(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周部に１以上の回り止め部が形成されて回転軸を中心にして回転するブッシュを用意するステップと、
前記ブッシュの前記外周部に、補強繊維によって形成され且つ前記１以上の回り止め部を囲むように嵌った状態で配置された補強用繊維基材を形成するステップと、
前記補強用繊維基材に樹脂を含浸させ、前記樹脂を硬化して樹脂成形体を形成するステップとからなる樹脂製回転体の製造方法であって、
前記補強用繊維基材を形成するステップが、
抄造装置を用いて、前記ブッシュの前記外周部の周囲に前記補強繊維を集積させて前記１以上の回り止め部を含む前記ブッシュの前記外周部を囲む補強繊維集積体を形成するステップと、
プレス装置を用いて、前記補強繊維集積体を前記回転軸の軸線方向に圧縮して前記補強用繊維基材を形成するステップとからなることを特徴とする樹脂製回転体の製造方法。
【請求項２】
前記抄造装置で用いる抄造用金型は、
周壁部を有する抄造用筒体と、
前記抄造用筒体の内部に前記抄造用筒体と同心的に前記ブッシュを位置決めするために前記抄造用筒体の内部に配置されて、前記ブッシュを支持するブッシュ支持構造部材と、
前記抄造用筒体と前記ブッシュ支持構造部材との間に位置して、前記抄造用筒体の下側開口部を塞ぐ底部材とを備え、少なくとも前記底部材が透水性を有し、
前記ブッシュ支持構造部材は、前記ブッシュの前記外周部よりも内側に前記補強繊維が入り込まないように前記ブッシュの前記外周部よりも内側に位置する部分を前記抄造用筒体の中心線が延びる方向の両側から挟んで支持する一対の支持用型部材によって構成されている請求項１に記載の樹脂製回転体の製造方法。
【請求項３】
前記プレス装置は、前記補強繊維集積体が前記ブッシュの径方向外側及び径方向内側に広がるのを規制した状態で、前記補強繊維集積体を前記軸線方向に圧縮することを特徴とする請求項１または２に記載の樹脂製回転体の製造方法。
【請求項４】
前記プレス装置は、圧縮動作時に前記補強繊維集積体が前記ブッシュの径方向外側に広がるのを規制する筒状金型と、前記筒状金型の内部に配置されて前記ブッシュの前記外周部よりも内側に位置する部分を前記軸線方向の両側から挟み且つ圧縮動作時に前記補強繊維集積体が前記ブッシュの径方向内側に広がるのを規制する一対のブッシュ支持用金型と、前記筒状金型と前記一対のブッシュ支持用金型の間に位置して、圧縮動作時に前記補強繊維集積体を前記軸線方向両側から挟んで圧縮する一対の圧縮用金型とを備えている請求項３に記載の樹脂製回転体の製造方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法により製造された樹脂製回転体の樹脂成形体に歯切り加工が施されて形成された樹脂製歯車。
【請求項６】
外周部に１以上の回り止め部が形成されて回転軸を中心にして回転するブッシュを用意するステップと、
前記ブッシュの前記外周部に、補強繊維によって形成され且つ前記１以上の回り止め部を囲むように嵌った状態で配置された補強用繊維基材を形成するステップとから樹脂製回転体成形用半加工品を製造する方法であって、
前記補強用繊維基材を形成するステップが、
抄造装置を用いて、前記ブッシュの前記外周部の周囲に前記補強繊維を集積させて前記１以上の回り止め部を含む前記ブッシュの前記外周部を囲む補強繊維集積体を形成するステップと、
プレス装置を用いて、前記補強繊維集積体を前記回転軸の軸線方向に圧縮して前記補強用繊維基材を形成するステップとからなることを特徴とする樹脂製回転体成形用半加工品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂製回転体の製造方法に関するものであり、また本発明は樹脂製回転体成形用半加工品の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
補強用繊維基材を用いた樹脂製回転体は耐久性能に優れ、車輌用品、産業用部品等に用いられる樹脂製歯車などの樹脂製回転体として好適である。樹脂製歯車を成形するための補強用繊維基材として、筒状に織られた又は編まれた筒状体を端部より裏返しながら巻き込みドーナツ状に形成した補強用繊維基材が特許文献１に記載されている。特許文献１には、当該補強用繊維基材に樹脂を含浸して歯部を形成した樹脂製歯車も記載されている。しかしこの従来の技術では、補強用繊維基材と金属製ブッシュに設けた抜け止めとの結合強度を向上させるために、成形金型内で２つの補強用繊維基材を金属製ブッシュを間に介して２段に重ね、金属製ブッシュの抜け止めを図っている（特許文献１の段落［００１３］〜［００１５］）。
【０００３】
また、熱硬化性樹脂と補強繊維を主成分とする抄造シートをプレス抜きした抄造紙シート素形体を複数枚積み重ねて、成形金型内で加熱加圧成形する樹脂製歯車の製造法が特許文献２に記載されている。
【０００４】
これら樹脂製歯車は、２つの補強用繊維基材の重ね合わせ界面や抄造シート素形体の積層界面に、繊維の絡み合いが殆どなく、使用用途によっては、積層面で剥離が発生しやすいという心配がある。また、補強用繊維基材と金属製ブッシュとの結合強度が不足する心配がある。これらのことから、使用用途によっては樹脂製歯車の耐久性が不足する心配がある。
【０００５】
これらの問題解決のために、補強繊維を用いて抄造法による金型で集積体を作ることも提案された。特許文献３には補強繊維と熱硬化性樹脂の混合スラリーを、透水性金型内で加圧ないしは減圧脱水して集積体を得る製造法が開示されている。しかし、水に分散できる樹脂は流動性が低く、樹脂と繊維界面での濡れが不充分なために実用に耐える耐久性が得られない。また、特許文献４には流体流出口を有する成型金型で繊維の充填、加熱加圧もその金型で行い、さらに樹脂注入もその金型で行って加熱加圧をして繊維強化樹脂複合体を形成する方法が開示されている。しかし、この方法では樹脂製回転体の中央部に金属製ブッシュを配置することが難しい。また、注入した樹脂が金網などからなる成型金型全体に洩れて硬化後に成型物を取り出すことが容易にはできない上に、成型金型は目詰まりするために、回数を重ねての使用ができなくなる難点がある。
【特許文献１】特開２００１−２９５９１３号公報
【特許文献２】特開平１１−２２７０６１号公報
【特許文献３】特開２００１−１４１３号公報
【特許文献４】特開２００５−９６１７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
中央部に金属製ブッシュを配置した樹脂製回転体において、金属製ブッシュの外周部に設けた回り止め部に補強繊維を充填させるために、金属製ブッシュを上下より２つのリング状補強用繊維基材で挟み込み、回り止めに繊維を喰い込ませて充填させる方法は既知の技術である（特許文献１）。しかし、かかる方法では補強用繊維基材の重ね合わせ界面での繊維の絡みがないために、使用用途によっては界面剥離による耐久性能が低下する心配がある。界面剥離の問題は、１個の補強用繊維基材を使用することにより解決されるが、金属製ブッシュに設けた回り止め部を挟み込むことができないために、回り止め部に繊維を喰い込ませた樹脂製回転体を作製することができなかった。
【０００７】
本発明の目的は、１つの補強用繊維基材だけを用いた場合であっても、金属製ブッシュの外周部に設けた回り止め部と補強用繊維基材との結合強度を向上させた、信頼性の高い樹脂製回転体または樹脂製回転体成形用半加工品の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明が改良の対象とする樹脂製回転体の製造方法では、まず外周部に１以上の回り止め部が形成されて回転軸を中心にして回転するブッシュを用意するステップを実施する。次に、ブッシュの外周部に、補強繊維によって形成され且つ１以上の回り止め部を囲むように嵌った状態で配置された補強用繊維基材を形成するステップを実施する。そして最後に、補強用繊維基材に樹脂を含浸させ、樹脂を硬化して樹脂成形体を形成するステップを実施する。
【０００９】
本発明では、補強用繊維基材を形成するステップを次の二つのステップにより構成する。最初のステップでは、抄造装置を用いて、ブッシュの外周部の周囲に補強繊維を集積させて１以上の回り止め部を含むブッシュの外周部を囲む補強繊維集積体を形成する。抄造装置を用いて補強繊維集積体を製造すれば、補強繊維集積体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。またブッシュに対して予め作った補強繊維集積体を嵌め込むような作業が必要ないため、作業工程が少なくても済む。さらに抄造の際に、１以上の回り止め部の周囲に補強繊維が確実に回り込むため、ブッシュに対して予め作った補強繊維集積体を嵌め込む場合と比べて、補強繊維集積体とブッシュの回り止め部との結合強度を高めることができる。そして次のステップでは、プレス装置を用いて、補強繊維集積体を回転軸の軸線方向に圧縮して補強用繊維基材を形成する。この圧縮によって、補強用繊基材の密度が高まり、またブッシュと補強用繊維基材との結合がさらに高まる。
【００１０】
使用する抄造装置の構成は任意であるが、例えば、周壁部を有する抄造用筒体と、抄造用筒体の内部に抄造用筒体と同心的にブッシュを位置決めするために抄造用筒体の内部に配置されて、ブッシュを支持するブッシュ支持構造部材と、抄造用筒体とブッシュ支持構造部材との間に位置して、抄造用筒体の下側開口部を塞ぐ底部材とを備え、少なくとも底部材が透水性を有する抄造用金型を用いることができる。この場合には、ブッシュ支持構造部材を、ブッシュの外周部よりも内側に補強繊維が入り込まないようにブッシュの外周部よりも内側に位置する部分を抄造用筒体の中心線が延びる方向の両側から挟んで支持する一対の支持用型部材によって構成するのが好ましい。このような抄造用金型で一対の支持用型部材を用いると、ブッシュの位置決めと支持を簡単に行うことができる。また補強繊維集積体の外周面の形状は、抄造用筒体の内周面の形状によって定めることになる。その結果、抄造用筒体の加工精度を高めれば、補強繊維集積体の外周面に、不必要な凹凸が形成されることがなくなる。なお抄造用金型の周壁部が透水性を有していてもよいのは勿論である。この場合には、抄造用筒体及び底部材に複数の透水孔を形成して透水性を付与することができる。そして補強繊維を水中分散させたスラリーを、抄造用筒体及び底部材を通して吸引しながら補強繊維を底部材上に集積させて補強繊維集積体を形成すればよい。
【００１１】
なお補強繊維としては、種々の材質のものを用いることができる。しかし補強繊維として、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１００ml以上４００ml以下であって、微細繊維の含有量が補強繊維中の３０質量％以下となるものを用いるのが好ましい。このような補強繊維を用いると、圧縮が容易でしかも、補強用繊維基材と回り止め部との間に必要十分な結合強度を得ることができる。
【００１２】
また本発明で使用するプレス装置の構成も任意である。例えば、補強繊維集積体がブッシュの径方向外側及び径方向内側に広がるのを規制した状態で、補強繊維集積体を軸線方向に圧縮するプレス装置を用いると、圧縮過程において、補強繊維はブッシュの径方向内側に向かって移動することになる。その結果、補強繊維はブッシュの外周部に押し付けられて、１以上の回り止め部の周囲の補強繊維の密度を高くすることができる。
【００１３】
なおこのようなプレスを可能にするためのプレス装置は、例えば、圧縮動作時に補強用繊維基材がブッシュの径方向外側に広がるのを規制する筒状金型と、筒状金型の内部に配置されてブッシュの外周部よりも内側に位置する部分を軸線方向の両側から挟み且つ圧縮動作時に補強繊維集積体がブッシュの径方向内側に広がるのを規制する一対のブッシュ支持用金型と、筒状金型と一対のブッシュ支持用金型の間に位置して、圧縮動作時に補強繊維集積体を軸線方向両側から挟んで圧縮する一対の圧縮用金型とを備えているのが好ましい。このような圧縮用金型であれば、一対の圧縮用金型で補強繊維集積体を圧縮した場合に、ブッシュの径方向の内側及び外側の両方向に補強繊維が膨出するのを確実に阻止することができる。この場合、一対の圧縮用金型の少なくとも一方の圧縮用金型の補強用繊維基材と接触する接触面は、他方の圧縮用金型の補強繊維集積体と接触する接触面との間の距離が、筒状金型から一対のブッシュ支持用金型に近付くに従って長くなるように傾斜する傾斜面であってもよい。
【００１４】
なお樹脂を含浸する前まで製造を停止すれば、樹脂製回転体成形用半加工品を製造することができる。
【００１５】
金属製ブッシュの外周部に設ける１以上の回り止め部の数及び形状は任意である。例えば、１以上の回り止め部は、金属製ブッシュの中央部分から軸の径方向に向かって突出する複数の突出部から構成することができる。この場合、隣り合う二つの突出部の間には凹部が形成される。すなわち、突出部と凹部は、周方向に交互に並ぶように配置される。これら突出部と凹部は、突出部の突出寸法と２つの突出部間に形成された凹部の底部の高さ寸法とが異なるように構成することができる。この場合には、突出部の突出寸法をｈ１とし、凹部の底部の高さ寸法をｈ２とし、ｈ１＞ｈ２であるとしたときには、補強繊維の長さを、０．５×ｈ１mm及び１×ｈ２mmの小さいほうの値以上とし、５×ｈ１mm及び１０×ｈ２mmの大きいほうの値以下とするのが好ましい。このような長さの補強繊維を用いると、隣接する突出部の間に補強繊維が入り込んだ状態でも、補強用繊維基材の一部に裂け目が発生することがなく、補強用繊維基材の機械的強度の低下を抑制することができる。
【００１６】
なお樹脂成形体に対する補強繊維の割合は、３０体積％以上５０体積％以下であることが望ましい。この範囲の値であれば、樹脂成形体に必要とされる機械的強度を、確実に得ることができる。
【００１７】
樹脂成形体に機械加工を施して複数の歯を形成すれば、機械的に強度が高く、しかも、使用時の騒音の発生が少ない歯車を得ることができる。なお本発明の樹脂製回転体を用いて、歯車の他に、プーリ等の回転部品を製造してもよいのは勿論である。
【００１８】
また、金属製ブッシュは焼結法により製造されたものを用いることができる。また回り止め部として用いる突出部は、軸線方向に沿って測定した頂部の厚み寸法が基部の厚み寸法よりも大きいアンダーカット形状であり、金属製ブッシュの軸線方向に対向する一対の側面の横断面に対する角度が５°以上４０°以下であるのが好ましい。
【００１９】
本発明の方法により形成される補強用繊維基材は、補強用繊維基材の重ね合せ界面がなく、剥離することがない。これらのことから、樹脂製歯車などの樹脂製回転体の耐久性能は大幅に向上する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、抄造装置によりブッシュの外周部に補強繊維集合体を形成する過程で、補強繊維をブッシュの回り止めの周囲に必要な量集積させてブッシュの回り止め部を補強繊維集合体で完全に囲むことができ、さらにプレス装置による圧縮によって、ブッシュの外周部近傍の補強用繊維基材の密度を高めることができるので、従来のように、補強用繊維基材の内部に繊維層の境界面を形成することなく、補強用繊維基材とブッシュの回り止め部との結合強度を向上させることができて、樹脂製歯車などの樹脂製回転体の耐久性能を大幅に向上することができる利点が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００２２】
図１は、模式的に示した本発明の樹脂製回転体の実施の形態の一例の縦断面図である。この樹脂製回転体１は、図示しない回転軸を中心にして回転する金属製ブッシュ２を備えている。金属製ブッシュ２の中央部には、図示しない軸が嵌合される貫通孔３が形成されている。また金属製ブッシュ２の外周部４には、複数の回り止め部を構成する突出部４Ａが周方向に所定の間隔をあけて一体に形成されている。なお金属製ブッシュ２に軸が一体に形成されていてもよい。複数の突出部４Ａの軸線方向に測った厚み寸法Ｌ２は、金属製ブッシュ２の軸線方向に測った厚み寸法Ｌ１よりも小さい。本実施の形態で用いる金属製ブッシュ２は焼結法により製造されたものである。そして回り止め部を構成する突出部４Ａ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。そして金属製ブッシュ２の横断面に対する角度θが５°以上４０°以下のものを用いている。そして図２に示すように、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、好ましくは、回り止め部となる突出部４Ａは、少なくとも高さｈ１の突出部４Ａと二つの突出部４Ａ間に形成されて高さｈ２の底部を有する凹部４Ｂ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°以上４０°以下の突出部４Ａを用いると、後述する補強用繊維基材５内に回り止め部としての複数の突出部４Ａ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十分なものとすることができる。なお隣り合う二つの突出部４Ａ間に形成される凹部４Ｂ内に補強用繊維基材５の一部が入ることによっても、前述の機械的強度は当然にして増加する。
【００２３】
本実施の形態では、１つの補強用繊維基材５が、金属製ブッシュ２の外周部４の外側の位置に、外周部４に嵌った状態で配置されている。そして補強用繊維基材５に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６が形成されている。
【００２４】
補強用繊維基材５は、図３に概略的に示すように、抄造装置７を用いて金属製ブッシュ２の外周部４の外側位置に補強繊維集積体８を形成し、この補強繊維集積体８を回転軸の軸線方向に圧縮することにより形成されている。この抄造装置７で用いる抄造用金型は、周壁部を有する抄造用筒体９を有している。またこの抄造用金型は、抄造用筒体９と同心的に金属製ブッシュ２を位置決めするために抄造用筒体９の内部に配置されて、金属製ブッシュ２を支持するブッシュ支持構造部材１１を備えている。さらに抄造用金型は、抄造用筒体９とブッシュ支持構造部材１１との間に位置して、抄造用筒体９の下側開口部を塞ぐ底部材１３とを備えている。そしてこの抄造用金型では、底部材１３に透水性を付与するために、底部材１３には１０メッシュ以上２５０メッシュ以下の複数の貫通孔が形成されている。なおこの例では、少なくとも底部材１３は金網によって構成されている。ブッシュ支持構造部材１１は、金属製ブッシュ２の外周部４よりも内側に補強繊維が入り込まないように金属製ブッシュ２の外周部４よりも内側に位置する部分を抄造用筒体９の中心線が延びる方向の両側から挟んで支持する一対の支持用型部材１１Ａ及び１１Ｂによって構成されている。なおこの例では、下側の支持用型部材１１Ａと底部材１３とは連結されており、底部材１３と抄造用筒体９の下側端部も連結されている。そして上側の支持用型部材１１Ｂが、上下方向に移動可能に構成されている。金属製ブッシュ２を一対の支持用型部材１１Ａ及び１１Ｂの間に挟む場合には、上側の支持用型部材１１Ｂが上方向に移動する。そして金属製ブッシュ２を下側の支持用型部材１１Ａの上に位置決めした後に、上側の支持用型部材１１Ｂを下方向に移動して、一対の支持用型部材１１Ａ及び１１Ｂの間に金属製ブッシュ２を挟持する。
【００２５】
なお抄造用筒体９を金網で形成し、また一対の支持用型部材１１Ａ及び１１Ｂも金網で形成すると、最も水分を吸引し易い抄造用金型となる。抄造用金型を構成する部品に使用する金網のメッシュサイズが、２５０メッシュより大きくなると水と繊維の濾過抵抗が大きくなり、抄造用金型の内部に入れた補強繊維を含む後述のスラリーを、ポンプで吸引して水分を抄造用金型から排水させても、繊維と水の分離に要する時間が長くなり、製造サイクルが長くなる。またメッシュサイズが１０メッシュより小さいと、繊維長が長い補強繊維を使用しても網目の隙間（貫通孔）が大きいために補強繊維の多くが水と共に流出してしまう。そのために、補強繊維集積体８の繊維密度が著しく低下してしまう問題が発生する。よって使用するメッシュサイズは１０メッシュ以上２５０メッシュ以下が好ましい。底部材１３および抄造用筒体９、一対の支持用型部材１１Ａ及び１１Ｂをそれぞれの金網で形成した場合には、それぞれの金網部分から真空吸引をしてもよい。またこの場合には、底部材１３、抄造用筒体９、一対の支持用型部材１１Ａ及び１１Ｂからのそれぞれの吸引力を変化させて、補強繊維の配向を制御してもよい。
【００２６】
補強繊維と水とを混練して形成したスラリーは、抄造用筒体９の上側の開口部から供給される。そして真空吸引をして、底部材１３に設けた複数の貫通孔から水分を排出することにより、金属製ブッシュ２の外周部４の周囲を囲む補強繊維集積体８を形成する。このように抄造用金型で一対の支持用型部材１１Ａ及び１１Ｂを用いると、金属製ブッシュ２の位置決めと支持を簡単に行うことができる。また補強繊維集積体８の外周面の形状は、抄造用筒体９の内周面の形状によって定まる。その結果、抄造用筒体９の加工精度を高めれば、補強繊維集積体８の外周面に、不必要な凹凸が形成されることがなくなる。
【００２７】
補強用繊維基材５または補強繊維集積体８を形成するために用いる補強繊維の種類は後述するように、種々のものを用いることができる。そして補強繊維の長さは、例えば、図２に示すような金属製ブッシュ２を用いる場合には、次のように定める。すなわち突出部４Ａの突出寸法（金属製ブッシュ２の中央部分２Ａから径方向へ測った突出部４Ａの高さ）をｈ１、凹部４Ｂの底部の高さ（金属製ブッシュ２の中央部分２Ａから径方向へ測った凹部４Ｂの底部の高さ）をｈ２としたとき、補強繊維の長さは、０．５×ｈ１mmと１×ｈ２mmの小さいほうの値以上であり、５×ｈ１mmと１０×ｈ２mmの大きいほうの値以下であるのが好ましい。ここで、高さ寸法ｈ１とｈ２が同じ場合は、回り止めの効果が弱くなる。突出部４Ａまたは凹部４Ｂの底部の高さ寸法ｈ１またはｈ２に対しては、補強繊維が覆いかぶさるのに充分な繊維長さが必要であり、補強繊維の長さが０．５×ｈ１mmと１×ｈ２mmの小さいほうの値以上であることが適当である。また、補強繊維は、長すぎても均一分散を妨げる原因となり、強度の増強に寄与しない不均一な繊維分布になる。そのため補強繊維の長さは、５×ｈ１mmと１０×ｈ２mmの大きいほうの値以下が適当である。なお、突出部として、突出凹部の底部の高さ寸法がｈ１よりも大きなｈ３となる突出部（２種類以上の突出寸法の異なる突出部）を組み合わせて使用してもよいのは勿論である。
【００２８】
このようにして定めた補強繊維の繊維長は、好ましくは２ｍｍから５ｍｍであり、さらに好ましくは３ｍｍである。繊維長が２ｍｍ未満の場合、繊維強化樹脂成形体の機械特性が低下する。また、繊維長が６ｍｍを超えると、繊維束を水中で解離し分散させるときに、繊維束の解離が困難になる。また、これまで説明した補強繊維のほかに、アラミド繊維等のパルプを併用してもよい。これにより、繊維同士の絡み合いが増し、補強用繊維基材の取り扱い性が良好となるので好ましい。
【００２９】
また、金属製ブッシュ２の外周部４に設けた回り止め部と樹脂部の結合を強固たるものとするためには、回り止め部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り、金属製ブッシュ２の横断面に対する角度が５°以上４０°以下、好ましくは、１０°以上３５°であるものが効果的である。これは外径方向への抜け阻止に作用するものである。
【００３０】
上記アンダーカット形状をもった回り止め部を構成する突出部４Ａは、焼結法で成型すれば、精度よく設計どおりに作ることができる。突出部４Ａの最適構造は、たとえば外径６０mmの樹脂製歯車の場合、突出部（山）の数が３０であり、突出部の間に形成される凹部すなわち谷部分の数は２９である。なおこれらの数は、樹脂製歯車の径や厚さ、歯の構造に応じて適宜変更されることは当然である。
【００３１】
使用する補強繊維は、融点、あるいは分解温度が２５０℃以上の繊維からなるものが好ましい。このような補強繊維を用いて補強繊維集積体８を形成することで、成形時の成形温度や加工温度、実際の使用時にかかる雰囲気温度において、樹脂製回転体内の補強繊維が熱劣化を起こすことなく、耐熱性に優れた樹脂製回転体とすることができる。このような繊維としては、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、およ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種以上の繊維を使用するのが好ましい。
【００３２】
また、補強繊維には、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。このようにして得られる補強繊維集積体８を用いた樹脂製回転体は、使用中にかかる高負荷に耐え得るものとすることができる。
【００３３】
また、抄造後に補強繊維集積体８を金属製ブッシュ２と一体化して形成したものを次工程に移動、又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、補強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１００ml以上４００ml以下であって、微細繊維の含有量が補強繊維中の３０質量％以下になるように配合することが望ましい。望ましい態様としては、パラアラミド繊維の機械的剪断で繊維軸方向に裂開させたフィブリル化処理したアラミド微細繊維を混合することが好ましい。フリーネスが４００mlを超えるとフィブリル化が不充分のため補強用繊維基材の形状を維持するための強度を付与することが困難になる。またフリーネスが１００ml未満になると繊維軸方向に裂開させるだけでなく、径方向に剪断されて粉末状態になってしまうために繊維の絡みが悪くなって、補強用繊維基材の形状を維持するための強度を付与する事が困難となる。また濾水性が悪化し、樹脂含浸の妨げるとなる。またフィブリル化処理したアラミド微細繊維が３０質量％を超えると繊維間の隙間にフィブリル化した微細繊維が充填され、樹脂注入成形時に、樹脂の樹脂含浸が阻害され、含浸不良などの不具合が生じてしまう。好ましくは適度な強度を付与し、樹脂含浸性を阻害しない５〜１０質量％のフィブリル化した微細繊維を配合するのが好ましい。
【００３４】
上記補強繊維を水中に分散させる際の濃度は、０．３ｇ／リットル以上２０ｇ／リットル以下が好ましい。繊維長が短い繊維を使用する場合、繊維同士の絡みが少なく、分散が良いため濃度２０ｇ／リットルの高濃度のスラリーで分散させることができる。一方、繊維長が長い繊維を使用する場合、繊維長が長すぎるため０．３ｇ／リットルの低濃度でないと充分分散させることができない。
【００３５】
ちなみに、前述の補強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む場合において、金属製ブッシュ２の直径が５ｃｍの場合に使用する補強繊維集積体８の厚み寸法（軸線方向寸法）は、約８ｃｍである。そして後述する圧縮作業により、補強繊維集積体８は約１．５ｃｍ程度まで圧縮されて補強用繊維基材５に成形される。
【００３６】
次に、補強繊維集積体８を圧縮して補強用繊維基材５を備えた樹脂製回転体成形用半加工品を製造するステップの一例を図４を用いて説明する。図４に示したプレス装置１４は、圧縮動作時に補強用繊維基材５が金属製ブッシュ２の径方向外側に広がるのを規制する筒状金型１５と、筒状金型１５の内部に配置されて金属製ブッシュ２の外周部４よりも内側に位置する部分を軸線方向の両側から挟み且つ圧縮動作時に補強繊維集積体８が金属製ブッシュ２の径方向内側に広がるのを規制する一対のブッシュ支持用金型１７及び１８と、筒状金型１５と一対のブッシュ支持用金型１７及び１８の間に位置して、圧縮動作時に補強繊維集積体８を軸線方向両側から挟んで圧縮する一対の圧縮用金型１９及び２０とを備えている。このような圧縮用金型であれば、一対の圧縮用金型１９及び２０で補強繊維集積体８を圧縮した場合に、金属製ブッシュ２の径方向の内側及び外側の両方向に補強繊維が膨出するのを確実に阻止することができる。
【００３７】
次に図５に示すように、補強用繊維基材５を備えた樹脂製回転体成形用半加工品２１を金型２３内に配置した後に金型２３に液状樹脂を注入して補強用繊維基材５に樹脂を含浸させ、その後硬化させて、樹脂成形体を備えた樹脂製回転体１を成形する。金型２３は固定金型２５と、固定金型２５の中心に配置されて上下方向に変位する移動金型２７と、この移動金型２７と対になって金属製ブッシュ２を挟持する上金型２９とを備えている。上金型２９の押圧部２９Ａが、固定金型２５内に挿入されて、金属製ブッシュ２を押圧すると、移動金型２７は、上金型２９の挿入量に応じて下方に変位する。上金型２９で、固定金型２５の開口部を完全に塞いだ後に、固定金型２５内に液状樹脂が注入される。その後、樹脂が硬化したら、補強用繊維基材５を心材として成形された樹脂成形体を備えた樹脂製回転体１を金型２３から取り出して、樹脂製回転体１の製造を完了する。
【００３８】
このようにして成形した樹脂製回転体の樹脂成形体の外周部に機械加工を施して歯を形成すれば樹脂製歯車を得ることができる。また外周面に沿って溝を形成すれば、プーリを得ることができる。
【００３９】
前述の液状樹脂としては、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂等いずれのものでも良く、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以上の樹脂と該樹脂の硬化剤を組み合わせたものが使用できる。
【００４０】
これらの中でも、樹脂硬化物の強度、耐熱性等の点からポリアミノアミド樹脂が好ましく、耐熱性、強度が優れる２，２’−（１，３フェニレン）ビス２−オキサゾリンとアミン硬化剤の混合物１００質量部に対し５質量部以下の触媒とからなる樹脂を使用することが好ましい。なお、この触媒を５質量部以上添加すると、硬化時間が短くなって補強用繊維基材５に樹脂が充分含浸される前に樹脂が硬化してしまうため、樹脂含浸不良の問題が発生する。
【００４１】
補強繊維の樹脂製回転体１に含まれる割合は、所望する樹脂製回転体の強度等によって異なるが、３０体積％以上５０体積％以下であることが好ましい。樹脂製回転体１に占める補強繊維の割合が３０体積％未満である場合、樹脂を繊維で補強する効果がほとんど見られず、また金属製ブッシュ２の回り止め部への繊維の充填も不充分となる。また、補強繊維の割合が５０体積％を越えた場合は、繊維の占める割合が高すぎるため、樹脂注入成形時に樹脂の樹脂含浸不足が発生しやすくなるなどの問題がおこる。そのため繊維強化樹脂複合体に含まれる繊維の割合は樹脂製回転体の強度があり、及び２つの突出部４Ａの間に形成される回り止め用の凹部４Ｂ内に繊維が確実に充填され、しかも樹脂の含浸を阻害しない３５〜４５体積％がさらに好ましい。
【００４２】
上記実施の形態では、プレス装置１４と樹脂注型用の金型２３とを別に設けているが、他の実施の形態として図６に示すように、樹脂注型用の金型１２３によって、プレス装置を兼用してもよい。図６には、図５に示した部材と同様の部材に付した符号の数に１００の数を加えた数の符号を付して一部説明を省略する。図６の例では、補強繊維集積体８を備えた金属製ブッシュ２を金型１２３内に配置した後に、上金型１２９の押圧部１２９Ａが、固定金型１２５内に挿入される際に、補強繊維集積体８を押圧する。このとき移動金型１２７は、上金型１２９の挿入量に応じて下方に変位する。その結果、上金型１２９で、固定金型１２５の開口部を完全に塞いだ状態で、補強繊維集積体８は、金属製ブッシュ２の径方向外側及び径方向内側に広がるのが規制された状態で、軸線方向に圧縮される。この例では、押圧部１２９Ａが金属製ブッシュ２と接触することにより、実質的に補強繊維集積体８が金属製ブッシュ２の径方向内側に広がるのを規制している。そしてこの場合にも、上金型１２９で、固定金型１２５の開口部を完全に塞いだ後に、固定金型１２５内に液状樹脂を注入する。その後、樹脂が硬化したら、補強用繊維基材５を心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１２３から取り出して、樹脂製回転体の製造を完了する。
【００４３】
上記実施の形態では、抄造装置７の金網製の底部材１３をフラットな形態としているが、さらに他の例では図７に示す抄造装置１０７のように底部材１１３の外周部分に環状のテーパ部１２４を形成してもよい。このテーパ部１２４は、下方に向かうに従って径寸法が小さくなるように傾斜している。このような抄造装置１０７を用いると、補強繊維集積体１０８の形状は、片側にテーパ面１０８Ａ（図８）を備えた形状となる。そして図８に示すように、固定金型２２５にも、このテーパ面１０８Ａに合ったテーパ面２２５Ａを形成する。このようにすると、図９に示すように、一方の側面にテーパ面１０６Ａを備えた樹脂成形体１０６を形成できる。なお図８に示す各部材には、図７に示した部材と同様の部材に付した符号の数にさらに１００の数を加えた数の符号を付してある。
【実施例】
【００４４】
［実施例１］
水を満たした図示しないタンクを用意し、補強繊維として繊維長３ｍｍのアラミド繊維を使用する。タンクにアラミド繊維を投入後、攪拌機で攪拌して分散させた。抄造装置としては、図３に示す構造の抄造装置７を用いた。具体的には、金網の底部材１３と、金網の抄造用筒体９（径φ８０ｍｍ）と、金網の一対の支持用型部材１１Ａ及び１１Ｂ（最大径φ５５ｍｍ）とからなる抄造用金型を用いた。使用した金網は、１００メッシュのシート状の金網を使用した。この抄造装置７の径方向中央にあらかじめ金属製ブッシュ２を配置した。そして、図示しないタンク内で水中に分散させた補強繊維を抄造装置７の抄造用筒体９内に導入して、金属製ブッシュ２の外周部分に補強繊維を集積した。そしてこのようにして形成した補強繊維集積体８を軸線方向に加圧して、所定厚さまで圧縮し、圧縮した補強繊維集積体８を金属製ブッシュ２に設けた抜け止め用の突出部４Ａと結合させた。そしてこれを乾燥して補強用繊維基材５を得た。
【００４５】
次に図５に示すように、補強用繊維基材５を備えた金属製ブッシュ２を加熱した固定金型２５内に配置し、上金型２９を用いて型締めした。そして、成形金型２３内部を真空状態にした後、溶融したポリアミノアミド樹脂を注入して補強用繊維基材５に含浸させ、加熱加圧成形して樹脂成形体６を備えた樹脂製回転体１（樹脂製歯車素材）を得た。最後に、樹脂製回転体１の樹脂成形体６に歯切り加工により歯を形成することにより樹脂製歯車を製造した。
【００４６】
［従来例１］
水を満たしたタンクを用意し、補強繊維として繊維長３ｍｍのアラミド繊維を使用した。タンクに上記アラミド繊維を投入後、攪拌機で攪拌して分散させてスラリーを製造した。図１０（Ａ）に示すように、抄造装置３０７は、底部材３１３および角筒状の抄造用筒体３０９を備えている。なお底部材３１３のみを金網で構成した。使用した金網は、１００メッシュのシート状金網であった。そして、前述のスラリーを抄造装置３０７に導入して、集積物３１０を得た。集積物３１０を取り出して、これを脱水、乾燥した。その後、図１０（Ｂ）に示すように、外径φ８０ｍｍ×内径φ５５ｍｍのドーナツ状に打ち抜き、補強繊維集積体３０８を得た。
【００４７】
次に図１１（Ａ）に示すように、上記の工程で得られた補強繊維集積体３０８を２個使用して、金属製ブッシュ２に設けた突出部４Ａを挟み込み、加熱した成形金型３２３内に配置して型締めをした。その後の工程は、実施例１と同様にして、樹脂製歯車を製造した。図１１（Ｂ）は、このようにして製造した樹脂製回転体の概略縦断面図である。この樹脂製回転体の樹脂成形体３０６中にある２つの補強用繊維基材３０５の重ね合せ界面ＢＳには、補強繊維の絡み合いが殆どないので剥離しやすい。
【００４８】
実施例１および従来例１で得られた樹脂製歯車について、表１における入力負荷を変化させ、樹脂歯車が破壊するまでの総回転数を測定したモータリング耐久試験結果を図１２に示す。
【表１】
0005163104.tif 000002
【００４９】
図１２の横軸は総回転数を示しており、縦軸は歯元に加わる歯元応力を示している。図１２から分かるように、歯元応力が大きい場合でも、また小さい場合でも、同じ歯元応力が歯元に加わっている場合には、常に従来例１のほうが、少ない総回転数で破壊に至っている。このことは、従来例１の構造では、前述の重ね合せ界面ＢＳが存在するために、機械的強度が低下していることを裏付けている。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】模式的に示した本発明の樹脂製回転体の実施の形態の一例の縦断面図である。
【図２】（Ａ）及び（Ｂ）は金属製ブッシュの平面図及び縦断面図である。
【図３】抄造装置の一例を示す概略断面図である。
【図４】プレス装置の一例を示す概略断面図である。
【図５】樹脂注型用の金型の一例を示す概略断面図である。
【図６】樹脂注型用の金型にプレス機能を持たせた金型の一例を示す概略断面図である。
【図７】抄造装置の異なる例を示す概略断面図である。
【図８】図７の抄造装置で製造した補強繊維集積体を圧縮して樹脂を注入するために使用する金型の一例を示す概略断面図である。
【図９】図８の金型を用いて製造した樹脂製回転体の縦断面図である。
【図１０】（Ａ）及び（Ｂ）は、従来例を製造するために用いる抄造装置の一例と、従来の補強用繊維基材の製造例を示す図である。
【図１１】（Ａ）は従来例を製造するために用いる樹脂注型用の金型の一例を示す概略断面図であり、（Ｂ）は従来例で製造した樹脂製回転体の縦断面図である。
【図１２】実施例１及び従来例１について行った、樹脂歯車が破壊するまでの総回転数を測定したモータリング耐久試験結果を示す図である。
【符号の説明】
【００５１】
１  樹脂製回転体
２  金属製ブッシュ
３  貫通孔
２Ｂ  外周部
４Ａ  突出部（回り止め部）
４Ｂ  凹部
５  補強用繊維基材
８  補強繊維集積体
【図１】
0005163104.tif 000003
【図２】
0005163104.tif 000004
【図３】
0005163104.tif 000005
【図４】
0005163104.tif 000006
【図５】
0005163104.tif 000007
【図６】
0005163104.tif 000008
【図７】
0005163104.tif 000009
【図８】
0005163104.tif 000010
【図９】
0005163104.tif 000011
【図１０】
0005163104.tif 000012
【図１１】
0005163104.tif 000013
【図１２】
0005163104.tif 000014