(57)【要約】      （修正有）【課題】従来の微細歯車よりも更に微細である歯車を、安価かつ大量に製造することができる、ミクロンサイズの歯車状樹脂成形物の製造方法を提供する。【解決手段】難溶解性ポリマー（ａ）と易溶解性ポリマー（ｂ）からなる円形複合横断面を有する複合繊維で、該円形複合横断面において、難溶解性ポリマー（ａ）が、丸断面と、その中心から放射状に延びる同じ高さの凸部とを該丸断面の円周上に等間隔に３つ以上有する形状であり、易溶解性ポリマー（ｂ）が該凸部間に形成された凹部を埋めるよう配された複合繊維を紡糸し、該複合繊維を繊維軸方向に切断した後、該易溶解性ポリマー（ｂ）を溶解除去するか、あるいは、該複合繊維から該易溶解性ポリマー（ｂ）を溶解除去した後、繊維軸方向に切断するミクロンサイズの歯車状樹脂成形物の製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
難溶解性ポリマーと易溶解性ポリマーからなる円形複合横断面を有する複合繊維で、該円形複合横断面において、難溶解性ポリマーが、丸断面と、その中心から放射状に延びる同じ高さの凸部とを該丸断面の円周上に等間隔に３つ以上有する形状であり、易溶解性ポリマーが該凸部間に形成された凹部を埋めるよう配された複合繊維を紡糸し、該複合繊維を繊維軸方向に切断した後、該易溶解性ポリマーを溶解除去するか、あるいは、該複合繊維から該易溶解性ポリマーを溶解除去した後、繊維軸方向に切断することを特徴とする、ミクロンサイズの歯車状樹脂成形物の製造方法。
【請求項２】
複合繊維の円形複合断面の中心に中空部を有する請求項１に記載のミクロンサイズの歯車状樹脂成形物の製造方法。
【請求項３】
円形複合繊維の断面において、凸部は、底部の幅より先端部の幅が小さい略等脚台形である請求項１または２に記載のミクロンサイズの歯車状樹脂成形物の製造方法。
【請求項４】
難溶解性ポリマーに、制電剤、低摩擦剤、低摩擦係数剤、補強剤のうち少なくとも１つが添加されている請求項１〜３のいずれかに記載のミクロンサイズの歯車状樹脂成形物の製造方法。
【請求項５】
易溶解性ポリマーに、溶解促進剤が添加されている請求項１〜４のいずれかに記載のミクロンサイズの歯車状樹脂成形物の製造方法。
【請求項６】
複合繊維の円形複合断面における凸部の数が８以上である請求項１〜５のいずれかに記載のミクロンサイズの歯車状樹脂成形物の製造方法。
【請求項７】
複合繊維の円形複合断面の直径が１２５μｍ未満である請求項１〜６のいずれかに記載のミクロンサイズの歯車状樹脂成形物の製造方法。
【請求項８】
複合繊維を繊維軸方向に長さ３μｍ未満に切断する請求項１〜７のいずれかに記載のミクロンサイズの歯車状樹脂成形物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、これまでに無い極めて小さいミクロンサイズの歯車状樹脂成形物の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子工学の分野においては表面微細加工技術が進歩し、大規模集積回路（ＬＳＩ）のチップ上に集積される電気回線やトランジスタの高密度が可能になると共にこれらを使用した電気製品の性能が飛躍的に進歩しつつあり更なる微細化が追及されつつある。
この表面微細加工技術の進歩は機械工学の分野においても同様で、機械装置や部品などについても微細化の追求が進んでいる。中でも、歯車などはその基本部品になるものであり、特に重要である。
こうした機械工学的な微細加工は、従来から培われた切削、研削、塑性、放電、超音波、レーザー、エッチング、などの加工技術の高性能化と、運転、工作者の高度な熟練によって行われている（例えば、引用文献１など）。
【０００３】
本発明者らが歯車の微細化水準についてこれまでに調べた結果では、上述する表面微細加工技術ですでに公知な加工技術では、シリコン基盤上に、材料を蒸着し薄膜を形成、フォトレジストを塗布し、必要なパターンのマスクを行い露光後にエッチング、電鋳などの加工方法で、直径１２５μｍφ、厚さ３μｍ、歯数７枚程度が世界最小の水準である。
そこで、本発明者等は、従来の表面微細加工技術や機械工作技術などに依らず、更に微細な歯車を製造する方法を検討した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３７０１９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、従来の微細歯車よりも更に微細である歯車を、安価かつ大量に製造することができる、ミクロンサイズの歯車状樹脂成形物の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するための検討を行い、合成繊維の製造技術を利用し、これを実現するに至った。
【０００７】
かくして、本発明によれば、難溶解性ポリマーと易溶解性ポリマーからなる円形複合断面を有し、該複合断面において、複合断面の外周に易溶解性ポリマー同じ形状の正方形、長方形、または台形を３以上、等間隔に配した複合繊維を紡糸し、該複合繊維を繊維軸方向に切断した後、該易溶解性ポリマーを溶解除去するか、あるいは、該複合繊維から該易溶解性ポリマーを溶解除去した後、繊維軸方向に切断することを特徴とする、ミクロンサイズの歯車状樹脂成形物の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、これまでの微細歯車よりも更に微細なミクロンサイズの歯車状樹脂成形物を製造可能であるだけでなく、従来よりも容易かつ安価に、しかも大量にこれを製造することができる。また、本発明により得られる歯車状樹脂成形物は、幅広い製品分野で、歯車として、あるいは歯車に限らず微細管内での液体や気体の分割や撹拌または計量用として利用でき、これまでに無い改良製品や新製品の開発に貢献できるものと期待される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に用いる複合繊維の横断面を示す２つの概略図（１）（２）を示す。
【図２】本発明で得られた歯車の写真を示す。
【図３】本発明で得られる歯車の（１）断面と（２）側面の概略図と各寸法の説明を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明のミクロンサイズの歯車状樹脂成形物の製造方法は、難溶解性ポリマーと易溶解性ポリマーからなる円形複合横断面を有する複合繊維で、該円形複合横断面において、難溶解性ポリマーが、丸断面と、その中心から放射状に延びる同じ高さの凸部とを該丸断面の円周上に等間隔に３つ以上有する形状であり、易溶解性ポリマーが該凸部間に形成された凹部を埋めるよう配された複合繊維を紡糸し、該複合繊維を繊維軸方向に切断した後、該易溶解性ポリマーを溶解除去するか、あるいは、該複合繊維から該易溶解性ポリマーを溶解除去した後、繊維軸方向に切断することを特徴とする。
【００１１】
すなわち、本発明においては、上記方法により、複雑な加工や、運転、工作者の熟練者の技術によらず、従来の微細歯車よりも更に微細である歯車を、安価かつ大量に、ミクロンサイズの歯車状樹脂成形物を成形できることを見出したものである。
なお、本発明において「断面」とは、繊維長さ方向（繊維軸方向と称することがある）に対して垂直方向の繊維横断面をいう。また、難溶解性ポリマーと易溶解性ポリマーとは、９５℃の１０％濃度のＮａＯＨ水溶液、または２０℃のギ酸等の溶剤に対して１時間浸漬した場合の減量率が２倍以上異なる２種類のポリマーにおいて、減量率が少ないポリマーを難溶解性ポリマー、減量率の大きいポリマーを易溶解性ポリマーという。
【００１２】
本発明の一実施例を図面により説明する。
図１は、難溶解性ポリマーと易溶解性ポリマーからなり、難溶解性ポリマーが、丸断面と、その中心から放射状に延びる同じ高さの凸部とを該丸断面の円周上に等間隔に８つ有する形状であり、易溶解性ポリマーが該凸部間に形成された凹部を埋めるよう配された複合繊維の断面の概略図で、特に図１（ｂ）は、さらに好ましい、該凸部が、底部の幅より先端部の幅が小さい略等脚台形であり、該先端部の幅は該凹部の幅より小さく、中心に中空部を有する複合断面の概略図である。図１において、（ａ）は難溶解性ポリマー、（ｂ）は易難溶解性ポリマー、（ｃ）は中空部を示す。
【００１３】
本発明においては、略等脚台形とは、一組の対辺が平行であり、別のもう一組の対辺とその間にはさまれる一辺となす角が等しい台形形状をいい、相対する角度が全く同じでなくてもその差が３°以下であるものが好ましく、特に、平行でない一組の対辺が、外側に膨らんだ曲線として、これをインボリュート曲線や、サイクロイド曲線に近づけたのもがより好ましく、かかる形状とすることによって、歯車としての性能をさらに発揮することができる。
本発明の歯車の製造方法では、先ず、前記複合断面の複合繊維を形成するが、その際は、公知の方法を採用することができる。
【００１４】
難溶解性ポリマーを歯底円Ｓｂから歯先円Ｓｔに向け円の中心から放射状に、かつ円周方向に等ピッチ同形状に突起させて歯車状形態とし、易溶解ポリマーを該歯車状形態部と歯先円Ｓｔに囲まれたいわゆる歯間形態部に配して複合紡糸することによって得た複合繊維の断面形態を示したものである。
【００１５】
また、図３に示すように、ピッチ円周上の歯の厚さＷｐと歯間空隙Ｏｐを同寸法にし、かつ歯の厚さを歯先円方向に向けて小さく（歯先円周上の歯の厚さＷｔ＜Ｗｐ）するように設計することが好ましい。
また、歯のモジュール（歯先円径Ｄｐ／歯数）を同じ水準にすることで、ピッチ円径Ｄｐと歯数が異なる他の歯車との組み合わせ使用も可能となり、応用範囲を拡大することができる。また、歯の高さｈや歯幅ｔは、用途に応じて適宜設定すれば良い。
【００１６】
本発明においては、上記複合繊維を紡糸し、該複合繊維を繊維軸方向に切断した後、該易溶解性ポリマーを溶解除去するか、あるいは、該複合繊維から該易溶解性ポリマーを溶解除去した後、繊維軸方向に切断することにより歯車を製造することができる。また、かかる方法では、エッジが際立った正確な形状の歯車を成形することができる。
【００１７】
ここでは歯車状形態部の中央部に紡糸時に中空孔を付与しているが、公知の微細穴を開ける方法により、複合繊維を断面方向に切断してから新たに穴を開けても良い。だだ、歯幅が厚い場合は、後から微細な穴を開けるのが困難になるので、紡糸時に開けておくことが好ましい。また、用途に応じては穴をあけなくても良い。
【００１８】
なお、上記公知の複合紡糸口金および複合紡糸条件については、特公昭３９−２９６３６号公報、特公昭６０−２４８４５号公報、特開平０９−２１７２４６号公報、特開平１１−２７９８９７号公報、国際公開第２００１／０６１０８３号パンフレット、特開平０５−５１８２０号公報などをはじめとする多くの特許で既に種々知られており、使用するポリマーの特性や得ようとする歯車状断面形状などによってこれらの中から適宜選定し使用できる。
【００１９】
本発明で用いる難溶解性ポリマーとしては、ポリエチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタラエート、ポリブチレンテレフタレート、ポリアミド、ポリアクリルニトリル、ポリエチレン、ポリプロピレン、などが適しており、一方、易溶解ポリマーとしては、イソフタル酸、アルキレングリコール、スルホイソフタル酸アルカリ金属塩等を共重合させた改質ポリエステル、水溶性ポリエステル、ポリ乳酸、ポリビニルアルコール、などが適している。なお、難溶解性ポリマーや易溶解ポリマーの種類やこの組み合わせ、および易溶解ポリマーの溶解除去方法などの詳細については、既に上記特許で良く知られており、これらの中から目的に応じて適宜選定利用することができる。
【００２０】
ここで、難溶解性ポリマーには、用途に応じて制電剤、導電材、低摩耗剤、低摩擦係数剤、補強剤などの改質剤を添加してやるとその性能をより発揮することができ、好ましい。一方、易溶解ポリマーは、酸化チタンや硫酸バリウムをはじめ溶解を促進させる剤を添加してやると、溶解除去性を向上することができ、好ましい。
本発明においては、紡糸口金の吐出孔の形態を、前記のような、厚さＷｐ、歯間空隙Ｏｐ、Ｗｔ、Ｗｐ、歯先円径Ｄｐなどを満たすように設計すればよい。
【００２１】
次に、このようにして得た図１（１）（２）に示すような断面形態の複合繊維から本発明の歯車状成形物を得るため、該複合繊維を繊維軸に垂直に切断して歯車状成形物を得る分けであるが、この際は複合繊維の状態で切断してから易溶解ポリマーを溶解除去しても良いし、あるいは複合繊維の状態で易溶解ポリマーを溶解除去してしまってから切断しても良い。
【００２２】
また、切断方法としては、複合繊維あるいは複合繊維から易溶解ポリマーを溶解除去した繊維を、１本または複数本を束ねてパラフィンもしくは樹脂に埋め込み固め、ミクロトームを使用して必要な歯幅ｔに切断する。
この際、束ねる複合繊維の本数が多い場合は、上記のように複合繊維をパラフィンもしくは樹脂に埋め込んで固める代わりに繊維束を氷結させて切断することもできる。この場合はパラフィンや樹脂を使用しなくて済むため、製造コストを安価にすることができる。
また、複合繊維の状態で切断する場合は、一般に易溶解ポリマーが難溶解性ポリマーより低温で熔融するので、熱を加えて易溶解ポリマーを熔融させて複合繊維束を融着固化して切断することもできる。
【００２３】
本発明は、このように繊維を断面方向に切断するだけで任意の歯幅に切断できるため、歯幅を薄くも厚くも容易に製造でき、従来の切削、研削、塑性、放電、超音波、レーザー、エッチング、などによって任意の歯幅に加工するよりはるかに容易に製造することができる。
特に、歯幅ｔが厚い歯車状成形物を製造する場合には有利となる。次に該複合繊維から易溶解ポリマー部を溶解除去して歯車状成形物を得るわけであるが、溶液としては、易溶解ポリマーの特性に合わせて濃度や温度を調整した水酸化ナトリウムなどのアルカリ溶液あるいは熱水や酸性溶液、有機溶剤などを使用する。
【００２４】
尚、上記した、難溶解性ポリマーと易溶解ポリマーを複合紡糸して複合繊維とした後易溶解ポリマーを溶解除去して使用する例は、上記特許あるいは極細繊維や異形断面繊維を製造する手段として既に種々の方法が知られており、本発明においてもこれらの手段をそのまま適宜利用することができる。
また得られた歯車状成形物は、用途により染色したり、金属メッキしたり、熱変形したりしても使用することができる。
【実施例】
【００２５】
［実施例１］
図１に示すような断面形態に複合紡糸できる公知の複合紡糸口金および紡糸装置を使用し、難溶解性ポリマー成分Ａとして極限粘度０．６７のポリエステルを使用し、易溶解ポリマー成分Ｂとして２．５モル％の５−ナトリウムスルホイソフタル酸および８重量％のポリエチレングリコール（平均分子量６０００）を共重合した共重合ポリエステル使用し、紡糸温度２８５℃、紡糸速度１３００ｍ／ｍｉｎ、にて複合紡糸を行った。
次いで得られた複合繊維の未延伸糸を延伸速度６００ｍ／ｍｉｎで延伸熱セットし、全繊度９５デシテックス、フィラメント数２０本からなる図１（１）に示すような断面形態を有した複合繊維の延伸糸を得た。
次いで、該複合繊維を直線状に伸ばした状態で円柱状のパラフィンに浸漬してブロック状に固め、繊維軸に垂直に歯幅８μｍの厚さに切断し、該パラフィン成分をキシレンにて溶解除去した後、更にこれを水酸化ナトリウム１５ｇ／ｌ、浴比１：２００のアルカリ水溶液にて８０℃で３０分溶解処理を施して易溶解ポリマー成分Ｂを溶解除去し、図２の写真に示すような歯車状樹脂成形物を得た。
この時の歯車状樹脂成形物の歯先円径Ｄｔは２１．４μｍφ、歯底円径Ｄｂは１３．６μｍφ、歯厚Ｗｔは３．５μｍ、歯数は８枚、歯幅ｔは８μｍ、中央の穴径は４．５μｍφであった。
【００２６】
［実施例２］
溶解性の異なる２種のポリマーを同芯の芯鞘形状に複合紡糸できるようになし、かつ芯部を歯車形状また鞘部を該歯車の歯間部になるようになした公知の複合紡糸用口金および複合紡糸機を用いて、芯部に固有粘度［ＩＶ］が１．４０のポリトリメチレンテレフタレートからなる難溶解性ポリマー成分Ａ、および鞘部に光学異性体がポリ−Ｌ−乳酸でかつ光学純度が９８．０％のポリ乳酸からなる易溶解ポリマー成分Ｂを配し、紡糸温度２５０℃、引き取り速度３０００ｍ／ｍｉｎにてこれを複合紡糸し巻取った。
続いて、該複合繊維の未延伸糸を通常の延伸機を用いて延伸温度９０℃、熱セット温度１３０℃で延伸し、全繊度８５デシテックス、フィラメント数２４本からなる図１（２）に示すような断面形態を有した複合繊維の延伸糸を得た。
次いで、該複合繊維を実施例１と同様にして、歯幅１５μｍの厚さに切断した後、これに水酸化ナトリウム１０ｇ／ｌ、浴比１：２００のアルカリ水溶液にて１００℃で３０分間溶解処理を施して易溶解ポリマー成分Ｂを溶解除去し、図３に示すような歯車状樹脂成形物を得た。
このようにして得られた歯車状樹脂成形物の歯先円径Ｄｔは１８μｍφ、歯底円径Ｄｂは１５μｍφ、歯厚Ｗｔは１．６μｍ、歯数は１６枚、歯幅ｔは１５μｍ、であった。
【００２７】
本発明者が調査したところ、実施例１、２の本寸法程の微細な歯車状成形物を微細表面加工技術以外で得られたものは、これまで報告された例が無く、世界最小水準の歯車状樹脂成形物を得る画期的な製造方法である。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明によれば、これまでに無い、歯先円径が数十ミクロン以下でかつ任意の歯幅の超微細な歯車状樹脂成形物を比較的容易にかつ大量に、しかも安価に提供できるため、これまでに無い新しい製品の開発が期待できる。
【符号の説明】
【００２９】
（ａ）難溶解性ポリマー成分
（ｂ）易溶解性ポリマー成分
（ｃ）中空部
Ｓｔ  歯先円
Ｓｐ  ピッチ円
Ｓｂ  歯底円
Ｄｔ  歯先円径
Ｄｐ  ピッチ円径
Ｄｂ  歯底円径
Ｗｔ  歯先円周上の歯の厚さ
Ｗｐ  ピッチ円周上の歯の厚さ
Ｗｂ  歯底円周上の歯の厚さ
Ｏｔ  歯先円周上の歯間空隙
Ｏｐ  ピッチ円周上の歯間空隙
Ｏｂ  歯底円周上の歯間空隙
【図１】
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【図３】
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【図２】
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