(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂を含浸した補強繊維基材のリング状成形体により歯部を構成した樹脂製歯車において、
前記補強繊維基材は、帯状のフェルトを重ね巻きし中心には空間を残したものであり、
前記フェルトの厚さ方向を向いた補強繊維がフェルトを構成する補強繊維同士の間を結合し、重ね巻きしたフェルトの層間もフェルトの厚さ方向を向いた補強繊維が結合していることを特徴とする樹脂製歯車。
【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歯車の製造法。
（１）補強繊維の集積層にニードリングを施して、ニードリングにより厚さ方向に配向した補強繊維が補強繊維同士の間を結合している帯状のフェルトを準備する工程、
（２）中心に空間を残すように前記帯状のフェルトを重ね巻きし、重ね巻きをしながら又は重ね巻き後にフェルトの層間にわたるニードリングを施して、ニードリングによりフェルトの厚さ方向に配向した補強繊維がフェルトの層間を結合しているリング状の補強繊維基材を形成する工程、
（３）前記リング状の補強繊維基材に樹脂を含浸し、成形金型内で加熱加圧成形又は加熱成形してリング状成形体とする工程、
（４）前記リング状成形体の周囲に歯を加工する工程。
【請求項３】
リング状の補強繊維基材が、フェルトを螺旋状に重ね巻きした長尺体からこれを所定長さに裁断分割して準備したものである請求項２記載の樹脂製歯車の製造法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車部品等として適した樹脂製歯車及びその製造法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記樹脂製歯車は、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、耐摩耗性に優れ、高い強度が要求される。従来、樹脂製歯車として、樹脂を含浸した補強繊維基材のリング状成形体に歯を加工したものが提案されている。例えば、次のような技術である。
（１）補強繊維をフェノール樹脂粉末と共に水中に分散して抄造したシート状繊維基材を重ね巻きし、中心には空間を残したリング状の補強繊維基材とする。このリング状の補強繊維基材を厚さ方向に加熱加圧成形してリング状成形体とし、このリング状成形体の周囲に切削加工により歯を形成する（特開平１０−２８６８８８号公報）。
（２）補強繊維を束ねた糸を織って又は編んで筒状体を構成し、この筒状体を端部から軸方向に巻き上げてリング状の補強繊維基材とする。そして、リング状の補強繊維基材に樹脂を含浸して、厚さ方向に加熱加圧成形又は加圧成形してリング状成形体とし、このリング状成形体の周囲に切削加工により歯を形成する（特開平８−１５６１２４号公報）。
これらの技術においては、リング状の補強繊維基材の周方向のつなぎ目が目立たないか、つなぎ目が全くないので、特定の箇所で強度が低下するという問題がない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記（１）の技術では、シート状繊維基材を構成している補強繊維は、殆どが当該基材の面方向に配向している。従って、このシート状繊維基材を重ね巻きして構成したリング状の補強繊維基材においては、殆どの補強繊維が周方向に配向することになる。この補強繊維の配向状態は、リング状成形体にもそのままもち込まれる。リング状成形体中の補強繊維同士は周方向では交叉している部分があるものの径方向では交叉や絡み合いが極めて少なく、歯車駆動中の歯面に加わる応力を有効に受けとめる作用をしているとは言い難い面がある。
上記（２）の技術では、補強繊維を束ねた糸を織ったり編んだりするため織目や編目ができ、（１）の技術に比べて補強繊維の粗密が大きくなる。また、補強繊維を束ねた糸の内部まで樹脂が浸透しにくい。補強繊維を束ねた糸を織ったり編んだりした基材を使用しているため、歯車の強度は十分に大きいわけであるが、さらに、補強繊維に粗密がなく樹脂が補強繊維間に十分に浸透したものであることが望まれる。
また、補強繊維として芳香族ポリアミド繊維など高強度の繊維を採用した場合には、その繊維を収束した糸が歯の切削加工時に切断されずに切削面に残りやすい。
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、上記のようにつなぎ目の目立たないリング状補強繊維基材を用い、そのリング状成形体で歯部を構成した樹脂製歯車において、補強繊維が歯車の歯面に加わる応力を有効に受けとめられるようにすることであり、補強繊維の粗密を作らず補強繊維間に樹脂が十分に浸透した樹脂製歯車とし、長寿命の樹脂製歯車とすることである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る樹脂製歯車は、樹脂を含浸した補強繊維基材のリング状成形体により歯部を構成したものであって、次のような要件を有する。
まず、前記補強繊維基材は、帯状のフェルトを重ね巻きし中心には空間を残したものである。そして、前記フェルトの厚さ方向を向いた補強繊維がフェルトを構成する補強繊維同士の間を結合している。また、重ね巻きしたフェルトの層間もフェルトの厚さ方向を向いた補強繊維が結合していることを特徴とする。
【０００６】
このような補強繊維基材はリング状であって、周方向に基材のつなぎ目が目立たないないのは勿論である。リング状の補強繊維基材には、その周方向だけでなく径方向を向いた補強繊維も多数存在することになり、このような繊維の配置状態がリング状成形体にもそのままもち込まれる。駆動中の歯車の歯面に加わる応力を径方向を向いた補強繊維により有効に受けとめることができる。そして、フェルトを構成する補強繊維同士の間及び重ね巻きしたフェルトの層間も、前記径方向を向いた補強繊維で結合されているので、補強繊維を束ねた糸を織ったり編んだりした補強繊維基材を採用する場合に準じた機械強度確保を期待できる。さらに、フェルトには、補強繊維を束ねた糸を織ったり編んだりした補強繊維基材を採用した場合に見られた樹脂の浸透不十分の問題や切削加工性が悪くなる問題は見られない。補強繊維は樹脂中に均一に分散しており粗密がないからである。従って、長寿命の樹脂製歯車とすることができる。
【０００７】
上記の樹脂製歯車は、次の工程を経て製造する。
まず、補強繊維の集積層にニードリングを施して繊維同士の間を結合した帯状のフェルトを準備する。ニードリングによりフェルトの厚さ方向を向いた補強繊維が生成し、これが平面方向に配向している補強繊維だけでは得られなかった補強繊維同士の間の大きな結合力を生む。次に、中心に空間を残すように前記帯状のフェルトを重ね巻きし、重ね巻きをしながら又は重ね巻き後にさらにニードリングを施す。これにより、重ね巻きしたフェルトの層間にわたる補強繊維が生成するので、フェルトの層間を強固に結合したリング状の補強繊維基材を形成することができる。このリング状の補強繊維基材に樹脂を含浸し、成形金型内で加熱加圧成形又は加熱成形してリング状成形体とした後、リング状成形体の周囲に歯を加工する。
【０００８】
別の製造法では、まず、樹脂の粒子を含む補強繊維の集積層にニードリングを施して補強繊維同士の間を結合した帯状のフェルトを準備する。この帯状のフェルトを用いて、上記と同様にリング状の補強繊維基材を形成する。このリング状の補強繊維基材は、既に樹脂の粒子を含んでいるので、そのまま加熱加圧成形してリング状成形体とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
フェルトを構成する補強繊維には、綿や麻等の天然繊維、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等の有機繊維、ガラスやステンレス等の無機繊維を適宜採用することができる。これらの繊維は、歯車の特性を勘案して、単独で採用してもよいし複数種類を組合せて採用してもよい。
【００１０】
補強繊維の集積には、水中で抄造する湿式と気中で散布して集積する乾式のいずれの手段も採用できるが、乾式の方が廃液処理の工程を必要としないので都合がよい。補強繊維の集積体に施すニードリングは、採用する補強繊維の種類に応じて植針密度を適宜設定する。切断を起こしやすいガラス繊維や金属繊維に対しては植針密度を小さくしなければならないが、切断を起こしにくい芳香族ポリアミド繊維等に対しては植針密度を高くすることができる。植針密度の大小で、フェルトの厚さ方向を向く補強繊維の量を変えることができ、フェルトの密度と引張り強度を適宜調整する。
適度に引張り強度を付与した帯状のフェルトを、中心に空間を残すように重ね巻きする。これにもニードリングを施してフェルトの層間にわたって存在し層間を結合する補強繊維を生成する。このニードリングは、重ね巻きをしながら、又は重ね巻き後に実施する。
【００１１】
このようにして、フェルトを構成する繊維同士及び重ね巻きしたフェルトの層間を強固に結合したリング状の補強繊維基材を形成する。リング状の補強繊維基材の形成には、リング状の補強繊維基材の厚さ寸法と同等幅の帯状のフェルトを重ね巻きしてもよいが、大寸法幅の帯状のフェルトを重ね巻きした長尺体から所定長さに裁断分割する方が効率的である。狭い幅の帯状のフェルトを、その側部をつき合せながら或いは重ね合せながら螺旋巻きして長尺体を形成し、この長尺体から所定長さの補強繊維基材を裁断分割することも効率的である。
【００１２】
リング状成形体の成形は、上記補強繊維基材に適宜の樹脂を含浸して行なう。例えば、補強繊維基材にフェノール樹脂を予め含浸乾燥しておき、これを成形金型に投入し中心には金属製ブッシュを配置して加熱加圧成形をする。別の方法では、補強繊維基材を成形金型に投入し中心には金属製ブッシュを配置して成形金型を閉じ、液状樹脂（架橋ポリアミノアミド、エポキシ樹脂、ポリイミドなど）を注入して加熱成形する。
フェルトを準備するときに、湿式では水中で抄造する段階で、乾式では気中散布する段階でフェノール樹脂等の微粒子を混入することができる。このような樹脂微粒子含有フェルトを用いて形成したリング状の補強繊維基材は、成形金型に投入してそのまま加熱加圧成形することができる。
【００１３】
【実施例】
実施例１
パラ系アラミド繊維原綿（繊維径５〜２０μｍ，繊維長５０mm）とメタ系アラミド繊維原綿（繊維径５〜２０μｍ，繊維長５０mm）を重量比で５０／５０の割合で気中に散布して集積し、これにニードリングを施して、幅２０００mm，厚さ３mm，単位重量１５０ｇ／ｍ2のフェルト１を準備した。図３に示すように、フェルト１は、厚さ方向を向いた補強繊維１１が平面方向を向いた補強繊維１２同士を結合した構成を有している。図１（ａ）に示すように、このフェルト１を所定の軸に４回重ね巻きし、重ね巻きしたフェルトの層間にわたるニードリングを施して、外径９０mm，内径６０mmの長尺体２とする。長尺体２を裁断して分割し、外径９０mm，内径６０mm，厚さ１００mmのリング状の補強繊維基材３とする。図１（ｂ）は、補強繊維基材３のフェルト層間がフェルトの厚さ方向を向いた補強繊維で結合された状態を示している。
そして、リング状の補強繊維基材３を１６０℃の仮成形金型に投入し、その軸向方に圧力１５MPaで１０秒間圧縮して、厚さ２０mmの予備成形品を得た。図２に示すように、２個積み重ねた予備成形品を、その中心に配置した金属製のブッシュ４とともに２００℃の成形金型５に投入し、型締めしてから架橋ポリアミノアミドを注入して加熱成形した。歯車の歯は、補強繊維基材３で成形されたリング状成形体の周囲に機械切削により形成し、樹脂製歯車とした。その特性を表１に示す。
【００１４】
従来例１
パラ系アラミド繊維チョップ（繊維径５〜２０μｍ，繊維長３mm）及びメタ系アラミド繊維チョップ（繊維径５〜２０μｍ，繊維長３mm）を、重量比で５０／５０の割合で水に分散し、これを連続抄造して幅９６０mm，厚さ３mm，単位重量１５０ｇ／ｍ2のシート状成形材料とした。このシート状成形材料を所定の軸に４回重ね巻きして、外径９０mm，内径６０mmの長尺体とする。この長尺体を裁断して分割し、外径９０mm，内径６０mm，厚さ１００mmのリング状の補強繊維基材とする。
上記リング状の補強繊維基材を用いて、以下実施例と同様に樹脂製歯車とした。その特性を表１に示す。
【００１５】
従来例２（図４参照）
パラ系アラミド繊維及びメタ系アラミド繊維を、重量比で５０／５０の割合で混紡した糸をニット編みして筒状体６を構成した。この筒状体６を端部から軸方向に巻き上げて、外径９０mm，内径６０mm，厚さ２０mmのリング状の補強繊維基材３とする。
上記リング状の補強繊維基材を用いて、以下実施例と同様に樹脂製歯車とした。その特性を表１に示す。
【００１６】
表１に示した各特性の測定は次のようにして行なった。尚、各例の樹脂製歯車の樹脂中に占める補強繊維の含有量はいずれも同じである。
曲げ強度は、製造した樹脂製歯車の歯部三箇所から切り出した円弧状試料の曲げ強度（初期強度）を測定したものである。
実装耐久時間は、自動車エンジンのギヤ加速テスト（回転数：６０００ｒｐｍ，油温１３０℃，歯元負荷応力２５５MPa）での耐久時間を測定した。試料１０個の測定値の最大値と最小値を示す。
【００１７】
【表１】
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【００１８】
【発明の効果】
上述のように、本発明に係る樹脂製歯車は、補強繊維の糸を織ったり編んだりしない点で従来例１と同様の補強繊維基材構成でありながら、大きな機械強度を有している。その強度は、補強繊維の糸を編んだ補強繊維基材構成である従来例２に比べると多少劣るものの、それに匹敵するものである。そして、補強繊維の糸を織ったり編んだ場合に見られた補強繊維の粗密がなく、水分や油分が歯車表面から内部に侵入しにくいので、耐久性がさらに向上している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施例において、フェルトからリング状の補強繊維基材を製造する工程を示す説明図である。
【図２】本発明に係る実施例において補強繊維基材を成形する状態を示す断面説明図である。
【図３】フェルトを構成する補強繊維の配向状態を示す概念図である。
【図４】従来例２において、樹脂製歯車を製造する工程の一部を示す説明図である。
【符号の説明】
１： フェルト
１１：厚さ方向を向いた補強繊維
１２：平面方向を向いた補強繊維
２：長尺体
３：リング状の補強繊維基材
４：ブッシュ
５：成型金型
６：筒状体
【図１】
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【図２】
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【図３】
0003911932.tif 000005
【図４】
0003911932.tif 000006