JP3671802B2

JP3671802B2 - Resin gear

Info

Publication number: JP3671802B2
Application number: JP2000050379A
Authority: JP
Inventors: 昭治沢井; 伸一田原
Original assignee: Shin Kobe Electric Machinery Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 2000-02-28
Filing date: 2000-02-28
Publication date: 2005-07-13
Anticipated expiration: 2020-02-28
Also published as: JP2001241535A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リング状に整えられた補強繊維基材を歯部構成体とする樹脂歯車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
樹脂歯車の歯部を、次のようなリング状補強繊維基材により構成することが提案されている。図３（ａ）に示したものは、フェノール樹脂を含浸し乾燥した織布をリング状に打ち抜き、これを所定枚数積層したリング状補強繊維基材１である。また、同（ｂ）に示したものは、フェノール樹脂を含浸し乾燥した織布を扇形に打ち抜き、これを組合せてリング状にし所定枚数積層したリング状補強繊維基材１である。樹脂歯車は、これらのリング状補強繊維基材と当該補強繊維基材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、加熱加圧成形により補強繊維基材を金属製ブッシュと一体成形し、前記補強繊維基材を含む樹脂成形品の周囲に切削加工により歯を形成して完成する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
リング状補強繊維基材の繊維方向は、歯車の全周に亘って、歯の強度を最も大きくする方向に揃えられていることが望まれる。例えば、平歯車では、リング状補強繊維基材を構成している織布の縦糸又は横糸が、全ての歯において歯の高さ方向と一致していること、すなわち、放射状に配列されることが望まれる。しかし、図３（ａ）に示したリング状補強繊維基材を用いた場合、縦糸又は横糸の方向が歯の高さ方向と一致する歯は、全周のごく一部に限られる。図３（ｂ）に示したリング状補強繊維基材を用いた場合にも、縦糸又は横糸の方向が歯の高さ方向と一致する歯は（ａ）の場合より多少増えるだけで、未だ不十分である。このような構成では、各歯の強度にバラツキができてしまう。また、織布をリング状又は扇形に打ち抜くと多くの端材ができ無駄である。
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、リング状補強繊維基材の繊維方向を歯車の全周に亘って、歯の強度を大きくする方向に揃え、各歯の強度を大きく均一にすることである。また、リング状補強繊維基材を構成するときに、端材ができないようにすることである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために、本発明に係る樹脂歯車は、リング状補強繊維基材として、次のような構成を採用する。すなわち、樹脂を含浸したリング状補強繊維基材の成形品を歯部構成体とし、歯部構成体の中心には金属製ブッシュをインサート成形してなる樹脂歯車において、前記リング状補強繊維基材が、織布、抄造不織布、フェルトから選ばれた長尺の繊維基材をその長手方向を折目として折畳んで所定幅とし、その所定幅で長尺の繊維基材を螺旋巻きにより積層してリング状に整え、前記所定幅をリング幅とした構成である。
【０００６】
このような樹脂歯車の製造は、まず、所定幅で長尺の繊維基材に予め樹脂を保持させ、これを螺旋巻きにより積層してリング状に整え、前記所定幅をリング幅としたリング状補強繊維基材を準備する。そして、このリング状補強繊維基材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、加熱加圧成形によりリング状補強繊維基材を金属製ブッシュと一体成形し、前記リング状補強繊維基材を含む樹脂成形品に歯を形成する。
別の製造法では、まず、所定幅で長尺の繊維基材を螺旋巻きにより積層してリング状に整え、前記所定幅をリング幅としたリング状補強繊維基材を準備する。そして、このリング状補強繊維基材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、成形金型に注入した液状樹脂をリング状補強繊維基材に浸透させてリング状補強繊維基材を金属製ブッシュと一体成形し、前記リング状補強繊維基材を含む樹脂成形品に歯を形成する。
【０００７】
本発明においては、上記の螺旋巻きによる積層構成を採用することにより、長尺の繊維基材の繊維方向を歯車の全周に亘って揃えることができる。例えば、長尺の繊維基材が織布の場合、その横糸は歯車の径方向に放射状に配列し、縦糸は歯車の周方向に同心円状に配列するので、歯車の強度を確保する上で都合のよい繊維の配列となる。このことは、長尺の繊維基材が抄造不織布やフェルトの場合にも同様に言える。長尺の繊維基材の繊維方向を歯の強度を大きくする方向に揃えておけば、その繊維方向が上記の螺旋巻きによる積層構成にそのままもち込まれ、歯車の全周に亘って、歯車の強度を確保する上で都合のよい方向に繊維を揃えることができる。所定幅で長尺の繊維基材を螺旋巻きにより積層するので、端材も発生しない。
【０００８】
尚、本発明においては、リング状補強繊維基材のリング幅が歯車の外径や歯の高さに関係する。従って、歯車の外径や歯の高さに応じて長尺の繊維基材の幅を選定することになる。一方、長尺の繊維基材の螺旋巻きによる積層量（積層厚さ）が歯車の歯幅に関係する。従って、歯幅に応じて螺旋巻きによる積層量（積層厚さ）を調整することになる。長尺の繊維基材の繊維は、積層の全ての層において同じ方向に揃っている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明において、所定幅で長尺の繊維基材は、織布、抄造不織布、フェルトから選ぶことができる。さらには、筒状の織物又は編物を扁平にしたものから選ぶ。抄造不織布は繊維を水中に分散してシート状に抄造したものであり、フェルトは繊維を気中散布して集積し厚さ方向にニードリングを施して繊維同士を結着したものである。
【００１０】
これら長尺の繊維基材は、樹脂歯車に高強度と耐久性を付与するために、パラ系アラミド繊維で構成するのが好ましい。パラ系アラミド繊維で構成すると、樹脂歯車の強度は大きくなる一方で、歯車の歯を形成するときの切削加工性は低下する。歯車の用途に応じて、パラ系アラミド繊維とこれより低強度の有機繊維、例えば、メタ系アラミド繊維やポリエステル繊維を適宜併用する。長尺の繊維基材が織布、筒状の織物又は編物、中実の紐の場合は、パラ系アラミド繊維とこれより低強度の有機繊維の混紡糸を用いてこれらを構成する。混抄不織布やフェルトの場合は、パラ系アラミド繊維とこれより低強度の有機繊維を混合使用する。発明の実施の形態は、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１６μｍ）の混紡糸（パラ系アラミド繊維混紡量：４５質量％）を用いる。糸の太さは２０番手前後である。また、これら繊維をパラ系アラミド繊維が４５質量％になるように混合して混抄不織布やフェルトを構成する。
【００１１】
このように構成した所定幅で長尺の繊維基材１１を、図１（ａ）に示したように、螺旋巻きにより積層してリング状に整えたリング状補強繊維基材１とする。リング状補強繊維基材１のリング幅は長尺の繊維基材１１の幅に相当し、リング状補強繊維基材１のリング厚さは長尺の繊維基材１１の積層量によって決まる。リング状の整形は、二重円筒の型内で長尺の繊維基材１１の螺旋巻き積層を実施することにより行なう。
長尺の繊維基材１１は、これを長手方向を折目として折畳むことにより所定幅としたり、筒状の織物又は編物を扁平にして所定幅とすることができる。この場合、折目を内周側にして上記の螺旋巻きを行なうと、折目が骨となって螺旋巻きを良好に行なうことができリング状に整える作業もしやすい。図１（ｂ）は、折目を内周側にして螺旋巻きを実施する様子を示している。
【００１２】
長尺の繊維基材１１の螺旋巻きによる積層は、その後の成形の仕方によって次の手段を適宜選択することができる。
一つ目は、所定幅で長尺の繊維基材を、これに予め樹脂を保持させてから、螺旋巻きにより積層するものである。二つ目は、所定幅で長尺の繊維基材を、これに樹脂を保持させないで、螺旋巻きにより積層するものである。リング状補強繊維基材１は、螺旋巻きにより積層しただけでは嵩張っている。そこで、前記一つ目の場合は螺旋巻きによる積層後に温金型でプレスして仮成形し、二つ目の場合は螺旋巻きによる積層後に冷金型又は温金型でプレスして仮成形し、嵩張りを取ってから歯車の成形に供する。所定幅で長尺の繊維基材に予め樹脂を保持させる方法は、液状樹脂を含浸し乾燥してプリプレグにする方法、抄造不織布やフェルトを製造する段階で粉末状ないし粒状樹脂を混入する方法である。
【００１３】
図２は、リング状補強繊維基材１と金属製ブッシュ２を一体に成形する様子を示している。リング状補強繊維基材１を成形金型３内で２段に重ね、中央に金属製ブッシュ２を配置して成形金型３を閉じる。リング状補強繊維基材１が、既に樹脂を保持させたものである場合には、加熱加圧成形により樹脂を一旦溶融させその後硬化させる。リング状補強繊維基材１が、樹脂を保持させたものでない場合には、成形金型３を閉じるときの圧力でリング状補強繊維基材１を圧縮変形させて金属製ブッシュ２の形状になじませる。そして、成形金型内を減圧状態（１３００Pa）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）を注入してリング状補強繊維基材１に浸透させ加熱硬化させる。
補強繊維基材１を含む樹脂成形品の周囲に切削加工により歯を形成し、樹脂歯車を完成する。
【００１４】
【実施例】
上記のパラ系アラミド繊維とメタ系アラミド繊維を混合して長尺のフェルト（幅２ｍ，密度１３０ｇ／cm³）を準備した。このフェルトは、大半の繊維が幅方向に揃えられており、厚さ方向にニードリングを処理を施して繊維同士の結着を高めたものである。前記フェルトを１５mm幅で長手方向に裁断し、これをリング状に整えながら螺旋巻き積層し、成形金型にそのまま収容できる厚さになるように、温金型でプレスし仮成形した。このリング状補強繊維基材を２個用い、上記発明の実施の形態で説明した液状樹脂を成形金型に注入する方法により、リング状補強繊維基材を金属製ブッシュと一体成形した。リング状補強繊維基材に浸透させる液状樹脂として架橋ポリアミノアミドを用いた。リング状補強繊維基材を含む樹脂成形品の寸法は、外径９０mm，内径６０mm，厚さ１４mmである。
【００１５】
従来例
上記実施例と同配合のパラ系アラミド繊維とメタ系アラミド繊維の混紡糸を用いて織った織布を準備し、これを図３（ａ）を参照して説明したようにリング状に打ち抜き加工し所定枚数積層したリング状補強繊維基材とした。この補強繊維基材を用い、実施例と同様に成形した。尚、リング状に打ち抜き加工してできた無駄な端材は、材料の６４％を占める。
【００１６】
上記実施例と従来例のリング状補強繊維基材を含む樹脂成形品の周囲に切削加工により歯を形成し、これから４５°間隔で切り出した各試料の曲げ強度を測定した。表１には測定した曲げ強度の最大値と最小値、平均値を示す。
【００１７】
【表１】

【００１８】
【発明の効果】
上述のように、本発明に係る樹脂歯車は、歯の強度を全周に亘って大きく且つ均一にすることができる。リング状補強繊維基材を構成するに当たり、端材も殆ど発生しない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る樹脂歯車を成形するためのリング状補強繊維基材の説明図である。
【図２】本発明に係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】従来の樹脂歯車を成形するためのリング状補強繊維基材の説明図である。
【符号の説明】
１はリング状補強繊維基材
１１は所定幅で長尺の繊維基材
２は金属製ブッシュ
３は成形金型[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a resin gear having a reinforcing fiber base arranged in a ring shape as a tooth component .
[0002]
[Prior art]
It has been proposed that the tooth portion of the resin gear is constituted by the following ring-shaped reinforcing fiber base material. What was shown to Fig.3 (a) is the ring-shaped reinforcement fiber base material 1 which punched the woven fabric which impregnated the phenol resin and dried in the shape of a ring, and laminated | stacked a predetermined number of this. Also, what is shown in (b) is a ring-shaped reinforcing fiber substrate 1 in which a woven fabric impregnated with a phenol resin and dried is punched out into a fan shape, and a predetermined number of layers are laminated by combining them. The resin gear accommodates the ring-shaped reinforcing fiber base and a metal bush arranged in the center of the reinforcing fiber base in a molding die, and the reinforcing fiber base is integrated with the metal bush by heat and pressure molding. Molding is performed by forming teeth around the resin molded product including the reinforcing fiber substrate by cutting.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
It is desirable that the fiber direction of the ring-shaped reinforcing fiber substrate is aligned in the direction that maximizes the tooth strength over the entire circumference of the gear. For example, in a spur gear, the warp or weft of the woven fabric constituting the ring-shaped reinforcing fiber base material may coincide with the height direction of the teeth in all teeth, that is, be radially arranged. desired. However, when the ring-shaped reinforcing fiber base shown in FIG. 3A is used, the number of teeth whose warp or weft directions coincide with the height direction of the teeth is limited to a small part of the entire circumference. Even when the ring-shaped reinforcing fiber base shown in FIG. 3 (b) is used, the number of teeth whose warp or weft directions coincide with the height direction of the teeth is slightly increased as compared with the case of (a). It is enough. In such a configuration, the strength of each tooth varies. Moreover, if the woven fabric is punched into a ring shape or a fan shape, many end materials are formed, which is useless.
[0004]
The problem to be solved by the present invention is to align the fiber direction of the ring-shaped reinforcing fiber base material in the direction of increasing the tooth strength over the entire circumference of the gear, and to make the strength of each tooth large and uniform. . Moreover, when forming a ring-shaped reinforcing fiber base material, it is to prevent end material.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, the resin gear according to the present invention employs the following configuration as a ring-shaped reinforcing fiber substrate. That is, a ring-shaped reinforcing fiber base material in which a molded article of a ring-shaped reinforcing fiber base material impregnated with a resin is used as a tooth structure, and a metal bush is insert-molded at the center of the tooth structure. However, a long fiber substrate selected from woven fabric, paper-made non-woven fabric, and felt is folded with the longitudinal direction as a fold to obtain a predetermined width, and the long fiber substrate is laminated by spiral winding with the predetermined width. In this configuration, the predetermined width is adjusted to be a ring width.
[0006]
In manufacturing such a resin gear, first, a long fiber base material having a predetermined width is preliminarily held by resin, and this is laminated by spiral winding to prepare a ring shape. A reinforcing fiber substrate is prepared. Then, the ring-shaped reinforcing fiber base material and the metal bush arranged in the center thereof are accommodated in a molding die, and the ring-shaped reinforcing fiber base material is integrally formed with the metal bush by heat and pressure molding, and the ring-shaped Teeth are formed on a resin molded product including a reinforcing fiber substrate.
In another production method, first, a long fiber base material having a predetermined width is laminated by spiral winding and arranged in a ring shape to prepare a ring-shaped reinforcing fiber base material having the predetermined width as a ring width. Then, the ring-shaped reinforcing fiber base material and the metal bush arranged at the center thereof are accommodated in a molding die, and the liquid resin injected into the molding die is infiltrated into the ring-shaped reinforcing fiber base material to thereby form the ring-shaped reinforcing fiber. A base material is integrally formed with a metal bush, and teeth are formed on a resin molded product including the ring-shaped reinforcing fiber base material.
[0007]
In this invention, the fiber direction of a long fiber base material can be arrange | equalized over the perimeter of a gearwheel by employ | adopting the laminated structure by said spiral winding. For example, when the long fiber base material is a woven fabric, the weft yarns are arranged radially in the radial direction of the gear and the warp yarns are arranged concentrically in the circumferential direction of the gear, which is convenient for securing the strength of the gear. A good fiber array. The same can be said when the long fiber base material is a paper-made nonwoven fabric or felt. If the fiber direction of the long fiber base material is aligned with the direction in which the tooth strength is increased, the fiber direction is directly brought into the laminated structure by the spiral winding described above, The fibers can be aligned in a direction that is convenient for securing the strength. Since long fiber bases having a predetermined width are laminated by spiral winding, no end material is generated.
[0008]
In the present invention, the ring width of the ring-shaped reinforcing fiber base is related to the outer diameter of the gear and the tooth height. Therefore, the width of the long fiber base is selected according to the outer diameter of the gear and the height of the teeth. On the other hand, the amount of lamination (lamination thickness) by spiral winding of a long fiber base material is related to the tooth width of the gear. Therefore, the amount of lamination (lamination thickness) by spiral winding is adjusted according to the tooth width. The fibers of the long fiber base are aligned in the same direction in all layers of the stack.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the present invention, the long and long fiber base material can be selected from woven fabric, paper-made non-woven fabric, and felt. Furthermore, it selects from what flattened the cylindrical fabric or knitted fabric . The non-woven fabric is made by dispersing fibers in water and made into a sheet, and the felt is obtained by spreading and collecting fibers in the air and then needling in the thickness direction to bind the fibers together.
[0010]
These long fiber base materials are preferably composed of para-aramid fibers in order to impart high strength and durability to the resin gear. When the para-aramid fiber is used, the strength of the resin gear increases, while the cutting workability when forming the gear teeth decreases. Depending on the use of the gear, a para-aramid fiber and an organic fiber having a lower strength than this, for example, a meta-aramid fiber or a polyester fiber are appropriately used in combination. In the case where the long fiber base material is a woven fabric, a tubular woven fabric or knitted fabric, or a solid string, these are formed using a blended yarn of para-aramid fiber and organic fiber having lower strength than this. In the case of a mixed nonwoven fabric or felt, a para-aramid fiber and an organic fiber having a lower strength than this are mixed and used. The embodiment of the invention is a blended yarn of para-aramid fibers (fiber length 50 mm, fiber diameter 16 μm) and meta-aramid fibers (fiber length 50 mm, fiber diameter 16 μm) (para-aramid fiber blend amount: 45 mass%). Use. The thread thickness is around 20th. Further, these fibers are mixed so that the para-aramid fiber is 45% by mass to form a mixed nonwoven fabric or felt.
[0011]
As shown in FIG. 1A, the long fiber base material 11 having a predetermined width configured as described above is formed into a ring-shaped reinforcing fiber base material 1 that is laminated by spiral winding and arranged in a ring shape. The ring width of the ring-shaped reinforcing fiber base material 1 corresponds to the width of the long fiber base material 11, and the ring thickness of the ring-shaped reinforcing fiber base material 1 is determined by the stacking amount of the long fiber base material 11. The ring-shaped shaping is performed by carrying out spiral winding lamination of the long fiber base material 11 in a double cylinder mold.
The long fiber base material 11 can be made to have a predetermined width by folding the long fiber base material 11 with the longitudinal direction as a crease, or can be made to have a predetermined width by flattening a tubular woven fabric or knitted fabric. In this case, when the above-described spiral winding is performed with the crease being on the inner peripheral side, the fold becomes a bone, and the spiral winding can be performed satisfactorily, and the work of adjusting the ring shape is easy. FIG.1 (b) has shown a mode that spiral winding is implemented by making a fold into the inner peripheral side.
[0012]
For the lamination of the long fiber base 11 by spiral winding, the following means can be appropriately selected depending on the manner of subsequent molding.
The first is to laminate a long fiber base having a predetermined width by spiral winding after a resin is previously held therein. The second is to laminate a long fiber base having a predetermined width by spiral winding without holding the resin on the long fiber base. The ring-shaped reinforcing fiber substrate 1 is bulky only by being laminated by spiral winding. Therefore, in the first case, after the lamination by spiral winding, it is temporarily molded by pressing with a warm die, and in the second case, after lamination by spiral winding, it is pressed by a cold die or a warm die and temporarily molded. After removing the bulk, it is used for forming gears. The method of preliminarily holding the resin on the long fiber base with a predetermined width is a method of impregnating a liquid resin and drying to make a prepreg, or a method of mixing a powdery or granular resin in the stage of producing a paper-made nonwoven fabric or felt. is there.
[0013]
FIG. 2 shows a state in which the ring-shaped reinforcing fiber base 1 and the metal bush 2 are integrally formed. The ring-shaped reinforcing fiber base material 1 is stacked in two stages in the molding die 3, and a metal bush 2 is disposed at the center to close the molding die 3. In the case where the ring-shaped reinforcing fiber substrate 1 has already retained the resin, the resin is once melted by heating and pressing and then cured. If the ring-shaped reinforcing fiber base material 1 is not a resin-supported one, the ring-shaped reinforcing fiber base material 1 is compressed and deformed by the pressure when the molding die 3 is closed, so that it conforms to the shape of the metal bush 2. Make it. Then, the inside of the molding die is brought into a reduced pressure state (1300 Pa), and a liquid resin (crosslinked polyaminoamide, epoxy resin, polyimide, etc.) is injected, permeated into the ring-shaped reinforcing fiber substrate 1 and cured by heating.
Teeth are formed by cutting work around the resin molded product including the reinforcing fiber base 1 to complete the resin gear.
[0014]
【Example】
A long felt (width 2 m, density 130 g / cm ³ ) was prepared by mixing the para-aramid fiber and the meta-aramid fiber. In this felt, most of the fibers are aligned in the width direction, and needling is applied in the thickness direction to increase the binding between the fibers. The felt was cut in the longitudinal direction with a width of 15 mm, spirally laminated while arranging it in a ring shape, and pressed with a hot die so as to have a thickness that can be accommodated in a molding die as it was, and then temporarily formed. By using the two ring-shaped reinforcing fiber bases, the ring-shaped reinforcing fiber base was integrally formed with a metal bush by the method of injecting the liquid resin described in the embodiment of the present invention into a molding die. Cross-linked polyaminoamide was used as a liquid resin that permeates the ring-shaped reinforcing fiber substrate. The resin molded product including the ring-shaped reinforcing fiber base has an outer diameter of 90 mm, an inner diameter of 60 mm, and a thickness of 14 mm.
[0015]
Conventional Example A woven fabric woven using a mixed yarn of para-aramid fiber and meta-aramid fiber having the same composition as in the above example was prepared, and this was formed into a ring shape as described with reference to FIG. A ring-shaped reinforcing fiber substrate was punched and laminated in a predetermined number. Using this reinforcing fiber substrate, it was molded in the same manner as in the example. In addition, the waste end material produced by punching into a ring shape occupies 64% of the material.
[0016]
Teeth were formed by cutting on the periphery of the resin molded product including the ring-shaped reinforcing fiber base material of the above example and the conventional example, and the bending strength of each sample cut out at intervals of 45 ° was measured. Table 1 shows the maximum, minimum, and average values of the measured bending strength.
[0017]
[Table 1]

[0018]
【The invention's effect】
As described above, the resin gear according to the present invention can make the tooth strength large and uniform over the entire circumference. In constituting the ring-shaped reinforcing fiber base material, almost no end material is generated.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory view of a ring-shaped reinforcing fiber base material for molding a resin gear according to the present invention.
FIG. 2 is an explanatory cross-sectional view showing a state of molding a resin gear according to the present invention.
FIG. 3 is an explanatory view of a ring-shaped reinforcing fiber base material for molding a conventional resin gear.
[Explanation of symbols]
1 is a ring-shaped reinforcing fiber substrate 11 is a predetermined width and long fiber substrate 2 is a metal bush 3 is a molding die

Claims

In the resin gear formed by insert-molding a metal bush at the center of the tooth structure, the molded article of the ring-shaped reinforcing fiber base impregnated with resin is used as the tooth structure.
The ring-shaped reinforcing fiber base material is a ring obtained by folding a long fiber base material selected from woven fabric, paper-made non-woven fabric, and felt with the longitudinal direction as a fold, and laminating this by spiral winding. A resin gear having a configuration in which the predetermined width is a ring width.

2. The resin gear according to claim 1, wherein the ring-shaped reinforcing fiber base material is spirally wound with the fold of the long fiber base material facing the inner peripheral side.