JP6281717B2 - 樹脂製部材 - Google Patents
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Description
しかしながら、このような樹脂製部材を金属回転体と共に用いた場合、これらの熱膨張による変形度合いが異なると、隙間やがたつきが発生したり、クリアランスを一定に保つことができない等の問題がある。このため、これまでは高い寸法安定性が要求される部分での樹脂製部材の採用は困難となっていた。
このような問題に鑑み、本発明は高い寸法安定性を有する樹脂製部材を提供するものである。
上記樹脂製部材を構成する樹脂部分は、熱硬化性樹脂と強化繊維とを液中に分散させて抄造した抄造シートが軸方向に積層されることで、上記金属製回転体の軸方向に直交する面内においてランダムな方向を向いた強化繊維を有し、かつ当該樹脂部分における上記軸方向に直交する方向の線膨張率が上記金属製回転体もしくは上記金属製保持体を構成する金属部分の線膨張率と同じであることを特徴としている。
また請求項2の発明にかかる樹脂製部材は、金属製軸受に軸支される樹脂製部材であって、
上記樹脂製部材を構成する樹脂部分は、熱硬化性樹脂と強化繊維とを液中に分散させて抄造した抄造シートが軸方向に積層されることで、上記金属製軸受の軸方向に直交する面内においてランダムな方向を向いた強化繊維を有し、かつ当該樹脂部分における上記軸方向に直交する方向の線膨張率が上記金属製軸受を構成する金属部分の線膨張率と同じであることを特徴としている
上記ロータ3は、金属製回転体としてのシャフト3aと、当該シャフト3aに設けられるとともにコイルの巻回された図示しないコアとによって構成され、上記シャフト3aは金属部分として全体が鉄製(S45C)となっている。
上記ボールベアリング4は上記ハウジング2に固定されたアウターリング4aと、アウターリング4aの内側に位置するインナーリング4bと、これらアウターリング4aとインナーリング4bとの間に設けられた複数のボール4cとによって構成され、上記アウターリング4aおよびインナーリング4bも金属部分として全体が鉄製(SUJ2)となっている。
上記構成を有する発電機1において、エンジンの駆動力によってロータ3が回転すると、上記コイル内に電圧差が生じ、これにより上記シャフト3aの内部で電流が発生する。
その電流が上記シャフト3aから上記ボールベアリング4を介してハウジング2に流れてしまうと、いわゆる電食によってシャフト3aやボールベアリング4が損傷し、寿命の低下や異常振動の原因となる。
そこで本実施例では、上記シャフト3aとボールベアリング4との間に樹脂製の上記スペーサ5を設けて、上記シャフト3aからボールベアリング4へと流れようとする電流を絶縁し、上述したような電食を防止するようになっている。
なお、発電機1自体の構成は従来公知であるため、これ以上の詳細な説明については省略する。
また上記スペーサ5は熱硬化性樹脂と強化繊維Fとからなる樹脂部分によって構成され、このうち上記強化繊維Fは以下に詳述する抄造シートを軸方向に複数枚積層させて形成することにより、当該強化繊維Fがスペーサ5の軸方向に直交する面内においてランダムな方向を向くようになっている。なお、軸方向に直交する面内においてランダムな方向を向いた強化繊維Fには、当該直交する面に対して若干偏倚した方向を向いたものも含むものとする。
上記強化繊維Fの向きを上述した方向とすることで、上記樹脂部分におけるスペーサ5の軸方向に直交する方向の線膨張率を、上記シャフト3aの金属部分の線膨張率と同じとなるようにすることができる。なお線膨張率が同じとは、同等を意味するものであって完全に一致することを意味するものではない。
上記熱硬化性樹脂と強化繊維Fとの配合割合は、熱硬化性樹脂の線膨張係数と強化繊維Fの線膨張係数に基づいて決定され、上記樹脂部分の線膨張率を、シャフト3aの金属部分を構成する鉄(S45C)と同じ線膨張率(11.9×10−6/℃)とするには、熱硬化性樹脂としてフェノールを15〜35%で含有させ、また上記強化繊維Fとしてのアラミド繊維を10〜20%、ガラス繊維を55〜65%の範囲で含有させればよい。
このような配合割合はシャフト3aの金属部分の素材に応じて適宜変更することができ、金属部分がS45C以外の金属である場合でも、配合材料や割合を変更することで、対応可能である。
さらに、上記樹脂部分には導電性を有する材料を用いておらず、これにより上記シャフト3a内で発生した電流をボールベアリング4のアウターリング4aに流れないように絶縁することが可能となっている。
また本実施例のスペーサ5は絶縁性を有しており、上記ロータ3からの電流はボールベアリング4やハウジング2へと流れないように絶縁されていることから、上記ハウジング2とエンジンとの間に別途の絶縁手段を設ける必要はなく、より少ない部品点数で絶縁を行うことが可能となっている。
図3(a)は、抄造シートSを抄造により製造するとともに、該抄造シートSをリング状に切断する工程を示している。
上記抄造シートSは、熱硬化性樹脂であるフェノール樹脂粉末と、強化繊維Fとしてのアラミド繊維およびアラミドパルプと、ガラス繊維とを、上述した配合割合で水に分散させてこれを抄造し、さらに加圧プレス機などを用いて脱水することにより得ることができる。
ここで、上記強化繊維Fとしてはその長さが3mm程度の長繊維を用い、当該長繊維は水に分散されると上下左右にランダムに向いた状態となるが、これを抄造シートSにすると、倒れて略水平方向を向くこととなり、またその際に折れて短くなることはない。
脱水された抄造シートSはその後抜きプレス機に投入され、一枚の抄造シートSから複数のリング状の抄造シートSaを切り出し、当該リング状の抄造シートSaからは乾燥等の手段によってさらに水分が除去される。
上記リング状の抄造シートSaの形状を一致させた状態で軸方向に積層させ、これを内周および外周の形状を拘束する図示しない金型へ投入し、フェノール樹脂が軟化する温度で加熱しながら軸方向、すなわち積層方向に圧縮する。
すると、上記抄造シートSaに含まれるフェノール樹脂が一部軟化して隣接する抄造シートSa同士が接着し、その結果円管状の素形体11が得られ、その際強化繊維Fは圧縮によりさらに水平方向を向くようになる。
この素形体11の軸方向の厚みは、完成品である上記スペーサ5の軸方向の厚みより厚くなっているが、直径方向の寸法は成形後のスペーサ5とほとんど変わらず、外周面および内周面の径はそれぞれインナーリング4bの内周面および上記シャフト3aの外周面と略同径となっている。
本工程には、図示しないが上記スペーサ5の形状に合わせて形成された凹状の下型と、当該下型を加熱する加熱手段と、上記下型との間で上記素形体11を押圧成形する上型とを備えたプレス装置を用いる。
まず上記下型の凹部に素形体11を設置したら、上記下型を加熱手段によって加熱し、素形体11に含まれるフェノール粉末を軟化させる。この状態で上記上型を下降させて素形体11を加圧することで上記スペーサ5の形状が得られ、さらにこれ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う。
なお、素形体11を加熱加圧しながら当該素形体11の内周面に上記シャフト3aを挿入すれば、スペーサ5の成形と同時にシャフト3aの圧入を行うことが可能となっている。
上記シャフト3aの先端部には小径部3bおよび大径部3cが形成され、上記小径部3bの外周に上記スペーサ5が装着されるとともに、当該小径部3bの部分が上記ボールベアリング4によって軸支されるようになっている。
本実施例のスペーサ5も、第1実施例のスペーサ5と同様、樹脂部分には上記シャフト3aの軸方向に直交する面内においてランダムな方向を向いた強化繊維Fが含まれており、かつ当該樹脂部分における上記軸方向に直交する方向の線膨張率はシャフト3aおよびインナーリング4bを構成する金属部分の線膨張率と同じとなっている。
そして上記スペーサ5の端部には、外方に向けて突出したフランジ部5aが形成されており、当該フランジ部5aは上記ボールベアリング4のインナーリング4bと上記シャフト3aの大径部3cとの間に位置するようになっている。
このような構成とすることで、上記シャフト3aの大径部3cによってボールベアリング4との軸方向での位置決めを行うことができ、さらに上記スペーサ5のフランジ部5bが上記大径部5cからの電流をボールベアリング4に流れないよう絶縁するようになっている。
そして上記フランジ部5aを有するスペーサ5を製造するには、上記図3(b)で説明した素形体11を作製する際に、積層させるリング状の抄造シートSのうち、端部に位置する抄造シートSの外径を他の抄造シートSの外径に対して大径にし、当該素形体11の形状に対応したプレス装置を用いればよい。また細かな寸法公差については後加工を行うことで対応することが可能である。
なお、その他の構成については上記第1実施例と同様であるため、詳細な説明については省略する。
本実施例では上記シャフト3aとボールベアリング4のインナーリング4bが連結固定されており、上記スペーサ5はボールベアリング4のアウターリング4aとハウジング2との間に設けられている。
本実施例のスペーサ5も、第1実施例のスペーサ5と同様、樹脂部分には上記シャフト3aの軸方向に直交する面内においてランダムな方向を向いた強化繊維Fが含まれており、かつ当該樹脂部分における上記軸方向に直交する方向の線膨張率はシャフト3aおよびハウジング2を構成する金属部分の線膨張率と同じとなっている。
従って、ロータ3の回転等によってシャフト3aやアウターリング4aが加熱されて熱膨張しても、これに追従してスペーサ5が変形することから、アウターリング4aとスペーサ5との間で隙間や嵌め合いの変化が生じないようになっている。
さらに本実施例のスペーサ5も絶縁性を有しており、このためロータ3の内部で発生した電流が上記ボールベアリング4からハウジング2へと流れてしまうのを絶縁するようになっている。
本実施例では上記シャフト3aを上記ブシュ12を介して上記ハウジング2により軸支する構成となっており、上記ブシュ12の内周面を上記シャフト3aが摺動するようになっている。
本実施例のブシュ12も第1実施例のスペーサ5と同様、樹脂部分には上記シャフト3aの軸方向に直交する面内においてランダムな方向を向いた強化繊維Fが含まれており、かつ当該樹脂部分における上記軸方向に直交する方向の線膨張率は上記シャフト3aもしくはハウジング2を構成する金属部分の線膨張率と同じとなっている。
ここで、上記シャフト3aとハウジング2とが異なる線膨張率を有する素材で製造されている場合には、より高い寸法安定性が求められる部材の線膨張率に合わせて、上記樹脂部分における軸方向に直交する方向の線膨張率を設定すればよい。
具体的には、シャフト3aの外周面とブシュ12の内周面とのクリアランスに高い寸法安定性が求められる場合には、当該シャフト3aの線膨張率に合わせてスペーサ5の線膨張率を設定すればよく、ハウジング2とブシュ12との間で高い寸法安定性が求められる場合には、当該ハウジング2の線膨張率に合わせて、スペーサ5の線膨張率を設定すればよい。
また本実施例におけるブシュ12も樹脂部分が絶縁性を有しており、このため上記ロータ3内で発生した電流が上記ハウジング2へと流れてないように絶縁するようになっている。
上記キャップ13は上記シャフト3aの先端部に連結固定されて上記シャフト3aの一部を構成しており、当該キャップ13が上記ボールベアリング4のインナーリング4bに圧入固定されることで、ロータ3がボールベアリング4によって軸支されるようになっている。
本実施例のキャップ13も、第1実施例のスペーサ5と同様、樹脂部分には上記シャフト3aの軸方向に直交する面内においてランダムな方向を向いた強化繊維Fが含まれており、かつ当該樹脂部分における上記軸方向に直交する方向の線膨張率はインナーリング4bを構成する金属部分の線膨張率と同じとなっている。
従って、ロータ3の回転等によってインナーリング4bが熱膨張しても、これに追従してキャップ13が変形するため、アウターリング4aとスペーサ5との間の隙間や嵌め合いの変化が生じないようになっている。
さらに、本実施例におけるキャップ13も樹脂部分が絶縁性を有しており、このため上記ロータ3内で発生した電流が上記シャフト3aからボールベアリング4へと流れてしまうのを絶縁することができる。
さらに上記第5実施例の構成に代えて、上記ボールベアリング4を金属製軸受としてのブシュとし、上記キャップ13が当該ブシュに対して摺動しながら回転するようにすることも可能である。
その場合であっても、シャフトの樹脂部分における上記軸方向に直交する方向の線膨張率を、上記ブシュを構成する金属部分の線膨張率と同じとすることで、シャフトとブシュとのクリアランスを一定に保つことができる。
3a シャフト 4 ボールベアリング
5 スペーサ 12 ブシュ
13 キャップ F 強化繊維
Claims (5)
- 金属製回転体および当該金属製回転体を保持する金属製保持体と共に用いられる樹脂製部材であって、
上記樹脂製部材を構成する樹脂部分は、熱硬化性樹脂と強化繊維とを液中に分散させて抄造した抄造シートが軸方向に積層されることで、上記金属製回転体の軸方向に直交する面内においてランダムな方向を向いた強化繊維を有し、かつ当該樹脂部分における上記軸方向に直交する方向の線膨張率が上記金属製回転体もしくは上記金属製保持体を構成する金属部分の線膨張率と同じであることを特徴とする樹脂製部材。 - 金属製軸受に軸支される樹脂製部材であって、
上記樹脂製部材を構成する樹脂部分は、熱硬化性樹脂と強化繊維とを液中に分散させて抄造した抄造シートが軸方向に積層されることで、上記金属製軸受の軸方向に直交する面内においてランダムな方向を向いた強化繊維を有し、かつ当該樹脂部分における上記軸方向に直交する方向の線膨張率が上記金属製軸受を構成する金属部分の線膨張率と同じであることを特徴とする樹脂製部材。 - 上記樹脂部分は、熱硬化性樹脂と上記強化繊維とを有し、
熱硬化性樹脂と強化繊維との配合割合は、熱硬化性樹脂の線膨張係数と強化繊維の線膨張係数に基づいて、上記金属部分の線膨張率と同じになるように設定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製部材。 - 上記樹脂部分は、熱硬化性樹脂としてフェノールを15〜35%、上記強化繊維としてのアラミド繊維を10〜20%、ガラス繊維を55〜65%をそれぞれ含有することを特徴とする請求項3に記載の樹脂製部材。
- 上記樹脂部分は導電性を有する材料を有しておらず、これにより絶縁性を有することを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の樹脂製部材。
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