JP2003004119A - 樹脂歯車用補強繊維基材及び樹脂歯車 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】樹脂歯車の補強繊維基材として用いるアラミド
繊維糸からなる平らなシート状体の構成を最適化し、樹
脂歯車の静的な機械強度を確保すると共に、実際の使用
耐久性も向上させる。 【解決手段】補強繊維基材としてアラミド繊維糸を平ら
なシート状に編んだものを用いる。幅方向の編み目のピ
ッチであるウェールを２５〜３５本／inch、長手方向の
編み目のピッチであるコースを１６〜２６本／inchとす
る。この補強繊維基材を筒状に巻き重ねその筒状体を軸
方向に蛇腹状に折り畳んでなるリング体とその中央に配
置した金属製ブッシュとを成形金型に収容し、リング体
に樹脂を含浸してリング体と金属製ブッシュとを一体成
形してなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、樹脂歯車を成形す
るための補強繊維基材ならびに当該補強繊維基材を用い
てなる樹脂歯車に関する。

【０００２】

【従来の技術】樹脂歯車を成形するための補強繊維基材
として、アラミド繊維糸を筒状に編んだ基材が提案され
ている（特開平８−１５６１２４号公報）。図４に示す
ように、この補強繊維基材１１は、軸方向に巻き上げリ
ング体１２にして歯車の製造に用いる。このリング体と
当該リング体の中央に配置した金属製ブッシュとを成形
金型に収容し、リング体に樹脂を含浸して一体成形す
る。そして、成形したリング体の周囲に切削加工等によ
り歯を形成し、樹脂歯車を完成する。この樹脂歯車は、
補強繊維基材がつなぎ目のないリング体であるので、歯
車周囲各部の強度が均一であり好ましいものである。

【０００３】上記の技術においては、製造する樹脂製歯
車の径に応じて、筒状に編んだ補強繊維基材の径を変更
することになる。製造する歯車に応じて、種々の径の補
強繊維基材を編む作業は極めて煩雑であり、場合によっ
ては、所要の径の補強繊維基材を準備できないこともあ
る。また、歯幅の広い歯車を得ようとすると、リング状
の補強繊維基材を何段にも積み重ねて歯幅を確保する必
要がある。そこで、平らなシート状に編んだ補強繊維基
材を用いて、樹脂歯車の径の変更に容易に対応できるよ
うにする提案がある（特願２００１−６８３６７）。図
５に示すように、この補強繊維基材１１は、筒状に巻き
重ねその筒状体を仮成形型１４内で軸方向に蛇腹状に折
り畳むことによりリング体１２にして、歯車の製造に用
いる。このリング体１２と当該リング体１２の中央に配
置した金属製ブッシュ１とを成形金型に収容し、リング
体１２に樹脂を含浸して一体成形する。そして、成形し
たリング体の周囲に切削加工等により歯を形成し、樹脂
歯車を完成する。この樹脂歯車は、補強繊維基材を筒状
に重ね巻きする巻き芯の径を変更するだけで、歯車の径
変更に対応できるし、蛇腹に折り畳む量を調整すること
により、歯幅の変更に対応できる。補強繊維基材がつな
ぎ目がないに等しいリング体であるので、歯車周囲各部
の強度も均一である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、上記アラミド繊維糸を平らなシート状に編
んでなる補強繊維基材の構成を最適化し、樹脂歯車の静
的な機械強度を確保すると共に、実際の使用耐久性も向
上させることである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
に、本発明は、補強繊維基材としてアラミド繊維糸を平
らなシート状に編んだものを用いる。図１に示すよう
に、編み目のピッチを、幅方向をウェールと称し、長手
方向をコースと称するが、本発明が特徴とするところ
は、ウェールを２５〜３５本／inch、コースを１６〜２
６本／inchとする点である。このような補強繊維基材を
筒状に巻き重ねその筒状体を軸方向に蛇腹状に折り畳ん
でなるリング体と当該リング体の中央に配置した金属製
ブッシュとを成形金型に収容し、リング体に樹脂を含浸
して一体成形し、成形したリング体の周囲に歯を形成し
て樹脂歯車とする。

【０００６】平らなシート状に編んだ補強繊維基材は伸
縮性を有するので、成形金型を閉じるときに加えられる
圧力で伸びる。従って、樹脂が補強繊維基材の繊維間に
十分に浸透し、樹脂と繊維が均一に分布した成形体とす
ることができる。そして、前記分布を均一にし、本発明
の課題を達成できるウェールとコースの最適な範囲が、
上記のウェールとコースの範囲である。ウェールとコー
スの本数が上記下限値より少ないと、樹脂歯車の静的な
機械強度も耐久性も不十分となる。一方、ウェールとコ
ースの本数が上記上限値より多くなると、静的な機械強
度は増すものの、耐久性は低下してくる。これは、ウェ
ールとコースの本数が上記上限値を越えると、補強繊維
基材の繊維間への樹脂の浸透が不十分となり、繊維と樹
脂の分布が不均一となるからである。繊維の分布が少な
く樹脂リッチとなった部分は、歯車の駆動中に損傷を受
けやすく、その微細な損傷箇所から劣化が始まって耐久
性を低下させる。

【０００７】アラミド繊維糸を平らなシート状に編んで
なる補強繊維基材のウェールとコースの本数を上記の範
囲とすることが、樹脂歯車の耐久性を向上させ、静的な
機械強度も保持する上で、極めて重要となるのである。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明を実施するに当り、平らな
シート状に編むアラミド繊維糸は、パラ系アラミド繊維
と他の繊維、例えば、メタ系アラミド繊維とを混紡した
ものが好ましい。パラ系アラミド繊維だけで糸を構成す
ると、強度は大きくなるが、歯車の歯を形成する切削加
工性が低下し、歯車加工精度の維持が難しくなる。強度
と加工性の観点から、パラ系アラミド繊維とメタ系アラ
ミド繊維の混紡は、質量比で４０／６０〜６０／４０が
望ましい。しかし、負荷の小さい用途向けでは、メタ系
アラミド繊維の前記質量比をもっと大きくしても差し支
えなく、場合によっては１００としてもよい。

【０００９】アラミド繊維糸の太さは、細い方が補強繊
維基材への樹脂の浸透性が良好となり耐久性を向上させ
る上で好ましい。しかし、平らなシート状に編むときの
作業性を考慮すると、アラミド繊維糸の太さは２０番手
前後が適当である。糸が細くなると、編むときに切れや
すくなる。また、編む糸の本数は、１本の場合と２本以
上の場合とが考えられるが、２本以上の糸を編む場合
は、仕上げた補強繊維基材の密度が大きくなる。樹脂の
浸透性と機械強度を考慮すると、１本の糸を筒状に編む
ことが好ましい。しかし、編む工数と樹脂歯車の製造工
数を少なくする観点からは、２本以上の糸を合せて平ら
なシート状の補強繊維基材を編むのがよい。

【００１０】上記の平らなシート状に編んだ補強繊維基
材を用いる樹脂歯車の製造は、例えば、次のように実施
する。まず、平らなシート状の補強繊維基材を筒状に巻
き重ねその筒状体を軸方向に蛇腹状に折り畳んでリング
体とする。図２に示すように、このリング体１２を成形
金型１３内で２段に重ね、中央に金属製ブッシュ１を配
置する。成形金型１３を閉じるときの圧力でリング体１
２を圧縮変形させて金属製ブッシュ１の形状になじませ
る。そして、成形金型内を減圧にし、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
入してリング体に浸透させ加熱硬化させる。成形したリ
ング体の周囲に切削加工により歯を形成し、歯車を完成
する。別の製造法は、平らなシート状の補強繊維基材に
予め樹脂を含浸し乾燥しておく。これを筒状に巻き重ね
その筒状体を軸方向に蛇腹状に折り畳んでリング体とす
る。このリング体を金属製ブッシュと共に成形金型に配
置し加熱加圧成形により一体化する。成形したリング体
の周囲に切削加工により歯を形成し、歯車を完成する。

【００１１】

【実施例】実施例１ パラ系アラミド繊維（繊維長５０mm，繊維径１６μｍ）
とメタ系アラミド繊維（繊維長５０mm，繊維径１６μ
ｍ）を、質量比５０／５０で混紡し、太さ２０番手のア
ラミド繊維糸を準備した。このアラミド繊維糸１本で平
らなシート状の補強繊維基材を編んだ（平編み）。ウェ
ール３０本／inch，コース２３本／inchである。上記平
らなシート状の補強繊維基材を筒状に巻き重ねその筒状
体を軸方向に蛇腹状に折り畳んでなるリング体を２個用
い、上記発明の実施の形態で説明した方法により、金属
製ブッシュと一体成形を行なった。リング体への樹脂含
浸は、減圧状態（１３００Pa）にした成形金型に架橋ポ
リアミノアミドを注入して行なった。成形したリング体
の寸法は、外径９０mm，内径６０mm，厚さ１４mmであ
り、樹脂含有量は５０質量％である。図３に示すよう
に、リング体１２と金属製ブッシュ１とは、金属製ブッ
シュから突出させた回り止め２がリング体１２に食い込
み一体となっている。

【００１２】実施例２ 実施例１において、ウェール２９本／inch，コース２５
本／inchとする以外は、同様とした。

【００１３】実施例３ 実施例１において、アラミド繊維糸２本で筒状の補強繊
維基材を編む以外は、同様とした。尚、この場合、補強
繊維基材の密度は高くなるので、筒状に巻き重ねる回数
を実施例１より少なくして実施例１と同質量のリング体
とする。補強繊維基材を編む時間は短くなり、巻き重ね
る回数も少なくなるので、その分、製造工数が減る。

【００１４】実施例４ 実施例２において、アラミド繊維糸２本で平らなシート
状の補強繊維基材を編む以外は、同様とした。尚、この
場合、補強繊維基材の密度は高くなるので、筒状に巻き
重ねる回数を実施例２より少なくして実施例２と同質量
のリング体とする。製造工数が減るのは、実施例３と同
様である。

【００１５】比較例１ 実施例１において、ウェール２３本／inch，コース２３
本／inchとする以外は、同様とした。

【００１６】比較例２ 実施例１において、ウェール３０本／inch，コース１４
本／inchとする以外は、同様とした。

【００１７】比較例３ 実施例１において、ウェール３７本／inch，コース２２
本／inchとする以外は、同様とした。

【００１８】比較例４ 実施例１において、ウェール３０本／inch，コース２８
本／inchとする以外は、同様とした。

【００１９】上記の各例の樹脂歯車は、樹脂を含浸し成
形したリング体に切削加工により歯を形成した。表１に
は、成形したリング体から９０°の角度で切り出した扇
形試験片の曲げ強さと弾性率の測定結果を示した。ま
た、歯車に負荷をかけて連続回転したときの耐久性（破
壊までの総回転数）測定結果を示した。曲げ強さと弾性
率の測定は、４０mmの距離をもって扇形の外周側を支持
した試験片に内周側から２mm／分の速さで押圧力を加え
て実施。耐久性は、歯元応力２００MPaの負荷をかけた
樹脂歯車（モジュール（Ｍ）＝３．０，歯の数（Ｚ）＝
２２）を１３０℃オイル中で６０００rpmの速度で連続
回転し、樹脂歯車が破壊するまでの総回転数を測定。

【００２０】

【表１】

【００２１】表１に示した実施例１，２と比較例１〜４
の測定結果より、ウェールとコースの本数特定が、静的
な機械強度を多少低くすることになっても耐久性向上に
有効に作用することを理解できる。静的な機械強度が低
いといっても、それは実用的に支障ないレベルを十分に
保持している。実施例３，４は、実施例１，２に比べて
耐久性が低くなっているが、これは２本のアラミド繊維
糸で平らなシート状の補強繊維基材を編んでいるからで
ある。しかし、この場合も、ウェールとコースの本数特
定が耐久性向上に有効に作用しており、２本のアラミド
繊維糸で編んだ他の場合（ウェールとコースの本数を本
発明の特定範囲外とした場合）より耐久性に優れるもの
である。

【００２２】

【発明の効果】上述のように、本発明に係る平らなシー
ト状の補強繊維基材を用い、これを筒状に巻き重ねその
筒状体を軸方向に蛇腹状に折り畳んでなる樹脂含浸リン
グ体で歯車を構成することにより、静的な機械強度を保
持し、使用耐久寿命の長い樹脂歯車とすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る補強繊維基材の構成を説明する拡
大図である。

【図２】本発明が対象とする樹脂歯車を成形する様子を
示す断面説明図である。

【図３】本発明が対象とする樹脂歯車の断面説明図であ
る。

【図４】従来の補強繊維基材からリング体を構成する様
子を示す説明図である。

【図５】本発明に係る補強繊維基材からリング体を構成
する様子を示す説明図である。

【符号の説明】

１は金属製ブッシュ ２は回り止め １１は補強繊維基材 １２はリング体 １３は成形金型 １４は仮成形型

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3J030 BA01 BB02 BC01 BC05 4F204 AA29 AA39 AA40 AD03 AD05 AD16 AD35 AG13 AH12 AM28 FA01 FB01 FB11 FF05 FN11 FN15 FN17 4L002 AA06 AB01 AC00 BA01 EA00 EA05 FA06

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】アラミド繊維糸を平らなシート状に編んで
   なり、 ウェールが２５〜３５本／inch コースが１６〜２６本／inch であることを特徴とする樹脂歯車用補強繊維基材。
2. 【請求項２】請求項１記載の補強繊維基材を筒状に巻き
   重ねその筒状体を軸方向に蛇腹状に折り畳んでなるリン
   グ体と当該リング体の中央に配置した金属製ブッシュと
   を、リング体に樹脂を含浸して一体成形してなり、成形
   されたリング体の周囲に歯が形成されていることを特徴
   とする樹脂歯車。