(57)【要約】【課題】リング状の補強繊維基材に成形金型内で樹脂を保持させ硬化成形するに際し、補強繊維基材のバラツキと成形金型に供給される樹脂量のバラツキに対応する。【解決手段】リング状の補強繊維基材５と当該リング中央に配置される金属製ブッシュ２と加熱により溶融し液状となる熱硬化性樹脂前駆体１７を準備する。前記リングの軸方向に型締めされる成形金型２０に前記準備材料を投入する。成形金型には成形金型から独立して前記リングの軸方向に動作する一対のセンタピン２３，２４が内挿され、当該センタピンにより金属製ブッシュをその両面から挟み保持する。一対のセンタピンの一方に、成形金型内に向う所定大きさの押圧力を弾発的に付勢し型締めする。成形金型内圧がセンタピンに弾発的に付勢された前記押圧力に抗する値まで上昇した時に、成形金型内圧が前記押圧力と拮抗するまでセンタピン２３が後退する。【選択図】    図１
2016203428.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の第１〜第５の工程を経ることを特徴とする樹脂製回転体の製造法。
第１工程：繊維の集合体で構成されたリング状の補強繊維基材と当該リングの中央に配置される金属製ブッシュと加熱により溶融し液状となる熱硬化性樹脂前駆体を準備する工程。
第２工程：前記補強繊維基材のリングの外周面と上下面の形状を規制し前記リングの軸方向に型締めされる成形金型に前記補強繊維基材と金属製ブッシュと熱硬化性樹脂前駆体を投入する工程。
第３工程：前記成形金型には成形金型から独立して前記リングの軸方向に動作する一対のセンタピンが内挿されており、当該センタピンにより前記補強繊維基材の内周面の形状を規制し、金属製ブッシュをその両面からセンタピンで挟み保持する工程。
第４工程：前記金属製ブッシュをその両面から挟む一対のセンタピンのいずれか一方に、成形金型内に向う所定大きさの押圧力を弾発的に付勢し、この状態で、成形金型を前記リングの軸方向に型締めし成形金型内を密閉する工程。
第５工程：成形金型の型締めによる圧力と加熱により、補強繊維基材を圧縮するとともに液状となった熱硬化性樹脂前駆体を補強繊維基材中に浸透させて加熱加圧成形をし、型締めの進行に伴い、成形金型内圧がセンタピンに弾発的に付勢された前記押圧力に抗する値まで上昇した時に、成形金型内圧が前記押圧力と拮抗するまでセンタピンが後退する工程。
【請求項２】
成形金型のパーティングライン面に弾力性シールパッキングを配置し、前記第５工程において、弾力性シールパッキングと成形金型のパーティングライン面で構成される空隙に液状となった熱硬化性樹脂前駆体を一旦滞留させ、型締めの進行に伴い前記弾力性シールパッキングを圧縮変形させて、前記空隙に滞留させた熱硬化性樹脂前駆体を成形金型内へ押し戻すことを特徴とする請求項１記載の樹脂製回転体の製造法。
【請求項３】
前記弾力性シールパッキングを成形金型のパーティング面同士を当接させるまで圧縮変形させることを特徴とする請求項２記載の樹脂製回転体の製造法。
【請求項４】
成形金型に、前記補強繊維基材と金属製ブッシュと熱硬化性樹脂前駆体を投入する成形空間を複数個配置することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の樹脂製回転体の製造法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかの製造法により製造された樹脂製回転体の外周部に歯を形成する工程を付加することを特徴とする樹脂製歯車の製造法。
【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法及び樹脂製歯車の製造法に関する。殊に、繊維の集合体で構成されたリング状の補強繊維基材を準備し、当該補強繊維基材に成形金型内で樹脂を保持させ硬化成形する製造法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１（特開２００９−２４１３５２号公報）は、次の技術を開示している。すなわち、繊維の集合体で構成されたリング状の補強繊維基材と前記リングの中央に配置された金属製ブッシュを成形金型に配置して成形金型を閉じる。そして、成形金型に注入した液状の熱硬化性樹脂前駆体を前記補強繊維基材に保持させ、当該樹脂を硬化成形する。この技術は、液状の熱硬化性樹脂前駆体を成形金型に注入する前に、密閉された成形金型内を減圧状態にする。減圧状態の成形金型に液状の熱硬化性樹脂前駆体を注入することにより、液状の熱硬化性樹脂前駆体の補強繊維基材への浸透性を高めている。前記液状の熱硬化性樹脂前駆体は、まず、成形金型の外部から成形金型の底部に導入され、補強繊維基材中をその下方から上方へ向かって浸透していく。一方、密閉された成形金型には、補強繊維基材が配置された位置より上方の位置に樹脂溜りが設けられている。補強繊維基材中に残存していた空気は、液状の熱硬化性樹脂前駆体の前記浸透とともに前記樹脂溜りに押し遣られるので、成形された樹脂製回転体中に空気が残存したままとなることに起因するボイド或いは液状の熱硬化性樹脂前駆体の浸透不足に起因するカスレの発生が回避される。
【０００３】
特許文献１の技術においては、成形金型内を減圧状態にするために、成形金型を構成する上型と下型の摺り合せ面（ＰＬ面）に第１シール部材と第２シール部材を配置した二重シール構造を採用している。まず、第１シール部材がＰＬ面に当接し密着するまで成形金型を型締めすると、第１シール部材で取囲まれた空間が密閉される。このとき、第１シール部材の内側に位置している第２シール部材は未だＰＬ面に当接していない。この状態で、空気吸引用通路（当該通路は、第１シール部材と第２シール部材の間でＰＬ面に開口している）から成形金型内の空気を吸引して、第１シール部材より内側の成形金型内を減圧状態にする。その後さらに型締めを進めると、第１シール部材が弾性変形し第２シール部材がＰＬ面に当接し密着する。この操作により、第１シール部材で取り囲まれた内側に、第２シール部材で取囲まれた密閉空間がもう一つできる。このとき、空気吸引用通路の開口は、第２シール部材で取り囲まれた空間から遮断される。この状態を保ちながら、液状の熱硬化性樹脂前駆体を成形金型内に注入する。この段階以降では、補強繊維基材に加圧操作が加えられることはない。
【０００４】
特許文献２（特開平０６−３４４３７０号公報）は、樹脂製回転体の製造に関するものではないが、次の技術を開示している。すなわち、多数個取りの射出成形において、成形金型の各キャビティ（成形空間）が、同キャビティに射出充填された樹脂材料の過充填分を吸収するためのキャビティ容量調整機構を備えている。各キャビティには、それぞれのキャビティに対応して分岐配置されたゲートを通じて樹脂材料が充填される。その樹脂材料は、基準容量より若干過充填気味に充填されるように調整されているので、キャビティ容量調整機構が、キャビティ内圧が所定圧に到達してから成形終了までの間、過剰の樹脂材料をキャビティと連通するキャビティ容量調整スペース内に吸収するように働く。これによって、樹脂成形品の射出成形に際し、バリの発生と充填不良によるショートショットを回避している。
【０００５】
前記キャビティ容量調整機構は、下型内に上下動可能に挿入されたクッションピンと、このクッションピンを上方に付勢するスプリングにより構成されている。前記クッションピンは、その先端面がキャビティ面の一部を構成しているが、樹脂材料の充填時、キャビティの内圧が所定圧に到達した後、その内圧に応じて下降する。そして、その下降ストロークに応じたキャビティ容量調整スペースが形成されるようになっている。すなわち、キャビティ面にはクッションピンの下降による凹陥部が形成され、成形された樹脂成形品の表面には前記下降ストローク量に応じて一定しない高さの凸部が形成される。
【０００６】
特許文献３（特開平０７−２３７２３５号公報）は、樹脂製回転体の製造に関するものではないが、次の技術を開示している。すなわち、モールドプレス成形型内で溶融樹脂を加圧して所要形状の樹脂芯材を成形し、同時にこの樹脂芯材をモールドプレス成形金型内で表皮材と一体成形する積層成形体の成形において、モールドプレス成形型の上型が減圧機構を備えている。この減圧機構は、前記上型に内挿された減圧用ブロックが上下動可能に構成されている。前記減圧用ブロックは、その下面が上型の型面の一部を構成している。その減圧用ブロックは、モールドプレス成形型の下型に設けられたゲートの位置に対応して配置されている。
【０００７】
前記ゲートから下型の型面上の所定箇所に溶融樹脂が分配供給されると同時に、上型が下降し、上型と下型の係合圧締めによるプレス圧により、溶融樹脂が所要形状の樹脂芯材に成形される。上型には予め表皮材がセットされているので、前記成形される芯材に表皮材が一体成形された積層成形体が成形される。前記減圧用ブロックの下面は、上型の型面の一部を構成しており、係合圧締めで上型が最大下降点に到達し所定時間経過後に、減圧用ブロックが上昇する。減圧用ブロックの上昇よって前記ゲート付近の樹脂圧が低減されるので、ゲート付近の樹脂圧が過度に大きくならず、分配供給され溶融樹脂から表皮材に過度の押圧力が加わることがないよう調整されている。減圧用ブロックは、予め設定されたタイムチャートに従って、常に同じタイミングで常に一定量だけ上昇する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−２４１３５２号公報
【特許文献２】特開平０６−３４４３７０号公報
【特許文献３】特開平０７−２３７２３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に開示された技術は、成形金型内を減圧状態にする操作に時間を要する。特に、補強繊維基材が繊維の集合体で構成されているので、繊維同士の隙間に存在する空気を吸引して除去するためには減圧操作にかける時間を十分にとる必要がある。成形金型を閉じたときに密閉状態を常に保てるように、二重シール構造の保守も欠かせない。
また、特許文献１に開示された技術においては、液状の熱硬化性樹脂前駆体を補強繊維基材へ浸透させる操作を、成形金型内を減圧状態にしておくことに依存し実施している。従って、補強繊維基材中の繊維の粗密のバラツキがあると、繊維の集合の密な箇所では液状の熱硬化性樹脂前駆体の浸透性が阻害され当該箇所にカスレの現象が発生することがある。
【００１０】
特許文献１に開示される技術において特許文献２に開示される技術を参酌し、以下の示唆を得ることが一応可能である。すなわち、成形金型内を減圧状態にするのではなく、成形金型内に液状の樹脂前駆体を注入し、適宜の手段で成形金型の内圧を高め、液状の熱硬化性樹脂前駆体の補強繊維基材への浸透性を促進する。これによって、カスレの現象発生を回避するとともに、過剰の樹脂をキャビティ容量調整スペースである凹陥部内に吸収することが可能と推測される。
この場合、樹脂製回転体の表面に、前記凹陥部内に吸収した樹脂に相当する意図しない凸部が形成されてしまう。この凸部には、補強繊維基材を構成する繊維も樹脂とともに流入するので繊維の配向が乱れる。前記凸部を後加工により除去すると、後加工された製品に補強繊維基材の繊維配向が乱れた部位が残り、樹脂製回転体として好ましくない。
【００１１】
特許文献１に開示される技術において特許文献３に開示される技術を参酌した場合にも、上記特許文献２を参酌した場合と同様のことが言える。また、特許文献３に開示される技術では、減圧用ブロックの上昇の動作が常に一定であるので、特許文献１に開示される技術においてこれを参酌しても、補強繊維基材を構成する繊維量の個体間バラツキや成形金型内に供給される液状の熱硬化性樹脂前駆体の量にバラツキがある場合には、前記一定の動作では十分な対応をできない。
【００１２】
本発明が解決しようとする課題は、繊維の集合体で構成されたリング状の補強繊維基材を準備し、当該補強繊維基材に成形金型内で樹脂を保持させ硬化成形する製造において、補強繊維基材中の繊維の粗密のバラツキ、さらには、補強繊維基材を構成する繊維量の補強繊維基材個体間バラツキ或いは成形金型内に供給される樹脂の量にバラツキがある場合にも、補強繊維基材を構成する繊維の配向を乱さずに、補強繊維基材への樹脂の浸透を十分にすることである。併せて、前記浸透のために必要とする工程時間も長くしないことである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明に係る樹脂製回転体の製造法は、以下の第１〜第５の工程を経ることを特徴とする。
第１工程：繊維の集合体で構成されたリング状の補強繊維基材と当該リングの中央に配置される金属製ブッシュと加熱により溶融し液状となる熱硬化性樹脂前駆体を準備する工程。
第２工程：前記補強繊維基材のリングの外周面と上下面の形状を規制し前記リングの軸方向に型締めされる成形金型に前記補強繊維基材と金属製ブッシュと熱硬化性樹脂前駆体を投入する工程。
第３工程：前記成形金型には成形金型から独立して前記リングの軸方向に動作する一対のセンタピンが内挿されており、当該センタピンにより前記補強繊維基材の内周面の形状を規制し、金属製ブッシュをその両面からセンタピンで挟み保持する工程。
第４工程：前記金属製ブッシュをその両面から挟む一対のセンタピンのいずれか一方に、成形金型内に向う所定大きさの押圧力を弾発的に付勢し、この状態で、成形金型を前記リングの軸方向に型締めし成形金型内を密閉する工程。
第５工程：成形金型の型締めによる圧力と加熱により、補強繊維基材を圧縮するとともに液状となった熱硬化性樹脂前駆体を補強繊維基材中に浸透させて加熱加圧成形をし、型締めの進行に伴い、成形金型内圧がセンタピンに弾発的に付勢された前記押圧力に抗する値まで上昇した時に、成形金型内圧が前記押圧力と拮抗するまでセンタピンが後退する工程。
【００１４】
本発明では、液状となった熱硬化性樹脂前駆体が、加熱加圧成形によって補強繊維基材中へ十分に浸透し硬化する。一方、補強繊維基材に浸透して余りある熱硬化性樹脂前駆体は、センタピンが後退することによってセンタピンの先端面と金属製ブッシュとの間にできた退避空隙に流入して硬化する。補強繊維基材を構成する繊維が前記退避空隙で硬化した樹脂中に入り込むこともあり得るが、この樹脂硬化物は金属製ブッシュを露出させるために後加工で除去される。後加工で除去される樹脂硬化物は、樹脂製回転体を構成する部位にはないので、前記樹脂硬化物の除去が樹脂製回転体の特性に影響を及ぼすことはない。また、本発明では、熱硬化性樹脂前駆体を加熱加圧成形によって補強繊維基材中へ浸透させるので、成形に先立ち成形金型内を減圧にする操作も不要になる。
【００１５】
上記の製造法において、成形金型のパーティングライン面に弾力性シールパッキングを配置し、弾力性シールパッキングと成形金型のパーティングライン面で構成される空隙に液状となった熱硬化性樹脂前駆体を一旦滞留させ、成形金型の型締めの進行に伴って弾力性シールパッキングを圧縮変形させて、前記空隙に滞留させた熱硬化性樹脂前駆体を成形金型内へ押し戻すことが好ましい。これによって、熱硬化性樹脂前駆体の補強繊維基材中への浸透性が一層高まる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、成形される樹脂製回転体に特性面での影響を及ぼす懸念なく、補強繊維基材への熱硬化性樹脂の浸透性を高めることができる。樹脂製回転体の成形に先立ち成形金型内を減圧状態にする操作も不要にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態において、製造工程の進行に伴う成形金型の動作を説明する縦断面図である。
【図２】成形金型のパーティングライン面に弾力性シールパッキングを配置しない本発明の他の実施の形態において、製造工程の進行に伴う成形金型の動作を説明する縦断面図である。
【図３】本発明の実施の形態で製造される樹脂製回転体の一例を模式的に示した縦断面図である。
【図４】本発明の実施の形態で使用する金属製ブッシュの一例を示す平面図及び縦断面図である。
【図５】本発明の実施の形態で使用するリング状の補強繊維基材の抄造及び圧縮工程を順番に示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図３は、本発明の実施の形態で製造される樹脂製回転体の一例を模式的に示した縦断面図である。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穴３が形成されている。また金属製ブッシュ２の外周部には、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４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。
【００１９】
本発明の実施の形態では、１つのリング状の補強繊維基材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、成形金型内における加熱により溶融した熱硬化性樹脂前駆体を補強繊維基材５に浸透させ硬化させて、樹脂製回転体６が成形されている。
【００２０】
補強繊維基材５は、図５に概略的に示すように、抄造と圧縮を連続して行うことができる抄造圧縮装置７を用いて金属製ブッシュ２の外周部の外側位置に短繊維の集合体８を形成し、この短繊維の集合体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。
【００２１】
まず、抄造法により金属製ブッシュ２の外周部の周囲に短繊維を集積させて１以上の回り止め部を含む金属製ブッシュ２の外周部を囲む短繊維の集合体を形成する第１のステップについて説明する。
図５（Ａ）に示すように、この抄造圧縮装置７で用いる金型は、圧縮動作時に短繊維の集合体８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１０と、筒状金型１０の内部に配置されて金属製ブッシュ２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短繊維の集合体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１１及び１２と、筒状金型１０と一対のブッシュ支持用金型１１及び１２の間に位置して、圧縮動作時に短繊維の集合体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１３及び１４を備えている。そしてこの金型では、下側の圧縮用金型１４に透水性を付与するために、下側の圧縮用金型１４には水を排水するための貫通孔１５が形成されている。この貫通孔１５に真空吸引するためのポンプを取付けると排水を短時間で完了することができ好ましい。なおこの例では、排水時の短繊維の流出防止のために、下側の圧縮用金型１４上には底部材１６が配置されている。
一対のブッシュ支持用金型１１及び１２は、金属製ブッシュ２の外周部よりも内側に短繊維が入り込まないように金属製ブッシュ２の外周部よりも内側に位置する部分を筒状金型１０の中心線が延びる方向の両側から挟んで支持する。なおこの例では、下側のブッシュ支持用金型１２、上側のブッシュ支持用金型１１、下側の圧縮用金型１４、上側の圧縮用金型１３、及び筒状金型１０はそれぞれ単独で上下に移動可能に構成されている。
金属製ブッシュ２を一対のブッシュ支持用金型１１及び１２の間に挟む場合には、図５（Ａ）に示すように、上側のブッシュ支持用金型１１が上方向に移動する。そして金属製ブッシュ２を下側のブッシュ支持用金型１２の上に位置決めした後に、図５（Ｂ）に示すように、上側のブッシュ支持用金型１１を下方向に移動して、一対のブッシュ支持用金型１１及び１２の間に金属製ブッシュ２を挟持する。
短繊維と水を混合して形成したスラリーは、図５（Ｂ）に示すように、筒状金型１０の上側の開口部から供給される。このとき、下側の圧縮用金型１４の貫通孔１５から真空吸引した状態で行うことにより、ブッシュの外周部の周囲に短繊維を集積させる時間を短縮することができる。そして真空吸引を継続して、下側の圧縮用金型１４に設けた複数の貫通孔１５から水分を排出することにより、金属製ブッシュ２の外周部の周囲を囲む短繊維の集合体８を形成する。このように一対のブッシュ支持用金型１１及び１２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。また短繊維の集合体８の外周面の形状は、筒状金型１０の内周面の形状によって定まる。その結果、筒状金型１０の内周面を歯車形状とすることにより、短繊維の集合体８の外周面に歯車形状の凹凸を形成することも可能になる。なおスラリーの供給は、前記開口部の複数の場所から行ってもよい。
【００２２】
次に、短繊維の集合体を回転軸の軸線方向に圧縮して補強繊維基材を形成する第２のステップについて説明する。
前述の抄造圧縮装置７で用いる金型であれば、一対の圧縮用金型１３及び１４で短繊維の集合体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短繊維が膨出するのを確実に阻止することができる。
下側の圧縮用金型１４に設けた複数の貫通孔１５から水分を排出した後、図５（Ｃ）に示すように、金属製ブッシュ２が一対の圧縮用金型１３と１４の間の中央に位置する状態となる位置まで、上側の圧縮用金型１３を下降させる。その後、図５（Ｄ）に示すように、金属製ブッシュ２が一対の圧縮用金型１３及び１４の中央に位置する状態で、一対の圧縮用金型１３及び１４をそれぞれ移動させ、短繊維の集合体８が所定の厚みとなるまで圧縮する。なお圧縮を行う時間、温度は使用する短繊維の種類によって任意であるが、前記圧縮の際、上側の圧縮用金型１３にヒータを取り付け、加熱した状態で圧縮してもよい。これにより、抄造後の短繊維の集合体８に含まれる水分を取り除く時間を短縮することができる。また前記圧縮の際、下側の圧縮用金型１４の貫通孔１５から真空吸引した状態で圧縮することにより、抄造後の短繊維の集合体８に含まれる水分を取り除く時間を短縮することができる。
【００２３】
短繊維の集合体８を形成するために用いる短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。そして短繊維の長さは、例えば、図４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、短繊維の長さは、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、短繊維が覆いかぶさるのに充分な繊維長さが必要であり、短繊維の長さが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、短繊維は、長すぎてもスラリーの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。そのため短繊維の長さは、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。
このようにして定めた短繊維の繊維長は、好ましくは２mmから６mm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、樹脂製回転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、これまで説明した短繊維（繊維チョップ）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、金属製ブッシュ２と一体とした補強繊維基材５の取り扱い性が良好となるので好ましい。
【００２４】
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成形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。
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。
【００２５】
使用する短繊維は、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。このような短繊維を用いて補強繊維基材５を形成することで、成形時の成形温度や加工温度、実使用時の雰囲気温度において、樹脂製回転体内の短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、及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。
また、短繊維には、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基材５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。
【００２６】
また、抄造圧縮装置７を用いて補強繊維基材５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、短繊維にアラミド繊維をフィブリル化処理した微細繊維（パルプ）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短繊維中の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の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繊維基材の形状を維持するための強度を付与する上で好ましいものでなくなる。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、補強繊維基材５の形状を維持するための強度を付与する上で好ましいものでなくなる。好ましくは適度な強度を付与することができる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。
上記短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。
ちなみに、前述の短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の場合に使用する短繊維の集合体８の厚み寸法（軸線方向寸法）は、約１０cmである。そして前述の第２ステップによる圧縮作業により、短繊維の集合体８は約２cm程度まで圧縮されて補強繊維基材５に成形される。
【００２７】
次に、補強繊維基材と金属製ブッシュと加熱により液状となる熱硬化性樹脂前駆体を成形金型に投入し、加熱加圧成形して樹脂製回転体を成形する本発明の実施の形態について説明する。
図１或いは図２に示すように、金属製ブッシュ２を一体としたリング状の補強繊維基材５と熱硬化性樹脂前駆体１７を、予め加熱した成形金型２０内に配置した後に成形金型２０を型締めし、加熱により液状となった熱硬化性樹脂前駆体１７を補強繊維基材５に浸透させ加熱加圧成形により硬化させて樹脂製回転体１を成形する。或いは、金属製ブッシュ２とリング状の補強繊維基材５を個別に成形金型２０内に配置してもよい。
一つの実施の形態においては、図１（Ａ）に示すように、成形金型２０は、固定金型２１と、固定金型２１の中心に配置されて上下方向に変位する移動金型２２により構成されている。加熱加圧成形に際し、固定金型２１は補強繊維基材５の外周面と下面の形状を規制し、移動金型２２は補強繊維基材５の上面の形状を規制する。成形金型２０の中心には成形金型２０から独立して上下方向（リング状の補強繊維基材５のリングの軸方向）に動作する一対のセンタピン２３，２４が内挿されている。センタピン２３，２４は、金属製ブッシュ２を一体とした補強繊維基材５と熱硬化性樹脂前駆体１７を予め加熱した成形金型２０内に投入した後に、金属製ブッシュ２をその上下両面から挟んで加熱加圧成形時に保持するとともに、補強繊維基材５の内周面の形状を規制するものである。センタピン２３，２４の一方（図１においてはセンタピン２３）には、成形金型２０内に向う所定大きさの押圧力が弾発的に付勢される。
また、固定金型２１と移動金型２２のパーティングライン面には弾力性シールパッキング２５が成形空間を囲むように配置されている。弾力性シールパッキング２５は、例えば、シリコンゴム、フッ素ゴム等の材料からなるものである。
【００２８】
次に、成形金型２０の型締めにより、移動金型２２を固定金型２１に向かって降下させ、補強繊維基材５を加圧し圧縮する。この段階では、熱硬化性樹脂前駆体１７は、液状となり補強繊維基材５中に浸透していく。そして、図１（Ｂ）に示すように、固定金型２１と移動金型２２のパーティングライン面には弾力性シールパッキング２５が当接して、成形金型２０が密閉される。固定金型２１に向かって降下した移動金型２２の外周面とこれに相対する固定金型２１の内周面との間には僅かの隙間が形成されているので、液状となった熱硬化性樹脂前駆体の一部は、この隙間を流動し弾力性シールパッキング２５と成形金型２０のパーティングライン面で構成される空隙２６に移動して滞留する。
尚、移動金型２２の降下により補強繊維基材５が圧縮されその厚みを減じられるに伴い、移動金型２２の降下量に応じてセンタピン２３，２４が金属製ブッシュ２を保持したまま下方に変位するようにすると、金属製ブッシュ２が補強繊維基材５の厚み方向中央に位置取りされるので好ましい。図１（Ｂ）において、センタピン２３，２４に表示した下向き矢印は、センタピン２３，２４が下方に変位することを示している。
【００２９】
図１（Ｃ）に示すように、さらに型締めを進めて、弾力性シールパッキング２５を圧縮変形させると、空隙２６が減じられ、ここに滞留していた熱硬化性樹脂前駆体は成形空間に押し戻され、補強繊維基材５への浸透性が高まる。好ましくは、弾力性シールパッキング２５は、固定金型２１と移動金型２２のパーティングライン面同士が当接するまで、圧縮変形させられる。この場合、より多くの熱硬化性樹脂前駆体が、空隙２６から成形空間へ押し戻される。
このように、さらに型締めを進めたとき、成形金型２０内圧が上昇し、センタピン２３に弾発的に付勢されている所定の押圧力に抗する値まで達すると、成形金型２０内圧と前記押圧力とが拮抗するまでセンタピン２３が後退する。補強繊維基材５に浸透して余りある熱硬化性樹脂前駆体は、前記後退によりセンタピン２３の先端面と金属製ブッシュ２との間にできた退避空隙２７に流入して硬化する。補強繊維基材５を金属製ブッシュ２の厚みと同等以上まで圧縮する場合は、移動金型２２の補強繊維基材５への当接面に、前記退避空隙２７に通じる溝を設けておくことができる。熱硬化性樹脂前駆体は、この溝を通って退避空間２７に流入しやすくなる。成形される樹脂製回転体への影響を小さくするために、溝の長さを極力短くし、その配置を移動金型２２の内周近傍にとどめる。
退避空間２７が形成されてセンタピン２３は金属製ブッシュ２の上面から離れるが、金属製ブッシュ２の外周部に一体に形成されている突出部４Ａ（回り止め部）が降下した移動金型２２の投影面内にあるので、金属製ブッシュ２が動くことはない。
センタピン２３は、所定の押圧力で弾発的に付勢されている。従って、センタピン２３の後退量は、成形金型２０内圧の高まり具合によって変化する。補強繊維基材５と熱硬化性樹脂前駆体の成形金型２０への投入量バラツキによって生じる成形金型２０内圧の変化に柔軟に対応可能である。
熱硬化性樹脂前駆体が硬化したら、成形された樹脂製回転体を成形金型２０から取り出して、樹脂製回転体の製造を完了する。退避空隙２７に流入して硬化した熱硬化性樹脂は、金属製ブッシュ２に密着しているだけあり、切削により容易に剥がして除去することができる。また、この部分は、樹脂製回転体の本体を構成する箇所ではないので、前記除去により樹脂製回転体の特性に影響を及ぼすこともない。
【００３０】
上記の実施の形態では、成形金型２０のパーティングライン面に弾力性シールパッキング２５を配置している。以下は、この弾力性シールパッキング２５の配置を省略した実施の形態である。
本実施の形態の製造工程の流れは、図１を参照して説明した実施の形態のそれと同様であるが、図２（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、弾力性シールパッキングを配置していない。従って、固定金型２１に向かって降下した移動金型２２の外周面とこれに相対する固定金型２１の内周面との間には隙間が形成されない寸法形状としてあり、移動金型２２の降下により成形金型２０が密閉される。
図２（Ｂ）に示すように、成形金型２０の型締めにより、移動金型２２を固定金型２１に向かって降下させ、補強繊維基材５を加圧し圧縮する。この段階では、熱硬化性樹脂前駆体は、加熱により液状となり補強繊維基材５中に浸透していく。図２（Ｃ）に示すように、さらに型締めを進めて、成形金型２０内圧が上昇し、センタピン２３に弾発的に付勢されている所定の押圧力に抗する値まで達すると、成形金型２０内圧が前記押圧力と拮抗するまでセンタピン２３が後退する。補強繊維基材５に浸透して余りある熱硬化性樹脂前駆体は、前記後退によりセンタピン２３の先端面と金属製ブッシュ２との間にできた退避空隙２７に流入して硬化する。
本実施の形態では、弾力性シールパッキング２５を使用しないので、弾力性シールパッキング２５の劣化による取り換えなどの保守管理が不要になる。
【００３１】
本発明で用いる熱硬化性樹脂前駆体は、室温で固体であるその粉末を硬化剤とともに固めたタブレットの形態で用いると取扱いが容易で成形金型２０への投入をしやすい。例えば、室温で固体である２，２’−（１，３フェニレン）ビス２−オキサゾリン、４，４’−ジアミノジフェニルメタン粉末の所定量を計量しリング状のタブレットに固めた形態にて用いことができる。あるいは、予め加熱して液状となしてから成形金型２０に投入してもよい。
前記リング状のタブレットに固めた形態にて用いる場合には、これを成形金型２０内で加熱して液状となした後に硬化反応のための触媒を成形金型２０に投入する。予め加熱して液状となしてから成形金型２０に投入する場合には、前記触媒も併せて投入する。
【００３２】
上記の各実施の形態においては、金属製ブッシュ２が予め一体化されている補強繊維基材５を使用した。本発明は、これに限定されることなく、金属製ブッシュ２と補強繊維基材５を、個別に成形金型２０に配置してもよい。
短繊維の樹脂製回転体に含まれる割合は、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６０体積％以下であることが好ましい。樹脂製回転体に占める短繊維の割合が３０体積％未満である場合、樹脂を繊維で補強する効果が十分に発揮されず、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、短繊維の割合が６０体積％を超えた場合は、繊維の占める割合が高すぎるため、加熱加圧成形時に液状となった熱硬化性樹脂前駆体が補強繊維基材全体に浸透せず樹脂不足部分が発生しやすくなるなどの問題がおこる。そのため樹脂製回転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、しかも樹脂の浸透を阻害しない３５〜４５体積％がさらに好ましい。
【００３３】
本発明は、一つの成形金型で一つの樹脂製回転体を成形する場合だけでなく、一つの成形金型に複数個の成形空間を配置し、一度の成形で複数個の樹脂製回転体を成形するいわゆる多数個取りの成形にも適用できる。それぞれの成形空間に投入する補強繊維基材あるいは熱硬化性樹脂前駆体の量にバラツキがあっても、それぞれの成形空間の内圧に対応して、それぞれの成形空間に配置したセンタピンが所定の弾発力と拮抗するまで個別に動作する。これによって、補強繊維基材あるいは熱硬化性樹脂前駆体の量の個体間バラツキが吸収される。
【００３４】
上記のようにして成形した樹脂製回転体の外周部に機械加工を施して歯を形成することにより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。
【実施例】
【００３５】
以下、本発明の実施例を説明する。
実施例１
スラリーを製造するために、短繊維投入時の濃度が４ｇ／リットルとなる量の水を満たしたタンクを用意する。そしてこのタンク内に、樹脂製回転体中の短繊維の繊維総量が４０体積％となる量の短繊維を入れる。具体的には、短繊維として用いる繊維チョップとして、アスペクト比２００のパラ系アラミド繊維“帝人（株）製「テクノーラ（商標）」”を５０質量％、アスペクト比２００のメタ系アラミド繊維“帝人（株）製「コーネックス（商標）」”を４５質量％、そしてフリーネス値３００mlまでフィブリル化処理した微細繊維“デュポン（株）製「ケブラー（商標）」”を５質量％となる量をそれぞれ投入する。次に攪拌機でタンク内の水を攪拌し繊維を分散させる。
次に、図５（Ａ）に示す抄造圧縮装置７を用いて、下側のブッシュ支持用金型１２上に金属製ブッシュ２を位置決めする。使用する金属製ブッシュ２の突出部４Ａ及び凹部４Ｂの形状は、ｈ１＝２mm、ｈ２＝０．５mmであり、アンダーカット形状であり、金属製ブッシュ２の仮想中心横断面と側面ＳＦとの間の角度θが２０°である。そして、図５（Ｂ）に示すように、上側のブッシュ支持用金型１１を下方向に移動して、一対のブッシュ支持用金型１１及び１２の間に金属製ブッシュ２を挟持する。ここで、下側の圧縮用金型１４の位置は、金属製ブッシュ２の軸方向中央から底部材１６上面までの距離が４０mmとなる位置とした。この抄造圧縮装置７内に、真空吸引をしながら、分散させた繊維を含むスラリーを充填する。そして、真空吸引を継続して下側の圧縮用金型１４に設けた複数の貫通孔１５から水を排水することにより、繊維と水を分離して円筒状の短繊維の集合体８を得る。なお排水時に貫通孔１５より繊維が流出するのを防止するために、下側の圧縮用金型１４上には底部材１６を配置した。この底部材１６としては金属製１００メッシュの金網を用いた。
次に金属製ブッシュ２の回り止め部にさらに強固に繊維を喰い込ませるために圧縮を行う。まず、図５（Ｃ）に示すように、１５０℃に加熱した上側の圧縮用金型１３を、金属製ブッシュ２の軸方向中央から上側の圧縮用金型１３下面までの距離が４０mmとなる位置まで下降させる。この位置は、金属製ブッシュ２が一対の圧縮用金型１３と１４の間の中央に位置する状態となる位置である。そして、図５（Ｄ）に示すように、金属製ブッシュ２が一対の圧縮用金型１３と１４の間の中央に位置する状態で、一対の圧縮用金型１３及び１４をそれぞれ速度１〜５mm／ｓで相互に近づく方向に移動させ、短繊維の集合体８が厚み１０mmとなるまで圧縮する。この状態で２分間圧縮することにより、金属製ブッシュ２と一体化した補強繊維基材５を得た。前記圧縮の際、下側の圧縮用金型１４の貫通孔１５から真空吸引した状態で圧縮している。
この補強繊維基材５を水分含有率が０．５質量％以下になるまで乾燥する。ちなみに、本実施例では、前記乾燥により補強繊維基材５の厚みは１０〜４０mmとなる。
【００３６】
次に、図１（Ａ）を参照して説明したように、上記の工程で得られた金属製ブッシュ２と一体化した補強繊維基材５と熱硬化性樹脂前駆体１７を２００℃に加熱した成形金型２０に配置して型締めする。そして、図１（Ｂ）（Ｃ）を参照して説明したように、熱と圧力で液状となった熱硬化性樹脂前駆体を補強繊維基材５に浸透させ、加熱加圧成形して熱硬化性樹脂前駆体を硬化させた樹脂製回転体を得る。
ここで、熱硬化性前駆体として、２，２’−（１，３フェニレン）ビス２−オキサゾリン６９質量部及び４，４’−ジアミノジフェニルメタン３１質量部の各粉末を混合してリング状に固めたタブレットを用いた。このタブレットを成形金型２０に配置して加熱溶融させたところに硬化反応の触媒として１質量部のオクチルブロマイドを添加する。また、センタピン２３に弾発的に付勢されている所定の押圧力（エアシリンダによる一定押圧力）を６〜７ｋＮの大きさとした。図１（Ｃ）に示した工程では、固定金型２１と移動金型２２のパーティングライン面同士が当接するまで移動金型２２を降下させた。
ちなみに、本実施例では、厚み１０〜４０mmであった補強繊維基材５は、前記加熱加圧成形により、金属製ブッシュ２とほぼ同厚みの１３mmとなる。
この樹脂製回転体の金属製ブッシュ２を覆っている熱硬化性樹脂硬化物を除去し、その外周囲を切削加工して歯を形成することにより樹脂製歯車を得る。
【００３７】
従来例１
実施例１と同様の金属製ブッシュ２を一体化した補強繊維基材５を２００℃に加熱した成形金型に配置して型締めする。そして、成形金型内を圧力９０ｋＰａ以下に減圧した後、２，２’−（１，３フェニレン）ビス２−オキサゾリン６９質量部、４，４’−ジアミノジフェニルメタン３１質量部を混合して温度１４０℃で溶解し、オクチルブロマイド１質量部を加えて撹拌した熱硬化性樹脂前駆体を成形金型内に注入して補強繊維基材５に含浸させ、成形金型内で加熱硬化させ樹脂製回転体を得る。熱硬化性樹脂前駆体の使用量は実施例１と同様である。
【００３８】
上記実施例１に示す方法で成形した樹脂製回転体と従来例１に示す方法で成形した樹脂製回転体について、その成形に要する実作業時間を測定した結果を、従来例１を１００として相対比較で表１に示す。また、実施例１及び従来例１で得られた樹脂製歯車について、ボス抜き強度を測定した結果を表１に示す。測定方法は以下に示すとおりである。
ボス抜き強度：樹脂成形体部のみに接し、かつ金属製ブッシュ２の外径サイズより大きい内径の円筒形状の台の上に樹脂製歯車を配置する。上方より金属製ブッシュ２を押さえる金具を取付け、金具に荷重を加えて、樹脂製歯車が破壊に至る最大荷重を測定した。表結果を、従来例１を１００として相対比較で表１に示す。
【００３９】
【表１】
2016203428.tif 000003
【００４０】
表１から明らかなように、本発明に係る製造法は、従来例のように、成形金型内を減圧する操作、加熱により液状とした熱硬化性樹脂前駆体を前記減圧操作後に成形金型に注入し補強繊維基材に浸透させる操作を省くことができ、実作業時間を短縮できる。
また、本発明に係る製造法により得られた樹脂製回転体の強度は、従来工法と同等である。
【符号の説明】
【００４１】
１  樹脂製回転体
２  金属製ブッシュ
３  貫通穴
２Ｂ  外周部
４Ａ  突出部（回り止め部）
４Ｂ  凹部
５  補強繊維基材
７  抄造圧縮装置
８  短繊維の集合体
１０  筒状金型
１１，１２  ブッシュ支持用金型
１３，１４  圧縮用金型
１５  貫通孔
１６  底部材
１７  熱硬化性樹脂前駆体
２０  成形金型
２１  固定金型
２２  移動金型
２３，２４  センタピン
２５  弾力性シールパッキング
２６  空隙
２７  退避空隙
【図１】
2016203428.tif 000004
【図２】
2016203428.tif 000005
【図３】
2016203428.tif 000006
【図４】
2016203428.tif 000007
【図５】
2016203428.tif 000008