(57)【要約】      （修正有）【課題】歯面に作用する荷重によって樹脂のはく離が生じにくい樹脂歯車の製造に好適な製造装置を提供する。【解決手段】歯車状のシート状樹脂Ｓａを歯部が軸方向に整列するように積層して、平歯歯車状の素形体４を作成し、該素形体を平歯歯車状の保持空間１４ａを備えた素形体ホルダ１４に収容する。上型１５に設けた平歯歯車状の押圧部材１５ａを下降させて素形体４を加熱圧縮するとともに、下型１２に形成した上記樹脂歯車の歯部がはす歯状の成形空間に圧入して、上記素形体４の歯部４ａを軸方向に対して傾斜したはす歯に変形させて、成形された樹脂歯車１の歯部における強化繊維の方向を軸方向に対して傾斜させる樹脂歯車の製造装置。【選択図】図４
2014051097.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
歯車状のシート状樹脂を軸方向に複数枚積層させて作成した歯車状の素形体を、加熱しながら軸方向に圧縮して樹脂歯車を成形する下型および上型を備えた樹脂歯車の製造装置において、
該素形体を収容する平歯歯車状の保持空間の形成された素形体ホルダを上記下型と上型との間に設け、
上記下型に、上記樹脂歯車の歯部がはす歯状となるように形成した成形空間を形成するとともに、上記上型は上記素形体ホルダにおける上記保持空間に挿入されて上記素形体を上方から押圧する平歯歯車状の押圧部材を備え、
上記素形体ホルダが上記素形体を上記下型の成形空間の一方の端面に隣接した位置に設置すると、上記上型の押圧部材が上記素形体ホルダの保持空間に挿入されて該素形体を軸方向に押圧し、上記成形空間に圧入しながら素形体の歯部を平歯からはす歯へと変形させることを特徴とする樹脂歯車の製造装置。
【請求項２】
上記樹脂歯車は、外周に上記歯部の形成されたリング状の樹脂リングと、該樹脂リングの内周面に嵌合する外周に周り止め手段の形成された金属製の金属ブッシュとから構成され、
上記樹脂歯車の製造装置は、上記下型における成形空間の位置に上記金属ブッシュを保持する金属ブッシュホルダを備え、
該金属ブッシュホルダの上部に上記素形体ホルダに保持される素形体の内周面に挿入される該素形体の内周面と略同径のガイド部材を設けて、
上記上型の押圧部材は上記素形体と同形状に形成されて、上記素形体ホルダの内周面と上記ガイド部材の外周面とによって形成される保持空間内部に挿入されながら上記素形体を押圧することを特徴とする請求項１に記載の樹脂歯車の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は樹脂歯車の製造装置に関し、詳しくは抄造により製造したシート状樹脂を歯車状に切断するとともに、該歯車状のシート状樹脂を軸方向に複数枚積層させて歯車状の素形体を作成し、該素形体を加熱圧縮して成形する樹脂歯車の製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、抄造により製造したシート状樹脂を歯車状に切断するとともに、該歯車状のシート状樹脂を軸方向に複数枚積層させて歯車状の素形体を作成し、その後該素形体を加熱圧縮して樹脂歯車を成形する、樹脂歯車の製造方法が知られている（特許文献１）。
この特許文献１によれば、上記樹脂歯車をはす歯歯車状に形成する場合、上記歯車状のシート状樹脂の歯を徐々にずらしながら積層させて、はす歯歯車状の素形体を作成し、その後該はす歯歯車状の素形体を加熱圧縮して樹脂歯車を成形するようになっている（段落００３７参照）。
また上記特許文献１における樹脂歯車の製造装置は上型および下型からなるいわゆる凹凸金型となっており、樹脂歯車をはす歯歯車状に形成する場合、下型に上記歯車状のシート状樹脂の歯を徐々にずらしながら積層させて加熱圧縮する必要がある（段落００３１、００３７参照）。
一方、抄造により製造したシート状樹脂を軸方向に複数枚積層させて樹脂歯車を作成すると、強化繊維の方向における繊維同士の絡み合いが無いことから、この強化繊維の方向に沿って樹脂がはく離してしまうという問題が指摘されている（特許文献２の従来技術）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２２７０６１号公報
【特許文献２】特開２００９−１５４３３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、特許文献１の方法で製造した樹脂歯車の場合、素形体を作成した際における強化繊維の方向が軸方向に対して直交しているため、各歯における強化繊維の方向も軸方向に対して直交することとなる。
これに対し、はす歯歯車における各歯に作用する荷重は、各歯の歯面に直交する方向に作用するため、強化繊維の方向に対して該荷重が傾斜した方向に作用することとなり、特許文献２で指摘されているように、該強化繊維の方向に沿って樹脂がはく離してしまうという問題があった。
また特許文献１における樹脂歯車の製造装置の場合、下型に歯車状のシート状樹脂の歯を徐々にずらしながら積層させなければならず、製造工程が煩雑になるという問題があった。
このような問題に鑑み、本発明ははす歯状の歯部における樹脂のはく離を防止可能な樹脂歯車の製造に好適な樹脂歯車の製造装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
すなわち請求項１の発明にかかる樹脂歯車の製造装置は、歯車状のシート状樹脂を軸方向に複数枚積層させて作成した歯車状の素形体を、加熱しながら軸方向に圧縮して樹脂歯車を成形する下型および上型を備えた樹脂歯車の製造装置において、
該素形体を収容する平歯歯車状の保持空間の形成された素形体ホルダを上記下型と上型との間に設け、
上記下型に、上記樹脂歯車の歯部がはす歯状となるように形成した成形空間を形成するとともに、上記上型は上記素形体ホルダにおける上記保持空間に挿入されて上記素形体を上方から押圧する平歯歯車状の押圧部材を備え、
上記素形体ホルダが上記素形体を上記下型の成形空間の一方の端面に隣接した位置に設置すると、上記上型の押圧部材が上記素形体ホルダの保持空間に挿入されて該素形体を軸方向に押圧し、上記成形空間に圧入しながら素形体の歯部を平歯からはす歯へと変形させることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００６】
上記請求項１の発明によれば、上記素形体ホルダには平歯歯車状の素形体を収容すればよいため、素形体を容易に製造装置にセットすることができ、その後素形体を加熱圧縮すれば、素形体を下型の成形空間に圧入される際にはす歯歯車状の樹脂歯車へと成形することができる。
この製造装置によって上記請求項１の樹脂歯車を製造すれば、上記素形体の歯部が上記はす歯状の成形空間に斜めに変形しながら圧入されることとなるため、強化繊維の方向が軸方向に対して傾斜することとなり、はす歯状の歯部における樹脂のはく離を防止可能な樹脂歯車を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本実施例にかかる樹脂歯車の斜視図
【図２】樹脂歯車の周方向断面図
【図３】樹脂歯車の軸方向断面図
【図４】製造装置の断面図
【図５】樹脂歯車の製造方法を説明する図
【図６】本発明にかかる樹脂歯車の樹脂の方向を示す図
【図７】従来技術にかかる樹脂歯車の樹脂の方向を示す図
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下図示実施例について説明すると、図１ないし図３はエンジンのバランサーシャフトギア等に用いる樹脂歯車１を示し、図１は樹脂歯車１の斜視図を、図２は樹脂歯車１の中心軸に対して直交する平面で切断した周方向断面図を、図３は軸方向に平行な平面で切断した軸方向断面図をそれぞれ示している。
上記樹脂歯車１は、リング状の樹脂リング２と、上記樹脂リング２の内周面２ａに嵌合した金属ブッシュ３とから構成され、上記樹脂リング２の外周には軸方向に対して傾斜するように形成されたはす歯状の歯部２ｂが等間隔に形成されている。
上記金属ブッシュ３は、焼結合金や炭素系鋼からなり、図２に示すように金属ブッシュ３の外周面には周り止め手段としての突起３ａが形成され、上記樹脂リング２が各突起３ａを囲繞することで、上記樹脂リング２と金属ブッシュ３とが相互に回転しないように結合されるものとなっている。
上記突起３ａは金属ブッシュ３の外周面に沿って放射状に一列設けられており、金属ブッシュ３の外周面から外側に向けて広くなる逆テーパ状に形成されている。そして本実施例の突起３ａは、金属ブッシュ３の軸方向中央に対して該金属ブッシュ３の一方の端面に偏倚した位置に設けられている。
後に詳述するが、図４を用いて上記構成を有する樹脂歯車１の製造方法を簡単に説明すると、最初にフェノール樹脂粉末、アラミド繊維等を水に分散し、抄造して得られたシート状樹脂Ｓを歯車状に切断し（図４（ａ））、該歯車状のシート状樹脂Ｓを軸方向に複数枚積層して平歯歯車状の素形体４を成形する（図４（ｂ））。
その後、この素形体４を以下に説明する製造装置１１を用いて加熱しながらはす歯歯車状の樹脂リング２へと圧縮成形し、その際該樹脂リング２を上記金属ブッシュ３に圧入するようになっている（図４（ｃ））。
【０００９】
図５は上記樹脂歯車１の製造装置１１を示しており、該製造装置１１は、上記樹脂歯車１を成形する成形空間１２ａの形成された下型１２と、上記金属ブッシュ３を保持する金属ブッシュホルダ１３と、上記素形体４を保持する素形体ホルダ１４と、上記素形体４を上方より押圧して上記下型１２の成形空間１２ａに圧入する上型１５とを備え、また上記素形体４を加熱するための図示しないヒーターを備えている。
上記下型１２は本体部に固定されており、その上面には素形体４が圧入されて樹脂歯車１が成形される成形空間１２ａが開口し、上記金属ブッシュホルダ１３はこの成形空間１２ａの中央に上記金属ブッシュ３を保持するようになっている。
上記成形空間１２ａにおける外周部分（図示破線部より外側）には、樹脂歯車１の歯部２ｂがはす歯状となるよう斜めの空間が形成されており、上記素形体４の歯部４ａはこの空間に沿って斜めに流入するようになっている。
また成形した樹脂歯車１が下型１２より容易に離型するよう、成形空間１２ａの内周面には金属メッキ加工が施されている。
そして上記下型１２における成形空間１２ａより離隔した位置には、上記素形体ホルダ１４をガイドするためのピン１６が上方に向けて設けられ、また上記上型１５より下方に向けて設けられたピン１７が挿入される貫通孔とが形成されている。
【００１０】
上記金属ブッシュホルダ１３は略円筒状を有しており、上記金属ブッシュ３を上記下型１２の成形空間１２ａの位置に保持するため、その上端部には金属ブッシュ３の下面に当接するとともに該金属ブッシュ３の内周面に嵌合する段差形状が形成されている。
また金属ブッシュホルダ１３の外周の径は、上記金属ブッシュ３における上記突起３ａの位置よりも大径で、かつ上記樹脂リング２における歯部２ｂの基部（図示破線）よりも小径となっている。
上記金属ブッシュホルダ１３は昇降手段１８によって下型１２に対して回転しながら昇降するように設けられており、図４に示す下降位置より回転しながら上昇すると、上記樹脂歯車１における金属ブッシュ３および樹脂リング２の歯部２ｂよりも内側を下方より押圧して、樹脂歯車１を上記はす歯歯車状に形成された成形空間１２ａより離脱させるようになっている。
次に、上記金属ブッシュホルダ１３の上部には上記円筒状のガイド部材１９がボルト２０により着脱可能に設けられており、該ガイド部材１９は上記金属ブッシュ３を金属ブッシュホルダ１３に装着してから、該金属ブッシュホルダ１３に連結されるようになっている。
そしてガイド部材１９は上記金属ブッシュ３の外周面と同径、すなわち上記素形体４の内周面４ｂと同径に成形されており、上記ガイド部材１９を上記金属ブッシュホルダ１３に装着すると、上記金属ブッシュ３の上方の端面がガイド部材１９によって覆われるようになっている。
このため、上記素形体４が下型１２の成形空間１２ａに圧入される際、樹脂がガイド部材１９と金属ブッシュ３との間に入り込まないようになっている。
【００１１】
上記素形体ホルダ１４は、中央に上記素形体４を収容する保持空間１４ａを備え、図示しない昇降手段１８によって昇降するようになっている。
上記保持空間１４ａは上記素形体４を収容するために平歯歯車状の空間となっており、収容した素形体４の歯部４ａの位置が、上記下型１２に形成した成形空間１２ａの上面に露出した歯車状の開口部の形状と一致するようになっている。
また上記素形体ホルダ１４を下降させると、上記保持空間１４ａの中央には上記ガイド部材１９が位置するようになっており、これにより上記保持空間１４ａは上記素形体４と略同形状の空間を有することとなる。
また、素形体ホルダ１４には、上記下型１２に設けたピン１６の挿通される貫通孔と、上記上型１５に設けたピン１７の挿通される貫通孔とが形成されており、上記下型１２、素形体ホルダ１４、上型１５の位置ズレが防止されるようになっている。
【００１２】
上記上型１５は図示しない昇降手段によって昇降するとともに、上記素形体ホルダ１４とガイド部材１９とによって形成された上記保持空間１４ａ内に挿入される押圧部材１５ａを備えている。
上記押圧部材１５ａの外周面には、上記素形体４と同様、平歯状の歯部が形成されており、押圧部材１５ａを上記素形体ホルダ１４に形成された保持空間１４ａに挿入すると、押圧部材１５ａの下面によって素形体４を上方から押圧するようになっている。
そして、上記素形体ホルダ１４および上型１５を下降端まで下降させると、上記押圧部材１５ａの下端部は上記下型１２の上面の位置で停止するようになっており、これにより上記素形体４は上記下型１２の成形空間１２ａに圧入されるようになっている。
【００１３】
次に、図４を用いて上記樹脂歯車１の製造方法を説明する。
まず、図４（ａ）は、シート状樹脂Ｓを抄造により製造するとともに、該シート状樹脂Ｓを歯車形状に切断する工程を示している。
最初に、熱硬化性樹脂であるフェノール樹脂粉末と強化繊維としてのアラミド繊維とアラミドパルプとをそれぞれ水に分散させ、これを抄造することで長方形のシート状樹脂Ｓを製造し、これを加圧プレス機に投入して脱水を行う。
ここで得られたシート状樹脂Ｓからは、複数枚の歯車形状を得ることが可能であり、上記長方形のシート状樹脂Ｓを抜きプレス機に投入することで、複数の歯車型のシート状樹脂Ｓａを得ることができ、このとき各シート状樹脂Ｓａには上記内周面２ａを構成する円形の孔Ｓｂも穿設しておく。
なお、このとき発生する残材については、リサイクルにより再度上記シート状樹脂Ｓを抄造する際に用いることが可能となっている。
その後、得られた上記歯車形状のシート状樹脂Ｓａからは、乾燥等の手段により水分を除去する。
【００１４】
次に、図４（ｂ）は上記歯車形状のシート状樹脂Ｓａを複数枚積層させて上記素形体４を成形する工程を示している。
本実施例では８枚のシート状樹脂Ｓを積層させるようになっており、このとき各シート状樹脂Ｓにおける歯の位置を一致させた状態で積層させたら、これを内周および外周の形状を拘束する図示しない金型へ投入し、フェノール樹脂が軟化する温度で加熱しながら軸方向、すなわち積層方向に圧縮する。
すると、上記シート状樹脂Ｓに含まれるアラミド繊維が圧縮により水平方向を向くとともに、フェノール粉末が一部軟化して隣接するシート状樹脂Ｓ同士が接着し、その結果、外周に平歯状の歯部４ａが形成されるとともに円形の内周面４ｂの形成された平歯歯車状の素形体４が得られる事となる。
この素形体４は、軸方向の厚みは上記金属ブッシュ３の軸方向の厚みより厚く形成されているが、直径方向の寸法は成形後の樹脂歯車１とほとんど変わらず、特に上記内周面２ａの径は上記金属ブッシュ３の外周面と同径となっている。
【００１５】
そして、図４（ｃ）は、上記図４に示す製造装置１１を用いて、上記素形体４を加熱加圧しながら金属ブッシュ３に圧入して、樹脂リング２と金属ブッシュ３とを結合する工程を示している。
最初に上記金属ブッシュホルダ１３に金属ブッシュ３を装着し、その後金属ブッシュホルダ１３に上記ガイド部材１９を連結して、金属ブッシュ３の上下の端面を覆うように挟持する。
また上記金属ブッシュホルダ１３は金属ブッシュ３の下方の端面を下型１２に形成された成形空間１２ａの高さに保持し、金属ブッシュ３の上方の端面を下型１２の上面と同じ高さに位置させる。このとき、金属ブッシュ３の突起３ａは、中心線に対して上方に偏倚するようになっている。
一方、上記素形体ホルダ１４に上記素形体４がセットされると、該素形体ホルダ１４は上記下型１２に当接する位置まで下降して、素形体４が下型１２の成形空間１２ａの上方の端面に隣接した位置に設置され、ガイド部材１９が素形体４の内周面４ｂに挿入される。
このとき、素形体４には平歯状の歯部２ｂが形成されていることから、はす歯歯車状に形成された成形空間１２ａには入り込まないようになっている。
【００１６】
続いて、上記素形体ホルダ１４に保持された素形体４をヒーターにより加熱すると、素形体４が所定温度まで加熱されることで素形体４に含まれるフェノール粉末が一旦軟化することとなる。
この状態で上記上型１５を下降させると、上記素形体ホルダ１４と上記ガイド部材１９との間に形成された保持空間１４ａに上記押圧部材１５ａが挿入され、素形体４が該押圧部材１５ａによって下方に押圧される。
その結果、軟化した素形体４は下型１２の成形空間１２ａに圧入されることとなり、素形体４の厚さから樹脂リング２の厚さまで圧縮される。また、平歯状だった歯部２ｂは成形空間１２ａに沿って変形し、はす歯状の歯部２ｂが成形されることとなる。
また、素形体４を押圧部材１５ａによって下方に押圧すると、素形体４の内周面２ａに金属ブッシュ３が下方より圧入され、その際上記金属ブッシュ３に形成した突起３ａは、軟化した素形体４の樹脂を押し分け、この樹脂は突起３ａが通過した後に形成される空間に回り込むようになっている。
このようにして素形体４が圧縮されて上記成形空間１２ａに圧入されると、この下型１２に充填された素形体４の樹脂は架橋反応により固化して上記樹脂リング２となり、該樹脂リング２の内周に金属ブッシュ３が装着された樹脂歯車１が得られることとなる。
その後、上記下型１２から上型１５および素形体ホルダ１４が上昇して離脱すると、その後さらに上記金属ブッシュホルダ１３が昇降手段１８によって回転しながら上昇し、樹脂歯車１を下型１２より離型させる。
そして図４（ｄ）では、上記工程によって得られた樹脂歯車１を再度加熱してアニールを行うとともにバリ取りなどの仕上げを行い、上記樹脂歯車１が得られる。
【００１７】
本実施例における樹脂歯車１の製造方法によれば、上記歯車状のシート状樹脂Ｓａを軸方向に積層させた平歯歯車状の素形体４を、上記製造装置１１によってはす歯歯車状に形成することで、歯部２ｂにおけるアラミド繊維の方向を軸方向に対して傾斜させることが可能となっている。
具体的に説明すると、図６に示すように、樹脂リング２におけるリング状部２ｃは、上記製造装置１１によって成形される際に、上方から下方へと横方向への圧力を受けることなく上記素形体４ガイドから下型１２の成形空間１２ａへと圧入されるため、アラミド繊維の方向は軸方向に対して直交した方向を維持することとなる。
これに対し、樹脂リング２における歯部２ｂは、上記成形空間１２ａに圧入される際に、平歯からはす歯へとねじれながら変形するため、上記アラミド繊維の方向ははす歯状の成形空間１２ａに沿って変形する際に軸方向に対して傾斜し、はす歯状の歯部２ｂの歯面に対して略歯直角を向くこととなる。
ここで、はす歯歯車において各歯部２ｂに作用する荷重は歯面に対して直角となり、上記アラミド繊維の方向と略同方向に作用することから、上記アラミド繊維の方向に樹脂をはく離させる分力が作用せず、歯部２ｂにおける樹脂のはく離が防止されるようになっている。
【００１８】
これに対し、図７は上記特許文献１にかかる製造方法で製造した樹脂歯車１を示し、素形体４をはす歯歯車状に形成するとともに、該素形体４をそのままはす歯歯車状に成形した樹脂歯車１となっている。
このような製造方法によると、上記はす歯状の歯部２ｂを有する素形体４はそのままはす歯状の空間に沿って圧入されるため、上記歯部２ｂにおける繊維の方向は軸方向に対して直交したままとなる。
その結果、各歯部２ｂに作用する荷重は繊維の方向に対して傾斜した方向に作用することとなり、上記繊維の方向に対して斜めに分力が作用することから、繊維の絡み合いがほとんど無い繊維の方向に沿ってはく離が生じるおそれがある。
【００１９】
そして、本実施例にかかる製造方法によって製造した樹脂歯車１と、上記特許文献１の製造方法によって製造した樹脂歯車１とについて、上記歯部２ｂのねじり強度を測定した。
具体的には、上記該歯部２ｂの歯面に直交する方向に作用する荷重への耐久性を測定することでねじり強度を評価し、発明品は従来品よりも耐荷重性が高いことが確認でき、歯部２ｂに作用する荷重によって繊維の方向に沿ってはく離が生じにくいことが理解できた。
【符号の説明】
【００２０】
１  樹脂回転体                ２  樹脂リング
２ａ  内周面                  ３  金属ブッシュ
３ａ  突起                    ４  素形体
１１  製造装置                １２  下型
１２ａ  成形空間              １３  金属ブッシュホルダ
１４  素形体ホルダ            １４ａ  保持空間
１５  上型                    １５ａ  押圧部材
１９  ガイド部材
【図１】
2014051097.tif 000003
【図２】
2014051097.tif 000004
【図３】
2014051097.tif 000005
【図４】
2014051097.tif 000006
【図５】
2014051097.tif 000007
【図６】
2014051097.tif 000008
【図７】
2014051097.tif 000009