(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
分散媒に短繊維と粉末状樹脂を分散させたスラリを調製する調整工程と、
上方向に向かって開口する開口部を有する筒状金型と、前記筒状金型の中央に配置されて前記上方向に延び且つ前記上方向と直交する方向の横断面の面積が前記上方向に向かうに従って小さくなる形状のスラリ拡散部を備えたスラリ拡散部材とを含む成形金型内に、前記上方向から前記スラリを前記スラリ拡散部に向かって投入する投入工程と、
前記投入工程の後に、前記分散媒と同一の分散媒または水をスラリ拡散部に向かって上方から注いで、前記スラリ拡散部に付着する前記短繊維と前記粉末状樹脂を落下させる洗浄工程と、
前記成形金型から前記分散媒または前記分散媒及び前記水を排出し、前記成形金型内に前記短繊維と前記粉末状樹脂を集合させた集合物を形成する排出工程と行うことを特徴とする成形素材の製造方法。
【請求項２】
前記排出工程の間または前記排出工程の後に、前記集合物を圧縮して成形素材を形成する圧縮工程を行うことを特徴とする請求項１に記載の成形素材の製造方法。
【請求項３】
前記調整工程では、前記短繊維と前記粉末状樹脂と水とを混合した混合液に、１種以上の静電引力凝集タイプの高分子凝集剤を添加して前記スラリを調整し、
前記スラリ拡散部材の前記スラリ拡散部が先端部に上方向に向かって凸となる湾曲面を有していることを特徴とする請求項１に記載の成形素材の製造方法。
【請求項４】
前記１種以上の静電引力凝集タイプの高分子凝集剤として、前記混合液に、カチオン性高分子凝集剤を添加した後、アニオン性高分子凝集剤を添加する請求項３に記載の成形素材の製造方法。
【請求項５】
前記１種以上の静電引力凝集タイプの高分子凝集剤として、前記混合液に両性高分子凝集剤を添加することを特徴とする請求項３に記載の成形素材の製造方法。
【請求項６】
前記カチオン性高分子凝集剤はカチオン性スチレン系高分子水溶液であり、アニオン性高分子凝集剤はアニオン性アクリル系高分子水溶液である請求項４に記載の成形素材の製造方法。
【請求項７】
前記洗浄工程では、所定量の前記分散媒または水の注入を所定の時間間隔を開けて複数回実施する請求項１に記載の成形素材の製造方法。
【請求項８】
前記所定の時間間隔は、先に注入した前記分散媒または水の液面が、すでに落下している前記短繊維と前記粉末状樹脂の層の上面よりも下に下がるのに要する時間間隔である請求項７に記載の成形素材の製造方法。
【請求項９】
前記筒状金型の前記開口部は、前記投入工程と洗浄工程においては、中央に下方に向かって延びるノズルを備えた蓋部材によって塞がれており、
前記ノズルは、前記洗浄工程において、前記分散媒または前記水を、前記スラリ拡散部上に集中的に投入するように長さ及び先端形状が定められている請求項１に記載の成形素材の製造方法。
【請求項１０】
前記排出工程は、その排出口内を減圧雰囲気にして行われる請求項１に記載の成形素材の製造方法。
【請求項１１】
前記圧縮工程が、加圧力５〜２５ＭＰａで行われる請求項２に記載の成形素材の製造方法。
【請求項１２】
前記圧縮行程が、前記粉末状樹脂の溶融温度より低い温度で、熱をかけながら行われる請求項２または１１に記載の成形素材の製造方法。
【請求項１３】
請求項１の成形素材の製造方法で用いる成形金型であって、
上方向に向かって開口する開口部を有する筒状金型と、前記筒状金型の中央に配置されて前記上方向に延び且つ前記上方向と直交する方向の横断面の面積が前記上方向に向かうに従って小さくなる形状のスラリ拡散部を備えたスラリ拡散部材とを含み、
前記スラリ拡散部材の前記スラリ拡散部が、その先端部に上方向に向かって凸となる湾曲面を有していることを特徴とする成形金型。
【請求項１４】
前記湾曲面の曲率半径が１０ｍｍ以上２０ｍｍ以下である請求項１３に記載の成形金型。
【請求項１５】
前記請求項１〜１２の何れか一つの方法により製造した成形素材を、加熱しながら加圧して前記粉末状樹脂を溶融させて生成した溶融樹脂を前記短繊維からなる補強繊維層に含浸させた後、前記溶融樹脂を硬化させて樹脂成形体を形成する成形工程を更に行って樹脂製回転体を製造する方法。
【請求項１６】
前記成形工程の後に、前記樹脂成形体の外周部に歯切り加工工程を行う、請求項１５に記載の樹脂製回転体の製造方法。
【請求項１７】
請求項１５または１６に記載された樹脂製回転体の製造方法により製造される樹脂製回転体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成形素材の製造方法及び前記製法により製造した成形素材を用いる樹脂製回転体の製造方法及び該製造方法に用いる成形金型に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２００９−１５４３３８号公報（特許文献１）、特開２００９−２５０３６４号公報（特許文献２）及び特開２０１１−１５２７２９号公報（特許文献３）には、短繊維からなる補強繊維と水とを混合したスラリを用いて、ブッシュの外周部に補強用繊維基材（成形素材）を形成する樹脂製回転体の製造方法が開示されている。これらの公報に記載の方法では、スラリを金属製ブッシュを収納した筒状金型内に入れ、補強繊維が漏出しないようにスラリから脱水を行ってブッシュの周囲に補強繊維を集合させて集合物を作り、その後集合物を圧縮して補強用繊維基材（成形素材）を形成する。特に特開２０１１−１５２７２９号公報（特許文献３）に記載の方法では、筒状金型の中央に、スラリ拡散部材を配置している。このスラリ拡散部材は、円錐状のスラリ拡散部を上端部に備えている。そのため成形金型内に、上方からスラリをスラリ拡散部に向かって投入することにより、筒状金型内にスラリを大きなバラツキなく投入できることが期待できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１５４３３８号公報
【特許文献２】特開２００９−２５０３６４号公報
【特許文献３】特開２０１１−１５２７２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献３に記載された方法のように、スラリの粘度が低かったり、短繊維の長さが短い場合には、スラリ拡散部は十分に効果を発揮する。しかしながらスラリの粘度が高くなったり、短繊維の長さが長くなると、スラリ拡散部の上に短繊維を含むスラリが残る可能性が高くなる。スラリ拡散部の上に短繊維が残存した場合には、製品１個当たりの短繊維量がばらつくという問題がある。更には、繊維集合物を圧縮する際、金型部材の隙間に短繊維を噛み込んでしまう材料噛み込みを引き起こし、金型を破損させ、連続生産を行えなくしてしまうという問題もある。【０００５】
本発明は、金型損傷が無く、連続生産を行うことが可能な成形素材の製造方法を提供することを目的とする。【０００６】
本発明の他の目的は、製品個々の短繊維と粉末状樹脂の量のばらつきが少なく、金型損傷が無く、連続生産を行うことが可能な成形素材の製造方法及び該製造方法に用いる成型金型を提供することを目的とする。【０００７】
また、成形素材を、加熱しながら加圧して粉末状樹脂を溶融・硬化させた、樹脂製回転体の製造方法及びこの製造方法により製造される樹脂製回転体を、提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の成形素材の製造方法は、以下の調整工程、投入工程、洗浄工程、排出工程及び圧縮行程を実施する。調整工程では、分散媒に短繊維と粉末状樹脂を分散させたスラリを調製する。投入工程では、上方向に向かって開口する開口部を有する筒状金型と、筒状金型の中央に配置されて上方向に延び且つ上方向と直交する方向の横断面の面積が上方向に向かうに従って小さくなる形状のスラリ拡散部を備えたスラリ拡散部材とを含む成形金型内に、上方からスラリをスラリ拡散部に向かって投入する。【０００９】
そして洗浄工程では、投入工程の後に、分散媒と同一の分散媒または水をスラリ拡散部に向かって上方から注いで、スラリ拡散部に付着する短繊維と粉末状樹脂を落下させる。このような洗浄工程を実施すると、スラリ拡散部上に残留するスラリまたは短繊維をスラリ拡散部から確実に落下させることができるので、いわゆる材料噛み込みの発生を防止できる。そのため金型損傷が無く、連続生産を行うことが可能な成形素材の製造方法を提供することができる。短繊維と粉末状樹脂を洗い流す分散媒または水の量は、金型内から分散媒または水が溢れない程度に少量ずつ所定の時間間隔をあけて投入し、分散媒または水の注入回数を２回以上（複数回）とすることで、確実にスラリ拡散部材７の上部に残った短繊維と粉末状樹脂を洗い流すことができる。そして分散媒または水を２回以上注入する場合の所定の時間間隔は、先に注入した分散媒または水の液面が金型内に集積した短繊維と粉末状樹脂の集合物の上面よりも下に下がるのに必要な時間間隔として定める。【００１０】
排出工程では、成形金型から分散媒または分散媒及び水を排出し、成形金型内に短繊維と粉末状樹脂を集合させた集合物を形成する。排出工程は、減圧雰囲気下にて行われるのが好ましい。このような金型にスラリを投入し、金型内で排水をする方法を濾過脱水法と言う。濾過脱水法とは、短繊維を含むスラリを所定の容器にいれて、容器内のスラリを濾過しながら脱水することにより、短繊維と粉末状樹脂が集合してなる集合物を形成する方法である。このような方法により短繊維と粉末状樹脂の集合物を製造すれば、成形素材の中央部に剥離の原因となるような境界部が形成されることはない。そして圧縮行程では、排出工程の間または排出工程の後に、集合物を圧縮して成形素材を形成する。圧縮工程は、加圧力５〜２５ＭＰａで行われるのが好ましい。そして圧縮行程は、粉末状樹脂の溶融温度より低い温度で、熱をかけながら行われるのが好ましい。短繊維と粉末状樹脂の集合物を同一の装置を用いて連続して圧縮まで行った場合は、嵩高く強度が弱い（型崩れしやすい）集合物を取り扱う作業が必要ないため、作業工程が少なくて済む。【００１１】
なお短繊維としては、種々の材質及び種類のものを用いることができる。本願特許請求の範囲において「短繊維」とは、文字通りに長さが短い繊維だけでなく、繊維をフィブリル化処理した微細繊維及び／またはパルプ状繊維を含んでいる場合を包含するものである。【００１２】
粉末状樹脂としては、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂など種々の材質のものを用いることができる。粉末状樹脂の粒子形状は任意であるが、粒状のものを用いるのが好ましい。また、粒子径は、短繊維の繊維径により異なるが、短繊維の集合物の隙間に均一に分布できるような粒子径が好ましい。粒子径が大きい場合、短繊維の集合物の繊維配向を乱したり、加熱加圧成形して樹脂成形体を形成する際、成形体内部の短繊維と樹脂が均一に分布しない原因となるからである。【００１３】
また短繊維と粉末状樹脂と水とを混合した混合液に、１種以上の静電引力凝集タイプの高分子凝集剤（polymer flocculating agent）を添加してスラリを調整するようにしてもよい。この場合、スラリ拡散部材としては、スラリ拡散部の先端部に上方向に向かって凸となる湾曲面を有しているものを用いるのが好ましい。静電引力凝集タイプの高分子凝集剤を添加すると、高分子凝集剤が凝集機能だけでなく定着剤（fixing agent）としても機能し、短繊維同士が定着するともとに、短繊維と粉末状樹脂が定着する。その結果、集合物中に残る短繊維及び粉末状樹脂の量を増やすことができる。すなわち短繊維と粉末状樹脂の定着率を高めることができる。なお本発明によれば、先端部に湾曲面を有するスラリ拡散部を備えたスラリ拡散部材を用いた上で、洗浄工程を実施するため、高分子凝集剤を添加してスラリを調整したことにより、スラリの粘度が増加しても、スラリ拡散部上に短繊維や粉末状樹脂が残留することはない。【００１４】
なお成型金型内のスラリ拡散部材のスラリ拡散部の先端に設ける湾曲面の曲率半径は、１０ｍｍ以上２０ｍｍ以下であることが好ましい。曲率半径がこの範囲より小さいと、一部の短繊維と一部の粉末状樹脂とが集まってできる多数のフロックと呼ばれる集合物が、スラリ拡散部の先端部に刺さった状態となる可能性が高い。また曲率半径がこの範囲より大きいと、スラリ核酸部の上にフロックが堆積され易くなる。【００１５】
なお１種以上の静電引力凝集タイプの高分子凝集剤として、混合液に、カチオン性高分子凝集剤（cationic polymer flocculating agent）を添加した後、アニオン性高分子凝集剤（anionic polymer flocculating agent）を添加するのが好ましい。混合液にカチオン性高分子凝集剤を添加すると、一部の短繊維と一部の粉末状樹脂とが集まってできる多数のフロックと呼ばれる集合物が形成される。その後アニオン性高分子凝集剤を添加すると、フロック同士が集合して更に大きなフロックの形成が進み、寸法の大きなフロックが多数形成される。このようなフロックが形成されると、脱水性が向上する。その結果、短い時間で脱水をできるとともに、短繊維と粉末状樹脂の定着率が向上する。特に、カチオン性高分子凝集剤としてカチオン性スチレン系高分子水溶液を用い、アニオン性高分子凝集剤としてアニオン性アクリル系高分子水溶液を用いると、高い脱水性を得ることができる。【００１６】
なお１種以上の静電引力凝集タイプの高分子凝集剤として、両性高分子凝集剤（amphoteric polymer flocculating agent）を用いてもよい。両性高分子凝集剤とは、混合液中の短繊維及び粉末状粒子の中和効果（カチオン）と、高分子鎖による絡まり合い（高分子量体）の生成と、絡まり合い（高分子量体）をアニオンとカチオンの電荷による静電引力により補強する作用を発揮するものである。【００１７】
筒状金型の開口部は、中央に下方に向かって延びるノズルを備えた蓋部材によって塞いでもよい。この場合、ノズルは、洗浄工程において、分散媒または水を、スラリ拡散部上に集中的に投入するように長さ及び先端形状が定める。このようすると、ノズルから分散媒または水を効果的にスラリ拡散部上に当てることができて、より確実に短繊維及び粉末状樹脂をスラリ拡散部の上から下方に落下させることができる。【００１８】
なお本発明の製造方法により製造した成形素材を、加熱しながら加圧して粉末状樹脂を溶融させて生成した溶融樹脂を短繊維からなる補強繊維層に含浸させた後、溶融樹脂を硬化させて樹脂成形体を形成する成形工程を更に行って樹脂製回転体を製造することができる。そして成形工程の後に、樹脂成形体の外周部に歯切り加工工程を行うことにより、樹脂製歯車を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】（Ａ）乃至（Ｄ）は、本発明の実施の形態で用いる濾過脱水圧縮装置の動作を示す概略工程図である。
【図２】（Ａ）及び（Ｂ）は、スラリ拡散部の変形例を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態で製造される樹脂製歯車の縦断面図である。
【図４】図３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）は縦断面図を示す。
【図５】（Ａ）はブッシュと一体化した成形素材の縦断面図を示し、（Ｂ）は濾過脱水圧縮装置の縦断面図を示す。
【図６】本発明の一実施例である樹脂製歯車の作製工程を示す概略工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の成形素材の製造方法を説明する前に、この製造方法に使用される濾過脱水圧縮装置の一例について説明する。
【００２１】
＜濾過脱水圧縮装置＞
本発明の成形素材の製造方法に用いる濾過脱水圧縮装置１３は、例えば図１に示すように、台座１、中空下圧縮型２、筒状金型３、中空上圧縮型４を備える成形金型を用いる。中空下圧縮型２は、その内部にブッシュ支持台５及び下弾性体６を備えている。また筒状金型３は、その内部にスラリ拡散部材７を備えている。さらに中空上圧縮型４は、押下部材８及び上弾性体９を備えている。
【００２２】
以下、個々の部材に関し、詳細に説明する。
【００２３】
（台座）
台座１は、濾過脱水圧縮装置全体を支えるもので、直接的には、その上面に中空下圧縮型２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。
【００２４】
台座１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。
【００２５】
台座１の大きさは、特に制限されるものではない。
【００２６】
（中空下圧縮型）
中空下圧縮型２は、前述した台座１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る。分解の容易性から、複数のボルトで中空下圧縮型２を台座１に固定することが好ましい。
【００２７】
中空下圧縮型２は、その内部に、上下方向に開放される中空部分を有している。この中空部分には、ブッシュ３１をその上面に載置するブッシュ支持台５を配置する。
【００２８】
ブッシュ支持台５は、その下面を、台座１に立設した下弾性体６により支持され、下弾性体６の伸縮により、台座１からの高さを変化させることができる。なお、下弾性体６は、直接台座１に立設するばかりでなく、間接的に台座１に立設してもよい。更に、下弾性体６は、複数設置してもよい。
【００２９】
下弾性体６は、先に述べたように、伸縮によりブッシュ支持台５の高さを変化させるものであればよく、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。下弾性体６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。
【００３０】
ブッシュ支持台５は、その上面にブッシュ３１を載置するものであり、ブッシュ３１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３１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。
【００３１】
また、ブッシュ支持台５と、下弾性体６との接続は、接着または固着により行ってもよい。ブッシュ３１の種類に応じてブッシュ支持台を交換できるように、ブッシュ支持台５と下弾性体６とを脱着自在に接続することが好ましい。
【００３２】
中空下圧縮型２と、ブッシュ支持台５との関係は、少なくともブッシュ支持台５の一部が、水平方向から見て、中空下圧縮型２の中空部分に入り込んでおり、下弾性体６の伸縮により、中空部分へのブッシュ支持台５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５が、下弾性体６の伸張により、水平方向から見て、中空下圧縮型２の中空部分から離れる場合には、下弾性体６の縮みにより、ブッシュ支持台５が中空下圧縮型２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。
【００３３】
中空部分が内部に形成された中空下圧縮型２の内壁には、段部１０を設ける。段部１０は、ブッシュ支持台５の下部と当接することにより、下弾性体６の伸縮によるブッシュ支持台５の下降を阻止するものである。段部１０は、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。
【００３４】
なお、段部１０は、必ずしも中空下圧縮型２の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。内壁の一部に段部１０を設ける場合は、ブッシュ支持台５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。
【００３５】
段部１０の位置は、最終的な短繊維と粉末状樹脂の集合物の厚みにより変化させることができる。ブッシュ３１の厚み方向の中心から、上下方向に等しい厚みの成形素材層を形成できる位置に段部１０を設けることが好ましい。具体的には、中空下圧縮型２の段部１０と、後述する中空上圧縮型４の段部１１との位置が、中空下圧縮型２の段部１０とブッシュ支持台５とが当接した際の、中空下圧縮型２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４の段部１１と押下部材８とが接した際の、中空上圧縮型４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。
【００３６】
中空下圧縮型２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底部部分になる。そのため、中空下圧縮型２の上面には、スラリ中の液分を排出する排出口１２を設けることが好ましい。この排出口１２には、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２を用いた場合には、濾過脱水時間をより短縮することが可能となる。
【００３７】
（筒状金型）
筒状金型３は、上下に開放された開口部を有しており、下側の開口部には、中空下圧縮型２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。なお、上側の開口部には、後述する中空上圧縮型４が、挿入される。
【００３８】
筒状金型３の材質は、熱膨張率等を考慮し、更に圧縮歪み率を中空下圧縮型２の圧縮歪み率と同様にする必要があるため、中空下圧縮型２と同じ材質のものを使用することが好ましい。
【００３９】
筒状金型３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よい。
【００４０】
筒状金型３の内部中央には、スラリ拡散部材７が配置されている。スラリ拡散部材７は、ブッシュ支持台５に載置したブッシュ３１の上面に位置するもので、その下面は、ブッシュ支持台５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３１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。
【００４１】
スラリ拡散部材７は、その上方側の端部にスラリ拡散部７１を備えている。スラリ拡散部７１は、上方向に延び且つ上方向と直交する方向の横断面の面積が上方向に向かうに従って小さくなる形状を有している。図１（Ｂ）の例では、スラリ拡散部７１は、頂部が上方に位置する円錐形状を有している。そして円錐形状の頂部は曲率半径が１０ｍｍ以上２０ｍｍ以下の湾曲面となっている。このスラリ拡散部７１に向かって、上方から筒状金型３へスラリを投入した際、凝集した短繊維と粉末状樹脂がスラリ拡散部材の上側先端に引っかかることなく、ブッシュ周囲に均等にスラリ中の短繊維と粉末状樹脂を分散させることができる。またスラリ拡散部７１´の表面形状は、図２（Ａ）に示すように、半球面状でもよい。また図２（Ｂ）に示すように、先端部は凸状の湾曲面であり、基部は外側に向かって凹状態となる湾曲面７１″であってもよい。
【００４２】
スラリ拡散部材７は、位置ずれを起こさない限り、ブッシュ３１の上面に対し、固定する必要はなく、単純に載置するだけでもよい。
【００４３】
（中空上圧縮型）
中空上圧縮型４は、中空下圧縮型２と、対向配置され、筒状金型３の上側開口部に挿入される。中空上圧縮型４の外周と、筒状金型３の内壁とは、中空上圧縮型４の挿入時に密接し、スラリの漏洩を阻止する。
【００４４】
また、中空上圧縮型４の材質は、熱膨張率等を考慮し、更に圧縮歪み率を中空下圧縮型２及び筒状金型３の圧縮歪み率と同様にする必要があるため、中空下圧縮型２及び筒状金型３の材質と同じものを使用することが好ましい。
【００４５】
中空上圧縮型４は、その中空部分に、押下部材８を有しており、この押下部材８が、スラリ拡散部材７のスラリ拡散部７１に当接する。押下部材８は、その上面を上弾性体９により支持されており、上弾性体９の伸縮により、押下部材８の位置は変化する。
【００４６】
上弾性体９は、先に述べた下弾性体６と、同じものを用いても、異なるものを用いてもよい。なお中空下圧縮型２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、上弾性体９は、耐久性の面でバネが好ましい。また、上弾性体９と下弾性体６を、共に同じバネ定数を有するバネとすることが好ましい。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、上下方向における短繊維と粉末状樹脂の密度のばらつきを、低減することができる。
【００４７】
また、押下部材８と、上弾性体９との接続は、接着または固着により行ってもよい。ブッシュ３１の種類に応じて押下部材８を交換できるように、押下部材８と上弾性体９とを脱着自在に接続することが好ましい。
【００４８】
中空上圧縮型４と、押下部材８との関係は、少なくとも押下部材８の一部が、水平方向から見て、中空上圧縮型４の中空部分に入り込んでおり、上弾性体９の伸縮により、中空部分への押下部材８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８が、上弾性体９の伸張により、水平方向から見て、中空上圧縮型４の中空部分から離れる場合には、上弾性体９の縮みにより、押下部材８が中空上圧縮型４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。
【００４９】
中空部分が内部に形成された中空上圧縮型４の内壁には、段部１１を設ける。段部１１は、押下部材８の上部と当接することにより、上弾性体９の伸縮による押下部材８の上昇を阻止するものである。段部１１は、中空上圧縮型４の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。
【００５０】
なお、段部１１は、必ずしも中空上圧縮型４の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。内壁の一部に段部１１を設ける場合は、押下部材８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。
【００５１】
段部１１の位置は、中空下圧縮型２の段部１０にて述べたように、前述した中空下圧縮型２の段部１０と、中空上圧縮型４の段部１１との位置が、中空下圧縮型２の段部１０とブッシュ支持台５とが当接した際の、中空下圧縮型２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４の段部１１と押下部材８とが接した際の、中空上圧縮型４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。
【００５２】
中空上圧縮型４の下面は、温度調整可能とすることができる。加圧圧縮時に加熱することで、短繊維と粉末状樹脂に付着した液分を素早く乾燥させることができる。このとき、加熱温度は、使用する粉末状樹脂の溶融温度以下とする。なぜならば粉末状樹脂の溶融温度を超えた温度で加熱すると、樹脂が中空上圧縮型４の下面、筒状金型３の内周面に付着し、連続生産が困難になる。
【００５３】
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よい。
【００５４】
（スラリ注入上型）
濾過脱水圧縮装置は、必要に応じてスラリを注入する蓋部材を構成するスラリ注入上型２０を備えることができる（図１（Ｂ）参照）。スラリ注入上型２０のスラリ注入孔２１は、ブッシュ３１の周囲に集積させた短繊維と粉末状樹脂の目付量が均一となる成形素材を作製するため、スラリ拡散部材７の上方に位置する。本実施の形態のように、スラリ拡散部材７の真上にスラリ注入孔２１を配置するのが好ましい。
【００５５】
本実施の形態では、スラリ注入孔２１に連通する貫通孔２３を備えたノズル２２が、スラリ注入上型２０の裏面に固定されている。ノズル２２の先端は、スラリ拡散部材７に向かって延びて、後述する洗浄工程において、分散媒または水を、スラリ拡散部７１上に集中的に投入するように長さ及び先端形状が定められている。具体的には、ノズル２２の先端部の端面が、スラリ拡散部７１に近づくに従って広がる（上下方向と直交する方向の横断面積がスラリ拡散部７１に近づくに従って大きくなる）形状を有している。ノズル２２の先端部の端面とスラリ拡散部７１の表面との間の距離は、スラリの粘度や短繊維の長さ等に応じて、任意に定められる。
【００５６】
ノズル２２を設けるのは、スラリ投入後、スラリ拡散部材７のスラリ拡散部７１上に短繊維と粉末状樹脂が付着して残ると、後の圧縮工程（短繊維と粉末状樹脂の集合物を圧縮する工程）時において、短繊維と粉末状樹脂が金型間に噛み込まれ、金型が破損することを防止するために、分散媒または水をスラリ拡散部７１に集中的に且つ効率的に投入することを実現するためである。すなわちノズル２２を設けると、スラリ投入後、分散媒または水をノズル２２から注入する際に、少量で効率よくスラリ拡散部材７に付着した短繊維と粉末状樹脂を落とすことが可能になる。
【００５７】
また、スラリ注入上型２０は、スラリ投入時、筒状金型３の開口部の周縁部と密着した状態になる構造であることが好ましい。これにより、筒状金型３からスラリが溢れてこぼれることがなくなる。
【００５８】
＜ブッシュ＞
ブッシュ３１は、ブッシュ支持台５とスラリ拡散部材７との間に挟持される。以下、ブッシュ３１について詳細に述べる。
【００５９】
ブッシュは、成形素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。なお、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。
【００６０】
図３は、模式的に示した樹脂製歯車３０の縦断面図である。この樹脂製歯車３０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３１を備えている。金属製ブッシュ３１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３２が形成されている。
【００６１】
また、金属製ブッシュ３１の外周部には、複数の回り止め部を構成する突出部３３が、周方向に所定の間隔をあけて一体に形成されている。
【００６２】
金属製ブッシュ３１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３３の軸線方向に測った厚み寸法：Ｌ２は、金属製ブッシュ３１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３３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３１のみが空回りするのを阻止するもので、金属製ブッシュ３１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。
【００６３】
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４に示すように、回り止め部となる突出部３３は、少なくとも高さｈ１の突出部３３と、二つの突出部３３間に形成されて高さｈ２の底部を有する凹部３４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°、好ましくは、１０〜３５°の突出部３３を用いると、成形素材内に、回り止め部としての複数の突出部３３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。
【００６４】
＜スラリ＞
次に、本実施の形態に用いるスラリについて説明する。なお、本発明は、本実施の形態に用いるスラリを用いることに限定されるものではない。
【００６５】
（スラリの分散液）
スラリに用いる分散媒は、短繊維と粉末状樹脂を分散可能であり、使用する短繊維と粉末状樹脂に対して、性状を悪化させないものであれば、特に限定されるものではない。例えば、分散媒としては、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。
【００６６】
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。
【００６７】
短繊維と粉末状樹脂と分散媒とを混合した混合液に、１種以上の静電引力凝集タイプの高分子凝集剤を添加してスラリを調整するようにしてもよい。
【００６８】
（短繊維）
分散媒中に分散させる短繊維は、融点、または分解温度が、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、耐熱性に優れた成形素材または樹脂製歯車とすることができる。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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、濾過脱水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。
【００７３】
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。
【００７４】
図１に示す濾過脱水圧縮装置を用いて成形素材３５を金属製ブッシュ３１と一体化して形成したものを次工程に移動または搬送する際に、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。
【００７５】
（粉末状樹脂）
粉末状樹脂としては、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂など種々の材質のものを用いることができる。例えば、エポキシ樹脂、ポリアミノアミド樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエーテルサルフォン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂から選ばれた１以上の樹脂を組み合わせたものが使用できる。これらの中でも樹脂硬化物の強度、耐熱性等の点からフェノール樹脂が好ましい。
【００７６】
粉末状樹脂の粒子形状は任意であるが、粒状のものを用いるのが好ましい。また、粒子径は、短繊維の繊維径により異なるが、５０μｍ以下が好ましい。なお粒子径は、ＪＩＳ−Ｚ８８０１−１で規定されている金属製網ふるい分け法によって測定した。これにより、短繊維の集合物の隙間に粉末状樹脂を均一に分布させることができる。
【００７７】
（短繊維と粉末状樹脂の分散濃度）
分散媒中の短繊維と粉末状樹脂の分散濃度は、０．３ｇ／リットル以上２０ｇ／リットル以下であることが好ましい。
【００７８】
＜樹脂製回転体＞
以下、本実施の形態で製造した成形素材を用いて、好適に製造される樹脂製歯車について説明する。
【００７９】
樹脂製回転体は、成形素材を、加熱しながら加圧して粉末状樹脂を溶融させて生成した溶融樹脂を短繊維からなる補強繊維層に含浸させた後、溶融樹脂を硬化させて樹脂成形体を形成したものである。また、前記樹脂成形体の外周部に歯切り加工工程を行い、歯車形状に成形することができる。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３１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。
【００８０】
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３を用いて、より具体的に述べると、１つの成形素材３５が、金属製ブッシュ３１の外周部３６の外側の位置に、外周部３６に嵌った状態で配置されている。そして、成形素材３５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３７となる。歯部は、この樹脂成形体３７の外周に形成される。
【００８１】
＜濾過脱水圧縮装置の駆動＞
濾過脱水圧縮装置１３は、先に述べた中空下圧縮型２及び中空上圧縮型４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。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駆動源として使用することができる。
【００８２】
また、駆動すべきものは、中空下圧縮型２及び中空上圧縮型４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４を上下駆動させることが好ましい。
【００８３】
＜第１の実施の形態の成形素材の製造方法＞
以下、本発明の成形素材の製造方法の第１の実施の形態について説明をする。
【００８４】
図１及び図３に概略的に示すように、成形素材３５は、濾過脱水圧縮装置１３を用いて、金属製ブッシュ３１の外周部３６の外側位置に短繊維と粉末状樹脂の集合物３８を形成し、この短繊維と粉末状樹脂の集合物３８を、金属製ブッシュ３１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。
【００８５】
先ず、濾過脱水法により金属製ブッシュ３１の外周部の周囲に短繊維と粉末状樹脂を集積させる、投入工程について説明を行う。
【００８６】
＜投入工程＞
投入工程では、スラリ拡散部材７に向かって、筒状金型３へ上方からスラリを投入する。このスラリは、筒状金型に一旦貯留するか、投入と並行して分散媒を筒状金型外へ排出する。
【００８７】
中空下圧縮型２は、図１（Ｂ）に示すように、短繊維と粉末状樹脂の集合物３８に含まれる分散媒の透液性を付与するために、分散媒の排出を行う排出口１２を有している。この排出口１２には、図示を省略する真空吸引ポンプが取付けられ、分散媒の排出を短時間で完了することができる。なお、この例では、排出口１２からの分散媒の排出時に、短繊維が流出するのを防止するため、中空下圧縮型２の上面に、底部材３９が配置されている。
【００８８】
この底部材３９には、金網を使用できる。金網のメッシュサイズは、１０メッシュ以上１００メッシュ以下が好ましい。なお、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。
【００８９】
ブッシュ支持台５及びスラリ拡散部材７は、金属製ブッシュ３１の外周部よりも内側に短繊維と粉末状樹脂が入り込まないように、金属製ブッシュ３１の外周部３６よりも内側に位置する部分を、筒状金型３の中心線が延びる方向の両側から挟んで支持する。
【００９０】
金属製ブッシュ３１をブッシュ支持台５及びスラリ拡散部材７の間に挟む場合には、図１（Ｂ）に示すように、スラリ拡散部材７をブッシュの上に載せ、スラリ拡散部材７の重みで、金属製ブッシュ３１を挟持する。
【００９１】
短繊維と粉末状樹脂を分散媒に分散して形成したスラリは、図１（Ｂ）に示すように、筒状金型３の開口部の周縁部にスラリ注入上型２０を密着させ、スラリ注入孔２１から供給される。
【００９２】
スラリは、スラリ拡散部材７に向かってその上方から供給し、これにより短繊維と粉末状樹脂が、スラリ拡散部７１で拡散されて、スラリ拡散部材７の周囲に均等配分されて広がる。
【００９３】
＜洗浄工程＞
洗浄工程では、スラリ拡散部材７に向かってその上方から、投入工程にて用いた分散媒と同一の分散媒または水を注ぎ、スラリ拡散部材７のスラリ拡散部７１に付着する短繊維と粉末状樹脂を落下させる。
【００９４】
投入工程にてスラリ投入後、スラリ拡散部材７のスラリ拡散部７１の上部に短繊維と粉末状樹脂が付着して残る。スラリ拡散部材７に短繊維と粉末状樹脂が残ると、排出工程における分散媒排出中または排出後に短繊維と粉末状樹脂の集合物を圧縮する圧縮工程において、中空上圧縮型４及び押下部材８とスラリ拡散部材７の間に短繊維と粉末状樹脂を噛み込んでしまう。このような噛み込みが発生すると、金型が損傷し、連続生産できなくなる。そこでスラリ投入後、スラリ注入孔２１よりノズル２２を介してスラリの分散媒と同じ分散媒または水を注入し、スラリ拡散部材７のスラリ拡散部７１の上面に残った短繊維と粉末状樹脂を洗い流す。
【００９５】
短繊維と粉末状樹脂を洗い流す分散媒または水の注入開始タイミングは、金型内のスラリの液面が金型内に集積した短繊維と粉末状樹脂の集合物の上面に到達するタイミングで投入するのが好ましい。
【００９６】
短繊維と粉末状樹脂を洗い流す分散媒または水の量は、金型内から分散媒または水が溢れない程度に少量投入し、分散媒または水の注入回数を２回以上（複数回）とすることで、確実にスラリ拡散部材７の上部に残った短繊維と粉末状樹脂を洗い流すことができる。
【００９７】
分散媒または水を２回以上注入する場合の間隔は、先に注入した分散媒または水の液面が金型内に集積した短繊維と粉末状樹脂の集合物の上面に下がるまであけるのが好ましい。
【００９８】
＜排出工程及び圧縮行程＞
排出工程では、筒状金型３から分散媒を排出し、筒状金型３内に短繊維と粉末状樹脂を集積した短繊維と粉末状樹脂の集合物３８となす。
【００９９】
圧縮工程では、短繊維と粉末状樹脂の集合物３８を圧縮する工程を行う。
【０１００】
より具体的に一例を述べると、図１（Ｂ）に示すように、筒状金型３内を真空吸引して、中空下圧縮型２に設けた複数の排出口１２から液分を排出することにより、金属製ブッシュ３１の外周部の周囲を囲む短繊維と粉末状樹脂の集合物３８を作製する。
【０１０１】
このようにブッシュ支持台５及びスラリ拡散部材７を用いると、金属製ブッシュ３１の位置決め及び支持を、簡単に行うことができる。
【０１０２】
また、短繊維と粉末状樹脂の集合物３８の外周面の形状は、筒状金型３の内周面の形状によって定まる。
【０１０３】
中空下圧縮型２に設けた複数の排出口１２から液分を排出した後、図１（Ｃ）に示すように、ブッシュ支持台５、スラリ拡散部材７、中空下圧縮型２が上方向に移動する。すると、先ず始めにスラリ拡散部材７と押下部材８とが接触し、上弾性体９及び下弾性体６の力で金属製ブッシュ３１を固定する。なお、図１に示すものでは、上弾性体９及び下弾性体６として、バネ定数の等しいバネを用いている。
【０１０４】
更に、ブッシュ支持台５、スラリ拡散部材７、中空下圧縮型２を上昇させ、ブッシュ支持台５と中空下圧縮型２に設けた段部１０、押下部材８と中空上圧縮型４に設けた段部１１とが当接し、中空下圧縮型２と中空上圧縮型４との距離が縮まらない位置（図１（Ｄ）参照）まで上昇させる。
【０１０５】
ここで、図５を用いて、成形素材の厚みについて、詳細に説明する。
【０１０６】
図５（Ａ）に示すように、金属製ブッシュ３１の厚みＴ１と、段部１０、１１（図１参照）により決定される成形素材３５の厚み（圧縮時の厚み）Ｔ２との関係は、（Ａ）Ｔ１＝Ｔ２、（Ｂ）Ｔ１＞Ｔ２、（Ｃ）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。
【０１０７】
また、金属製ブッシュ３１の下面から圧縮時の成形素材３５下面迄の距離Ｔ３と、金属製ブッシュ３１の上面から圧縮時の成形素材３５上面迄の距離Ｔ４との関係は、（Ｄ）Ｔ３＝Ｔ４、（Ｅ）Ｔ３＞Ｔ４、（Ｆ）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１０、１１の高さＬ３、Ｌ４（図５（Ｂ）参照）を変更することで可能となる。
【０１０８】
更に、前述した（Ａ）〜（Ｃ）、（Ｄ）〜（Ｆ）を組合せた仕様にすることもできる。
【０１０９】
圧縮を行う時間及び温度は、使用する短繊維と粉末状樹脂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４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、濾過脱水後の成形素材３５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、圧縮後の成形素材３５の厚みの経時変化を抑えることができる。
【０１１０】
また、前記圧縮の際、中空下圧縮型２の排出口１２から真空吸引した状態で圧縮することにより、濾過脱水後の成形素材３５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。
【０１１１】
なお、排出工程と、圧縮工程とは、同時に行っても、排出工程を行った後、圧縮工程を行ってもよい。
【０１１２】
順番に行った場合は、先に分散媒と成形素材を十分に分離することができるので、圧縮工程の圧縮時に上型を加熱した場合、上型の温度低下幅を少なく成形素材を圧縮することができる。同時に行った場合は、１工程分の工程を削減できるのでより短時間に成形素材を製造することができる。
【０１１３】
＜成形工程＞
成形素材３５を、加熱しながら加圧して粉末状樹脂を溶融させて生成した溶融樹脂を短繊維からなる補強繊維層に含浸させた後、溶融樹脂を硬化させて樹脂成形体を形成する工程について、以下に説明する。
【０１１４】
図６に示すように、ブッシュ３１に成形素材３５を備えた樹脂製回転体成形用半加工品４０を、予め加熱した金型４１内に配置した後に加熱加圧成形して粉末状樹脂を硬化させて、樹脂成形体を備えた樹脂製回転体を成形する。金型４１は固定金型４２と、固定金型４２の中心に配置されて上下方向に変位する移動金型４３と、この移動金型４３と対になってブッシュ３１を挟持する上金型４４とを備えている。上金型４４の押圧部４４Ａが、固定金型４２内に挿入されて、ブッシュ３１を押圧すると、移動金型４３は、上金型４４の挿入量に応じて下方に変位する。樹脂が硬化したら、成形素材３５を芯材として成形された樹脂成形体を備えた樹脂製回転体を金型４１から取り出して、樹脂成形体の製造を完了する。
【０１１５】
＜加工工程＞
樹脂を含浸硬化させた樹脂成形体の外周部に歯切加工をする。歯は、型成形時に付加することも、型成形の後に切削加工により付加することもできるが、精度を高くすることができることから、切削加工により設けることが好ましい。
【０１１６】
＜第２の実施の形態＞
第１の実施の形態では、短繊維と粉末状樹脂と水とを混合してスラリを作っている。このようなスラリを用いる場合には、スラリの粘度が低いために、例えば図１に示した中空下圧縮型２の底部材３９に用いる金網のメッシュサイズが小さくなる（金網の編み目が大きくなる）と、成形素材３５中の短繊維及び粉末状樹脂の歩留まりが悪くなる。そこで例えば、一辺が１００μｍのメッシュサイズの金網を使用する場合に、粉末状樹脂の粒子径が１０μｍであったとすると、濾過性能が悪いために、水と一緒に排出されてしまう粉末状樹脂の量が多くなる。このような事態を防ぐために、メッシュサイズを大きくする（金網の編み目を小さくする）と、濾過性能は上がるものの、脱水時間が長くなる。そこで第２の実施の形態では、このような問題に対応するために、短繊維と粉末状樹脂と分散媒とを混合した混合液に、１種以上の静電引力凝集タイプの高分子凝集剤を添加してスラリを調整する。静電引力凝集タイプの高分子凝集剤を添加すると、静電引力凝集タイプの高分子凝集剤が凝集機能だけでなく定着剤としても機能し、短繊維同士が定着するともとに、短繊維と粉末状樹脂が定着する。その結果、集合物中に残る短繊維及び粉末状樹脂の量を増やすことができる。すなわち短繊維と粉末状樹脂の定着率を高め、歩留りを向上することができる。
【０１１７】
使用可能な静電引力凝集タイプの高分子凝集剤は、短繊維と粉末状樹脂の定着率を高めることができて、しかも脱水性を著しく阻害しないものであれば、どのようなものでもよく、カチオン性高分子凝集剤としては、例えば、スチレン系高分子、ポリアミン縮合物、ジシアンジアミド縮合物、カチオン変性アクリル系共重合体、ポリメタアクリル酸エステル系、ポリアミジン塩酸塩を用いることができる。また、アニオン性高分子凝集剤としては、例えば、アクリル系共重合物、スルホン化ポリフェノール、多価フェノール系樹脂、ポリアクリル酸エステル系、ポリアクリル酸ソーダ・アミド誘導体を用いることができる。
【０１１８】
代表的な高分子凝集剤を用いた凝集方法では、混合液に、カチオン性高分子凝集剤を添加した後、アニオン性高分子凝集剤を添加する。混合液にカチオン性高分子凝集剤を添加すると、一部の短繊維と一部の粉末状樹脂とが集まってできる多数のフロックと呼ばれる集合物が形成される。その後アニオン性高分子凝集剤を添加すると、フロック同士が集合して更に大きなフロックの生成が進み、寸法の大きなフロックが多数形成される。このようなフロックが形成されると、脱水性が向上する。その結果、短い時間で脱水をできるとともに、短繊維と粉末状樹脂の定着率が向上する。特に、カチオン性高分子凝集剤としてカチオン性スチレン系高分子水溶液を用い、アニオン性高分子凝集剤としてアニオン性アクリル系高分子水溶液を用いると、高い脱水性を得ることができる。
【０１１９】
また高分子凝集剤として、両性高分子凝集剤を用いることができる。両性高分子凝集剤とは、混合液中の短繊維及び粉末状粒子の中和効果（カチオン）と、高分子鎖による絡まり合い（高分子量体）の生成と、絡まり合い（高分子量体）をアニオンとカチオンの電荷による静電引力により補強する作用を発揮するものである。このような、両性高分子凝集剤としては、例えば、アクリルアミド・アクリル酸・アルキルアミノアクリレート４級塩共重合物、ポリアクリル酸エステル系、ポリメタクリル酸エステル系を用いることができる。
【実施例】
【０１２０】
以下、本発明の実施例を説明する。【０１２１】
［実施例１］
スラリを製造するために、短繊維と粉末状樹脂投入時の濃度が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の繊維総量が４０体積％となる量の短繊維と、樹脂成形体中の樹脂の総量が６０体積％となる量の粉末状樹脂を入れる。具体的には、短繊維として用いる繊維チョップとして、アスペクト比２００のパラ系アラミド繊維“帝人（株）製「テクノーラ（商標）」”を５０質量％、アスペクト比２００のメタ系アラミド繊維“帝人（株）製「コーネックス（商標）」”を４５質量％、そしてフリーネス値３００ｍｌまでフィブリル化処理した微細繊維“デュポン（株）製「ケブラー（商標）」”を５質量％となる量をそれぞれ投入する。また、粉末状樹脂として、粒子径２０μｍのフェノール樹脂粉末“エア・ウォーター・ベルパール（株）製「ベルパール（商標）」を投入する。次に攪拌機でタンク内の水を攪拌し繊維チョップとフェノール樹脂粉末を分散させてスラリを製造する。【０１２２】
このとき、カチオン性高分子凝集剤として明成化学工業株式会社が「セラフィックスＳＴ」（商標）の名称で販売するカチオン性スチレン系高分子水溶液を添加して撹拌した後、アニオン性高分子凝集剤として明成化学工業株式会社が「ファイレックスＭ」（商標）の名称で販売するアニオン性アクリル系高分子水溶液を添加して撹拌して、本実施例で用いるスラリとした。カチオン性スチレン系高分子水溶液の添加量は、短繊維と粉末状樹脂の総量に対して、０．２質量％であり、アニオン性アクリル系高分子水溶液の添加量は、短繊維と粉末状樹脂の総量に対して、０．１質量％であった。【０１２３】
次に、図１（Ａ）に示す濾過脱水圧縮装置を用いて、ブッシュ支持台５上に金属製ブッシュ３１を位置決めし、スラリ拡散部材７を金属製ブッシュ３１上に位置ズレしないように載置し、金属製ブッシュ３１を挟持する。なお、スラリ拡散部材７の上側に凸となる円錐形状のスラリ拡散部７１の円錐面の中心角は９０°である。また、スラリ拡散部７１の頂部は、Ｒ１５ｍｍの曲面形状とした。【０１２４】
使用する金属製ブッシュ３１の突出部３３及び凹部３４の形状（図４参照）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３１の仮想中心横断面と側面との間の角度θが２０°である。【０１２５】
ここで、中空下圧縮型２の位置は、金属製ブッシュ３１の軸方向中央から底部材３９上面までの距離が５０ｍｍとなる位置とした。【０１２６】
図１（Ｂ）に示すスラリ注入上型２０と筒状金型３を密着させ濾過脱水圧縮装置内に、上記スラリを投入する。そして、筒状金型内を真空吸引して中空下圧縮型２に設けた複数の排出口１２から水を排水することにより、繊維チョップとフェノール樹脂粉末と、水を分離して円筒状の短繊維と粉末状樹脂の集合物３８を得る。真空吸引し繊維チョップとフェノール樹脂粉末と、水を分離後、スラリ注入孔２１より水を注入し、スラリ拡散部材７の上側に残った繊維チョップとフェノール樹脂粉末を洗い流す。スラリ注入孔２１は、スラリ拡散部材７の直上に配置する。【０１２７】
なお、排水時に排出口１２より繊維チョップとフェノール樹脂粉末が流出するのを防止するために、中空下圧縮型２上には底部材３９を配置した。この底部材３９としては金属製：２０メッシュの金網を用いた。【０１２８】
次に金属製ブッシュ３１の回り止め部に、更に強固に繊維チョップとフェノール樹脂粉末を喰い込ませるために圧縮を行う。図１（Ｃ）に示すように、金属製ブッシュ３１の軸方向中央から中空上圧縮型４下面までの距離が５０ｍｍとなる位置まで、中空下圧縮型２、筒状金型３、ブッシュ支持台５、ブッシュ３１、スラリ拡散部材７、短繊維と粉末状樹脂の集合物３８を、台座１ごと上昇させる。この位置は、金属製ブッシュ３１が、中空上圧縮型４と中空下圧縮型２の間の、中央に位置する状態となる位置である。【０１２９】
図１（Ｄ）に示すように、ブッシュ３１が、中空上圧縮型４と中空下圧縮型２の間の中央に位置する状態で、台座１を速度：１〜５ｍｍ／ｓで上昇させ、短繊維と粉末状樹脂の集合物３８が厚み：２０ｍｍとなるまで圧縮する。【０１３０】
そして、この状態で２分間圧縮することにより、金属製ブッシュ３１と一体化した樹脂製回転体成形用半加工品を得た。【０１３１】
なお、前記圧縮の際、中空下圧縮型２の排出口１２から真空吸引した状態で圧縮している。また、図５（Ｂ）に示す、ブッシュ支持台５の長さ：Ｌ７＝１００ｍｍ、スラリ拡散部材７の長さ：Ｌ６＝７０ｍｍ、押下部材８の長さ：Ｌ５＝３０ｍｍ、金属製ブッシュ３１の厚み：Ｔ１＝１０ｍｍ、中空上圧縮型４と中空下圧縮型２の段部の高さＬ３及びＬ４：Ｌ３＝Ｌ４＝１００ｍｍとした。【０１３２】
［実施例２］
スラリ拡散部材７の頂部が曲面形状でないこと以外は、実施例１と同じ方法で成形素材を作製した。【０１３３】
［比較例１］
スラリ拡散部材７に付着し残留する短繊維と粉末状樹脂を洗い流すことをしない以外は、実施例１と同じ方法で成形素材を作製した。【０１３４】
前述した実施例１〜２及び比較例1に示す方法でスラリ注入後、スラリ拡散部材７上に短繊維と粉末状樹脂が残る回数を測定（１０回の成形素材作製中の短繊維と粉末状樹脂の残り回数を測定）した。測定結果を以下の表１に示す。
【表１】
0005621941.tif 000002
【０１３５】
表１より、短繊維と粉末状樹脂を洗い流すことをしなかった比較例１は、１０回中１０回スラリ拡散部材７上に短繊維と粉末状樹脂が残った。また、洗浄水を投入した場合でも、スラリ拡散部材７の頂部が曲面形状でない実施例２は、１０回中５回スラリ拡散部材７上に短繊維と粉末状樹脂が残った。これに対し、スラリ拡散部材７の頂部を曲面形状とした実施例１では、スラリ拡散部材７上に短繊維と粉末状樹脂が残ったのは１０回中０回であった。そのため比較例１と比べ、投入工程にてスラリ拡散部材に付着し残留する短繊維と粉末状樹脂を洗い流す洗浄工程を含む本発明では、スラリ拡散部材７上に短繊維と粉末状樹脂が残らないため製品個々の短繊維と粉末状樹脂の量のばらつきが少なく、また金型損傷が発生しないため連続生産を行うことが可能である。【０１３６】
上記実施例では、高分子凝集剤をスラリに添加しているために、凝集性が高く、実施例１の場合にだけ、十分な洗浄効果が得られている。しかしながら第１の実施の形態のように、スラリに高分子凝集剤を添加しない場合には、上記実施例１で用いたスラリ拡散部材のように先端部に湾曲面を有するスラリ拡散部を用いる場合だけでなく、上記実施例２で用いたスラリ拡散部材のように先端部に湾曲面を有しないスラリ拡散部を用いる場合にも、十分な洗浄効果が得られることが実験により確認されている。したがってスラリ拡散部材の形状は、スラリの粘度等によっては、実施例１のスラリ拡散部材のように先端部に湾曲面を備えている必要はない。スラリ拡散部材のスラリ拡散部は、少なくとも上方向に延び且つ上方向と直交する方向の横断面の面積が上方向に向かうに従って小さくなるものであれば、本発明で使用することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１３７】
本発明によれば、分散媒または水をスラリ拡散部材に向かって注ぎ、スラリ拡散部材に付着して残存する短繊維と粉末状樹脂を筒状金型内へ落下させることで、製造される成形素材の目付量（質量）を均一にすると共に、短繊維と粉末状樹脂を金型部材の隙間に噛み込んでしまう基材ガミを防止して、連続生産を行うことが可能となる。また、金型寿命を延ばすこともできる。【０１３８】
また分散媒を筒状金型から排出する排出工程と短繊維と粉末状樹脂の集合物を圧縮する工程を同時に行う場合は、１工程分工程を削減できるので、より短時間に成形素材を製造することができる。【０１３９】
分散媒の排出が、減圧雰囲気下にて行われる場合は、より短時間に分散媒の排出を行うことができる。【０１４０】
短繊維と粉末状樹脂の集合物を圧縮する圧縮工程が、加圧力５〜２５ＭＰａで行われる場合は、短繊維と粉末状樹脂の集合物が含有する、より多くの分散媒を排出することができる。また短繊維と粉末状樹脂の集合物と金属製ブッシュに設けた回り止め部との結合強度が高くなり、短繊維と粉末状樹脂の集合物も硬く締まった状態となり、成形素材の取扱い性が向上する。【０１４１】
また、熱をかけながら行われる場合は、粉末状樹脂の溶融温度より低い温度にすることで、短時間で短繊維と粉末状樹脂の集合物に含まれる分散媒の分離を行うことができ、減圧雰囲気下にて更に加熱を行うと、より一層短時間で分離できる。【０１４２】
短繊維と粉末状樹脂の集合物が、筒状金型内で歯車の形状を付与される場合は、最終的に歯車を作製する場合に、後の切削工程を簡略化することができ、材料歩留りを向上することができる。【０１４３】
本発明の樹脂製回転体は、成形素材の目付量が均一であることから、強度も均一となり、耐久性能に優れ、車輌用部品、産業用部品等の高温・高負荷の使用条件に耐え得る樹脂製回転体として使用することができる。
【符号の説明】
【０１４４】
１  台座
２  中空下圧縮型
３  筒状金型
４  中空上圧縮型
５  ブッシュ支持台
６  下弾性体
７  スラリ拡散部材
８  押下部材
９  上弾性体
１０  段部
１１  段部
１２  排出口
１３  濾過脱水圧縮装置
２０  スラリ注入上型
２１  スラリ注入孔
３０  樹脂製歯車
３１  金属製ブッシュ
３２  貫通孔
３３  突出部
３４  凹部
３５  成形素材
３６  外周部
３７  樹脂成形体
３８  短繊維と粉末状樹脂の集合物
３９  底部材
４０  樹脂製回転体成形用半加工品
４１  金型
４２  固定金型
４３  移動金型
４４  上金型
４４Ａ  押圧部
【要約】
製品個々の短繊維と粉末状樹脂の量のばらつきが少なく、金型の損傷が無く、連続生産を行うことが可能な成形素材を製造する。投入工程で、スラリを、スラリ拡散部材（７）に向かってその上方から供給する。スラリ拡散部材（７）は、上方向に延び且つ上方向と直交する方向の横断面の面積が上方向に向かうに従って小さくなる形状を有する。洗浄工程において、スラリ拡散部材（７）に向かってその上方から、投入工程にて用いた分散媒と同一の分散媒または水を注ぎ、スラリ拡散部材（７）のスラリ拡散部（７１）上に付着する短繊維と粉末状樹脂を落下させる。その後筒状金型（３）から分散媒を排出し、筒状金型（３）内に短繊維と粉末状樹脂を集積した短繊維と粉末状樹脂の集合物（３８）を作る。そして集合物（３８）を圧縮する。【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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