JP5589606B2 - 樹脂回転体およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は樹脂回転体およびその製造方法に関し、詳しくは金属ブッシュの外周面に樹脂リングと金属ブッシュとを相互に回転しないように結合する周り止め手段を設けた樹脂回転体およびその製造方法に関する。

従来、リング状の樹脂リングと、上記樹脂リングの内周面に嵌合した金属ブッシュとから構成され、上記金属ブッシュの外周面に、樹脂リングと金属ブッシュとを相互に回転しないように結合する周り止め手段を設けた樹脂回転体が知られている（特許文献１〜４）。
このうち特許文献１、２にかかる樹脂回転体の製造方法は、成形用金型の内部に金属ブッシュを配置するとともに、上記金属ブッシュの周り止め手段を軸方向両側から挟むように２つのリング状の補強繊維を配置し、この補強繊維を軸方向両側から押圧しながら該補強繊維に樹脂を含浸させ、上記樹脂リングを成形するものとなっている。
また特許文献３、４にかかる樹脂回転体の製造方法は、上記金属ブッシュを成形用金型の内部に設置した状態で、上記金属ブッシュの軸方向厚さよりも厚く補強繊維を積層させ、この補強繊維を軸方向両側から押圧しながら該補強繊維に樹脂を含浸させ、上記樹脂リングを成形するようになっている。

登録第３９８０２３９号公報 特開２００１−２９５９１３号公報 特開２００９−１５４３３８号公報 特開２００９−２５０３６４号公報

しかしながら特許文献１〜４の場合、成形用金型の内部において金属ブッシュおよび繊維を配置して、上記繊維に樹脂を含浸させなければならず、成形用金型の構造が複雑となり、また工程が煩雑であるという問題があった。
このような問題に鑑み、本発明は簡易な工程で製造可能であって、かつ樹脂リングと金属ブッシュとの脱落が生じにくい樹脂回転体およびその製造方法を提供するものである。

すなわち請求項１の発明にかかる樹脂回転体は、リング状の樹脂リングと、上記樹脂リングの内周面に嵌合した金属ブッシュとから構成され、
上記金属ブッシュの外周面に、樹脂リングと金属ブッシュとを相互に回転しないように結合する周り止め手段を設けた樹脂回転体において、
上記樹脂リングは、抄造により製造したシート状樹脂を軸方向に複数枚積層させるとともに内周面の径を上記金属ブッシュの外周面と略同径に形成した素形体を加熱圧縮することにより成形され、
上記金属ブッシュは、上記素形体の内周面に軸方向に沿って圧入されることで樹脂リングに一体に連結され、
さらに該金属ブッシュの上記周り止め手段を、上記金属ブッシュの外周面に沿って放射状に一列設けた突起とし、かつ当該突起を金属ブッシュの軸方向中央よりも該金属ブッシュの圧入方向前方に偏倚した位置に設けたことを特徴としている。

すなわち請求項４の発明にかかる樹脂回転体の製造方法は、リング状を有する樹脂リングの内周面に金属ブッシュを嵌合し、その際上記金属ブッシュの外周面に設けた周り止め手段によって樹脂リングと金属ブッシュとを相互に回転しないように結合する樹脂回転体の製造方法において、
抄造により製造したシート状樹脂を軸方向に複数枚積層させるとともに内周面の径を上記金属ブッシュの外周面と略同径に形成した素形体を形成するとともに、上記金属ブッシュの上記周り止め手段を、該金属ブッシュの軸方向中央よりも一方の端面に偏倚した位置に設け、
上記素形体を加熱圧縮して上記樹脂リングを成形するとともに、上記金属ブッシュを上記素形体の内周面に軸方向に沿って圧入して樹脂リングに金属ブッシュを一体に連結し、
さらに上記金属ブッシュを素形体に圧入するする際、上記周り止め手段を該金属ブッシュの圧入方向前方に位置させることを特徴としている。

上記請求項１および請求項４の発明によれば、抄造により製造したシート状樹脂を軸方向に複数枚積層させた素形体を成形しておき、該素形体の内周面に金属ブッシュを圧入すればよいため、製造用金型に収容した繊維に樹脂を含浸させる必要がなく、容易に樹脂回転体を製造することができる。
また上記発明によれば、金属ブッシュの上記周り止め手段を、該金属ブッシュの軸方向中央よりも一方の端面に偏倚した位置に設けて、上記金属ブッシュを素形体に圧入するする際に該周り止め手段を該金属ブッシュの圧入方向前方に位置させている。
その結果、後述する実験結果からも明らかなように金属ブッシュに対して圧入方向の反対方向に荷重が作用しても、樹脂リングから金属ブッシュが脱落しにくいようにすることができる。

本実施例にかかる樹脂歯車の斜視図 樹脂歯車の周方向断面図 樹脂歯車の軸方向断面図 樹脂歯車の製造方法を説明する図 実験に使用する実験装置の構成を示した図 実験結果を示すグラフ

以下図示実施例について説明すると、図１ないし図３はエンジンのバランスシャフトギア等に用いる樹脂回転体１を示し、図１は樹脂回転体１の斜視図を、図２は樹脂回転体１の中心軸に対して直交する平面で切断した周方向断面図を、図３は軸方向に平行な平面で切断した軸方向断面図をそれぞれ示している。
上記樹脂回転体１は、リング状の樹脂リング２と、上記樹脂リング２の内周面２ａに嵌合した金属ブッシュ３とから構成され、上記樹脂リング２の外周には軸方向に対して傾斜するように形成されたはす歯２ｂが等間隔に形成されており、上記樹脂回転体１ははす歯歯車を構成している。
上記樹脂リング２は、後に詳述するがフェノール樹脂粉末を分散した所定の繊維を抄造させたシート状樹脂Ｓを、軸方向に複数枚積層して素形体４を成形し、その後この素形体４を加熱しながら圧縮成形したものとなっている。
上記金属ブッシュ３は、焼結合金や炭素系鋼からなり、図２に示すように金属ブッシュ３の外周面には周り止め手段としての突起３ａが形成され、上記樹脂リング２が各突起３ａを囲繞することで、上記樹脂リング２と金属ブッシュ３とが相互に回転しないように結合されるものとなっている。
上記突起３ａは金属ブッシュ３の外周面に沿って放射状に一列設けられており、金属ブッシュ３の外周面から外側に向けて広くなる逆テーパ状に形成されている。そして本実施例の突起３ａは、金属ブッシュ３の軸方向中央に対して該金属ブッシュ３の一方の端面に偏倚した位置に設けられている。

次に、図４を用いて上記樹脂回転体１の製造方法を説明する。
まず、図４（ａ）は、シート状樹脂Ｓを抄造により製造するとともに、該シート状樹脂Ｓを歯車形状に切断する工程を示している。
最初に、フェノール樹脂粉末とパラ型アラミド繊維とメタ型アラミド繊維とを、それぞれ所定の割合で水に分散させ、これを抄造することで長方形のシート状樹脂Ｓを製造し、これを加圧プレス機に投入して脱水を行う。
ここで得られたシート状樹脂Ｓからは、複数枚の歯車形状を得ることが可能であり、上記長方形のシート状樹脂Ｓを抜きプレス機に投入することで、複数の歯車型のシート状樹脂Ｓａを得ることができ、このとき各シート状樹脂Ｓａには上記内周面２ａを構成する円形の孔Ｓｂも穿設しておく。
なお、このとき発生する残材については、リサイクルにより再度上記シート状樹脂Ｓを抄造する際に用いることが可能となっている。
その後、得られた上記歯車形状のシート状樹脂Ｓａからは、乾燥等の手段により水分を除去する。

次に、図４（ｂ）は上記歯車形状のシート状樹脂Ｓを複数枚積層させて上記素形体４を成形する工程を示している。
本実施例では８枚のシート状樹脂Ｓを積層させるようになっており、このとき各シート状樹脂Ｓにおける歯の位置を一致させた状態で積層させたら、これを所定温度で加熱乾燥させながら、軸方向、すなわち積層方向に圧縮する。
すると、上記シート状樹脂Ｓに含まれるフェノールが軟化して隣接するシート状樹脂Ｓ同士が接着し、その結果、外周に平歯４ａが形成されるとともに円形の内周面４ｂの形成された素形体４が得られる事となる。
この素形体４は、軸方向の厚みは上記金属ブッシュ３の軸方向の厚みより厚く形成されているが、直径方向の寸法は成形後の樹脂回転体１とほとんど変わらず、特に上記内周面２ａの径は上記金属ブッシュ３の外周面と同径となっている。

そして、図４（ｃ）は、上記素形体４を加熱加圧しながら金属ブッシュ３に圧入して、樹脂リング２と金属ブッシュ３とを結合する工程を示している。
この工程には成形用金型を用い、この成形用金型は金属ブッシュ２および素形体４を収容する下型１１と、上記素形体４を上方より押圧する上型１２と、上記素形体４を加熱するための図示しないヒーターとを備えている。
下型１１の下部中央には金属ブッシュ３が固定されるようになっており、該金属ブッシュ３の周囲には加圧により素形体４が流入してはす歯歯車に形成される成形空間１１ａが形成され、該成形空間１１ａの上方に隣接した位置には、上記平歯車状の素形体４を収容するガイド部が形成されている。
上型１２は、下型１１との間で上記金属ブッシュ３を挟持する保持手段１２ａと、素形体４を軸方向に押圧する押圧手段１２ｂとを備え、上記押圧手段１２ｂは上記下型１１のガイド部の形状にあわせて平歯車状に形成されている。
このような構成により、上記下型１１に上記金属ブッシュ３を設置し、上記下型１１のガイドに素形体４を収容したら、上記ヒーターにより素形体４を所定温度まで加熱し、その後上記押圧手段１２ｂを下降させる。
このとき素形体４に含まれるフェノールは加熱によって一旦軟化し、上記押圧手段１２ｂが素形体４を下方に押圧することで、素形体４の外周面に形成された平歯４ａは上記下型１１の成形空間１１ａに押し込まれながらはす歯へと成形される。
一方、素形体４の内周面２ａには、素形体４の下方から金属ブッシュ３が圧入され、その際上記金属ブッシュ３に形成した突起３ａは、軟化した素形体４の樹脂を押し分け、この樹脂は突起３ａが通過した後に形成される空間に回り込むようになっている。
その後、下型１１に充填された素形体４の樹脂は架橋反応により固化し、その後下型１１から樹脂リング２と金属ブッシュ３とが結合された樹脂回転体１を取り出す。
そして図４（ｄ）では、上記工程によって得られた樹脂回転体１を再度加熱してアニールを行うとともにバリ取りなどの仕上げを行い、上記樹脂回転体１が得られる。

本実施例における樹脂回転体１の製造方法によれば、抄造により製造した歯車状のシート状樹脂Ｓａを軸方向に複数枚積層させて平歯車状の素形体４を成形し、該素形体４の内周面２ａの径を上記金属ブッシュ３の外周面と略同径に形成しているため、その後金属ブッシュ３に上記素形体４の内周面２ａに軸方向に沿って圧入することにより樹脂リング２と一体に連結することが可能となっている。
つまり、特許文献１〜４のように、製造用金型の内部に金属ブッシュ３と繊維とを収容するとともに上記繊維に樹脂を含浸させながら押圧する必要が無いため、装置が複雑とならず、また効率的に樹脂回転体１を製造することができる。
また上記素形体４を平歯車状に形成し、これを加熱加圧してはす歯歯車状に形成することから、従来のように円盤状の樹脂回転体１を製造してその外周面に歯を切削加工する必要は無く、効率的でありまた残材の発生を抑えることが可能である。

さらに、本実施例における樹脂回転体１の製造方法によれば、上記図４（ｃ）の拡大図に示すように、素形体４に金属ブッシュ３を圧入する工程において、上記突起３ａが軸方向中央よりも該金属ブッシュ３の圧入方向前方に偏倚した位置となるように上記金属ブッシュ３を設置するようになっている。
本実施例では、金属ブッシュ３は相対的に素形体４の下方から上方に向けて圧入されることから、上記突起３ａは圧入方向前方、すなわち金属ブッシュ３の上方に偏倚するように位置している。
このように金属ブッシュ３を設置することにより、上記素形体４を金属ブッシュ３に圧入して上記樹脂リング２と金属ブッシュ３とを結合すると、上記突起３ａの圧入方向前方と圧入方向後方とにおける樹脂リング２への食い込み量が異なることとなる。
その結果、以下の実験結果に示すように、金属ブッシュ３に対して圧入方向とは逆方向に荷重を作用させても、金属ブッシュ３が樹脂リング２より脱落しにくいようにすることができる。

以下、図５、図６を用いて上記製造方法により製造した樹脂回転体１についての実験結果を説明する。
図５に示すように、本実験で用いる実験装置２１は、上記樹脂回転体１における樹脂リング２部分を下方から支持する支持手段２２と、上記金属ブッシュ３をその端面より軸方向下方に押圧する押圧手段２３とから構成され、上記押圧手段２３によって金属ブッシュ３を下方に押圧して、該金属ブッシュ３が樹脂リング２より脱落する際の荷重（ボンディング強度）を測定するようになっている。
本実験では、厚さが１１ｍｍの金属ブッシュ３を用い、上記突起３ａが軸方向中央に位置する従来品と、軸方向中央に対して突起３ａが１ｍｍ偏倚した発明品１と、同じく１．５ｍｍ偏倚した発明品２の、３種類の樹脂回転体１に対して実験を行った。
そしてこれら３種類の樹脂回転体１のそれぞれについて、金属ブッシュ３の圧入方向前方の端面が上方を向いた状態（上方向）および、圧入方向前方の端面が下方を向いた状態（下方向）のそれぞれの状態で上記支持手段に設置し、それぞれの状態に対してボンディング強度の測定を行った。
換言すると、上記発明品１、発明品２において、金属ブッシュ３を上方向にした場合とは、上記突起３ａが金属ブッシュ３の軸方向中央よりも上方に位置している状態であり、下方向にした場合とは、上記突起３ａが金属ブッシュ３の軸方向中央よりも下方に位置している状態を示す。

図６に示すように、従来品、発明品１、発明品２のいずれにおいても、金属ブッシュ３を上方向にした場合のボンディング強度は、下方向にした場合のボンディング強度よりも高くなっている。
一方、下方向にした場合のボンディング強度を比較した場合、従来品に比べて発明品１、発明品２はボンディング強度が高くなっており、従来品にはボンディング強度に偏りがあることが理解できる。
このように、上記製造方法で樹脂回転体１を製造することにより、金属ブッシュ３の圧入方向に対して前方または後方のいずれの方向からの荷重に対しても、金属ブッシュ３が樹脂リング２より脱落しにくい樹脂回転体１を得ることができる。
このような現象は、上記素形体４に金属ブッシュ３を圧入する際、上記突起３ａが樹脂を押し分けると、樹脂は通過した突起３ａの後方に回り込むものの、突起３ａの圧入方向前方と後方とでは流動した樹脂および繊維の密度が異なってしまうことから、上述したような押圧方向によりボンディング強度が変わるものと推察される。
そのため、本実施例のように上記突起３ａを金属ブッシュ３の軸方向中央より圧入方向前方に配置することで、突起３ａよりも圧入方向後方により多くの樹脂を回りこませて、金属ブッシュ３に圧入方向の反対方向への荷重が作用した場合のボンディング強度を高めた樹脂回転体１を得ることができる。

なお、上記実施例における周り止め手段は、金属ブッシュの外周面に等間隔に形成した突起であるが、例えば上記特許文献１に記載された周り止め手段のように、金属ブッシュ２の外周面を囲繞する環状の突起としても良い。
また、金属ブッシュの外周面に周り止め手段として凹部を形成し、この凹部に樹脂を充填させて樹脂リングと金属ブッシュとを連結しても良い。この場合も、上記凹部を軸方向中央に対して圧入方向前方に形成すればよい。

１ 樹脂回転体 ２ 樹脂リング
２ａ 内周面 ３ 金属ブッシュ
３ａ 突起 ４ 素形体

Claims (5)

1. リング状の樹脂リングと、上記樹脂リングの内周面に嵌合した金属ブッシュとから構成され、
   上記金属ブッシュの外周面に、樹脂リングと金属ブッシュとを相互に回転しないように結合する周り止め手段を設けた樹脂回転体において、
   上記樹脂リングは、抄造により製造したシート状樹脂を軸方向に複数枚積層させるとともに内周面の径を上記金属ブッシュの外周面と略同径に形成した素形体を加熱圧縮することにより成形され、
   上記金属ブッシュは、上記素形体の内周面に軸方向に沿って圧入されることで樹脂リングに一体に連結され、
   さらに該金属ブッシュの上記周り止め手段を、上記金属ブッシュの外周面に沿って放射状に一列設けた突起とし、かつ当該突起を金属ブッシュの軸方向中央よりも該金属ブッシュの圧入方向前方に偏倚した位置に設けたことを特徴とする樹脂回転体。
2. 上記突起を金属ブッシュの外周面から外側に向けて広くなる逆テーパ状に形成したことを特徴とする請求項１に記載の樹脂回転体。
3. 上記樹脂リングの外周面に等間隔にはす歯を形成し、樹脂回転体をはす歯歯車としたことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の樹脂回転体。
4. リング状を有する樹脂リングの内周面に金属ブッシュを嵌合し、その際上記金属ブッシュの外周面に設けた周り止め手段によって樹脂リングと金属ブッシュとを相互に回転しないように結合する樹脂回転体の製造方法において、
   抄造により製造したシート状樹脂を軸方向に複数枚積層させるとともに内周面の径を上記金属ブッシュの外周面と略同径に形成した素形体を形成するとともに、上記金属ブッシュの上記周り止め手段を、該金属ブッシュの軸方向中央よりも一方の端面に偏倚した位置に設け、
   上記素形体を加熱圧縮して上記樹脂リングを成形するとともに、上記金属ブッシュを上記素形体の内周面に軸方向に沿って圧入して樹脂リングに金属ブッシュを一体に連結し、
   さらに上記金属ブッシュを素形体に圧入する際、上記周り止め手段を該金属ブッシュの圧入方向前方に位置させることを特徴とする樹脂回転体の製造方法。
5. 上記シート状樹脂をそれぞれ歯車状に切断するとともに、該シート状樹脂を積層させて、素形体の外周面に等間隔に平歯を形成し、
   その後、該平歯車状の素形体を加熱圧縮して、樹脂リングの外周面に等間隔にはす歯を形成することを特徴とする請求項４に記載の樹脂回転体の製造方法。

Images