JPS58168527A - 繊維強化プラスチツク製歯車の製造方法 - 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】 本発明は軽量で耐久性にすぐれた繊維強化プラスチツク
製歯車（以下ＦＲＰ製歯車と呼ぶ）の製造方法に関する
ものである。

近年設計技術、製造技術の進歩によりプラスチック製歯
車の応用範囲は拡大しつつある。プラスチック製歯車材
料としては現在フェノール積層品、ナイロン、ポリアセ
タールなどがあるが、これらは機械的強度、弾性率が低
いうえに疲労特性、摩耗特性においても十分でないため
高負荷、高速、高温の条件下では使用できない欠点があ
る。

そのため炭素繊維、ガラス繊維等の短繊維を樹脂中に混
入させたものが工夫されているが、これら、のものも強
度、弾性率が低く上述した条件下では使用不可能である
。

これに対し炭素繊維、ガラス繊維、ケブラー繊維（米国
ディボン社の商品名）等の連続繊維と、熱硬化性樹脂ま
たは耐熱性のすぐれた熱可塑性樹脂を組合わせて製作し
た繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）は■軽量で強度、弾
性率が高い、■酸およびアルカリに対し耐食性がある、
■疲労強度が高い、■振動減衰性が良い、■摩耗特性に
すぐれている、等の長所があり、さらに歯車として使用
する場合自己潤滑性があるため注油の必要がない、騒音
の防Ｉ］二にもなる等の特徴も合わせもっている。

しかしながら連続繊維を使用したＦ　ＲＰは繊維の配向
により強度、弾性率、熱膨張係数に極端な異方性を有す
るため歯車を製作する場合、この異方性について考慮す
る必要がある。例えば熱膨張係数の異方性のため熱応力
により積層硬化するだけでクラックおよび変形が発生す
ることもあるし、強度、弾性率の異方性のため穴あけ加
工、キー溝υ口丁、歯切、両所においてＦＲＰが欠けた
り、めくれが発生したり、クラックが発生する等のトラ
ブルをおこすこともある。

このような補強繊維の配向による異方性をなくすためＦ
ＲＰ製歯車用積層板では繊維の方向を一定角度づつずら
して積層し、同一面内ではどの方向の強度、弾性率とも
等しいいわゆる擬似等方性にすることにより熱応力によ
るクラックを防止したり、機械加工に対しより安定にし
、負荷に対しても各々の歯に等しい応力がかかるように
工夫されている。

（３） しかしこのような積層方法は長時間を要しなおかつ正確
に一定角度づつずらせるのは非常に難かしいという欠点
がある。

又材料の有効利用という観点からみても正方形の積層品
を製作した場合歯車の周囲の余裕部分およびシャフト穴
部が材料ロスとなり、多い場合には材料は製品歯車の約
２倍も必要となることもある。それに加えてＦＲＰは機
械加工が非常に困難であり加工する部分が多いと加工時
間がかかるばかりでなく工具の消耗も激しくなる。

本発明は、上述した欠点を解消し、軽量で騒音防止効果
があり、劇摩耗性にすぐれしかも製作が容易なＦＲＰ製
歯車の製造法を提供するものである。すなわち本発明は
、樹脂含浸した編組状捷たは組みひも状配向の筒型補強
繊維束の外周部にて凹凸を作ることにより山谷部を軸方
向に連続させて形成し、これらをその軸方向に加熱圧着
させることにより歯車用積層板を成形し、その後積層板
の機械加工を行なうことにより容易に高強度で軽量のＦ
ＲＰ製歯車を製作することを特徴とするも（４） のである。

以下本発明について図面を用いて詳細に説明する。第１
図は本発明のＦＲＰ製歯車の素材となる樹脂含浸した編
組状または組みひも状に形成された筒型補強繊維束の拡
大図を示している。補強繊維としては炭素繊維、ガラス
繊維、ケブラー繊維等があげられる。これら繊維束は衣
料加工および電線製造で使用される編組機および組みひ
も製造機により容易に製作できる。繊維束の編み角度θ
および密度は繊維束径、打込み本数、編み速度を変える
ことにより任意に選択できるが、補強効果を上げるため
にはできるだけ密に編むことが必要である。また含浸す
る樹脂としてはエポキシ、フェノール、ポリエステル、
ポリイミド等の熱硬化性樹脂またはポリスルフォン、ポ
リエーテルスルフォン等の耐熱性のすぐれた熱可塑性樹
脂が用いられる。

第２図は樹脂含浸した筒型補強繊維束の外周を凹凸させ
ることにより山谷部を連続して形成する方法を示す概略
図である。繊維束を縮める部分Ａを軸方向に等間隔にと
りＡ１よりＡ２．Ａｌ・・・・Ａｎと順次縮めていくこ
とによりその間の部分Ｂは繊維束が編組状あるいは組み
ひも状になっているため自然にふくらんで連続的に山谷
部を形成することができる。第３図は上記方法で製作し
た連続の山部Ｂ、谷部Ａを示す断面図であり、繊維束の
径を適当に選択することにより内径部Ａ、外径部Ｂの寸
法を決めることができる。

第４図は本発明のＦＲＰ製歯車用積層板の成形方法を示
す断面図であり、（１）は第３図に示した山谷部を有す
る繊維束、（２）〜（５）は繊維束を加熱圧着成形する
ための金型を示している。すなわち山谷部を有する樹脂
含浸した繊維束（１）を、中芯（２）にその束軸方向を
通し装着し、下型（３）および積層板の厚さをコントロ
ールするスペーサー（４１をセットし、次に上型（５）
をかぶせホットプレスにて上下面より加熱、加圧するこ
とにより繊維束（１）を圧着させることができＦＲＰ製
歯車用の積層板を容易に製作することができる。

次に上記方法で製作した積層板を内外径、歯切、両所、
キー溝加工等の機械加工を行ないＦＲＰ製歯車を得るこ
とができる。第５図は本発明によるＦＲＰ製歯車の一部
と繊維配向（６）を示す図である。

すなイつち繊維はお互いにからみあっており、機械加工
に対しめくれ、はがれが生じにくくなっているばかりで
なく、歯（８）を補強する配向でもあるため高強度であ
り、耐熱性樹脂を使用すれば高負荷、高速、高温中でも
使用できるし、歯の表面に繊維断面が露出する割合が多
いため他の配向の場合に比べ耐摩耗性が優れているとい
う特徴を有する。

その他に軽量で騒音防止効果をもち、自己潤滑性がある
ため注油の必要がない等の特徴もあり、従来品に比べそ
の適用範囲も広い。

以上述べた他に本発明の方法によれば、材料ロスを非常
に少なくすることができ成形が簡単であり、機械加工時
間を短縮することができるため、安価で高性能なＦＲＰ
製歯車を提供することができる。また補強用繊維として
炭素繊維を使用した場合繊維束を用い山谷部を形成する
とき他の繊維にはみられない繊維のすべり易さおよびか
たさが（７） （８）・・・歯 あり、本発明の製造法には炭素繊維は最適といえる。ま
た炭素繊維は強度、耐摩耗性、自己潤滑性がすぐれてい
る反面、高価格であるため本発明により材料ロスを少な
くできることは非常に有利となる。更に性質の異なる二
種以上の繊維を組合わせることにより低価格で耐衝撃性
および機械加工性のすぐれたＦ　ＲＩ）製歯車を得るこ
とも可能である。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すものであり、第１図は本発
明のＦ　Ｒｌ）製歯車の素材きなる編組状または組みひ
も状に形成された筒型繊維束の拡大図、第２図は樹脂含
浸した筒型繊維束の外周にて山谷部を形成する方法を示
す概略図、第６図は山谷部を形成した繊維束の断面図、
第４図はＦ　Ｉｔ　Ｐ製歯車用積層板の成形方法を説明
する図、第５図は本発明による歯車の一部を夫々例示し
ている。 （１）・・・樹脂含浸した山谷部を有する繊維束、（２
）・・・中芯、（３）・・・下型、（４）・・・スペー
サー、（５）・・・上型、（６）・・・繊維配向、（７
）・・・キー溝、（８） 代理人　弁理士　　吉　竹　昌　司

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂を含浸した編組状
   又は組ひも状配向の筒型補強繊維束の外周部にて凹凸か
   らなる山谷部を軸方向に連続して形成しこれらをその軸
   方向に加熱圧着せしめることにより積層板を形成しその
   後機械加工を行ない歯車を製作することを特徴とする繊
   維強化プラスチツク製歯車の製造方法。
2. （２）補強繊維束が炭素繊維束からなる特許請求の範囲
   第（１）項記載の繊維強化プラスチツク製歯車の製造方
   法。 （ロ）補強繊維束が２種以上の繊維の組合わせの繊維束
   からなる特許請求の範囲第（１）項記載の繊維強化プラ
   スチツク製歯車の製造方法。