(57)【要約】【課題】金属製ブッシュの外周に一体となった環状樹脂成形体に歯が付与された樹脂製傘歯車において、環状樹脂成形体の補強繊維基材を工夫して耐久性を向上させる。【解決手段】環状樹脂成形体２は、帯状の補強繊維基材を重ね巻きしてなる筒状体に樹脂を保持した構成とする。その筒状体の軸方向を歯車の回転軸方向と一致させ、歯３は筒状体の軸方向端面に付与する。このような傘歯車は、次の工程を経て製造する。（１）帯状の補強繊維基材を準備。（２）前記帯状の補強繊維基材を金属製ブッシュ１の外周に重ね巻きし筒状体を形成。（３）前記金属製ブッシュ１と筒状体を成形金型に収容し筒状体に樹脂を含浸。前記筒状体がその形状を実質的に維持したまま金属製ブッシュと一体となった環状樹脂成形体を成形。（４）前記環状樹脂成形体の軸方向端面に歯切り加工。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製ブッシュの外周に一体となった環状樹脂成形体に歯が付与されている傘歯車において、
前記環状樹脂成形体は、帯状の補強繊維基材を重ね巻きしてなる筒状体に樹脂を保持した構成を有し、筒状体の軸方向が歯車の回転軸方向と一致し歯が筒状体の軸方向端面に付与されていることを特徴とする樹脂製傘歯車。
【請求項２】
次の（１）〜（４）の工程を経ることを特徴とする樹脂製傘歯車の製造法。
（１）帯状の補強繊維基材を準備する工程。
（２）前記帯状の補強繊維基材を金属製ブッシュの外周に重ね巻きし筒状体を形成する工程。
（３）前記金属製ブッシュと筒状体を成形金型に収容し、筒状体に樹脂を含浸し、加熱加圧成形又は加熱成形して、前記筒状体がその形状を実質的に維持したまま金属製ブッシュと一体となった環状樹脂成形体を得る工程。
（４）前記樹脂成形体の軸方向端面に歯切り加工を行なう工程。
【請求項３】
（２）の工程で形成する筒状体の軸方向両端面を金属製ブッシュの両面より高くし、（３）の工程で金属製ブッシュと筒状体を成形金型に収容したとき、筒状体をその軸方向に圧縮することを特徴とする請求項２記載の樹脂製傘歯車の製造法。
【請求項４】
次の（１）〜（４）の工程を経ることを特徴とする樹脂製傘歯車の製造法。
（１）帯状の補強繊維基材に樹脂を含浸して半硬化状態にしたプリプレグを準備する工程。
（２）前記プリプレグを金属製ブッシュの外周に熱と圧力をかけながら重ね巻きし筒状体を形成する工程。
（３）前記筒状体を加熱し又は加熱成形ないし加熱加圧成形して、前記筒状体がその形状を実質的に維持したまま金属製ブッシュと一体となった環状樹脂成形体を得る工程。
(４)前記樹脂成形体の軸方向端面に歯切り加工を行なう工程。
【請求項５】
帯状の補強繊維基材が、補強繊維を束ねた糸を織った布、又は、補強繊維の集積層にニードリングを施し、平面方向を向いた補強繊維同士を結合したフェルトである請求項２〜４のいずれかに記載の樹脂製傘歯車の製造法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車部品等として適した樹脂製傘歯車及びその製造法に関する。
【背景技術】
【０００２】
樹脂製歯車は、歯の噛み合い時の騒音発生を抑えるために金属製歯車と噛み合う相手歯車として用いられ、耐摩耗性と高強度が要求される。
【０００３】
従来、樹脂製歯車として、補強繊維基材に樹脂を含浸した環状樹脂成形体に歯を加工したものが提案されている。例えば、特許文献１に開示される次の技術である。
補強繊維を束ねた糸を織った、又は編んだ筒状体を準備する。この筒状体を端部から軸方向に巻き上げて環状補強繊維基材とする。そして、環状補強繊維基材とその中央に配置する金属製ブッシュとを成形金型に収容する。成形金型は環状補強繊維基材の厚み方向に開閉動作するものであり、成形金型を閉じる動作により環状補強繊維を圧縮して径方向に広がった環状補強繊維を金属製ブッシュの周囲に圧接してその形状になじませる。次に、閉じた成形金型に液状樹脂を注入し、環状補強基材に浸透させた液状樹脂を加熱硬化して金属製ブッシュをインサートとする環状樹脂成形体を成形する。そして、樹脂成形体の外周面に切削加工により歯を形成する。
【０００４】
【特許文献１】特開平０８−１５６１２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来の技術は、平歯車またはハス歯歯車に用いられている。環状補強繊維基材は、厚み方向に圧縮される工程を経るため、基材の積層方向が金属製ブッシュの厚み方向とほぼ一致した構成となっている。このような構成は、平歯車またはハス歯歯車の場合には、環状樹脂成形体の周面に形成した歯にかかる負荷の方向が基材層の面方向と交差した関係となるため、強度面で理想的であると言える。
しかし、この技術を適用して傘歯車を構成する場合は、環状樹脂成形体の軸方向端面に歯を形成することになり、歯にかかる負荷の方向は、歯車の軸角が大きくなるにつれ、基材層の面方向と平行に近くなり、強度と耐久性の面で最適とは言えない。
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、補強繊維基材の構成を工夫して、樹脂製傘歯車の耐久性を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る樹脂製傘歯車は、金属製ブッシュの外周に一体となった環状樹脂成形体に歯が付与されたものであって、上記課題を解決するために次のような構成を有する。
すなわち、ことを特徴とする。
【０００８】
上記構成の樹脂製傘歯車は、次のような方法で製造される。
第１の製造法は、次の（１）〜（４）の工程を経ることを特徴とする。
（１）帯状の補強繊維基材を準備する工程。
（２）前記帯状の補強繊維基材を金属製ブッシュの外周に重ね巻きし筒状体を形成する工程。
（３）前記金属製ブッシュと筒状体を成形金型に収容し、筒状体に樹脂を含浸し、加熱加圧成形又は加熱成形して、前記筒状体がその形状を実質的に維持したまま金属製ブッシュと一体となった環状樹脂成形体を得る工程。
（４）前記樹脂成形体の軸方向端面に歯切り加工を行なう工程。
【０００９】
上記第１の製造法においては、(２)の工程で形成する筒状体の軸方向両端面を金属製ブッシュの両面より高くし、（３）の工程で金属製ブッシュと筒状体を成形金型に収容したとき、筒状体をその軸方向に圧縮することが好ましい。勿論、前記軸方向の圧縮によっても、筒状体がその形状を実質的に維持することが前提である。
【００１０】
第２の製造法は、次の（１）〜（４）の工程を経ることを特徴とする。
（１）帯状の補強繊維基材に樹脂を含浸して半硬化状態にしたプリプレグを準備する工程。
（２）前記プリプレグを金属製ブッシュの外周に熱と圧力をかけながら重ね巻きし筒状体を形成する工程。
（３）前記筒状体を加熱し又は加熱成形ないし加熱加圧成形して、前記筒状体がその形状を実質的に維持したまま金属製ブッシュと一体となった環状樹脂成形体を得る工程。
（４）前記樹脂成形体の軸方向端面に歯切り加工を行なう工程。
【発明の効果】
【００１１】
上述のように、本発明に係る樹脂製傘歯車は、帯状の補強繊維基材を重ね巻きしてなる筒状体の軸方向端面に歯が付与されている。従って、歯にかかる負荷の方向が、筒状体の軸方向と交差した構成となり、強度面で理想に近づく。傘歯車の歯にかかる負荷方向に対して強い方向に補強繊維基材が積層されているので、歯車の耐久性向上が期待できる。
【００１２】
金属製ブッシュの周面には、通常、回り止めを突出させてこれを環状樹脂成形体に食い込ませ、金属製ブッシュと環状樹脂成形体の一体化を強固なものとしている。本発明に係る第１の製造法においては、帯状の補強繊維基材を金属製ブッシュの外周に重ね巻きし筒状体を形成する工程で、補強繊維基材を回り止めに食い込ませる。ここで、帯状の補強繊維基材の幅を若干広くし、（２）の工程で形成する筒状体の軸方向両端面を金属製ブッシュの両面より高くするとよい。金属製ブッシュと筒状体の関係をこのような構成にすれば、これを（３）の工程で成形金型に収容したとき、筒状体をその軸方向に圧縮することができ、回り止めをより確実に補強繊維基材の層に食い込ませることができる。
但し、前記圧縮は、筒状体がその形状を実質的に維持できる程度にする。前記圧縮により筒状体が大きく変形し、補強繊維基材を重ね巻きした積層構成が乱れると、歯にかかる負荷に対して補強基材が有効に作用しなくなるので、過大な圧縮は避けるようにする。
【００１３】
第２の製造法においては、（２）の工程で帯状のプリプレグを金属製ブッシュの外周に熱と圧力をかけながら重ね巻きし筒状体を形成するので、プリプレグ中の樹脂が軟化し、回り止めを補強繊維基材の層に良好に食い込ませることができる。従って、（３）の工程においては前記筒状体を加熱して樹脂を硬化させるだけでもよい。又は、必要に応じて、加熱成形ないしは加熱加圧成形する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の実施形態について、図を参照しながら説明する。
補強繊維基材は、ポリエステル、フッ素樹脂、パラ系芳香族ポリアミド、メタ系芳香族ポリアミド、カーボン等の有機繊維、ガラスやステンレス等の無機繊維で構成される。帯状の補強繊維基材は、前記繊維の紡績糸を織った布（例えば平織布など）や、繊維の集積体にニードルパンチを施して厚さ方向を向いた繊維により繊維同士を機械的に絡み合せたフェルトである。この帯状の補強繊維基材は、当初から所定の帯状幅で製造してもよいし、幅広で準備したものを所定の帯状幅に裁断してもよい。
【００１５】
本発明に係る樹脂製傘歯車は、図１に断面図で示すように、金属性ブッシュ１の外周に一体となった環状樹脂成形体２に歯３が付与されている。環状樹脂成形体２は、帯状の補強繊維基材を重ね巻きしてなる筒状体に樹脂を保持した構成となっている。図１の環状樹脂成形体２中に描いた縦方向の複数本の線が、帯状の補強繊維基材を重ね巻きしてなる筒状体の縦断面を模式的に示している。この筒状体の軸方向が傘歯車の回転軸方向と一致しており、歯３が筒状体の軸方向端面に付与されている。環状樹脂成形体２の内周面には金属製ブッシュ１の外周面から径方向に突出した回り止め４が食い込んでおり、金属製ブッシュ１と環状樹脂成形体２の結合一体化を強固なものにしている。筒状体に保持した樹脂は、例えば、架橋ポリアミノアミド、エポキシ、ポリイミドなどである。
【００１６】
上記歯車は、次のような工程で製造する（第１の製造法）。
図２は、金属製ブッシュ１の一例を平面図（ａ）と断面図（ｂ）で示している。金属製ブッシュ１の外周面には、径方向に突出した回り止め４を一定間隔で設けてある。図３に示すように、この金属製ブッシュ１の外周面に、帯状の補強繊維基材５を重ね巻きして所定厚みの筒状体を形成する。補強繊維基材５の重ね巻きは、金属製ブッシュ１を緊締するように実施し、形成した筒状体に回り止め４を食い込ませる。帯状の補強繊維基材５は、好ましくはその幅寸法を金属製ブッシュ１の厚み寸法より１．２〜１．５倍大きくする。図３（ｂ）は、そのような構成を示しており、筒状体の軸方向両端面が金属製ブッシュ１の両面より高くなっている。
【００１７】
上記金属製ブッシュ１と筒状体とした帯状の補強繊維基材５の構成体を、図４に示すように、成形金型６に収容する。成形金型６を閉じるとき、補強繊維基材５を重ね巻きして構成した筒状体の両端面を軸方向に圧縮する。図４に示した例では、筒状体の両端面を金属性ブッシュ１の両面と同一面となるまで、圧縮している。これによって、回り止め４を確実に補強繊維基材５の層に食い込ませる。この圧縮操作により、筒状体を構成する補強繊維基材５の層に若干乱れを生じることになるが、筒状体がその形状を実質的に維持できるように、重ね巻き時の緊締の程度、筒状体の高さや成形金型収容時の圧縮の程度を調整する。
【００１８】
金属製ブッシュ１と筒状体とした帯状の補強繊維基材５の構成体を成形金型６に収容した後、成形空間を脱気し減圧状態にしてから、液状樹脂７を成形空間に注入し補強繊維基材５の層に浸透させる。そして、加熱成形又は加熱加圧成形して、筒状体がその形状を実質的に維持したまま金属製ブッシュ１と一体になった環状樹脂成形体２を得る。環状樹脂成形体２における補強繊維基材５の体積充填率は、筒状体形状の実質的維持、成形性、次に説明する歯切り加工性等を考慮し、３０〜６０％とするのが好ましい。
【００１９】
上記のように成形した環状樹脂成形体２の軸方向端面に歯切り加工を施して、所定の傘歯車とする。図１に示した傘歯車は、歯３を付与する側の金属性ブッシュ１の面を切削により一部除去して厚みを減じており、歯３の内周側は金属性ブッシュ１の面より高くしている。図１において、回り止め４が金属製ブッシュ１の厚さ方向中央になく、歯３の側寄りに位置しているのはこのためである。
【００２０】
本発明に係る傘歯車は、次の方法によっても製造することができる（第２の製造法）。
帯状の補強繊維基材に熱硬化性樹脂を含浸し、乾燥して半硬化状態にしたプリプレグを準備する。このプリプレグを金属製ブッシュの外周に熱と圧力をかけながら重ね巻きし筒状体を形成する。このとき、プリプレグ中の樹脂が軟化するので、回り止めを補強繊維基材の層に良好に食い込ませることができる。これをそのまま加熱硬化させて、金属製ブッシュと一体となった環状樹脂成形体とする。あるいは、成形金型内で加熱加圧成形してもよい。帯状の補強繊維基材の幅寸法は、金属製ブッシュの厚さとの関係で適宜調整する。以下、上記の実施の形態と同様に、環状樹脂成形体の軸方向端面に歯切り加工を施して、所定の傘歯車とする。
【実施例】
【００２１】
実施例１
パラ系アラミド繊維とメタ系アラミド繊維を重量比５０／５０の割合で混紡した糸を用いて、単位質量１３０ｇ／ｍ２の平織りの布を準備する。この布を所定幅（金属製ブッシュの厚さ寸法の１．２倍）で裁断して帯状の補強繊維基材とする。この帯状の補強繊維基材を用い、上述した第１の製造法により樹脂製傘歯車を製造した。環状樹脂成形体を構成する樹脂は、架橋ポリアミノアミドとした。
この傘歯車は、軸角９０°で歯がほぼ環状樹脂成形体の軸方向の端面上にある。
【００２２】
実施例２
パラ系アラミド繊維とメタ系アラミド繊維を重量比５０／５０の割合で集積した積層体にニードルパンチを施し、単位質量１３０ｇ／ｍ２のフェルトを準備する。このフェルトを所定幅（金属製ブッシュの厚さ寸法の１．２倍）で裁断して帯状の補強繊維基材とする。この帯状の補強繊維基材を用い、上述した第１の製造法により樹脂製傘歯車を製造した。環状樹脂成形体を構成する樹脂は、架橋ポリアミノアミドとした。
この傘歯車は、軸角９０°で歯がほぼ環状樹脂成形体の軸方向の端面上にある。
【００２３】
従来例１
背景技術に記載した従来の技術に準じて樹脂製傘歯車を製造した。補強繊維基材の構成が異なる以外は、概ね本発明に係る実施例に準じて製造を実施した。
この樹脂製傘歯車は、図５に示すように、補強繊維基材の積層方向が金属製ブッシュの厚み方向とほぼ一致している。図５の環状樹脂成形体２中に描いた横方向の複数本の線が、補強繊維基材の層の縦断面を模式的に示している。
【００２４】
従来例２
実施例２において、フェルトを重ね巻きして構成した筒状体を軸方向に蛇腹状に押し潰した環状の補強繊維基材を用いて、樹脂製傘歯車を製造した。この樹脂製傘歯車は、補強繊維基材の積層方向が金属製ブッシュの厚み方向とさらに一致した構成となっている。
【００２５】
上記の各樹脂製傘歯車の耐久評価試験（２８Ｎ・ｍの負荷をかけ２４０ｒｐｍで回転）を実施し、破壊に至るまでの時間を比較した。その結果を、表１に示す。
【００２６】
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る樹脂製傘歯車の例を示す断面図である。
【図２】本発明の実施例において使用する金属製ブッシュの例を示す平面図と断面図である。
【図３】本発明の実施例において、金属製ブッシュの外周に帯状の補強線基材を重ね巻きした状態を示す平面図と断面図である。
【図４】本発明の実施例において、帯状の補強繊維基材を重ね巻きして構成した筒状体を金属製ブッシュと共に成形する状態を示す断面説明図である。
【図５】従来の樹脂製傘歯車の例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１：金属製ブッシュ
２：環状樹脂成形体
３：歯
４：回り止め
５：帯状の補強繊維基材
６：成形金型
７：液状樹脂
【図１】
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【図２】
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【図３】
2005140140.tif 000006
【図４】
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【図５】
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