樹脂製回転体成形用半加工品の製造方法及び樹脂製回転体の製造方法ならびに樹脂製歯車
【課題】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を少ない工数で、作業性よく製造する。
【解決手段】エアにより、補強繊維を分散及び／又は混合する第１のステップと、ブッシュ２の外周部の周囲に補強繊維を集積させてブッシュ２の外周部を囲む補強繊維集積体８Ｂを形成する第２のステップと、補強繊維集積体８Ｂを回転軸の軸線方向に圧縮して補強用繊維基材５を形成する第３のステップとからなる。そして、第１のステップから第３のステップまでを、ブッシュと補強繊維集積体を収容している同一装置７内で連続して行う。
【解決手段】エアにより、補強繊維を分散及び／又は混合する第１のステップと、ブッシュ２の外周部の周囲に補強繊維を集積させてブッシュ２の外周部を囲む補強繊維集積体８Ｂを形成する第２のステップと、補強繊維集積体８Ｂを回転軸の軸線方向に圧縮して補強用繊維基材５を形成する第３のステップとからなる。そして、第１のステップから第３のステップまでを、ブッシュと補強繊維集積体を収容している同一装置７内で連続して行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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り、また本発明は樹脂製回転体の製造方法に関するものである。さらに、樹脂製歯車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、車輌用部品、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］）。
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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、さらに樹脂注入も同一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く、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。
【０００６】
さらに、特許文献５には抄造法により得られる円筒状に継ぎ目なく形成された補強用繊維基材を成形金型内で加熱加圧成形する樹脂製歯車の製造法が開示されている。しかし、特許文献５においても、補強用繊維基材と金属製ブッシュとの結合強度を向上させる方法については、一切開示されていない。
【０００７】
また、特許文献２、３及び５では、補強繊維基材の製造は湿式抄造工法を採用している。補強繊維の形態は、短繊維が収束した繊維束の状態が一般的である。これを分散及び／又は混合するために、大量の水を使用している。このため、タンク等の大きな製造設備が必要となる。また抄造工程で発生した排水を処理する設備が必要となる。さらに抄造後の補強繊維基材に残る水分を乾燥するためのエネルギーも必要となる。
【０００８】
水を大量に使用せず、紙状基材を製造する方法として、ワイヤ（エンドレスの金網）に乾燥繊維を吹付ける方法（特許文献６）や、剥離用基材の表面に水性液を付着させ、その面に静電気により繊維を付着させて紙層を形成した後、紙層を剥離用基材から剥離し抄造紙を製造する方法（特許文献７）が公知であるが、いずれの方法もシート状の抄造紙のため前述した特許文献２と同様に積層界面に、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。
【０００９】
【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
【特許文献５】特開２００７−１３８１４６号公報
【特許文献６】特開平５−１８６９９６号公報
【特許文献７】特開２００５−４８３３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
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。
【００１１】
この対策として、１個の補強用繊維基材を使用し、かつ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ために、円筒形状に抄造可能な抄造装置内に金属製ブッシュを配置した後、金属製ブッシュの外周部に補強繊維を集積させる方法が考えられる。しかし、従来の湿式抄造工法では、大量の水を使用しているために、抄造工程で発生した排水を処理する設備や、抄造後の補強繊維基材に残る水分を乾燥するためのエネルギーが必要となり、製造工程が多くなってしまうという問題がある。
【００１２】
さらに、抄造後の補強用繊維基材は非常に嵩高いうえに強度が弱い（型崩れしやすい）ために、金属製ブッシュと一体化した状態を保持したまま抄造装置から取り出したり、加熱加圧成形するために成形金型に配置したりすることが難しいという問題がある。また回り止め部への補強繊維の喰い込みをより強固にするために圧縮操作を行う際、上側もしくは下側からの一方向のみから行うために、回り止め部の上側および下側の補強繊維密度が均等になるように圧縮することができないという問題がある。
【００１３】
本発明が解決しようとする第１の課題は、基材の重ね合わせ界面のない１つの補強用繊維基材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の結合強度を向上させた、信頼性の高い樹脂製回転体成形用半加工品または樹脂製回転体を少ない工数で、作業性よく製造することである。また、本発明が解決しようとする第２の課題は、回り止め部の上側および下側の補強繊維密度を均等にした樹脂製回転体成形用半加工品または樹脂製回転体を製造することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明が改良の対象とする樹脂製回転体成形用半加工品の製造方法では、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。
【００１５】
本発明では、補強用繊維基材を形成するステップを次の３つのステップにより構成する。
第１のステップでは、エアにより、補強繊維を分散及び／又は混合する。エアにより補強繊維を分散及び／又は混合すれば、排水を処理する設備や、補強繊維基材に残る水分を乾燥するためのエネルギーが必要ないため、製造工程が少なくても済む。
【００１６】
そして、第２のステップでは、前記第１のステップと同一の装置を用いて、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。この方法により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、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。
【００１７】
さらに、第３のステップでは、前記第１及び第２のステップと同一の装置を用いて、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、回り止め部への補強繊維の喰い込みを確実なものとするとともに、回り止め部の補強用繊維基材の密度が高まり、ブッシュと補強用繊維基材との結合がさらに高まる。
【００１８】
本発明では、前記第１のステップから前記第３のステップまでを、ブッシュと補強繊維集積体を収容している同一装置内で連続して行うことを特徴とする。補強繊維の分散及び／又は混合から補強繊維集積体の形成までを同一の装置を用いて連続して行うので、別のタンク等の装置で分散及び／又は混合した補強繊維を移送する工程も省略することができる。また所定量の補強繊維を正確に計量することができる。
また、補強繊維集積体の形成から圧縮までを同一の装置を用いて連続して行うので、嵩高く強度が弱い（型崩れしやすい）集積後の補強用繊維基材を取り扱う作業が必要ないため、作業工程が少なくて済む。また、前記第３のステップで行う圧縮により補強繊維基材の密度が高まるので、補強用繊維基材の強度を高めることができ、作業性（取り扱い性）が大幅に向上する。
【００１９】
前記第３のステップは、ブッシュが一対の圧縮用金型の間の中央に位置する状態で、補強繊維集積体を回転軸の軸線方向に上下方向から圧縮することが好ましい。これにより、回り止め部の上側および下側の補強繊維密度が均等になるように圧縮することができ、樹脂製回転体の機械強度のばらつきを低減することができる。さらに、前記圧縮は加熱した状態で行うことが好ましい。これにより、圧縮後の補強用繊維基材の経時変化による厚みの変化を抑えることができる。
【００２０】
前記第１のステップから第３のステップまでを行う装置の構成は任意である。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。
なおこのような装置は、例えば、圧縮動作時に補強用繊維集積体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、筒状金型がその内周面に開口するエア注入口を有し、上側の圧縮用金型及び／又は下側の圧縮用金型がエア排出口を有しているのが好ましい。
【００２１】
このような装置で一対のブッシュ支持用金型を用いると、ブッシュの位置決めと支持を簡単に行うことができる。
【００２２】
また、このような装置で圧縮を行うと、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。
【００２３】
なお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追加すれば、樹脂製回転体を製造することができる。
【００２４】
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（ｈ１，ｈ２は、図２参照）。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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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】
【００２９】
本発明によれば、エアにより補強繊維を分散及び／又は混合することによって、排水を処理する設備や、補強繊維基材に残る水分を乾燥するためのエネルギーが必要ないため、製造工程が少なく経済的である。またブッシュの外周部に補強繊維集積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積体で完全に囲むことができる。さらにこれを圧縮することによって、ブッシュの回り止め部への補強繊維の喰い込みを確実なものとするとともに、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。このため、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。
【００３０】
また、補強繊維集積体の形成から圧縮までを同一の装置を用いて連続して行うことによって、嵩高く強度が弱い（型崩れしやすい）集積後の補強用繊維基材を取り扱う作業を省くことができ、作業工程を大幅に短縮することができる。さらに、前記圧縮を、ブッシュが中央に位置する状態で、補強繊維集積体を回転軸の軸線方向に上下方向から行うことにより、回り止め部の上側および下側の補強繊維密度が均等になるように圧縮することができ、樹脂製回転体の機械強度のばらつきを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
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。
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。
【００３２】
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。
【００３３】
補強用繊維基材５は、図３に概略的に示すように、補強繊維の分散及び／又は混合、集積、圧縮を連続して行うことができる集積圧縮装置７を用いて金属製ブッシュ２の外周部の外側位置に補強繊維集積体８Ｂを形成し、この補強繊維集積体８Ｂ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。
【００３４】
まず、エアにより補強繊維を分散及び／又は混合する第１のステップ及び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第２のステップについて説明する。
図３（Ａ）に示すように、この集積圧縮装置７で用いる金型は、圧縮動作時に補強繊維集積体８Ｂ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補強繊維集積体８Ｂ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、圧縮動作時に補強繊維集積体８Ｂ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とを備えている。そしてこの金型では、筒状金型１０にはその内周面に開口するエア注入口１７が形成されている。また上側の圧縮用金型１３及び下側の圧縮用金型１４にはエア排出口１５Ａ及び１５Ｂが形成されている。なおこの例では、エア排出口から補強繊維の流出防止のために、上側及び下側の圧縮用金型１３、１４には通気性の部材１６Ａ及び１６Ｂが配置されている。
【００３５】
エア注入口１７は、筒状金型１０の上下方向に対して等間隔に複数個配置した構造が好ましい。また筒状金型１０の周面方向に対しても等間隔に複数個配置した構造が好ましい。さらに、図４に示すように、筒状金型１０の内周面の接線方向からエア注入することが好ましい。これにより、金型内でのエアの渦流を生成し補強繊維の分散及び／又は混合を容易にかつ短時間で行うことができる。
【００３６】
また、エア排出口１５Ａ及び１５Ｂも、上側の圧縮用金型１３及び／又は下側の圧縮用金型１４の円周方向に対して等間隔に複数個配置した構造が好ましい。エア排出口が１箇所の場合、注入したエアによって補強繊維が１箇所の出口に偏ってしまうため、補強繊維集積体に補強繊維の疎密が生じてしまうが、複数箇所に排出口を設けることで補強繊維の偏りがなくなる。
【００３７】
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。
【００３８】
なお通気性の部材１６Ａ及び１６Ｂには金網を使用でき、そのメッシュサイズは、２５０メッシュより大きくなるとエアの排出抵抗が大きくなり、金型の内部圧力が高くなる。その結果、エア注入が不充分となって、補強繊維の分散及び／又は混合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（貫通孔）が大きいために補強繊維の多くが流出してしまう。そのために、補強繊維集積体８Ｂ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。
【００３９】
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３（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３（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。
【００４０】
所定量計量した補強繊維８Ａは、図３（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。そしてエア注入によって開口部から補強繊維が流出しないようにするため、図３（Ｃ）に示すように、上側の圧縮用金型１３を下降させ、開口部を塞ぐ。このとき、金型内部の体積をＸ（リットル）、投入する補強繊維の質量をＹ（ｇ）としたとき、Ｙ／Ｘの値が１０ｇ／リットルを超えると、補強繊維を分散及び／又は混合するためにエア注入しても補強繊維が金型内の空間で動くことができず、分散及び／又は混合が不充分となる。そのため、好ましくは１０ｇ／リットル以下、さらに好ましくは５ｇ／リットル以下とする。
【００４１】
エアによる補強繊維の分散及び／又は混合は、筒状金型１０に備えたエア注入口１７からエアを注入して行う。注入するエアの流速は１５ｍ/ｓ以上が好ましい。流速が１５ｍ/ｓ未満では補強繊維を攪拌する力が弱いため、分散及び／又は混合が不充分となる。上記のＹ／Ｘ（ｇ／リットル）の値を大きく、且つ短時間で補強繊維の分散及び／又は混合を行うためには、流速が大きいほど効率的である。またエア注入は筒状金型１０に備えた上側のエア注入口１７Ａから注入した後、下側のエア注入口１７Ｂから注入する操作を繰り返すことが好ましい。この方法は、全てのエア注入口からエアを注入すると金型内の空間でエア同士がぶつかり合い、攪拌力が低下したり、エアポケットに補強繊維が溜まり攪拌されない部分が生じたりする問題を解決する方法として有効である。
【００４２】
次に、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第３のステップについて説明する。
前述の集積圧縮装置７で用いる金型であれば、一対の圧縮用金型１３及び１４で補強繊維集積体８Ｂ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。
【００４３】
前述のとおり、補強繊維の分散及び／又は混合、集積を行った後、図３（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３（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、補強繊維集積体８Ｂが所定の厚みとなるまで圧縮する。なお圧縮を行う時間、温度は使用する補強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することにより、圧縮後の補強用繊維基材５の厚みの経時変化を抑えることができる。好ましくは温度１００〜１８０℃で、０．５〜１０分間圧縮することにより、厚みの経時変化のほとんど無い補強用繊維基材５を得ることができる。
【００４４】
また、集積圧縮装置７を用いて補強繊維集積体８Ｂ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、上記圧縮時の圧力を２０ＭＰａ以上とすることが好ましい。使用する補強繊維には絡み材となるバルプや、バインダーを配合していない場合、所定の形状を保持が難しい。そのため高い圧力で圧縮することによって補強用繊維基材に形状を維持するための強度を付与することができる。
【００４５】
補強用繊維基材５または補強繊維集積体８Ｂ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、長すぎてもエアによる分散及び／又は混合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。
【００４６】
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、繊維束をエアで解離し分散させるときに、繊維束の解離が困難になる。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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８Ｂ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。
【００５０】
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８Ｂ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。
【００５１】
次に、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について説明する。
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を芯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２３から取り出して、樹脂製回転体の製造を完了する。
【００５２】
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。
【００５３】
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等から選ばれた１以上の樹脂と該樹脂の種類に応じて硬化剤を組み合わせたものが使用できる。
【００５４】
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。
【００５５】
補強繊維の樹脂成形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５０体積％以下であることが好ましい。樹脂成形体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。そのため樹脂成形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。
【実施例】
【００５６】
以下、本発明の実施例を説明する。補強繊維としてアラミド繊維チョップを使用した実施例である。アラミド繊維は、パラ系アラミド繊維として、帝人製「テクノーラ（商標）」、デュポン製「ケブラー（商標）」等、メタ系アラミド繊維として、帝人製「コーネックス（商標）」、デュポン製「ノーメックス（商標）」等を入手できる。
実施例１
樹脂成形体中の補強繊維の繊維総量が４０体積％となる量の補強繊維を計量する。具体的には、補強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を４５質量％、アスペクト比２００のメタ系アラミド繊維を５５質量％となる量をそれぞれ計量する。
【００５７】
次に図３（Ａ）に示す集積圧縮装置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３（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の軸方向中央から部材１６Ｂ上面までの距離が４０mmとなる位置とした。この集積圧縮装置７内に、計量した補強繊維８Ａを投入した後、図３（Ｃ）に示すように、上側の圧縮用金型１３を下降させ、開口部を塞ぐ。
【００５８】
そして、筒状金型１０に備えたエア注入口１７からエアを注入して、補強繊維の分散及び／又は混合、集積を行う。具体的には、上側のエア注入口１７Ａから１５秒間エアを注入した後、下側のエア注入口１７Ｂから１５秒間エアを注入する操作を、５分間繰り返し行うことにより、円筒状の補強繊維集積体８Ｂを得た。このとき、注入するエアの流速は２０ｍ/ｓとした。なおエア排出口１５Ａ及び１５Ｂより補強繊維が流出するのを防止するために、上側及び下側の圧縮用金型１３、１４には部材１６Ａ及び１６Ｂを配置した。この部材１６Ａ及び１６Ｂとしては金属製１００メッシュの金網を用いた。
【００５９】
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３（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の軸方向中央から部材１６Ａ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３（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、圧力２０ＭＰａで補強繊維集積体８Ｂを圧縮する。そして、加熱した状態で２分間圧縮することにより、金属製ブッシュ２と一体化した補強用繊維基材５を得た。
【００６０】
次に図５に示すように、上記の工程で得られた金属製ブッシュ２と一体化した補強用繊維基材５を２００℃に加熱した成形金型２７に配置して型締めする。そして、成形金型２７内部を圧力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質量部を混合した樹脂を温度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樹脂を金型内部に注入して補強用繊維基材５に含浸させ、成形金型２７内で加熱硬化し歯車素材を得る。この歯車素材を切削加工により歯を形成することにより樹脂製歯車を得る。
【００６１】
従来例１
スラリーを製造するために、補強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、実施例１と同様の繊維配合で、樹脂成形体中の補強繊維の繊維総量が４０体積％となる量の補強繊維を入れる。次に攪拌機でタンク内の水を攪拌し繊維チョップを分散させる。
【００６２】
次に図６（Ａ）に示すように、抄造装置３０７は、底面部３１３および角筒状の抄造用筒体３０９を備えている。なお底面部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、前述の分散させた繊維チョップを含む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６（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。
【００６３】
そして、図７（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７（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。
【００６４】
上記実施例１及び従来例１で得られた樹脂製歯車について、ボス抜き強度及びモータリング耐久寿命を測定した結果を表２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：図８に示すように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５５の上に樹脂製歯車５１を配置する。上方より金属製ブッシュ２を押さえる金具５６を取付け、金具５６に荷重を加えて、樹脂製歯車５１が破壊に至る最大荷重を測定した。
モータリング耐久寿命：表１に示す試験条件により樹脂製歯車を連続回転させ、樹脂製歯車が破壊するまでの時間を測定した。
【００６５】
【表１】
【００６６】
【表２】
【００６７】
表２から明らかなように、本発明に係る樹脂製回転体は、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、ボス抜き強度が向上している。また、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がないため、モータリング耐久寿命が大幅に向上している（実施例１と従来例１の対照）。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【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】（Ａ）乃至（Ｄ）は、補強繊維の分散及び／又は混合、集積ならびに圧縮工程を順番に示す図である。
【図４】本発明の実施の形態の集積圧縮装置の一例を示す横断面図である。
【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】（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７】（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８】ボス抜き強度を測定する装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００６９】
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
７ 集積圧縮装置
８Ｂ 補強繊維集積体
１０ 筒状金型
１１、１２ ブッシュ支持用金型
１３、１４ 圧縮用金型
１５Ａ、１５Ｂ エア排出口
１６Ａ、１６Ｂ 部材
１７Ａ、１７Ｂ エア注入口
【技術分野】
【０００１】
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り、また本発明は樹脂製回転体の製造方法に関するものである。さらに、樹脂製歯車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、車輌用部品、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］）。
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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、さらに樹脂注入も同一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く、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。
【０００６】
さらに、特許文献５には抄造法により得られる円筒状に継ぎ目なく形成された補強用繊維基材を成形金型内で加熱加圧成形する樹脂製歯車の製造法が開示されている。しかし、特許文献５においても、補強用繊維基材と金属製ブッシュとの結合強度を向上させる方法については、一切開示されていない。
【０００７】
また、特許文献２、３及び５では、補強繊維基材の製造は湿式抄造工法を採用している。補強繊維の形態は、短繊維が収束した繊維束の状態が一般的である。これを分散及び／又は混合するために、大量の水を使用している。このため、タンク等の大きな製造設備が必要となる。また抄造工程で発生した排水を処理する設備が必要となる。さらに抄造後の補強繊維基材に残る水分を乾燥するためのエネルギーも必要となる。
【０００８】
水を大量に使用せず、紙状基材を製造する方法として、ワイヤ（エンドレスの金網）に乾燥繊維を吹付ける方法（特許文献６）や、剥離用基材の表面に水性液を付着させ、その面に静電気により繊維を付着させて紙層を形成した後、紙層を剥離用基材から剥離し抄造紙を製造する方法（特許文献７）が公知であるが、いずれの方法もシート状の抄造紙のため前述した特許文献２と同様に積層界面に、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。
【０００９】
【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
【特許文献５】特開２００７−１３８１４６号公報
【特許文献６】特開平５−１８６９９６号公報
【特許文献７】特開２００５−４８３３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
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。
【００１１】
この対策として、１個の補強用繊維基材を使用し、かつ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ために、円筒形状に抄造可能な抄造装置内に金属製ブッシュを配置した後、金属製ブッシュの外周部に補強繊維を集積させる方法が考えられる。しかし、従来の湿式抄造工法では、大量の水を使用しているために、抄造工程で発生した排水を処理する設備や、抄造後の補強繊維基材に残る水分を乾燥するためのエネルギーが必要となり、製造工程が多くなってしまうという問題がある。
【００１２】
さらに、抄造後の補強用繊維基材は非常に嵩高いうえに強度が弱い（型崩れしやすい）ために、金属製ブッシュと一体化した状態を保持したまま抄造装置から取り出したり、加熱加圧成形するために成形金型に配置したりすることが難しいという問題がある。また回り止め部への補強繊維の喰い込みをより強固にするために圧縮操作を行う際、上側もしくは下側からの一方向のみから行うために、回り止め部の上側および下側の補強繊維密度が均等になるように圧縮することができないという問題がある。
【００１３】
本発明が解決しようとする第１の課題は、基材の重ね合わせ界面のない１つの補強用繊維基材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の結合強度を向上させた、信頼性の高い樹脂製回転体成形用半加工品または樹脂製回転体を少ない工数で、作業性よく製造することである。また、本発明が解決しようとする第２の課題は、回り止め部の上側および下側の補強繊維密度を均等にした樹脂製回転体成形用半加工品または樹脂製回転体を製造することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明が改良の対象とする樹脂製回転体成形用半加工品の製造方法では、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。
【００１５】
本発明では、補強用繊維基材を形成するステップを次の３つのステップにより構成する。
第１のステップでは、エアにより、補強繊維を分散及び／又は混合する。エアにより補強繊維を分散及び／又は混合すれば、排水を処理する設備や、補強繊維基材に残る水分を乾燥するためのエネルギーが必要ないため、製造工程が少なくても済む。
【００１６】
そして、第２のステップでは、前記第１のステップと同一の装置を用いて、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。この方法により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、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。
【００１７】
さらに、第３のステップでは、前記第１及び第２のステップと同一の装置を用いて、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、回り止め部への補強繊維の喰い込みを確実なものとするとともに、回り止め部の補強用繊維基材の密度が高まり、ブッシュと補強用繊維基材との結合がさらに高まる。
【００１８】
本発明では、前記第１のステップから前記第３のステップまでを、ブッシュと補強繊維集積体を収容している同一装置内で連続して行うことを特徴とする。補強繊維の分散及び／又は混合から補強繊維集積体の形成までを同一の装置を用いて連続して行うので、別のタンク等の装置で分散及び／又は混合した補強繊維を移送する工程も省略することができる。また所定量の補強繊維を正確に計量することができる。
また、補強繊維集積体の形成から圧縮までを同一の装置を用いて連続して行うので、嵩高く強度が弱い（型崩れしやすい）集積後の補強用繊維基材を取り扱う作業が必要ないため、作業工程が少なくて済む。また、前記第３のステップで行う圧縮により補強繊維基材の密度が高まるので、補強用繊維基材の強度を高めることができ、作業性（取り扱い性）が大幅に向上する。
【００１９】
前記第３のステップは、ブッシュが一対の圧縮用金型の間の中央に位置する状態で、補強繊維集積体を回転軸の軸線方向に上下方向から圧縮することが好ましい。これにより、回り止め部の上側および下側の補強繊維密度が均等になるように圧縮することができ、樹脂製回転体の機械強度のばらつきを低減することができる。さらに、前記圧縮は加熱した状態で行うことが好ましい。これにより、圧縮後の補強用繊維基材の経時変化による厚みの変化を抑えることができる。
【００２０】
前記第１のステップから第３のステップまでを行う装置の構成は任意である。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。
なおこのような装置は、例えば、圧縮動作時に補強用繊維集積体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、筒状金型がその内周面に開口するエア注入口を有し、上側の圧縮用金型及び／又は下側の圧縮用金型がエア排出口を有しているのが好ましい。
【００２１】
このような装置で一対のブッシュ支持用金型を用いると、ブッシュの位置決めと支持を簡単に行うことができる。
【００２２】
また、このような装置で圧縮を行うと、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。
【００２３】
なお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追加すれば、樹脂製回転体を製造することができる。
【００２４】
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（ｈ１，ｈ２は、図２参照）。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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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】
【００２９】
本発明によれば、エアにより補強繊維を分散及び／又は混合することによって、排水を処理する設備や、補強繊維基材に残る水分を乾燥するためのエネルギーが必要ないため、製造工程が少なく経済的である。またブッシュの外周部に補強繊維集積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積体で完全に囲むことができる。さらにこれを圧縮することによって、ブッシュの回り止め部への補強繊維の喰い込みを確実なものとするとともに、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。このため、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。
【００３０】
また、補強繊維集積体の形成から圧縮までを同一の装置を用いて連続して行うことによって、嵩高く強度が弱い（型崩れしやすい）集積後の補強用繊維基材を取り扱う作業を省くことができ、作業工程を大幅に短縮することができる。さらに、前記圧縮を、ブッシュが中央に位置する状態で、補強繊維集積体を回転軸の軸線方向に上下方向から行うことにより、回り止め部の上側および下側の補強繊維密度が均等になるように圧縮することができ、樹脂製回転体の機械強度のばらつきを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
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。
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。
【００３２】
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。
【００３３】
補強用繊維基材５は、図３に概略的に示すように、補強繊維の分散及び／又は混合、集積、圧縮を連続して行うことができる集積圧縮装置７を用いて金属製ブッシュ２の外周部の外側位置に補強繊維集積体８Ｂを形成し、この補強繊維集積体８Ｂ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。
【００３４】
まず、エアにより補強繊維を分散及び／又は混合する第１のステップ及び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第２のステップについて説明する。
図３（Ａ）に示すように、この集積圧縮装置７で用いる金型は、圧縮動作時に補強繊維集積体８Ｂ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補強繊維集積体８Ｂ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、圧縮動作時に補強繊維集積体８Ｂ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とを備えている。そしてこの金型では、筒状金型１０にはその内周面に開口するエア注入口１７が形成されている。また上側の圧縮用金型１３及び下側の圧縮用金型１４にはエア排出口１５Ａ及び１５Ｂが形成されている。なおこの例では、エア排出口から補強繊維の流出防止のために、上側及び下側の圧縮用金型１３、１４には通気性の部材１６Ａ及び１６Ｂが配置されている。
【００３５】
エア注入口１７は、筒状金型１０の上下方向に対して等間隔に複数個配置した構造が好ましい。また筒状金型１０の周面方向に対しても等間隔に複数個配置した構造が好ましい。さらに、図４に示すように、筒状金型１０の内周面の接線方向からエア注入することが好ましい。これにより、金型内でのエアの渦流を生成し補強繊維の分散及び／又は混合を容易にかつ短時間で行うことができる。
【００３６】
また、エア排出口１５Ａ及び１５Ｂも、上側の圧縮用金型１３及び／又は下側の圧縮用金型１４の円周方向に対して等間隔に複数個配置した構造が好ましい。エア排出口が１箇所の場合、注入したエアによって補強繊維が１箇所の出口に偏ってしまうため、補強繊維集積体に補強繊維の疎密が生じてしまうが、複数箇所に排出口を設けることで補強繊維の偏りがなくなる。
【００３７】
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。
【００３８】
なお通気性の部材１６Ａ及び１６Ｂには金網を使用でき、そのメッシュサイズは、２５０メッシュより大きくなるとエアの排出抵抗が大きくなり、金型の内部圧力が高くなる。その結果、エア注入が不充分となって、補強繊維の分散及び／又は混合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（貫通孔）が大きいために補強繊維の多くが流出してしまう。そのために、補強繊維集積体８Ｂ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。
【００３９】
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３（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３（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。
【００４０】
所定量計量した補強繊維８Ａは、図３（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。そしてエア注入によって開口部から補強繊維が流出しないようにするため、図３（Ｃ）に示すように、上側の圧縮用金型１３を下降させ、開口部を塞ぐ。このとき、金型内部の体積をＸ（リットル）、投入する補強繊維の質量をＹ（ｇ）としたとき、Ｙ／Ｘの値が１０ｇ／リットルを超えると、補強繊維を分散及び／又は混合するためにエア注入しても補強繊維が金型内の空間で動くことができず、分散及び／又は混合が不充分となる。そのため、好ましくは１０ｇ／リットル以下、さらに好ましくは５ｇ／リットル以下とする。
【００４１】
エアによる補強繊維の分散及び／又は混合は、筒状金型１０に備えたエア注入口１７からエアを注入して行う。注入するエアの流速は１５ｍ/ｓ以上が好ましい。流速が１５ｍ/ｓ未満では補強繊維を攪拌する力が弱いため、分散及び／又は混合が不充分となる。上記のＹ／Ｘ（ｇ／リットル）の値を大きく、且つ短時間で補強繊維の分散及び／又は混合を行うためには、流速が大きいほど効率的である。またエア注入は筒状金型１０に備えた上側のエア注入口１７Ａから注入した後、下側のエア注入口１７Ｂから注入する操作を繰り返すことが好ましい。この方法は、全てのエア注入口からエアを注入すると金型内の空間でエア同士がぶつかり合い、攪拌力が低下したり、エアポケットに補強繊維が溜まり攪拌されない部分が生じたりする問題を解決する方法として有効である。
【００４２】
次に、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第３のステップについて説明する。
前述の集積圧縮装置７で用いる金型であれば、一対の圧縮用金型１３及び１４で補強繊維集積体８Ｂ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。
【００４３】
前述のとおり、補強繊維の分散及び／又は混合、集積を行った後、図３（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３（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、補強繊維集積体８Ｂが所定の厚みとなるまで圧縮する。なお圧縮を行う時間、温度は使用する補強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することにより、圧縮後の補強用繊維基材５の厚みの経時変化を抑えることができる。好ましくは温度１００〜１８０℃で、０．５〜１０分間圧縮することにより、厚みの経時変化のほとんど無い補強用繊維基材５を得ることができる。
【００４４】
また、集積圧縮装置７を用いて補強繊維集積体８Ｂ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、上記圧縮時の圧力を２０ＭＰａ以上とすることが好ましい。使用する補強繊維には絡み材となるバルプや、バインダーを配合していない場合、所定の形状を保持が難しい。そのため高い圧力で圧縮することによって補強用繊維基材に形状を維持するための強度を付与することができる。
【００４５】
補強用繊維基材５または補強繊維集積体８Ｂ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、長すぎてもエアによる分散及び／又は混合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。
【００４６】
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、繊維束をエアで解離し分散させるときに、繊維束の解離が困難になる。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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８Ｂ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。
【００５０】
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８Ｂ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。
【００５１】
次に、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について説明する。
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を芯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２３から取り出して、樹脂製回転体の製造を完了する。
【００５２】
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。
【００５３】
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等から選ばれた１以上の樹脂と該樹脂の種類に応じて硬化剤を組み合わせたものが使用できる。
【００５４】
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。
【００５５】
補強繊維の樹脂成形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５０体積％以下であることが好ましい。樹脂成形体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。そのため樹脂成形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。
【実施例】
【００５６】
以下、本発明の実施例を説明する。補強繊維としてアラミド繊維チョップを使用した実施例である。アラミド繊維は、パラ系アラミド繊維として、帝人製「テクノーラ（商標）」、デュポン製「ケブラー（商標）」等、メタ系アラミド繊維として、帝人製「コーネックス（商標）」、デュポン製「ノーメックス（商標）」等を入手できる。
実施例１
樹脂成形体中の補強繊維の繊維総量が４０体積％となる量の補強繊維を計量する。具体的には、補強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を４５質量％、アスペクト比２００のメタ系アラミド繊維を５５質量％となる量をそれぞれ計量する。
【００５７】
次に図３（Ａ）に示す集積圧縮装置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３（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の軸方向中央から部材１６Ｂ上面までの距離が４０mmとなる位置とした。この集積圧縮装置７内に、計量した補強繊維８Ａを投入した後、図３（Ｃ）に示すように、上側の圧縮用金型１３を下降させ、開口部を塞ぐ。
【００５８】
そして、筒状金型１０に備えたエア注入口１７からエアを注入して、補強繊維の分散及び／又は混合、集積を行う。具体的には、上側のエア注入口１７Ａから１５秒間エアを注入した後、下側のエア注入口１７Ｂから１５秒間エアを注入する操作を、５分間繰り返し行うことにより、円筒状の補強繊維集積体８Ｂを得た。このとき、注入するエアの流速は２０ｍ/ｓとした。なおエア排出口１５Ａ及び１５Ｂより補強繊維が流出するのを防止するために、上側及び下側の圧縮用金型１３、１４には部材１６Ａ及び１６Ｂを配置した。この部材１６Ａ及び１６Ｂとしては金属製１００メッシュの金網を用いた。
【００５９】
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３（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の軸方向中央から部材１６Ａ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３（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、圧力２０ＭＰａで補強繊維集積体８Ｂを圧縮する。そして、加熱した状態で２分間圧縮することにより、金属製ブッシュ２と一体化した補強用繊維基材５を得た。
【００６０】
次に図５に示すように、上記の工程で得られた金属製ブッシュ２と一体化した補強用繊維基材５を２００℃に加熱した成形金型２７に配置して型締めする。そして、成形金型２７内部を圧力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質量部を混合した樹脂を温度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樹脂を金型内部に注入して補強用繊維基材５に含浸させ、成形金型２７内で加熱硬化し歯車素材を得る。この歯車素材を切削加工により歯を形成することにより樹脂製歯車を得る。
【００６１】
従来例１
スラリーを製造するために、補強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、実施例１と同様の繊維配合で、樹脂成形体中の補強繊維の繊維総量が４０体積％となる量の補強繊維を入れる。次に攪拌機でタンク内の水を攪拌し繊維チョップを分散させる。
【００６２】
次に図６（Ａ）に示すように、抄造装置３０７は、底面部３１３および角筒状の抄造用筒体３０９を備えている。なお底面部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、前述の分散させた繊維チョップを含む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６（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。
【００６３】
そして、図７（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７（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。
【００６４】
上記実施例１及び従来例１で得られた樹脂製歯車について、ボス抜き強度及びモータリング耐久寿命を測定した結果を表２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：図８に示すように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５５の上に樹脂製歯車５１を配置する。上方より金属製ブッシュ２を押さえる金具５６を取付け、金具５６に荷重を加えて、樹脂製歯車５１が破壊に至る最大荷重を測定した。
モータリング耐久寿命：表１に示す試験条件により樹脂製歯車を連続回転させ、樹脂製歯車が破壊するまでの時間を測定した。
【００６５】
【表１】
【００６６】
【表２】
【００６７】
表２から明らかなように、本発明に係る樹脂製回転体は、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、ボス抜き強度が向上している。また、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がないため、モータリング耐久寿命が大幅に向上している（実施例１と従来例１の対照）。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【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】（Ａ）乃至（Ｄ）は、補強繊維の分散及び／又は混合、集積ならびに圧縮工程を順番に示す図である。
【図４】本発明の実施の形態の集積圧縮装置の一例を示す横断面図である。
【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】（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７】（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８】ボス抜き強度を測定する装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００６９】
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
７ 集積圧縮装置
８Ｂ 補強繊維集積体
１０ 筒状金型
１１、１２ ブッシュ支持用金型
１３、１４ 圧縮用金型
１５Ａ、１５Ｂ エア排出口
１６Ａ、１６Ｂ 部材
１７Ａ、１７Ｂ エア注入口
【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からなる樹脂製回転体成形用半加工品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、
エアにより、前記補強繊維を分散及び／又は混合する第１のステップと、
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第２のステップと、
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第３のステップとからなり、
前記第１のステップから前記第３のステップまでを、ブッシュと補強繊維集積体を収容している同一装置内で連続して行う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。
【請求項２】
前記第１のステップから前記第３のステップまでを行う装置は、
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、
前記筒状金型がその内周面に開口するエア注入口を有し、上側の圧縮用金型及び／又は下側の圧縮用金型がエア排出口を有している請求項１に記載の樹脂製回転体成形用半加工品の製造方法。
【請求項３】
前記第３のステップは、前記ブッシュが一対の圧縮用金型の間の中央に位置する状態で、前記補強繊維集積体を前記回転軸の軸線方向に上下方向から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成形用半加工品の製造方法。
【請求項４】
前記第３のステップは、加熱した状態で、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１〜３のいずれか１項に記載の樹脂製回転体成形用半加工品の製造方法。
【請求項５】
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、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法であることを特徴とする樹脂製回転体の製造方法。
【請求項６】
請求項５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からなる樹脂製回転体成形用半加工品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、
エアにより、前記補強繊維を分散及び／又は混合する第１のステップと、
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第２のステップと、
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第３のステップとからなり、
前記第１のステップから前記第３のステップまでを、ブッシュと補強繊維集積体を収容している同一装置内で連続して行う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。
【請求項２】
前記第１のステップから前記第３のステップまでを行う装置は、
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、
前記筒状金型がその内周面に開口するエア注入口を有し、上側の圧縮用金型及び／又は下側の圧縮用金型がエア排出口を有している請求項１に記載の樹脂製回転体成形用半加工品の製造方法。
【請求項３】
前記第３のステップは、前記ブッシュが一対の圧縮用金型の間の中央に位置する状態で、前記補強繊維集積体を前記回転軸の軸線方向に上下方向から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成形用半加工品の製造方法。
【請求項４】
前記第３のステップは、加熱した状態で、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１〜３のいずれか１項に記載の樹脂製回転体成形用半加工品の製造方法。
【請求項５】
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、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法であることを特徴とする樹脂製回転体の製造方法。
【請求項６】
請求項５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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−１１５８５３（Ｐ２０１０−１１５８５３Ａ）
【公開日】平成２２年５月２７日（２０１０．５．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２９０４９８（Ｐ２００８−２９０４９８）
【出願日】平成２０年１１月１３日（２００８．１１．１３）
【出願人】（０００００１２０３）新神戸電機株式会社 (518)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年５月２７日（２０１０．５．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月１３日（２００８．１１．１３）
【出願人】（０００００１２０３）新神戸電機株式会社 (518)
【Ｆターム（参考）】
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