JP6065004B2 - 成形素材の製造装置及び樹脂製歯車の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、成形素材の製造装置及び該製造装置により製造した成形素材を用いて樹脂製歯車を製造する方法に関する。

特開２００９−１５４３３８号公報（特許文献１）、特開２００９−２５０３６４号公報（特許文献２）及び特開２０１１−１５２７２９号公報（特許文献３）には、短繊維からなる補強繊維と水等の分散媒とを混合したスラリを用いて、ブッシュの外周部に補強用繊維基材（成形素材）を形成する樹脂製回転体の製造方法が開示されている。これらの公報に記載の方法では、スラリを金属製ブッシュを収納した筒状金型内に入れ、補強繊維が漏出しないように濾過機能を有する底部材を通してスラリから脱水を行ってブッシュの周囲に補強繊維を集合させて集合物を作り、その後集合物を圧縮して補強用繊維基材（成形素材）を形成する。集合物を圧縮するために、上方向に向かって開口する開口部を有する筒状金型と、成形時には筒状金型内に配置される下圧縮型及び上圧縮型とを少なくとも備えた成形金型を用いる。

特開２００９−１５４３３８号公報 特開２００９−２５０３６４号公報 特開２０１１−１５２７２９号公報

従来は、濾過機能を有する底部材として、一枚の金網を用いていた。しかしながら濾過と圧縮を繰り返すと、金網に加わる応力が大きく、金網が変形して、金網を頻繁に交換しなければならない問題があった。また底部材の金網の強度を高めるために複数枚の金網を重ねたり、複数枚の金網を重ねて焼結すると、排水時間が長くなる問題が生じることが分かった。

本発明の目的は、排水時間を長くせずに、底部材の交換頻度を大幅に低減できる成形素材の製造装置を提供することにある。

本発明の成形素材の製造装置は、上方向に向かって開口する開口部を有する筒状金型と、成形時には筒状金型内に配置される上圧縮型と、成形時には筒状金型内に配置される複数の排水路を備えた下圧縮型と、下圧縮型の複数の排水路の上に配置された濾過機能を有する底部材とを備えている。そして上圧縮型を待機位置に置いた状態で、筒状金型内に分散媒に短繊維を分散させたスラリまたは分散媒に短繊維と粉末状樹脂を分散させたスラリを投入した後、下圧縮型の複数の排水路から分散媒を排出して短繊維の集合物または短繊維と粉末状樹脂の集合物を形成し、集合物を形成している間または集合物を形成した後に、上圧縮型と下圧縮型とを相対的に近付けて集合物を圧縮して成形素材を形成する。本発明においては、底部材が、畳織金網と平織金網の２層以上の金網で構成され、２層以上の金網間が焼結により固着されたものを用いる。さらに本発明では、底部材と下圧縮型との間に、複数の貫通孔を有して底部材を支持する支持板を配置する。

畳織金網と平織金網の２層以上の金網で構成され、２層以上の金網間が焼結により固着された底部材は、濾過性能を大幅に低下させることなく、機械的強度を高めることができる。その上、支持板を用いると、排水時間を長くすることなく、底部材の機械的強度を高めることができる。なお支持板の交換は、底部材の交換頻度と比べると大幅に少ないので、メンテナンス費用を大幅に低減することができる。

なお底部材の濾過速度の低下を考えると、支持板は、下圧縮型の排水路の開口率よりも大きく且つ底部材の開口率以上の開口率を有していることが好ましい。このような開口率の関係を構成すると、支持板が濾過速度の低下に実質的に影響を与えることがなくなる。

下圧縮型と支持板の相対する面の少なくとも一方の面に、下圧縮型の複数の排水路と支持板の貫通孔とを繋ぐ溝が配置されているのが好ましい。このような溝を配置すると、支持板の存在が排水の障害となることを有効に防止することができる。

リングの成形素材を製造する場合、本発明の成形素材の製造装置は、分散媒と短繊維または短繊維と粉末状樹脂とを含むスラリを投入して濾過及び脱水と圧縮を連続して行ない、金属製ブッシュの外周部の外側位置に圧縮された短繊維の集合物または短繊維と粉末状樹脂の集合物で構成されるリング状の成形素材を形成するように構成することができる。この場合、筒状金型は圧縮動作時に短繊維の集合物が金属製ブッシュの径方向外側に広がるのを規制する。そして筒状金型の内部に、金属製ブッシュの中心から外周部まで、またはそれよりも内側に位置する部分を軸線方向の両側から挟み且つ圧縮動作時に短繊維の集合物または短繊維と粉末状樹脂の集合物が金属製ブッシュの径方向内側に広がるのを規制する一対のブッシュ支持用金型を用いる。そして上圧縮型と下圧縮型とは、筒状金型と一対のブッシュ支持用金型の間に位置して、圧縮動作時に短繊維の集合物または短繊維と粉末状樹脂の集合物を軸線方向両側から挟んで圧縮するように製造装置を構成すればよい。その他の構成は、前述の基本構成と同じでよい。

成形金型から分散媒または分散媒及び水を排出し、成形金型内に短繊維を集合させた集合物または短繊維と粉末状樹脂を集合させた集合物を形成する排出工程は、減圧雰囲気下にて行われるのが好ましい。このような金型にスラリを投入し、金型内で排水をする方法を濾過脱水法と言う。濾過脱水法とは、短繊維を含むスラリを所定の容器にいれて、容器内のスラリを濾過しながら脱水することにより、短繊維または短繊維と粉末状樹脂が集合してなる集合物を形成する方法である。このような方法により短繊維の集合物または短繊維と粉末状樹脂の集合物を製造すれば、成形素材の中央部に剥離の原因となるような境界部が形成されることはない。

そして上圧縮型と下圧縮型とで行う圧縮工程では、排出工程の間または排出工程の後に、筒状金型内において上圧縮型と下圧縮型とを相対的に近付けて、集合物を圧縮して成形素材を形成する。圧縮工程は、加圧力５〜２５ＭＰａで行われるのが好ましい。そして圧縮工程は、スラリに粉末状樹脂を含む場合には、粉末状樹脂の溶融温度より低い温度で、熱をかけながら行われるのが好ましい。短繊維と粉末状樹脂の集合物を同一の装置を用いて連続して圧縮まで行った場合は、嵩高く強度が弱い（型崩れしやすい）集合物を取り扱う作業が必要ないため、作業工程が少なくて済む。

なお短繊維としては、種々の材質及び種類のものを用いることができる。本願特許請求の範囲において「短繊維」とは、文字通りに長さが短い繊維だけでなく、繊維をフィブリル化処理した微細繊維及び／またはパルプ状繊維を含んでいる場合を包含するものである。

また粉末状樹脂としては、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂など種々の材質のものを用いることができる。粉末状樹脂の粒子形状は任意であるが、粒状のものを用いるのが好ましい。また、粒子径は、短繊維の繊維径により異なるが、短繊維の集合物の隙間に均一に分布できるような粒子径が好ましい。粒子径が大きい場合、短繊維の集合物の繊維配向を乱したり、加熱加圧成形して樹脂成形体を形成する際、成形体内部の短繊維と樹脂が均一に分布しない原因となるからである。

また短繊維と粉末状樹脂と水とを混合した混合液に、１種以上の静電引力凝集タイプの高分子凝集剤（polymer flocculating agent）を添加してスラリを調整するようにしてもよい。この場合、スラリ拡散部材としては、スラリ拡散部材の先端部に上方向に向かって凸となる湾曲面を有しているものを用いるのが好ましい。静電引力凝集タイプの高分子凝集剤を添加すると、高分子凝集剤が凝集機能だけでなく定着剤（fixing agent）としても機能し、短繊維同士が定着するともとに、短繊維と粉末状樹脂が定着する。その結果、スラリから脱水を行う際に集合物中に残る短繊維及び粉末状樹脂の量を増やすことができる。すなわち短繊維と粉末状樹脂の定着率を高めることができる。

なお１種以上の静電引力凝集タイプの高分子凝集剤として、混合液に、カチオン性高分子凝集剤（cationic polymer flocculating agent）を添加した後、アニオン性高分子凝集剤（anionic polymer flocculating agent）を添加するのが好ましい。混合液にカチオン性高分子凝集剤を添加すると、一部の短繊維と一部の粉末状樹脂とが集まってできる多数のフロックと呼ばれる集合物が形成される。その後アニオン性高分子凝集剤を添加すると、フロック同士が集合して更に大きなフロックの形成が進み、寸法の大きなフロックが多数形成される。このようなフロックが形成されると、脱水性が向上する。その結果、短い時間で脱水をできるとともに、短繊維と粉末状樹脂の定着率が向上する。特に、カチオン性高分子凝集剤としてカチオン性スチレン系高分子水溶液を用い、アニオン性高分子凝集剤としてアニオン性アクリル系高分子水溶液を用いると、高い脱水性を得ることができる。

なお本発明の製造方法により製造した成形素材を、加熱しながら加圧して粉末状樹脂を溶融させて生成した溶融樹脂を短繊維からなる集合物に含浸させた後、溶融樹脂を硬化させて樹脂成形体を形成する成形工程を更に行って樹脂製回転体を製造することができる。そして成形工程の後に、樹脂成形体の外周部に歯切り加工工程を行うことにより、樹脂製歯車を製造することができる。

（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の実施の形態で用いる濾過脱水圧縮装置の動作を示す概略工程図の一部である。 本発明の実施の形態で製造される樹脂製歯車の縦断面図である。 図２に示す樹脂製歯車の金属製ブッシュを示すものであり、（Ａ）は平面図を示し、（Ｂ）は縦断面図を示す。 （Ａ）は畳織金網を概略的に示す図であり、（Ｂ）は平織金網を概略的に示す図である。 （Ａ）は筒状金型と中空下圧縮型とブッシュ支持台が組み合せられた状態を示す平面図であり、（Ｂ）は支持板の平面図であり、（Ｃ）は図５（Ｂ）の断面図である。 （Ａ）乃至（Ｄ）は、本発明の実施の形態で用いる濾過脱水圧縮装置の動作を示す概略工程図の一部である。 （Ａ）はブッシュと一体化した成形素材の縦断面図を示し、（Ｂ）は濾過脱水圧縮装置の縦断面図を示す。 本発明の一実施例である樹脂製歯車の作製工程を示す概略工程図である。

以下、本発明の成形素材の製造方法を説明する前に、この製造方法に使用される濾過脱水圧縮装置の一例について説明する。

＜濾過脱水圧縮装置＞
本発明の成形素材の製造方法に用いる成形素材の製造装置１０における濾過脱水圧縮装置１３は、例えば図１（Ａ）に示すように、台座１、中空下圧縮型２、筒状金型３、中空上圧縮型４を備える成形金型を用いる。中空下圧縮型２は、その内部にブッシュ支持台５及び下弾性体６を備えている。また筒状金型３は、その内部にスラリ拡散部材７を備えている。さらに中空上圧縮型４は、押下部材８及び上弾性体９を備えている。そして製造装置１０は、筒状金型３を成形位置と取出位置との間で変位させるためにピストン１５を駆動する第１の駆動装置１６と、中空上圧縮型４に対して中空下圧縮型２を待機位置と上昇位置との間で変位させるための図示しないピストンを駆動する第２の駆動装置１９と、後述する第３の駆動装置１８と、第１の駆動装置１６、第２の駆動装置１９及び第３の駆動装置１８をシーケンス制御するシーケンス制御装置ＳＣとを備えている。なお図１（Ｂ）以降の図においては、第１の駆動装置１６，第２の駆動装置１９、第３の駆動装置１８及びシーケンス制御装置ＳＣは図示を省略してある。

以下、個々の部材に関し、詳細に説明する。

（台座）
台座１は、濾過脱水圧縮装置全体を支えるもので、直接的には、その上面に中空下圧縮型２が載置されるものであり、荷重による歪みが少なく、水平載置できるものであれば、特に制限されるものではない。

台座１の材質は、特に限定されるものではないが、ステンレス、炭素鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム合金等を用いることができ、耐食性の観点からステンレスを用いることが好ましい。

台座１の大きさは、特に制限されるものではない。

（中空下圧縮型）
中空下圧縮型２は、前述した台座１の上面に設置されるものであり、設置方法としては、ボルト固定、溝固定、嵌合固定、溶接等、各種方法を用いることができる。分解の容易性から、複数のボルトで中空下圧縮型２を台座１に固定することが好ましい。本実施の形態では、台座１と一緒に中空下圧縮型２が、第２の駆動装置１９により駆動されて待機位置と上昇位置との間を移動する。第１の駆動装置１６は、台座１に対して固定された状態にあるため、台座１が上昇すると、第１の駆動装置１６も台座１と一緒に移動する。したがって後に説明するように、中空下圧縮型２が上昇位置に上昇するときには、筒状金型３も台座と中空下圧縮型２と一緒に上昇する。なお図１（Ａ）及び（Ｂ）に示された状態は、中空下圧縮型２が待機位置にある状態である。中空下圧縮型２は、その内部に、上下方向に開放される中空部分を有している。この中空部分には、ブッシュ３１をその上面に載置するブッシュ支持台５を配置する。

ブッシュ支持台５は、その下面を、台座１に立設した下弾性体６により支持され、下弾性体６の伸縮により、台座１からの高さを変化させることができる。なお、下弾性体６は、直接台座１に立設するばかりでなく、間接的に台座１に立設してもよい。更に、下弾性体６は、複数設置してもよい。

下弾性体６は、先に述べたように、伸縮によりブッシュ支持台５の高さを変化させるものであればよく、コイルバネ、皿バネ、板バネ、天然・合成ゴムの成形体等を用いることができる。下弾性体６に高い圧縮力がかかる使用条件では、耐久性の面でバネが好ましい。バネの材質は、特に制限されないが、耐食性に優れるステンレスや防錆処理が施されたバネが好ましい。ゴム製のバネ等を用いることもできる。

ブッシュ支持台５は、その上面にブッシュ３１を載置するものであり、ブッシュ３１の位置ずれを防止する溝が掘られているものを、好ましく用いることができる。また、ブッシュ３１が磁性体であれば、溝の代わりに磁石を用いることもできる。

また、ブッシュ支持台５と、下弾性体６との接続は、接着または固着により行ってもよい。ブッシュ３１の種類に応じてブッシュ支持台を交換できるように、ブッシュ支持台５と下弾性体６とを脱着自在に接続することが好ましい。

中空下圧縮型２と、ブッシュ支持台５との関係は、少なくともブッシュ支持台５の一部が、水平方向から見て、中空下圧縮型２の中空部分に入り込んでおり、下弾性体６の伸縮により、中空部分へのブッシュ支持台５の挿入量が変化するようになっている。通常の運転時において、ブッシュ支持台５が、下弾性体６の伸張により、水平方向から見て、中空下圧縮型２の中空部分から離れる場合には、下弾性体６の縮みにより、ブッシュ支持台５が中空下圧縮型２内へと戻る際に、位置ずれを起こす可能性があり、実用的ではない。

中空部分が内部に形成された中空下圧縮型２の内壁には、段部１４を設ける。段部１４は、ブッシュ支持台５の下部と当接することにより、下弾性体６の伸縮によるブッシュ支持台５の下降を阻止するものである。段部１４は、中空部分の内径を変化させるか、内壁に突起を設けることで形成することが好ましい。

なお、段部１４は、必ずしも中空下圧縮型２の内壁の全周にわたって設ける必要はなく、内壁の一部に設けることもできる。内壁の一部に段部１４を設ける場合は、ブッシュ支持台５の水平を維持するため、等角度間隔で、三箇所以上に設けることが好ましい。

段部１４の位置は、最終的な短繊維の集合物または短繊維と粉末状樹脂の集合物の厚みにより変化させることができる。ブッシュ３１の厚み方向の中心から、上下方向に等しい厚みの成形素材層を形成できる位置に段部１４を設けることが好ましい。具体的には、中空下圧縮型２の段部１４と、後述する中空上圧縮型４の段部１１との位置が、中空下圧縮型２の段部１４とブッシュ支持台５とが当接した際の、中空下圧縮型２の上端からブッシュ厚み方向中心迄の距離と、中空上圧縮型４の段部１１と押下部材８とが接した際の、中空上圧縮型４の下端からブッシュ厚み方向中心迄の距離とを、等しくする位置とすることが好ましい。

中空下圧縮型２の上面は、中空部分の上部開放箇所を除いた部分が、後述するスラリを投入する底部部分になる。そのため、中空下圧縮型２の上面には、スラリ中の分散媒を排出する排出口を備えた排水路１２を設けることが好ましい。この排水路１２には、真空吸引するポンプを接続することが、更に好ましい。このような中空下圧縮型２を用いた場合には、濾過脱水時間をより短縮することが可能となる。

（筒状金型）
筒状金型３は、上下に開放された開口部を有しており、下側の開口部には、中空下圧縮型２が、その外周と密接するように挿入され、スラリが金型外部に漏れないようにしている。なお、上側の開口部には、後述する中空上圧縮型４が、挿入される。

筒状金型３の材質は、熱膨張率等を考慮し、更に圧縮歪み率を中空下圧縮型２の圧縮歪み率と同様にする必要があるため、中空下圧縮型２と同じ材質のものを使用することが好ましい。

筒状金型３の上下方向長さは、特に制限されるものではないが、少なくともスラリ投入時に、規定量のスラリを入れて、漏洩しないだけの高さがあればよい。

筒状金型３の内部中央には、スラリ拡散部材７が配置されている。スラリ拡散部材７は、ブッシュ支持台５に載置したブッシュ３１の上面に位置するもので、その下面は、ブッシュ支持台５の上面にて説明したように、ブッシュの位置ずれを防止する溝が掘られているものを、好ましく用いることができる。また、ブッシュ３１が磁性体であれば、溝の代わりに磁石を用いることもできる。

スラリ拡散部材７は、その上方側の端部にスラリ拡散部７１を備えている。スラリ拡散部７１は、上方向に延び且つ上方向と直交する方向の横断面の面積が上方向に向かうに従って小さくなる形状を有している。図１（Ｂ）の例では、スラリ拡散部７１は、頂部が上方に位置する円錐形状を有している。そして円錐形状の頂部は曲率半径が１０ｍｍ以上２０ｍｍ以下の湾曲面となっている。このスラリ拡散部７１に向かって、上方から筒状金型３へスラリを投入した際、凝集した短繊維または凝集した短繊維と粉末状樹脂がスラリ拡散部材の上側先端に引っかかることなく、ブッシュ周囲に均等にスラリ中の短繊維と粉末状樹脂を分散させることができる。

スラリ拡散部材７は、位置ずれを起こさない限り、ブッシュ３１の上面に対し、固定する必要はなく、単純に載置するだけでもよい。

（中空上圧縮型）
中空上圧縮型４は、中空下圧縮型２と、対向配置され、筒状金型３の上側開口部に挿入される。本実施の形態では、中空上圧縮型４が固定状態に配置されているので、第２の駆動装置１９により台座１と一緒に筒状金型３を中空上圧縮型４に向かって移動させることにより、中空上圧縮型４の外周と筒状金型３の内壁とは、中空上圧縮型４と筒状金型３とが嵌合するときに密接し、スラリの漏洩を阻止する。

また、中空上圧縮型４の材質は、熱膨張率等を考慮し、更に圧縮歪み率を中空下圧縮型２及び筒状金型３の圧縮歪み率と同様にする必要があるため、中空下圧縮型２及び筒状金型３の材質と同じものを使用することが好ましい。

中空上圧縮型４は、その中空部分に、押下部材８を有しており、この押下部材８が、スラリ拡散部材７のスラリ拡散部７１に当接する。押下部材８は、その上面を上弾性体９により支持されており、上弾性体９の伸縮により、押下部材８の位置は変化する。

上弾性体９は、先に述べた下弾性体６と、同じものを用いても、異なるものを用いてもよい。なお中空下圧縮型２を加熱したり、弾性体に高い圧縮力がかかる使用条件では、上弾性体９は、耐久性の面でバネが好ましい。また、上弾性体９と下弾性体６を、共に同じバネ定数を有するバネとすることが好ましい。このようにすることで、上方からの圧縮と、下方からの圧縮とが、等しい速度でなされ、上下方向における短繊維と粉末状樹脂の密度のばらつきを、低減することができる。

また、押下部材８と、上弾性体９との接続は、接着または固着により行ってもよい。ブッシュ３１の種類に応じて押下部材８を交換できるように、押下部材８と上弾性体９とを脱着自在に接続することが好ましい。

中空上圧縮型４と、押下部材８との関係は、少なくとも押下部材８の一部が、水平方向から見て、中空上圧縮型４の中空部分に入り込んでおり、上弾性体９の伸縮により、中空部分への押下部材８の挿入量が変化するようになっている。通常の運転時において、押下部材８が、上弾性体９の伸張により、水平方向から見て、中空上圧縮型４の中空部分から離れる場合には、上弾性体９の縮みにより、押下部材８が中空上圧縮型４内へと戻る際に、位置ずれを起こす可能性があり、実用的ではない。

中空部分が内部に形成された中空上圧縮型４の内壁には、段部１１を設ける。段部１１は、押下部材８の上部と当接することにより、上弾性体９の伸縮による押下部材８の上昇を阻止するものである。段部１１は、中空上圧縮型４の中空部分の内径を変化させるか、内壁に突起を設けることで形成することが好ましい。

なお、段部１１は、必ずしも中空上圧縮型４の内壁の全周にわたって設ける必要はなく、内壁の一部に設けることもできる。内壁の一部に段部１１を設ける場合は、押下部材８の水平を維持するため、等角度間隔で、三箇所以上に設けることが好ましい。

段部１１の位置は、中空下圧縮型２の段部１４にて述べたように、前述した中空下圧縮型２の段部１４、中空上圧縮型４の段部１１との位置が、中空下圧縮型２の段部１４とブッシュ支持台５とが当接した際の、中空下圧縮型２の上端からブッシュ厚み方向中心迄の距離と、中空上圧縮型４の段部１１と押下部材８とが接した際の、中空上圧縮型４の下端からブッシュ厚み方向中心迄の距離とを、等しくする位置とすることが好ましい。

中空上圧縮型４の下面は、温度調整可能とすることができる。加圧圧縮時に加熱することで、短繊維と粉末状樹脂に付着した液分を素早く乾燥させることができる。このとき、加熱温度は、使用する粉末状樹脂の溶融温度以下とする。なぜならば粉末状樹脂の溶融温度を超えた温度で加熱すると、樹脂が中空上圧縮型４の下面、筒状金型３の内周面に付着し、連続生産が困難になる。

温度調整は、可変抵抗を用いたヒータの抵抗値を変化させるか、単純にヒータのＯＮ−ＯＦＦによる制御を行うものであってもよい。

（スラリ注入上型）
濾過脱水圧縮装置は、必要に応じてスラリを注入する蓋部材を構成するスラリ注入上型２０を備えることができる（図１（Ｂ）参照）。スラリ注入上型２０のスラリ注入孔２１は、ブッシュ３１の周囲に集積させた短繊維または短繊維と粉末状樹脂の目付量が均一となる成形素材を作製するため、スラリ拡散部材７の上方に位置する。本実施の形態のように、スラリ拡散部材７の真上にスラリ注入孔２１を配置するのが好ましい。

本実施の形態では、スラリ注入孔２１に連通する内壁２３を備えたノズル２２が、スラリ注入上型２０の裏面に固定されている。ノズル２２の先端は、スラリ拡散部材７に向かって延びて、後述する洗浄工程において、分散媒または水を、スラリ拡散部７１上に集中的に投入するように長さ及び先端形状が定められている。具体的には、ノズル２２の先端部の端面が、スラリ拡散部７１に近づくに従って広がる（上下方向と直交する方向の横断面積がスラリ拡散部７１に近づくに従って大きくなる）形状を有している。ノズル２２の先端部の端面とスラリ拡散部７１の表面との間の距離は、スラリの粘度や短繊維の長さ等に応じて、任意に定められる。

ノズル２２を設けるのは、スラリ投入後、スラリ拡散部材７のスラリ拡散部７１上に短繊維と粉末状樹脂が付着して残ると、後の圧縮工程（短繊維と粉末状樹脂の集合物を圧縮する工程）時において、短繊維と粉末状樹脂が金型間に噛み込まれ、金型が破損することを防止するために、分散媒または水をスラリ拡散部７１に集中的に且つ効率的に投入することを実現するためである。すなわちノズル２２を設けると、スラリ投入後、分散媒または水をノズル２２から注入する際に、少量で効率よくスラリ拡散部材７に付着した短繊維と粉末状樹脂を落とすことが可能になる。

また、スラリ注入上型２０は、スラリ投入時、筒状金型３の開口部の周縁部と密着した状態になる構造であることが好ましい。これにより、筒状金型３からスラリが溢れてこぼれることがなくなる。

＜ブッシュ＞
ブッシュ３１は、ブッシュ支持台５とスラリ拡散部材７との間に挟持される。ブッシュ支持台５及びスラリ拡散部材７は、金属製ブッシュ３１の中心部から外周部まで、またはそれよりも内側に短繊維と粉末状樹脂が入り込まないように、金属製ブッシュ３１の外周部３６よりも内側に位置する部分を、筒状金型３の中心線が延びる方向の両側から挟んで支持する。

金属製ブッシュ３１をブッシュ支持台５及びスラリ拡散部材７の間に挟む場合には、図１（Ｂ）に示すように、スラリ拡散部材７をブッシュの上に載せ、スラリ拡散部材７の重みで、金属製ブッシュ３１を挟持する。
以下、ブッシュ３１について詳細に述べる。ブッシュは、成形素材の径方向中心に位置し、最終的に所望するものが樹脂製歯車であれば、回転軸に固定されて、使用される。なお、ブッシュの材質は、特に限定されるものではないが、強度を考えると、金属製のものが好ましい。

図２は、模式的に示した樹脂製歯車３０の縦断面図である。この樹脂製歯車３０は、図示を省略する回転軸に固定されて回転する、金属製ブッシュ３１を備えている。金属製ブッシュ３１の中央部には、図示を省略する回転軸が嵌合される貫通穴３２が形成されている。

また、金属製ブッシュ３１の外周部には、複数の回り止め部を構成する突出部３３が、周方向に所定の間隔をあけて一体に形成されている。

金属製ブッシュ３１について、具体的な一例を挙げて説明すると、複数の突出部３３の軸線方向に測った厚み寸法：Ｌ２は、金属製ブッシュ３１の軸線方向に測った厚み寸法：Ｌ１よりも小さい。そして回り止め部を構成する突出部３３は、頂部の厚さが厚く基部の厚さが薄いアンダーカット形状である。このアンダーカットは、周囲の樹脂成形部分との界面にて、界面破壊が生じ、金属製ブッシュ３１のみが空回りするのを阻止するもので、金属製ブッシュ３１の回転軸方向断面での角度θが、５〜４０°のものを用いている。

回転方向への負荷に耐える回り止め部の作用を高めるためには、図３に示すように、回り止め部となる突出部３３は、少なくとも高さｈ１の突出部３３と、二つの突出部３３間に形成されて高さｈ２の底部を有する凹部３４とが、交互に配列されたものが好ましい。このようなアンダーカットの形状を持ち、角度θが、５〜４０°、好ましくは、１０〜３５°の突出部３３を用いると、成形素材内に、回り止め部としての複数の突出部３３が完全に埋まった状態となり、両者間の機械的結合の強度を充分なものとすることができる。

＜底部材＞
中空下圧縮型２は、図１（Ｂ）に示すように、短繊維の集合物または短繊維と粉末状樹脂の集合物３８に含まれる分散媒の透液性を付与するために、分散媒の排出を行う排水路１２を有している。この排水路１２には、図示を省略する真空吸引ポンプが取付けられ、分散媒の排出を短時間で完了することができる。なお、この例では、排水路１２からの分散媒の排出時に、短繊維が流出するのを防止するため、中空下圧縮型２の上面に、底部材３９が配置されている。

この底部材３９には、金網を使用できる。本実施の形態では、図１並びに図４（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、底部材３９が、ステンレス製の円環状の畳織金網３９Ａとステンレス製の円環状の平織金網３９Ｂの２層の金網で構成され、２層の金網間が焼結により固着されたものを用いている。このような底部材３９は、濾過性能を大幅に低下させることなく、機械的強度を高めることができる。平織金網３９Ｂは、濾過機能を発揮し、畳織金網３９Ａは排水性能に大きな影響を与えずに平織金網３９Ｂを補強する機能を有している。なお底部材３９は、畳織金網３９Ａと平織金網３９Ｂの他に更に追加の金網を備えていてもよい。この追加の金網は、畳織金網３９Ａ及び平織金網３９Ｂの機能を補強するものであればよく、追加の金網も焼結により隣接する金網と焼結により結合される。畳織金網３９Ａは、例えば濾過粒度が１５０μｍ以上であり、平織金網３９Ｂは開孔率が３５％以上５５％以下であることが好ましい。濾過粒度が１５０μｍより小さくなると、後述するスラリ中の粉末状樹脂が畳織金網３９Ａで目詰まりを生じさせ、排水を阻害するようになる。また、平織金網３９Ｂの開孔率が３５％より小さくすると、排水性能を低下させ、開孔率が５５％より大きくなると、補強機能が低下することになる。なお本願明細書において、開孔率とは面積当りの開孔部の割合で算出したものであり、また濾過粒度とはグラスビーズなどを透過させ、透過したビーズの最大粒径を測定し濾過粒度としたものである。

さらに本実施の形態では、図１（Ｂ）及び図５（Ｂ）に示すように、底部材３９と中空下圧縮型２との間に、複数の貫通孔４１を有して底部材３９を支持するステンレス製の支持板４０が配置されている。支持板４０を用いると、底部材３９の機械的強度を高めることができる。本実施の形態で用いる支持板４０の機械的強度は、底部材３９の機械的強度よりも高いものが用いられている。なお底部材３９の濾過速度の低下を考えると、支持板４０は、中空下圧縮型２の排水路１２の開口率よりも大きく且つ底部材３９の開口率以上の開口率を有していることが好ましい。このような開口率の関係を構成すると、支持板４０が濾過速度の低下に実質的に影響を与えることがなくなる。具体的には、支持板４０は、開口率が３５％以上５５％以下になるように複数の貫通孔４１を点在させたものであることが好ましい。開口率が３５％より小さくなると、支持板４０が排水の障害となり、開口率が５５％より大きくなると、支持板４０の底部材３９に対する支持機能が低下する。なお支持板の交換は、底部材の交換頻度と比べると大幅に少ないので、メンテナンス費用を大幅に低減することができる。

本実施の形態では、図５（Ｃ）に示すように、中空下圧縮型２と対向する支持板４０の面には、中空下圧縮型２の複数の排水路１２と支持板４０の貫通孔４１とを繋ぐ溝４２が配置されている。このような溝４２を配置すると、支持板４０の存在が排水の障害となることを有効に防止することができる。なお図５（Ａ）に示すように、本実施の形態では、中空下圧縮型２に設けた排水路１２の横断面形状は円弧状の細長い形状を有している。このような細長い横断面形状の排水路１２を設けると、排水性能を上がるものの、底部材３９を変形させる原因となるが、本実施の形態では支持板４０が設けられているので、問題は生じない。

＜スラリ＞
次に、本実施の形態に用いるスラリについて説明する。なお、本発明は、本実施の形態に用いるスラリを用いることに限定されるものではない。

（スラリの分散液）
スラリに用いる分散媒は、短繊維または短繊維と粉末状樹脂を分散可能であり、使用する短繊維と粉末状樹脂に対して、性状を悪化させないものであれば、特に限定されるものではない。例えば、分散媒としては、有機溶媒、有機溶媒と水との混合物、水等を用いることができ、特に経済的で、環境への負荷が少ない、水を使用することが好ましい。

有機溶媒を用いる場合には、安全面に充分注意し、メタノール、エタノール、アセトン、トルエン、ジエチルエーテル等の有機溶媒を使用することも可能である。

短繊維と粉末状樹脂と分散媒とを混合した混合液に、１種以上の静電引力凝集タイプの高分子凝集剤を添加してスラリを調整するようにしてもよい。

（短繊維）
分散媒中に分散させる短繊維は、融点、または分解温度が、２５０℃以上の短繊維からなるものが好ましい。このような短繊維を用いることで、成形時の成形温度や加工温度、実使用時の雰囲気温度において、短繊維が熱劣化を起こすことなく、耐熱性に優れた成形素材または樹脂製歯車とすることができる。

このような短繊維としては、パラ系アラミド繊維、メタ系アラミド繊維、炭素繊維、ガラス繊維、ボロン繊維、セラミック繊維、超高強力ポリエチレン繊維、ポリケトン繊維、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール繊維、全芳香族ポリエステル繊維、ポリイミド繊維、及びポリビニルアルコール系繊維から選ばれた、少なくとも１種以上の短繊維を使用することが好ましく、特に、パラ系アラミド繊維と、メタ系アラミド繊維との混合繊維を用いた場合には、耐熱性、強度、樹脂成形後の加工性のバランスが優れている。

また、短繊維は、引張強度：１５ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、引張弾性率：３５０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上の高強度高弾性率繊維を、少なくとも２０体積％以上含むことが好ましい。

短繊維の単繊維繊度（太さ）は、好ましくは、０．１〜５．５ｄｔｅｘ、より好ましくは、０．３〜２．５ｄｔｅｘの範囲である。

短繊維の長さは、特に限定されるものではないが、好ましくは、１〜１２ｍｍ、より好ましくは、２〜６ｍｍである。繊維長が１ｍｍ未満の場合、繊維強化樹脂成形体の機械特性が、徐々に低下する。繊維長さが、１２ｍｍを越えると、短繊維の絡み合いが大きすぎて、均一な地合形成が困難になるだけでなく、分散液に分散させた短繊維を、濾過脱水圧縮装置に移送する配管内で、徐々に短繊維による詰まりが発生し易くなり好ましくない。

樹脂成形体に含まれる短繊維の割合は、強度があり、短繊維が確実に充填され、しかも樹脂の含浸を阻害しない範囲を選択することが好ましく、３５〜４５体積％が、特に好ましい。

図１（Ａ）に示す濾過脱水圧縮装置１３を用いて成形素材３５を金属製ブッシュ３１と一体化して形成したものを次工程に移動または搬送する際に、形状を維持するための強度を付与するためには、短繊維がアラミド繊維をフィブリル化処理した微細繊維を含み、微細繊維のフリーネスが１００〜４００ｍｌであって、微細繊維の含有量が、短繊維中の３０質量％以下になるように配合することが望ましい。

（粉末状樹脂）
粉末状樹脂としては、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂など種々の材質のものを用いることができる。例えば、エポキシ樹脂、ポリアミノアミド樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエーテルサルフォン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂から選ばれた１以上の樹脂を組み合わせたものが使用できる。これらの中でも樹脂硬化物の強度、耐熱性等の点からフェノール樹脂が好ましい。

粉末状樹脂の粒子形状は任意であるが、粒状のものを用いるのが好ましい。また、粒子径は、短繊維の繊維径により異なるが、５０μｍ以下が好ましい。なお粒子径は、ＪＩＳ−Ｚ８８０１−１で規定されている金属製網ふるい分け法によって測定した。これにより、短繊維の集合物の隙間に粉末状樹脂を均一に分布させることができる。

（短繊維と粉末状樹脂の分散濃度）
分散媒中の短繊維と粉末状樹脂の分散濃度は、０．３ｇ／リットル以上２０ｇ／リットル以下であることが好ましい。

＜樹脂製回転体＞
以下、本実施の形態で製造した成形素材を用いて、好適に製造される樹脂製歯車について説明する。

樹脂製回転体は、成形素材を、加熱しながら加圧して粉末状樹脂を溶融させて生成した溶融樹脂を短繊維からなる集合物に含浸させた後、溶融樹脂を硬化させて樹脂成形体を形成したものである。成形素材に樹脂粉末を含まない場合は、別途、成形素材に液状樹脂を含浸させて加熱により硬化させる。これにより樹脂成形体を形成する。また、前記樹脂成形体の外周部に歯切り加工工程を行い、歯車形状に成形することができる。より具体的には、歯車を回転させる回転軸に嵌合する金属製ブッシュ３１と、この金属製ブッシュの周囲に配置される歯部とを有するものを、好適に使用することができる。

歯部は、先に述べた金属製ブッシュの外周に配置される。先に説明した図２を用いて、より具体的に述べると、１つの成形素材３５が、金属製ブッシュ３１の外周部３６の外側の位置に、外周部３６に嵌った状態で配置されている。そして、成形素材３５は、樹脂が含浸され且つ樹脂が硬化して形成された樹脂成形体３７となる。歯部は、この樹脂成形体３７の外周に形成される。

＜濾過脱水圧縮装置の駆動＞
濾過脱水圧縮装置１３は、先に述べた中空下圧縮型２及び中空上圧縮型４の離間距離を変化させるための第２の駆動装置１９と、筒状金型３を移動させるための第１の駆動装置１６と、筒状金型３を移動させるために第１の駆動装置１６に加えて使用される第３の駆動装置１８と、第１の駆動装置１６，第２の駆動装置１９及び第３の駆動装置１８のシーケンス制御を行うシーケンス制御装置ＳＣとを有する。本実施の形態では、第２の駆動装置１９が、中空下圧縮型２と中空上圧縮型４との間の距離が最も長くなる第１の位置関係と、中空下圧縮型２と中空上圧縮型４との間の距離が最も短くなる第２の位置関係を形成するように、中空下圧縮型２の位置を変位させるための装置を構成している。具体的に、本実施の形態では、脱水工程においては、中空上圧縮型４を固定状態において、第２の駆動装置１９が台座１と共に中空下圧縮型２を移動させる。駆動源としては特に限定されるものではなく、移動速度、加圧力が制御可能な電動プレス機を駆動源として使用することができる。

シーケンス制御装置ＳＣのシーケンスは、次の動作をするように定められている。まずスラリ注入上型２０を、筒状金型３の開口部の周縁部と密着した状態にして筒状金型３内に分散媒に短繊維を分散させたスラリまたは分散媒に短繊維と粉末状樹脂を分散させたスラリを投入する際には、筒状金型３内の下側端部中に中空下圧縮型２の上端部が位置する状態になる成形位置に、筒状金型３を位置決めするように第１の駆動装置１６を制御する。また図１（Ｂ）に示すように、中空下圧縮型２を待機位置に保持するように第２の駆動装置１９を制御する。次に、図６（Ａ）に示すように、成形金型３内から分散媒を排出して、成形金型３内に短繊維を集合させた集合物または短繊維と粉末状樹脂を集合させた集合物を形成する際または集合物を形成した後に、集合物を圧縮して成形素材を形成するために、筒状金型３内の上側端部内に中空上圧縮型４の下側端部が位置するように、中空上圧縮型４を位置決め固定する。中空上圧縮型４の固定装置は図示していない。図６（Ａ）の状態では、中空下圧縮型２と中空上圧縮型４との間の距離が最も長くなる第１の位置関係が成立している。

次に、図６（Ｂ）に示すように、中空下圧縮型２を上昇位置に変位させるように第２の駆動装置１９を制御する。本実施の形態では、このとき筒状金型３も中空下圧縮型２と一緒に上昇位置まで変位するように第１の駆動装置１６を制御している。なおこの状態でも、中空下圧縮型２と筒状金型３との相互の位置関係は変わっていない。そのためこの状態では、筒状金型３と中空下圧縮型２とは、成形位置にあるとみなすことができる。図６（Ｂ）の状態では、中空下圧縮型２が上昇位置にある状態では、中空下圧縮型２と中空上圧縮型４との間の距離は最も短い状態になっており、両者の間には第２の位置関係が成立している。

次にシーケンス制御装置ＳＣは、図６（Ｃ）に示すように、筒状金型３から成形素材３５を露出させることができる取出位置に筒状金型３を変位させるように第１の駆動装置１６を制御する。すなわち第１の駆動装置１６を制御してピストン１５を引き下げることにより、筒状金型３を取出位置に変位せる。なお本実施の形態では、第１の駆動装置１６を補助するために、中空上圧縮型４側に設けた第３の駆動装置１８を駆動して、第３の駆動装置のピストン１７を押し下げることにより、筒状金型３には押し下げ力も印加されている。

そして最後に、シーケンス制御装置ＳＣは、図６（Ｄ）に示すように、第１の駆動装置１６が筒状金型３を取出位置に変位させた後、中空下圧縮型２を上昇位置から待機位置に変位させるように第２の駆動装置１９を制御する。本実施の形態では、第２の駆動装置１９が台座１を下方の待機位置に変位させた結果、中空下圧縮型２と中空上圧縮型４との間の距離は、最も長い距離となって、中空下圧縮型２と中空上圧縮型４との間には第１の位置関係が成立している。

＜第１の実施の形態の成形素材の製造方法＞
以下、本発明の成形素材の製造方法の第１の実施の形態について説明をする。

図１（Ｂ）及び図６に概略的に示すように、濾過脱水圧縮装置１３を用いて、金属製ブッシュ３１の外周部３６の外側位置に短繊維と粉末状樹脂の集合物３８を形成し、この短繊維と粉末状樹脂の集合物３８を、金属製ブッシュ３１を回転させる回転軸（図示省略）の軸線方向に圧縮することにより形成される。なお図６においては、図１（Ａ）に示した第１及び第２の駆動装置１６及び１９並びにシーケンス制御装置ＳＣは図示を省略してある。

先ず、濾過脱水法により金属製ブッシュ３１の外周部の周囲に短繊維と粉末状樹脂を集積させる、投入工程について説明を行う。

＜投入工程＞
図１に示すように、シーケンス制御装置ＳＣのシーケンスは、投入工程においては、筒状金型３内に分散媒に短繊維を分散させたスラリまたは分散媒に短繊維と粉末状樹脂を分散させたスラリを投入する際には、筒状金型３内に中空下圧縮型２が位置する状態になる成形位置に筒状金型３を保持するように第１の駆動装置１６を制御する。

具体的に、投入工程では、スラリ拡散部材７に向かって、筒状金型３へ上方からスラリを投入する。このスラリは、筒状金型に一旦貯留するか、投入と並行して分散媒を筒状金型外へ排出する。

短繊維と粉末状樹脂を分散媒に分散して形成したスラリは、図１（Ｂ）に示すように、筒状金型３の開口部の周縁部にスラリ注入上型２０を密着させ、スラリ注入孔２１から供給される。

スラリは、スラリ拡散部材７に向かってその上方から供給し、これにより短繊維と粉末状樹脂が、スラリ拡散部７１で拡散されて、スラリ拡散部材７の周囲に均等配分されて広がる。

＜洗浄工程＞
洗浄工程では、スラリ拡散部材７に向かってその上方から、投入工程にて用いた分散媒と同一の分散媒または水を注ぎ、スラリ拡散部材７のスラリ拡散部７１に付着する短繊維と粉末状樹脂を落下させる。

投入工程にてスラリ投入後、スラリ拡散部材７のスラリ拡散部７１の上部に短繊維と粉末状樹脂が付着して残る。スラリ拡散部材７に短繊維と粉末状樹脂が残ると、排出工程における分散媒排出中または排出後に短繊維と粉末状樹脂の集合物を圧縮する圧縮工程において、中空上圧縮型４及び押下部材８とスラリ拡散部材７の間に短繊維と粉末状樹脂を噛み込んでしまう。このような噛み込みが発生すると、金型が損傷し、連続生産できなくなる。そこでスラリ投入後、スラリ注入孔２１よりノズル２２を介してスラリの分散媒と同じ分散媒または水を注入し、スラリ拡散部材７のスラリ拡散部７１の上面に残った短繊維と粉末状樹脂を洗い流す。

短繊維と粉末状樹脂を洗い流す分散媒または水の注入開始タイミングは、金型内のスラリの液面が金型内に集積した短繊維と粉末状樹脂の集合物の上面に到達するタイミングで投入するのが好ましい。

短繊維と粉末状樹脂を洗い流す分散媒または水の量は、金型内から分散媒または水が溢れない程度に少量投入し、分散媒または水の注入回数を２回以上（複数回）とすることで、確実にスラリ拡散部材７の上部に残った短繊維と粉末状樹脂を洗い流すことができる。

分散媒または水を２回以上注入する場合の間隔は、先に注入した分散媒または水の液面が金型内に集積した短繊維と粉末状樹脂の集合物の上面に下がるまであけるのが好ましい。

＜排出工程及び圧縮工程＞
成形金型内から分散媒を排出して、成形金型内に短繊維を集合させた集合物または短繊維と粉末状樹脂を集合させた集合物３８を形成した後に、集合物３８を圧縮して成形素材３５を形成するために、図６（Ａ）に示すように筒状金型３内に中空上圧縮型４の下端部が入る位置に中空上圧縮型４を固定する。排出工程では、筒状金型３から分散媒を排出し、筒状金型３内に短繊維と粉末状樹脂を集積した短繊維と粉末状樹脂の集合物３８となす。

圧縮工程では、短繊維と粉末状樹脂の集合物３８を圧縮する工程を行う。

より具体的に一例を述べると、図１（Ｂ）に示すように、筒状金型３内を真空吸引して、中空下圧縮型２に設けた複数の排水路１２から分散媒を排出することにより、金属製ブッシュ３１の外周部の周囲を囲む短繊維と粉末状樹脂の集合物３８を作製する。

このようにブッシュ支持台５及びスラリ拡散部材７を用いると、金属製ブッシュ３１の位置決め及び支持を、簡単に行うことができる。

また、短繊維と粉末状樹脂の集合物３８の外周面の形状は、筒状金型３の内周面の形状によって定まる。

中空下圧縮型２に設けた複数の排水路１２から分散媒を排出した後、図６（Ｂ）に示すように、第２の駆動装置１９が台座１を待機位置から上昇位置に移動させることにより、中空下圧縮型２と筒状金型３を中空上圧縮型４に向かって移動させる。その移動過程において、中空上圧縮型４と中空下圧縮型２との間の距離が徐々に短くなっていく。この移動過程では、押下部材８の上の上弾性体９とブッシュ支持台５の下の下弾性体６とが圧縮された状態となる。上弾性体９及び下弾性体６の力で金属製ブッシュ３１を集合物３８の中央部に位置決めしている。なお、上弾性体９及び下弾性体６として、バネ定数の等しいバネを用いている。

更に、第２の駆動装置１９の駆動により台座１を上昇させると、中空上圧縮型４の段部１１と押下部材８とが当接して、中空下圧縮型２と中空上圧縮型４との距離が縮まらない位置関係すなわち第２の位置関係が形成される（図６（Ｂ）参照）。

ここで、図７を用いて、成形素材３５の厚みについて、詳細に説明する。

図７（Ａ）に示すように、金属製ブッシュ３１の厚みＴ１と、段部１１（図１参照）により決定される成形素材３５の厚み（圧縮時の厚み）Ｔ２との関係は、（Ａ）Ｔ１＝Ｔ２、（Ｂ）Ｔ１＞Ｔ２、（Ｃ）Ｔ１＜Ｔ２の３パターンから、任意に選択することが可能である。

また、金属製ブッシュ３１の下面から圧縮時の成形素材３５下面迄の距離Ｔ３と、金属製ブッシュ３１の上面から圧縮時の成形素材３５上面迄の距離Ｔ４との関係は、（Ｄ）Ｔ３＝Ｔ４、（Ｅ）Ｔ３＞Ｔ４、（Ｆ）Ｔ３＜Ｔ４の３パターンから、任意に選択することができ、これは段部１４、１１の高さＬ３、Ｌ４（図８（Ｂ）参照）を変更することで可能となる。

更に、前述した（Ａ）〜（Ｃ）、（Ｄ）〜（Ｆ）を組合せた仕様にすることもできる。

圧縮を行う時間及び温度は、使用する短繊維と粉末状樹脂の種類によって任意に変更できるが、前記圧縮の際、中空上圧縮型４にヒータを取り付け、加熱した状態で圧縮することにより、濾過脱水後の成形素材３５に含まれる液分を取り除く時間を短縮することができると共に、圧縮後の成形素材３５の厚みの経時変化を抑えることができる。

また、前記圧縮の際、中空下圧縮型２の排水路１２から真空吸引した状態で圧縮することにより、濾過脱水後の成形素材３５に含まれる液分を取り除く時間を短縮することができる。

なお、排出工程と、圧縮工程とは、同時に行っても、排出工程を行った後、圧縮工程を行ってもよい。

順番に行った場合は、先に分散媒と成形素材を十分に分離することができるので、圧縮工程の圧縮時に上型を加熱した場合、上型の温度低下幅を少なく成形素材を圧縮することができる。同時に行った場合は、１工程分の工程を削減できるのでより短時間に成形素材を製造することができる。

＜取出工程＞
成形型内から成形素材を取り出す取出工程では、図６（Ｂ）及び図６（Ｃ）に示すように、中空上圧縮型４と中空下圧縮型２との間に成形素材３５を保持した状態で、第１の駆動装置１６及び第３の駆動装置１８は、筒状金型３を中空上圧縮型４と中空下圧縮型２に沿って下方にスライドさせた後、図６（Ｄ）に示すように第２の駆動装置１９は台座１と共に中空下圧縮型２及び筒状金型３を下方に（待機位置まで）移動させて、中空上圧縮型４と中空下圧縮型２とを相対的に最も離れた関係（第１の位置関係）が成立するまで離す。その後スラリ拡散部材７を除いた後、成形素材３５を取り出す。本実施の形態のように、中空上圧縮型４と中空下圧縮型２との間に成形素材３５を保持した状態で、筒状金型３を中空上圧縮型４と中空下圧縮型２に沿ってスライドさせると、筒状金型３と成形素材３５との間の摩擦抵抗が大きくなっても、中空上圧縮型４と中空下圧縮型２との間に保持された成形素材３５に割れが入ることを防ぐことができる。

なお筒状金型３をスライドさせる前に、中空上圧縮型４と中空下圧縮型２との間の距離を中空上圧縮型４が成形素材３５から離れない範囲内において僅かに広げるか、中空上圧縮型４と中空下圧縮型２との間の加圧力を弱めるように、第１及び第２の駆動装置１６及び１９を制御するようにしてもよい。このようにすると、筒状金型３と成形素材３５との間の摩擦抵抗を下げることができて、筒状金型３の移動に必要な力が小さくて済む利点が得られる。

本実施の形態では、筒状金型３を上方向から押し下げる動作と筒状金型３を下方向に引き抜く動作とを連動させて、筒状金型３をスライドさせるようにしているが、第１の駆動装置１６及び第３の駆動装置１８の一方を駆動状態にして、他方をピストンが自由に動く非駆動状態にして、一方の駆動装置だけで筒状金型をスライドさせるようにしてもよい。

＜成形工程＞
成形素材３５を、加熱しながら加圧して粉末状樹脂を溶融させて生成した溶融樹脂を短繊維からなる集合物に含浸させた後、溶融樹脂を硬化させて樹脂成形体を形成する工程について、以下に説明する。

図８に示すように、ブッシュ３１に成形素材３５を備えた樹脂製回転体成形用半加工品５０を、予め加熱した金型５１内に配置した後に加熱加圧成形して粉末状樹脂を硬化させて、樹脂成形体を備えた樹脂製回転体を成形する。金型５１は固定金型５２と、固定金型５２の中心に配置されて上下方向に変位する移動金型５３と、この移動金型５３と対になってブッシュ３１を挟持する上金型５４とを備えている。上金型５４の押圧部５４Ａが、固定金型５２内に挿入されて、ブッシュ３１を押圧すると、移動金型５３は、上金型５４の挿入量に応じて下方に変位する。樹脂が硬化したら、成形素材３５を芯材として成形された樹脂成形体を備えた樹脂製回転体を金型５１から取り出して、樹脂成形体の製造を完了する。

＜加工工程＞
樹脂を含浸硬化させた樹脂成形体の外周部に歯切加工をする。歯は、型成形時に付加することも、型成形の後に切削加工により付加することもできるが、精度を高くすることができることから、切削加工により設けることが好ましい。

＜第２の実施の形態＞
第１の実施の形態では、短繊維と粉末状樹脂と水とを混合してスラリを作っている。このようなスラリを用いる場合には、スラリの粘度が低いために、ステンレス製の畳織金網３９Ａとステンレス製の平織金網３９Ｂの２層の金網で構成された底部材３９の濾過性能が悪くても、歩留まりは悪くならない。しかし排水性を上げるために、畳織金網３９Ａの濾過粒度を上げると、粉末状樹脂の粒子径が１０μｍであったとすると、濾過性能が悪くなって、水と一緒に排出されてしまう粉末状樹脂の量が多くなる。このような事態を防ぐために、底部材３９の畳織金網３９Ａの濾過粒度を小さくすると、濾過性能は上がるものの、脱水時間が長くなる。そこで第２の実施の形態では、このような問題に対応するために、短繊維と粉末状樹脂と分散媒とを混合した混合液に、１種以上の静電引力凝集タイプの高分子凝集剤を添加してスラリを調整する。静電引力凝集タイプの高分子凝集剤を添加すると、静電引力凝集タイプの高分子凝集剤が凝集機能だけでなく定着剤としても機能し、短繊維同士が定着するともとに、短繊維と粉末状樹脂が定着する。その結果、集合物中に残る短繊維及び粉末状樹脂の量を増やすことができる。すなわち短繊維と粉末状樹脂の定着率を高め、歩留りを向上することができる。

使用可能な静電引力凝集タイプの高分子凝集剤は、短繊維と粉末状樹脂の定着率を高めることができて、しかも脱水性を著しく阻害しないものであれば、どのようなものでもよく、カチオン性高分子凝集剤としては、例えば、スチレン系高分子、ポリアミン縮合物、ジシアンジアミド縮合物、カチオン変性アクリル系共重合体、ポリメタアクリル酸エステル系、ポリアミジン塩酸塩を用いることができる。また、アニオン性高分子凝集剤としては、例えば、アクリル系共重合物、スルホン化ポリフェノール、多価フェノール系樹脂、ポリアクリル酸エステル系、ポリアクリル酸ソーダ・アミド誘導体を用いることができる。

代表的な高分子凝集剤を用いた凝集方法では、混合液に、カチオン性高分子凝集剤を添加した後、アニオン性高分子凝集剤を添加する。混合液にカチオン性高分子凝集剤を添加すると、一部の短繊維と一部の粉末状樹脂とが集まってできる多数のフロックと呼ばれる集合物が形成される。その後アニオン性高分子凝集剤を添加すると、フロック同士が集合して更に大きなフロックの生成が進み、寸法の大きなフロックが多数形成される。このようなフロックが形成されると、脱水性が向上する。その結果、短い時間で脱水をできるとともに、短繊維と粉末状樹脂の定着率が向上する。特に、カチオン性高分子凝集剤としてカチオン性スチレン系高分子水溶液を用い、アニオン性高分子凝集剤としてアニオン性アクリル系高分子水溶液を用いると、高い脱水性を得ることができる。

また高分子凝集剤として、両性高分子凝集剤を用いることができる。両性高分子凝集剤とは、混合液中の短繊維及び粉末状粒子の中和効果（カチオン）と、高分子鎖による絡まり合い（高分子量体）の生成と、絡まり合い（高分子量体）をアニオンとカチオンの電荷による静電引力により補強する作用を発揮するものである。このような、両性高分子凝集剤としては、例えば、アクリルアミド・アクリル酸・アルキルアミノアクリレート４級塩共重合物、ポリアクリル酸エステル系、ポリメタクリル酸エステル系を用いることができる。

以下、本発明の実施例を説明する。

［実施例１］
スラリを製造するために、短繊維と粉末状樹脂投入時の濃度が４ｇ／リットルとなる量の水を満たしたタンクを用意する。そしてこのタンク内に、樹脂成形体中の短繊維の繊維総量が４０体積％となる量の短繊維と、樹脂成形体中の樹脂の総量が６０体積％となる量の粉末状樹脂を入れる。具体的には、短繊維として用いる繊維チョップとして、アスペクト比２００のパラ系アラミド繊維“帝人（株）製「テクノーラ（商標）」”を５０質量％、アスペクト比２００のメタ系アラミド繊維“帝人（株）製「コーネックス（商標）」”を４５質量％、そしてフリーネス値３００ｍｌまでフィブリル化処理した微細繊維“デュポン（株）製「ケブラー（商標）」”を５質量％となる量をそれぞれ投入する。また、粉末状樹脂として、粒子径２０μｍのフェノール樹脂粉末“エア・ウォーター・ベルパール（株）製「ベルパール（商標）」を投入する。次に攪拌機でタンク内の水を攪拌し繊維チョップとフェノール樹脂粉末を分散させてスラリを製造する。

このとき、カチオン性高分子凝集剤として明成化学工業株式会社が「セラフィックスＳＴ」（商標）の名称で販売するカチオン性スチレン系高分子水溶液を添加して撹拌した後、アニオン性高分子凝集剤として明成化学工業株式会社が「ファイレックスＭ」（商標）の名称で販売するアニオン性アクリル系高分子水溶液を添加して撹拌して、本実施例で用いるスラリとした。カチオン性スチレン系高分子水溶液の添加量は、短繊維と粉末状樹脂の総量に対して、０．２質量％であり、アニオン性アクリル系高分子水溶液の添加量は、短繊維と粉末状樹脂の総量に対して、０．１質量％であった。

次に、図１（Ａ）に示す濾過脱水圧縮装置を用いて、ブッシュ支持台５上に金属製ブッシュ３１を位置決めし、スラリ拡散部材７を金属製ブッシュ３１上に位置ズレしないように載置し、金属製ブッシュ３１を挟持する。なお、スラリ拡散部材７の上側に凸となる円錐形状のスラリ拡散部７１の円錐面の中心角は９０°である。また、スラリ拡散部７１の頂部は、Ｒ１５ｍｍの曲面形状とした。

使用する金属製ブッシュ３１の突出部３３及び凹部３４の形状（図３参照）は、ｈ１＝２ｍｍ、ｈ２＝０．５ｍｍであり、アンダーカット形状で、金属製ブッシュ３１の仮想中心横断面と側面との間の角度θが２０°である。

ここで、中空下圧縮型２の位置は、金属製ブッシュ３１の軸方向中央から底部材３９上面までの距離が５０ｍｍとなる位置とした。

図１（Ｂ）に示すスラリ注入上型２０と筒状金型３を密着させ濾過脱水圧縮装置内に、上記スラリを投入する。そして、筒状金型内を真空吸引して中空下圧縮型２に設けた複数の排水路１２から水を排水することにより、繊維チョップとフェノール樹脂粉末と、水を分離して円筒状の短繊維と粉末状樹脂の集合物３８を得る。真空吸引し繊維チョップとフェノール樹脂粉末と、水を分離後、スラリ注入孔２１より水を注入し、スラリ拡散部材７の上側に残った繊維チョップとフェノール樹脂粉末を洗い流す。スラリ注入孔２１は、スラリ拡散部材７の直上に配置する。

なお、排水時に排水路１２より繊維チョップとフェノール樹脂粉末が流出するのを防止するために、中空下圧縮型２上には底部材３９を配置した。底部材３９としては、畳織金網３９Ａと平織金網３９Ｂとを焼結により結合したものを用いた。具体的には、底部材３９としては、縦１２メッシュ、横６４メッシュ、濾過粒度３１０μｍのステンレス製の畳織金網３９Ａと、５０メッシュ平織り、開口率４０％の平織金網３９Ｂを用いた。ここでメッシュとは、金網の目の細かさを表す単位で、１インチあたりの網目の数を表す単位として定義するものである。また支持板４０としては、厚み１．５ｍｍ、孔径直径３ｍｍ、ピッチ４ｍｍ、千鳥配置で開口率５１％のパンチングメタルを用いた。畳織金網３９Ａが平織金網３９Ｂの上に位置する状態で、底部材３９を支持板４０の上に配置した。

次に金属製ブッシュ３１の回り止め部に、更に強固に繊維チョップとフェノール樹脂粉末を喰い込ませるために圧縮を行う。図６（Ａ）に示すように、金属製ブッシュ３１の軸方向中央から中空上圧縮型４下面までの距離が５０ｍｍとなる位置まで、中空上圧縮型４を押し下げる。図６（Ａ）の位置は、金属製ブッシュ３１が、中空上圧縮型４と中空下圧縮型２の間の、中央に位置する状態となる位置である。

図６（Ｂ）に示すように、ブッシュ３１が、中空上圧縮型４と中空下圧縮型２の間の中央に位置する状態で、中空上圧縮型４を速度：１〜５ｍｍ／ｓで下降させ、短繊維と粉末状樹脂の集合物３８が厚み：２０ｍｍとなるまで圧縮する。

そして、この状態で２分間圧縮することにより、金属製ブッシュ３１と一体化した樹脂製回転体成形用半加工品を得た。

なお、前記圧縮の際、中空下圧縮型２の排水路１２から真空吸引した状態で圧縮している。また、図７（Ｂ）に示す、ブッシュ支持台５の長さ：Ｌ７＝１００ｍｍ、スラリ拡散部材７の長さ：Ｌ６＝７０ｍｍ、押下部材８の長さ：Ｌ５＝３０ｍｍ、金属製ブッシュ３１の厚み：Ｔ１＝１０ｍｍ、中空上圧縮型４と中空下圧縮型２の段部の高さＬ３及びＬ４：Ｌ３＝Ｌ４＝１００ｍｍとした。

［実施例２］
支持板４０として、厚み３ｍｍのものを用いた以外は、実施例１と同じ方法で成形素材を作製した。

［比較例１］
底部材として、畳織金網だけを用いた。それ以外は、実施例１と同じ方法で成形素材を作成した。

［比較例２］
底部材として、平織金網だけを用いた。支持板は用いていない。それ以外は、実施例１と同じ方法で成形素材を作成した。

［比較例３］
底部材として、畳織金網と平織金網を焼結しない状態で重ねたものを用いた。それ以外は、実施例１と同じ方法で成形素材を作成した。

［比較例４］
底部材として、２枚の畳織金網を焼結せずに重ねたものを用いた。支持板は用いていない。それ以外は、実施例１と同じ方法で成形素材を作成した。

［比較例５］
底部材として、２枚の平織金網を焼結せずに重ねたものを用いた。支持板は用いていない。それ以外は、実施例１と同じ方法で成形素材を作成した。

［比較例６］
底部材として、２枚の畳織金網を焼結したものを用いた。支持板は用いていない。それ以外は、実施例１と同じ方法で成形素材を作成した。

実施例１及び２と比較例１乃至６の試験結果は下記の表に示す通りである。

比較例１乃至５から明らかなように、支持板を用いない場合には、底部材の連続使用回数は、５０回を超えることができない。支持板を用いない場合でも、比較例６のように焼結した２枚の畳織金網を用いると、連続使用回数を飛躍的に増やすことができるものの、排水時間が長くなる。これに対して、実施例１及び２のように支持板を用いて、しかも畳織金網と平織金網とを焼結により結合したものを底部材として用いると、連続使用回数を大幅に増やすことができて、しかも濾過時間が短を短くすることができる。

なお実施例及び比較例ともに、成形素材に割れは入っていない。

本発明のように、畳織金網と平織金網の２層以上の金網で構成され、２層以上の金網間が焼結により固着された底部材は、濾過性能を大幅に低下させることなく、機械的強度を高めることができる。その上支持板を用いると、排水時間を長くすることなく、底部材の機械的強度を高めることができる。なお支持板の交換は、底部材の交換頻度と比べると大幅に少ないので、メンテナンス費用を大幅に低減することができる。

本発明の方法により製造した樹脂製歯車は、成形素材の目付量が均一であることから、強度も均一となり、耐久性能に優れ、車輌用部品、産業用部品等の高温・高負荷の使用条件に耐え得る樹脂製歯車として使用することができる。

１ 台座
２ 中空下圧縮型
３ 筒状金型
４ 中空上圧縮型
５ ブッシュ支持台
６ 下弾性体
７ スラリ拡散部材
８ 押下部材
９ 上弾性体
１１ 段部
１４ 段部
１２ 排出口
１３ 濾過脱水圧縮装置
２０ スラリ注入上型
２１ スラリ注入孔
３０ 樹脂製歯車
３１ 金属製ブッシュ
３２ 貫通穴
３３ 突出部
３４ 凹部
３５ 成形素材
３６ 外周部
３７ 樹脂成形体
３８ 短繊維と粉末状樹脂の集合物
３９ 底部材
３９Ａ 畳織金網
３９Ｂ 平織金網
４０ 支持板
４１ 貫通孔
５０ 樹脂製回転体成形用半加工品
５１ 金型
５２ 固定金型
５３ 移動金型
５４ 上金型
５４Ａ 押圧部

Claims (11)

1. 上方向に向かって開口する開口部を有する筒状金型と、
   成形時には前記筒状金型内に配置される上圧縮型と、
   成形時には前記筒状金型内に配置される複数の排水路を備えた下圧縮型と、
   前記下圧縮型の前記複数の排水路の上に配置された濾過機能を有する底部材とを備え、
   前記上圧縮型を待機位置に置いた状態で、前記筒状金型内に分散媒に短繊維を分散させたスラリまたは分散媒に短繊維と粉末状樹脂を分散させたスラリを投入した後、前記下圧縮型の前記複数の排水路から前記分散媒を排出して前記短繊維の集合物または前記短繊維と前記粉末状樹脂の集合物を形成し、前記集合物を形成している間または前記集合物を形成した後に、前記上圧縮型と前記下圧縮型とを相対的に近付けて前記集合物を圧縮して成形素材を形成する成形素材形成装置であって、
   前記底部材は、畳織金網と平織金網の２層以上の金網で構成され、前記２層以上の金網間が焼結により固着されたものであり、
   前記底部材と前記下圧縮型との間に、複数の貫通孔を有して前記底部材を支持する支持板が配置されていることを特徴とする成形素材の製造装置。
2. 前記支持板は、前記下圧縮型の前記排水路の開口率よりも大きく且つ前記底部材の開口率以上の開口率を有していることを特徴とする請求項１に記載の成形素材の製造装置。
3. 前記下圧縮型と前記支持板の相対する面の少なくとも一方の面に、前記下圧縮型の前記複数の排水路と前記支持板の貫通孔とを繋ぐ溝が配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の成形素材の製造装置。
4. 前記支持板は、開口率が３５％以上５５％以下になるように前記複数の貫通孔を点在させたものであることを特徴とする請求項１または２に記載の成形素材の製造装置。
5. 前記畳織金網は濾過粒度が１５０μｍ以上であり、前記平織金網は開孔率が３５％以上５０％以下であることを特徴とする請求項４に記載の成形素材の製造装置。
6. 分散媒と短繊維または分散媒と短繊維と粉末状樹脂とを含むスラリを投入して濾過及び脱水と圧縮を連続して行ない、金属製ブッシュの外周部の外側位置に圧縮された短繊維の集合物で構成されるリング状の成形素材を形成するために用いられる成形素材の製造装置であって、
   圧縮動作時に短繊維の集合物または短繊維と粉末状樹脂の集合物が金属製ブッシュの径方向外側に広がるのを規制する筒状金型と、
   当該筒状金型の内部に配置されて金属製ブッシュの外周部よりも内側に位置する部分を軸線方向の両側から挟み且つ圧縮動作時に短繊維の集合物または短繊維と粉末状樹脂の集合物が金属製ブッシュの径方向内側に広がるのを規制する一対のブッシュ支持用金型と、
   前記筒状金型と一対のブッシュ支持用金型の間に位置して、圧縮動作時に短繊維の集合物または短繊維と粉末状樹脂の集合物を軸線方向両側から挟んで圧縮する上圧縮型と下圧縮型とを備えており、
   前記下圧縮型には前記分散媒を排水するための複数の排水路が形成されており、
   前記下圧縮型の前記複数の排水路の上に濾過機能を有する底部材が配置され、
   前記底部材は、畳織金網と平織金網の２層以上の金網で構成され、前記２層以上の金網間が焼結により固着されたものであり、
   前記底部材と前記下圧縮型との間に、複数の貫通孔を有して前記底部材を支持する支持板が配置されていることを特徴とする成形素材の製造装置。
7. 前記支持板は、前記下圧縮型の前記排水路の開口率よりも大きく且つ前記底部材の開口率以上の開口率を有していることを特徴とする請求項６に記載の成形素材の製造装置。
8. 前記下圧縮型と前記支持板の相対する面の少なくとも一方の面に、前記下圧縮型の前記複数の排水路と前記支持板の貫通孔とを繋ぐ溝が配置されていることを特徴とする請求項６または７に記載の成形素材の製造装置。
9. 前記支持板は、開口面積が３５％以上５５％以下になるように前記複数の貫通孔を点在させたものであることを特徴とする請求項７に記載の成形素材の製造装置。
10. 前記畳織金網は濾過粒度が１５０μｍ以上であり、前記平織金網は開孔率が３５％以上５５％以下であることを特徴とする請求項９に記載の成形素材の製造装置。
11. 請求項１または６に記載の製造装置によって製造された成形素材を、加熱しながら加圧して前記粉末状樹脂を溶融させて生成した溶融樹脂を前記短繊維からなる前記集合物に含浸させた後、前記溶融樹脂を硬化させて樹脂成形体を形成する成形工程を更に行って樹脂製回転体を製造する成形工程と、
    前記成形工程の後に、樹脂成形体の外周部に歯切り加工工程とを行うことにより、樹脂製歯車を製造することを特徴とする樹脂製歯車の製造方法。