(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製回転体および当該金属製回転体を保持する金属製保持体と共に用いられる樹脂製部材であって、
上記樹脂製部材を構成する樹脂部分は、熱硬化性樹脂と強化繊維とを液中に分散させて抄造した抄造シートが軸方向に積層されることで、上記金属製回転体の軸方向に直交する面内においてランダムな方向を向いた強化繊維を有し、かつ当該樹脂部分における上記軸方向に直交する方向の線膨張率が上記金属製回転体もしくは上記金属製保持体を構成する金属部分の線膨張率と同じであることを特徴とする樹脂製部材。
【請求項２】
金属製軸受に軸支される樹脂製部材であって、
上記樹脂製部材を構成する樹脂部分は、熱硬化性樹脂と強化繊維とを液中に分散させて抄造した抄造シートが軸方向に積層されることで、上記金属製軸受の軸方向に直交する面内においてランダムな方向を向いた強化繊維を有し、かつ当該樹脂部分における上記軸方向に直交する方向の線膨張率が上記金属製軸受を構成する金属部分の線膨張率と同じであることを特徴とする樹脂製部材。
【請求項３】
上記樹脂部分は、熱硬化性樹脂と上記強化繊維とを有し、
熱硬化性樹脂と強化繊維との配合割合は、熱硬化性樹脂の線膨張係数と強化繊維の線膨張係数に基づいて、上記金属部分の線膨張率と同じになるように設定したことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の樹脂製部材。
【請求項４】
上記樹脂部分は、熱硬化性樹脂としてフェノールを１５〜３５％、上記強化繊維としてのアラミド繊維を１０〜２０％、ガラス繊維を５５〜６５％をそれぞれ含有することを特徴とする請求項３に記載の樹脂製部材。
【請求項５】
上記樹脂部分は導電性を有する材料を有しておらず、これにより絶縁性を有することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の樹脂製部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は樹脂製部材に関し、詳しくは金属製回転体や金属製軸受とともに使用される樹脂製部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、金属製回転体としての動輪をボールベアリングによって軸支し、さらに上記ボールベアリングの外周に樹脂製の被膜を形成して、当該樹脂製の被膜が動輪とボールベアリングとの間に位置するようにした構成が知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開平６−４３３５２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、上記特許文献１のようなベアリングの外周に樹脂製の被膜を形成する構成に対し、樹脂製の部材を上記動輪とベアリングとの間に設けようという要請がある。
しかしながら、このような樹脂製部材を金属回転体と共に用いた場合、これらの熱膨張による変形度合いが異なると、隙間やがたつきが発生したり、クリアランスを一定に保つことができない等の問題がある。このため、これまでは高い寸法安定性が要求される部分での樹脂製部材の採用は困難となっていた。
このような問題に鑑み、本発明は高い寸法安定性を有する樹脂製部材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製部材は、金属製回転体および当該金属製回転体を保持する金属製保持体と共に用いられる樹脂製部材であって、
上記樹脂製部材を構成する樹脂部分は、熱硬化性樹脂と強化繊維とを液中に分散させて抄造した抄造シートが軸方向に積層されることで、上記金属製回転体の軸方向に直交する面内においてランダムな方向を向いた強化繊維を有し、かつ当該樹脂部分における上記軸方向に直交する方向の線膨張率が上記金属製回転体もしくは上記金属製保持体を構成する金属部分の線膨張率と同じであることを特徴としている。
また請求項２の発明にかかる樹脂製部材は、金属製軸受に軸支される樹脂製部材であって、
上記樹脂製部材を構成する樹脂部分は、熱硬化性樹脂と強化繊維とを液中に分散させて抄造した抄造シートが軸方向に積層されることで、上記金属製軸受の軸方向に直交する面内においてランダムな方向を向いた強化繊維を有し、かつ当該樹脂部分における上記軸方向に直交する方向の線膨張率が上記金属製軸受を構成する金属部分の線膨張率と同じであることを特徴としている
【発明の効果】
【０００６】
上記発明によれば、樹脂製部材の樹脂部分における軸方向に直交する方向での線膨張率が、金属製回転体等の金属部分の線膨張率と同じであるため、金属製回転体等が熱膨張してもこれに追従して樹脂製部材が変形し、隙間やがたつき等が発生しないようにすることができ、結果として高い寸法安定性が要求されるような金属製回転体等と共に樹脂製部材を使用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１実施例にかかる発電機についての断面図
【図２】発電機についての平面図
【図３】樹脂製部材の製造方法を説明する図
【図４】第２実施例にかかる発電機の断面図
【図５】第３実施例にかかる発電機の断面図
【図６】第４実施例にかかる発電機の断面図
【図７】第５実施例にかかる発電機の断面図
【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、図２は自動車エンジンに設けられた発電機１の内部構造の一部を示したものであり、ハウジング２内に回転可能に設けられたロータ３と、上記ハウジング２に固定されて上記ロータ３を軸支するボールベアリング４と、上記ロータ３とボールベアリング４との間に設けられた樹脂製部材としてのリング状のスペーサ５とを示したものとなっている。
上記ロータ３は、金属製回転体としてのシャフト３ａと、当該シャフト３ａに設けられるとともにコイルの巻回された図示しないコアとによって構成され、上記シャフト３ａは金属部分として全体が鉄製（Ｓ４５Ｃ）となっている。
上記ボールベアリング４は上記ハウジング２に固定されたアウターリング４ａと、アウターリング４ａの内側に位置するインナーリング４ｂと、これらアウターリング４ａとインナーリング４ｂとの間に設けられた複数のボール４ｃとによって構成され、上記アウターリング４ａおよびインナーリング４ｂも金属部分として全体が鉄製（ＳＵＪ２）となっている。
上記構成を有する発電機１において、エンジンの駆動力によってロータ３が回転すると、上記コイル内に電圧差が生じ、これにより上記シャフト３ａの内部で電流が発生する。
その電流が上記シャフト３ａから上記ボールベアリング４を介してハウジング２に流れてしまうと、いわゆる電食によってシャフト３ａやボールベアリング４が損傷し、寿命の低下や異常振動の原因となる。
そこで本実施例では、上記シャフト３ａとボールベアリング４との間に樹脂製の上記スペーサ５を設けて、上記シャフト３ａからボールベアリング４へと流れようとする電流を絶縁し、上述したような電食を防止するようになっている。
なお、発電機１自体の構成は従来公知であるため、これ以上の詳細な説明については省略する。
【０００９】
上記スペーサ５はリング状を有し、上記シャフト３ａの外周面に圧入固定されることで、上記シャフト３ａと一体的に回転するようになっている。
また上記スペーサ５は熱硬化性樹脂と強化繊維Ｆとからなる樹脂部分によって構成され、このうち上記強化繊維Ｆは以下に詳述する抄造シートを軸方向に複数枚積層させて形成することにより、当該強化繊維Ｆがスペーサ５の軸方向に直交する面内においてランダムな方向を向くようになっている。なお、軸方向に直交する面内においてランダムな方向を向いた強化繊維Ｆには、当該直交する面に対して若干偏倚した方向を向いたものも含むものとする。
上記強化繊維Ｆの向きを上述した方向とすることで、上記樹脂部分におけるスペーサ５の軸方向に直交する方向の線膨張率を、上記シャフト３ａの金属部分の線膨張率と同じとなるようにすることができる。なお線膨張率が同じとは、同等を意味するものであって完全に一致することを意味するものではない。
上記熱硬化性樹脂と強化繊維Ｆとの配合割合は、熱硬化性樹脂の線膨張係数と強化繊維Ｆの線膨張係数に基づいて決定され、上記樹脂部分の線膨張率を、シャフト３ａの金属部分を構成する鉄（Ｓ４５Ｃ）と同じ線膨張率（１１．９×１０−６／℃）とするには、熱硬化性樹脂としてフェノールを１５〜３５％で含有させ、また上記強化繊維Ｆとしてのアラミド繊維を１０〜２０％、ガラス繊維を５５〜６５％の範囲で含有させればよい。
このような配合割合はシャフト３ａの金属部分の素材に応じて適宜変更することができ、金属部分がＳ４５Ｃ以外の金属である場合でも、配合材料や割合を変更することで、対応可能である。
さらに、上記樹脂部分には導電性を有する材料を用いておらず、これにより上記シャフト３ａ内で発生した電流をボールベアリング４のアウターリング４ａに流れないように絶縁することが可能となっている。
【００１０】
このように本実施例のスペーサ５は、樹脂部分におけるシャフト３ａの軸方向に直交する方向での線膨張率が上記シャフト３ａと同じ線膨張率となっているため、上記発電機１の作動により上記シャフト３ａが熱膨張しても、上記スペーサ５がこれに追従して変形するため、これらの間に隙間の発生や嵌め合いの変化が生じず、シャフト３ａに要求される高い寸法安定性を維持することができる。
また本実施例のスペーサ５は絶縁性を有しており、上記ロータ３からの電流はボールベアリング４やハウジング２へと流れないように絶縁されていることから、上記ハウジング２とエンジンとの間に別途の絶縁手段を設ける必要はなく、より少ない部品点数で絶縁を行うことが可能となっている。
【００１１】
図３は上記スペーサ５の製造方法を説明する図を示し、本実施例のスペーサ５は、熱硬化性樹脂と強化繊維Ｆとを液中に分散させて抄造した抄造シートＳを軸方向に複数枚積層させて加熱圧縮したものとなっている。
図３（ａ）は、抄造シートＳを抄造により製造するとともに、該抄造シートＳをリング状に切断する工程を示している。
上記抄造シートＳは、熱硬化性樹脂であるフェノール樹脂粉末と、強化繊維Ｆとしてのアラミド繊維およびアラミドパルプと、ガラス繊維とを、上述した配合割合で水に分散させてこれを抄造し、さらに加圧プレス機などを用いて脱水することにより得ることができる。
ここで、上記強化繊維Ｆとしてはその長さが３ｍｍ程度の長繊維を用い、当該長繊維は水に分散されると上下左右にランダムに向いた状態となるが、これを抄造シートＳにすると、倒れて略水平方向を向くこととなり、またその際に折れて短くなることはない。
脱水された抄造シートＳはその後抜きプレス機に投入され、一枚の抄造シートＳから複数のリング状の抄造シートＳａを切り出し、当該リング状の抄造シートＳａからは乾燥等の手段によってさらに水分が除去される。
【００１２】
次に、図３（ｂ）は上記リング状の抄造シートＳａを複数枚積層させて素形体１１を成形する工程を示している。
上記リング状の抄造シートＳａの形状を一致させた状態で軸方向に積層させ、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、上記抄造シートＳａに含まれるフェノール樹脂が一部軟化して隣接する抄造シートＳａ同士が接着し、その結果円管状の素形体１１が得られ、その際強化繊維Ｆは圧縮によりさらに水平方向を向くようになる。
この素形体１１の軸方向の厚みは、完成品である上記スペーサ５の軸方向の厚みより厚くなっているが、直径方向の寸法は成形後のスペーサ５とほとんど変わらず、外周面および内周面の径はそれぞれインナーリング４ｂの内周面および上記シャフト３ａの外周面と略同径となっている。
【００１３】
そして、図３（ｃ）は上記素形体１１を加熱加圧することにより、上記樹脂部分によって構成されたスペーサ５を得る工程を示している。
本工程には、図示しないが上記スペーサ５の形状に合わせて形成された凹状の下型と、当該下型を加熱する加熱手段と、上記下型との間で上記素形体１１を押圧成形する上型とを備えたプレス装置を用いる。
まず上記下型の凹部に素形体１１を設置したら、上記下型を加熱手段によって加熱し、素形体１１に含まれるフェノール粉末を軟化させる。この状態で上記上型を下降させて素形体１１を加圧することで上記スペーサ５の形状が得られ、さらにこれ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う。
なお、素形体１１を加熱加圧しながら当該素形体１１の内周面に上記シャフト３ａを挿入すれば、スペーサ５の成形と同時にシャフト３ａの圧入を行うことが可能となっている。
【００１４】
図４は第２実施例にかかる発電機１の断面図を示し、第１実施例と同様、金属製回転体としてのシャフト３ａを有するロータ３と、金属製保持体としてのボールベアリング４と、これらと共に用いられる樹脂製部材としてのスペーサ５とを備えている。
上記シャフト３ａの先端部には小径部３ｂおよび大径部３ｃが形成され、上記小径部３ｂの外周に上記スペーサ５が装着されるとともに、当該小径部３ｂの部分が上記ボールベアリング４によって軸支されるようになっている。
本実施例のスペーサ５も、第１実施例のスペーサ５と同様、樹脂部分には上記シャフト３ａの軸方向に直交する面内においてランダムな方向を向いた強化繊維Ｆが含まれており、かつ当該樹脂部分における上記軸方向に直交する方向の線膨張率はシャフト３ａおよびインナーリング４ｂを構成する金属部分の線膨張率と同じとなっている。
そして上記スペーサ５の端部には、外方に向けて突出したフランジ部５ａが形成されており、当該フランジ部５ａは上記ボールベアリング４のインナーリング４ｂと上記シャフト３ａの大径部３ｃとの間に位置するようになっている。
このような構成とすることで、上記シャフト３ａの大径部３ｃによってボールベアリング４との軸方向での位置決めを行うことができ、さらに上記スペーサ５のフランジ部５ｂが上記大径部５ｃからの電流をボールベアリング４に流れないよう絶縁するようになっている。
そして上記フランジ部５ａを有するスペーサ５を製造するには、上記図３（ｂ）で説明した素形体１１を作製する際に、積層させるリング状の抄造シートＳのうち、端部に位置する抄造シートＳの外径を他の抄造シートＳの外径に対して大径にし、当該素形体１１の形状に対応したプレス装置を用いればよい。また細かな寸法公差については後加工を行うことで対応することが可能である。
なお、その他の構成については上記第１実施例と同様であるため、詳細な説明については省略する。
【００１５】
図５は第３実施例にかかる発電機１の断面図を示し、本実施例は金属製回転体としてのシャフト３ａを有するロータ３と、金属製保持体としてのボールベアリング４と、これらと共に用いられる樹脂製部材としてのスペーサ５とを備えている。そして上記ボールベアリング４は上記シャフト３ａと同じ鉄製（Ｓ４５Ｃ）のハウジング２に固定されている。
本実施例では上記シャフト３ａとボールベアリング４のインナーリング４ｂが連結固定されており、上記スペーサ５はボールベアリング４のアウターリング４ａとハウジング２との間に設けられている。
本実施例のスペーサ５も、第１実施例のスペーサ５と同様、樹脂部分には上記シャフト３ａの軸方向に直交する面内においてランダムな方向を向いた強化繊維Ｆが含まれており、かつ当該樹脂部分における上記軸方向に直交する方向の線膨張率はシャフト３ａおよびハウジング２を構成する金属部分の線膨張率と同じとなっている。
従って、ロータ３の回転等によってシャフト３ａやアウターリング４ａが加熱されて熱膨張しても、これに追従してスペーサ５が変形することから、アウターリング４ａとスペーサ５との間で隙間や嵌め合いの変化が生じないようになっている。
さらに本実施例のスペーサ５も絶縁性を有しており、このためロータ３の内部で発生した電流が上記ボールベアリング４からハウジング２へと流れてしまうのを絶縁するようになっている。
【００１６】
図６は第４実施例にかかる発電機１の断面図を示し、金属製回転体としてのシャフト３ａを有するロータ３と、金属製保持体としてのハウジング２と、これらと共に用いられる樹脂製部材としてのブシュ１２とを備えた発電機１の断面図を示している。
本実施例では上記シャフト３ａを上記ブシュ１２を介して上記ハウジング２により軸支する構成となっており、上記ブシュ１２の内周面を上記シャフト３ａが摺動するようになっている。
本実施例のブシュ１２も第１実施例のスペーサ５と同様、樹脂部分には上記シャフト３ａの軸方向に直交する面内においてランダムな方向を向いた強化繊維Ｆが含まれており、かつ当該樹脂部分における上記軸方向に直交する方向の線膨張率は上記シャフト３ａもしくはハウジング２を構成する金属部分の線膨張率と同じとなっている。
ここで、上記シャフト３ａとハウジング２とが異なる線膨張率を有する素材で製造されている場合には、より高い寸法安定性が求められる部材の線膨張率に合わせて、上記樹脂部分における軸方向に直交する方向の線膨張率を設定すればよい。
具体的には、シャフト３ａの外周面とブシュ１２の内周面とのクリアランスに高い寸法安定性が求められる場合には、当該シャフト３ａの線膨張率に合わせてスペーサ５の線膨張率を設定すればよく、ハウジング２とブシュ１２との間で高い寸法安定性が求められる場合には、当該ハウジング２の線膨張率に合わせて、スペーサ５の線膨張率を設定すればよい。
また本実施例におけるブシュ１２も樹脂部分が絶縁性を有しており、このため上記ロータ３内で発生した電流が上記ハウジング２へと流れてないように絶縁するようになっている。
【００１７】
図７は第５実施例にかかる発電機１の断面図を示し、シャフト３ａを有するロータ３と、金属製軸受としてのボールベアリング４とを備え、上記シャフト３ａの先端には樹脂製部材としての円柱状のキャップ１３が設けられている。
上記キャップ１３は上記シャフト３ａの先端部に連結固定されて上記シャフト３ａの一部を構成しており、当該キャップ１３が上記ボールベアリング４のインナーリング４ｂに圧入固定されることで、ロータ３がボールベアリング４によって軸支されるようになっている。
本実施例のキャップ１３も、第１実施例のスペーサ５と同様、樹脂部分には上記シャフト３ａの軸方向に直交する面内においてランダムな方向を向いた強化繊維Ｆが含まれており、かつ当該樹脂部分における上記軸方向に直交する方向の線膨張率はインナーリング４ｂを構成する金属部分の線膨張率と同じとなっている。
従って、ロータ３の回転等によってインナーリング４ｂが熱膨張しても、これに追従してキャップ１３が変形するため、アウターリング４ａとスペーサ５との間の隙間や嵌め合いの変化が生じないようになっている。
さらに、本実施例におけるキャップ１３も樹脂部分が絶縁性を有しており、このため上記ロータ３内で発生した電流が上記シャフト３ａからボールベアリング４へと流れてしまうのを絶縁することができる。
【００１８】
なお上記第５実施例における、金属製のシャフト３ａの先端に樹脂製部材としてのキャップ１３を装着する構成に代えて、シャフト３ａ全体を樹脂製部材として、これを上記ボールベアリング４によって軸支するようにしてもよい。
さらに上記第５実施例の構成に代えて、上記ボールベアリング４を金属製軸受としてのブシュとし、上記キャップ１３が当該ブシュに対して摺動しながら回転するようにすることも可能である。
その場合であっても、シャフトの樹脂部分における上記軸方向に直交する方向の線膨張率を、上記ブシュを構成する金属部分の線膨張率と同じとすることで、シャフトとブシュとのクリアランスを一定に保つことができる。
【００１９】
なお、上記各実施例は発電機１に樹脂製部材を用いた構成を示しており、材料として絶縁性を有する材料を用いているが、ロータ３内部で発生した電流の漏れを防止するようになっているが、電流の漏れの防止が要求されない装置に用いる場合には、導電性を有する材料を含有させてもよい。
【符号の説明】
【００２０】
２  ハウジング                    ３  ロータ
３ａ  シャフト                    ４  ボールベアリング
５  スペーサ                      １２  ブシュ
１３  キャップ                    Ｆ  強化繊維
【図１】
0006281717.tif 000002
【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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【図７】
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