JPH11336878A - フェノール樹脂製歯車およびその製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】補強繊維としてアラミド繊維短繊維を主成分と
し、強度の大きいフェノール樹脂製歯車を提供する。 【解決手段】アラミド繊維短繊維が成形圧力により歯形
形状に沿って配列されていることを特徴とする。このよ
うな歯車は、次の工程を経て調製したフェノール樹脂成
形材料を圧縮成形することにより製造する。すなわち、
フェノール樹脂微粒子とアラミド繊維短繊維を必須成分
としてこれらを水中に分散させて撹拌し、これらが凝集
し多数の凝集物が生成したら脱水して乾燥することによ
り調製した成形材料を使用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、フェノール樹脂製
歯車とその製造法に関する。

【０００２】

【従来の技術】フェノール樹脂製歯車は、次のような工
程を経て製造したフェノール樹脂成形材料を射出成形又
は圧縮成形し、歯形も金型成形される。すなわち、レゾ
ール型フェノール樹脂と補強繊維（短繊維）を必須成分
とし、これらをニーダやミキサで混合混練して粒状に
し、その後、乾燥する工程を経て製造した成形材料を用
いる。補強繊維は、通常、ガラス繊維チョップのほか所
定長さにしたセルロース繊維等の天然繊維である。これ
ら補強繊維には前記混合混練の工程においてある程度硬
化が進んだフェノール樹脂が塊状に付着している。粒状
の成形材料は、フェノール樹脂が補強繊維とともに塊状
になって構成されたものである。混合混練の工程で粒状
になる成形材料同士が補強繊維で連なった状態になり、
補強繊維が均一に分散した成形材料を製造できない懸念
があるが、実際には、ガラス繊維チョップや天然繊維は
混合混練の剪断力で切断されるので、補強繊維で連なっ
た粒状の成形材料は分断され、所定の粒状の成形材料を
製造することが可能になっている。

【０００３】このような成形材料を用いて成形した歯車
の機械的強度を大きくすることを目的として、補強繊維
として強度が極めて大きいアラミド繊維短繊維を選択す
ることが提案されている。しかし、アラミド繊維は、強
度が大きいがために、上述した混合混練の剪断力では容
易には切断されない。従って、アラミド繊維を補強繊維
として多量に配合すると、混合混練工程でアラミド繊維
が切断されないためにフェノール樹脂が大きな塊状とな
り、補強繊維が均一に分散した成形材料を製造すること
ができなかった。このような理由から、成形材料を製造
するときのアラミド繊維短繊維の配合量はせいぜい５重
量％どまりであり、アラミド繊維を多量に配合して機械
的強度の大きいフェノール樹脂製歯車を成形することは
難しい状況にある。また、アラミド繊維の配合量が少な
く、最も荷重がかかる歯形部にアラミド繊維を十分な量
で存在させることもできない。

【０００４】アラミド繊維を多量に配合した歯車の製造
法としては、次の方法が提案されている。まず、フェノ
ール樹脂微粒子と補強繊維としてアラミド繊維短繊維を
主成分とし、これらを必須成分として水中に分散させて
抄造し、シート状の成形材料を準備する。これを筒状に
巻いてその軸方向に圧縮成形することにより円盤を成形
し、周囲に切削加工により歯形を形成する。このような
シート状の成形材料を用いる成形で、歯形を金型成形せ
ずに切削加工で形成するのは次の理由による。すなわ
ち、アラミド繊維の配合を多くし樹脂分を少なくする
と、成形時の樹脂の流動に伴うアラミド繊維の流動性が
低くなり、金型成形しようとする歯形部分へは樹脂だけ
が流動しアラミド繊維が十分に充填されないからであ
る。このように抄造によるシート状の成形材料を用いて
製造した歯車は、アラミド繊維の配向がランダムであり
（成形時の流動性が低いために、抄造時のランダムな繊
維配向が成形後も殆どそのまま維持される）、しかも、
アラミド繊維が歯形の切削加工で切断されるので、アラ
ミド繊維を多量に配合したにも拘わらず、アラミド繊維
を強度の向上に有効に働かせることができない。また、
アラミド繊維を多量に配合すると切削加工性が極端に悪
くなり切削面にアラミド繊維の毛羽が多数残る。切削加
工性をよくするためには、パラ系アラミド繊維とメタ系
アラミド繊維の内、強度的に劣るメタ系アラミド繊維を
パラ系アラミド繊維と併用せざるを得ず、さらに強度の
大きい歯車を目指すには限界もある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、補強繊維としてアラミド繊維短繊維を主成
分とし、強度の大きいフェノール樹脂製歯車を提供する
ことである。さらには、アラミド繊維として強度の大き
いパラ型アラミド繊維を主体としたフェノール樹脂製歯
車を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明に係るフェノール樹脂製歯車は、補強繊維と
してアラミド繊維短繊維を主成分とし、歯形が金型成形
された歯車であり、補強繊維が成形圧力により歯形形状
に沿って配列されていることを特徴とする。歯車には、
歯形部分に大きな荷重がかかり歯元で破壊が起こりやす
いが、強度の大きいアラミド繊維が、成形圧力により歯
形形状に沿って配列されることにより、歯形部分が大き
な強度を保持するに至る。

【０００７】このフェノール樹脂製歯車は、フェノール
樹脂成形材料を圧縮成形し歯形を金型成形するに当た
り、次の工程を経て製造されたフェノール樹脂成形材料
を用いて製造する。すなわち、フェノール樹脂微粒子と
アラミド繊維短繊維を必須成分としてこれらを水中に分
散させて撹拌し、これらが凝集し多数の凝集物が生成し
たら脱水して乾燥する工程を経て製造されたフェノール
樹脂成形材料を用いる。この成形材料は、凝集物単位な
いしはいくつかの凝集物が集合した単位で個々に独立し
ており、繊維間にフェノール樹脂微粒子が保持された状
態を呈している。従って、圧縮成形に際して、アラミド
繊維短繊維は、樹脂の流動に伴って容易に金型内を流動
し成形する歯形の形状に沿って配列される。

【０００８】フェノール樹脂とアラミド繊維短繊維は、
両者の配合割合がどのようであっても、水中に分散させ
て撹拌することにより均一に混ざり合う。撹拌を続けて
いるとフェノール樹脂とアラミド繊維短繊維は次第に凝
集し、多数の凝集物が生成するので、この状態になった
ら凝集物を脱水し乾燥することにより、アラミド繊維短
繊維が均一に分散した成形材料とすることができる。ア
ラミド繊維の配合量を多くすることに何ら支障はない。

【０００９】

【発明の実施の形態】フェノール樹脂微粒子の粒径は、
１〜１００μｍが適当であるが、水中に分散させること
ができれば特に限定するものではない。水中に分散させ
る成分は、フェノール樹脂微粒子とアラミド繊維短繊維
の二つに限定されず、必要に応じて、他の補強繊維、粒
状の充填材、離型剤等の添加剤を一緒に分散させてもよ
い。このように他の成分を一緒に分散させた場合にも、
撹拌を続けていると同様に凝集物が生成し、各成分が均
一に分散した成形材料とすることができる。

【００１０】アラミド繊維はパラ系とメタ系のいずれも
使用することができるが、強度の大きいパラ系アラミド
繊維を主体とすることが、強度の大きい歯車を製造する
上で好ましい。歯形は切削加工ではなく金型成形される
ので、強度の大きいパラ系アラミド繊維を主体に配合し
ても一向に差し支えないわけである。アラミド繊維短繊
維は、アラミド繊維チョップやフィブリル化したアラミ
ド繊維パルプ（繊維が枝分かれしている）であり、繊維
径０．７５〜４．５デニール、繊維長１〜１２mmのアラ
ミド繊維チョップを好適に用いることができる。水中に
分散させることができる範囲で適宜繊維長を選定する。
アラミド繊維チョップとアラミド繊維パルプを併用する
と、アラミドパルプの絡まりにより凝集物生成が良好に
進む。

【００１１】成形材料の製造は、まず、フェノール樹脂
微粒子とアラミド繊維短繊維を必須成分とし、必要に応
じてほかの成分も一緒に、０．２〜４重量％の濃度で水
中に分散させ撹拌して凝集物を生成させる。前記濃度
は、各成分の配合仕様により、また、得ようとする凝集
物の大きさにより、適宜調整する。生成した凝集物は圧
縮して脱水したり、遠心分離器で脱水する。その後、フ
ェノール樹脂の硬化が進まない温度で乾燥する。製造し
た成形材料は、凝集物単位で、ないしはいくつかの凝集
体が集合した単位で個々に独立しており、繊維間にフェ
ノール樹脂微粒子が保持された状態を呈している。水中
に分散させる成分として、粒状の充填材や添加剤を適宜
追加配合することもできる。特に、摺動材（黒鉛や二硫
化モリブデン）を配合すれば、歯車の駆動による摩耗を
抑制することができる。水中に分散させる方法では、摺
動材の配合も支障なく多くすることができる。１０重量
％程度配合することも可能である。

【００１２】製造した成形材料に、凝集物単位で又は複
数個の凝集物単位で撚りをかけることもでき、これによ
って繊維による補強効果を一段と高めることができる。
撚りをかけた補強繊維を配合した構成は、従来の技術で
はなし得ない。

【００１３】

【実施例】実施例１ フェノール樹脂微粒子（鐘紡製「ベルパール」，粒子径
１〜２０μｍ）、パラ系アラミド繊維チョップ（帝人製
「テクノーラ」，繊維径１．５デニール，繊維長３m
m）、パラ系アラミド繊維パルプ（デュポン製「ケブラ
ー」）、タルクの各成分を、３５重量％／３５重量％／
１０重量％／２０重量％の割合で水中に分散させた。そ
の濃度は１重量％である。分散の操作は、回転速度１５
００ｒｐｍの撹拌羽根でで２分間撹拌を続けることによ
り実施する。その後、回転速度を２００ｒｐｍに落とし
撹拌を続けていると、３分位で各成分が一緒に凝集した
多数の凝集物が生成してくる。この凝集物を水中からす
くい上げ圧縮して脱水し、その後１０５℃で１時間乾燥
して成形材料とした。この成形材料を金型に投入し、１
８０℃で５分間圧縮成形し所定の歯車を成形した。この
歯車は、図１に示すように、補強繊維１が歯形に沿って
きれいに配列している。この歯車の強度を確認するため
に、図２に示した寸法のテストピースを作製し、３．５
mm径のピンゲージを２．５mm／minの速さで歯と歯の間
に押し込み、歯が破壊されるときの押し込み強度を測定
した。その結果を表１に示す。歯の破壊は、歯元に亀裂
が入ることにより起こった。

【００１４】従来例１ レゾール型フェノール樹脂、実施例と同様のパラ系アラ
ミド繊維チョップ、ガラス繊維チョップ（繊維径９〜１
３μｍ，繊維長３mm）、タルクの各成分を、３５重量％
／５重量％／４０重量％／２０重量％の割合でミキサに
投入し、混合混練後乾燥して粒状の成形材料とした。前
記アラミド繊維チョップの配合量５重量％は、粒状の成
形材料を良好に製造できる最大の配合量である。アラミ
ド繊維チョップをこれより増やすと、混合混練の工程で
フェノール樹脂が大きな塊状となり、良好な粒状の成形
材料を調製できなくなる。この成形材料を用いて実施例
と同様に歯車を成形した。実施例と同様に、歯が破壊さ
れるときの押し込み強度を測定した結果を表１に示す。

【００１５】従来例２ フェノール樹脂微粒子（鐘紡製「ベルパール」，粒子径
１〜２０μｍ）、パラ系アラミド繊維チョップ（帝人製
「テクノーラ」，繊維径１．５デニール，繊維長３m
m）、メタ系アラミド繊維チョップ（帝人製「コーネッ
クス」，繊維径１．５デニール，繊維長３mm）、パラ系
アラミド繊維パルプ（デュポン製「ケブラー」）、タル
クの各成分を、３５重量％／１５重量％／２０重量％／
１０重量％／２０重量％の割合で水中に分散させた。そ
の濃度は１重量％である。これを抄造し、その後１０５
℃で１時間乾燥してシート状成形材料とした。このシー
ト状成形材料を筒状に巻いてその軸方向に圧縮成形する
ことにより円盤を成形し、周囲に切削加工により歯形を
形成した。この例では、切削加工を容易にするために、
パラ系アラミド繊維チョップの配合を減らし、代わりに
メタ系アラミド繊維チョップを配合している。実施例と
同様に、歯が破壊されるときの押し込み強度を測定した
結果を表１に示す。

【００１６】実施例２ 従来例２と同じ配合成分を、実施例１と同様に水中に分
散し凝集させた成形材料を用いて、実施例１と同様に歯
車を成形した。実施例と同様に、歯が破壊されるときの
押し込み強度を測定した結果を表１に示す。

【００１７】

【表１】

【００１８】表１から明らかなように、本発明に係る実
施例のフェノール樹脂製歯車は、アラミド繊維の含有量
が多く、しかも、アラミド繊維短繊維が歯形に沿って配
列しているので、大きな強度を有している。また、従来
例２と同じ配合成分であっても、これらを水中に分散し
凝集させた成形材料を用いて歯形を金型成形した歯車
は、繊維が歯形に沿って配列しており切断もされていな
いので、従来例２の歯車より大きな強度を有している。

【００１９】

【発明の効果】上述のように本発明に係るフェノール樹
脂製歯車は、補強繊維として従来より多量のアラミド繊
維を含んでおり、しかも、繊維が歯形に沿って配列して
いるので強度が極めて大きくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るフェノール樹脂製歯車の歯形部分
の補強繊維の配列を模式的に示した説明図である。

【図２】歯車の強度を試験する様子を示した説明図であ
る。

【符号の説明】

１は補強繊維

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】補強繊維としてアラミド繊維短繊維を主成
   分とし、歯形が金型成形されたフェノール樹脂製歯車で
   あり、補強繊維が成形圧力により歯形形状に沿って配列
   されていることを特徴とするフェノール樹脂製歯車。
2. 【請求項２】フェノール樹脂成形材料を圧縮成形し歯形
   を金型成形するに当たり、次の工程を経て製造されたフ
   ェノール樹脂成形材料を用いることを特徴とするフェノ
   ール樹脂製歯車の製造法。フェノール樹脂微粒子と補強
   繊維としてアラミド繊維短繊維を主成分とし、これらを
   必須成分として水中に分散させて撹拌し、これらが凝集
   して多数の凝集物が生成したら脱水して乾燥する工程を
   経て製造されたフェノール樹脂成形材料。
3. 【請求項３】アラミド繊維がパラ型アラミド繊維を主体
   とする請求項２記載のフェノール樹脂製歯車の製造法。