CN106051116B - 滑动构件、制造滑动构件的方法和齿轮 - Google Patents

滑动构件、制造滑动构件的方法和齿轮 Download PDF

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Abstract

本发明提供了滑动构件、制造滑动构件的方法和齿轮。在制造包含聚酰胺树脂(39)和填料(40)的滑动构件的方法中，在聚酰胺树脂(39)与填料(40)的混炼过程中供给具有碳二亚胺键的化合物(41)。

Description

滑动构件、制造滑动构件的方法和齿轮
技术领域
本发明涉及树脂滑动构件及其制造方法。另外，本发明涉及树脂齿轮。
背景技术
由于重量轻、高的自润滑特性等，聚酰胺66被广泛用于滑动构件如电动动力转向装置的减速器的齿轮或树脂轴承保持器。例如，PCT申请的公开日文译本第2009-536891号(JP 2009-536891A)公开了一种用于电动动力转向装置的齿轮，其使用包含聚酰胺66、铜热稳定剂、芳族聚碳二亚胺和冲击改性剂的树脂组合物制造，所述冲击改性剂为接枝有马来酸酐的EPDM橡胶。
另一方面，近来已要求减小汽车部件(车辆部件)的尺寸和增大车辆部件的输出。因此，要求树脂滑动构件具有高的机械强度和高的刚度。因此，向聚酰胺66供给无机填料如玻璃纤维。例如，日本专利申请公开号2011-32356(JP 2011-32356 A)公开了一种用于滚动轴承的树脂保持器，其使用包含聚酰胺66和聚碳二亚胺的树脂组合物制造，所述聚酰胺66包含玻璃纤维。
然而，包括含有玻璃纤维的聚酰胺66的保持器在高的表面压力下进行接触滑动，树脂的磨损有可能变严重。其原因如下。树脂中的玻璃纤维在接触滑动的过程中剥落并起到硬磨料的作用。因此，树脂磨损并剥落。
为了减少树脂的上述磨损和剥落，考虑了以下方法：(1)适宜地处理玻璃纤维的表面以改善树脂与玻璃纤维之间的粘附强度的方法；和(2)优化玻璃纤维的直径和形状以减少玻璃纤维的对应物攻击性的方法。特别地，(3)其中增大树脂的分子量以增大针对由树脂的磨损和剥落所致裂纹的裂纹扩展抵抗性的方法是有效的。
然而，在玻璃纤维与已事先增大其分子量以进行方法(3)的聚酰胺66进行混炼的情况下，存在以下问题。由于树脂的粘度高，因而稳定生产困难(混炼机中发生扭矩超限、发热、断股等)。由于树脂的粘度高，因而发生分散不足或玻璃纤维的破损，并且树脂的物理性质变差。
因此，迄今为止，尚无具有高分子量且包含玻璃纤维的聚酰胺，并且对于要求减小尺寸和增大输出的未来用途来说尚未确保足够的耐磨性。
例如，在电动动力转向装置中，用于转向辅助的电动马达的旋转在旋转速度通过减速器减小且输出被放大后被传输到转向操纵机构。结果，为由驾驶员操纵的转向操纵机构提供了扭矩辅助。通常，此减速器包括作为小齿轮的金属蜗杆和作为大齿轮的树脂蜗轮，所述小齿轮与大齿轮彼此啮合。蜗轮可例如使用包括以下步骤的方法来制造：通过注塑(夹物模压)等在芯金属(套筒)的外周缘上形成环形树脂构件；和通过切割等在树脂构件的外周缘上形成齿。树脂构件由树脂如聚酰胺(例如，PA6、PA66或PA46)或聚苯硫醚(PPS)形成。
例如，JP2009-536891-A公开了一种用于电动动力转向装置的齿轮，其使用包含聚酰胺66、铜热稳定剂、芳族聚碳二亚胺和冲击改性剂的树脂组合物制造，所述冲击改性剂为接枝有马来酸酐的EPDM橡胶。有必要的是，金属套筒部应经历渐开线花键加工以停止齿部的旋转。这造成成本的增加。另外，近来已要求减小环境负荷。因此，已要求减轻车辆部件的重量，并因此也需要减轻电动动力转向装置的减速器的重量。蜗轮的套筒部由金属形成并在电动动力转向装置的总重量中占着大的比例。因此，有必要使用较轻的材料用于形成套筒部，同时确保必要的机械强度和刚度。
另一方面，近来已尝试使用树脂来形成套筒部以减轻其重量(例如，参见US 2007/0087617 A)。这里在套筒部中使用具有玻璃纤维的聚酰胺以赋予套筒部机械强度、刚度和尺寸稳定性。另一方面，在齿部中使用具有优异的韧性的未增强的高分子量聚酰胺(不含玻璃纤维)以赋予齿部耐磨性和抗蠕变性。通过向模制机的模具中插入树脂套筒部并向套筒部的外周缘注射树脂来形成齿部。
在构成套筒部的树脂与构成齿部的树脂之间存在线性膨胀系数的差异。因此，由于在高温或低温下膨胀和收缩率的差异，因而产品的耐冲击性差，这可能导致热冲击开裂等。由于膨胀，因而可能在套筒部与齿部之间生成间隙，这可能导致耐久性寿命的降低。此外，由于有必要通过单独的注塑工艺来形成套筒部和齿部，因而制造成本高。
作为针对上述问题的对策，考虑在套筒部和齿部二者中使用相同的玻璃纤维增强树脂来一体地模制齿部和套筒部。然而，在这种情况下，认为齿部的磨损变严重，这导致耐久性寿命的降低。其原因如下。齿部中的玻璃纤维在接触滑动的过程中剥落并起到硬磨料的作用。因此，构成齿部的树脂磨损并剥落。
另一方面，可提出增大树脂的分子量来抑制由玻璃纤维所致的树脂的磨损和剥落的方法，但在通过单体聚合来增大分子量方面存在限制。另外，从生产率的角度出发，混炼玻璃纤维与已事先增大其分子量的树脂是困难的。
发明内容
本发明提供了一种滑动构件及其制造方法，其中机械强度和耐磨性可得到改善。本发明还提供了一种齿轮，其包括由相同的树脂形成的套筒部和齿形成部，所述套筒部具有所需的机械强度、所需的刚度和所需的尺寸稳定性，而所述齿形成部具有所需的耐磨性。
根据本发明的一个方面，提供了一种制造滑动构件的方法，所述滑动构件包含聚酰胺树脂和填料。在所述方法中，在聚酰胺树脂和填料的混炼过程中供给具有碳二亚胺键的化合物。表述“在混炼过程中”包括“在聚酰胺树脂和填料的混炼开始时”。即，可向聚酰胺树脂同时供给填料和具有碳二亚胺键的化合物。
根据本发明的另一个方面，提供了一种滑动构件，其通过包括以下步骤的方法制造：在聚酰胺树脂和填料的混炼过程中加入具有碳二亚胺键的化合物以制备原料树脂；和模制所述原料树脂。根据上述配置，在聚酰胺树脂和填料的混炼及注塑过程中，具有碳二亚胺键的化合物的作用可促进聚酰胺树脂的端羧基基团(-COOH)与端氨基基团(-NH2)之间的脱水缩合。结果，已事先通过聚合形成的聚酰胺树脂的多个聚合物链可在链反应中连接到彼此，从而树脂的分子量可增大。
此外，由于在混炼过程中供给具有碳二亚胺键的化合物，因而可抑制因过度的脱水缩合所致的聚酰胺树脂的分解。因此，聚酰胺树脂的分子量可增至相关领域中尚未达到的水平。在供给具有碳二亚胺键的化合物之前，不发生聚酰胺树脂的链反应，聚酰胺树脂的分子量不高。在此状态下，聚酰胺树脂的粘度相对低。因此，通过使聚酰胺树脂与填料彼此混炼，可适宜地使填料分散在整个聚酰胺树脂中。
结果，可获得具有优异的机械强度和耐磨性的滑动构件。与其中聚酰胺树脂、填料和具有碳二亚胺键的化合物被同时供给到混炼机以及然后开始混炼的情况或其中聚酰胺树脂和具有碳二亚胺键的化合物被同时自混炼机的主进料器(从一开始)供给并开始混炼的情况相比，混炼机中扭矩超限、发热、断股等的发生可得到减少。结果，可稳定地生产滑动构件。
在根据本发明的上述方面的滑动构件及其制造方法中，构成滑动构件的树脂的数均分子量Mn可为30000或更高。在根据本发明的上述方面的滑动构件及其制造方法中，充当填料的玻璃纤维的混合比例相对于混炼材料的总量可为10质量％至50质量％。
通过在上述范围内混合玻璃纤维，可以确保滑动构件足够的机械强度，同时减少作为引起滑动构件的磨损的一个因素的玻璃纤维的量。在根据本发明的上述方面的滑动构件及其制造方法中，作为填料，可混合(添加)直径为6μm至15μm的玻璃纤维。通过混合直径在上述范围内的玻璃纤维，可使得玻璃纤维与聚酰胺树脂之间的接触面积比较大。因此，可适宜地改善滑动构件的机械强度和刚度。即，使用减少量的玻璃纤维，机械强度等可得到确保。因此，可减少作为引起滑动构件的磨损的一个因素的玻璃纤维的量，并且耐磨性可得到改善。另外，随着玻璃纤维的直径减小，对对应物的攻击性(对应物攻击性)减小，从而引起树脂的磨损和剥落的效应小。从这个角度来看，耐磨性也可得到改善。
在根据本发明的上述方面的滑动构件及其制造方法中，具有碳二亚胺键的化合物的混合比例相对于混炼材料的总量可为0.5质量％至4质量％。通过混合在上述范围内的具有碳二亚胺键的化合物，可容易地获得数均分子量Mn为30000或更高的树脂。另一方面，由于具有碳二亚胺键的化合物的量不过量，因而可以减少例如混炼过程中树脂压力(粘度)增大的可能性、发热的可能性、因发热所致的聚酰胺树脂和碳二亚胺的热分解的可能性以及因填料的聚集变差所致的树脂与填料之间的粘附强度减小的可能性。
在根据本发明的上述方面的制造滑动构件的方法中，在向混炼机的机筒供给聚酰胺树脂后，可将具有碳二亚胺键的化合物与填料一起供给到机筒的中间部分，或者可将具有碳二亚胺键的化合物供给到机筒的位于将填料供给到的机筒部位下游的部位。
根据本发明的上述方面的滑动构件由包含聚酰胺树脂和填料的树脂形成，所述树脂的数均分子量Mn为30000或更高。根据此配置，所述聚酰胺树脂包含填料。因此，可确保滑动构件足够的机械强度。树脂的数均分子量Mn为30000或更高，并且树脂的裂纹扩展抵抗性优异。因此，即便在因填料所致的树脂磨损和剥落而导致了裂纹时，裂纹的扩展速率也可得到降低。结果，树脂的磨损量可得到减少。
根据本发明的还一方面，提供了一种齿轮，其包括套筒部和齿形成部。所述齿轮通过根据本发明的上述方面的方法制造。套筒部和齿形成部使用原料树脂一体地模制，所述原料树脂通过混炼聚酰胺树脂、填料和具有碳二亚胺键的化合物获得。根据上述配置，在聚酰胺树脂和填料的混炼及注塑过程中，具有碳二亚胺键的化合物的作用促进聚酰胺树脂的端羧基基团(-COOH)与端氨基基团(-NH2)之间的脱水缩合。结果，已事先通过聚合形成的聚酰胺树脂的多个聚合物链可在链反应中连接到彼此，从而原料树脂的分子量(质量)可增大。因此，因填料所致的树脂的磨损和剥落可得到抑制，并可因此实现齿形成部的所需耐磨性。另外，由于原料树脂包含填料，因而可实现(获得)套筒部的所需机械强度、所需刚度和所需尺寸稳定性。因此，与其中使用金属套筒部的情况相比，开裂、耐久性寿命短等的可能性小，成本可得到降低，并且重量可得到减轻。
在根据本发明的上述方面的齿轮中，构成套筒部和齿形成部的树脂还可包含润滑剂。由于该润滑剂，因而可在原料树脂的分子之间获得润滑效应。因此，齿轮的模制过程中树脂的粘度可得到降低。因此，即便在原料树脂的分子量高时，模制也可在较低的温度下进行，并因此可抑制模制过程中树脂的热分解。结果，由于可在保持原料树脂的高分子量的同时进行模制，因而原料树脂的机械强度和耐磨性可适宜地保持。
在根据本发明的上述方面的齿轮中，润滑剂可为金属皂。在根据本发明的上述方面的齿轮中，构成套筒部和齿形成部的树脂可包含相对于树脂的总量为15质量％至50质量％的玻璃纤维作为填料。通过混合在上述范围内的玻璃纤维，可以确保套筒部足够的机械强度和刚度，同时减少作为引起齿形成部的磨损的一个因素的玻璃纤维的量。
在根据本发明的上述方面的齿轮中，构成套筒部和齿形成部的树脂可包含直径为6μm至15μm的玻璃纤维作为填料。通过混合直径在上述范围内的玻璃纤维，可使得玻璃纤维与聚酰胺树脂之间的接触面积相对大。因此，可适宜地改善套筒部的机械强度和刚度。即，使用减少量的玻璃纤维，套筒部的机械强度等可得到确保。因此，可减少作为引起齿形成部的磨损的一个因素的玻璃纤维的量，并且齿形成部的耐磨性可得到改善。另外，随着玻璃纤维的直径减小，对应物攻击性减小，从而引起树脂的磨损和剥落的效应小。从这个角度来看，齿形成部的耐磨性也可得到改善。
在根据本发明的上述方面的齿轮中，具有碳二亚胺键的化合物的混合比例相对于原料树脂的总量可为0.5质量％至4质量％。通过混合在上述范围内的具有碳二亚胺键的化合物，可容易地获得数均分子量Mn为30000或更高的原料树脂。另一方面，由于具有碳二亚胺键的化合物的量不过量，因而可以减少例如混炼过程中树脂压力(粘度)增大的可能性、发热的可能性、因发热所致的聚酰胺树脂和碳二亚胺的热分解的可能性以及因填料的聚集变差所致的树脂与填料之间的粘附强度减小的可能性。
附图说明
本发明的示例性实施方案的特征、优点以及技术和工业重要性将在下文结合附图描述，在附图中，相同的附图标记表示相同的要素，并且其中：
图1为示出了其中提供了根据本发明的一个实施方案的蜗轮的电动动力转向装置的示意图；
图2为示意性地示出了蜗轮的透视图；
图3为示出了蜗轮的制造工艺的流程图；
图4为示出关于原料树脂的制备的步骤的图；
图5为示出通过碳二亚胺脱水缩合的反应机理的图；
图6为示出了根据本发明的一个实施方案的滚动轴承的剖视图；
图7为示出关于原料树脂的制备的步骤的图；
图8为示出实施例、参考例和市售产品的数均分子量Mn的图；
图9为示出实施例和参考例在拉伸强度试验中的结果的图；
图10为示出实施例和参考例在断裂拉伸试验中的结果的图；
图11为示出实施例和参考例在摩擦和磨损试验中的结果的图；
图12为示出实施例和参考例在摩擦和磨损试验中的结果的图；和
图13为示出市售产品在摩擦和磨损试验中的结果的图。
具体实施方式
下文将结合附图详细描述本发明的实施方案。图1为示出了其中提供了根据本发明的一个实施方案的中间轴5的电动动力转向装置1的示意图。电动动力转向装置1包括：转向轴3，其连接到转向轮2以便以一体化的方式与转向轮2一起旋转；中间轴5，其通过万向节4连接到转向轴3；小齿轮轴7，其通过万向节6连接到中间轴5；和齿条杆8。齿条杆8包括与小齿轮轴7的小齿轮齿7a啮合的齿条齿8a。齿条杆8充当在车辆(汽车)的左右方向上延伸的转向轴。
小齿轮轴7和齿条杆8构成作为齿条-小齿轮机构的转向操纵机构9。齿条杆8通过多个轴承(未示出)支承在固定到车体的齿条壳体10中以便可线性往复。齿条杆8的相对端部从齿条壳体10的相对侧突出，并且拉杆11联结到所述端部中的每一个。
拉杆11中的每一个通过转向节臂(未示出)连接到相应的转向轮12。当转向轴3因转向轮2的运行而旋转时，该旋转通过小齿轮齿7a和齿条齿8a被转化为齿条杆8沿车辆左右方向上的线性运动。结果，转向轮12被转向。
转向轴3分为连接到转向轮2的输入轴3a和连接到小齿轮轴7的输出轴3b。两个轴3a、3b通过扭矩杆13共轴连接到彼此以便相对于彼此旋转。扭矩杆13具有扭矩传感器14，其基于两个轴3a、3b之间的相对旋转位移检测转向扭矩，并且由扭矩传感器14获得的扭矩检测结果被输出到电子控制单元(ECU)15。
在ECU 15中，用于转向辅助的电动马达17的驱动通过驱动电路16基于扭矩检测结果、来自车辆速度传感器(未示出)的车辆速度检测结果输入等来控制。在通过减速器18减慢来自电动马达17的旋转输出的速度后，旋转被传输到小齿轮轴7并转化为齿条杆8的线性运动，从而辅助转向。减速器18包括：蜗杆轴19(小齿轮)，其充当输入轴并通过电动马达17旋转；和蜗轮20(大齿轮)，其与蜗杆轴19啮合并连接到转向轴3的输出轴3b以便与转向轴3一起以一体化的方式旋转。蜗轮20为根据本发明的滑动构件和齿轮的一个实例。
图2为示意性地示出了蜗轮20的透视图。蜗轮20形成为环形，在其中心处设置有通孔21。转向轴3的输出轴3b(参考图1)插入到通孔21中。蜗轮20由作为一体物的树脂模制物形成并包括绕通孔21同心地设置的套筒部22和齿形成部23。套筒部22和齿形成部23形成为连续的树脂层。在本实施方案中，套筒部22限定为环形区域，而齿形成部23限定为绕套筒部22设置的环形区域。在齿形成部23的外周缘上沿周缘方向形成有多个齿24。这里，其中所述两个区域(在本实施方案中，套筒部22和齿形成部23)形成连续的层的配置意味着在所述两个区域之间无物理边界面。例如，在套筒部22与齿形成部23之间可能存在由于使用不同的树脂材料而形成的材料相中的材料边界如晶界。另一方面，例如，当齿形成部通过在金属或树脂套筒部的外周缘上进行单独的注塑来形成时，在套筒部与齿形成部之间可能出现物理边界面。在图2中，为清楚起见，在套筒部22和齿形成部23之间示出了想象的边界25。
接下来，将描述制造蜗轮20的方法。图3为示出了蜗轮20的制造工艺的流程图。图4为示出关于原料树脂26的制备的步骤的图。图5为示出通过碳二亚胺41脱水缩合的反应机理的图。为了制造蜗轮20，首先制备构成蜗轮20的原料树脂26(S1)。为了制备原料树脂26，使用例如图4中示出的混炼机27。
例如，混炼机27包括主体28、罐29、冷却水罐30和造粒机31。主体28包括主进料器32、机筒33、螺杆34和喷嘴35。副进料器36附接到主进料器32与喷嘴35之间的部位(位于主进料器32下游的部位)。主体28不受特别限制。例如，可使用熟知的混炼机如双螺杆(多螺杆)挤出机或单螺杆挤出机。
在罐29的上游设置有搅拌器37。在搅拌器37中混合的原材料通过罐29和设置在罐29下游的带式重量计38供给到主体28的主进料器32。为了制备原料树脂26，首先通过作为共用供给端口的主进料器32向机筒33供给聚酰胺树脂39和给定的添加剂。聚酰胺树脂39和给定的添加剂可单独地或是在搅拌器37中混合(通过干式共混方法，即通过母料法)后供给到罐29。
聚酰胺树脂39的实例包括脂族聚酰胺(例如，PA6、PA66、PA12、PA612、PA610或PA11)和芳族聚酰胺(例如，PA6T、PA9T或PPA)。在这些聚酰胺树脂中，优选脂族聚酰胺，更优选聚酰胺66(PA66)。在这些聚酰胺树脂中，可单独地使用一种，或者可组合地使用两种或更多种。所用聚酰胺树脂的数均分子量可为例如15000至25000。除聚酰胺树脂39外，供给到主进料器32的基础树脂还可包含例如热塑性弹性体(例如，经酸改性的乙烯弹性体、EGMA、EPDM或聚酰胺弹性体)。由于热塑性弹性体的加入，因而耐冲击性可得到改善。
聚酰胺树脂39的混合比例相对于用来制备原料树脂26的材料的总量可为例如45质量％至90质量％。另外，作为给定的添加剂，优选润滑剂。由于该润滑剂，因而可在原料树脂26的分子之间获得润滑效应。因此，模制过程中蜗轮20的粘度可得到降低。因此，即便在原料树脂26的分子量(质量)高时，模制也可在较低的温度下进行，并因此可抑制模制过程中树脂的热分解。结果，由于可在保持原料树脂26的高分子量的同时进行模制，因而原料树脂26的机械强度和耐磨性可适宜地保持。
润滑剂不受特别限制，只要其可在蜗轮20的模制过程中减小原料树脂26的粘度即可。例如，可使用熟知的润滑剂，其实例包括：金属皂如金属硬脂酸盐；烃如石蜡或合成聚乙烯蜡；脂肪酸如硬脂酸；高级醇如硬脂醇；脂族酰胺如硬脂酸酰胺或油酸酰胺；酯如醇-脂肪酸酯；和有机硅化合物。在这些润滑剂中，优选金属皂，更优选金属硬脂酸盐。在其中添加了润滑剂的情况下，润滑剂的混合比例相对于用来制备原料树脂26的材料的总量可为例如0.01质量％至1质量％。
供给到机筒33的聚酰胺树脂39和任选加入的添加剂通过螺杆34的旋转而彼此混炼。关于混炼条件，例如，机筒33的温度可为275℃至325℃，螺杆34的旋转速度可为100rpm至500rpm。接下来，通过作为共用供给端口的副进料器36向机筒33同时供给填料40和具有碳二亚胺键的化合物41(后文简称为“碳二亚胺”)。
所用填料40的实例包括短纤维填料如玻璃纤维、碳纤维、芳族聚酰胺纤维、或纤维素纤维；板状填料如玻璃薄片；和微细可增强填料如碳纳米管或碳纳米纤维。在这些填料中，可使用一种或者两种或更多种。在这些填料中，优选短纤维填料，更优选玻璃纤维，还更优选扁平玻璃纤维。通过使用扁平玻璃纤维，可减小齿轮切割后齿形成部23的表面粗糙度。
在使用玻璃纤维时，优选玻璃纤维应具有6μm至15μm的直径。通过混合(添加)直径在上述范围内的玻璃纤维，可使得原料树脂26中玻璃纤维与聚酰胺树脂之间的接触面积相对大。因此，在蜗轮20的模制过程中，套筒部22的机械强度和刚度(刚性)可适宜地改善。即，使用减少量的玻璃纤维，可确保套筒部22足够的机械强度等。因此，可减少作为引起齿形成部23的磨损的一个因素的玻璃纤维的量，并且耐磨性可得到改善。另外，随着玻璃纤维的直径减小，对对应物的攻击性(对应物攻击性)减小，从而引起树脂的磨损和剥落的效应小。从这个角度来看，耐磨性也可得到改善。此外，当玻璃纤维的对应物攻击性减小时，玻璃纤维对与蜗轮20啮合的蜗杆轴19的影响可减小。因此，可缩短对蜗杆轴19的硬化(例如，热处理如淬火)时间。
另外，填料40(玻璃纤维)的混合比例相对于用来制备原料树脂26的材料的总量可为例如10质量％至50质量％，优选15质量％至50质量％，更优选25质量％至50质量％。通过混合(添加)在上述范围内的玻璃纤维，可以确保套筒部22足够的机械强度，同时减少作为引起齿形成部23的磨损的一个因素的玻璃纤维的量。所用碳二亚胺41不受特别限制，只要其为具有碳二亚胺基团(-N＝C＝N-)的化合物即可。碳二亚胺41可为具有一个碳二亚胺基团的单碳二亚胺或具有多个碳二亚胺基团的多碳二亚胺。可使用各种种类的碳二亚胺如脂族碳二亚胺、芳族碳二亚胺或改性碳二亚胺。在这些碳二亚胺中，优选脂族碳二亚胺，市售产品的具体实例包括“CARBODILITE(注册商标名)HMV-15CA”(Nisshinbo Chemical Inc.生产)。
碳二亚胺41的混合比例相对于用来制备原料树脂26的材料的总量可为例如0.5质量至4质量％。通过混合(添加)在上述范围内的碳二亚胺41，可适宜地获得数均分子量Mn为30000或更高的原料树脂26。另一方面，由于碳二亚胺41的量不过量，因而可以减少例如混炼过程中树脂压力(粘度)增大的可能性、发热的可能性、因发热所致的聚酰胺树脂39和碳二亚胺41的热分解的可能性以及因填料40的聚集变差所致的树脂与填料40之间的粘附强度减小的可能性。
在其中碳二亚胺41为粉末的情况下，碳二亚胺41可例如单独地或者在与聚酰胺树脂混合(通过干式共混方法，即通过母料法)后自副进料器36供给。填料40和碳二亚胺41被添加到在机筒33中输送的混炼材料中，所述混炼材料包含聚酰胺树脂39和任选加入的添加剂。接下来，组分被进一步彼此混炼。从供给碳二亚胺41到从喷嘴35注入混炼材料所需的时间(碳二亚胺41的混炼时间)可为例如1秒至1分钟。相应地，副进料器36离喷嘴35的距离可基于所述混炼时间适宜地设定。
在供给碳二亚胺41后，混炼材料作为原料树脂以股的形式自喷嘴35注入，在冷却水罐30中冷却以凝固，然后由造粒机31造粒。通过上述步骤，获得其中填料40分散在聚酰胺树脂39中的原料树脂26。关于蜗轮20的制造，在下一步中，一体地模制套筒部22和齿形成部23(图3的S2)。在此步骤中，准备模具(未示出)，熔化图4中所示步骤中获得的原料树脂26(粒料)并注入到模具中。模具可具有形成圆柱形结构的形状，在所述圆柱形结构中布置多个蜗轮20。接下来，在冷却原料树脂26以凝固达给定时间后，从模具中取出蜗轮20的一体地模制的圆柱形结构。自该圆柱形结构一个一个地切出圆柱形蜗轮20。
最后，在蜗轮20的齿形成部23上进行齿轮切割(齿24的形成)(S3)。结果，获得图2中所示的蜗轮20。根据上述方法，碳二亚胺41在聚酰胺树脂39与填料40的混炼过程中(在聚酰胺树脂39与填料40的混炼开始时)供给。结果，在混炼和注塑过程中，如图5中所示，碳二亚胺41的作用可促进聚酰胺树脂39(在图5中，聚酰胺66)的端羧基基团(-COOH)与端氨基基团(-NH2)之间的脱水缩合。结果，已事先通过聚合形成的聚酰胺树脂39的多个聚合物链可在链反应中连接到彼此，树脂的分子量可增大。例如，可使得反应后原料树脂26的数均分子量高，即反应后原料树脂26的数均分子量为30000或更高。
此外，由于碳二亚胺41在混炼过程中供给，因而可抑制因过度的脱水缩合所致的聚酰胺树脂39的分解。因此，聚酰胺树脂39的分子量可增大至相关领域中尚未达到的水平。在供给碳二亚胺41之前，不发生聚酰胺树脂39中的链反应，聚酰胺树脂39的分子量不高(例如，Mn大约＝20000)。在此状态下，聚酰胺树脂39的粘度相对低。因此，通过使聚酰胺树脂39和填料40彼此混炼，填料40可适宜地分散在整个聚酰胺树脂39中。
结果，可确保套筒部22所需的机械强度、所需的刚度和所需的尺寸稳定性。树脂的数均分子量Mn为30000或更高，并且树脂的裂纹扩展抵抗性优异。因此，即便在因填料40所致的树脂的磨损和剥落而导致了裂纹时，裂纹的扩展速率也可得到降低。结果，齿形成部23的磨损量可得到减少，并因此可实现(获得)齿形成部23的所需耐磨性。因此，与其中使用金属套筒部的情况相比，开裂、耐久性寿命短等的可能性小，成本可降低，并且重量可减轻。
相应地，由于可抑制蜗杆轴19与蜗轮20的轴间距离的变化量的增大，因而可防止因所述变化量的增大所致的格格响声的产生，并可改善耐久性寿命。特别地，如果在未来进一步减小蜗轮20的尺寸，则载荷将变得比以往任何时候都大，并且齿轮减速比将变得比以往任何时候都小，结果，可能向蜗轮20施加高的扭矩。如果对上述高扭矩的耐磨性低，则蜗轮20的耐久性寿命可能缩短。然而，如本发明的实施方案的情况中具有优异的耐磨性的蜗轮20可适合应用于要求减小尺寸并且增大输出的未来用途。
与其中聚酰胺树脂39、填料40和碳二亚胺41被同时供给到主体28并然后开始混炼的情况或其中聚酰胺树脂39和碳二亚胺41被同时自混炼机27的主进料器32供给(从一开始)并开始混炼的情况相比，主体28中扭矩超限、发热、断股等的发生可得到减少。结果，蜗轮20可稳定地生产。
上文已描述了本发明的实施方案，但本发明可以以其它实施方案来实施。在上述实施方案中，蜗轮20包括一体地模制的套筒部22和齿形成部23。然而，可例如采用其中树脂齿形成部23紧密附接到金属套筒部22的配置。在这种情况下，齿形成部23使用原料树脂26来形成。
根据本发明的滑动构件可应用于除了上述蜗轮20外的滑动构件，例如各种齿轮或树脂保持器。例如，根据本发明的滑动构件可应用于图6中所示的滚动轴承42的保持器43。滚动轴承42包括内环45和外环46，作为一对在其间形成环形区域44的滚道构件；球47，作为布置在区域44中并相对于内环45和外环46滚动的多个滚动元件；布置在区域44中并保持球47的保持器43；填充区域44的油脂G；和一对固定到外环46并在内环45上滑动的环状密封构件48、49。
密封构件48、49包括环状芯金属50、50和分别烧固到芯金属50、50的环状橡胶体51、51。密封构件48、49的外周缘部分嵌合并固定到在外环46的相对端面上形成的凹槽部52、52，而密封构件48、49的内周缘部分嵌合并固定到在内环45的相对端面上形成的凹槽部53、53。油脂G密封在区域44中使得区域44基本上充满油脂G。区域44由一对密封构件48、49形成(限定)在两个环45、46之间。
主体28可如图7中所示包括两个副进料器36。例如，副进料器36可包括第一副进料器36a和位于第一副进料器36a下游的第二副进料器36b。在此情况下，可采用自主进料器32单独供给聚酰胺树脂39、自第一副进料器36a供给填料40和自第二副进料器36b供给碳二亚胺41的配置。
填料40可通过主进料器32与聚酰胺树脂39一起供给到机筒33。此外，碳二亚胺41可不自副进料器36供给或者可不在聚酰胺树脂39与填料40的混炼过程中供给。例如，碳二亚胺41可在与聚酰胺树脂39混合后自主进料器32供给。在此情况下，也可实现本发明的效果。此外，可在本发明的范围内作各种设计改变。
接下来基于实施例、参考例等描述本发明。然而，本发明不限于以下实施例。
下面描述实施例1。在具有图4中所示配置的混炼机27中，将64.7质量％的由AsahiKasei Chemicals Corporation所生产的聚酰胺66(“1402S”，数均分子量Mn：23000)、33.3质量％的由Nitto Boseki Co.，Ltd.所生产的玻璃纤维(“CS3PE-455S”)和2质量％的由Nisshinbo Chemical Inc.所生产的碳二亚胺(CARBODILITE(注册商标名)“HMV-15CA”)彼此混炼以获得原料树脂。使用该原料树脂模制试验样品。聚酰胺66供给到主进料器32，而玻璃纤维和碳二亚胺供给到副进料器36。在参考例1中，试验样品在与实施例1相同的条件下制备，不同的是碳二亚胺供给到主进料器32。在参考例2中，试验样品在与实施例1相同的条件下制备，不同的是使用数均分子量Mn为27000的聚酰胺66；玻璃纤维的混合比例变为15质量％；并且不添加碳二亚胺。在参考例3中，试验样品在与实施例1相同的条件下制备，不同的是不添加碳二亚胺。接下来，将描述市售产品1。使用由Asahi Kasei ChemicalsCorporation所生产的聚酰胺66(LEONA(注册商标名)的未增强级“1502S”)来模制试验样品。不添加玻璃纤维和碳二亚胺。接下来，将描述市售产品2。使用由DuPont所生产的聚酰胺66(ZYTEL(注册商标名)的“E51HSBNC010”)来模制试验样品。不添加玻璃纤维和碳二亚胺。接下来，将描述市售产品3。通过向市售产品1添加1质量％的由Rhein Chemie Japan Ltd.所生产的芳族碳二亚胺(“STABAXOL(注册商标名)P400”)来模制试验样品。不添加玻璃纤维。
接下来，将描述评价试验。对于除参考例3外的试验样品，通过凝胶渗透色谱法(GPC)测量数均分子量Mn。结果示于图8中。从图8的实施例1与参考例2之间的比较发现，通过彼此混炼聚酰胺66与碳二亚胺可实现30000或更高的数均分子量Mn。此外，从实施例1与参考例1之间的比较发现，当碳二亚胺被供给到副进料器36时，分子量可增加至高于其中碳二亚胺被供给到主进料器32的情形。此外，从实施例1与市售产品1和2之间的比较发现，通过将碳二亚胺供给到副进料器36，分子量可增加至一般的市售产品1和2中无法实现的水平。
对于实施例1以及参考例2和3，根据JIS K 7161测量拉伸强度。结果示于图9中。从图9发现，即便在添加碳二亚胺时(实施例1)，拉伸强度(机械强度)也与其中不添加碳二亚胺的情形(参考例3)中一样高。对于实施例1以及参考例1和3，根据JIS K 7161测量断裂拉伸(即，试验样品破裂时刻的伸长率)。结果示于图10中。从图10发现，通过将碳二亚胺供给到副进料器36(实施例1)，可以实现比在其中将碳二亚胺供给到主进料器32的情形(参考例1)或其中不添加碳二亚胺的情形(参考例3)下更高的断裂拉伸(更高的机械强度)。对于实施例1、参考例1至3及市售产品1和3，进行Suzuki型摩擦和磨损试验，并测量磨损量(mm)和磨损重量损失(g)。结果示于图11、12和13中。
测试条件如下。使用四点接触金属辊和树脂环进行滑动。使用油脂进行润滑。测试温度为室温(RT)。接触通过间歇地进行操作来间歇地进行。从图11和12发现，在其中通过碳二亚胺增大分子量的实施例1和参考例1中，耐磨性高于其中不添加碳二亚胺的参考例2和3。参考例2的高度的减小(磨损量)与实施例1和参考例1的基本相同，其原因推测如下。参考例2的试验样品以大约为实施例1和参考例1的一半(15质量％)的量包含玻璃纤维，因而作为引起树脂磨损的因素的玻璃纤维的绝对量小。
从图13发现，即便在向未增强的高分子量聚酰胺66中加入碳二亚胺时，也无法获得改善耐磨性的效果。其原因如下。当在油脂润滑下于高的表面压力下发生滑动时，主要发生蠕变变形而几乎不发生磨损。因此，不表现出通过增大分子量所获得的改善耐磨性的效果。

Claims (7)

1.一种制造滑动构件的方法，所述滑动构件由包含聚酰胺树脂(39)和填料(40)的树脂构成，所述树脂的数均分子量为30000或更高，所述方法的特征在于：
在所述聚酰胺树脂(39)和所述填料(40)的混炼过程中供给具有碳二亚胺键的化合物(41)，
其中在向混炼机的机筒供给所述聚酰胺树脂(39)后，将所述具有碳二亚胺键的化合物(41)与所述填料(40)一起供给到所述机筒的中间部分，或者将所述具有碳二亚胺键的化合物(41)供给到所述机筒的位于将所述填料(40)供给到所述机筒的部位下游的部位。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述具有碳二亚胺键的化合物(41)的混合比例相对于混炼材料的总量为0.5质量％至4质量％。
3.根据权利要求2所述的方法，其中充当所述填料(40)的玻璃纤维的混合比例相对于所述混炼材料的总量为10质量％至50质量％。
4.一种滑动构件，其特征在于所述滑动构件通过包括以下步骤的方法制造：
在聚酰胺树脂(39)和填料(40)的混炼过程中加入具有碳二亚胺键的化合物(41)来制备原料树脂；和
模制所述原料树脂；
所述原料树脂的数均分子量为30000或更高，
其中在向混炼机的机筒供给所述聚酰胺树脂(39)后，将所述具有碳二亚胺键的化合物(41)与所述填料(40)一起供给到所述机筒的中间部分，或者将所述具有碳二亚胺键的化合物(41)供给到所述机筒的位于将所述填料(40)供给到所述机筒的部位下游的部位。
5.根据权利要求4所述的滑动构件，其中所述具有碳二亚胺键的化合物(41)的混合比例相对于所述原料树脂的总量为0.5质量％至4质量％。
6.一种滑动构件，其是通过权利要求1所述的方法制造的，其特征在于：
所述滑动构件由含有聚酰胺树脂(39)和填料(40)的树脂形成；和
所述树脂的数均分子量为30000或更高。
7.一种齿轮，其通过根据权利要求1所述的方法制造，所述齿轮的特征在于包括：
套筒部(22)；和
齿形成部(23)，其中所述套筒部(22)和所述齿形成部(23)是使用原料树脂一体地模制的，所述原料树脂是通过混炼聚酰胺树脂(39)、填料(40)和具有碳二亚胺键的化合物(41)获得的，所述原料树脂的数均分子量为30000或更高。
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