(57)【要約】【課題】金属製ブッシュを用いた樹脂製歯車よりも軽量化した樹脂製歯車を提供する。【解決手段】中心部に貫通孔を有する無機繊維を含有した無機繊維樹脂層と、この無機繊維樹脂層の外周に配置される、有機繊維を含有した有機繊維樹脂層とを有した樹脂製歯車である。好ましくは、貫通孔は、その内周面に凹凸を有し、回転軸と互いの凹凸により係合される。また、有機繊維樹脂層は、この層内の範囲で、歯面を設けられている。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心部に貫通孔を有する無機繊維を含有した無機繊維樹脂層と、この無機繊維樹脂層の外周に配置される、有機繊維を含有した有機繊維樹脂層とを有した、樹脂製歯車。
【請求項２】
請求項１において、貫通孔が、その内周面に凹凸を有し、回転軸と互いの凹凸により係合される樹脂製歯車。
【請求項３】
請求項１又は２において、有機繊維樹脂層が、この層内の範囲で、歯面を設けられる樹脂製歯車。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れかにおいて、樹脂が、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂である樹脂製歯車。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れかにおいて、無機繊維樹脂層と、有機繊維樹脂層との界面が、平面視にて曲線形状又は多角形状である樹脂製歯車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属製のブッシュを必要としない、樹脂製歯車に関する。
【背景技術】
【０００２】
年々厳しくなる排ガス規制に対応するため、また、自動車の燃費向上を目的として、自動車用部品に対する軽量化、コンパクト化の要求が強くなっており、エンジン内部やエンジン周辺部品の樹脂化が進められている。
樹脂製歯車は、金属製歯車と噛み合う相手歯車として、軽量化、歯の噛み合い時の騒音抑制を目的として使用されている。
【０００３】
前述した樹脂製歯車は、その中央部分に回転軸に係合する金属製ブッシュが配置され、その外周部分に有機繊維を含有した有機繊維樹脂硬化層が設けられており、この有機繊維樹脂硬化層に歯を形成している（特許文献１参照）。
そして、樹脂製歯車に対する軽量化の要求が、更に強まってきていることから、質量の重い金属製ブッシュに対する改善要求が、出始めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１２１２３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、回転軸と金属製ブッシュの組み付けは、金属製ブッシュの貫通孔に対し、シャフトを圧入して固定しているため、貫通孔を設ける金属製ブッシュは、圧入に耐え回転軸との接合性が良い必要があり、軽量化の可能な他の材料が見いだされていない。
また、歯を設けている有機繊維樹脂硬化層を中心部迄広げ、金属製ブッシュを廃止することは、材料強度が弱く、全く現実的でない。
【０００６】
本発明は、金属製ブッシュを用いた樹脂製歯車よりも軽量化した樹脂製歯車を、提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、以下のものに関する。
（１）中心部に貫通孔を有する無機繊維を含有した無機繊維樹脂層と、この無機繊維樹脂層の外周に配置される、有機繊維を含有した有機繊維樹脂層とを有した、樹脂製歯車。
（２）項（１）において、貫通孔が、その内周面に凹凸を有し、回転軸と互いの凹凸により係合される樹脂製歯車。
（３）項（１）又は項（２）において、有機繊維樹脂層が、この層内の範囲で、歯面を設けられる樹脂製歯車。
（４）項（１）乃至（３）の何れかにおいて、樹脂が、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂である樹脂製歯車。
（５）項（１）乃至（４）の何れかにおいて、無機繊維樹脂層と、有機繊維樹脂層との界面が、平面視にて曲線形状又は多角形状である樹脂製歯車。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、従来金属製ブッシュを用いていた部分に、無機繊維を含有した無機繊維樹脂層を配置することで、大幅な軽量化を達成することができると共に、回転軸への圧入にも耐え、回転軸との接合性を良好とすることができる。
貫通孔の内周面に凹凸を有し、回転軸と互いの凹凸により係合される場合は、単純な円筒形状に比べ、高速・高負荷回転軸との接合性をさらに良好にすることができる。
有機繊維樹脂層が、この層内の範囲で、歯面を設けた場合は、無機繊維樹脂層と相手歯車（金属製）とが直接接することがなく、噛み合う相手歯車を傷付けることがなく、耐久性が良好になる。
【０００９】
樹脂が、熱硬化性樹脂であれば、高耐熱性、機械的強度、寸法安定性に優れ、熱可塑性樹脂であれば、成形性が優れ、樹脂の再利用も可能となる。
【００１０】
無機繊維樹脂層と、有機繊維樹脂層との界面が、平面視にて曲線形状又は多角形状である場合は、層間での剥離が生じにくく、より強固な樹脂製歯車とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】補強繊維基材の概略を示す。
【図２】補強繊維基材の製造方法概略を示す。
【図３】樹脂製歯車の製造方法概略を示す。
【図４】樹脂製歯車の貫通孔の１実施例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
＜無機繊維樹脂層＞
（貫通孔）
本発明にて述べる無機繊維樹脂層は、その中心部に貫通孔を有する。この貫通孔は、回転軸と係合して樹脂製歯車を回転させるものであり、貫通孔の中心軸と無機繊維樹脂層の中心軸とを一致させるようにしてある。
貫通孔の内周面は、回転軸と係合可能なものであれば、特に限定されるものではないが、内周面に凹凸を有し、回転軸と互いの凹凸により係合されることが好ましく、このようにすることでより一層係合力が増し、樹脂製歯車が空転しにくくなる。
より具体的には、無機繊維樹脂層と回転軸とが、同時に見えるように断面で見た際、係合部分が、波線、山谷線、凹凸線等となるようにすることができる。尚、前記各線は、局所的な応力が発生しにくいように、波、山谷、凹凸が、等間隔にて発生させることが好ましい。例えば、図４に示すような形状とすることができる。尚、貫通孔に回転軸を挿入し貫通穴の内周面と回転軸の外周面を係合させることから、貫通孔の厚さ方向は直線とすることが好ましい。
【００１３】
貫通孔は、無機繊維樹脂層を形成した後に、切削加工により形成するか、無機繊維樹脂層成形時に、同時に成形することができる。
内周面の凹凸形状の形成は、先に述べた貫通孔と同様に切削加工により形成するか、無機繊維樹脂層成形時に、同時に成形することができる。
【００１４】
（無機繊維）
無機繊維樹脂層は、その内部に無機繊維を含有している。無機繊維は、特に限定されるものではないが、炭素繊維、ガラス繊維、金属繊維の中から選択される１つ又は複数の繊維の組合せを用いることが好ましく、これにより、樹脂製歯車を軽量で機械的強度が優れるものとすることができる。その中でも、炭素繊維を用いることが特に好ましい。炭素繊維を用いた場合は、特に軽量で機械的強度が優れる。
【００１５】
無機繊維は、これを織布や編布又は不織布の形態で用いることができ、織布や編布であれば、この織布や編布を円筒形状にした後、外側へ裏返しながら又は内側へ折り返しながら巻き込むことでドーナツ形状にし、用いることができる。また、不織布であれば、平面状の不織布を積層することで無機繊維樹脂層の外形形状に近づけて用いることができる。更には、無機繊維を溶媒中に拡散させて、抄造により無機繊維樹脂層の外形形状に近づけて用いることができる。尚、抄造の際の溶媒としては、アルコール、硬水等を用いることができ、環境影響の少ない水を使用することが好ましい。
【００１６】
無機繊維は、その長さ、繊維径、含有率等を制限されるものではないが、不織布の形態で用いる場合には、長さとしては、３ｍｍ以下とすることが好ましく、３ｍｍを超えると、徐々に抄造時に繊維の分散がうまくいかず、補強繊維基材の製造が困難になり、好ましくない。
繊維径は、３〜３０μｍとすることが好ましく、３μｍ未満であると、徐々に樹脂の含浸や取り扱いが困難となり、３０μｍを超えると、徐々に機械的強度が低下する。
含有率は、特に限定されるものではないが、無機繊維樹脂層全体を１００体積％として、３０〜５０体積％とすることが好ましく、３０体積％未満であると徐々に機械的強度の低下が発生し、５０体積％を超えると、徐々に樹脂が含浸しにくくなり、好ましくない。
【００１７】
＜有機繊維樹脂層＞
（有機繊維）
有機繊維樹脂層は、その内部に有機繊維を含有している。有機繊維は、特に限定されるものではないが、アラミド繊維、ＰＢＯ繊維、ポリイミド繊維、ポリフェニレンサルファイド繊維、ポリアレート繊維の中から選択される１つ又は複数の繊維の組合せを用いることが好ましく、これにより、樹脂製歯車を高耐熱性で機械的強度が優れるものとすることができる。その中でも、アラミド繊維を用いることが特に好ましい。アラミド繊維を用いた場合は、耐熱性、加工性、機械的強度の面で特に優勢となる。ＰＢＯ繊維を選択する場合は、ポリパラフェニレンベンズオキサゾール繊維が好ましい。
【００１８】
有機繊維は、先に述べた無機繊維と同様に、これを織布や編布又は不織布の形態で用いることができ、織布や編布であれば、この織布や編布を円筒形状にした後、外側へ裏返しながら又は内側へ折り返しながら巻き込むことでドーナツ形状にし、用いることができる。また、不織布であれば、平面状の不織布を積層することで無機繊維樹脂層の外形形状に近づけて用いることができる。更には、無機繊維を溶媒中に拡散させて、抄造により無機繊維樹脂層の外形形状に近づけて用いることができる。尚、抄造の際の溶媒としては、アルコール、硬水等を用いることができ、環境影響の少ない水を使用することが好ましい。
【００１９】
有機繊維は、その長さ、繊維径、含有率等を制限されるものではないが、不織布の形態で用いる場合には、長さとしては、２〜６ｍｍとすることが好ましく、２ｍｍ未満であると、繊維同士の絡みが弱く徐々に機械的強度低下が発生し、６ｍｍを超えると、抄造時に繊維の分散がうまくいかず、徐々に補強繊維基材の製造が困難になり、好ましくない。
繊維径は、不織布の形態で用いる場合には、７〜１４μｍとすることが好ましく、７μｍ未満であると、抄造時に積層された繊維のフィルタ効果により徐々に補強繊維基材製造に時間がかかり、１４μｍを超えると、徐々に機械的強度及び耐久性が低下し、好ましくない。
含有率は、有機繊維樹脂層全体を１００体積％として、３０〜５０体積％とすることが好ましく、３０体積％未満であると徐々に機械的強度低下が発生し、５０体積％を超えると、徐々に樹脂が含浸しにくくなり、好ましくない。
【００２０】
＜樹脂＞
本発明の無機繊維樹脂層及び有機繊維樹脂層に、含浸させる樹脂は、特に制限されるものではないが、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂を用いることができ、高温下での使用であれば、耐熱性の高い熱硬化性樹脂を用いることが好ましい。
また、前記各種樹脂を無機繊維及び有機繊維に保持させて樹脂層とするが、樹脂層の形成は、無機繊維、有機繊維それぞれで構成される基材に各種樹脂を浸透させることにより可能である。また、前述した無機繊維や有機繊維を充填した熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂を射出成形や圧縮成形してもよい。
【００２１】
（熱硬化性樹脂）
熱硬化性樹脂としては、架橋ポリアミノアミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂又はフェノール樹脂等を用いることができ、これにより、高耐熱性で機械的強度が優れるものとすることができる。その中でも、架橋ポリアミノアミド樹脂を用いることが、耐熱性、柔軟性、機械的強度が優れているので特に好ましい。
また、熱硬化性樹脂の中には、充填剤、添加剤等を加えることができる。
【００２２】
充填剤としては、ゴム粒子等を用いることができ、熱硬化性樹脂全体を１００質量％として、５質量％以下加えることが好ましい。５質量％を超えると、徐々に衝撃強度以外の機械的強度及び耐熱性が低下し、好ましくない。
添加剤としては、二硫化モリブテン、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ポリエチレンパウダー等を用いることができ、熱硬化性樹脂全体を１００質量％として、１０質量％以下加えることが好ましい。１０質量％を超えると、徐々に機械的強度が低下し、好ましくない。
【００２３】
（熱可塑性樹脂）
熱可塑性樹脂としては、ＡＢＳ樹脂、ＰＰＳ樹脂又はＰＥＥＫ樹脂等を用いることができ、これにより、耐摩耗性及び機械的強度が優れるものとすることができる。その中でも、ＰＥＥＫ樹脂を用いることが、機械的強度が優れているので特に好ましい。
また、熱可塑性樹脂の中には、充填剤、添加剤等を加えることができる。
【００２４】
充填剤としては、ゴム粒子等を用いることができ、熱硬化性樹脂全体を１００質量％として、５質量％以下加えることが好ましい。５質量％を超えると、徐々に衝撃強度以外の機械的強度及び耐熱性が低下し、好ましくない。
添加剤としては、二硫化モリブテン、ＰＴＦＥ、ポリエチレンパウダー等を用いることができ、熱硬化性樹脂全体を１００質量％として、１０質量％以下加えることが好ましい。１０質量％を超えると、徐々に機械的強度が低下し、好ましくない。
【００２５】
無機繊維樹脂層及び有機繊維樹脂層に用いる樹脂は、同じであっても、異なっていても良く、同じである場合は、無機繊維樹脂層と有機繊維樹脂層とに、同時に樹脂を含浸硬化させることができ、作業時間を短縮することができる。
また、異なる樹脂を用いる場合は、使用用途に合わせた樹脂層を形成することができる。
【００２６】
熱硬化性樹脂を繊維に保持させる場合は、繊維を配置してある金型内の気圧を下げることで、より素早く樹脂を注入することができる。
また、硬化させる際の温度及び圧力は、使用する熱硬化性樹脂の種類により異なるが、温度：１８０〜２００℃、圧力：０．０５ＭＰａ以上とすることが好ましく、短時間で成形でき、内部ボイドを抑制することができる。
【００２７】
＜無機繊維樹脂層と有機繊維樹脂層との界面＞
無機繊維樹脂層と有機繊維樹脂層との界面は、密着しているのであれば、特に限定されるものではないが、平面視にて、曲線形状又は多角形形状とすることが、界面破壊を起こしにくく、好ましい。
【００２８】
曲線形状は、具体的に述べると、波線であり、応力が特定部位に集中しないように、均等周期の波線であることが、特に好ましい。
多角形形状は、三角形、四角形、五角形、六角形等をした形状であり、これも応力が特定部位に集中しないように、正多角形とすることが好ましい。
また、無機繊維樹脂層の外周部分に、突起を形成することもできる。前記突起は、応力が特定部位に集中しないように、無機繊維樹脂層の中心から見て等角度間隔に設けることが好ましい。
【実施例】
【００２９】
本発明の実施例について、以下図面を参照しながら説明する。
（実施例１）
熱硬化性液状樹脂（架橋ポリアミノアミド樹脂）として、次のものを準備した。２，２’−（１，３フェニレン）ビス−２−オキサゾリン（Ａ成分）と、４，４’−ジアミノジフェニルメタン（Ｂ成分）を、モル比：２／１（質量比：６９／３１）の配合割合で、１５０℃で１０分加熱混合溶解して液状物とする。
この液状物に、硬化促進剤としてｎ−オクチルブロマイドを配合する。硬化促進剤の配合量は、Ａ、Ｂ成分の総量を１００質量部として、１質量部である。
【００３０】
前記熱硬化性液状樹脂を含浸させる補強繊維基材として、抄造による補強無機繊維基材１（図１の左図）とその周囲に一体化した補強有機繊維基材２（図１の右図）を用いる。補強無機繊維基材１は、内径３２ｍｍを有する外径５５ｍｍの円柱（高さ１２ｍｍ）であり、その外周部に、中心から見て等角度間隔に３０個の突起を設けている。突起の形状は、底部の径５５ｍｍ、頂部の幅２ｍｍ（高さ５ｍｍ）である。また、補強有機繊維基材２は、補強無機繊維基材１の外周にあり、外径８２ｍｍの円柱（高さ２０ｍｍ）の形状を有する。
【００３１】
先ず、無機繊維である繊維長：３ｍｍ、繊維径：１０μｍの炭素繊維１５．１ｇを１０リットルの水に分散させスラリーを作製する。
そして、図２の左図に示すように、抄造金型にスラリーを注入すると同時に真空ポンプで減圧脱水処理を行い、上下方向からプレスして補強無機繊維基材１を形成する。補強無機繊維基材１は、無機繊維樹脂層全体を１００体積％として、５０体積％の量となるように調整した。
【００３２】
次に、有機繊維であるメタ型アラミド繊維（帝人テクノプロダクツ株式会社製、商品名：コーネックス）／パラ型アラミド繊維（帝人テクノプロダクツ株式会社製、商品名：テクノーラ）／パラ型アラミド繊維（東レ・デュポン株式会社製、商品名：ケブラーパルプ）＝５０／４５／５（質量％）を総量２０ｇ量り取り、１０リットルの水に分散させスラリーを作製する。
そして、図２の右図に示すように、抄造金型の中央部に補強無機繊維基材１を配置させ、補強無機繊維基材１外周部にスラリーを注入すると同時に真空ポンプで減圧脱水処理を行い、上下方向からプレスして補強有機繊維基材２とする。補強有機繊維基材２は、有機繊維樹脂層全体を１００体積％として、５０体積％の量となるように調整した。
【００３３】
補強無機繊維基材１とこの外周に配置された補強有機繊維基材２は図３に示すように、表面温度を２００℃に保持された成形金型内に配置し、成形金型を閉じる。そして、成形金型内を０〜１．３ｋＰａの減圧状態とし、閉じた成形金型に上記液状樹脂を注入し、補強無機繊維基材１とこの外周に配置された補強有機繊維基材２に浸透させた液状樹脂を、５分加熱硬化して繊維強化樹脂成形体を成形する。
繊維強化樹脂成形体は、未だ歯を形成していないので、ホブ盤を用いて切削加工を行い、はす歯を形成し、樹脂製歯車を作製した。
はす歯はモジュール２．５、圧力角２０°、ねじれ角３０°とした。
【００３４】
（実施例２）
前述した実施例１の補強無機繊維基材１の無機繊維を、ガラス繊維とした以外は、実施例１と同様にして、樹脂製歯車を作製した。
用いたガラス繊維は、繊維長：３ｍｍ、繊維径：１３μｍ、繊維質量：２１．６ｇとした。
【００３５】
（実施例３）
前述した実施例１のリング状補強繊維基材２の有機繊維を、ＰＢＯ繊維とした以外は、実施例１と同様にして、樹脂製歯車を作製した。
用いたＰＢＯ繊維は、繊維長：３ｍｍ、繊維径：１３μｍ、繊維質量：２６．０ｇとした。
【００３６】
（比較例１）
前述した実施例１の液状樹脂を含浸させる補強繊維基材（図１）として、補強有機繊維基材のみを使用した。先ず、有機繊維であるメタ型アラミド繊維（帝人テクノプロダクツ株式会社製、商品名：コーネックス）／パラ型アラミド繊維（帝人テクノプロダクツ株式会社製、商品名：テクノーラ）／パラ型アラミド繊維（東レ・デュポン株式会社製、商品名：ケブラーパルプ）＝５０／４５／５（質量％）を総量２０ｇ量り取り、１０リットルの水に分散させスラリーを作製する。そして、図２に示すように、抄造金型の中央部に金属製ブッシュ（鉄系焼結合金、形状：φ５５−φ３５×ｔ３、質量：１１７ｇ）を配置させ、金属製ブッシュ外周部にスラリーを注入すると同時に真空ポンプで減圧脱水処理を行い、上下方向からプレスして補強有機繊維基材とする。
これに液状樹脂を浸透させる成形方法は前述した実施例１の方法とした。
【００３７】
（質量評価）
質量評価は、電子天秤（株式会社島津製作所、商品名：ＬＩＢＲＯＲ）で樹脂製歯車を温度１９℃、湿度５３％の環境下で秤量し、比較した。結果を表１に示す。
尚、表１の値は比較例１を１００とした時の指数で表したものである。
【００３８】
【表１】
2011220463.tif 000003
【００３９】
表１から明らかなように、無機繊維樹脂層及び有機繊維層から成る樹脂製歯車（実施例１、実施例２、実施例３)は、金属製ブッシュを用いた樹脂製歯車（比較例１）と比較して質量が軽くなっている。
【符号の説明】
【００４０】
１…補強無機繊維基材、２…補強有機繊維基材、３…金属製ブッシュ、４…回転軸
【図１】
2011220463.tif 000004
【図２】
2011220463.tif 000005
【図３】
2011220463.tif 000006
【図４】
2011220463.tif 000007