JP3980239B2

JP3980239B2 - 樹脂歯車及びその製造法

Info

Publication number: JP3980239B2
Application number: JP2000018505A
Authority: JP
Inventors: 昭治沢井; 直巳小林; 浩上田
Original assignee: Shin Kobe Electric Machinery Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 2000-01-27
Filing date: 2000-01-27
Publication date: 2007-09-26
Anticipated expiration: 2020-01-27
Also published as: JP2001208166A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属製ブッシュを鋳込み成形した樹脂歯車とその製造法に関する。殊に、金属製ブッシュとその周囲に配置した補強繊維基材とを成形金型に収容し、成形金型に注入した液状樹脂を補強繊維基材に含浸して金属製ブッシュを鋳込み成形した樹脂歯車、すなわち、注入成形による樹脂歯車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属製ブッシュを鋳込み成形した樹脂歯車は、金属製ブッシュと樹脂部分の結合強度を確保することが重要である。
上記注入成形による樹脂歯車の製造は、成形金型を閉じたときの圧力で補強繊維基材を変形させることにより、金属製ブッシュ外周面から放射状に多数突出した回り止めを補強繊維基材に食い込ませた状態とし、この状態で、成形金型に液状樹脂を注入して実施する。前記液状樹脂の注入時ならびにその硬化時に補強繊維基材が変形して前記食い込みが促進されることは殆どなく、この点が、予め樹脂を含浸した補強繊維基材を加熱加圧成形し金属製ブッシュを鋳込み成形する樹脂歯車の製造と大きく異なっている。すなわち、前記加熱加圧成形では、補強繊維基材が樹脂の流動と共に動いて回り止め周囲に充填されるので、補強繊維基材を含む樹脂部分と金属製ブッシュの結合が確実で結合強度も大きくなる。それに対し、注入成形では、樹脂の流動に伴う補強繊維基材の移動が起こりにくいので、回り止め周囲への補強繊維基材の充填が不足になりがちである。
【０００３】
強度、耐熱性、耐摩耗性、寸法安定性を高度に求められる樹脂歯車（例えば、自動車部品用）においては、補強繊維として繊維長を長くすること、高強度のアラミド繊維を採用することなどが検討されている。また、補強繊維基材の形態も、編み物、織布、繊維間をニードルパンチにより結合したフェルト状物などが検討されている。このような場合の注入成形では、成形金型を閉じる圧力で起こる補強繊維基材の変形が少なくなる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
注入成形による樹脂歯車おいては、成形金型を閉じる圧力で起こる補強繊維基材の変形が少ないと、回り止め周囲への補強繊維基材の充填が不足し、この部分は樹脂リッチとなる。補強繊維基材の含有量が少ない樹脂リッチの部分は機械強度が小さくなるので、金属製ブッシュと樹脂部分の結合強度が低下する心配がある。
【０００５】
本発明は、金属製ブッシュとその周囲に配置した補強繊維基材とを成形金型に収容し、成形金型に注入した液状樹脂を補強繊維基材に含浸して金属製ブッシュを鋳込み成形してなる、すなわち、注入成形による樹脂歯車を対象としている。本発明が解決しようとする課題は、前記樹脂歯車において、補強繊維基材を回り止め周囲に十分に充填することにより、金属製ブッシュと補強繊維基材を含む樹脂部分の結合強度を大きくすることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る注入成形による樹脂歯車は、金属製ブッシュが次のような構成を備えていることを特徴とする。すなわち、
金属製ブッシュは外周面が円柱形状であり、前記金属製ブッシュ外周面には多数の回り止めが放射状に突出し、前記回り止めは金属製ブッシュの厚さ方向中央部のみの周面に一筋配置されており、回り止め厚さは金属製ブッシュ厚さよりも薄く、隣接する回り止め間にできる凹面は、金属製ブッシュ面方向の断面形状が円弧状であり、回り止めは、金属製ブッシュの厚さ方向のみ、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ことを特徴とする。
【０００７】
上述したように、注入成形における補強繊維基材の回り止め周囲への充填は、成形金型を閉じたときの圧力で補強繊維基材が変形することにより行なわれる。円弧状の断面形状の上記凹面へは、変形した補強繊維基材が滑るように入り込む。これに加えて、回り止め厚さを金属製ブッシュ厚さより薄くすることにより、回り止めは補強繊維基材中に埋没する。これらの作用により、補強繊維基材の回り止め周囲への充填性は良好となり、回り止め周囲には補強繊維基材を含まない樹脂リッチの部分ができにくい。樹脂リッチの部分は機械強度が小さいので、金属製ブッシュの周囲に樹脂リッチの部分ができると損傷しやすく、そこから始まった損傷は樹脂歯車の歯の部分に向かって伝播しやすい。しかし、本発明に係る樹脂歯車は、金属製ブッシュ周囲に補強繊維基材が十分に充填されているので損傷しにくく、その結果、金属製ブッシュと補強繊維基材を含む樹脂部分の結合強度は大きいものとなる。
【０００８】
金属製ブッシュ外周面に放射状に突出した回り止めは、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とする。好ましくは、アンダーカットの掘り込み深さｄは、回り止め高さｈの３０〜８５％である。
【０００９】
樹脂歯車の回転時には、回り止めが樹脂部分を剪断しようとする力が発生するが、回り止めをアンダーカット形状にすることにより断面で見たときの樹脂部分の面積が増えるので、前記剪断力受ける側として好都合である。また、樹脂部分の熱膨張率は金属製ブッシュの熱膨張率より大きい。従って、熱膨張によって、樹脂部分は金属製ブッシュから径方向へ離れようとするが、上記のアンダーカット形状は、この動きを妨げるように作用する。
尚、アンダーカットの掘り込み深さｄが、回り止め高さｈの８５％を越えると、回り止め基部の強度が小さくなってくるので、８５％程度にとどめることが好ましい。
【００１０】
このような注入成形による樹脂歯車は、次のように製造する。
金属製ブッシュとその周囲に配置した補強繊維基材とを成形金型に収容し、成形金型に液状樹脂を注入して補強繊維基材に含浸し金属製ブッシュを鋳込み成形するのであるが、前記金属製ブッシュは外周面が円柱形状であり、
その外周面には、厚さ方向中央部のみに多数の回り止めを放射状に突出させ、前記回り止めは金属製ブッシュの厚さ方向中央部のみの周面に一筋配置し、
回り止め厚さを金属製ブッシュの厚さより薄くし、
隣接する回り止め間にできる凹面の断面（金属製ブッシュ面方向の断面）形状を円弧状とし、
回り止めを、金属製ブッシュの厚さ方向のみ、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とした構成を採用する。
そして、成形金型を閉じたときの圧力で補強繊維基材を変形させることにより、回り止め周囲に補強繊維基材を充填して、回り止めを補強繊維基材に食い込ませた状態とする。この状態で、成形金型に液状樹脂を注入して補強繊維基材に浸透させる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明においては、補強繊維基材として種々の形態を採用することができる。例えば、図４に示すように、アラミド繊維糸を織ったり編んだりして形成した筒状体１を軸方向に巻き上げリング状に形成した補強繊維基材２である。そのほかにも、繊維間をニードルパンチにより結合したフェルト状物を筒状ないしはロール状に巻き、これを軸方向へ蛇腹状に圧縮した補強繊維基材等を採用することができる。フェルト状物を構成するアラミド繊維は、繊維長を５０mm程度にするのが適当である。
【００１２】
金属製ブッシュの周囲に上記の補強繊維基材を配置して成形金型に収容し、補強繊維基材に樹脂を含浸して、金属製ブッシュを鋳込み成形する。例えば、図５に示すように、補強繊維基材２を成形金型２１内で２段に重ね、中央には金属製ブッシュ１１を配置して、成形金型２１を閉じる。成形金型を閉じるときの圧力で補強繊維基材２を圧縮変形させて金属製ブッシュ１１の形状になじませ、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）を注入して補強繊維基材に浸透させ加熱硬化させる。
補強繊維基材を含む樹脂部分（外周）に切削加工により歯を形成し、図２に示したような樹脂歯車とする。図２（ａ）に示すように、金属製ブッシュ１１の外周面には多数の回り止め１２が放射状に突出し、図２（ｂ）に示すように、その回り止め１２の周囲に補強繊維基材が十分に充填され、回り止め１２と補強繊維基材を含む樹脂部分とが一体となっている。
アラミド繊維、殊に、パラ系アラミド繊維は極めて高強度である。パラ系アラミド繊維だけで補強繊維基材を構成すると、上記の切削加工性が低下するので、メタ系アラミド繊維を併用するとよい。両繊維の混紡糸で筒状体１を形成したり、両繊維を併用してフェルト状物を構成する。両繊維の併用は、回り止め周囲への補強繊維基材充填性を高める上でも好都合である。
【００１３】
本発明において重要な点は、回り止め１２の構成である。以下、発明の実施の形態を詳述する。
図１に示すように、回り止め１２は、金属製ブッシュ１１の外周面に放射状に多数突出させるが、多数とは１０個又はそれを越えるような個数、好ましくは１５個以上である。これらを金属製ブッシュ１１の外周面に等角度で配置する。回り止めを数個配置した程度では、１個の回り止めが樹脂部分を剪断しようとする力が大きくなり、樹脂部分が破壊されやすい。多数の回り止めを等角度で配置することにより、１個の回り止めが樹脂部分を剪断しようとする力は小さくなり、かつ、各回り止めの剪断力は均一になる。
回り止め間にできる凹面１３は、金属製ブッシュ面方向の断面形状が円弧である。円弧の半径Ｒは、補強繊維基材がパラ系アラミド繊維とメタ系アラミド繊維の併用の場合、５〜２mm程度が適当である。１mm程度になると、円弧状であっても補強繊維基材の充填性が低下してくる。
回り止め１２の厚さは、金属製ブッシュ１１の厚さの１／３程度にするのが適当である。図１（ｂ）に示すように、回り止め１２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とする。特に、アンダーカットの掘り込み深さｄを回り止め高さｈの３０〜８５％にすると、金属製ブッシュと樹脂部分の結合強度を一層大きくすることができる。
【００１４】
【実施例】
実施例
パラ系アラミド繊維とメタ系アラミド繊維の混紡糸（混紡質量比５０／５０，２０番手）で織った筒状体１（目付け量１３０ｇ／ｍ²）を準備した。この筒状体１を軸方向に巻き上げてなる補強繊維基材２を２個用い、金属製ブッシュ１１と共に、上記図５を参照して説明した方法により、注入成形を行なった。補強繊維基材２への樹脂含浸は、減圧状態（１３００Pa）にした成形金型２１に架橋ポリアミノアミドを注入して行なった。
ここで、金属製（鋼製）ブッシュ１１は、厚さ９mm，回り止め１２を含む外径５２mm，回り止め１２を含まない外径４９mmである。回り止め１２は、１５°間隔で２４個配置されている。その高さｈは１．５mm、頂部の厚さは３mmである。回り止め間にできる凹面１３は、半径Ｒ３mm，深さ１．３mmである。従って、凹面１３の最も深い箇所でも回り止め１２を含まない外周面との間には０．２mmの段差を生じている。
成形した補強繊維基材を含む樹脂部分は、外径８０mmであり、切削加工により外周に歯を形成した（歯数２２）。
上記の条件を一定にし、図１（ｂ）を参照して説明したアンダーカットの掘り込み深さｄを０，０．５，０．７５，１，１．２５mmの範囲で変えた樹脂歯車を準備し、金属製ブッシュと樹脂部分の結合強度を評価した。尚、掘り込み深さｄが０の場合は、アンダーカット形状ではなく、回り止めの頂部から基部まで同じ３mm厚さとした場合である。前記アンダーカットの掘り込み深さｄを、回り止め高さｈに対する割合に換算すると、それぞれ、０，３３，５０，６７，８３％である。
結合強度の評価は、固定した鋼製歯車に上記各樹脂歯車を噛み合わせ、樹脂歯車の回転軸を捻じって、金属製ブッシュと樹脂部分の界面の破壊荷重を測定するものである。破壊荷重は、両者の結合部で樹脂部分にクラックが発生する時点の大きさとした。クラックは、いずれも樹脂部分と回り止めの界面から歯に向かって入る。結果を、図３に示す。図３から、アンダーカットの掘り込み深さｄが、回り止め高さｈの３０〜８５％のときに、一層結合強度が顕著になることが分かる。
【００１５】
従来例
上記実施例において、凹面１３の断面形状を矩形にした。深さは１．３mmである。また、アンダーカットの掘り込み深さｄを、０．７５mmとした。図６に、その金属製ブッシュの平面図と要部拡大図を示す。
実施例と同様に破壊荷重を測定して結果を、図３に併せて示した。
【００１６】
【発明の効果】
上述のように、本発明に係る注入成形による樹脂歯車は、金属製ブッシュの回り止めの構成を特定することにより、金属製ブッシュと樹脂部分の結合強度を大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る樹脂歯車に適用する金属製ブッシュの平面図と要部拡大図（ａ）及びＡ−Ａ’線に沿う断面図（ｂ）である。
【図２】本発明に係る樹脂歯車の平面図（ａ）及びＢ−Ｂ’線に沿う断面図（ｂ）である。
【図３】樹脂歯車の金属製ブッシュと樹脂部分の界面の破壊荷重を示す曲線図である。
【図４】本発明に係る樹脂歯車に適用する補強繊維基材の一例を示す説明図である。
【図５】本発明に係る樹脂歯車を成形する様子を示す説明図である。
【図６】従来の樹脂歯車に適用する金属製ブッシュの平面図と要部拡大図である。
【符号の説明】
１は筒状体
２は補強繊維基材
１１は金属製ブッシュ
１２は回り止め
１３は凹面
２１は成形金型

Claims

金属製ブッシュとその周囲に配置した補強繊維基材とを成形金型に収容し、成形金型に注入した液状樹脂を補強繊維基材に含浸して金属製ブッシュを鋳込み成形した樹脂歯車において、
前記金属製ブッシュは外周面が円柱形状であり、
前記金属製ブッシュの外周面には多数の回り止めが放射状に突出し、前記回り止めは金属製ブッシュの厚さ方向中央部のみの周面に一筋配置されており、
回り止め厚さは金属製ブッシュの厚さより薄く、
隣接する回り止め間にできる凹面は金属製ブッシュ面方向の断面形状が円弧状であり、
回り止めは、金属製ブッシュの厚さ方向のみ、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ことを特徴とする樹脂歯車。
アンダーカットの掘り込み深さｄが、回り止め高さｈの３０〜８５％である請求項１記載の樹脂歯車。
金属製ブッシュとその周囲に配置した補強繊維基材とを成形金型に収容し、成形金型に液状樹脂を注入して補強繊維基材に含浸し金属製ブッシュを鋳込み成形する樹脂歯車の製造において、
前記金属製ブッシュは外周面が円柱形状であり、
その外周面に多数の回り止めを放射状に突出させ、前記回り止めは金属製ブッシュの厚さ方向中央部のみの周面に一筋配置し、
回り止め厚さを金属製ブッシュの厚さより薄くし、
隣接する回り止め間にできる凹面の断面（金属製ブッシュ面方向の断面）形状を円弧状とし、
回り止めを、金属製ブッシュの厚さ方向のみ、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とした構成を採用し、
成形金型を閉じたときの圧力で補強繊維基材を変形させることにより、回り止めを補強繊維基材に食い込ませた状態とし、この状態で、成形金型に液状樹脂を注入することを特徴とする樹脂歯車の製造法。