(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
台座と、この台座上に設置される中空下圧縮型と、この中空下圧縮型の外周と密接する筒状金型と、前記中空下圧縮型と対向配置され、筒状金型の内部へと挿抜される中空上圧縮型とを備え、前記中空下圧縮型が、その内部に、台座に立設した下弾性体により下面を支持されるブッシュ支持台を有すると共に、内周壁に、前記ブッシュ支持台の下弾性体伸縮による下降を阻止する段部が設けられ、前記筒状金型が、その内部に、ブッシュ支持台に載置されるブッシュの上面に設置される上支持台を有し、中空上圧縮型が、その内部に、上弾性体により上面を支持され、下面が上支持台の上面に離接する押下部材を有すると共に、内周壁に、前記押下部材の上弾性体伸縮による上昇を阻止する段部が設けられる抄造圧縮機。
【請求項２】
請求項１において、上支持台が、その上面を円錐形とする抄造圧縮機。
【請求項３】
請求項１又は２において、更に、短繊維の補強繊維を分散させたスラリ吐出口を有するスラリ注入管を備え、このスラリ注入管が、上支持台と押下部材との離間時にのみ、この離間空間に配置され、前記スラリ吐出口が、上支持台中央部の直上に位置する抄造圧縮機。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れかにおいて、下弾性体と上弾性体とが、同じバネ定数を有するバネである抄造圧縮機。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れかにおいて、中空下圧縮型の段部と、中空上圧縮型の段部との位置が、中空下圧縮型の段部とブッシュ支持台とが当接した際の、中空下圧縮型の上端からブッシュ厚み方向中心迄の距離と、中空上圧縮型の段部と押下部材とが接した際の、中空上圧縮型の下端からブッシュ厚み方向中心迄の距離とを、等しくする位置である、抄造圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂製回転体成形用素材を製造する、抄造圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
補強用繊維基材を用いた樹脂製回転体は、耐久性能に優れ、車輌用部品、産業用部品等に用いられる樹脂製歯車等の樹脂製回転体として好適に用いられている。
樹脂製歯車を成形するための補強用繊維基材としては、筒状に織られた又は編まれた筒状体を、端部より裏返しながら巻き込みドーナツ状に形成した補強用繊維基材が、特許文献１に記載されている。特許文献１には、この補強用繊維基材に樹脂を含浸して、歯部を形成した樹脂製歯車も記載されている。
更に、特許文献１には、補強用繊維基材と金属製ブッシュに設けた抜け止めとの結合強度を向上させるために、成形金型内で２つの補強用繊維基材を、金属製ブッシュを間に介して２段に重ねることが、記載されている。
【０００３】
前述したドーナツ状の補強用繊維基材と異なるものとしては、熱硬化性樹脂と短繊維の補強繊維とにより作製した抄造シートをプレス抜きし、この抄造シート素形体を複数枚積層して、成形金型内で加熱加圧成形する樹脂製歯車の製造法が、特許文献２に記載されている。
【０００４】
これら樹脂製歯車は、２つの補強用繊維基材の重ね合わせ界面や、抄造シート素形体の積層界面に、繊維の絡み合いが殆どなく、使用用途によっては、積層面で剥離が発生し易いという問題がある。
また、補強用繊維基材と金属製ブッシュとの結合強度が不足する問題もある。これらのことから、使用用途によっては、樹脂製歯車の耐久性が不足する心配がある。
【０００５】
これらの問題解決のために、短繊維の補強繊維を用いて抄造法による金型で短繊維の集積体を作ることも提案されている。
特許文献３には、短繊維の補強繊維と熱硬化性樹脂の混合スラリとを、透水性金型内で加圧又は減圧脱水して、短繊維と熱硬化性樹脂の集積体を得る製造法が開示されている。
しかし、水に分散できる樹脂は、流動性が低く、樹脂と繊維界面での濡れが不充分なために実用に耐える耐久性が得られない。
【０００６】
また、特許文献４には、流体流出口を有する成型金型で短繊維の充填、更に樹脂注入も同一の金型で行って加熱加圧をし、繊維強化樹脂複合体を形成する方法が開示されている。
しかし、この方法では、樹脂製回転体の中央部に金属製ブッシュを配置することが難しく、また、注入した樹脂が金網等からなる成形金型全体に洩れて、硬化後に成形物を取り出すことが容易にはできない上に、成形金型は目詰まりするために、回数を重ねての使用ができなくなる難点がある。
【０００７】
特許文献５には、短繊維の集積体として、抄造法により得られる円筒状に継ぎ目なく成形された補強用繊維基材を、成形金型内で加熱加圧成形する、樹脂製歯車の製造法が開示されている。
しかし、この特許文献５においても、補強用繊維基材と金属製ブッシュとの結合強度を向上させる方法については、一切開示されていない。
【０００８】
前述した特許文献３〜５の問題点を解決するものとして、抄造法により、金属製ブッシュの外周部の周囲に短繊維の補強繊維を集積させてブッシュの外周部を囲む補強繊維集積体を成形後、補強繊維集積体を回転軸の軸線方向である上下方向から、プレスを駆動して圧縮し、補強用繊維基材の成形を、同一の金型及び装置で作製する方法が、特許文献６に示されている。
このような方法であれば、抄造時に熱硬化性樹脂を用いることなく、抄造後に熱硬化性樹脂を含浸させるので、樹脂と繊維界面での濡れについての問題がなく、樹脂製回転体の中央部に、容易に金属製ブッシュを配置できて樹脂漏れの心配がなく、補強用繊維基材と金属製ブッシュとの結合強度も向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００１−２９５９１３号公報
【特許文献２】特開平１１−２２７０６１号公報
【特許文献３】特開２００１−１４１３号公報
【特許文献４】特開２００５−９６１７３号公報
【特許文献５】特開２００７−１３８１４６号公報
【特許文献６】特開２００９−２５０３６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献６に示されるものは、多軸が可動する圧縮機を用いることでブッシュの回り止めを中心にした圧縮成形が可能となるものの、ブッシュを中心に軸線方向に対して上下から独立して駆動する圧縮機で補強繊維集積体を加圧圧縮する場合に、上下方向から相互に押合うため圧縮機の能力を相殺しあい、補強繊維集積体自体にかかる加圧力を得るために、２倍以上の能力を有する圧縮機が必要となるため、効率が悪くなる。
また、このような多軸が駆動する圧縮機では、圧縮機の構造が複雑になり、サイズが大きくなるため、設備が高価になるという問題点もある。
【００１１】
本発明は、効率が悪く、高価な多軸駆動圧縮機を用いることなく、上または下側の片方だけが駆動する単軸圧縮機を使用し、且つ、ブッシュを中心とし軸線方向上下から圧縮する効果を得ることを可能とする抄造圧縮機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は以下のものに関する。
（１）台座と、この台座上に設置される中空下圧縮型と、この中空下圧縮型の外周と密接する筒状金型と、前記中空下圧縮型と対向配置され、筒状金型の内部へと挿抜される中空上圧縮型とを備え、前記中空下圧縮型が、その内部に、台座に立設した下弾性体により下面を支持されるブッシュ支持台を有すると共に、内周壁に、前記ブッシュ支持台の下弾性体伸縮による下降を阻止する段部が設けられ、前記筒状金型が、その内部に、ブッシュ支持台に載置されるブッシュの上面に設置される上支持台を有し、中空上圧縮型が、その内部に、上弾性体により上面を支持され、下面が上支持台の上面に離接する押下部材を有すると共に、内周壁に、前記押下部材の上弾性体伸縮による上昇を阻止する段部が設けられる抄造圧縮機。
（２）項（１）において、上支持台が、その上面を円錐形とする抄造圧縮機。
（３）項（１）又は（２）において、更に、短繊維の補強繊維を分散させたスラリ吐出口を有するスラリ注入管を備え、このスラリ注入管が、上支持台と押下部材との離間時にのみ、この離間空間に配置され、前記スラリ吐出口が、上支持台中央部の直上に位置する抄造圧縮機。
（４）項（１）乃至（３）の何れかにおいて、下弾性体と上弾性体とが、同じバネ定数を有するバネである抄造圧縮機。
（５）項（１）乃至（４）の何れかにおいて、中空下圧縮型の段部と、中空上圧縮型の段部との位置が、中空下圧縮型の段部とブッシュ支持台とが当接した際の、中空下圧縮型の上端からブッシュ厚み方向中心迄の距離と、中空上圧縮型の段部と押下部材とが接した際の、中空上圧縮型の下端からブッシュ厚み方向中心迄の距離とを、等しくする位置である、抄造圧縮機。
【００１３】
上記の抄造圧縮機は、次のような樹脂製回転体成形用素材の製造法に用いる。
すなわち、回り止めのための突出部が外周部に径方向に突出して形成され中央が回転中心となるブッシュを用意し、前記回転中心の軸心方向を上下方向として、前記ブッシュの外周部に短繊維の補強繊維を集積する。そして、この補強繊維の集積体を、前記回転中心の軸心方向に圧縮して、ブッシュの外周部に繊維基材を形成する樹脂製回転体成形用素材の製造法に用いる。
【００１４】
前記の製造法において、ブッシュを軸心方向の両側から弾発的に支持した状態で、軸心方向の一方側から移動する圧縮型と他方側に固定した圧縮型の間で補強繊維の集積体を所定厚さになるまで圧縮して繊維基材とする。この圧縮工程においては、軸心方向の両側から弾発的に支持するブッシュの軸心方向の動きを、前記移動圧縮型と固定圧縮型とに対して自由とし、軸心方向両側からの弾発力を均衡させるものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、抄造法によりブッシュ外周部に集積させた補強繊維集積体を、上または下側の片方だけが駆動する単軸圧縮機により、圧縮成形することができる。
上支持台の上面が、円錐形のものを使用した場合には、ブッシュの周囲に均一にスラリを供給することができ、結果として、ブッシュ外周部の繊維密度を均一にすることができる。
スラリ注入管を備えたものは、このスラリ注入管が、上支持台と押下部材との離間時にのみ、離間空間に配置されるので、圧縮時に妨げとなることがなく、吐出口を上支持台中央部の直上に位置させることで、ブッシュ外周部の繊維密度を、より均一にすることができる。
下バネと上バネとのバネ定数を同じにした場合は、上方からの圧縮と、下方からの圧縮とが、等しい速度でなされ、上下方向における繊維密度のばらつきを、低減することができる。
【００１６】
中空下圧縮型の段部と、中空上圧縮型の段部との位置が、中空下圧縮型の段部とブッシュ支持台とが当接した際の、中空下圧縮型の上端からブッシュ厚み方向中心迄の距離と、中空上圧縮型の段部と押下部材とが接した際の、中空上圧縮型の下端からブッシュ厚み方向中心迄の距離とを、等しくする位置である場合は、ブッシュ厚み方向の中心から、上下方向に等しい厚みの繊維基材層を形成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の抄造圧縮機で製造された樹脂製歯車の縦断面図である。
【図２】図１に示す樹脂製歯車の金属製ブッシュを示すものであり、（Ａ）は平面図を示し、（Ｂ）は突出部の拡大縦断面図を示す。
【図３】本発明の抄造圧縮機の動作を示す概略工程図である。
【図４】（Ａ）はブッシュと一体化した樹脂製回転体成形用素材の縦断面図を示し、（Ｂ）は抄造圧縮機の縦断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
＜抄造圧縮機＞
本発明の抄造圧縮機は、例えば、図３に示すように、台座２１、中空下圧縮型１３、筒状金型９、中空上圧縮型１２を備える。
また、前記中空下圧縮型１３は、その内部にブッシュ支持台１０、下弾性体１８を、前記筒状金型９は、その内部に上支持台１１を、前記中空上圧縮型１２は、押下部材１４、上弾性体１７を備えている。
以下、個々の部材に関し、詳細に説明する。
【００１９】
（台座）
台座は、抄造圧縮機全体を支えるものであり、直接的には、その上面に中空下圧縮型が載置されるものであり、荷重による歪みが少なく、水平載置できるものであれば、特に制限されるものではない。
台座の材質は、特に限定されるもではないが、ステンレス、炭素鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム合金等を用いることができ、耐食性の観点からステンレスを用いることが好ましい。
台座の大きさは、特に制限されるものではないが、台座の水平面の投射領域内に、抄造圧縮機の全体が入るようにすることで、設置場所の選定が行いやすくなる。
また、台座には、剛性を保てる範囲内にて、重量を軽くするための、ザグリ、貫通孔を設けることもできる。
【００２０】
（中空下圧縮型）
中空下圧縮型は、前述した台座の上面に設置されるものであり、設置方法としては、ボルト固定、溝固定、嵌合固定、溶接等、各種方法を用いることができ、分解の容易性から、ボルト固定することが好ましい。
中空下圧縮型は、その内部に、上下方向に開放される中空部分を有しており、この中空部分に、ブッシュをその上面に載置するブッシュ支持台を配置する。
【００２１】
ブッシュ支持台は、その下面を、台座に立設した下弾性体により支持され、弾性体の伸縮により、台座からの高さを変化させることができる。尚、下弾性体は、直接台座に立設するばかりでなく、間接的に台座に立設しても良い。更に、下弾性体は、複数設置しても良い。
下弾性体は、先に述べたように、伸縮によりブッシュ支持台の高さを変化させるものであれば良く、コイルバネ、皿バネ、板バネ、天然・合成ゴムの成形体等を用いることができるが、弾性体に高い圧縮力がかかる使用条件では、耐久性の面でバネが好ましい。バネの材質は、特に制限されないが、耐食性に優れるステンレスや防錆処理が施されたバネが好ましい。ゴム製のバネ等を用いることもできる。
【００２２】
ブッシュ支持台は、その上面にブッシュを載置するものであり、ブッシュの位置ずれを防止する溝が掘られているものを、好ましく用いることができる。また、ブッシュが磁性体であれば、溝の代わりに磁石を用いることもできる。
また、ブッシュ支持台と、下弾性体との接続は、接着又は固着させても良いが、ブッシュの種類に応じてブッシュ支持台を交換できるように、脱着自在に接続することが好ましい。
【００２３】
中空下圧縮型と、ブッシュ支持台との関係は、少なくともブッシュ支持台の一部が、水平方向から見て、中空下圧縮型の中空部分に入り込んでおり、弾性体の伸縮により、中空部分への挿入量が変化するようになっている。通常の運転時において、ブッシュ支持台が、弾性体の伸張により、水平方向から見て、中空下圧縮型の中空部分から離れるものは、弾性体の縮みにより、ブッシュ支持台が中空下圧縮型内へと戻る際に、位置ずれを起こす可能性があり、実用的ではない。
【００２４】
中空部分を形成する中空下圧縮型の内壁には、段部を設ける。段部は、ブッシュ支持台の下部と当接することにより、下弾性体の伸縮によるブッシュ支持台の下降を阻止するものであり、中空部分の内径を変化させるか、内壁に突起を設けることで形成することが好ましい。
尚、段部は、必ずしも内壁の全周にわたって設ける必要はなく、内壁の一部に設けることもできるが、一部に設ける場合は、ブッシュ支持台の水平を維持するため、等角度間隔で、三箇所以上に設けることが好ましい。具体的には、中空部分を、上下の開放されているところから見て、１２０度間隔に三箇所、９０度間隔に四箇所、６０度間隔に六箇所の段部を設けることができる。
【００２５】
段部の位置は、最終的な補強繊維集積体の厚みにより変化させることができるが、ブッシュ厚み方向の中心から、上下方向に等しい厚みの繊維基材層を形成できることが好ましく、具体的には、中空下圧縮型の段部と、後述する中空上圧縮型の段部との位置が、中空下圧縮型の段部とブッシュ支持台とが当接した際の、中空下圧縮型の上端からブッシュ厚み方向中心迄の距離と、中空上圧縮型の段部と押下部材とが接した際の、中空上圧縮型の下端からブッシュ厚み方向中心迄の距離とを、等しくする位置とすることが好ましい。
【００２６】
中空下圧縮型の上面は、中空部分の上部開放箇所を除いた部分が、後述するスラリを投入する部分になる。そのため、中空下圧縮型の上面には、スラリ中の液分を排出する排出口を設けることが好ましく、この排出口に真空吸引するポンプを接続することが、更に好ましい。このような中空下圧縮型を用いた場合には、抄造時間をより短縮することが可能となる。
【００２７】
（筒状金型）
筒状金型は、上下に開放された開口を有しており、下側の開口には、中空下圧縮型が、その外周と密接するように挿入され、スラリが金型外部に漏れないようにしている。尚、上側の開口には、後述する中空上圧縮型が、挿入される。
筒状金型の材質は、熱膨張率等を考慮し、更に圧縮歪み率を同様にする必要があるため、中空下圧縮型と同じものを使用することが好ましい。
筒状金型の上下方向長さは、特に制限されるものではないが、少なくともスラリ投入時に、規定量のスラリを入れて、漏洩しないだけの高さがあれば良い。
【００２８】
筒状金型の内部には、上支持台が配置されている。上支持台は、ブッシュ支持台に載置したブッシュの上面に位置するもので、その下面は、ブッシュ支持台の上面にて説明したように、ブッシュの位置ずれを防止する溝が掘られているものを、好ましく用いることができる。また、ブッシュが磁性体であれば、溝の代わりに磁石を用いることもできる。
上支持台の上面は、特に限定されるものではないが、スラリを投入した際に、ブッシュ周囲に均等にスラリ中の短繊維が分散するように、上側に凸となる円錐形状とすることが好まく、表面に螺旋状の溝を設けることもできる。螺旋状の溝を設けた場合には、スラリが渦を巻くように流れ、分散性をより向上させることができる。
上支持台は、位置ずれを起こさない限り、ブッシュ上面に対し、固定する必要はなく、単純に載置するだけでも良い。
【００２９】
（中空上圧縮型）
中空上圧縮型は、中空下圧縮型と、対向配置され、筒状金型の上側開口に挿入される。中空上圧縮型の外周と、筒状金型の内壁とは、中空上圧縮型の挿入時に密接し、スラリの漏洩を阻止する。
また、中空上圧縮型の材質は、熱膨張率等を考慮し、更に圧縮歪み率を同様にする必要があるため、中空下圧縮型及び筒状金型と同じものを使用することが好ましい。
【００３０】
中空上圧縮型は、その中空部分に、押下部材を有しており、この押下部材が、上支持台に当接する。押下部材は、その上面を上弾性体により支持されており、弾性体の伸縮により、押下部材の位置を変化させる。
上弾性体は、先に述べた下弾性体と、同じものを用いても、異なるものを用いても良いが、中空下圧縮型を加熱したり、弾性体に高い圧縮力がかかる使用条件では、耐久性の面でバネが好ましい。また、上弾性体と下弾性体を、共に同じバネ定数を有するバネとすることが好ましく、このようにすることで、上方からの圧縮と、下方からの圧縮とが、等しい速度でなされ、上下方向における繊維密度のばらつきを、低減することができる。
また、押下部材と、上弾性体との接続は、接着又は固着させても良いが、ブッシュの種類に応じて押下部材を交換できるように、脱着自在に接続することが好ましい。
【００３１】
中空上圧縮型と、押下部材との関係は、少なくとも押下部材の一部が、水平方向から見て、中空上圧縮型の中空部分に入り込んでおり、弾性体の伸縮により、中空部分への挿入量が変化するようになっている。通常の運転時において、押下部材が、弾性体の伸張により、水平方向から見て、中空上圧縮型の中空部分から離れるものは、弾性体の縮みにより、押下部材が中空上圧縮型内へと戻る際に、位置ずれを起こす可能性があり、実用的ではない。
【００３２】
中空部分を形成する中空上圧縮型の内壁には、段部を設ける。段部は、押下部材の上部と当接することにより、上弾性体の伸縮による押下部材の上昇を阻止するものであり、中空部分の内径を変化させるか、内壁に突起を設けることで形成することが好ましい。
尚、段部は、必ずしも内壁の全周にわたって設ける必要はなく、内壁の一部に設けることもできるが、一部に設ける場合は、押下部材の水平を維持するため、等角度間隔で、三箇所以上に設けることが好ましい。具体的には、中空部分を、上下の開放されているところから見て、１２０度間隔に三箇所、９０度間隔に四箇所、６０度間隔に六箇所の段部を設けることができる。
【００３３】
段部の位置は、中空下圧縮型の段部にて述べたように、中空下圧縮型の段部と、後述する中空上圧縮型の段部との位置が、中空下圧縮型の段部とブッシュ支持台とが当接した際の、中空下圧縮型の上端からブッシュ厚み方向中心迄の距離と、中空上圧縮型の段部と押下部材とが接した際の、中空上圧縮型の下端からブッシュ厚み方向中心迄の距離とを、等しくする位置とすることが好ましい。
【００３４】
中空上圧縮型の下面は、温度調整可能なことが好ましく、加圧圧縮時に加熱することで、短繊維に付着した液分を素早く乾燥させることができる。
温度調整は、可変抵抗を用いたヒータの抵抗値を変化させるか、単純にヒータのＯＮ−ＯＦＦによる制御を行うものであっても良い。
【００３５】
（スラリ注入管）
本発明の抄造圧縮機は、必要に応じて、スラリを注入する、スラリ注入管を備えることができる。スラリ注入管は、一端からスラリを注入し、他端のスラリ吐出口よりスラリを吐出する。
スラリ注入管は、上支持台の直上に、スラリ吐出口が配置されれば良く、上支持台の上面を円錐形状にした場合には、その円錐の頂部直上に、スラリ吐出口が位置するようにする。
また、スラリ注入管は、常時上支持台の直上に配置されると、抄造圧縮できないので、上支持台と押下部材の離間時にのみ、この離間空間を用いて配置するようにする。
短繊維の補強繊維をスラリで供給するのではなく、気流により乾式で供給するようにしてもよい。
【００３６】
＜ブッシュ＞
先に述べたように、ブッシュ支持台と、上支持台の間には、ブッシュが挟持される。以下、ブッシュについて詳細に述べる。
ブッシュは、繊維基材の径方向中心に位置し、最終的に所望するものが樹脂製歯車であれば、回転軸に固定されて、使用される。尚、ブッシュの材質は、特に限定されるものではないが、強度を考えると、金属製のものが好ましい。
【００３７】
図１は、模式的に示した樹脂製歯車の縦断面図である。この樹脂製歯車１は、図示を省略する回転軸に固定されて回転する、金属製ブッシュ２を備えている。金属製ブッシュ２の中央部には、図示を省略する回転軸が嵌合される貫通孔３が形成されている。
また、金属製ブッシュ２の外周部には、複数の回り止め部を構成する突出部４Ａが、周方向に所定の間隔をあけて一体に形成されている。この間隔は、適宜決定されるものであるが、金属製ブッシュ２の中心部から見て、等角度間隔に設けることで、抜けに対する強度を均一にすることができる。
尚、金属製ブッシュ２は、軸が一体に形成されているものでもよい。
【００３８】
金属製ブッシュ２について、具体的な一例を挙げて説明すると、複数の突出部４Ａの軸線方向に測った厚み寸法：Ｌ２は、金属製ブッシュ２の軸線方向に測った厚み寸法：Ｌ１よりも小さい。そして回り止め部を構成する突出部４Ａは、頂部の厚さが厚く基部の厚さが薄いアンダーカット形状である。このアンダーカットは、周囲の樹脂成形部分との界面にて、界面破壊が生じ、金属製ブッシュ２のみが空回りするのを阻止するもので、金属製ブッシュ２の回転軸方向断面での角度θが、５〜４０°のものを用いている。
【００３９】
回転方向への負荷に耐える回り止め部の作用を高めるためには、図２に示すように、回り止め部となる突出部４Ａは、少なくとも高さｈ１の突出部４Ａと、二つの突出部４Ａ間に形成されて高さｈ２の底部を有する凹部４Ｂとが、交互に配列されたものが好ましい。このようなアンダーカットの形状を持ち、角度θが、５〜４０°の突出部４Ａを用いると、繊維基材内に、回り止め部としての複数の突出部４Ａが完全に埋まった状態となり、両者間の機械的結合の強度を充分なものとすることができる。
尚、隣り合う二つの突出部４Ａ間に形成される凹部４Ｂ内に、繊維基材の一部が入ることによっても、前述の機械的強度は当然にして増加する。
【００４０】
＜スラリ＞
次に、本発明の抄造圧縮機に好適な、スラリについて説明する。尚、本発明の抄造圧縮機に用いるスラリは、以下に述べるものに限定されるものではない。
【００４１】
（スラリの分散液）
スラリに用いる分散液は、短繊維を分散可能であり、使用する短繊維に対して、性状を悪化させないものでれば、特に限定されるものではなく、有機溶媒、有機溶媒と水との混合物、水等を用いることができ、特に経済的で、環境への負荷が少ない、水を使用することが好ましい。
有機溶媒を用いる場合には、安全面に充分注意し、メタノール、エタノール、アセトン、トルエン、ジエチルエーテル等の有機溶媒を使用することも可能である。
【００４２】
（短繊維）
スラリ中に分散させる短繊維は、融点、又は分解温度が、２５０℃以上の短繊維からなるものが好ましい。このような短繊維を用いることで、成形時の成形温度や加工温度、実使用時の雰囲気温度において、短繊維が熱劣化を起こすことなく、耐熱性に優れた繊維基材又は樹脂製歯車とすることができる。
このような短繊維としては、パラ系アラミド繊維、メタ系アラミド繊維、炭素繊維、ガラス繊維、ボロン繊維、セラミック繊維、超高強力ポリエチレン繊維、ポリケトン繊維、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール繊維、全芳香族ポリエステル繊維、ポリイミド繊維、及びポリビニルアルコール系繊維から選ばれた、少なくとも１種以上の短繊維を使用することが好ましく、特に、パラ系アラミド繊維と、メタ系アラミド繊維との混合繊維を用いた場合には、耐熱性、強度、樹脂成形後の加工性のバランスが優れている。
【００４３】
また、短繊維は、引張強度：１５ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、引張弾性率：３５０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上の高強度高弾性率繊維を、少なくとも２０体積％以上含むことが好ましい。このような短繊維を用いた場合は、使用中にかかる高負荷に耐え得るものとすることができる。
【００４４】
短繊維の単繊維繊度（太さ）は、好ましくは、０．１〜５．５ｄｔｅｘ、より好ましくは、０．３〜２．５ｄｔｅｘの範囲である。０．１ｄｔｅｘ未満の場合、製糸技術上困難な点が多く、断糸や毛羽が発生して良好な品質の繊維を使用することが困難なだけでなく、コストが高くなり好ましくない。５．５ｄｔｅｘを越えると、繊維の強度低下が、徐々に大きくなるため好ましくない。
【００４５】
短繊維の長さは、特に限定されるものではないが、好ましくは、１〜１２ｍｍ、より好ましくは、２〜６ｍｍである。繊維長が１ｍｍ未満の場合、繊維強化樹脂成形体の機械特性が、徐々に低下する。繊維長さが、１２ｍｍを越えると、短繊維の絡み合いが大きすぎて、均一な地合形成が困難になるだけでなく、分散液に分散させた短繊維を、抄造圧縮装置に移送する配管内で、徐々に短繊維による詰まりが発生し易くなり好ましくない。
【００４６】
短繊維の樹脂成形体中に含まれる割合は、所望する樹脂製歯車等の成形体の強度等によって異なるが、３０〜５０体積％であることが好ましい。樹脂成形体中に占める短繊維の割合が３０体積％未満である場合、樹脂を短繊維で補強する効果がほとんど見られず、また、後述する金属製ブッシュの回り止め部への短繊維の充填も不充分となる。短繊維の割合が５０体積％を越えた場合は、短繊維の占める割合が高すぎるため、樹脂注入成形時に樹脂含浸不足が発生し易くなる等の問題が発生する。
そのため、樹脂成形体に含まれる短繊維の割合は、強度があり、短繊維が確実に充填され、しかも樹脂の含浸を阻害しない範囲を選択することが好ましく、３５〜４５体積％が、特に好ましい。
【００４７】
（短繊維の分散濃度）
短繊維の分散濃度は、０．３〜２０ｇ／リットル以下であることが好ましい。繊維長を１ｍｍより短くした場合、分散濃度を２０ｇ／リットルより高濃度化することが可能であるが、樹脂成形体とした場合の機械特性が低下する。また、短繊維の繊維長を１２ｍｍより長くした場合は、繊維が長すぎるため繊維同士が絡まり分散濃度を０．３ｇ／リットルより低濃度にしても十分分散させる事ができない。
【００４８】
＜樹脂製歯車＞
以下、本発明の抄造圧縮機にて製作された樹脂性回転体成形用素材を用いて、好適に製造される樹脂製歯車について説明する。
樹脂製歯車は、繊維基材に樹脂を含浸硬化させ、歯車形状に成形したものである。より具体的には、歯車を回転させる回転軸に嵌合する金属製ブッシュと、この金属製ブッシュの周囲に配置される歯部とを有するものを、好適に使用することができる。
【００４９】
（歯部）
歯部は、先に述べた金属製ブッシュの外周に配置される。先に説明した図１を用いて、より具体的に述べると、１つの繊維基材５が、金属製ブッシュ２の外周部４の外側の位置に、外周部４に嵌った状態で配置されている。そして、繊維基材５は、樹脂が含浸され且つ樹脂が硬化して形成された樹脂成形体６となる。歯部は、この樹脂成形体６の外周に形成される。
歯部の形成は、樹脂を含浸させる際に、最終的な歯の形状を有した金型を用いて行うことも、一旦樹脂成形体６を形成した後に、切削加工等により形成しても良いが、精度の高い歯部を形成するのであれば、切削加工により行うことが好ましい。また、切削加工は、荒削り加工を行った後に、精度の高い切削加工を行うように、多段階にて行うこともできる。
【００５０】
＜抄造圧縮機の駆動＞
本発明にて述べる抄造圧縮機は、先に述べた上下の中空圧縮型の離間距離を変化させることができる駆動装置を有するが、駆動源としては特に限定されるものではなく、移動速度、加圧力が制御可能な電動プレス機を使用することができる。
また、駆動すべきものは、上下の中空圧縮型の何れでもよいが、分解清掃が行い易いことから、中空上圧縮型を上下駆動させることが好ましい。
【００５１】
＜樹脂製回転体成形用素材の作製＞
以下、本発明の抄造圧縮機にて、樹脂製回転体成形用素材を作製する際の説明をする。
繊維基材５は、図３に概略的に示すように、抄造圧縮装置７を用いて、金属製ブッシュ２の外周部４の外側位置に繊維集積体８を形成し、この繊維集積体８を、金属製ブッシュ２を回転させる回転軸（図示省略）の軸線方向に圧縮することにより形成される。
先ず、抄造法により金属製ブッシュの外周部の周囲に短繊維を集積させて、１以上の回り止め部を含む金属製ブッシュの外周部を囲む繊維集積体を形成する、第１のステップについて説明する。
【００５２】
（第１のステップ）
図３（Ａ）に示すように、抄造圧縮装置７で用いる金型は、圧縮動作時に繊維集積体８（図３（Ｂ）参照）が金属製ブッシュ２の径方向外側に広がるのを規制する筒状金型９と、この筒状金型９の内部に配置されて、金属製ブッシュ２の外周部よりも内側に位置する部分を軸線方向の両側から挟み且つ圧縮動作時に繊維集積体８が、金属製ブッシュ２の径方向内側に広がるのを規制するブッシュ支持台１０及び上支持台１１と、筒状金型９とブッシュ支持台１０及び上支持台１１の間に位置して、圧縮動作時に繊維集積体８を軸線方向両側から挟んで圧縮する中空上圧縮型１２及び中空下圧縮型１３と、繊維集積体８を加圧圧縮時に、上支持台１１を押さえるための、押下部材１４を備えている。
【００５３】
中空下圧縮型１３は、繊維集積体８に含まれる分散液の透液性を付与するために、排液を行う貫通孔１５を有している。この貫通孔１５には、図示を省略する真空吸引ポンプが取付けられ、排液を短時間で完了することができる。尚、この例では、貫通孔１５からの排液時に、短繊維が流出するのを防止するため、中空下圧縮型１３の上面に、底部材１６が配置されている。
この底部材１６には、金網を使用でき、そのメッシュサイズを、１０〜２５０メッシュとすることが好ましい。２５０メッシュより大きくなると、徐々に分散液の濾過抵抗が大きくなり、金型の内部に入れた短繊維を含む後述のスラリから、ポンプで吸引して液分を排出させ、短繊維と液分の分離を行う時間が長くなり、製造サイクルが長くなる。また、１０メッシュより小さいと、繊維長が長い繊維を使用しても、網目が大きいために繊維の多くが、液分と共に流出してしまう。こうなると、繊維集積体８の繊維密度が著しく低下してしまう問題が発生する。
尚、本明細書にて用いるメッシュサイズは、ＪＩＳ  Ｇ  ３５５５に規定されるものに順ずる。
【００５４】
ブッシュ支持台１０及び上支持台１１は、金属製ブッシュ２の外周部よりも内側に短繊維が入り込まないように、金属製ブッシュ２の外周部よりも内側に位置する部分を、筒状金型９の中心線が延びる方向の両側から挟んで支持する。図３に示す例では、ブッシュ支持台１０、上支持台１１、中空下圧縮型１３が、上方向に移動可能に構成されているが、中空上圧縮型１２と押下部材１４が下側に移動する構造でも良い。
【００５５】
金属製ブッシュ２をブッシュ支持台１０及び上支持台１１の間に挟む場合には、図３（Ｂ）に示すように、上支持台１１をブッシュの上に載せ、上支持台１１の重みで、金属製ブッシュ２を挟持する。
【００５６】
短繊維と分散液とを混合して形成したスラリは、図３（Ｂ）に示すように、筒状金型９の上側の開口部から供給される。そして真空吸引をして、中空下圧縮型１３に設けた複数の貫通孔１５から液分を排出することにより、金属製ブッシュ２の外周部の周囲を囲む繊維集積体８を形成する。
このようにブッシュ支持台１０及び上支持台１１を用いると、金属製ブッシュ２の位置決め及び支持を、簡単に行うことができる。
また、繊維集積体８の外周面の形状は、筒状金型９の内周面の形状によって定まる。そのため、筒状金型９の内周面を歯車形状とすることにより、繊維集積体８の外周面に歯車形状の凹凸を形成することも可能になる。なお尚、スラリの供給は、前記開口部の複数の場所から行ってもよい。
【００５７】
（第２のステップ）
次に、繊維集積体を回転軸の軸線方向に圧縮して繊維基材を形成する第２のステップについて説明する。
前述の抄造圧縮装置７で用いる金型であれば、中空上圧縮型１２及び中空下圧縮型１３にて、繊維集積体８を圧縮した場合に、金属製ブッシュ２の径方向の内側及び外側の両方向に短繊維が流出するのを確実に阻止することができる。
中空下圧縮型１３に設けた複数の貫通孔１５から液分を排出した後、図３（Ｃ）に示すように、ブッシュ支持台１０、上支持台１１、中空下圧縮型１３が上方向に移動する。すると、先ず始めに上支持台１１と押下部材１４とが接触し、上弾性体１７及び下弾性体１８の力でブッシュ２を固定する。尚、図３に示すものでは、上下の弾性体として、バネ定数の等しいバネを用いている。
更に、ブッシュ支持台１０、上支持台１１、中空下圧縮型１３を上昇させ、ブッシュ支持台１０と中空下圧縮型１３に設けた段部１９、押下部材１４と中空上圧縮型１２に設けた段部２０とが当接し、中空下圧縮型１３と中空上圧縮型１２との距離が縮まらない位置（図３（Ｄ）参照）まで上昇させる。
【００５８】
図４を用いて、繊維基材の厚みについて、詳細に説明する。
図４（Ａ）に示すように、金属製ブッシュ２の厚み：Ｔ１と、段部１９、２０（図３参照）により決定される繊維基材５の厚み（圧縮時の厚み）：Ｔ２との関係は、（イ）Ｔ１＝Ｔ２、（ロ）Ｔ１＞Ｔ２、（ハ）Ｔ１＜Ｔ２の３パターンから、任意に選択することが可能である。
また、金属製ブッシュ２の下面から圧縮時の繊維基材５下面迄の距離：Ｔ３と、金属製ブッシュ２の上面から圧縮時の繊維基材５上面迄の距離：Ｔ４との関係は、（ニ）Ｔ３＝Ｔ４、（ホ）Ｔ３＞Ｔ４、（ヘ）Ｔ３＜Ｔ４の３パターンから、任意に選択することができ、これは段部１９、２０の高さＬ３、Ｌ４（図４（Ｂ）参照）を変更することで可能となる。
更に、前述した（イ）〜（ハ）、（ニ）〜（ヘ）を組合わせた仕様にすることもできる。
【００５９】
圧縮を行う時間及び温度は、使用する短繊維の種類によって任意に変更できるが、前記圧縮の際、中空上圧縮型１２にヒータを取り付け、加熱した状態で圧縮することにより、抄造後の繊維基材５に含まれる液分を取り除く時間を短縮することができると共に、圧縮後の繊維基材５の厚みの経時変化を抑えることができる。好ましくは使用する分散液、本例では水の沸点以上の温度１００〜１８０℃で、０．１〜１０分間圧縮することにより、厚みの経時変化の殆ど無い繊維基材５を得ることができる。
また、前記圧縮の際、下側の圧縮用金型１３の貫通孔１５から真空吸引した状態で圧縮することにより、抄造後の繊維基材５に含まれる液分を取り除く時間を短縮することができる。
更に、金属製ブッシュ２の外周部４に設けた回り止め部（図１に示す突出部４Ａ）と樹脂部の結合を強固たるものとするためには、回り止め部は頂部の厚さが厚く基部の厚さが薄いアンダーカット形状であり、金属製ブッシュ２の横断面に対する角度が５〜４０°、好ましくは、１０〜３５°であるものが効果的である。これは外径方向への抜け阻止に作用するものである。
上記アンダーカット形状を有した回り止め部を構成する突出部４Ａは、焼結法で成形すれば、精度よく設計通りに作ることができる。突出部４Ａの最適構造は、例えば、外径：６０ｍｍの樹脂製歯車の場合、突出部（山）の数が３０であり、突出部の間に形成される凹部すなわち谷部分の数は２９である。尚、これらの数は、樹脂製歯車の径や厚さ、歯の構造に応じて適宜変更される。
【００６０】
抄造圧縮装置７を用いて繊維基材５を金属製ブッシュ２と一体化して形成したものを次工程に移動又は搬送する際に、形状を維持するための強度を付与するためには、短繊維がアラミド繊維をフィブリル化処理した微細繊維を含み、微細繊維のフリーネスが１００〜４００ｍｌであって、微細繊維の含有量が、短繊維中の３０質量％以下になるように配合することが望ましい。
望ましい態様としては、パラアラミド繊維の機械的剪断で繊維軸方向に裂開させたフィブリル化処理のアラミド微細繊維を混合することが好ましい。フリーネスが４００ｍｌを超えると、フィブリル化が不充分のため繊維基材５の形状を維持するための強度を付与する上で好ましいものでなくなる。フリーネスが１００ｍｌ未満になると、繊維軸方向に裂開させるだけでなく、径方向に剪断されて粉末状態になってしまうために繊維の絡みが悪くなって、繊維基材の形状を維持するための強度を付与する上で好ましいものでなくなる。また、濾過性が悪化し、樹脂含浸の妨げとなる。
フィブリル化処理したアラミド微細繊維が３０質量％を超えると、繊維間の隙間にフィブリル化した微細繊維が充填され、樹脂注入成形時に、樹脂の樹脂含浸が阻害され、含浸不良などの不具合が生じてしまうことがある。より好ましくは、適度な強度を付与し、樹脂含浸性を阻害しない５〜１０質量％のフィブリル化した微細繊維を配合するのが好ましい。
【実施例】
【００６１】
以下、本発明の実施例を説明する。
［実施例１］
スラリを製造するために、短繊維の分散濃度が、４ｇ／リットルとなる量の水を満たしたタンクを用意する。そしてこのタンク内に、樹脂成形体中の短繊維総量が４０体積％となる量の短繊維を入れる。具体的には、短繊維として、単繊維繊度：１．７ｄｔｅｘ、繊維長：３ｍｍ長のパラ系アラミド短繊維（帝人株式会社製「テクノーラ（帝人株式会社商標）」）を４５質量％と、単繊維繊度：２．２ｄｔｅｘ、繊維長：３ｍｍ長のメタ系アラミド短繊維（帝人株式会社製「コーネックス（帝人株式会社商標）」）を５０質量％、そしてデュポン株式会社製「ケブラー（デュポン株式会社商標）パルプ」を、フリーネス値：３００ｍｌまでフィブリル化処理した微細繊維：５質量％となる量をそれぞれ投入する。次に攪拌機でタンク内の水を攪拌し短繊維を分散させる。
【００６２】
次に、図３（Ａ）に示す抄造圧縮装置７を用いて、ブッシュ支持台１０上に金属製ブッシュ２を位置決めし、上支持台１１を金属製ブッシュ２上に位置ズレしないように載置し、金属製ブッシュ２を挟持する。尚、上支持台１１の上側に凸となる円錐形状部の角度は９０°である。
使用する金属製ブッシュ２の突出部４Ａ及び凹部４Ｂの形状（図２参照）は、ｈ１＝２ｍｍ、ｈ２＝０．５ｍｍであり、アンダーカット形状で、金属製ブッシュ２の仮想中心横断面と側面との間の角度θが２０°である。
ここで、中空下圧縮型１３の位置は、金属製ブッシュ２の軸方向中央から底部材１６上面までの距離が４０ｍｍとなる位置とした。
【００６３】
図３（Ｂ）に示す抄造圧縮装置７内に、分散させた短繊維を含むスラリを充填する。そして、真空吸引をして中空下圧縮型１３に設けた複数の貫通孔１５から水を排水することにより、短繊維と水を分離して円筒状の繊維集積体８を得る。尚、排水時に貫通孔１５より短繊維が流出するのを防止するために、中空下圧縮型１３上には底部材１６を配置した。この底部材１６としては金属製：１００メッシュの金網を用いた。
【００６４】
次に金属製ブッシュ２の回り止め部に、更に強固に短繊維を喰い込ませるために圧縮を行う。図３（Ｃ）に示すように、金属製ブッシュ２の軸方向中央から１５０℃に加熱した中空上圧縮型１２下面までの距離が４０ｍｍとなる位置まで、中空下圧縮型１３、筒状金型９、ブッシュ支持台１０、金属製ブッシュ２、上支持台１１、繊維集積体８を、台座２１ごと上昇させる。この位置は、金属製ブッシュ２が、中空上圧縮型１２と中空下圧縮型１３の間の、中央に位置する状態となる位置である。
【００６５】
図３（Ｄ）に示すように、金属製ブッシュ２が、中空上圧縮型１２と中空下圧縮型１３の間の中央に位置する状態で、台座１７を速度：１〜５ｍｍ／ｓで上昇させ、繊維集積体８が厚み：１０ｍｍとなるまで圧縮する。
そして、加熱した状態で２分間圧縮することにより、金属製ブッシュ２と一体化した樹脂製回転体成形用素材を得た。
尚、前記圧縮の際、中空下圧縮型１３の貫通孔１５から真空吸引した状態で圧縮している。また、図４（Ｂ）に示す、ブッシュ支持台１０の長さ：Ｌ７＝１００ｍｍ、上支持台１１の長さ：Ｌ６＝７０ｍｍ、押下部材１４の長さ：Ｌ５＝３０ｍｍ、金属製ブッシュ２の厚み：Ｔ１＝１０ｍｍ、中空上圧縮型１２と中空下圧縮型１３の段部の高さＬ３及びＬ４：Ｌ３＝Ｌ４＝１００ｍｍとした。
【００６６】
［実施例２］
ブッシュ支持台１０の長さ：Ｌ７＝１００ｍｍ、上支持台１１の長さ：Ｌ６＝７０ｍｍ、押下部材１４の長さ：Ｌ５＝３０ｍｍ、金属製ブッシュ２の厚み：Ｔ１＝１０ｍｍ、中空上圧縮型１２と中空下圧縮型１３の段部の高さＬ３及びＬ４：Ｌ３＝Ｌ４＝９０ｍｍとする以外は実施例１と同様にして樹脂製回転体成形用素材を作製した。
【００６７】
［実施例３］
ブッシュ支持台１０の長さ：Ｌ７＝１００ｍｍ、上支持台１１の長さ：Ｌ６＝７０ｍｍ、押下部材１４の長さ：Ｌ５＝３０ｍｍ、金属製ブッシュ２の厚み：Ｔ１＝１０ｍｍ、中空下圧縮型１３の段部の高さ：Ｌ４＝１００ｍｍ、中空上圧縮型１２の段部の高さ：Ｌ３＝９５ｍｍとする以外は実施例１と同様にして樹脂製回転体成形用素材を作製した。
【００６８】
上記実施例１〜３に示す方法で作製した樹脂製回転体成形用素材の補強繊維集積体の厚みを測定した。測定結果を以下の表１に示す。
【００６９】
【表１】
0005445175.tif 000002
【００７０】
本発明によれば、抄造法によりブッシュ外周部に集積させた補強繊維集積体を、上または下側の片方だけが駆動する単軸圧縮機により、圧縮成形することができる。
また、表１から明らかなように、中空上下圧縮型段部の高さを変えることによって、樹脂製回転体成形用素材の繊維基材の厚み、ブッシュ上下面と繊維基材の上下面の距離をコントロールすることができる。
【符号の説明】
【００７１】
１…樹脂製歯車、２…金属製ブッシュ、３…貫通孔、４…外周部、４Ａ…突出部、４Ｂ…凹部、５…繊維基材、６…樹脂成形体、７…抄造圧縮機、８…繊維集積体、９…筒状金型、１０…ブッシュ支持台、１１…上支持台、１２…中空上圧縮型、１３…中空下圧縮型、１４…押下部材、１５…貫通孔、１６…底部材、１７…上弾性体、１８…下弾性体、１９…段部、２０…段部、２１…台座
【図１】
0005445175.tif 000003
【図２】
0005445175.tif 000004
【図３】
0005445175.tif 000005
【図４】
0005445175.tif 000006