JP5104467B2 - 樹脂製回転体の製造方法および成形金型 - Google Patents

Description

本発明は、成形金型にリング状補強繊維基材を配置して樹脂製回転体を製造する方法に関する。また、前記方法を実施するための成形金型に関する。前記方法により得られた樹脂製回転体は、車輌用部品、産業機器用部品等に用いられる樹脂製歯車に適したものである。

従来、樹脂製歯車として、リング状補強繊維基材に樹脂を含浸した樹脂製回転体に歯を加工したものが提案されている。例えば、特許文献１に開示される次のような技術である。補強繊維を束ねた糸を織った、又は編んだ筒状体を準備する。この筒状体を端部から軸方向に巻き上げてリング状補強繊維基材とする。そして、リング状補強繊維基材とその中央に位置する金属製ブッシュとを成形金型に収容する。成形金型はリング状補強繊維基材の厚み方向に開閉動作するものであり、型締めの動作によりリング状補強繊維基材を圧縮し、これにより径方向に広がったリング状補強繊維基材を金属製ブッシュの周囲に圧接してその形状になじませる。次に、液状樹脂を、全区間に亘って一様な断面積をもったランナを通過させて、型締めした成形金型に注入し、上方から下方に向かってリング状補強繊維基材に浸透させる。そして、リング状補強繊維基材に浸透させた液状樹脂を加熱硬化して金属製ブッシュをインサートとする樹脂製回転体を成形する。そして、成形した樹脂製回転体の周囲に切削加工により歯を形成する。

また、上記の技術において、液状樹脂をリング状補強繊維基材に浸透させる際の含浸性を向上させた製造法が提案されている。例えば、特許文献２に開示される次のような技術である。液状樹脂を、ランナからゲートを経て成形空間に注入し加熱硬化させる成形金型であって、ランナに相対的に断面積の小さい絞りランナの区間を設ける。そして、当該絞りランナをゲートに開口させる。絞りランナにより液状樹脂の注入速度が速くなりすぎないように制御し、リング状補強繊維基材への含浸性を向上させ、ボイド、カスレのない樹脂製回転体を製造しようとするものである。

特開平８−１５６１２４号公報 特開２００４−１３６５３０号公報

従来の技術では、型締めした成形金型内を減圧状態にし、ランナを通して成形金型に注入した液状樹脂を金型のパーティングラインからリング状補強繊維基材の上方に至らしめ、成形金型底面に向ってリング状補強繊維基材に浸透させている。すなわち、液状樹脂を、リング状補強繊維基材に上方から下方へ浸透させている。この方法では液状樹脂の最終到達箇所に空間がないため、行き場を失った成形空間の残存空気は、製造した樹脂製回転体の内部にボイド、カスレとして残る心配がある。
本発明が解決しようとする課題は、成形金型にリング状補強繊維基材を配置して樹脂製回転体を製造するにあたり、ボイド、カスレのない樹脂製回転体の製造を可能とすることである。また、前記方法を実施するための成形金型を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明に係る方法は、次のようにして樹脂製回転体を製造する。すなわち、中央に貫通穴をあけた金属製ブッシュと金属製ブッシュの周囲に配置したリング状補強繊維基材とを成形金型に収容し、成形金型底面から突出するセンタピンを前記貫通穴に挿通して金属製ブッシュの位置決めをした状態で成形金型を型締めし、減圧状態にした成形金型に液状樹脂を注入してリング状補強繊維基材に浸透させ、液状樹脂を加熱硬化させて金属製ブッシュと樹脂を浸透させたリング状補強繊維基材とを一体化する。このとき、上方から成形金型に注入した液状樹脂を金属製ブッシュとセンタピンとの間隙を通して成形金型底面に誘導し、次いで、前記液状樹脂を金属製ブッシュと成形金型底面との間隙において、センタピンを中心として放射状に流す。そして、リング状補強繊維基材に達した液状樹脂を、リング状補強繊維基材に下方から上方へ浸透させることを特徴とする（請求項１）。

また、本発明に係る成形金型は、中央に貫通穴をあけた金属製ブッシュと金属製ブッシュの周囲に配置したリング状補強繊維基材とを収容して、前記リング状補強繊維基材に浸透させた液状樹脂を加熱硬化させることにより、金属製ブッシュと樹脂を浸透させたリング状補強繊維基材とを一体に成形するための成形金型であって、次の（ａ）（ｂ）の構成を備えることを特徴とする（請求項２）。
（ａ）金属製ブッシュを成形金型内に位置決めするために、金属製ブッシュの貫通穴に挿通するセンタピンを金型底面から突出させ、当該センタピンの周面に上方から金型底面に達する縦溝を複数本設ける。
（ｂ）金型底面には、前記縦溝に繋がったランナ溝を、センタピンを中心にして放射状に複数本配置し、ランナ溝の先端は成形金型に収容されたリング状補強繊維基材に到達させる。
このとき、ランナ溝の先端の溝幅は、広がっていることが好ましい（請求項３）。また、隣り合うランナ溝の先端は、繋がっていることが好ましい（請求項４）。

本発明に係る製造法においては、上方から成形金型に注入した液状樹脂を金属製ブッシュとセンタピンとの間隙を通して成形金型底面に誘導し、リング状補強繊維基材に達した液状樹脂をリング状補強繊維基材に下方から上方へ浸透させるようにしたので、液状樹脂の最終到達箇所は成形金型のパーティングラインとなる。これにより、成形空間の残存空気は、成形金型底面からパーティングラインへ押し遣られ、製造した樹脂製回転体の内部にボイド、カスレとして残る心配が殆どない。

また、液状樹脂を金属製ブッシュと成形金型底面との間隙において、センタピンを中心として放射状に流すようにしたので、液状樹脂の流れのばらつきが小さくなり、リング状補強繊維基材の内部に空気が取り残される心配が殆どない。このとき、ランナ溝の先端の溝幅が広がっている形状、また、隣り合うランナ溝の先端が繋がっている形状とすることにより、各ランナ溝の液状樹脂の流れが合流し、整流された状態でリング状補強繊維基材に浸透させることができるため、液状樹脂の流れのばらつきに起因するボイド、カスレの発生を抑制することができる。

本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る製造法の説明図であり、注入成形工程の概要を示したものである。成形金型１は、上型１１、下型１２、センタピン１３とポット１４、スプルー１５で構成されている。
先ず、中央に貫通穴をあけた金属製ブッシュ３と金属製ブッシュの周囲に配置したリング状補強繊維基材２とを成形金型１に収容し、成形金型底面から突出するセンタピン１３を前記貫通穴に挿通して金属製ブッシュ３の位置決めをした状態で成形金型１を型締めする。この状態で成形金型１内を減圧状態にした後に液状樹脂をポット１４に投入し、スプルー１５を通過させて成形金型内に注入する。

減圧状態にする手段は、まず、第１シール部材１６が、上型１１と下型１２の摺り合せ面に当接するまで型締めをする。この時、スプルー１５は閉じてあるので液状樹脂（架橋ポリアミノアミド樹脂、エポキシ樹脂等）は流入せず、第１シール部材１６で取囲まれた空間が密閉される。第２シール部材１７が未だ上型１１と下型１２のパーティングラインＰＬに当接していない状態で、空気吸引用通路１８から成形金型１内の空気を吸引して、減圧状態にする。
その後さらに型締めを進め、第２シール部材１７を上型１１と下型１２のパーティングラインＰＬに当接させ、弾性変形により密着させる。この操作により、第１シール部材１６で取囲まれた内側に、第２シール部材１７で取囲まれた空間がもう一つできる。この状態を保ちながら、スプルー１５を開いて液状樹脂を成形金型１内に注入する。

次に、本発明では、上方から成形金型１に注入した液状樹脂を金属製ブッシュ３とセンタピン１３との間隙を通して成形金型底面に誘導し、次いで、前記液状樹脂を金属製ブッシュ３と成形金型底面との間隙において、センタピンを中心として放射状に流す。そして、リング状補強繊維基材に達した液状樹脂を、リング状補強繊維基材２に下方から上方へ浸透させる。
具体的には、例えば、センタピン１３を図２に示すような形状とする。図２は、本発明の実施の形態に係る成形金型の説明図であり、（ａ）はセンタピンを上方からみた平面図、（ｂ）はＡ−Ａ部の断面図、（ｃ）はＢ−Ｂ部の断面図を示したものである。なお、図２（ｂ）および（ｃ）において、金属製ブッシュ３を位置決めした状態での位置関係を破線で示してある。センタピン１３には、当該センタピンの周面に上方から金型底面に達する縦溝１３１を複数本設ける。また、金型底面には、前記縦溝１３１に繋がったランナ溝１３２を、センタピンを中心にして放射状に複数本配置し、ランナ溝の先端は成形金型に収容されたリング状補強繊維基材２に到達させる。図２では、各ランナ溝１３２の先端が独立している例を示したが、このランナ溝１３２の先端の幅を広くしてもよい。前記先端の幅をさらに広くした結果として、図３に示すように、隣り合うランナ溝１３２の先端が繋がっている形状としてもよい。また、図２において、ランナ溝１３２の溝幅を基部から先端に向かって次第に広くしてもよく、当該先端の幅をさらに広くした結果として、図４に示すように、隣り合うランナ溝１３２の先端が繋がっている形状としてもよい。さらに、センタピン１３の先端部を、図１に示すように、中央が高く周辺部が低い形状とすることが好ましい。これにより、スプルー１５を通過した液状樹脂を成形金型１内で放射状に流れやすくでき、液状樹脂の流れのばらつきを小さくすることができる。

そして、上方から成形金型１に注入した液状樹脂をセンタピン１３の周面に上方から金型底面に達する縦溝１３１を通して成形金型底面に誘導し、次いで、前記縦溝１３１に繋がったランナ溝１３２において、センタピンを中心として放射状に流す。そして、リング状補強繊維基材２に達した液状樹脂を、リング状補強繊維基材２に下方から上方へ浸透させる。

上記のように液状樹脂をリング状補強繊維基材２に下方から上方へ浸透させるようにしたので、液状樹脂の最終到達箇所は成形金型１のパーティングラインＰＬとなる（図１参照）。これにより、成形空間の残存空気は、成形金型底面からパーティングラインＰＬへ押し遣られ、製造した樹脂製回転体の内部にボイド、カスレとして残る心配が殆どない。ここで、上型１１又は下型１２に、リング状補強繊維基材２の位置より上方の位置で、樹脂溜り１２１を形成しておくことが好ましい。これにより、成形空間の残存空気を、液状樹脂とともに樹脂溜りまで確実に押し遣ることができる。

また、液状樹脂を金属製ブッシュと成形金型底面との間隙において、センタピンを中心として放射状に流すようにしたので、液状樹脂の流れのばらつきが小さくなり、リング状補強繊維基材２の内部に空気が取り残される心配が殆どない。ここで、図３（ａ）に示すように、隣り合うランナ溝１３２の先端は、繋がっていることが好ましい。さらに、図４（ａ）に示すように、ランナ溝１３２の先端の溝幅は、広がっていることが好ましい。これにより、液状樹脂の流れが合流し、整流された状態でリング状補強繊維基材に浸透させることができるため、液状樹脂の流れのばらつきに起因するボイド、カスレの発生をさらに抑制することができる。

実施例１
図１に示す構造の成形金型を用意した。このとき、センタピン１３は、図３（ａ）に示すように、隣り合うランナ溝の先端が繋がった形状とした。ランナ溝は、等角度で８箇所に設けた。
先ず、金属製ブッシュ３と金属製ブッシュの周囲に配置したリング状補強繊維基材２とを成形金型１に収容し、金属製ブッシュ３の位置決めをした状態で成形金型１を型締めする。この状態で成形金型１内を減圧状態にした後、溶融させたポリアミノアミド樹脂をポット１４に投入し、スプルー１５を通過させて成形金型内に注入する。

次に、上方から成形金型１に注入した液状樹脂を縦溝１３１を通して成形金型底面に誘導し、次いで、前記液状樹脂をランナ溝１３２において、センタピンを中心として放射状に流す。そして、リング状補強繊維基材に達した液状樹脂を、リング状補強繊維基材２に下方から上方へ浸透させ、加熱加圧成形して樹脂製回転体を得た。

センタピン１３を、図３（ａ）に示す形状とすることにより、センタピン上で液状樹脂の流れが合流し、整流された後にリング状補強繊維基材に浸透させることができるため、液状樹脂の流れのばらつきに起因するボイド、カスレの発生を抑制することができる。

実施例２
実施例１において、センタピン１３を、図４（ａ）に示すように、ランナ溝の先端の溝幅が広がっており、かつ、隣り合うランナ溝の先端が繋がった形状とする以外は、実施例１と同様にして、樹脂製回転体を得た。

センタピン１３を、図４（ａ）に示す形状とすることにより、センタピン上での液状樹脂の整流効果は更に向上し、液状樹脂の流れのばらつきに起因するボイド、カスレの発生をさらに抑制することができる。

従来例１
実施例１において、図５に示す構造の成形金型を使用する以外は、実施例１と同様にして、樹脂製回転体を得た。
図５に示す構造の成形金型は、（１）センタピン１３’に縦溝１３１およびランナ溝１３２が形成されていない点、（２）センタピン１３’の先端部が平坦である（中央が高く周辺部が低い形状となっていない）点、および（３）樹脂溜り１２１が形成されていない点で図１に示す成形金型と異なる。すなわち、成形金型内に注入された液状樹脂を、金属製ブッシュ３と上型１１’との間隙を通して、リング状補強繊維基材２に上方から下方へ浸透させている。

実施例１〜２および従来例１で得られた樹脂製回転体の断面観察を行って、０．５mmφ以上のボイド、カスレの有無を調査した結果（試料数ｎ＝１００個）を表１に示す。

本発明の実施の形態に係る製造法の説明図であり、注入成形工程の概要を示したものである。 本発明の実施の形態に係る成形金型の説明図であり、（ａ）はセンタピンを上方からみた平面図、（ｂ）はＡ−Ａ部の断面図、（ｃ）はＢ−Ｂ部の断面図を示したものである。 本発明の他の実施の形態に係る成形金型の説明図であり、（ａ）はセンタピンを上方からみた平面図、（ｂ）はＣ−Ｃ部の断面図、（ｃ）はＤ−Ｄ部の断面図を示したものである。 本発明のさらに他の実施の形態に係る成形金型の説明図であり、（ａ）はセンタピンを上方からみた平面図、（ｂ）はＥ−Ｅ部の断面図、（ｃ）はＦ−Ｆ部の断面図を示したものである。 従来の製造法の説明図であり、注入成形工程の概要を示したものである。

符号の説明

１、１’は成形金型
１１、１１’は上型
１２、１２’は下型
１２１は樹脂溜り
１３、１３’はセンタピン
１３１は縦溝
１３２はランナ溝
１４はポット
１５はスプルー
１６は第１シール部材
１７は第２シール部材
１８は空気吸引用通路
２はリング状補強繊維基材
３は金属製ブッシュ

Claims (4)

1. 中央に貫通穴をあけた金属製ブッシュと金属製ブッシュの周囲に配置したリング状補強繊維基材とを成形金型に収容し、成形金型底面から突出するセンタピンを前記貫通穴に挿通して金属製ブッシュの位置決めをした状態で成形金型を型締めし、減圧状態にした成形金型に液状樹脂を注入してリング状補強繊維基材に浸透させ、液状樹脂を加熱硬化させて金属製ブッシュと樹脂を浸透させたリング状補強繊維基材とを一体化する樹脂製回転体の製造において、
   上方から成形金型に注入した液状樹脂を金属製ブッシュとセンタピンとの間隙を通して成形金型底面に誘導し、
   次いで、前記液状樹脂を金属製ブッシュと成形金型底面との間隙において、センタピンを中心として放射状に流し、
   リング状補強繊維基材に達した液状樹脂を、リング状補強繊維基材に下方から上方へ浸透させることを特徴とする樹脂製回転体の製造方法。
2. 中央に貫通穴をあけた金属製ブッシュと金属製ブッシュの周囲に配置したリング状補強繊維基材とを収容して、前記リング状補強繊維基材に浸透させた液状樹脂を加熱硬化させることにより、金属製ブッシュと樹脂を浸透させたリング状補強繊維基材とを一体に成形するための成形金型であって、次の（ａ）（ｂ）の構成を備えることを特徴とする成形金型。
   （ａ）金属製ブッシュを成形金型内に位置決めするために、金属製ブッシュの貫通穴に挿通するセンタピンを金型底面から突出させ、当該センタピンの周面に上方から金型底面に達する縦溝を複数本設ける。
   （ｂ）金型底面には、前記縦溝に繋がったランナ溝を、センタピンを中心にして放射状に複数本配置し、ランナ溝の先端は成形金型に収容されたリング状補強繊維基材に到達させる。
3. ランナ溝の先端の溝幅が広がっている請求項２記載の成形金型。
4. 隣り合うランナ溝の先端が繋がっている請求項２又は３記載の成形金型。

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