JP3196518B2 - 繊維強化樹脂歯車の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は繊維強化樹脂歯車の製造
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】繊維強化樹脂歯車は、噛合音の低減や軽
量化等の利点を有するため、近年種々の分野で多用され
つつある。繊維強化樹脂歯車の製造方法として、紡織布
に樹脂を含浸させた半硬化状態のプリプレグを用い、プ
リプレグの長手方向の端縁からプリプレグをロール状に
巻回し、棒状巻回体を形成する巻回工程と、棒状巻回体
を輪状に曲げた輪状体を成形型のキャビティに配置し、
加圧加熱することにより、円盤状の歯車粗形材を形成す
る成形工程と、歯車粗形材の外周に歯部を形成する創歯
工程とを順に実施するものが知られている（特開平４−
８９５６号公報）。

【０００３】また繊維強化樹脂歯車の別の製造方法とし
て、紡織布を用い、紡織布の長手方向の端縁から紡織布
をロール状に巻回し、棒状巻回体を形成する巻回工程
と、棒状巻回体を輪状に曲げた輪状体を成形型のキャビ
ティに配置し、キャビティに液状樹脂を注入し、加圧し
つつ加熱硬化することにより、円盤状の歯車粗形材を形
成する成形工程と、歯車粗形材の外周に歯部を形成する
創歯工程とを順に実施するものが知られている（特開平
２−２４１７２９号公報）

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記した特開平４−８
９５６号公報に係る方法では、紡織布に樹脂を含浸させ
た半硬化状態のプリプレグを用いている。プリプレグは
適度なタック性即ちべたつき性をもつため、巻き戻りが
ほとんど無く、ロール状つまり断面渦巻き状に巻回して
賦形するのが比較的容易である。しかし、プリプレグを
用いる方法では、繊維強化樹脂歯車の内部にエアが残留
し易い問題がある。この場合、繊維強化樹脂歯車の強度
の信頼性の面では必ずしも充分ではない。

【０００５】また上記した特開平２−２４１７２９号公
報では、紡織布をロール状に良好に巻回するのが必ずし
も容易ではない。紡織布の巻き戻り等が生じる等のため
である。本発明は上記した実情に鑑みなされたものであ
り、プリプレグに代えて紡織布等のシート状繊維集合体
を用いて繊維強化樹脂歯車を形成する方式を採用したも
のであり、各請求項の共通課題は、線材を用い、シート
状繊維集合体をロール状に巻回する際に線材を芯体とし
て用いることにより、シート状繊維集合体を良好に巻回
できるようにした繊維強化樹脂歯車の製造方法を提供す
ることにある。

【０００６】請求項１の課題は、線材にこれの長手方向
に張力をかけることにより、シート状繊維集合体を良好
に巻回できるようにした繊維強化樹脂歯車の製造方法を
提供することにある。請求項２の課題は、線材をこれが
シート状繊維集合体を縫うようにシート状繊維集合体に
貫通させることにより、巻回の際において特に巻回初期
において、シート状繊維集合体と線材との外れを抑える
のに有利な繊維強化樹脂歯車の製造方法を提供すること
にある。

【０００７】請求項３の課題は、線材をシート状繊維集
合体に縫製糸で縫製して一体性を高めることにより、巻
回の際において特に巻回初期においてシート状繊維集合
体と線材との外れを抑えるのに有利な繊維強化樹脂歯車
の製造方法を提供することにある。請求項４の課題は、
巻回初期において線材の長手方向の一端部の回転と他端
部の回転とを非同期にした状態で線材を回転させること
により、シート状繊維集合体の巻き始め部分を捩じり、
巻回の際において特に巻回初期において、シート状繊維
集合体と線材との外れを抑えるのに有利な繊維強化樹脂
歯車の製造方法を提供することにある。

【０００８】請求項５の課題は、シート状繊維集合体の
巻回方向の中間領域から巻き始めることにより、巻回の
際において特に巻回初期においてシート状繊維集合体と
線材との外れを抑えるのに有利であり、しかも歯部の歯
元付近の強度確保に有利な繊維強化樹脂歯車の製造方法
を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る繊維強化
樹脂歯車の製造方法は、シート状繊維集合体をロール状
に巻回して棒状巻回体を形成する巻回工程と、棒状巻回
体を輪状に曲げた輪状体を成形型のキャビティに配置
し、キャビティに樹脂を注入して歯車粗形材を形成する
成形工程、歯車粗形材に歯部を形成する創歯工程とを順
に実施する繊維強化樹脂歯車の製造方法において、巻回
工程は、並設された少なくとも２個の線材を用い、線材
でシート状繊維集合体を挟むと共に、少なくとも巻回当
初において線材にこれの長手方向に張力をかけつつ、線
材の回りでシート状繊維集合体をロール状に巻回して棒
状巻回体を形成することを特徴とするものである。

【００１０】請求項２に係る繊維強化樹脂歯車の製造方
法は、シート状繊維集合体をロール状に巻回して棒状巻
回体を形成する巻回工程と、棒状巻回体を輪状に曲げた
輪状体を成形型のキャビティに配置し、キャビティに樹
脂を注入して歯車粗形材を形成する成形工程、歯車粗形
材に歯部を形成する創歯工程とを順に実施する繊維強化
樹脂歯車の製造方法において、巻回工程は、少なくとも
１個の線材をこれがシート状繊維集合体を縫うようにシ
ート状繊維集合体に貫通させ、少なくとも巻回当初にお
いて線材にこれの長手方向に張力をかけつつ、線材の回
りでシート状繊維集合体をロール状に巻回して棒状巻回
体を形成することを特徴とするものである。

【００１１】請求項３に係る繊維強化樹脂歯車の製造方
法は、シート状繊維集合体をロール状に巻回して棒状巻
回体を形成する巻回工程と、棒状巻回体を輪状に曲げた
輪状体を成形型のキャビティに配置し、キャビティに樹
脂を注入して歯車粗形材を形成する成形工程、歯車粗形
材に歯部を形成する創歯工程とを順に実施する繊維強化
樹脂歯車の製造方法において、巻回工程は、少なくとも
１個の線材をシート状繊維集合体に縫製糸で縫製し、少
なくとも巻回当初において線材にこれの長手方向に張力
をかけつつ、線材の回りでシート状繊維集合体をロール
状に巻回して棒状巻回体を形成することを特徴とするも
のである。

【００１２】請求項４に係る繊維強化樹脂歯車の製造方
法は、シート状繊維集合体をロール状に巻回して巻回
し、棒状巻回体を形成するする巻回工程と、棒状巻回体
を輪状に曲げた輪状体を成形型のキャビティに配置し、
キャビティに樹脂を注入して歯車粗形材を形成する成形
工程、歯車粗形材に歯部を形成する創歯工程とを順に実
施する繊維強化樹脂歯車の製造方法において、巻回工程
は、並設された少なくとも２個の線材を用い、線材でシ
ート状繊維集合体を挟むと共に線材の回りにシート状繊
維集合体を巻回するものであり、巻回当初においては、
線材にこれの長手方向に張力をかけつつ、線材の長手方
向の一端部の回転と他端部の回転とを非同期にした状態
で線材を回転させることを特徴とするものである。

【００１３】請求項５に係る繊維強化樹脂歯車の製造方
法は、シート状繊維集合体をロール状に巻回して棒状巻
回体を形成する巻回工程と、棒状巻回体を輪状に曲げた
輪状体を成形型のキャビティに配置し、キャビティに樹
脂を注入して歯車粗形材を形成する成形工程、歯車粗形
材に歯部を形成する創歯工程とを順に実施する繊維強化
樹脂歯車の製造方法において、巻回工程は、並設された
少なくとも２個の線材を用い、シート状繊維集合体のう
ち巻回方向における中間領域を線材で挟んだ状態で、少
なくとも巻回当初において線材にこれの長手方向に張力
をかけつつ、線材の回りにシート状繊維集合体を巻回し
て棒状巻回体を形成することを特徴とするものである。

【００１４】

【作用及び発明の効果】本発明方法で用いる線材は、シ
ート状繊維集合体をロール状に巻回する際に芯体として
機能するものである。線材の材質は適宜選択でき、ピア
ノ線等の硬鋼系、軟鋼系、アルミ合金系、チタン合金系
等の金属、或いは、硬質樹脂等の樹脂を採用できる。ま
た線材は、シート状繊維集合体と同材質または類似した
材質のものも採用できる。場合によってはカーボン繊
維、ガラス繊維、有機繊維等を採用することもできる。
線材の断面は適宜選択でき、円形状、楕円形状が一般的
であるが、四角形状、三角形状等の角形状でも良い。線
材の断面形状により、線材の剛性を高めることもでき
る。

【００１５】本発明方法では巻回終了後に棒状巻回体か
ら線材を抜き取ることが一般的である。この様に棒状巻
回体から線材を抜き取る場合には、抜き取り跡は、最終
製品である繊維強化樹脂歯車において、繊維による補強
が充分期待できない『樹脂のみの層』となることがあ
る。従って『樹脂のみの層』を避ける意味では、線材の
断面積は小さな方が好ましい。断面円形状の線材を棒状
巻回体から抜き取る場合には、線材の直径を例えば０．
１〜１ｍｍの様に小さくできる。

【００１６】本発明方法で用いるシート状繊維集合体
は、有機繊維又は無機繊維等の繊維の集合体であり、織
物布状、網状、不織布状等を適宜採用できる。繊維とし
ては、具体的にはメタ系アラミド繊維等の軟質繊維、パ
ラ系アラミド繊維、カーボン繊維、ガラス繊維等の硬質
繊維といった公知の繊維を採用できる。シート状繊維集
合体において、隣設する繊維間の間隔は適宜選択でき
る。

【００１７】本発明方法で用いる樹脂は、輪状体に付着
して最終製品である繊維強化樹脂歯車のマトリツクス樹
脂を形成するものであり、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂
を採用でき、より具体的にはポリアミド樹脂、ポリエス
テル樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ＰＥＳ、
ＰＥＥＫ、ＰＡＩ等を採用できる。本発明に係る成形工
程は、棒状巻回体を輪状に曲げた輪状体を成形型のキャ
ビティに配置し、キャビティに樹脂を注入して歯車粗形
材を形成する工程である。成形工程では、成形型のキャ
ビティを減圧または真空とした状態で液状樹脂を注入、
固化して行い得る。この場合には繊維強化樹脂歯車の内
部におけるボイドの軽減または回避に有利である。この
場合ＶＡＲＩ（Ｖａｃｕｕｍ Ａｓｉｓｔｅｄ Ｒｅｓ
ｉｎ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ）成形法を採用できる。

【００１８】本発明方法に係る創歯工程は歯車粗形材に
歯部を形成する工程であり、例えば機械加工により歯部
を形成できる。歯部は外歯、内歯のいずれでも良い。と
ころで、線材は撓み変形し易いものである。この様に撓
み変形し易い線材によりシート状繊維集合体を挟持する
ことは容易ではない。この点請求項１の方法の巻回工程
においては、線材の回りにシート状繊維集合体をロール
状に巻回する際に、線材にこれの長手方向に張力をかけ
るので、線材の剛性は確保され、線材は芯体としての機
能は確保され、線材でシート状繊維集合体を良好に挟持
することができる。

【００１９】殊に、シート状繊維集合体に張力をかけこ
れを緊張させた場合であっても、線材は、シート状繊維
集合体の張力に抗して直線状に維持でき、従って線材の
大きな撓み変形を軽減または回避できる。故に請求項１
の方法によれば、線材でシート状繊維集合体を良好に挟
持することができ、シート状繊維集合体の保持性が向上
すると共に、シート状繊維集合体を密に巻回するのに有
利であり、この意味で最終製品である繊維強化樹脂歯車
の強度確保に有利である。

【００２０】また請求項１の方法によれば、線材にこれ
の長手方向に張力をかけるので、断面積の小さな線材を
用いたとしても、線材の剛性、線材の芯体としての機能
は確保され、線材の回りにシート状繊維集合体をロール
状に良好に巻回することができる。この様に断面積の小
さな線材を採用できるので、線材を棒状巻回体から抜き
取る場合においては、線材の抜き取り跡である空隙を小
さくできる利点が得られる。この隙間は、強化繊維によ
る強化をあまり期待できないので、最終製品である繊維
強化樹脂歯車の強度を低下させる要因となりやすいもの
である。この様に請求項１の方法によれば、断面積の小
さな線材を採用でき、線材の抜き取り跡である空隙を小
さくできるので、最終製品である繊維強化樹脂歯車の強
度確保に有利である。

【００２１】請求項２の方法の巻回工程においては、線
材をこれが縫うようにシート状繊維集合体に貫通させる
ので、線材とシート状繊維集合体との係止性が向上す
る。従って、巻回の際において特に巻回当初において、
線材とシート状繊維集合体とが外れることを軽減または
回避できる。勿論、シート状繊維集合体にかける張力を
大きくした場合であっても、線材とシート状繊維集合体
とが外れることを軽減または回避できる。よって、それ
だけ緻密に巻回を行うことができ、密な棒状巻回体が得
られ、従って最終製品である繊維強化樹脂歯車の強度確
保に有利である。勿論、請求項２の方法の巻回工程にお
いても、線材にこれの長手方向に張力をかけてシート状
繊維集合体を巻回する。少なくとも巻回当初において
は、線材に張力をかける。

【００２２】請求項３の方法の巻回工程においては、線
材とシート状繊維集合体とを一体的に縫製するので、線
材とシート状繊維集合体との係止性が向上する。従っ
て、巻回の際において特に巻回当初において、線材とシ
ート状繊維集合体とが外れることを軽減または回避でき
る。勿論、シート状繊維集合体にかける張力を大きくし
た場合であっても、線材とシート状繊維集合体とが外れ
ることを軽減または回避できる。よって、それだけ緻密
に巻回を行うことができ、密な棒状巻回体が得られ、繊
維強化樹脂歯車の強度確保に有利である。

【００２３】勿論、請求項３の方法の巻回工程において
も、線材にこれの長手方向に張力をかけてシート状繊維
集合体を巻回する。少なくとも巻回当初においては、線
材に張力をかける。請求項４の方法の巻回工程において
は、巻回初期においては、線材の長手方向の一端部の回
転と他端部の回転とを非同期にするので、シート状繊維
集合体を挟んだ線材が捩じれることになる。よって巻回
当初においてシート状繊維集合体も捩じれることにな
り、線材とシート状繊維集合体との係止性が向上する。
従って巻回の際において特に巻回当初において、線材と
シート状繊維集合体とが外れることを軽減または回避で
きる。勿論、シート状繊維集合体にかける張力を大きく
した場合であっても、線材とシート状繊維集合体とが外
れることを軽減または回避できる。よって、それだけ緻
密に巻回を行うことができ、繊維強化樹脂歯車の強度確
保に有利である。

【００２４】勿論、請求項４の方法の巻回工程において
も、線材にこれの長手方向に張力をかけてシート状繊維
集合体を巻回する。少なくとも巻回当初においては、線
材に張力をかける。請求項５の方法の巻回工程において
は、シート状繊維集合体の長手方向の中間領域を線材で
挟んだ状態で、線材の回りにシート状繊維集合体を巻回
するので、仮にシート状繊維集合体が線材に対して滑っ
たとしても、線材とシート状繊維集合体とが外れること
を軽減または回避できる。またシート状繊維集合体の巻
回方向の端部は、繊維の連続性に乏しいため、強化繊維
による高強度化に充分ではなく、そのため該端部が最終
製品である繊維強化樹脂歯車の中間領域に位置すること
は好ましくない。この点請求項５の方法の様に、シート
状繊維集合体の長手方向の中央域を線材で挟んだ状態
で、線材の回りにシート状繊維集合体を巻回するのでシ
ート状繊維集合体の巻回方向の端部は、棒状巻回体の渦
巻きの中央には位置しないので、最終製品である繊維強
化樹脂歯車の中央域特に歯部の歯元付近にも位置せず、
従って繊維強化樹脂歯車の強度確保に有利である。勿
論、請求項５の方法の巻回工程においても、線材にこれ
の長手方向に張力をかけてシート状繊維集合体を巻回す
る。少なくとも巻回当初においては、線材に張力をかけ
る。

【００２５】

【実施例】以下、本発明方法に係る各実施例にて具体的
に説明する。先ず実施例１から説明する。 （実施例１） 素材 シート状繊維集合体として、比較的軟質なメタ系アラミ
ド繊維のクロス材１を用いた。これは、最終製品である
繊維強化樹脂歯車の歯部の噛合音の低減、歯部の切削性
等の要因を考慮したものである。クロス材１の特性を表
１に示す。

【００２６】クロス材１において、その長手方向に沿う
繊維１ｙが織りこまれ、幅方向に沿う繊維１ｘが織りこ
まれている。クロス材１の巾Ｄ１は２３５ｍｍとした。
更に繊維強化樹脂歯車のマトリックス樹脂として、ポリ
アミド系樹脂（武田薬品工業（株）製「ＣＰレジン」）
を用いた。

【００２７】

【表１】 巻回工程 本実施例に係る巻回工程では、図１に示すように、線材
２、３として２本のピアノ線（硬鋼、直径：１ｍｍ）を
用いた。そして一方の線材２をクロス材１の上側に、他
方の線材３をクロス材１の下側に配置し、この状態で、
クロス材１の長さ方向のうちの端部１ａをその厚み方向
において２本の線材２、３で挟み込む。このとき線材
２、３の長手方向の一端部２ａ、３ａは、張力付与装置
４の線材ホルダ４６ａに保持されている。また線材２、
３の長手方向の他端部２ｂ、３ｂは張力付与装置４の線
材ホルダ４６ｂに保持されている。

【００２８】本実施例では、線材ホルダ４６ａと線材ホ
ルダ４６ｂとを互いに離間させる方向、つまり矢印Ｘ１
方向に変位させ、線材２、３にこれの長手方向に張力を
かける。これにより線材２、３の剛性が確保され、線材
２、３によりクロス材１の端部１ａは良好に挟まれる。
この様にした状態で、線材ホルダ４６ａと線材ホルダ４
６ｂとを矢印Ａ１方向に同期回転させ、線材２、３も同
方向に同期回転させ、これによりクロス材１を端部１ａ
からロール状つまり断面渦巻き状に巻回する。なお線材
ホルダ４６ａ、４６ｂの回転は適宜選択できるが、例え
ば１０〜５００ｒｐｍ、特に６０〜２００ｒｐｍ程度に
できる。

【００２９】本実施例においては上記の様にクロス材１
を巻回する場合には、クロス材１にこれの巻回方向につ
まり矢印Ｙ１方向に張力をかける。これによりクロス材
１の緩み、巻きしわ等が防止され、緻密な巻回が可能と
なる。本実施例で用いるクロス材１は、樹脂が含浸され
ている従来方法で用いるプリプレグとは異なり、樹脂が
ないぶん柔軟であり、より緻密な巻回が可能となる。上
記の様な巻回によりアラミド繊維のクロス材１からなる
ロール状の棒状巻回体６０を得た。

【００３０】そして、矢印Ｙ１方向におけるクロス材１
の巻き取り長さが３５０ｍｍとなったところで、棒状巻
回体６０の終端部を縫製糸でステッチングして、棒状巻
回体６０の巻き戻りのないようにした。その後に棒状巻
回体６０の端部をハサミ６１等の切断手段により仮想線
Ｅ１（図２参照）にそって切断した。ステッチングした
縫製糸は、クロス材１と同材質の２０ｔｅｘアラミド繊
維とした。これにより異材質性の回避に有利である。

【００３１】次いで、線材２、３を矢印Ｘ１方向に相対
移動させ、棒状巻回体６０の巻き中心より線材２、３を
それぞれ引き抜いた。この場合、同時に引き抜いても良
いし、個別に引き抜いても良い。線材２、３の直径は小
さく撓み性があるため、引き抜き作業は容易になし得
る。さらに、図３から理解できる様に、この棒状巻回体
６０を矢印Ｆ１方向に湾曲させて輪状にし、その端部同
士の合せ目６０ｋを縫製糸６０ｉ（つまりクロス材１と
同材質の２０ｔｅｘのアラミド繊維）でステッチングし
て止め、これによりリング状をなす輪状体６３を得た。

【００３２】この輪状体６３を観察したところ、棒状巻
回体６０から線材２、３を抜いた跡である微小な隙間が
存在する以外には、クロス材１の巻きシワ等の様な、大
きな繊維配向乱れにつながるような不具合は発生してい
なかった。さて図４及び図５は、本実施例で用いた線材
２、３に張力をかける張力付与装置４の一例を示す。こ
の装置４では、固定台４０に立シャフト４１が立設され
ており、立シャフト４１に基部４２が保持されている。
基部４２の図略の螺孔には、横軸型の張力付与軸４３の
一端側の雄螺子部４３ａが螺進退可能に螺合されてい
る。更に張力付与軸４３の他端部側には軸受４４を介し
て線材ホルダ４６ａが保持され、張力付与軸４３の軸芯
Ｐ１の回りで回転可能とされている。軸受４４はインナ
ーリング部４４ｕとアウターリング部４４ｖとその間に
介置された適数個の球体４４ｗとを備えている。

【００３３】線材ホルダ４６ａは線材２、３の長手方向
の一端部２ａ、３ａを保持する機能をもつものである。
線材ホルダ４６ｂは線材２、３の長手方向の他端部２
ｂ、３ｂを保持する機能をもつものである。線材ホルダ
４６ａ、４６ｂは、差し込み口４７ｎを備えたホルダ体
４７と、ホルダ体４７の螺孔４７ｃに螺進退可能に螺合
された止め螺子４８とを備えている。

【００３４】ここで線材ホルダ４６ａの差し込み口４７
ｎに線材２、３の長手方向の端部２ａ、３ａを差し込ん
だ状態で、止め螺子４８を螺進させれば、止め螺子４８
の先端部４８ｈで線材２、３の端部２ａ、３ａがクラン
プ挟持され、これにより線材２、３の端部２ａ、３ａは
線材ホルダ４６ａに保持される。他方の線材ホルダ４６
ｂについても同様な形態で線材２、３の端部２ｂ、３ｂ
を保持できる。

【００３５】この様に線材２、３を線材ホルダ４６ａ、
４６ｂに保持した状態で、軸受４４の転動性を利用して
張力付与軸４３の軸芯Ｐ１に対して線材ホルダ４６ａ、
４６ｂを矢印Ａ１方向に回転させれば、クロス材１が線
材２、３を芯体としてロール状に巻回される。この際、
張力付与軸４３の面取り部４３ｗに工具等を宛てがい、
張力付与軸４３を基部４２に対して適宜回転させれば、
張力付与軸４３の雄螺子部４３ａが基部４２の図略の螺
孔内で螺進し、これにより張力付与軸４３は矢印Ｘ１方
向に変位し、線材ホルダ４６ａが同方向に変位し、線材
２、３が同方向に付勢される。他方の線材ホルダ４６ｂ
についても同様である。これにより線材２、３にこれの
長手方向にそって張力をかけることができる。

【００３６】なお図５（Ｂ）に示す様に線材２と線材３
との間にゴム材、発泡体等の弾性部材４８ｘを介在させ
ることも好ましい。この場合には線材２、３の端部２
ａ、３ａや端部２ｂ、３ｂの保持性が向上する。 成形工程 本実施例に係る成形工程では、図６に示す成形型８を用
いる。成形型８は、パンチ型状の上型８０と、雌型状の
下型８１と、抜きピン８２と、樹脂注入路であるゲート
８３とを備えている。そして、２個の輪状体６３を、１
４０℃の成形型８の下型８１のキャビティ８５内へ上下
に重ねた状態で配置する。そして、輪状体６３が充分に
昇温した後に、図６に示す様に下型８１と上型８０とを
型締めし、輪状体６３を圧縮した。続いて、成形型８の
ゲート８３を介してキャビティ８５内を真空脱気する。
その後１３０℃に加熱したポリアミド樹脂を５ｋｇ／ｃ
ｍ ² の圧力でゲート８３から注入し、樹脂が固化するま
で３０分間保持し、これにより歯車粗形材を成形した。
型開き後に抜きピン８２を作動させて歯車粗形材をキャ
ビティ８５から離型する。なお歯車粗形材中のアラミド
繊維の含有率は５０ｖｏｌ％であるが、これに限定され
るものではなく、繊維強化樹脂歯車の種類によっては１
０〜８０ｖｏｌ％の様に適宜変更できる。また成形工程
では輪状体６３を圧縮した状態で真空脱気しているの
で、真空吸引に伴う輪状体６３の繊維のずれや異常変位
を回避できる。 創歯工程 得られた歯車粗形材の外周部にカッターにより機械加工
を施して、歯切り加工を行い、繊維強化樹脂歯車９を形
成した。この繊維強化樹脂歯車９の諸元を表２に示す。

【００３７】

【表２】 上記の様して得られた繊維強化樹脂歯車９の材料組織状
態を試験したところ、シート状繊維集合体で構成された
強化繊維は大きな配向乱れを起こすことなく配向してい
た。繊維強化樹脂歯車９の歯部９０付近は、図７に示す
様に配向していた。即ち、図７に示す様に繊維強化樹脂
歯車９の歯部９０の歯面９０ｃにおいては『渦巻き状』
や『木の年輪状』に配向する強化繊維９０ｈが存在して
おり、更に歯部９０の軸端面９０ｅにおいては放射方向
に配向する強化繊維９０ｉが存在しており、周方向に配
向する強化繊維９０ｋが存在していた。

【００３８】更に強化樹脂歯車の内部組織観察を行った
ところ、ボイドが実質的にない良好な組織が得られたこ
とが確認された。更に得られた繊維強化樹脂歯車９の歯
部９０の強度を試験するため、図８に示す様に隣設する
歯部９０間に球状ピン９８（直径：６ｍｍ）を押し込
み、歯部９０が曲げ破壊する際の破壊荷重を試験した。
試験結果を図９の実施例１の欄に示す。図９に示す様に
実施例１の場合には破壊荷重は２．８ＫＮであった。

【００３９】（比較例）実施例１と同じシート状繊維集
合体としてアラミド繊維クロス、樹脂マトリックスとし
てポリアミド系樹脂を用い、従来方法にて繊維強化樹脂
歯車を製造した。即ち、この比較例では、１３０℃に溶
融した樹脂中へアラミド繊維クロスを浸漬させ、これに
よりプリプレグを作製した。この様に樹脂を含浸させた
プリプレグを速やかに常温まで冷却した後、約２０分間
１２０℃に加熱して、プリプレグ中の樹脂が半硬化した
状態とした。

【００４０】このプリプレグを、実施例１のクロス材１
と同様に巾２３５ｍｍ、長さ３５０ｍｍへと切断した
後、約７０℃に加熱しつつプリプレグの一端から手作業
でロール状つまり断面渦巻き状に巻き取った。これによ
り比較例に係る棒状巻回体を形成した。プリプレグは、
適度なべたつき性あるタック性を持っているため、巻戻
り等は無い。

【００４１】次に、プリプレグで形成した棒状巻回体が
冷え切る前に（換言すれば、高温で柔いうちに）、速や
かに輪状に湾曲させ、棒状巻回体の端部である合せ目を
押し合せて接着（タック性による）し、そのまま常温ま
で冷却させて、輪状体とした。この輪状体を２個、実施
例１と同様に成形型８のキャビティ８５内に上下に重ね
た状態で配置した。そして輪状体６３が型温（約１４０
℃）付近まで昇温するまで待った後、徐々に上型８０を
押し下げ、過剰な樹脂を絞り出しつつ圧縮し、上型８０
を完全に押し下げた状態で約２０分間保持し、樹脂を加
熱硬化させて、歯車粗形材を成形した。比較例の歯車粗
形材は実施例１の歯車粗形材と基本的に同様の形状、寸
法である。

【００４２】得られた歯車粗形材の外周部を実施例１と
同じ形状へと機械加工して歯部を形成し、比較例に係る
繊維強化樹脂歯車とした。比較例に係る繊維強化樹脂歯
車の材料組織を調べたところ、強化繊維の大きな配向乱
れは存在しないものの、数１０μｍ〜１００μｍ程度の
ボイドが散在していることが確認された。

【００４３】この比較例に係る繊維強化樹脂歯車を用
い、歯先曲げ破壊荷重を実施例１と同様の方法で測定し
たところ、図９の比較例の欄に示す様に破壊荷重は１．
６ＫＮと低かった。比較例に係る繊維強化樹脂歯車にお
いても、基本的には強化繊維の配向は図７に示す形態と
同様であった。

【００４４】この様に実施例１と比較例とでは強化繊維
の配向は基本的には同様であるものの、ボイドの有無に
より、１．７５倍｛１．７５＝（２．８ＫＮ／１．６Ｋ
Ｎ｝もの強度差が生じる。従って、繊維強化樹脂歯車９
における補強形態として有効な渦巻き配向が持つ特徴、
特に高強度化を充分に発揮させるためには、ボイドを無
くすことがいかに重要であるかが理解できる。また、そ
れを実現する方法として、線材２、３を芯体として用い
てクロス材１のみをロール状つまり断面渦巻き状に巻回
し、真空雰囲気において樹脂を注入する方法がいかに有
効であるかが理解できる。

【００４５】以上説明した様に本実施例によれば、２本
の線材２、３でクロス材１を挟み込み、線材２、３に張
力を加えた状態で、線材２、３を芯体としてクロス材１
を巻回するものであり、線材２、３の直径が小さくても
線材２、３の剛性は確保され、芯体として機能は確保さ
れ、巻回を良好になし得、密な棒状巻回体６０を形成で
きる。

【００４６】また線材２、３は棒状巻回体６０から抜か
れるため、線材２、３の直径が小さいほど、棒状巻回体
６０の中央の空隙（線材２、３の抜き跡）が小さくな
る。この空隙は、繊維強化樹脂歯車９の成形後において
強化繊維が存在しない「樹脂のみの層」を形成する場合
が多いため、繊維強化樹脂歯車９の強度確保を考慮する
と、空隙は小さいほど好ましい。かかる意味からして、
線材２、３の直径が小さいほど好ましい。しかも線材
２、３に張力をかけて強く緊張させるので、線材２、３
は小径であっても剛性は確保され、巻回の際の芯体とし
て機能できる。

【００４７】本発明者が試験したところ、線材２、３の
直径が３ｍｍ以下であれば、成形型８のキャビティ８５
内で輪状体６３を圧縮する際に、渦巻き中心の空隙は潰
され、実質的に樹脂のみの層が発生しないことが確認さ
れた。従って線材２、３の直径は直径３ｍｍ以下が良
い。更にクロス材１のゆるみ、巻きしわ等を効果的に防
止するため、クロス材１には、その巻回方向において適
度な張力を加えることが好ましい。そのためクロス材１
にかける張力に抗する強度を線材２、３が有することが
好ましことから、線材２、３は直径０．１ｍｍ以上が好
ましい。

【００４８】（実施例２）次に実施例２について説明す
る。実施例２において実施例１とは巻回工程が異なるも
のの、他の工程は実施例１と基本的に同様である。即
ち、図１０に示す様に、２個の線材２、３を利用してク
ロス材１を巻き取るに際し、クロス材１の巻き始めの端
部１ａに、２本の線材２、３のうちの一方の線材２をこ
れがクロス材１を縫う様にクロス材１に貫通させて係止
させる。線材２がクロス材１に貫通している状態を図１
１に模式的に示す。

【００４９】この例においても線材２、３を並設する。
この場合、線材２、３にこれの長手方向に張力をかけ線
材２、３の剛性を確保する。かかる状態で、クロス材１
に矢印Ｙ１方向の張力をかけつつ、線材ホルダ４６ａ、
４６ｂを矢印Ａ１方向に同期回転させ、これによりクロ
ス材１をロール状に巻回していく。実施例２によれば、
巻回工程において、クロス材１に線材２が縫う様に貫通
しているため、クロス材１と線材２との係止性が確保さ
れる。よって、クロス材１を矢印Ｙ１方向に引っ張る張
力の大きさを大きくした場合であっても、クロス材１が
線材２、３から脱落することを軽減または回避できる。
従って、クロス材１にかける張力の大きさを大きくで
き、緻密で確実に巻回するのに有利である。

【００５０】この例においても巻回終了後に棒状巻回体
６０から線材２、３を引き抜くが、引き抜きは容易であ
る。線材２、３は直径が小さいため、撓み性があるから
である。この様に形成した実施例２に係る棒状巻回体６
０を用いて、実施例１同様に成形工程、創歯工程を行
い、繊維強化樹脂歯車９を形成した。この繊維強化樹脂
歯車９についても同様に試験したところ、ボイド等の欠
陥はなかった。更に繊維の配向も良好であった。更に図
９の実施例２の欄に示す様に破壊強度は３．０ＫＮであ
り、実施例１を上回るものであった。その理由は、クロ
ス材１の脱落のおそれを回避、軽減できるため、一層密
な棒状巻回体６０を形成できるためと考えられる。

【００５１】（実施例３）次に実施例３について説明す
る。実施例３において実施例１とは巻回工程が異なるも
のの、他の工程は実施例１と基本的に同様である。即
ち、図１２に示す様に、２個の線材２、３を利用してク
ロス材１を巻き取るに際し、クロス材１の巻き始めの端
部１ａに、２本の線材２、３を縫製糸１ｒにより縫製
し、クロス材１の端部１ａと線材２、３とを一体化して
いる。縫製糸１ｒはクロス材１と同材質のものを採用で
きる。場合によっては、２個の線材２、３のうちいずれ
か一方のみを縫製糸１ｒで縫製してクロス材１とを一体
化することもできる。

【００５２】この例においても、線材２、３にこれの長
手方向に張力をかけ、線材２、３の剛性を確保し、クロ
ス材１を巻回する。この様な実施例３によれば、クロス
材１と線材２、３とが縫製糸１ｒで一体的に縫製されて
いるため、クロス材１の端部１ａと線材２、３との係止
性が確保される。よって、クロス材１を矢印Ｙ１方向に
引っ張る張力の大きさを大きくした場合であっても、ク
ロス材１の端部１ａが線材２、３から脱落することを軽
減または回避できる。従って、クロス材１にかける張力
の大きさを大きくでき、緻密で確実に巻回するのに有利
である。

【００５３】この例においても棒状巻回体６０を形成し
た後に線材２、３を引き抜くが、線材２、３は撓み性を
もつため、引き抜きは容易である。この様に形成した実
施例３に係る棒状巻回体６０を用いて、実施例１同様に
成形工程、創歯工程を行い、繊維強化樹脂歯車９を形成
した。この実施例２に係る繊維強化樹脂歯車９について
も同様に試験したところ、ボイド等の欠陥はなかった。
更に繊維の配向も良好であった。更に破壊強度も良好で
あった。

【００５４】（実施例４）次に実施例４について説明す
る。実施例４においては実施例１とは巻回工程が異なる
ものの、他の工程は実施例１と基本的に同様である。即
ち、図１２に示す様に、クロス材１の巻き始めの端部１
ａを２本の線材２、３で挟む。この状態で、一方の線材
ホルダ４６ａの回転と他方の線材ホルダ４６ｂの回転と
を非同期とする。この様に非同期とした状態で線材２、
３を芯体としてクロス材１を巻き始める。この様にすれ
ば、２本の線材２、３の長手方向の一端部の回転と長手
方向の他端部の回転とは非同期であるため、２本の線材
２、３は捩じられる。これによりクロス材１の巻き始め
の端部１ａも捩じりこまれる。この捩じりにより、クロ
ス材１の端部１ａと線材２、３との係止性は高まる。

【００５５】この例においても、線材２、３にこれの長
手方向に張力をかけ、線材２、３の剛性を確保し、クロ
ス材１を巻回する。この様な実施例４によれば、クロス
材１の端部１ａと線材２、３との係止性が高まるため、
クロス材１を矢印Ｙ１方向に引っ張る張力の大きさを大
きくした場合であっても、クロス材１の端部１ａが線材
２、３から脱落することを軽減または回避できる。従っ
て、クロス材１を矢印Ｙ１方向に引っ張る張力の大きさ
を大きくでき、緻密で確実な巻回に有利である。

【００５６】なお一方の線材ホルダ４６ａの回転と他方
の線材ホルダ４６ｂの回転とを非同期とするにあたって
は、一方の線材ホルダ４６ａを連続的に矢印Ａ１方向に
回転させつつ、他方の線材ホルダ４６ｂを巻回当初は所
定時間停止し、所定時間経過後に矢印Ａ１方向に回転さ
せることにより行い得る。上記の様にして巻回初期が終
了したら、一方の線材ホルダ４６ａの回転と他方の線材
ホルダ４６ｂの回転とを同期させる。これによりクロス
材１を通常通り巻回し、棒状巻回体６０を形成する。

【００５７】この様にして巻回が終了すれば、棒状巻回
体６０から線材２、３を引き抜くが、線材２、３は撓み
性に富むため、上記した捩じれがあったとしても、線材
２、３の抜き取りは良好に達成される。この様にして形
成した実施例４に係る棒状巻回体６０を用いて、実施例
１同様に成形工程、創歯工程を行い、繊維強化樹脂歯車
９を形成した。実施例２に係る繊維強化樹脂歯車９につ
いても同様に試験したところ、ボイド等の欠陥はなかっ
た。更に繊維の配向も良好であった。更に破壊強度は
３．０ＫＮであり、実施例１を上回るものであった。

【００５８】（実施例５）次に実施例５について説明す
る。実施例５においては実施例１とは巻回工程が異なる
ものの、他の工程は実施例１と基本的に同様である。即
ち、図１４に示す様に、線材２、３を利用してクロス材
１を巻き取るに際し、線材２、３に張力をかけてクロス
材１の巻回方向つまり矢印Ｙ１方向における中間領域１
ｚを線材２、３で挟む。この様に挟んだ状態で、クロス
材１の巻回方向つまり矢印Ｙ１方向において張力をクロ
ス材１に作用させつつ、線材ホルダ４６ａ、４６ｂを矢
印Ａ１方向に同期回転させ、これにより図１５に示す様
に線材２、３の回りにクロス材１を巻回する。

【００５９】この様な実施例４によれば、クロス材１を
矢印Ｙ１方向に引っ張る張力の大きさを大きくした場合
であっても、クロス材１が線材２、３から脱落すること
を軽減または回避できる。従って、クロス材１を矢印Ｙ
１方向に引っ張る張力の大きさを大きくでき、緻密で確
実な巻回に有利である。この様に形成した実施例５に係
る棒状巻回体６０を用いて、実施例１同様に成形工程、
創歯工程を行い、繊維強化樹脂歯車９を形成した。実施
例５に係る繊維強化樹脂歯車９についても同様に試験し
たところ、ボイド等の欠陥はなかった。更に繊維の配向
も良好であった。更に図９の実施例５の欄に示す様に破
壊強度は３．４ＫＮであり、実施例１〜４を上回るもの
であった。

【００６０】ところで、強化繊維を構成するクロス材１
の巻回方向つまり矢示Ｙ１方向における端部１ａは、繊
維の連続性が乏しいので、最終製品である繊維強化樹脂
歯車９において高強度化を期待できない。従って、高強
度化が要請される歯部９０の歯元の近傍に端部１ａが位
置することは好ましくない。この点実施例５において
は、高強度化を期待できないクロス材１の端部１ａは、
棒状巻回材６０の最外周に位置させるのに有利となる。
従って最終製品である繊維強化樹脂歯車９のうち高強度
化が強く要請される歯部９０の歯元の近傍に、クロス材
１の端部１ａが位置すること回避するのに有利となる。
従って歯元の近傍の強度確保に有利である。

【００６１】（他の例）上記した各実施例では、クロス
材１の巻回が終了して棒状巻回体６０が形成されたら、
棒状巻回体６０から線材２、３を抜き取ることにしてい
るが、線材２、３がクロス材１と同材質の場合には、或
いは他の事情がある場合には、線材２、３を棒状巻回体
６０に残したままにして繊維強化樹脂歯車を形成するこ
ともできる。

【００６２】また上記した実施例１ではクロス材１の繊
維１ｘ、１ｙの配向角度は表１に示す様に０°／９０°
であるが、これに限らず他の角度（例えばクロス材１の
長手方向に対して３０°、３５°、４５°等）で配向し
ていても良い。上記した各実施例では、線材２、３に張
力をかけつつ回転させる張力付与装置として、図４及び
図５に示す装置を用いているが、これに限定されるもの
ではなく、必要に応じて適宜変更できるものである。

【００６３】線材２、３の外周面に、凹部及び凸部の少
なくとも一方を形成し、線材２、３とクロス材１との係
止性を向上させることにしても良い。この場合にはクロ
ス材１の脱落回避に有利である。例えば多数本の極径小
のワイヤをロープ状に捩じることにより、１個の線材を
形成しても良い。この場合、捩じりにより線材の外表面
に凹凸が形成される。クロス材１の脱落を防止する意味
では、線材の引き抜き性も考慮しつつ、線材の外周面に
クロス材１との摩擦抵抗を高める被覆層を積層すること
もできる。上記した実施例１では線材は合計２個並設し
ているが、これに限らず合計３個、４個、５個、６個そ
れ以上であっても良い。

【００６４】（付記）上記した実施例から次の様な技術
的思想も把握できる。 並設された少なくとも２個の線材の長方向の端部を差
し込み可能な差し込み口を備えた線材ホルダと、線材ホ
ルダに装備され、差し込み口に差し込まれた線材の長手
方向の端部をクランプして固定するクランプ部材と、シ
ート状繊維集合体の巻回方向において線材ホルダを回転
可能に支持するとともに線材ホルダをシート状繊維集合
体の幅方向にそって移動可能な基部とを具備する張力付
与装置。 線材にこれの長手方向に張力をかけつつ巻回工程を行
うことを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載の繊
維強化樹脂歯車の製造方法。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の巻回工程における巻き始めの形態を
模式的に示す斜視図である。

【図２】実施例１の巻回工程における巻き終わりの形態
を模式的に示す斜視図である。

【図３】輪状体を模式的に示す斜視図である。

【図４】張力付与装置の要部を模式的に示す斜視図であ
る。

【図５】張力付与装置の要部の内部構造を示す断面図で
ある。

【図６】輪状体を成形型のキャビティ内で圧縮している
状態を模式的に示す断面図である。

【図７】繊維強化樹脂歯車の歯部付近の繊維配向を示す
構成図である。

【図８】歯部の破壊荷重を測定する試験の形態の構成図
である。

【図９】歯先破壊荷重を示すグラフである。

【図１０】実施例２の巻回工程における巻き始めの形態
を模式的に示す斜視図である。

【図１１】線材がクロス材を貫通している形態を模式的
に示す構成図である。

【図１２】実施例３の巻回工程における巻き始めの形態
を模式的に示す斜視図である。

【図１３】実施例４の巻回工程における巻き始めの形態
を模式的に示す斜視図である。

【図１４】実施例５の巻回工程における巻き始めの形態
を模式的に示す斜視図である。

【図１５】実施例５の巻回工程における巻き途中の形態
を模式的に示す斜視図である。

【符号の説明】

図中、１はクロス材（シート状繊維集合体）、２、３は
線材、４６ａ、４６ｂは繊維ホルダ、６０は棒状巻回
体、６３は輪状体、８は成形型、８５はキャビティ、９
は繊維強化樹脂歯車、９０は歯部を示す。

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シート状繊維集合体をロール状に巻回して
   棒状巻回体を形成する巻回工程と、 該棒状巻回体を輪状に曲げた輪状体を成形型のキャビテ
   ィに配置し、該キャビティに樹脂を注入して歯車粗形材
   を形成する成形工程、 該歯車粗形材に歯部を形成する創歯工程とを順に実施す
   る繊維強化樹脂歯車の製造方法において、 該巻回工程は、並設された少なくとも２個の線材を用
   い、該線材で該シート状繊維集合体を挟むと共に、少な
   くとも巻回当初において該線材にこれの長手方向に張力
   をかけつつ、該線材の回りで該シート状繊維集合体をロ
   ール状に巻回して該棒状巻回体を形成することを特徴と
   する繊維強化樹脂歯車の製造方法。
2. 【請求項２】シート状繊維集合体をロール状に巻回して
   棒状巻回体を形成する巻回工程と、 該棒状巻回体を輪状に曲げた輪状体を成形型のキャビテ
   ィに配置し、該キャビティに樹脂を注入して歯車粗形材
   を形成する成形工程、 該歯車粗形材に歯部を形成する創歯工程とを順に実施す
   る繊維強化樹脂歯車の製造方法において、 該巻回工程は、少なくとも一個の線材をこれが該シート
   状繊維集合体を縫うようにシート状繊維集合体に貫通さ
   せ、少なくとも巻回当初において該線材にこれの長手方
   向に張力をかけつつ、該線材の回りで該シート状繊維集
   合体をロール状に巻回して該棒状巻回体を形成すること
   を特徴とする繊維強化樹脂歯車の製造方法。
3. 【請求項３】シート状繊維集合体をロール状に巻回して
   棒状巻回体を形成する巻回工程と、 該棒状巻回体を輪状に曲げた輪状体を成形型のキャビテ
   ィに配置し、該キャビティに樹脂を注入して歯車粗形材
   を形成する成形工程、 該歯車粗形材に歯部を形成する創歯工程とを順に実施す
   る繊維強化樹脂歯車の製造方法において、 巻回工程は、少なくとも１個の線材をシート状繊維集合
   体に縫製糸で縫製し、少なくとも巻回当初において該線
   材にこれの長手方向に張力をかけつつ、該線材の回りで
   シート状繊維集合体をロール状に巻回し該棒状巻回体を
   形成することを特徴とする繊維強化樹脂歯車の製造方
   法。
4. 【請求項４】シート状繊維集合体をロール状に巻回して
   棒状巻回体を形成する巻回工程と、 該棒状巻回体を輪状に曲げた輪状体を成形型のキャビテ
   ィに配置し、該キャビティに樹脂を注入して歯車粗形材
   を形成する成形工程、 該歯車粗形材に歯部を形成する創歯工程とを順に実施す
   る繊維強化樹脂歯車の製造方法において、 巻回工程は、並設された少なくとも２個の線材を用い、
   該線材で該シート状繊維集合体を挟むと共に該線材の回
   りに該シート状繊維集合体を巻回するものであり、巻回
   当初においては、該線材にこれの長手方向に張力をかけ
   つつ、該線材の長手方向の一端部の回転と他端部の回転
   とを非同期にした状態で該線材を回転させることを特徴
   とする繊維強化樹脂歯車の製造方法。
5. 【請求項５】シート状繊維集合体をロール状に巻回して
   棒状巻回体を形成する巻回工程と、 該棒状巻回体を輪状に曲げた輪状体を成形型のキャビテ
   ィに配置し、該キャビティに樹脂を注入して歯車粗形材
   を形成する成形工程、 該歯車粗形材に歯部を形成する創歯工程とを順に実施す
   る繊維強化樹脂歯車の製造方法において、 巻回工程は、並設された少なくとも２個の線材を用い、
   該シート状繊維集合体のうち巻回方向における中間領域
   を線材で挟んだ状態で、少なくとも巻回当初において該
   線材にこれの長手方向に張力をかけつつ、該線材の回り
   に該シート状繊維集合体を巻回して該棒状巻回体を形成
   することを特徴とする繊維強化樹脂歯車の製造方法。