンク構造体の形状に一体成形されている。すなわち、連続強化繊維３と熱可塑性樹脂４の全体が繊維強化樹脂５に形成されている。

このようなリンク構造体１は、例えば図２に示すように製造される。図２（Ａ）に示すように、リンク構造体１の２つのピン孔２ａ、２ｂを画成するパイプ状部材からなる２つのピン孔形成用部材６ａ、６ｂが所定間隔で配置される。これら２つのピン孔形成用部材６ａ、６ｂの外側に連続強化繊維３が、例えば複数回周回するようにシート状の連続強化繊維基材７が巻き付けられ、中間構造体８が形成される（図２（Ｂ））。このシート状の連続強化繊維基材７には、連続強化繊維３のみからなる基材の他、予め半硬化の樹脂を含浸させたプリプレグも用いることができる。形成された中間構造体８に対し、樹脂４が射出成形され、射出された樹脂４が少なくとも上記連続強化繊維基材７と一体化するようにリンク構造体１が成形される（図２（Ｃ））。少なくとも連続強化繊維基材７と一体化された射出樹脂４は、リンク構造体１を構成する繊維強化樹脂５を形成する。上記ピン孔形成用部材６ａ、６ｂは、本実施態様では、そのまま成形されたリンク構造体１中に残される。ピン孔形成用部材６ａ、６ｂとしてベアリング強度の高い材質のものを使用すれば、成形されたリンク構造体１のピン孔２ａ、２ｂのベアリング強度も高く確保される。

このように作製されたリンク構造体１においては、リンク構造体１が繊維強化樹脂５から構成されることにより、繊維強化樹脂５の高い機械特性（強度、剛性）が発現されるとともに、金属製の場合に比べてリンク構造体１の軽量化が実現される。繊維強化樹脂５の強化繊維が連続強化繊維３からなり、連続強化繊維３が２つのピン孔２ａ、２ｂの外側を周回するようにリンク構造体１の長手方向に沿って高い密度で配置されるので、リンク構造体１として望ましい高い強度、剛性が得られる。連続強化繊維３を含む繊維強化樹脂５が、樹脂の所定の型内への射出成形によりリンク構造体１として要求される所定の形状に一体成形されるので、リンク構造体１として望ましい外形寸法が容易に確保される。ピン孔形成用部材６ａ、６ｂがそのまま成形されたリンク構造体１中に残されることで、容易にピン孔２ａ、２ｂのベアリング強度の向上も可能となる。また、樹脂４の射出成形により、該樹脂４と連続強化繊維３が一体化された、リンク構造体１を構成する繊維強化樹脂５が形成されるので、製造工程の複雑化を伴うことなく、大量生産の場合にあっても、容易に所望のリンク構造体１の成形が可能となる。

図３は、本発明の第２実施態様に係るリンク構造体を示している。図３に示すリンク構造体１１においては、２つのピン孔２ａ、２ｂ間部分にも連続強化繊維基材７とは別の補強用強化繊維基材１２が配置されている。その他の構成は、前述の第１実施態様と実質的に同じであるので、図１、図２で用いた符号と同一の符号を付すことにより説明を省略する。このように、ピン孔２ａ、２ｂ間部分にも強化繊維を配することにより、リンク構造体１１の全体の強度、剛性が一層向上される。

図４は、本発明の第３実施態様に係るリンク構造体を示している。図４に示すリンク構造体２１においては、図３に示した第２実施態様に比べ、リンク構造体２１のピン孔２ａ、２ｂの孔延在方向の厚みに関して、リンク構造体２１全体にわたって実質的に一定の厚みとするのではなく、ピン孔２ａ、２ｂの設置部を含む２つのピン孔間部分の厚みよりも、その部分よりも外側に位置する部分の方が厚く形成されている。つまり、厚みの厚い部分２２が、リンク構造体２１の外形形状に沿ってトラック状に形成されている。その他の構成は、前述の第２実施態様と実質的に同じであるので、図３で用いた符号と同一の符号を付すことにより説明を省略する。このように、ピン孔２ａ、２ｂの設置部を含む２つのピン孔間部分の厚みよりも、その部分よりも外側に位置する部分２２の方が厚く形成されている形態を採用すれば、リンク構造体２１の機械特性がより向上され、とくに捩れ剛性の一層の向上が可能となる。このような厚みの厚い部分２２の形成は、樹脂が射出される金型のキャビティの形状設定により、容易に実現される。

なお、上記第１、第２、第３実施態様は、本発明の実施の形態の例示であり、本発明はこれら実施態様に限定されるものではない。

本発明に係るリンク構造体およびその製造方法は、軽量化とともに、高い機械特性、高い寸法精度が要求され、簡単な工程での製造が望まれるあらゆるリンク構造体に適用でき、とくに量産されるリンク構造体に好適なものである。

１、１１、２１ リンク構造体
２ａ、２ｂ ピン孔
３ 連続強化繊維
４ 射出樹脂
５ 繊維強化樹脂
６ａ、６ｂ ピン孔形成用部材
７ 連続強化繊維基材
８ 中間構造体
１２ 補強用強化繊維基材
２２ 厚みの厚い部分

Claims (14)

1. 繊維強化樹脂からなり、２つのピン孔を有するリンク構造体であって、前記２つのピン孔の外側を周回するように連続強化繊維が配置されており、該連続強化繊維を含む前記繊維強化樹脂が、樹脂の射出成形によりリンク構造体の形状に一体成形されていることを特徴とするリンク構造体。
2. 前記２つのピン孔間部分にも強化繊維が配置されている、請求項１または２に記載のリンク構造体。
3. リンク構造体のピン孔の孔延在方向の厚みに関して、ピン孔設置部を含む２つのピン孔間部分の厚みよりも、その部分よりも外側に位置する部分の方が厚く形成されている、請求項１または２に記載のリンク構造体。
4. 前記繊維強化樹脂の強化繊維のうち少なくとも前記周回配置された連続強化繊維が炭素繊維を含む、請求項１〜３のいずれかに記載のリンク構造体。
5. 前記繊維強化樹脂のマトリックス樹脂が熱可塑性樹脂からなる、請求項１〜４のいずれかに記載のリンク構造体。
6. 前記２つのピン孔が、該ピン孔を画成するパイプ状部材により形成されている、請求項１〜５のいずれかに記載のリンク構造体。
7. 前記パイプ状部材が、リンク構造体を構成する前記繊維強化樹脂とは異種の材料からなる、請求項６に記載のリンク構造体。
8. リンク構造体の２つのピン孔を画成する２つのピン孔形成用部材を所定間隔で配置し、該２つのピン孔形成用部材の外側に連続強化繊維が周回するように連続強化繊維基材を巻き付けて中間構造体を形成し、該中間構造体に対し樹脂を射出成形し、射出された樹脂を少なくとも前記連続強化繊維基材と一体化することによりリンク構造体を成形することを特徴とする、リンク構造体の製造方法。
9. 前記中間構造体の形成において、前記２つのピン孔間部分にも前記連続強化繊維基材とは別の補強用強化繊維基材を配置する、請求項８に記載のリンク構造体の製造方法。
10. 前記連続強化繊維基材として、連続強化繊維のみからなる基材を用いる、請求項８または９に記載のリンク構造体の製造方法。
11. 前記連続強化繊維基材として、連続強化繊維と樹脂とからなる基材を用いる、請求項８または９に記載のリンク構造体の製造方法。
12. 前記ピン孔形成用部材を、成形されるリンク構造体中に残す、請求項８〜１１のいずれかに記載のリンク構造体の製造方法。
13. 前記連続強化繊維基材の連続強化繊維が炭素繊維を含む、請求項８〜１２のいずれかに記載のリンク構造体の製造方法。
14. 前記射出成形される樹脂が熱可塑性樹脂からなる、請求項８〜１３のいずれかに記載のリンク構造体の製造方法。

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