JPS59126157A - 繊維補強樹脂製歯形部品およびその製造方法 - Google Patents

繊維補強樹脂製歯形部品およびその製造方法

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JPS59126157A
JPS59126157A JP23316282A JP23316282A JPS59126157A JP S59126157 A JPS59126157 A JP S59126157A JP 23316282 A JP23316282 A JP 23316282A JP 23316282 A JP23316282 A JP 23316282A JP S59126157 A JPS59126157 A JP S59126157A
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JP
Japan
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tooth
resin
long fibers
outer peripheral
shaped
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JP23316282A
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English (en)
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Atsushi Danno
団野 敦
Masao Kitano
正夫 北野
Norio Sato
紀夫 佐藤
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Toyota Central R&D Labs Inc
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Toyota Central R&D Labs Inc
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16HGEARING
    • F16H55/00Elements with teeth or friction surfaces for conveying motion; Worms, pulleys or sheaves for gearing mechanisms
    • F16H55/02Toothed members; Worms
    • F16H55/06Use of materials; Use of treatments of toothed members or worms to affect their intrinsic material properties

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Gears, Cams (AREA)

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】 本発明は歯形面にそって補強用長繊維が埋設された樹脂
製歯形部品およびその製造方法に関するものである。
従来歯車等の歯形部品は主どして金属月料で作られてい
る。この金属製歯形部品は、一般に高強度であり、高負
荷に耐えるため、広い分野に渡って利用されている。し
かし、重いという欠点があり、金属製歯形部品を組み込
んだ機械装置の重量を増すばかりでなく、歯形部品が回
転系の一部として使用される時は、慣性の増大を来たし
、動力消費の増大をもたらす。又、金属製歯形部品は振
動騒音に対する吸収能力が比較的小さいという問題もあ
る。
上記の金属製歯形85品の欠点を克服するものとして、
樹脂製め歯形部品が使用されるようになってきている。
これら樹脂製歯形部品の中には、ガラスや炭素の短繊維
を樹脂中に混合して強化したものもある。これらの樹脂
製歯形部品は、金属製の歯形部品に比べて軽量で振動騒
音が少ない点ですぐれている。しかし歯の強度が著しく
劣るために高負荷の使用に耐えないことが最大の欠点と
なっている。一方、歯形部品の表層部にのみ炭素やガラ
スの長m維で強化した強化層を有する歯形部品が報告さ
れている。しかし、これらの公知歯形部品は、歯の表層
部にのみ補強用長繊維が入れられているのであり、歯の
中央部を含む歯の全域は何ら補強されていない。そのた
めに、歯に曲げ荷重が作用したとき、歯は容易に荷重方
向に弾性たわみを生じる結果、表層部に配した剛性率の
高い補強用長繊維には歯元付近で大きな引張応力に加え
て長繊維と直角方向の引張応力を生じて、長繊維層の破
壊をきたす。即ち、長m維による補強効果を発揮さける
には、表層部のみ補強という部分的な補強では充分でな
く、補強効果を発揮させるには、両全体の曲げ剛性を高
め、歯元4−J近表層部の長繊維に過大な引張応力や長
繊維を直角方向の引張応力を生じない様にすることが必
要である。
本発明は、従来の繊維補強樹脂製歯形部品の改良にかか
るものである。即ち、本発明の繊維補強樹脂製歯形部品
は、外周部に歯車状の歯形を有するml11補強樹脂製
歯形部品であって、少な(ともその外周部には、その外
周面形状にそって長繊維が配向していることを特徴とす
るものである。
ここで第1図に示すように、外周部どは、歯底から半径
方向上一定距離だけ中心にはいったところから歯先まで
の部分をいう。また、中心部とは、外周部の内側の歯車
の部分をいう。
この発明においては、歯の外周面形状にそった表層郡全
体において長繊維がほぼ外周面形状にそった方向に配さ
れているために、即ち、歯の全域に亘り繊維層(長繊維
)を形成するので、歯の曲げ荷重に対抗して、含まれる
すべての高剛性率の長SINが応力を分担するために、
歯の曲げ剛性は大ぎくなって、歯の曲げ変形は減り、歯
元表層部の長繊維に過大な引張応力を生じることなく、
歯を著しく強化する。
本発明のM75維補強樹脂製歯形部品の代表例として、
第1図にその部分断面を示す。本発明の繊維補強樹脂製
歯形部品は、外周面を形成する外周部1と中心軸に近い
中心部2とで構成されている。
この外周部1は、外周面1aにそってほぼ一定の厚さを
持つ層状のもので、この外周部1には、補強用長繊維が
歯形形状にそって外周面1aとほぼ平行に埋設されてい
る。埋設された補強用短繊維は外周部全体にほぼ均一に
樹脂中に分散埋設されているものでもよい。又この外周
部1は、外周面1aの形状にそって配向した長繊維を含
む@11と長m帷を含まない樹脂層12とが半径方向に
交互に形成された層の複合層で形成されているものであ
ってもよい。この場合には、少なくとも長繊維を含む層
11が2層以上あるのが好ましい。外周部1の長繊維を
含まない樹脂層12は、成形時に長繊維を含む層11の
間に介在し、塑性変形を容易にし、成形性を向上させる
働きを持つ。
中心部2は長繊維を含まない層である。この中心部は、
補強用の短!l維を含むものでも、あるいは、全く補強
用短繊維を含まないものでもよい。
この中心部2は、後で説明する製造方法において、外周
部1の塑性変形にともなう円周方向の変形歪を吸収し、
外周部1を一体的に固定保持する働きをする。
外周部1に埋設される補強用長m#41としては、ガラ
ス長繊維、炭素長繊維、高配向剛直樹脂繊維等の高強度
、高弾性を有する長IIA雑を用いることができる。長
I!i維は、フィラメント状のらのでもストラッド状の
ものCもよい。
樹脂は、熱硬化性樹脂でも熱可塑性樹脂でもよい。熱硬
化性樹脂としては、■ボキシ樹脂、不飽和ポリエステル
樹脂等が使用できる。又、熱可塑製樹脂としてはナイロ
ン、ポリエステル、ポリアセタール等の樹脂を用いるこ
とができる。
本発明の繊維補強樹脂製歯形部品の製造方法は、外周部
−のみに長m維が円周方向に配列埋設されている管状樹
脂成形素材を用いる。この成形素材の中心部は長繊維を
含まないことが必要である。本発明ではこの成形素材を
用い:その外周面より絞り加工して、外周部に歯車状の
歯形を形成した中間製品を製造する。絞り加工としては
、金属バイブ等の絞り加工と同一のもので、一端より他
端にそって、歯形を形成する歯形面が深く形成された絞
り加工ダイスに成形素材を挿入し、挿入素材をそのダイ
ス中を通過させることにより外周方向より中心軸方向に
圧縮し、外周面にそって歯形を形成するものである。尚
、この絞り加工は、1個のダイスで中間製品を形成する
ものでも、あるいは、2個以上のダイスを使用し、外周
をダイスにより少しづつ成形して最後に目的とする歯形
形状を持つ中間製品を作るものであってもよい。又、こ
の絞り加工において成形素材が半径方向に圧縮変形され
るが、この際に軸方向に素材が伸びるものでもよい。尚
、軸方向に素材が伸ばされなくするためには、管状樹脂
成形素材の中心方向に材料を流して内径を縮小させるこ
とによって伸びをおさえる。そして中心方向にのみ圧縮
される中間製品を作り出すことができる。尚、この絞り
加工において、外周部は長繊維が円周方向に配列されて
いるために、外周部の円周方向にお【プる伸びおよび伸
縮は全く期待できない。従って、この絞り加工は外周表
面が第1図に示すような歯形に成形する際にその中心部
の樹脂を中心方向又は、軸方向に押し出し、歯形を成形
するものである。成形素材の外周部は第1図に示すよう
に外周面形状にそって、はぼ一定の厚さの外周部が形成
される。尚、外周部が長U&紺を含む層と含まない層の
多層構造でできている場合には、長繊維を含まない樹脂
層において滑りが容易となり、絞り加工が容易となる。
又、中心部の外周部に近い部分は、外周部の成形により
、大きく変形し、中心部の中心軸方向に向かう程、円周
方向における変形の差は小さくなる。
尚、この絞り加工において、管状素材を用いるときは中
心部の中心孔は小さくなる。そのとき中心孔の形状は外
周面の歯形形状にそった形状となり易(、真円に近い中
心孔を持つ中間製品を得ることは比較的困難である。中
心部の中心孔を円形状に成形するためには、絞り加工時
に、適切な直径のマンドレル等を成形素材中心孔に配置
し、マンドレルの外周面にそって、中心孔が成形される
ようにすることもできる。
具体的に絞り加工工程第2図〜第4図で説明する。成形
素材は、第3図に示す第2図のA−A断面より明らかな
ように、円周方向に長繊維が埋設された外層部10と繊
維を含まない内層部20とからなる中心孔30を有する
管状である。この素材の一端をひき抜きダイス(図示せ
ず)に挿入し、外径DI%内径dlを減少させつつ同時
に歯溝11部分の深さを増加させる。この例では、絞り
加工時に同時に軸方向に伸びる。そしてR柊的に、第2
図のB−B断面である第4図に示す外周面に歯形を有す
る外周部1−と中心部2′とで構成される中間製品が作
られる。この絞り加工において、外層部30は埋設され
ている長繊維により円周方向に伸びる事も収縮すること
もできない。従って絞り加工で形成される外周部1″の
外周表面にそった円周方向の良さは加工前の外層部10
の円周方向の長さとほぼ等しくなる。内層部20は中心
軸方向、円周方向および軸と平行な方向に比較的自由に
流動し、外層部10の周長誤差(余剰分)を吸収する。
繊維補強樹脂製歯形部品を熱硬化性樹脂で作る場合にお
いては、管状樹脂成形素材中の樹脂は半硬化状態とする
必要がある。ここで半硬化状態とは、絞り加工の可能な
樹脂変形性を右づると共に、絞り加工時の圧力で樹脂が
ガラス繊維間を流れ、樹脂がガラス繊維より抜り出すこ
とのない程度の粘性を有づる状態をいう。又、熱可塑性
樹脂を使用する場合においては、冷間で絞り加工を行っ
てもよいし、加工性が悪い場合には成形素材を加熱し、
温間で絞り加工を行なってもよい。4qられた棒状の中
間製品は、その後、軸と垂直方向に切断し、外周部に歯
形が形成された歯形部品とする。
この場合に、熱硬化性樹脂を使用づる場合に(よ、切断
工程の前に加熱等で加熱反応を完全に進め完全に硬化し
た後に一切断する必要がある。又、場合においては中心
部の中心孔を切削等で形成したり、時にはキー溝等を成
形した後、中心軸と垂直方向に切断して歯形部品を製造
することができる。
本発明の繊維補強樹脂製歯形部品においては補強用長繊
維が歯形部品の外周面形状にそって歯底の内部域まで埋
設されているために、歯の曲げ剛性が高くなるとともに
、それぞれの補強用長繊維に過大な曲げ引張応力が作用
しないため、歯の機械的強度が非常に強い。このために
、樹脂製歯形部品の欠点である機械的強度の低さを克服
でき、機械的強度の高い、高負荷に耐えられる歯形部品
となる。又、本発明の繊維補強樹脂製歯形部品の製造方
法においては、外周部にその円周方向にそって、長繊維
が埋設された管状素材を用いて、絞り加工づることより
、得られる歯形部品の外周面形状にそって長繊維が配向
した外周部の歯形の形成によって生じる中心方向の大き
な変形歪を、中心部の樹脂層で吸収し、中心部と外周部
とが一体的になった繊維補強樹脂製歯形部品を製造する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の繊維補強樹脂製歯形部品の部分断面図
、第2図は本発明の繊維補強樹脂製歯形部品の製造方法
のの一例を示す絞り加工状態の成形素材の縦断面、第3
図は第2図A−A矢祝断面図、第4図は第2図のB−8
矢祝断面図である。 1・・・外周部     2・・・中心部10・・・外
層部    20・・・内層部11・・・歯溝 待γ1出願人  株式会社豊田中央研究所代理人   
弁理士  大川 宏 同    弁理士  原料 修 同    弁理士  丸山明夫

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)外周部に歯車状の歯形を有する繊維補強樹脂製歯
    形部品であって、少なくともその外周部にはその外周面
    形状にそって長繊維が配向していることを特徴とづる1
    11m補強樹脂製歯形部品。 (2)外周部の中心方向にある中心部はInを含まない
    樹脂で構成されている特許請求の範囲第1項記載の歯形
    部品。 (3)外周部の中心方向にある中心部は短4MMを含む
    繊維補強樹脂で構成されている特許請求の範囲第1項記
    載の歯形部品。 (4)外周部は外周面形状にそって配向した長繊維を含
    む層と、長繊維を含まない樹脂層が半径方向に交互に形
    成された少なくとも3層以上で構成されている特許請求
    の範囲第1項記載の歯形部品。 (5)樹脂は熱硬化性樹脂である特許請求の範囲第1項
    記載の歯形部品。 (6〉樹脂は熱硬化性樹脂である特許請求の範囲第1項
    記載の歯形部品。 (7)外周部のみに長繊維が円周方向に配列埋設されて
    いる管状樹脂成形素材をその外周面より絞り加工して外
    周部に歯車状の歯形が形成された管あるいは棒状中間製
    品を作った後、 該中間製品を軸と垂直方向に切断して一定厚さの歯形部
    品とすることを特徴とする#J&維補強樹脂製歯形部品
    の製造方法。 (8)成形素材の外周部は、外周面形状にそって配向し
    た長繊維を含む層と長繊維を含まない樹脂層が半径方向
    に交互に形成されて少なくとも3層以上で構成されてい
    る特許請求の範囲第7項記載の製造方法。 (9)成形素材を構成づる樹脂は半硬化状態の熱硬化性
    樹脂であり、中間製品を作った後硬化反応を進め硬化し
    た状態で軸と垂直方向に切断する特許請求の範囲第7項
    記載の製造方法。 (10)成形素材を構成する樹脂は熱可塑性樹脂である
    特許請求の範囲第7項記載の製造方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6622814B2 (en) * 2000-08-08 2003-09-23 Koyo Seiko Co., Ltd. Electric power steering device
JP2011025466A (ja) * 2009-07-23 2011-02-10 Toyota Motor Corp 繊維強化樹脂製歯車の製造方法
CN105546092A (zh) * 2014-10-28 2016-05-04 株式会社捷太格特 齿轮以及齿轮的制造方法

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JP2016083892A (ja) * 2014-10-28 2016-05-19 株式会社ジェイテクト 歯車および歯車の製造方法

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