CN111133230B - 齿形带轮 - Google Patents

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Abstract

齿形带轮(P)由热塑性树脂制成，并且具有带轮主体(10)，在带轮主体(10)的外周上沿着周向以固定节距设置有齿部(11)。带轮主体(10)由树脂组合物形成，该树脂组合物含有尼龙6T和尼龙11的共聚物、以及剖面形状为扁平状的玻璃纤维。

Description

齿形带轮
技术领域
本发明涉及一种齿形带轮。
背景技术
从谋求轻量化的观点出发，普遍将金属制部件置换成树脂制部件。例如，在专利文献1中公开了一种树脂齿轮，其由树脂组合物形成齿轮主体。其中，该树脂组合物在以尼龙6T和尼龙11的共聚物等聚酰胺为主要成分的基体树脂中混合有酸改性烯烃类弹性体，并且分散地含有碳纤维。
专利文献1：日本专利第6266832号公报
发明内容
本发明涉及一种齿形带轮，该齿形带轮由热塑性树脂制成且具有带轮主体，在所述带轮主体的外周上沿着周向以固定节距设置有齿部，所述带轮主体由树脂组合物形成，所述树脂组合物含有尼龙6T和尼龙11的共聚物、以及剖面形状为扁平状的玻璃纤维。
附图说明
图1是实施方式所涉及的齿形带轮的立体图；
图2是示出使用了实施方式所涉及的齿形带轮的齿形带传动装置的图。
具体实施方式
下面，对实施方式进行详细的说明。
图1示出实施方式所涉及的齿形带轮P。该实施方式所涉及的齿形带轮P能够例如作为电动动力转向装置、后视镜、后滑动门、制动系统等驱动机构、减速机构的齿形带传动装置中的从动带轮使用。
实施方式所涉及的齿形带轮P由热塑性树脂制成，并具有由树脂组合物形成的圆筒状的带轮主体10，且齿形带轮P仅由该带轮主体10构成。需要说明的是，实施方式所涉及的齿形带轮P除了具有带轮主体10以外，也可以具有嵌入到带轮主体10内的金属制的轴安装部件等。就实施方式所涉及的齿形带轮P而言，外径例如在60mm以上且110mm以下，内径例如在40mm以上且55mm以下，宽度例如在20mm以上且45mm以下。
在带轮主体10上沿着外周以固定节距设置有多个齿部11。齿部11是设置成相对于宽度方向倾斜着延伸的所谓斜齿。从降低啮合传动时产生的噪音的观点出发，该倾斜角度优选在5°以上且15°以下。需要说明的是，齿部11也可以设置成沿宽度方向延伸。
当从侧视角度观看时，齿部11也可以是形状为梯形的梯形齿，还可以是形状为半圆形的圆形齿，进而还可以是形状为其它形状的齿。齿部11的齿数例如在90个以上且165个以下。齿部11的齿高例如在0.5mm以上且2mm以下，齿部11的齿宽例如在0.5mm以上且2mm以下。在带轮主体10的两侧分别设置有凸缘12，凸缘12与带轮主体10形成为一体。
形成带轮主体10的树脂组合物(以下称为“树脂组合物X”)含有基体材料和分散于该基体材料中的分散材料。基体材料在树脂组合物X中的体积含量优选在50.0体积％以上且70.0体积％以下，更优选在55.0体积％以上且65.0体积％以下。分散材料在树脂组合物X中的体积含量优选在30.0体积％以上且50.0体积％以下，更优选在35.0体积％以上且45.0体积％以下。
树脂组合物X含有尼龙6T(聚对苯二甲酰己二胺)和尼龙11(聚十一内酰胺)的共聚物(以下称为“尼龙6T/11”)来作为基体材料。
尼龙6T的结构单元在尼龙6T/11中的摩尔分数优选在55摩尔％以上且75摩尔％以下。尼龙11的结构单元在尼龙6T/11中的摩尔分数优选在25摩尔％以上且45摩尔％以下。尼龙6T/11在树脂组合物X中的体积含量A优选在45.0体积％以上且60.0体积％以下，更优选在50.0体积％以上且55.0体积％以下。
从抑制对齿形带造成损伤的观点出发，树脂组合物X优选含有酸改性聚烯烃来作为基体材料。酸改性聚烯烃是使不饱和羧酸、该不饱和羧酸的酸酐以及该不饱和羧酸的衍生物中的一种或两种以上与聚烯烃键合而成的化合物。能够列举出的聚烯烃例如有：聚乙烯、聚丙烯、聚-1-丁烯、聚-4-甲基-1-戊烯等均聚物；乙烯与丙烯、1-丁烯、1-己烯、1-辛烯、4-甲基-1-戊烯等α-烯烃的共聚物等。能够列举出的不饱和羧酸例如有：丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸、富马酸、丁烯酸、衣康酸等。酸改性聚烯烃优选含有这些组合中的一种或两种以上，更优选含有马来酸酐改性聚烯烃，进一步优选含有马来酸酐改性超高分子量聚乙烯(分子量为100万以上)。酸改性聚烯烃在树脂组合物X中的体积含量B优选在1.0体积％以上且5.0体积％以下，更优选在2.0体积％以上且4.0体积％以下。
在该情况下，酸改性聚烯烃在树脂组合物X中的体积含量B优选小于尼龙6T/11在树脂组合物X中的体积含量A。在树脂组合物X中酸改性聚烯烃的体积含量B与尼龙6T/11的体积含量A的体积比即A/B优选在0.025以上且0.040以下，更优选在0.030以上且0.035以下。树脂组合物X的基体材料也可以具有海岛结构，在海岛结构中，在由尼龙6T/11形成的海洋中分散有由酸改性聚烯烃形成的岛。
树脂组合物X含有剖面形状为扁平状的玻璃纤维(以下称为“扁平玻璃纤维”)来作为分散材料。能够列举出的扁平玻璃纤维的剖面形状例如有茧形、椭圆形。
扁平玻璃纤维的宽度优选在20μm以上且50μm以下，更优选在30μm以上且40μm以下；扁平玻璃纤维的厚度优选在3μm以上且10μm以下，更优选在5μm以上且7μm以下。扁平玻璃纤维在混合时的纤维长度例如在2mm以上且4mm以下，但由于混炼而折损后的纤维长度变得比混合时的纤维长度短，在树脂组合物X中就会包含具有较短纤维长度的扁平玻璃纤维。扁平玻璃纤维在树脂组合物X中的体积含量C优选在20.0体积％以上且50.0体积％以下，更优选在25.0体积％以上且45.0体积％以下。需要说明的是，树脂组合物X除了含有扁平玻璃纤维以外，还可以含有剖面形状为圆形的玻璃纤维(以下称为“圆形玻璃纤维”)。
从抑制表现出各向异性从而提高尺寸稳定性的观点出发，树脂组合物X优选含有球状熔融硅石作为分散材料。球状熔融硅石的50％直径(D50：中位直径)优选在15μm以上且30μm以下，更优选在17μm以上且25μm以下。球状熔融硅石在树脂组合物X中的体积含量D优选在3.0体积％以上且15.0体积％以下，更优选在5.0体积％以上且12.0体积％以下。
优选的是：球状熔融硅石在树脂组合物X中的体积含量D小于扁平玻璃纤维在树脂组合物X中的体积含量C。球状熔融硅石在树脂组合物X中的体积含量D与扁平玻璃纤维在树脂组合物X中的体积含量C之比即D/C优选在0.20以上且0.40以下，更优选在0.25以上且0.35以下。
需要说明的是，树脂组合物X也可以含有尼龙6T/11和酸改性聚烯烃以外的化合物来作为基体材料，也可以含有扁平玻璃纤维和球状熔融硅石以外的物质来作为分散材料。
从抑制由吸水引起的尺寸变化的观点出发，树脂组合物X的吸水率优选在0.20％以下，更优选在0.15％以下。该吸水率是根据JIS K7209:2000测得的。
树脂组合物X的弯曲强度优选在280MPa以上，更优选在300MPa以上。树脂组合物X的弯曲模量优选在12.0MPa以上，更优选在15.0MPa以上。上述弯曲强度和弯曲模量是根据JIS K7171:2016测得的。
能够这样制造实施方式所涉及的齿形带轮P，即：用注塑成型机将从料斗投入的含有尼龙6T/11的基体材料和含有扁平玻璃纤维的分散材料在缸内加热并混炼，由此制备熔融状态的树脂组合物X，然后将熔融状态下的树脂组合物X注塑填充到模具的齿形带轮P形状的型腔中进行冷却。
图2示出使用了实施方式所涉及的齿形带轮P的齿形带传动装置20。
该齿形带传动装置20构成为：实施方式所涉及的齿形带轮P作为从动带轮安装在从动轴21上，在齿形带轮P与安装在驱动轴22上的齿数较少的驱动带轮23之间卷挂有齿形带B。其中，驱动轴22设置在从动轴21的一侧，齿形带B的斜齿的齿部表面被补强布覆盖住。齿形带传动装置20可以是齿形带B朝着一个方向走行的齿形带传动装置，也可以是齿形带B朝着一个方向以及与其相反的方向往复走行的齿形带传动装置。
根据以上说明的实施方式所涉及的齿形带轮P，由于由热塑性树脂制成的带轮主体10由含有尼龙6T/11和扁平玻璃纤维的树脂组合物X形成，因此能够获得优异的尺寸稳定性。推测其原因为：通过使用吸水性低的尼龙6T/11，能够抑制由吸水而引起的尺寸变化，同时通过使用扁平玻璃纤维，能够抑制由尺寸变化引起的各向异性。
根据实施方式所涉及的齿形带轮P，能够抑制对齿形带造成损伤，具体而言，能够抑制覆盖齿表面的补强布产生磨损。推测其原因为：尼龙6T/11的硬度比较低，扁平玻璃纤维与齿形带之间进行面接触。
实施例
(齿形带轮)
制造出以下实施例1～3以及比较例1～4中的齿形带轮。在表1中也分别示出了各齿形带轮的构成。
<实施例1>
将由含有59.5体积％的尼龙6T/11(VYLOAMIDE MJ-300东洋纺织公司制)和40.5体积％的扁平玻璃纤维(CSG3PA-820日东纺织公司制，宽度：30～40μm，厚度：5μm，初始纤维长度：3.0mm)的树脂组合物注塑成形而成的具有斜齿的齿形带轮作为实施例1。需要说明的是，齿形带轮的外径为70.5mm，宽度为32.0mm，齿数为111个(以下相同)。
<实施例2>
将由含有59.5体积％的尼龙6T/11、30.5体积％的扁平玻璃纤维以及10.0体积％的球状熔融硅石(FB-9454Denka公司制，D50：20μm)的树脂组合物注塑成形而成的具有斜齿的齿形带轮作为实施例2。
<实施例3>
将由含有59.5体积％的尼龙6T/11、30.5体积％的扁平玻璃纤维、8.0体积％的球状熔融硅石以及2.0体积％的马来酸酐改性超高分子量聚乙烯(LY1040三井化学公司制，分子量：200万)的树脂组合物注塑成形而成的具有斜齿的齿形带轮作为实施例3。
<比较例1>
将由含有59.5体积％的尼龙9T(Genestar N1000A Kuraray公司制)和40.5体积％的圆形玻璃纤维(ECS03-615 Central Glass Fiber公司制，外径：9μm，初始纤维长度：3.0mm)的树脂组合物注塑成形而成的具有斜齿的齿形带轮作为比较例1。
<比较例2>
将由含有59.5体积％的尼龙46(Stanyl TS341N DSM公司制)和40.5体积％的圆形玻璃纤维的树脂组合物注塑成形而成的具有斜齿的齿形带轮作为比较例2。
<比较例3>
将由含有84.3体积％的尼龙66(Ultramid A3W BASF公司制)和15.7体积％的圆形玻璃纤维的树脂组合物注塑成形而成的齿形带轮作为比较例3。
<比较例4>
将由含有59.5体积％的尼龙9T和40.5体积％的扁平玻璃纤维的树脂组合物注塑成形而成的齿形带轮作为比较例4。
[表1]
Figure BDA0002421576210000061
(试验方法)
<齿外径真圆度>
在宽度方向上的2.0mm、15.0mm以及28.0mm的位置处分别测量了实施例1～3以及比较例1～4中的各齿形带轮的外径，将各齿形带轮的外径最大值与最小值的尺寸差分别作为各自的齿外径真圆度。
<比重>
根据JIS K7112:1999分别测量出实施例1～3以及比较例1～4中的形成各齿形带轮的各树脂组合物在各齿形带轮中的比重。
<吸水率>
根据JIS K7209:2000分别测量出实施例1～3以及比较例1～4中的形成各齿形带轮的各树脂组合物的吸水率。
<弯曲强度、弯曲模量>
根据JIS K7171:2016分别测量出实施例1～3以及比较例1～4中的形成各齿形带轮的各树脂组合物的弯曲强度和弯曲模量。
<带走行试验>
将实施例1～3以及比较例1～4中的各齿形带轮作为从动带轮，用带轮布局与图2示出的带轮布局相同的带走行试验机进行了带走行试验。驱动带轮的外径为25.6mm，在驱动带轮以及作为试验对象的从动带轮之间，卷挂了具有齿表面被补强布覆盖住的斜齿的齿形带，在对齿形带施加了100N的张力的状态下，使驱动带轮以2000rpm的转速旋转。在由于补强布磨损进而产生了缺齿的那一时刻让带停止走行，将带到此为止的走行时间作为带耐久时间。需要说明的是，带最长走行时间为200个小时。
在带走行试验后对齿形带的齿表面的补强布进行了目测观察,并分以下四个等级对带损伤程度进行了评价，即，A：几乎未观察到补强布磨损，B：观察到补强布稍微磨损，C：观察到补强布显著磨损，D：补强布磨损加剧而产生缺齿。
(试验结果)
在表1中示出了试验结果。
根据表1可知：对实施例1～3的结果与比较例1～3和比较例4的结果进行了比较，前者与后者相比,齿外径真圆度较小,因此尺寸稳定性优异。其中，实施例1～3中的带轮主体由含有尼龙6T/11和扁平玻璃纤维的树脂组合物形成，比较例1～3中的带轮主体分别由含有尼龙9T和圆形玻璃纤维的树脂组合物、尼龙46和圆形玻璃纤维的树脂组合物、或尼龙66和圆形玻璃纤维的树脂组合物形成，比较例4中的带轮主体由含有尼龙9T和扁平玻璃纤维的树脂组合物形成。对形成齿形带轮的树脂组合物中不含有球状熔融硅石的实施例1与形成齿形带轮的树脂组合物中含有球状熔融硅石的实施例2和实施例3进行比较，可知：后者由于含有球状熔融硅石,因而尺寸稳定性进一步得到提高。
通过对实施例1～3的结果与比较例1～4的结果进行比较，可知：实施例1～3中的带耐久时间较长，且带损伤程度较低，因此对齿形带造成的损伤较小。实施例1和实施例2中的形成齿形带轮的树脂组合物中不含有马来酸酐改性超高分子量聚乙烯，而实施例3中的形成齿形带轮的树脂组合物中含有马来酸酐改性超高分子量聚乙烯，通过对实施例1和实施例2的结果与实施例3的结果进行比较，可知：由于实施例3中的形成齿形带轮的树脂组合物中含有马来酸酐改性超高分子量聚乙烯,因而对齿形带造成的损伤得到抑制。
产业实用性
本发明在齿形带轮的技术领域中是有用的。
符号说明
B 齿形带
P 齿形带轮
10 带轮主体
11 齿部
12 凸缘
20 齿形带传动装置
21 从动轴
22 驱动轴
23 驱动带轮。

Claims (19)

1.一种齿形带轮，该齿形带轮由热塑性树脂制成且具有带轮主体，在所述带轮主体的外周上沿着周向以固定节距设置有齿部，其特征在于：
所述带轮主体由树脂组合物形成，所述树脂组合物含有尼龙6T和尼龙11的共聚物、以及剖面形状为扁平状的玻璃纤维，
所述尼龙6T和尼龙11的共聚物在所述树脂组合物中的体积含量在45.0体积％以上且60.0体积％以下。
2.根据权利要求1所述的齿形带轮，其特征在于：
尼龙6T的结构单元在所述尼龙6T和尼龙11的共聚物中的摩尔分数在55摩尔％以上且75摩尔％以下。
3.根据权利要求1所述的齿形带轮，其特征在于：
所述玻璃纤维的宽度在20μm以上且50μm以下，并且该玻璃纤维的厚度在3μm以上且10μm以下。
4.根据权利要求1所述的齿形带轮，其特征在于：
所述玻璃纤维在所述树脂组合物中的体积含量在20.0体积％以上且50.0体积％以下。
5.根据权利要求1所述的齿形带轮，其特征在于：
所述树脂组合物还含有酸改性聚烯烃。
6.根据权利要求5所述的齿形带轮，其特征在于：
所述酸改性聚烯烃含有马来酸酐改性聚烯烃。
7.根据权利要求6所述的齿形带轮，其特征在于：
所述酸改性聚烯烃含有分子量为100万以上的马来酸酐改性超高分子量聚乙烯。
8.根据权利要求5所述的齿形带轮，其特征在于：
所述酸改性聚烯烃在所述树脂组合物中的体积含量在1.0体积％以上且5.0体积％以下。
9.根据权利要求5所述的齿形带轮，其特征在于：
所述酸改性聚烯烃在所述树脂组合物中的体积含量小于所述尼龙6T和尼龙11的共聚物在所述树脂组合物中的体积含量。
10.根据权利要求9所述的齿形带轮，其特征在于：
所述酸改性聚烯烃在所述树脂组合物中的体积含量与所述尼龙6T和尼龙11的共聚物在所述树脂组合物中的体积含量的体积比在0.025以上且0.040以下。
11.根据权利要求9所述的齿形带轮，其特征在于：
所述树脂组合物具有海岛结构，在所述海岛结构中，在由所述尼龙6T和尼龙11的共聚物形成的海洋中分散有由所述酸改性聚烯烃形成的岛。
12.根据权利要求1所述的齿形带轮，其特征在于：
所述树脂组合物还含有球状熔融硅石。
13.根据权利要求12所述的齿形带轮，其特征在于：
所述球状熔融硅石的50％直径在15μm以上且30μm以下。
14.根据权利要求12所述的齿形带轮，其特征在于：
所述球状熔融硅石在所述树脂组合物中的体积含量在3.0体积％以上且15.0体积％以下。
15.根据权利要求12所述的齿形带轮，其特征在于：
所述球状熔融硅石在所述树脂组合物中的体积含量小于所述玻璃纤维在所述树脂组合物中的体积含量。
16.根据权利要求15所述的齿形带轮，其特征在于：
所述球状熔融硅石在所述树脂组合物中的体积含量与所述玻璃纤维在所述树脂组合物中的体积含量之比在0.20以上且0.40以下。
17.根据权利要求1所述的齿形带轮，其特征在于：
所述树脂组合物的根据JIS K7209:2000测得的吸水率在0.20％以下。
18.根据权利要求1所述的齿形带轮，其特征在于：
所述树脂组合物的根据JIS K7171:2016测得的弯曲强度在280MPa以上。
19.根据权利要求1所述的齿形带轮，其特征在于：
所述树脂组合物的根据JIS K7171:2016测得的弯曲模量在12.0MPa以上。
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