JPH06510250A - 繊維強化合成樹脂成形品の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 繊維強化合成樹脂成形品の製造方法 本発明は合成樹脂の成形品の製造方法に関する。この発明において、合成樹脂が 浸透された繊維は巻着軸（Ｗｉｃｋｅｌｄｏｒｎ）に巻着けられる。このように 形成された巻回体（Ｗｉｃｋｅｌｋｏｅｒｐｅｒ）は加熱されて硬化され、引き 続き加工される。

繊維強化合成樹脂の成形品の製造に関し、現代の巻着は技術の適用は合理的な製 造の可能性並びに高張度による巻回体に対して、さらに新しい構成上の可能性を 多くの技術的分野で開く、この可能性は特に高硬度の材料との組み合わせで、多 くの既に繊維強化合成樹脂が使用されている従来の構成物の改変に至る。しかし 、例えば鋼のような他の材料を使用することを差し控えていた構成物へ、巻着は 方法において生産された繊維強化合成樹脂の部品を使用する考えにも導く。大量 生産だけでなく、製造以外に費やす時間の割合が特に高い少量の生産や個別生産 も顧慮して、このように高い必要性は合成樹脂の製品の生産の常に合理的な製造 方法を要求している０例えば、準備時間の短縮及び後処理即ち仕上げ加工の排除 は製造ラインの簡合成樹脂の未加工のような半製品からなる複数の要素を同時に 生産することにある。

例えばドイツ連邦共和国実用新案登録第７６１９５９１号に開示された研削盤は 研磨ローラと送りローラにより加工プロセス即ち研磨プロセスにおいて円筒状の 材料の外面を研磨して複数の球形または楕円形の部品を製造する。この周知の研 磨ローラは隣接して配置された複数の同一の研磨部品を備えている。研磨部品の 輪郭は、生産されるべき部品の輪郭に補完的に対応する。研磨部品の高低点間の 径方向における間隔は少なくとも円筒状の材料の半径に対応し、生産される部品 の形状を整える作業が終了した時、生産される部品は互いに切り離される。この 周知の研削盤は生産される部品の形状の型のそれぞれに対して適切な研磨ローラ を必要とする。例えば同じ半径の寸法で異なる長さの成形品の製造等生産される 合成樹脂の成形品の組み合わせを緊急に変化させることは、形状を簡単に変える ことができない研磨ローラでは不可能である。

自己潤滑複合材料からなるベアリング、即ちコンパウンドベアリングの製造につ いては、米国特許明細書第４，８６７．８８９号より、巻回された繊維強化合成 樹脂の成形品の製造方法が周知である。この方法では、巻着は軸に合成樹脂に浸 された繊維が巻回される０巻着はプロセスはＰＴＦＥ　（Ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆ ｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅポリ四フッ化エチレン）繊維からなる第１の薄い層 、例えばグラスファイバーよりなる第２の厚い層による２段階で行われる。第１ の薄い層は複合体の基質の繊維にて編成され、巻回プロセスに先立ちカーボン粒 子により強化された合成樹脂槽において浸透される。第２の厚い層は製造される 巻回体（Ｗｉｃｋｅｌｋｏｅｒｐｅｒ）に必要な厚さにまで巻回される。完成し た巻回体は加熱により硬化され、続いて巻着は軸力Ｃａｌき抜かれる。コンパウ ンドベアリングの寸法を遵守するために、これら加工の道具は各コンパウンドベ アリングの計測装置を介して制御されなければならないので、上記の方法によっ て生産された巻回体は各作業段階で最終的には径方向及び軸方向における輪郭が 与えられる。各コンパウンドベアリングの加工の段階はそれぞれ別個に遂行され なけれならないので、相当な準備時間及び加工時間を要する。

さて本発明は前記した問題点を解決するためのものであり、そのような成形品の 簡単にして速く製造できて、他の形状に成形品のために装置を変えるのに大きな 費用を要せず迅速にでき、製造される成形品に必要な後加工は僅かな道具の使用 を必要とし、更にほかなり減少される繊維強化合成樹脂成形品の製造方法を改良 することを旨とする。

本発明による方法での成形品の製造は、１つの成形スリーブまたは複数の互いに 仕切円板により分割された成形スリーブ及び両側面が軸方向において仕切られた 複数の支持部材が回転軸上に配置され、回転軸上において巻着は軸を形成すべく 軸方向に回転不能な状態で互いに挟持固定される。続いて合成樹脂に浸された繊 維が、支持部材または仕切板の厚さよりも厚い巻回体の周円の厚さになるまで支 持部材と仕切板との間で巻着は軸上に巻回される。次に、支持部材の間にある硬 化された巻回体は仕切板または仕切板が全くない場合、支持部材の厚みまで加工 され、次に固定が解除され、１つのまたは複数の互いに分離された成形品が回転 軸から引き抜かられる。

この発明による方法は１つまたは複数の繊維強化合成樹脂の成形品を少なくとも 簡単な作業段階で同時に生産できるようにする。繊維が直接に巻着は軸として利 用される回転軸上に巻着けられるのではなく、巻着は軸自体は仕切板、成形スリ ーブ並びに軸方向の端に配置された支持部材から構成され、それらは回転軸上に 配置され、次に軸方向に回転しないように固定されることにより、製造される成 形品に対してそれぞれスリーブを割り当てることが可能である。成形スリーブの 半径方向外方の輪郭は成形品の内側の輪郭を既に規定している。他方、複数の成 形スリーブは仕切板により互いに分離されることにより、１つの作業段階で同時 に成形品が巻いて作られ得る。更に、成形スリーブの上にのみ繊維を巻着け、プ ロセスを制御することが必要ではなく、むしろ巻着はプロセスの終了後、外観が 均等な成形品ができるように仕切板及び支持部材の両者が簡単に巻き直され得る 。合成樹脂材が硬化した後、巻回体は例えば研磨され機械加工される。仕切板ま たは支持部材の径方向における外部の輪郭が成形品の最終的な形に対応するため 、少なくとも支持部材の間に仕切板または仕切板が無い場合、支持部材の寸法ま で巻回体の半径方向への表面の仕上げにより、２つのことが達成される。１つは これ以上機械による仕上げ加工を必要とせずに成形品が完成した外観を備えるこ とである。もう１つは仕切板の径方向外部までの巻回体の表面仕上げにより成形 品の連結のそれぞれが互いに仕切板を介して解消され、よって成形品がその後仕 切板によってのみ互いに分離され巻着は軸の固定解除（そしてそれにより引き起 こされる仕切板、成形スリーブ並びに支持部材の個別化）によりすぐに別々にな るので、同時に互いに分離されることである。

本実施例において支持部材及び仕切板の半径は同一である。巻回体の最終の径方 向への機械加工では、この方法は加工手段を使用して一定の出発点から行われて はならない。機械加工は巻回体の放射面の任意の点において端部の支持部材を越 えて始まり、他端の支持部材の放射面上のどこかで終了することができる。

いくつかの使用例では、しかし複数のスリーブを使用した場合支持部材の半径を 仕切板の半径より大きく選択することが好ましい。その際、合成樹脂に浸された 繊維が支持部材間にのみ巻かれる。それにより生産される巻回体が事前に軸方向 において規制されて、繊維の消費が減少される。

合成樹脂に浸された繊維は制御された張力で規則的な巻着けで交差されたコンポ ジットに巻回される。この方法で繊維の巻着は重なり合ってかさが高くされるこ とにより、完成した巻回体の同質性及び負荷能力がさらに向上される。

本発明のさらに好ましい改良点を述べると、ベアリングのケースを製造するため に、合成樹脂を浸透されたＰＴＦＥ及び／または高硬度の繊維により第１層がベ アリング摺動層として巻かれる。繊維は巻着は軸上への巻着けの前に、固形潤滑 剤により強化された合成樹脂槽を通過させられることにより、巻着けられる繊維 に対する樹脂の浸透が１つの作業段階で行われる。摺動層を形成する第１の層の 上に、支持層（Ｔｒａｇｓｃｈｉｃｈｔ）として合成樹脂に浸されたグラスファ イバからなる別の層が巻かれる。一定の使用範囲では、例えば炭素繊維またはホ ウ素繊維のような他の強化繊維を好適に使用できる。ベアリングの摺動層の形成 のために、好適に強化され延ばされたＰＴＦＥ繊維が使用され、この層の耐摩耗 性が向上し得る。

本発明の特に好適な構成において、成形スリーブは球状の外面を備え、成形品が 巻着はローラから引き抜かれると、新たに有利な方法でその都度構成部材として 成形品の中に留まる。その際、好適には成形スリーブの径方向における外面は摺 動面として形成される。スリーブの上に合成樹脂に浸された繊維が巻かれる。こ の方法で、例えば内部リングが球状の外周面を備え、外部リングが球状の孔を備 えるボールベアリングの製造において、外部リングのだけを別個に製造したり及 び外部リングの球状の内周面に対するコスト高の仕上げ加工が回避される。全く 同様にその際摺動層だけを別個に製造したり、その摺動層から外部リングの球状 内周面に続く部分の後からの設置は行われない。更に、外部リングだけを別個に 製造したり、外部リングをこじ開けたり、内部リングを後から取付けたりするこ とが避けられる。それにより、例えばラジアルボールベアリングの製造は非常に 簡易化され、かつ短縮される。

本発明の他の好適な構成では成形スリーブの摺動面へ摺動薄片、又はＰＴＦＥ繊 維の織布等、適宜に滑らかな織布が取り付けられる。合成樹脂に浸された繊維が 前記織布上に巻かれる。これにより第１の繊維の層を摺動層として形成する必要 がなくなる。摺動薄片が完成された成形品にある場合、摺動薄片上に合成樹脂に 浸された繊維からできている支持層がすぐに巻かれる。

本発明の別な有利な実施例では軸方向の仕切板の外面、又は軸方向の支持部材の 外面、又は支持部材の頭部は完成された成形品の軸方向の端面となっている６従 って、仕切板または支持部材の軸方向の外面に対応する造形により、例えばアン ダーカットも備えることができる成形品の任意の補完的な軸方向の外面が規定さ れ得る。

この面加工のために特に別の作業サイクルを追加する必要はない。従って、巻回 体の径方向の表面加工の後、成形品が完全に仕上げられる。成形品の径方向の内 面は成形スリーブの径方向の外表により、成形品の軸方向の端面は仕切板または 支持部材の対応する側面により、さらには成形品の外周は仕切板または支持部材 の半径により規定される。

本発明は原則的には図に従う実施例によりさらに詳細に説明される。

図１は、発明による方法を実施する巻着は軸の形成のために回転軸に直接に置か れる支持部材、仕切板及び成形スリーブを原理的に示す断面図である。

図２は、径方向における表面加工中、回転軸の細心の上向に巻回体があり、径方 向における表面加工がなされた状態では回転軸の軸心の下方に巻回体がある状態 において、繊維が巻回された巻着は軸の断面図である。

図３は、巻回体の径方向における表面加工の後、仕切板または支持部材から分離 されていて、回転軸から引き抜かれる完成され巻回された成形品の断面図である 。

図中、実施例としてラジアルボールベアリングの製造課程が示されている。

工程が支持部材３′により開始及び終了する際に、まず回転軸１に成形スリーブ ２及び仕切板３が交互に配置される（図１）。支持部材３′は回転軸１の端部に 取り付けられた固定装置４（図２）の要素間の間隔を調整するために、スリーブ 状に形成されているといえる。この固定装置４により支持部材３′、スリーブ２ 並びに仕切板３は軸方向に回転しないように互いに固定される。それで繊維が巻 回されるべき巻着は軸５の径方向の外面６は滑らかでなく溝が付けられている。

この溝の形は成形スリーブ２、仕切板３並びに支持部材３′の形により決定され 、この溝の形はその都度の要件に自由に適合させられ得る。

図示されている実施例では成形スリーブ２の外面７は球状に形成され、平端面８ が軸方向に設けられている。仕切板３は、径方向において内側に配置された矩形 のウェブ９及び径方向においての外方に指向する成形スリーブ２に対して垂直を なし、軸方向に延びてウェブ９の上方に突出している頭部１ｏを備える。仕切板 ３の軸方向における寸法は、成形品の軸方向の輪郭をアンダーカットにて付与す るように形成されている。後にアンダーカットには平素と同様に挟持即ち密閉部 材が取付られる。ウェブ９の軸方向における外面１２が成形スリーブ２の平面の 端面８に密着しているのに対して、ウェブ９の径方向における内面１１により仕 切板３が回転軸１上に位置している。仕切板３の頭部１ｏの軸方向における外面 １３はウェブ９の上の端から、先ず径方向において回転軸１の長軸線１４に対し て垂直に、それから隣接の成形スリーブ２から離間した側に対して斜状に仕切板 ３の径方向における外面１５へ延長する。それで軸方向における端面１６に巻回 される成形品１７にはアンダーカットが形成される。仕切板３の径方向の外面１ ５は図示した実施例においては平面で、回転軸１の長軸線１４に平行である。

仕切板３の頭部１０の軸方向における外面１３は補償的に成形品１７の軸方向に おける端面１６の形に対応している。頭部１ｏはスリーブ２から上方へ幾分突出 し、同頭部１０の軸方向において外方であり、径方向において内方である縁１８ が成形スリーブ２の球状の外面７に密着している。成形スリーブ２の領域におい て支持部材３′の外面（９’　、　１０’　、　１１’　、　１２’　）の構成 は仕切板３の外面に対応する。

各成形スリーブ２はプラスチックの形成品を製造するために設けられている。仕 切板３及び支持部材３′の外径は互いに等しい。同様に、成形スリーブ２の頂点 １９の外径も互いに等しく形成されている。そして、仕切板３及び支持部材３′ の外径はスリーブ２の頂点１９の外径よりも大きい。内部リングがラジアルボー ルベアリング ブ２は従来の内部リングに対応している。成形スリーブ２は構成部材として、即 ち、内部リングとして生産される成形品１７内にあるべきである。成形スリーブ ２はまた充実体であってもよく、また中空体としても形成され得る。

第１の巻回行程において、巻着は軸５に挟持された支持部材３′、仕切板３及び 成形スリーブ２上に、例えば合成樹脂に浸され強化され延ばされたＰＴＦＥ繊維 及び高硬度の繊維からなる第１の層２０が巻回される。繊維は巻着けの前にエポ キシ樹脂槽に浸される．エポキシ樹脂槽は黒鉛粉が成分の固形の潤滑剤により強 化される．この第１の層２０は硬化された状態で良好な滑り特性を備えたベアリ ングの摺動層を形成する。この第１の層２ｏの繊維は通例の方法で（巻着は軸の 長手方向の軸に対して約６０＠毎の）交差コンポジットにおいて及び制御された 張力により直接に成形スリーブ２の球状の摺動面の上にまたは周囲上に巻回され る。

巻回された合成樹脂含浸繊維からなる摺動層の製造に代わって、この摺動層も対 応して用意された適切な摺動薄片または摺動織布にて形成してもよい。

この第１の繊維層２０の上に、それから硬化された状態で支持層を形成する第２ の層がエポキシ樹脂に浸されたグラスファイバにより巻かれる。その際、グラス ファイバは仕切板３及び支持部材３′の径方向の寸法より大きく設定された外径 に到達するまで（巻着は軸の軸線に対して約４５度で）交差コンポジットで制御 された張力により巻かれる。

巻回体２２が設定された巻着けの厚さに到達した後、巻回工程は終了され、完成 した巻回体２２は加熱され硬化される。続いて、研磨板１２を利用して巻回体２ ２を支持部材３′及び仕切板３の外周に達するまで径方向へと巻回体２２の全長 にわたって研磨する（図２）。それにより成形品１７は所望の半径寸法が得られ 、同時に相互分離される。

巻着は軸５の軸方向における固定も解除され、その後成形品１７は支持部材３１ 及び仕切板３より分離されることができ、ラジアルボールベアリングは完成部品 ２３となる。

構成部材即ち内部リングとしての成形スリーブ２は、成形スリーブ２を取り巻い ている硬化された繊維強化合成樹脂からなる外部リング内にあるので、上記のよ うに製造されたラジアルボールベアリングに対して後作業を追加する必要はない 。摺動層として形成された第１の巻回層２０は向かい合わせになる成形スリーブ ２に対して相対回転可能である。

上記のように製造されたラジアルボールベアリングは手入れがほぼ不要で非常に 優れた耐腐食性があるという利点を備えている。加えて、重量が好適となり、さ らには内部リングと外部リングの間の摺動特性に優れる（低い摩擦係数）。また 、汚れが容易に確認できるとともに、高い耐衝撃性及び非常に良好な負荷能力が ある。

以下に、１８ｍｍの幅のベアリング及び２２ｍｍの鋼鉄ベアリングを有する球状 ブツシュのボールベアリングの製造の→を記述する。

生産のために４０．７ｍｍの半径を有する球状ブツシュからなる３２個の成形ス リーブはスペーサリングと共に直径３０ｍｍの巻着は軸上に装着されている。成 形スリーブはテンションナツト、即ち挟持ナツトにより軸方向において互いに対 向するように固定される。軸、球状ブツシュ並びにスペーサリングは前もって入 念に清浄されている。球状ブツシュ及びスペーサリングの表面は引き続き適切な 分離媒体により処理される。スペーサリングの外径（４７ｍｍ）は球状ブツシュ 上において球状リングの形状をなす生産成形品の所望の外径に対応している。球 状リングの幅、従ってベアリングの幅（１８ｍｍ）はスペーサリングのわきに取 付けられた平面状をなして径方向に広がる面により決定される。

巻回プロセスにおいて球状ブツシュ（摺動面と支持面とからなる）は巻回される 。

摺動面はその際ＰＴＦＥコンポジット繊維即ちポリアミド繊維により嵯られ６６ ０デニールの最終最大繊維特性（Ｅｎｄｔｅｘｔｕｒｉｅｒｕｎｇ）を備えたＰ ＴＦＥ繊維（例えばデュポン社（ＤｕＦｏｎｔ）のダクロン（ＤＡＣＲＯＮ）　 ）を含む。このＰＴＦＥコンポジット繊維は１２、５重量％の天然黒鉛（商品名 Ａｔｏｉｎ３０３３で売られている）が添加されたドルオール基のエポキシ樹脂 （ヒュッテネスーアルベルトウス（Ｈｕｅｔｔｅｎｅｓ−Ａｌｂｅｒｔｕｓ）社 のシノセルム（ＳＩＮＯＴＨＥＲＭ）　４　３　０１）に浸される。前記のよう にエポキシ樹脂に浸されたＰＴＦＥコンポジットフィラメントは次に４８．７３ ｍ／分の一定の糸の速度で球状ブツシュ上に巻回される。次に乾燥が１１０°Ｃ で２０分間わたって通過オーブン（Ｄｕｒｃｈｌａｕｆｏｆｅｎ）において行わ れる。

この後、支持層が巻回される．１，２００デニールの最大繊維特性（Ｔｅｘｔｕ ｒｉｅｒｕｎｇ）のグラスファイバの糸が６０″の巻着き角度の交差コンポジッ トで４８．７３ｍ／分の均一な巻着き速度で巻かれる。グラスファイバの糸は同 様にドルオール基のエポキシ樹脂（しかしこの場合、天然黒鉛の添加はない、ヒ ュッテネスーアルベルトゥス社のＳＩＮＯＴＨＥＲＭ　４３０１）に浸される。

所望の外径（４７ｍｍ）得た後、次に約１〜２ｍｍ過度に巻かれる際、スペーサ リングの間の個々の部分のコンポジット（巻着き、混合）動作を行うために、当 該部分には追加の巻回層が更にその上に巻かれる。次に通過オープンにおいて短 い間の乾燥が行われる。その後、９０°Ｃで９０分間硬化炉で硬化が次に行われ る。

次の加工プロセスにおいて硬化された巻着パイプは研磨軸上において球状ブツシ ュの完成寸法（４７ｍｍ）にまで研磨される。挟持ナツトを緩めた後、次に個々 のボールベアリング及びスペーサリングが研磨軸から取り外され得る。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．合成樹脂に浸された繊維が巻着け軸上に巻回されて巻回体が形成され、同巻 回体が加熱により硬化され、続いて加工される繊維強化合成樹脂成形品の製造方 法において、１個の成形スリーブ（２）または仕切板（３）により互いに区画さ れた複数個の成形スリーブ（２）及び軸方向の両側の仕切りとして複数の支持部 材（３′）が回転軸（１）上に配置され、回転軸（１）上に巻着け軸（５）を形 成するように軸方向に回転不能に固定され、次に合成樹脂に浸された繊維が支持 部材（３′）または仕切板（３）の径方向の寸法より大きな巻同体（２２）の径 方向における厚さになるまで支持部材（３′）間で巻着け軸（５）上に巻回され 、さらにこの後に硬化され、巻回体（２２）は支持部材（３′）間で仕切板（３ ）、または仕切板（３）がない場合は支持部材（３′）の寸法までに径方向に加 工され、この後に固定が解除され、１つまたは複数の互いに分離された成形品（ １７）が回転軸（１）から取除かれることを特徴とする繊維強化合成樹脂成形品 の製造方法。
2. ２．前記支持部材（３′）及び仕切板（３）の径方向における寸法が等しいこと を特徴とする請求項１に記載の方法。
3. ３．複数の成形スリーブ（２）の使用時には、支持部材（３′）の径方向におけ る寸法は仕切板（３）の径方向の寸法より大きいことを特徴とする請求項１に記 載の方法。
4. ４．合成樹脂に浸された繊維が規則正しい巻着きコンポジットで巻回される繊維 強化合成樹脂成形品の製造方法において、合成樹脂に浸された繊維が制御された 張力設定により交差コンポジットで巻回されることを特徴とする請求項１乃至３ のうち１項に記載の繊維強化合成樹脂成形品の製造方法。
5. ５．ベアリングの製造のために巻着け軸（５）上に、摺動層の形成すべく固形潤 滑剤により強化された合成樹脂槽に浸される繊維の第１層がまず巻回され、それ から第２繊維層が支持層の形成のために巻回される繊維強化合成樹脂成形品の製 造方法において、高強度の繊維強化にて編まれたＰＴＦＥ繊維が摺動層の形成の ために使用されることを特徴とする請求項１乃至４のうち１項に記載の方法。
6. ６．球状外面（７）を有する成形スリーブ（２）を使用したことを特徴とする請 求項１乃至５のうち１項に記載の方法。
7. ７．成形品（１７）を回転軸（１）から取り除くとき、成形スリーブ（２）が構 成要素として成形品（１７）内に残されることを特徴とする請求項１乃至６のう ち１項に記載の方法。
8. ８．成形品（２）の径方向における周面（７）が摺動面として構成されることを 特徴とする請求項１乃至７のうち１項に記載の方法。
9. ９．成形品（２）の周円の円周面（７）上に合成樹脂に浸された繊維の巻着けの 前に摺動薄片（２０）が取り付けられることを特徴とする請求項１乃至８のうち １項に記載の方法。
10. １０．仕切板（３）及び支持部材（３′）の軸方向の側面（１３）が成形品（１ ７）の軸方向の端面（１６）及び輪郭を規定することを特徴とする請求項１乃至 ９のうち１項に記載の方法。