JP2959906B2 - 繊維強化樹脂歯車 - Google Patents
繊維強化樹脂歯車Info
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- JP2959906B2 JP2959906B2 JP4042980A JP4298092A JP2959906B2 JP 2959906 B2 JP2959906 B2 JP 2959906B2 JP 4042980 A JP4042980 A JP 4042980A JP 4298092 A JP4298092 A JP 4298092A JP 2959906 B2 JP2959906 B2 JP 2959906B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は繊維強化樹脂歯車に関す
る。この歯車は例えば自動車のカムシャフトタイミング
ギヤ等に利用できる。
る。この歯車は例えば自動車のカムシャフトタイミング
ギヤ等に利用できる。
【０００２】
【従来の技術】繊維強化樹脂歯車は、噛み合い音が低
い、軽量で回転慣性力が小さい等の利点をもつため、近
年、種々の分野で多用されつつある。ここで、特開昭６
０ー２０６６２８号公報に開示されている様に、補強用
短繊維と熱硬化性樹脂とを混練した材料を型のキャビテ
ィに装填し、加熱加圧成形した繊維強化樹脂歯車が知ら
れている。また特開昭６０ー２０６６２９号公報に開示
されている様に、補強用短繊維と熱硬化性樹脂とからな
るジエニール状のプリプレグを型のキャビティに円周方
向に装填し、加熱加圧成形した繊維強化樹脂歯車が知ら
れている。
い、軽量で回転慣性力が小さい等の利点をもつため、近
年、種々の分野で多用されつつある。ここで、特開昭６
０ー２０６６２８号公報に開示されている様に、補強用
短繊維と熱硬化性樹脂とを混練した材料を型のキャビテ
ィに装填し、加熱加圧成形した繊維強化樹脂歯車が知ら
れている。また特開昭６０ー２０６６２９号公報に開示
されている様に、補強用短繊維と熱硬化性樹脂とからな
るジエニール状のプリプレグを型のキャビティに円周方
向に装填し、加熱加圧成形した繊維強化樹脂歯車が知ら
れている。
【０００３】また、特開平２ー２４１７２９号公報に開
示されている様に、プリプレグを渦巻状に巻いて棒状と
するとともに、その棒状の両端を合わせてドーナツ状と
したドーナツ状予備成形材を成形固化してリング状素材
を形成し、リング状素材の外周部を歯切り加工した繊維
強化樹脂歯車が知られている。
示されている様に、プリプレグを渦巻状に巻いて棒状と
するとともに、その棒状の両端を合わせてドーナツ状と
したドーナツ状予備成形材を成形固化してリング状素材
を形成し、リング状素材の外周部を歯切り加工した繊維
強化樹脂歯車が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、繊維
強化樹脂歯車では、歯部の耐摩耗性、歯部の強度、耐負
荷性の各面での一層の向上が望まれている。その対策と
して、本発明者は、繊維を、歯部の噛み合い面において
繊維が木の年輪状に配向するとともに周方向及び放射方
向に配向した繊維強化樹脂歯車を開発した。この歯車
は、歯部の耐摩耗性、歯部の強度、耐負荷性の面で有利
である。
強化樹脂歯車では、歯部の耐摩耗性、歯部の強度、耐負
荷性の各面での一層の向上が望まれている。その対策と
して、本発明者は、繊維を、歯部の噛み合い面において
繊維が木の年輪状に配向するとともに周方向及び放射方
向に配向した繊維強化樹脂歯車を開発した。この歯車
は、歯部の耐摩耗性、歯部の強度、耐負荷性の面で有利
である。
【０００５】ここで、歯車の使用時において最も応力が
作用するのは歯元部であり、その応力が過剰に大きい場
合には、図１５に示す様に、歯部７の歯元部７２から斜
め方向に亀裂Ｒが発生し易い。殊に、歯車の軸端面７６
の歯元部７２で亀裂Ｒは発生し易い。本発明は上記した
実情に鑑みなされたものであり、その目的は、歯元の強
度を一層増加させ得る繊維強化樹脂歯車を提供すること
にある。
作用するのは歯元部であり、その応力が過剰に大きい場
合には、図１５に示す様に、歯部７の歯元部７２から斜
め方向に亀裂Ｒが発生し易い。殊に、歯車の軸端面７６
の歯元部７２で亀裂Ｒは発生し易い。本発明は上記した
実情に鑑みなされたものであり、その目的は、歯元の強
度を一層増加させ得る繊維強化樹脂歯車を提供すること
にある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明にかかる繊維強化
樹脂歯車は、プリプレグを巻いて棒状とするとともに、
その棒状の両端を合わせてドーナツ状としたドーナツ状
予備成形材を成形固化したリング状素材を歯切りして、
歯部の噛み合い面にプリプレグを構成する補強繊維が木
の年輪状に配向した繊維強化樹脂歯車であって、プリプ
レグを構成する補強繊維は第１繊維と第２繊維とを有
し、第１繊維は、歯部において周方向及び放射方向にそ
う様に配向しており、第２繊維は、歯元部に埋設されて
おり、軸芯と直交する断面において、第１繊維の周方向
にそう様に配向している繊維部分および放射方向にそう
様に配向している繊維部分のそれぞれに対して傾斜して
配向していることを特徴とするものである。
樹脂歯車は、プリプレグを巻いて棒状とするとともに、
その棒状の両端を合わせてドーナツ状としたドーナツ状
予備成形材を成形固化したリング状素材を歯切りして、
歯部の噛み合い面にプリプレグを構成する補強繊維が木
の年輪状に配向した繊維強化樹脂歯車であって、プリプ
レグを構成する補強繊維は第１繊維と第２繊維とを有
し、第１繊維は、歯部において周方向及び放射方向にそ
う様に配向しており、第２繊維は、歯元部に埋設されて
おり、軸芯と直交する断面において、第１繊維の周方向
にそう様に配向している繊維部分および放射方向にそう
様に配向している繊維部分のそれぞれに対して傾斜して
配向していることを特徴とするものである。
【０００７】本発明にかかる繊維強化樹脂歯車では、歯
部の噛み合い面に繊維が木の年輪状に配向している。こ
こで、木の年輪状とは、繊維が多重に配向していること
をいい、輪状に配向している形態、半輪状、部分輪状に
配向している形態を含む。本発明にかかる繊維強化樹脂
歯車で用いる繊維は、基本的には歯車を形成可能であれ
ば良く、特に制約を受けるものではないが、その切削加
工性及び、噛み合い音の低減性の面から、メタ系アラミ
ド繊維が好ましい。場合によっては、カーボン繊維、パ
ラ系アラミド繊維、ガラス繊維を採用しても良い。
部の噛み合い面に繊維が木の年輪状に配向している。こ
こで、木の年輪状とは、繊維が多重に配向していること
をいい、輪状に配向している形態、半輪状、部分輪状に
配向している形態を含む。本発明にかかる繊維強化樹脂
歯車で用いる繊維は、基本的には歯車を形成可能であれ
ば良く、特に制約を受けるものではないが、その切削加
工性及び、噛み合い音の低減性の面から、メタ系アラミ
ド繊維が好ましい。場合によっては、カーボン繊維、パ
ラ系アラミド繊維、ガラス繊維を採用しても良い。
【０００８】本発明の繊維強化樹脂歯車では、補強布は
第１繊維と第２繊維とを有している。第１繊維は、歯部
において周方向及び放射方向にそう様に配向している。
第２繊維は、少なくとも歯元部に埋設されており、軸芯
と直交する断面において、第１繊維の周方向にそう様に
配向している繊維部分および放射方向にそう様に配向し
ている繊維部分のそれぞれに対し配向している。
第１繊維と第２繊維とを有している。第１繊維は、歯部
において周方向及び放射方向にそう様に配向している。
第２繊維は、少なくとも歯元部に埋設されており、軸芯
と直交する断面において、第１繊維の周方向にそう様に
配向している繊維部分および放射方向にそう様に配向し
ている繊維部分のそれぞれに対し配向している。
【０００９】本発明の繊維強化樹脂歯車においては、繊
維の総量としては特に制約を受けることなく、歯車の要
求特性に応じて任意に設定すれば良いが、歯部の強度及
び成形性の面を考慮すると、全繊維の体積％は５０％前
後、特に４０〜６０％程度が好ましい。このうち、第１
繊維は繊維総量中体積％で９０〜６０％程度が好まし
く、第２繊維は繊維総量中１０〜４０％程度、特に１５
〜３５％程度が好ましい。
維の総量としては特に制約を受けることなく、歯車の要
求特性に応じて任意に設定すれば良いが、歯部の強度及
び成形性の面を考慮すると、全繊維の体積％は５０％前
後、特に４０〜６０％程度が好ましい。このうち、第１
繊維は繊維総量中体積％で９０〜６０％程度が好まし
く、第２繊維は繊維総量中１０〜４０％程度、特に１５
〜３５％程度が好ましい。
【００１０】本発明の繊維強化樹脂歯車に使用するマト
リックス樹脂としては、フェノ−ル樹脂、エポキシ樹
脂、ポリイミド樹脂等の各種熱硬化樹脂、あるいは、Ｐ
ＥＳ、ＰＥＥＫ、ＰＡＩ等の各種熱可塑性樹脂であって
良い。即ち、繊維と何らかの方法で複合化可能な樹脂で
あれば良い。
リックス樹脂としては、フェノ−ル樹脂、エポキシ樹
脂、ポリイミド樹脂等の各種熱硬化樹脂、あるいは、Ｐ
ＥＳ、ＰＥＥＫ、ＰＡＩ等の各種熱可塑性樹脂であって
良い。即ち、繊維と何らかの方法で複合化可能な樹脂で
あれば良い。
【００１１】
【作用】第１繊維は、歯部において周方向及び放射方向
にそう様に配向しており、歯部を強化している。第２繊
維は、第１繊維の周方向にそう様に配向している繊維部
分および放射方向にそう様に配向している繊維部分のそ
れぞれに対して配向しており、歯元部を強化している。
にそう様に配向しており、歯部を強化している。第２繊
維は、第１繊維の周方向にそう様に配向している繊維部
分および放射方向にそう様に配向している繊維部分のそ
れぞれに対して配向しており、歯元部を強化している。
【００１２】
（実施例１） （１）プリプレグの製造 溶剤によりワニス状に溶融させたフェノ−ル樹脂を用
い、そのフェノ−ル樹脂を平織のアラミド繊維布に含浸
させ、その後に、この溶剤を乾燥除去した。これにより
アラミド繊維布とフェノ−ル樹脂とから成るプリプレグ
シートを作成した。そしてこのプリプレグシートを、図
２に示す様に平行四辺形状に切断し、第１プリプレグ１
とした。第１プリプレグ１は、辺１ａ〜１ｄをもち、辺
１ｃの直角方向に対して辺１ａが角度θ（５°）傾斜し
ている。ここで、第１プリプレグ１は、長さＬ１が２３
５ｍｍ、幅Ｌ２が２２８ｍｍ、厚み０．２ｍｍである。
このプリプレグ１では図２に示す様に第１繊維としての
アラミド繊維１ｘ、１ｙの繊維配向は辺１ｃに対して０
°と９０°である。
い、そのフェノ−ル樹脂を平織のアラミド繊維布に含浸
させ、その後に、この溶剤を乾燥除去した。これにより
アラミド繊維布とフェノ−ル樹脂とから成るプリプレグ
シートを作成した。そしてこのプリプレグシートを、図
２に示す様に平行四辺形状に切断し、第１プリプレグ１
とした。第１プリプレグ１は、辺１ａ〜１ｄをもち、辺
１ｃの直角方向に対して辺１ａが角度θ（５°）傾斜し
ている。ここで、第１プリプレグ１は、長さＬ１が２３
５ｍｍ、幅Ｌ２が２２８ｍｍ、厚み０．２ｍｍである。
このプリプレグ１では図２に示す様に第１繊維としての
アラミド繊維１ｘ、１ｙの繊維配向は辺１ｃに対して０
°と９０°である。
【００１３】また、上記したプリプレグシートを、図３
に示す様に異なるサイズの平行四辺形状に切断し、第２
プリプレグ２とした。第２プリプレグ２は、辺２ａ〜２
ｄをもち、辺２ｃの直角方向に対して辺２ａが角度θ
（５°）傾斜している。ここで、第２プリプレグ２は、
長さＬ３が２３５ｍｍ、幅Ｌ４が５７ｍｍ、厚み０．２
ｍｍである。第２プリプレグ２では図３に示す様に第２
繊維としてのアラミド繊維２ｘ、２ｙの繊維配向は辺２
ｃに対して±４５°である。ここで、アラミド繊維１
ｘ、１ｙ、２ｘ、２ｙの各１本は径０．１ｍｍ程度であ
り、極細径繊維（１２μｍ）を多数本集束させたもので
ある。
に示す様に異なるサイズの平行四辺形状に切断し、第２
プリプレグ２とした。第２プリプレグ２は、辺２ａ〜２
ｄをもち、辺２ｃの直角方向に対して辺２ａが角度θ
（５°）傾斜している。ここで、第２プリプレグ２は、
長さＬ３が２３５ｍｍ、幅Ｌ４が５７ｍｍ、厚み０．２
ｍｍである。第２プリプレグ２では図３に示す様に第２
繊維としてのアラミド繊維２ｘ、２ｙの繊維配向は辺２
ｃに対して±４５°である。ここで、アラミド繊維１
ｘ、１ｙ、２ｘ、２ｙの各１本は径０．１ｍｍ程度であ
り、極細径繊維（１２μｍ）を多数本集束させたもので
ある。
【００１４】上記した第１プリプレグ１、第２プリプレ
グ２を構成するアラミド繊維布について説明する。即
ち、繊維材質はメタ系アラミド（帝人（株）「コーネッ
クス」）であり、フィラメント特性として伸びは２７
％、弾性率は１２５０ｋｇ／ｍｍ 2 、ヤーン特性として
番手は２０ｔｅｘ、クロス特性として目付は１３０ｇ／
ｍ 2 である。ここで、メタ系アラミド繊維は、上記した
様に低弾性率あり、機械加工性に優れ、歯車の噛み合い
面等の発生音を低く押える特徴を持つ。
グ２を構成するアラミド繊維布について説明する。即
ち、繊維材質はメタ系アラミド（帝人（株）「コーネッ
クス」）であり、フィラメント特性として伸びは２７
％、弾性率は１２５０ｋｇ／ｍｍ 2 、ヤーン特性として
番手は２０ｔｅｘ、クロス特性として目付は１３０ｇ／
ｍ 2 である。ここで、メタ系アラミド繊維は、上記した
様に低弾性率あり、機械加工性に優れ、歯車の噛み合い
面等の発生音を低く押える特徴を持つ。
【００１５】（２）リング状素材の製造 次に、図１（Ａ）に示す様に、平行四辺形状に切断した
第１プリプレグ１の終端側に第２プリプレグ２を重ね合
わせる。このとき辺１ｂと辺２ｂとを合わせ、辺２ａと
辺１ａとを合わせている。重ね合わせた後、図１（Ｂ）
に示す様に第１プリプレグ１を一辺１ｃから、第２プリ
プレグ２とともに渦巻き状に巻き取り、棒状とする。次
に、図１（Ｃ）に示す様に、棒状とした第１プリプレグ
１の一端部と他端部とが合わさる様に合せ部３ａを形成
し、第１プリプレグ１、第２プリプレグ２を湾曲させて
ドーナツ状予備成形材３を得た。ここで、ドーナツ状予
備成形材３の合せ部３ａ（渦巻き棒の合せ）は、同部の
強度低下を避けるべくオーバーラップさせた構造とされ
ている。つまり、棒状とした第１プリプレグ１の一端部
と他端部とを斜めにカットし、図１（Ｃ）、図５に示す
ように、そのカットした部分同士を重なるように合わ
せ、合せ部３ａを形成している。
第１プリプレグ１の終端側に第２プリプレグ２を重ね合
わせる。このとき辺１ｂと辺２ｂとを合わせ、辺２ａと
辺１ａとを合わせている。重ね合わせた後、図１（Ｂ）
に示す様に第１プリプレグ１を一辺１ｃから、第２プリ
プレグ２とともに渦巻き状に巻き取り、棒状とする。次
に、図１（Ｃ）に示す様に、棒状とした第１プリプレグ
１の一端部と他端部とが合わさる様に合せ部３ａを形成
し、第１プリプレグ１、第２プリプレグ２を湾曲させて
ドーナツ状予備成形材３を得た。ここで、ドーナツ状予
備成形材３の合せ部３ａ（渦巻き棒の合せ）は、同部の
強度低下を避けるべくオーバーラップさせた構造とされ
ている。つまり、棒状とした第１プリプレグ１の一端部
と他端部とを斜めにカットし、図１（Ｃ）、図５に示す
ように、そのカットした部分同士を重なるように合わ
せ、合せ部３ａを形成している。
【００１６】この予備成形材３の断面組織は、図４に模
式的に示す様に、９０°／０°配向の第１繊維からなる
繊維層Ａが中心域に存在し、その外側に、９０°／０°
配向の第１繊維と±４５°配向の第２繊維とからなる繊
維層Ｂが存在する複合構造となっている。このようにし
て得たドーナツ状予備成形材３を、図５に示す様に、合
せ部３ａが１８０°対向するように２本重ね合せた状態
で、図６に示す金型４にセットする。このとき金型４内
には、中央孔５ｅをもつリング状の鋼製インサ−ト５を
配置している。この金型４は、キャビティの底部に位置
決め用突部４０ａをもつ下型４０と、下型４０のキャビ
ティに挿入されるリング状加圧面４１ａをもつ円筒状の
加圧パンチ４１と、加圧パンチ４１の中央孔４１ｂに挿
通された中子４２とで構成されている。そして、中子４
２でインサート５を保持するとともに、キャビティ内に
上下に２個重ねて配置したドーナツ状予備成形材３を、
加圧パンチ４１で矢印Ｅ方向に押圧して加熱圧縮成形を
行い、これによりプリプレグ１、２中の樹脂成分を固化
させ、図７に示すリング状素材６を形成した。この際の
成形条件は、温度１８０℃、圧力２５０ｋｇｆ／ｃ
ｍ2 、加圧時間１５分である。
式的に示す様に、９０°／０°配向の第１繊維からなる
繊維層Ａが中心域に存在し、その外側に、９０°／０°
配向の第１繊維と±４５°配向の第２繊維とからなる繊
維層Ｂが存在する複合構造となっている。このようにし
て得たドーナツ状予備成形材３を、図５に示す様に、合
せ部３ａが１８０°対向するように２本重ね合せた状態
で、図６に示す金型４にセットする。このとき金型４内
には、中央孔５ｅをもつリング状の鋼製インサ−ト５を
配置している。この金型４は、キャビティの底部に位置
決め用突部４０ａをもつ下型４０と、下型４０のキャビ
ティに挿入されるリング状加圧面４１ａをもつ円筒状の
加圧パンチ４１と、加圧パンチ４１の中央孔４１ｂに挿
通された中子４２とで構成されている。そして、中子４
２でインサート５を保持するとともに、キャビティ内に
上下に２個重ねて配置したドーナツ状予備成形材３を、
加圧パンチ４１で矢印Ｅ方向に押圧して加熱圧縮成形を
行い、これによりプリプレグ１、２中の樹脂成分を固化
させ、図７に示すリング状素材６を形成した。この際の
成形条件は、温度１８０℃、圧力２５０ｋｇｆ／ｃ
ｍ2 、加圧時間１５分である。
【００１７】図７に示すリング状素材６では、鋼製イン
サ−ト５の凹部５ａ及び凸部５ｂと繊維強化樹脂部分の
内周部とは強固に結合している。図８にリング状素材６
の断面を示す。図８に示す様に、リング状素材６の中央
付近には（図８において白抜きの域）、９０°／０°配
向の第１繊維で強化された強化部７ａが形成されてい
る。更に強化部７ａの外側には（図８においてハッチン
グ域）、９０°／０°配向の第１繊維と±４５°配向の
第２繊維とで強化された複合強化部７ｂが形成されてい
る。
サ−ト５の凹部５ａ及び凸部５ｂと繊維強化樹脂部分の
内周部とは強固に結合している。図８にリング状素材６
の断面を示す。図８に示す様に、リング状素材６の中央
付近には（図８において白抜きの域）、９０°／０°配
向の第１繊維で強化された強化部７ａが形成されてい
る。更に強化部７ａの外側には（図８においてハッチン
グ域）、９０°／０°配向の第１繊維と±４５°配向の
第２繊維とで強化された複合強化部７ｂが形成されてい
る。
【００１８】ここで、リング状素材６は、内径Ｌ７が４
０．０ｍｍ、外径Ｌ９が７９．０、厚さｔが１０ｍｍ、
インサート５の外径Ｌ８が５５ｍｍである。またリング
状素材６の繊維強化部分の繊維総量は体積％で５０％で
あり、そのうち８０％が９０°／０°配向の第１繊維、
２０％が±４５配向の第２繊維である。 （３）歯切り加工 図７に示すリング状素材６を用い、そのリング状素材６
の外周部に、カッターにより切削加工を施すことにより
歯切り加工を行い、図９〜図１２に示す様に、外周部に
歯部７をもつ繊維強化樹脂歯車８を得た。このとき歯部
７の形成の際の切除により繊維が一部切断される。この
繊維強化樹脂歯車８の歯車諸元は以下の様である。即
ち、種類はインボリュートハスバ歯車であり、歯先直径
は７９．０ｍｍ、歯元直径は６６．９ｍｍ、ピッチ円直
径は７３．９ｍｍ、全歯たけは６．０５ｍｍ、歯数は３
２、直角モジュールは２．０、歯直角圧力角は１８．０
°、ねじれ角は３０°である。
０．０ｍｍ、外径Ｌ９が７９．０、厚さｔが１０ｍｍ、
インサート５の外径Ｌ８が５５ｍｍである。またリング
状素材６の繊維強化部分の繊維総量は体積％で５０％で
あり、そのうち８０％が９０°／０°配向の第１繊維、
２０％が±４５配向の第２繊維である。 （３）歯切り加工 図７に示すリング状素材６を用い、そのリング状素材６
の外周部に、カッターにより切削加工を施すことにより
歯切り加工を行い、図９〜図１２に示す様に、外周部に
歯部７をもつ繊維強化樹脂歯車８を得た。このとき歯部
７の形成の際の切除により繊維が一部切断される。この
繊維強化樹脂歯車８の歯車諸元は以下の様である。即
ち、種類はインボリュートハスバ歯車であり、歯先直径
は７９．０ｍｍ、歯元直径は６６．９ｍｍ、ピッチ円直
径は７３．９ｍｍ、全歯たけは６．０５ｍｍ、歯数は３
２、直角モジュールは２．０、歯直角圧力角は１８．０
°、ねじれ角は３０°である。
【００１９】本実施例にかかる９０°／０°配向した第
１繊維の形態を図１１、図１２に示す。図１１は主とし
て歯部７の噛み合い面７０における木の年輪状の繊維配
向を示す。また図１２は木の年輪状に配向した繊維を省
略し、噛み合い面７０における他の繊維配向を示す。図
１１に示す様に、本実施例にかかる繊維強化樹脂歯車８
では、歯部７の噛み合い面７０では、繊維１００が木の
年輪状に配向している。また歯部７の最外周面としての
歯先面７５では、ほぼ周方向にのびる繊維１０１と、歯
車の軸芯Ｋにそってのびる繊維１０２とが交差して配向
している。また、歯部７の軸端面７６では、ほぼ周方向
にのびる繊維１０３と、歯車の軸芯Ｋに対してほぼ放射
方向にのびる繊維１０４とが交差して配向している。ま
た図１２に示す様に、歯部７の噛み合い面７０では、周
方向にのびる繊維１０３のうち歯切りの際に切断された
切断端面１０３ａが噛み合い面７０の表面で表出してい
る。ここで、本実施例では前記した様に、歯車の軸芯に
対してほぼ放射方向にのびる繊維１０４が配向している
ので、歯部７の歯元部７２付近の強度増加に有利であ
る。なお、上記した繊維１００、１０１、１０２、１０
３、１０４は第１繊維として機能する。
１繊維の形態を図１１、図１２に示す。図１１は主とし
て歯部７の噛み合い面７０における木の年輪状の繊維配
向を示す。また図１２は木の年輪状に配向した繊維を省
略し、噛み合い面７０における他の繊維配向を示す。図
１１に示す様に、本実施例にかかる繊維強化樹脂歯車８
では、歯部７の噛み合い面７０では、繊維１００が木の
年輪状に配向している。また歯部７の最外周面としての
歯先面７５では、ほぼ周方向にのびる繊維１０１と、歯
車の軸芯Ｋにそってのびる繊維１０２とが交差して配向
している。また、歯部７の軸端面７６では、ほぼ周方向
にのびる繊維１０３と、歯車の軸芯Ｋに対してほぼ放射
方向にのびる繊維１０４とが交差して配向している。ま
た図１２に示す様に、歯部７の噛み合い面７０では、周
方向にのびる繊維１０３のうち歯切りの際に切断された
切断端面１０３ａが噛み合い面７０の表面で表出してい
る。ここで、本実施例では前記した様に、歯車の軸芯に
対してほぼ放射方向にのびる繊維１０４が配向している
ので、歯部７の歯元部７２付近の強度増加に有利であ
る。なお、上記した繊維１００、１０１、１０２、１０
３、１０４は第１繊維として機能する。
【００２０】さて、本実施例にかかる繊維強化樹脂歯車
８では、図９に示す様に、歯部７のほぼ中央域には９０
°／０°に配向する第１繊維で強化された強化された強
化部７ａ（図８において白抜きの域）が形成されてい
る。更に、強化部７ａよりも外側には、９０°／０°に
配向する第１繊維と±４５°に配向する第２繊維とで強
化された複合強化部７ｂ（図８においてハッチング域）
が形成されている。なお本実施例では複合強化部７ｂに
おいては、繊維の割合は、９０°／０°に配向する第１
繊維：±４５°に配向する第２繊維＝５０：５０（体積
比）となっている。
８では、図９に示す様に、歯部７のほぼ中央域には９０
°／０°に配向する第１繊維で強化された強化された強
化部７ａ（図８において白抜きの域）が形成されてい
る。更に、強化部７ａよりも外側には、９０°／０°に
配向する第１繊維と±４５°に配向する第２繊維とで強
化された複合強化部７ｂ（図８においてハッチング域）
が形成されている。なお本実施例では複合強化部７ｂに
おいては、繊維の割合は、９０°／０°に配向する第１
繊維：±４５°に配向する第２繊維＝５０：５０（体積
比）となっている。
【００２１】ここで、図１０は歯車の軸芯Ｋと直交する
向きの断面を示し、歯部７の軸端面７６における繊維配
向を示す。図１０に示す様に、ほぼ周方向にのびる繊維
１０３とほぼ放射方向にのびる繊維１０４とに対して交
わる向きに、第２繊維としての±４５°配向の繊維２０
０、２０１が配向している。図１０から理解できる様
に、かかる±４５°配向の繊維２００、２０１は、周方
向にそう様に配向している繊維１０３および放射方向に
そう様に配向している繊維１０４のそれぞれに対して配
向している。
向きの断面を示し、歯部７の軸端面７６における繊維配
向を示す。図１０に示す様に、ほぼ周方向にのびる繊維
１０３とほぼ放射方向にのびる繊維１０４とに対して交
わる向きに、第２繊維としての±４５°配向の繊維２０
０、２０１が配向している。図１０から理解できる様
に、かかる±４５°配向の繊維２００、２０１は、周方
向にそう様に配向している繊維１０３および放射方向に
そう様に配向している繊維１０４のそれぞれに対して配
向している。
【００２２】ところで、歯車の使用に当っては、歯部７
のうち応力的に最も厳しい部位が歯元部７２である。し
かも軸端面７６側の歯元部７２である。かかる部位に亀
裂が発生し易い。この点本実施例では、図９から理解で
きる様に、歯部７の歯元部７２付近には複合強化部７ｂ
が位置しており、複合強化部７ｂは、第２繊維としての
±４５°配向の繊維２００、２０１でも強化されてい
る。よって、歯元部７２における耐亀裂性を向上させ
得、歯部７の歯元部７２における亀裂、殊に軸端面７６
の歯元部７２における亀裂を抑えるのに有利となる。
のうち応力的に最も厳しい部位が歯元部７２である。し
かも軸端面７６側の歯元部７２である。かかる部位に亀
裂が発生し易い。この点本実施例では、図９から理解で
きる様に、歯部７の歯元部７２付近には複合強化部７ｂ
が位置しており、複合強化部７ｂは、第２繊維としての
±４５°配向の繊維２００、２０１でも強化されてい
る。よって、歯元部７２における耐亀裂性を向上させ
得、歯部７の歯元部７２における亀裂、殊に軸端面７６
の歯元部７２における亀裂を抑えるのに有利となる。
【００２３】ここで、９０°／０°配向の第１繊維と±
４５°配向の第２繊維とからなる複合強化部７ｂの位置
調整は、図１（Ａ）に示す工程において第１プリプレグ
１、第２プリプレグ２を重ね合せるに際し、その配置を
変えることにより行い得る。 （他の実施例）実施例１と全く同様に、９０°／０°配
向の第１繊維で形成した第１プリプレグ１と、±４５°
配向の第２繊維で形成した第２プリプレグ２とを用い、
両方のプリプレグ１、２の切断長さを変更した。そし
て、繊維の総体積率は実施例１の場合と同様に５０％と
するものの、９０°／０°配向の第１繊維と±４５°配
向の第２繊維との比のみを表１に示す様に変更し、実施
例１と同様の成形工程、歯切り加工工程を経て、実施例
１の場合と外形が全く同一の繊維強化樹脂歯車（ＮＯ．
ａ〜ＮＯ．ｇ）を作成した。
４５°配向の第２繊維とからなる複合強化部７ｂの位置
調整は、図１（Ａ）に示す工程において第１プリプレグ
１、第２プリプレグ２を重ね合せるに際し、その配置を
変えることにより行い得る。 （他の実施例）実施例１と全く同様に、９０°／０°配
向の第１繊維で形成した第１プリプレグ１と、±４５°
配向の第２繊維で形成した第２プリプレグ２とを用い、
両方のプリプレグ１、２の切断長さを変更した。そし
て、繊維の総体積率は実施例１の場合と同様に５０％と
するものの、９０°／０°配向の第１繊維と±４５°配
向の第２繊維との比のみを表１に示す様に変更し、実施
例１と同様の成形工程、歯切り加工工程を経て、実施例
１の場合と外形が全く同一の繊維強化樹脂歯車（ＮＯ．
ａ〜ＮＯ．ｇ）を作成した。
【００２４】
【表１】 ここで、他の実施例としてのＮＯ．ａ〜ＮＯ．ｇにかか
る繊維強化樹脂歯車でも、歯部７の噛み合い面７０で
は、９０°／０°配向の第１繊維が木の年輪状に配向し
ている。また、ＮＯ．ａ〜ＮＯ．ｅでは、図９に示す形
態であり、歯部７の中央側及び外側には±４５°配向の
第２繊維が複合化されている。またＮＯ．ｆ、ＮＯ．ｇ
では、歯部７の噛みあい面７０の全面に±４５°配向の
第２繊維が複合化されている。
る繊維強化樹脂歯車でも、歯部７の噛み合い面７０で
は、９０°／０°配向の第１繊維が木の年輪状に配向し
ている。また、ＮＯ．ａ〜ＮＯ．ｅでは、図９に示す形
態であり、歯部７の中央側及び外側には±４５°配向の
第２繊維が複合化されている。またＮＯ．ｆ、ＮＯ．ｇ
では、歯部７の噛みあい面７０の全面に±４５°配向の
第２繊維が複合化されている。
【００２５】また、更に別の実施例として、繊維総量中
の９０°／０°配向の第１繊維の割合を８０％、第２繊
維の割合を体積％で２０％としたままで、０°配向の繊
維に対して第２繊維の配向角を表２に示す様に適宜変え
て、実施例１と同様の成形工程、歯切り加工工程を経
て、実施例１の場合と外形が全く同一の繊維強化樹脂歯
車（ＮＯ．ｈ〜ＮＯ．ｍ）を作成した。
の９０°／０°配向の第１繊維の割合を８０％、第２繊
維の割合を体積％で２０％としたままで、０°配向の繊
維に対して第２繊維の配向角を表２に示す様に適宜変え
て、実施例１と同様の成形工程、歯切り加工工程を経
て、実施例１の場合と外形が全く同一の繊維強化樹脂歯
車（ＮＯ．ｈ〜ＮＯ．ｍ）を作成した。
【００２６】
【表２】 （比較例）更に、比較例として、実施例１と全く同様の
外観をもつ繊維強化樹脂歯車において、繊維の総体積率
を５０％としたままで、９０°／０°配向の第１繊維の
みで強化した歯車を形成した。
外観をもつ繊維強化樹脂歯車において、繊維の総体積率
を５０％としたままで、９０°／０°配向の第１繊維の
みで強化した歯車を形成した。
【００２７】（試験）実施例１の繊維強化樹脂歯車、他
の実施例の繊維強化樹脂歯車、及び比較例繊維強化樹脂
歯車を用い、歯部の歯先の曲げ強さの試験を行った。こ
の試験では、歯車を固定し、歯部７のピッチ円付近に曲
げ荷重を加えて破断荷重の測定を行った。その結果を図
１３に示す。図１３の縦軸が曲げ荷重、横軸が繊維総量
中における±４５°配向の第２繊維の体積率を示す。
の実施例の繊維強化樹脂歯車、及び比較例繊維強化樹脂
歯車を用い、歯部の歯先の曲げ強さの試験を行った。こ
の試験では、歯車を固定し、歯部７のピッチ円付近に曲
げ荷重を加えて破断荷重の測定を行った。その結果を図
１３に示す。図１３の縦軸が曲げ荷重、横軸が繊維総量
中における±４５°配向の第２繊維の体積率を示す。
【００２８】図１３に示す試験結果より、±４５°配向
の第２繊維の含有率が１０〜４０％、特に１５〜３５％
であれば、曲げ荷重の確保に好ましい。また表２に示す
歯車の試験結果を図１４に示す。図１４の縦軸が曲げ荷
重、横軸が第２繊維の配向角を示す。図１４に示す試験
結果より、第２繊維の配向角は±３５°〜±５５°の範
囲で曲げ荷重が増大するので、第２繊維の配向角は±３
５°〜±５５°の範囲が好ましく、特に±４０°〜±５
０°が更に好ましいことがわかる。
の第２繊維の含有率が１０〜４０％、特に１５〜３５％
であれば、曲げ荷重の確保に好ましい。また表２に示す
歯車の試験結果を図１４に示す。図１４の縦軸が曲げ荷
重、横軸が第２繊維の配向角を示す。図１４に示す試験
結果より、第２繊維の配向角は±３５°〜±５５°の範
囲で曲げ荷重が増大するので、第２繊維の配向角は±３
５°〜±５５°の範囲が好ましく、特に±４０°〜±５
０°が更に好ましいことがわかる。
【００２９】
【発明の効果】本発明の繊維強化樹脂歯車によれば、補
強布は第１繊維と第２繊維とを有し、第１繊維は、歯部
において周方向及び放射方向に配向しており、第２繊維
は、歯元部において、軸芯と直交する断面において、第
１繊維の周方向にそう様に配向している繊維部分および
放射方向にそう様に配向している繊維部分のそれぞれに
対して傾斜して配向している。そのため、歯先にかかる
荷重が過剰な場合であっても、歯部の歯元部における亀
裂を抑えるのに有利である。
強布は第１繊維と第２繊維とを有し、第１繊維は、歯部
において周方向及び放射方向に配向しており、第２繊維
は、歯元部において、軸芯と直交する断面において、第
１繊維の周方向にそう様に配向している繊維部分および
放射方向にそう様に配向している繊維部分のそれぞれに
対して傾斜して配向している。そのため、歯先にかかる
荷重が過剰な場合であっても、歯部の歯元部における亀
裂を抑えるのに有利である。
【図１】（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）はドーナツ状の予備成形材
を形成する工程を示す図である。
を形成する工程を示す図である。
【図２】９０°／０°配向の繊維をもつ第１プリプレグ
の展開図である。
の展開図である。
【図３】±４５°配向の繊維をもつ第２プリプレグの展
開図である。
開図である。
【図４】ドーナツ状の予備成形材のＶ−Ｖ断面を模式的
に示す図である。
に示す図である。
【図５】ドーナツ状の予備成形材を２個重ねた状態の斜
視図である。
視図である。
【図６】金型内で２個重ねたドーナツ状の予備成形材を
圧縮成形する際の断面図である。
圧縮成形する際の断面図である。
【図７】リング状素材の斜視図である。
【図８】リング状素材の断面を模式的に示す図である。
【図９】複合強化部の位置を示す歯部の部分斜視図であ
る。
る。
【図１０】歯部の軸端面における第１繊維と第２繊維と
の配向を示す図である。
の配向を示す図である。
【図１１】木の年輪状の第１繊維の配向とともに示す歯
部の部分斜視図である。
部の部分斜視図である。
【図１２】第１繊維の配向の一部を示す維強化樹脂歯車
の歯部の部分斜視図である。
の歯部の部分斜視図である。
【図１３】曲げ荷重と±４５°配向の繊維含有率との関
係を示すグラフである。
係を示すグラフである。
【図１４】曲げ荷重と第２繊維の配向角との関係を示す
グラフである。
グラフである。
【図１５】歯元部に発生した亀裂を示す従来の歯部の部
分斜視図である。
分斜視図である。
図中、１は第１プリプレグ、２は第２プリプレグ、３は
ドーナツ状予備成形材、４は金型、６はリング状素材、
７は歯部、７０は噛み合い面を示す。
ドーナツ状予備成形材、４は金型、６はリング状素材、
７は歯部、７０は噛み合い面を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｂ２９Ｋ 105:22 Ｂ２９Ｌ 15:00 (56)参考文献 特開 昭59−137660（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−241729（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−8956（ＪＰ，Ａ) 特公 昭33−6905（ＪＰ，Ｂ１) 特公 昭46−29683（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F61H 55/06 B29C 43/18,67/14 C08J 5/24 B29K 105:08,105:22 B29L 15:00
Claims (1)
- 【請求項１】プリプレグを巻いて棒状とするとともに、
その棒状の両端を合わせてドーナツ状としたドーナツ状
予備成形材を成形固化したリング状素材を歯切りして、
歯部の噛み合い面にプリプレグを構成する補強繊維が木
の年輪状に配向した繊維強化樹脂歯車であって、 該プリプレグを構成する補強繊維は第１繊維と第２繊維
とを有し、 該第１繊維は、該歯部において周方向及び放射方向にそ
う様に配向しており、 該第２繊維は、少なくとも該歯元部に埋設されており、
軸芯と直交する断面において、該第１繊維の周方向にそ
う様に配向している繊維部分および放射方向にそう様に
配向している繊維部分のそれぞれに対して傾斜して配向
していることを特徴とする繊維強化樹脂歯車。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4042980A JP2959906B2 (ja) | 1992-02-28 | 1992-02-28 | 繊維強化樹脂歯車 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4042980A JP2959906B2 (ja) | 1992-02-28 | 1992-02-28 | 繊維強化樹脂歯車 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05240324A JPH05240324A (ja) | 1993-09-17 |
| JP2959906B2 true JP2959906B2 (ja) | 1999-10-06 |
Family
ID=12651187
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4042980A Expired - Lifetime JP2959906B2 (ja) | 1992-02-28 | 1992-02-28 | 繊維強化樹脂歯車 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2959906B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5589606B2 (ja) * | 2010-06-28 | 2014-09-17 | 日本ガスケット株式会社 | 樹脂回転体およびその製造方法 |
| JP6222003B2 (ja) | 2014-08-22 | 2017-11-01 | トヨタ自動車株式会社 | 部品同士の結合構造及び部品同士の結合方法 |
| GB202000042D0 (en) * | 2020-01-03 | 2020-02-19 | Lentus Composites Ltd | Manufacture of a composite material product |
-
1992
- 1992-02-28 JP JP4042980A patent/JP2959906B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05240324A (ja) | 1993-09-17 |
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