JPS606773B2 - 繊維強化複合材歯車の製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高負荷、高速、低騒音化を図る繊維強化複合材
歯車の製造法に関するものである。

最近、軽負荷用としてプラスチック歯車が普及してきて
いる。現在のところ、短繊維を混入させたプラスチック
歯車は存在しても、連続繊維を用い、繊維の強度を十分
に生かすように意図した歯車は存在していない。従って
、この素材を用いる成形法もないのが現状である。プラ
スチック歯車は金型に樹脂を流し込んで成形する射出成
形が大部分であるが、連続繊維強化の複合材の歯車の成
形では、このような方法はとれない。連続繊維強化の複
合材による歯車が過去に全くないので、示すことができ
ないが、金属のホブ切りを例にとれば、切削であるため
に、多くの時間を要し、さらに精度を上げるためには歯
形の修正を行なわなければならず、かなりの時間を要す
る。

また、フィラメント・ワインデイング（ｆｉｌａｍｅｎ
ｔｗｉｎｄｉｎｇ）成形法によって得られた複合材をホ
ブ切りすると、強化繊維を切ることになり、強度上の問
題を生ずる。

本発明は、上言己の点にかんがみ繊維の強度を有効に使
うために、切断することなく、さらに、運転時の応力分
布に対して、最適に繊維が配向するようにした繊維強化
複合材歯車の製造法を提供することを目的とする。

本発明の繊維強化複合材歯車の製造法は、硝子繊維、炭
素繊維等の強度の優れた連続繊維を強化材とし、樹脂等
をマトリクスとした連続繊維強化複合材を素材とし、こ
の素材を緩めにワインディングして被加工体を成形し、
この被加工体を歯形を有する型枠に入れ、樹脂が流出す
るのを防止しながら前記型枠を回転させて遠心力を生起
し、これによって歯形を成形するようにしたことを特徴
としている。

以下図面を参照して本発明の製造法を説明する。

強化材として硝子繊維あるいは炭素繊維などを用い、マ
トリクスとして例えば不飽和ポリエステル樹脂などの樹
脂を用いる場合について述べる。

第１図は半硬化状態のフィラメント・ワインディング材
を得る装置を示すもので、図において１は強化材２を巻
きつけてあるドラムで、自由回転が可能に支持されてい
る。３は強化材２の張力を一定に保つ装置で、スプリン
グ３ａとデットゥェィト３ｂとで構成されている。

４は樹脂５を含浸させるための槽で、この糟４内の樹脂
には各ローラ６によって、強化材２が案内される。

７は樹脂５中を通ってきた強化材２に付着している樹脂
量を制御するスリット部で、このスリット部７のクリア
ランスを調整することによって強化体含有率を調整する
ことができる。

８はモータ９によって回転されるマンドレルで、このマ
ンドレル８１こは一定量の樹脂５を付着させた強化材２
が巻き付けられてフィラメント・ワインディング材１０
が形成されている。

これまでの説明は普通のフィラメント・ワインディング
の成形方法である。次に前述により成形されたワインデ
ィング材１０を歯形に創成するが「 ワインディング材
１０の樹脂の肉もちを良くすると共にその流出を防ぐた
めに、第２図に示すようにワインヂィング材１０の最外
周にサーフエースマット層１１を形成しておくことが良
い。

次に本発明に用いられる遠心成形装置を第３図について
説明する。

図において１２は歯形創成用の型枠で、この型枠１２に
取付けられる歯車１２ａの形は、第４図に示すように強
化材２である繊維と樹脂マトリクスの組合せによって硬
化収縮率が異なることから、それに応じて、成形品より
も大き目にしておくことが必要である。

この型枠１２の中にワインディング材１０をマンドレル
８ごと入れる。この型枠１２の両端を歯形断面をした端
板１３で押えこむ。′この端板１３はばね１４を介して
固定板１５にとりつけられている。回転前のばね１４は
圧縮されており、ワインディング材１０が型枠１２の歯
面に沿って移行する分だけ、押し込む形となる。固形板
１５は軸１６もこキーなどによって固定されている。軸
６の端部は軸受１７で支持されている。１８は増速機構
、１９は電動機である。

この例では増速機構１８が歯車列で示されているが、鶏
段変速できると一層よい。また、ワインディング材１０
の圧縮をばね１４で示しているが、これは油圧を用いて
もよい。図に示す状態において、電動機１９により型枠
１２を回転させて遠心力を生じさせると、ワインディン
グ材１０の繊維が型枠１２の歯形に沿って配向され、所
期の複合材歯車の原形ができる。さらにこれを、電気炉
に入れ、硬化させた後、型枠１２から取り出せば、歯車
の断面をした棒ができあがり、これを所定の厚さに切断
すれば、繊維強化複合材歯車を完成することができる。
このような方法で成形された歯車は、強度上からは申し
分なく、軽量で騒音の少ない、かつ伝達能力の十分なも
のとなる。

なお上述の例は、平歯車の成形の場合であるが、型枠１
２の歯形を種々変えることによってィンベラ、ねじ等の
成形も可能である。

以上詳述したように、本発明によれば、遠心法の応用に
よる成形法によって強化繊維が応力に対して最適に配設
され、高負荷に対しても十分に耐えうる歯車を成形する
ことができる。

また工程が非常に簡単なため、熟練を必要としない。さ
らに原動機の回転力を利用するために、工程の短縮化が
可能であり、量産に最適である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に用いられる複合材成形用のフィラメン
ト・ワインディング装置の構成を示す図、第２図は本発
明に使用する半硬化状態のワインディング材の端面図、
第３図は本発明に用いられる遠心成形装置の一例を示す
図、第４図は第３図の遠心成形装置に使用する型枠の斜
視図である。 ２……強化材、５……樹脂、１０……フィラメント・ワ
インデ、イング材、１２……型枠。 弟ｌ図第２図 発３図 分４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 強度の優れた連続繊維を強化材とし、樹脂等をマト
   リクスとした連続繊維強化複合材を素材とし、この素材
   を緩めにワインデイングして被加工体を成形し、この被
   加工体を歯形を有する型枠に入れ、樹脂が流出するのを
   防止しながら前記型枠を回転させて遠心力を生起し、こ
   れによって歯形を成形するようにしたことを特徴とする
   繊維強化複合材歯車の製造法。