DE102016110098A1

DE102016110098A1 - Harzzahnrad, Polyacetalharzzusammensetzung für das Harzzahnrad, Verfahren zur Herstellung der Polyacetalharzzusammensetzung für das Harzzahnrad und Verfahren zur Herstellung des Harzzahnrads

Info

Publication number: DE102016110098A1
Application number: DE102016110098.6A
Authority: DE
Inventors: Yosuke Takahashi; Ryoji Kawano; Tomohiro Shimizu
Original assignee: Asahi Kasei Corp; Asahi Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Asahi Kasei Corp; Asahi Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 2015-09-25
Filing date: 2016-06-01
Publication date: 2017-03-30
Also published as: CN106554597A; JP6353422B2; JP2017062017A

Abstract

Zu lösendes Problem
Es soll ein Zahnrad mit hoher Lebensdauer und Laufruhe erhalten werden
Lösung
Durch die vorliegenden Erfindung wird ein Harzzahnrad mit einem Rand 2 und auf dem Außenumfang des Rands 2 angeordneten Zähnen bereitgestellt, wobei, wenn der Rand 2 oder der Rand 2 und die Zähne 1 belastet und entlastet werden, die Differenz zwischen der Verformungsgröße c (%) des Zahnrads nach einem Vorgang des Belastens bei 75 MPa und des Entlastens von 75 MPa auf 15 MPa und der Verformungsgröße d (%) des Zahnrads nach 50 Wiederholungsvorgängen der Belastung bei 75 MPa und der Entlastung von 75 MPa auf 15 MPa (d – c: Restverformung) 0,9 Punkte oder weniger ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Harzzahnrad, eine Polyacetalharzzusammensetzung für das Harzzahnrad, ein Verfahren zur Herstellung der Polyacetalharzzusammensetzung für das Harzzahnrad und ein Verfahren zur Herstellung eines Harzzahnrades.
Hintergrundtechnik
Harzzahnräder werden als Kraftübertragungsmechanismen oder Antriebsmechanismen in einem breiten Bereich von Gebieten eingesetzt, einschließlich Büroautomatisierungsgeräten, wie Kopierern und Druckern, digitalen Anwendungen, wie VTR (Video Tape Recordern), DVD und Blu-Rays, Kraftfahrzeugfensterglas, Sitze und Sonnendächer usw. Insbesondere ersetzen Harzzahnräder Metallzahnräder aufgrund ihres niedrigen Gewichts.
Polyacetalharze sind durch ihre hervorragende Ausgewogenheit zwischen mechanischer Festigkeit (z. B. Biegemodul und Zugbruchspannung), chemischer Beständigkeit, Gleitfähigkeit und Abriebbeständigkeit sowie leichte Verarbeitbarkeit gekennzeichnet. Polyacetalharze werden daher oft als typische technische Kunststoffe verwendet, die als Materialien für Zahnräder in verschiedenen industriellen Bauteilen wie mechanischen Elementen für elektrische Geräte und Automobilteile dienen.
Insbesondere werden Polyacetalharz zusammensetzungen, die mit anorganischen Füllstoffen verstärkt sind, in Automobilteilen eingesetzt, bei denen eine hohe Lebensdauer erforderlich ist.
In diesem Zusammenhang bedeutet „Lebensdauer” eine lange Lebensdauer bis zum Bruch unter einer gegebenen Belastung.
In den Polyacetalharzzusammensetzungen, die mit anorganischen Füllstoffen verstärkt sind, wird üblicherweise eine Erhöhung des Molekulargewichte der Polyacetalharze oder eine Steuerung der Endgruppen der Polyacetalharze vorgenommen, um die Lebensdauer weiter zu verbessern.
Patenddokument 1 offenbart eine Polyacetalharzzusammensetzung, umfassend ein Polyacetalharz und faserförmige anorganische Füllstoffe, um die Lebensdauer zu verbessern. Patentdokument 1 offenbart auch, dass die Lebensdauer verbessert wird, wenn das Polyacetalharz ein größeres Molekulargewicht aufweist.
Patentdokument 2 offenbart eine Polyacetalharzzusammensetzung, umfassend einen anorganischen Glasfüllstoff und ein Polyacetalharz, und offenbart ein Verfahren zur Verbesserung des engen Kontakts der Grenzfläche zwischen dem anorganischen Glasfüllstoff und dem Polyacetalharz durch Verwendung einer Mehrzahl von Polyacetalharzen, die sich im Gehalt der endständigen Hydroxygruppen unterscheiden.
Patentdokument 3 offenbart, dass die Verwendung eines Blockcopolymers vom ABA-Typ, welches ein Polyacetalrückgrat enthält, den engen Kontakt mit Glasfasern oder dergleichen verbessert.
Als Reaktion auf eine erweiterte Anwendbarkeit der Polyacetalharze sind unter dem Gesichtspunkt, dass es einen Bedarf nach einer Verbesserung der Abriebbeständigkeit gibt, Untersuchungen durchgeführt worden, um die Abriebbeständigkeit durch Zugabe von Polyethylen mit ultrahohem Molekulargewicht zu den Harzzusammensetzungen zu verbessern.
Patentdokument 4 offenbart die Zugabe eines Schmiermittels, um die Abriebfestigkeit von Glasfasern enthaltenden Polyacetalharzzusammensetzungen zu verbessern. Patendokument 4 offenbart auch, dass ein Polyethylen mit ultrahohem Molekulargewicht als das Schmiermittel bevorzugt ist.
Patentdokument 5 offenbart, dass ein Reibungsmodifizierungsmittel zu einer Glasfasern enthaltenden Polyacetalharzzusammensetzung gegeben wird, um die mechanische Festigkeit, Abriebbeständigkeit und Gleitfähigkeit zu verbessern. Patentdokument 5 offenbart, dass das Reibungsmodifizierungsmittel besonders bevorzugt ein Polyethylen mit ultrahohem Molekulargewicht mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von über 1,0 × 10⁶ g/mol ist.
Liste von Dokumenten des Stands der Technik
Patentdokument

[Patentdokument 1] Japanische Offenlegungsschrift Nr. 11-181231
[Patentdokument 2] Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2004-359791
[Patentdokument 3] Internationale Veröffentlichung Nr. WO 2001/009213
[Patentdokument 4] Japanische Offenlegungsschrift Nr. 9-272802
[Patentdokument 5] Nationale Veröffentlichung einer internationalen Patentanmeldung Nr. 2014-534301

Zusammenfassung der Erfindung
Durch die Erfindung zu lösende Probleme
In den letzten Jahren wurde an Harzzahnräder jedoch die Anforderung nach höherer Leistungsfähigkeit, wie verbesserte mechanische Festigkeit, Lebensdauer, Abriebbeständigkeit und Laufruhe, gestellt. Insbesondere wird eine hohe Lebensdauer oft benötigt, um auf diese über einen langen Zeitraum ein hohes Drehmoment übertragen zu können. Seit kurzem steigt auch gleichzeitig der Bedarf nach Laufruhe.
Andererseits vermindert eine Erhöhung der Molekulargewichte von Harzen zur Verbesserung der Lebensdauer die Fließfähigkeit und erschwert die Formgebung der Harze. Dies führt ungünstigerweise zu einem Qualitätsverlust der Zahnräder, wie beispielsweise einem minderwertigen Erscheinungsbild.
Weiterhin hat die Zugabe von Polyethylen mit ultrahohem Molekulargewicht zur Verbesserung der Abriebbeständigkeit den Nachteil, dass die Bildung von Spänen während der Herstellung der Harzpellets erleichtert wird, da Polyethylen mit ultrahohem Molekulargewicht verloren geht usw. Bei einer derartigen Zunahme von Spänen besteht die Tendenz, dass eine schlechte Zufuhr zu einem Formgerät auftritt und so die Formgebungszyklen verlängert werden. Dies führt ungünstigerweise zu einer Verminderung der Produktivität der Zahnräder und könnte weiterhin für die Verminderung der Laufruhe, die mit dem minderwertigen Erscheinungsbild in Verbindung gebracht wird, verantwortlich sein.
Leider ist es in den in den oben erwähnten Patentdokumenten 1 bis 5 offenbarten herkömmlichen Verfahren nicht geschafft worden, ein Harzzahnrad herzustellen, das hervorragend hinsichtlich der Lebensdauer und auch hervorragend in Bezug auf die Laufruhe ist und weiterhin eine hohe mechanische Festigkeit und Abriebbeständigkeit aufweist.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Harzzahnrad bereitzustellen, das insbesondere eine hohe Lebensdauer und Laufruhe aufweist.
Mittel zur Lösung der Probleme
Die vorliegenden Erfinder haben sorgfältige Untersuchungen durchgeführt, um das Ziel zu erreichen und haben demgemäß die vorliegende Erfindung durch den Befund fertiggestellt, dass das Ziel durch ein Harzzahnrad erreicht werden kann, welches einen Rand und auf dem Außenumfang des Rands angeordnete Zähne aufweist, in welchem eine Verformungsgröße (%) nach Belasten und Entlasten mit vorbestimmten Werten für den Rand und die Zähne bestimmte Werte aufweist.
Genauer ist die vorliegende Erfindung wie folgt:

[1] Ein Harzzahnrad mit einem Rand und auf dem äußeren Umfang des Rands angeordneten Zähnen, wobei, wenn der Rand oder der Rand und die Zähne belastet und entlastet werden, die Differenz zwischen der Verformungsgröße c (%) des Zahnrads nach einem Vorgang des Belastens bei 75 MPa und des Entlastens von 75 MPa auf 15 MPa und der Verformungsgröße d (%) des Zahnrads nach 50 Wiederholungsvorgängen der Belastung bei 75 MPa und der Entlastung von 75 MPa auf 15 MPa (d – c: Restverformung) 0,9 Punkte oder weniger ist.
[2] Harzzahnrad mit einem Rand und auf dem äußeren Umfang des Rands angeordneten Zähnen, wobei, wenn der Rand oder der Rand und die Zähne belastet und entlastet werden, die Differenz zwischen der Verformungsgröße b (%) nach einem Vorgang des Belastens bei 75 MPa und der Verformungsgröße c (%) nach einem Vorgang der darauffolgenden Entlastung von 75 MPa auf 15 MPa (b – c: elastische Verformung) 2,5 Punkte oder weniger ist.
[3] Harzzahnrad mit einem Rand und auf dem äußeren Umfang des Rands angeordneten Zähnen, wobei, wenn der Rand oder der Rand und die Zähne belastet und entlastet werden, ein Wert, bestimmt durch Teilen der Differenz zwischen der Verformungsgröße c (%) des Zahnrads nach einem Vorgang des Belastens bei 75 MPa und Entlastens von 75 MPa auf 15 MPa und der Verformungsgröße d (%) des Zahnrads nach 50 Wiederholungsvorgängen des Belastens bei 75 MPa und Entlastens von 75 MPa auf 15 MPa (d – c: Restverformung) durch die Differenz zwischen der Verformungsgröße d (%) nach 50 Wiederholungsvorgängen des Belastens bei 75 MPa und Entlastens von 75 MPa auf 15 MPa und der Verformungsgröße a (%) bei einer Beanspruchung, bei der 15 MPa in einem Vorgang des Belastens bis auf 15 MPa erreicht wurden (d – a) ((d – c)/(d – a)): Restverformungsverhältnis), 0,50 oder weniger ist.
[4] Harzzahnrad nach einem der Punkte [1] bis [3], welches weiterhin ein Polyacetalharz enthält.
[5] Harzzahnrad nach [4], weiterhin umfassend 10 Massenteile oder mehr und 100 Massenteile oder weniger eines Glasfüllstoffs, bezogen auf 100 Massenteile des Polyacetalharzes.
[6] Harzzahnrad nach [5], wobei bei einem Zugbruch des Harzzahnrads die Oberfläche des aus der Bruchfläche hervorstehenden Glasfüllstoffs mit einer Komponente bedeckt ist, die das Polyacetalharz enthält und eine durchschnittliche Dicke von 0,2 μm oder größer und 3,0 μm oder kleiner aufweist.
[7] Harzzahnrad nach [5] oder [6], weiterhin umfassend mindestens eine Säure als Substanz mit einer Funktion zum Modifizieren der Oberfläche des Glasfüllstoffs.
[8] Harzzahnrad nach [7], wobei die Säure eine Carbonsäure ist.
[9] Harzzahnrad nach einem der Punkte [4] bis [8], wobei das Polyacetalharz eine Blockkomponente umfasst.
[10] Harzzahnrad nach [9], wobei die Blockkomponente eine hydrierte Polybutadienkomponente ist, die an beiden Enden hydroxyalkyliert ist.
[11] Harzzahnrad nach einem der Punkte [4] bis [10], wobei der Gehalt der terminalen OH-Gruppen in dem Polyacetalharz 0,006 mol-% oder größer ist, bezogen auf 1 Mol einer Hauptketten-Oxymethyleneinheit.
[12] Harzzahnrad nach einem der Punkte [4] bis [11], weiterhin umfassend 0,5 Massenteile oder mehr und 8 Massenteile oder weniger eines Polyethylenharzes mit einem Gewichtsmittel des Molekulargewichts von 500000 oder niedriger, bezogen auf 100 Massenteile des Polyacetalharzes.
[13] Harzzahnrad nach [12], wobei das Polyethylenharz einen Schmelzpunkt von 115°C oder niedriger aufweist.
[14] Harzzahnrad nach [12] oder [13], wobei die Menge des Polyethylenharzes innerhalb von 10 nm ab der oberen Oberfläche des Harzzahnrads größer als die Menge des Polyethylenharzes innerhalb von 10 nm ab der oberen Oberfläche einer Schnittfläche ist, die tiefer als 1000 μm ab der oberen Oberfläche des Harzzahnrad liegt.
[15] Polyacetalharzzusammensetzung zur Verwendung in dem Harzzahnrad nach einem der Punkte [1] bis [3], wobei die Polyacetalharzzusammensetzung für das Harzzahnrad 100 Massenteile eines Polyacetalharzes und 10 Massenteile oder mehr und 100 Massenteile oder weniger eines Glasfüllstoffs enthält.
[16] Polyacetalharzzusammensetzung für das Harzzahnrad nach Punkt [15], welche weiterhin 0,5 Massenteile oder mehr und 8 Massenteile oder weniger eines Polyethylenharzes mit einem Gewichtsmittel des Molekulargewichts von 500000 oder niedriger enthält, bezogen auf 100 Massenteile des Polyacetalharzes.
[17] Polyacetalharzzusammensetzung für das Harzzahnrad nach Punkt [16], wobei das Polyethylenharz einen Schmelzpunkt von 115°C oder niedriger aufweist.
[18] Polyacetalharzzusammensetzung für das Harzzahnrad nach einem der Punkte [15] bis [17], weiterhin umfassend mindestens eine Säure als Substanz mit einer Funktion zur Modifizierung der Oberfläche des Glasfüllstoffs.
[19] Polyacetalharzzusammensetzung für das Harzzahnrad nach [18], wobei die Säure eine Carbonsäure ist.
[20] Polyacetalharzzusammensetzung für ein Zahnrad gemäß einem der Punkte [15] bis [19], wobei das Polyacetalharz eine Blockkomponente umfasst.
[21] Polyacetalharzzusammensetzung für das Harzzahnrad nach Punkt [20], wobei die Blockkomponente eine hydrierte Polybutadienkomponente ist, die an beiden Enden hydroxyalkyliert ist.
[22] Polyacetalharzzusammensetzung für das Harzzahnrad gemäß einem der Punkte [15] bis [21], wobei der Gehalt der terminalen OH-Gruppen in dem Polyacetalharz 0,006 mol-% oder größer ist, bezogen auf 1 Mol einer Hauptketten-Oxymethyleneinheit.
[23] Verfahren zur Herstellung einer Polyacetalharzzusammensetzung für das Zahnrad gemäß einem der Punkte [15] bis [22], mit den Schritten: Modifizieren der Oberfläche eines Glasfüllstoffs mit einer Substanz, die mindestens eine Säure enthält und eine Funktion zur Modifizierung der Oberfläche des Glasfüllstoffs hat; und Mischen des modifizierten Glasfüllstoffs mit einem Polyacetalharz.
[24] Verfahren zur Herstellung eines Harzzahnrads, umfassend einen Schritt des Formens einer Polyacetalharzzusammensetzung für das Harzzahnrad nach einem der Punkte [15] bis [22].

Vorteile der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Zahnrad mit hoher Lebensdauer und Laufruhe erhalten.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Draufsicht eines Beispiels eines Harzzahnrads mit einem Rand und Zähnen;
2 ist eine schematische Querschnittsansicht des Harzzahnrads von 1;
3 ist eine schematische Querschnittsansicht des Harzzahnrads und eines Eindruckkörpers zur Erläuterung eines Beispiels eines Druckversuchs;
4 ist eine schematische Draufsicht des Harzzahnrads von 1 zur Illustrierung der Kontaktstelle (diagonal schraffierter Bereich) zwischen einem Eindruckkörper und dem Harzzahnrad während des Druckversuchs an dem Harzzahnrad;
5 ist eine schematische Draufsicht eines Beispiels eines Harzzahnrads mit einem Rand und Zähnen, wobei der Rand und die Zähne eine unterschiedliche Dicke aufweisen;
6 ist eine schematische Querschnittsansicht des Harzzahnrads von 5;
7 ist eine schematische Draufsicht des Harzzahnrads von 5 zur Illustrierung der Kontaktstelle (diagonal schraffierter Bereich) zwischen einem Eindruckkörper und dem Harzzahnrad während des Druckversuchs an dem Harzzahnrad;
8 ist eine schematische Draufsicht eines Beispiels eines Harzzahnrads, bei dem es sich um ein Stirnrad handelt, bei dem Rand und Zähne integral ausgestaltet sind;
9 ist eine schematische Draufsicht des Harzzahnrads von 8 zur Erläuterung der Kontaktstelle (diagonal schraffierte Fläche) zwischen einem Eindruckkörper und dem Harzzahnrad während des Druckversuchs an dem Zahnrad;
10 ist eine Belastungs- und Entlastungskurve, die bei einem Druckversuch in Beispiel 1 erhalten wurde; und
11 ist eine Belastungs- und Entlastungskurve, die bei einem Druckversuch in Vergleichsbeispiel 5 erhalten wurde.
Ausführungsformen der Erfindung
Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung (nachfolgend als „vorliegende Ausführungsform” bezeichnet) ausführlich beschrieben. Die vorliegende Erfindung soll jedoch nicht auf die Beschreibung unten eingeschränkt sein. Verschiedene Änderungen und Abwandlungen können in der vorliegenden Ausführungsform vorgenommen werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen.
[Harzzahnrad]
(Harzzahnrad einer ersten Ausführungsform)
Das Harzzahnrad gemäß dieser ersten Ausführungsform weist einen Rand und auf dem äußeren Umfang des Rands angeordnete Zähne auf, wobei,
wenn der Rand oder der Rand und die Zähne belastet und entlastet werden,
die Differenz zwischen der Verformungsgröße c (%) des Zahnrads nach einem Vorgang des Belastens bei 75 MPa und des Entlastens von 75 MPa auf 15 MPa und der Verformungsgröße d (%) des Zahnrads nach 50 Wiederholungsvorgängen des Belastens bei 75 MPa und Entlastens von 75 MPa auf 15 MPa (d – c: Restverformung) 0,9 Punkte oder weniger ist.
(Harzzahnrad einer zweiten Ausführungsform)
Das Harzzahnrad gemäß dieser zweiten Ausführungsform weist einen Rand und auf dem äußeren Umfang des Rands angeordnete Zähne auf, wobei,
wenn der Rand oder der Rand und die Zähne belastet und entlastet werden,
die Differenz zwischen einer Verformungsgröße b (%) nach einem Vorgang des Belastens bei 75 MPa und der Verformungsgröße c (%) des Zahnrads nach einem Vorgang einer nachfolgenden Entlastung von 75 MPa auf 15 MPa (b – c: elastische Verformung) 2,5 Punkte oder weniger ist.
(Harzzahnrad einer dritten Ausführungsform)
Das Harzzahnrad gemäß dieser dritten Ausführungsform weist einen Rand und auf dem äußeren Umfang des Rands angeordnete Zähne auf, wobei,
wenn der Rand oder Rand und die Zähne belastet und entlastet werden,
das Verhältnis von
der Differenz zwischen der Verformungsgröße c (%) des Zahnrads nach einem Vorgang des Belastens bei 75 MPa und Entlastens von 75 MPa auf 15 MPa und der Verformungsgröße d (%) nach 50 Wiederholungsvorgängen des Belastens bei 75 MPa und Entlastens von 75 MPa auf 15 MPa (d – c: Restverformung bzw. Restdehnung)
zu der Differenz zwischen der Verformungsgröße d (%) nach 50 Wiederholungsvorgängen des Belastens bei 75 MPa und des Entlastens von 75 MPa auf 15 MPa und der Verformungsgröße a (%) bei einer Beanspruchung, bei der 15 MPa in einem Vorgang des Belastens bis auf 15 MPa erreicht werden (d – a)
((d – c)/(d – a)): Restverformungsverhältnis), 0,50 oder weniger ist.
(Polyacetalharzzusammensetzung)
Das Harzzahnrad der vorliegenden Ausführungsform enthält bevorzugt ein Polyacetalharz. Das Harzzahnrad der vorliegenden Ausführungsform kann erhalten werden, indem eine Polyacetalharzzusammensetzung geformt wird, welche das Polyacetalharz enthält.
<Polyacetalharz>
Die Polyacetalharzzusammensetzung zur Verwendung in dem Harzzahnrad der vorliegenden Ausführungsform enthält ein Polyacetalharz.
Beispiele des Polyacetalharzes sind ein Polyacetalhomopolymer, ein Polyacetalcopolymer, ein Polyacetalcopolymer mit einer vernetzten Struktur, ein Blockcopolymer, das auf einem Homopolymer mit einer Blockkomponente basiert, und ein Blockcopolymer, das auf einem Copolymer mit einer Blockkomponente basiert.
Nur eines dieser Polyacetalharze kann allein verwendet werden, oder es können zwei oder mehr davon in Kombination verwendet werden.
Zum Beispiel kann eine Kombination von Polymeren, die sich im Molekulargewicht unterscheiden, oder eine Kombination von Polyacetalcopolymeren, die sich in der Menge des Comonomers unterscheiden, geeigneterweise als das Polyacetalharz verwendet werden, obwohl das Polyactalharz nicht darauf eingeschränkt ist.
In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Blockcopolymer, welches eine Blockkomponente enthält, bevorzugt als das Polyacetalharz verwendet.
In diesem Zusammenhang bezieht sich „Blockkomponente” auf jedes Polymer, welches das Polyacetalharz bildet und an ein Molekül gebunden ist.
Beispiele des Polyacetalharzes sind: ein Polyacetalhomopolymer, welches im Wesentlichen aus Oxymethyleneinheiten besteht, welches durch Homopolymerisation eines Formaldehydmonomers oder eines zyklischen Oligomers von Formaldehyd, wie zum Beispiel Formaldehydtrimer (Trioxan) oder -tetramer (Tetraoxan) erhalten wird; und ein Polyacetalcopolymer, welches durch Copolymerisation eines Formaldehydmonomers oder eines zyklischen Oligomers von Formaldehyd, wie beispielsweise Formaldehydtrimer (Trioxan) oder -tetramer (Tetraoxan), mit einem zyklischen Ether oder einem zyklischen Formal, einschließlich Ethylenoxid, Propylenoxid, Epichlorhydrin, 1,3-Dioxolan, und zyklischen Formalen von Glycol und Diglycol, wie beispielsweise 1,4-Butandiolformal, erhalten wird, sind aber nicht darauf eingeschränkt.
Ein verzweigtes Polyacetalcopolymer, welches durch Copolymerisation einer Monomers von Formaldehyd und/oder eines zyklischen Oligomers von Formaldehyd mit einem monofunktionalen Glycidylether erhalten wird, oder ein Polyacetalcopolymer mit vernetzter Struktur, welches durch Copolymerisation eines Monomers von Formaldehyd und/oder eines zyklischen Oligomers von Formaldehyd mit einem polyfunktionalen Glycidylether erhalten wird, kann ebenfalls als das Polyacetalcopolymer verwendet werden.
Das Polyacetalcopoylmer kann ein heterogenes Blockcopolymer mit einer Blockkomponente, die von den Wiederholungsstruktureinheiten des Polyacetals verschieden ist, sein.
In der vorliegenden Ausführungsform ist das Blockcopolymer bevorzugt ein Acetalhomopolymer oder ein Acetalcopolymer (nachfolgend werden beide zusammenfassend auch als Blockcopolymer bezeichnet) mit mindestens einer Blockkomponente, die durch eine der folgenden allgemeinen Formeln (1), (2) und (3) dargestellt wird:
In den allgemeinen Formeln (1) und (2), stellen R₁ und R₂ jeweils unabhängig ein Mitglied dar, das aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus einem Wasserstoffatom, einer Alkylgruppe, einer substituierten Alkylgruppe, einer Arylgruppe und einer substituierten Arylgruppe, wobei eine Mehrzahl von R₁ oder R₂-Resten gleich oder voneinander verschieden sein können.
R₃ stellt ein Mitglied dar, das aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus einer Alkylgruppe, einer substituierten Alkylgruppe, einer Arylgruppe und einer substituierten Arylgruppe.
m stellt eine ganze Zahl von 1 bis 6 dar und ist bevorzugt eine ganze Zahl von 1 bis 4.
n stellt eine ganze Zahl von 1 bis 10000 dar und ist bevorzugt eine ganze Zahl von 10 bis 2500.
Die Blockkomponente der allgemeinen Formel (1) ist ein Rest, der durch Eliminierung eines Wasserstoffatoms von einem Alkylenoxidaddukt eines Alkohols erhalten wird. Die Blockkomponente der allgemeinen Formel (2) ist eine Gruppe, die durch Eliminierung eines Wasserstoffatoms von einem Alkylenoxidaddukt einer Carbonsäure erhalten wird.
Das Polyacetalhomopolymer mit der Blockkomponente der allgemeinen Formel (1) oder (2) kann durch ein Verfahren hergestellt werden, welches zum Beispiel in de japanischen Offenlegungsschrift Nr. 57-31918 beschrieben ist.
In der allgemeinen Formel (3) stellt R₄ ein Element dar, das aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus einem Wasserstoffatom, einer Alkylgruppe, einer substituierten Alkylgruppe, einer Arylgruppe und einer substituierten Arylgruppe, wobei eine Mehrzahl von R₄-Gruppen zueinander gleich oder voneinander verschieden sein können.
p stellt eine ganze Zahl von 2 bis 6 dar, wobei zwei p-Einheiten zueinander gleich oder voneinander verschieden sein können.
q und r stellen jeweils eine positive ganze Zahl dar. Wenn die Gesamtheit von q und r als 100 Mol-% definiert ist, macht q 2 bis 100 Mol-% aus und r macht 0 bis 98 Mol-% aus. Die -(CH(CH₂CH₃)CH₂)-Einheit und die -(CH₂CH₂CH₂CH₂)-Einheit liegen jeweils statistisch oder als Block vor.
Die unten angegebene Blockkomponente, die durch eine der Formeln (1), (2) und (3) dargestellt wird, kann in das Polyacetalharz eingefügt werden, indem eine die Blockkomponente bildende Verbindung mit einer funktionalen Gruppe, wie beispielsweise einer Hydroxygruppe an beiden Enden oder an einem Ende, mit dem Endabschnitt eines Polyacetals während des Polymerisationsvorgangs des Polyacetals umgesetzt wird.
Die Einfügungsmenge der Blockkomponente der allgemeinen Formel (1), (2) oder (3) in das als Polyacetalharz dienende Blockcopolymer ist nicht besonders eingeschränkt und ist bevorzugt 0,001 Massen-% oder größer und 30 Massen-% oder kleiner, bezogen auf 100 Massen-% des Blockcopolymers.
Die Einfügungsmenge der Blockkomponente, die durch eine der allgemeinen Formeln (1) bis (3) dargestellt ist, ist unter dem Gesichtspunkt eines in der Praxis ausreichenden Biegemoduls des resultierenden Harzzahnrads bevorzugt 30 Massen-% oder kleiner. Unter dem Gesichtspunkt der Zugfestigkeit des Harzzahnrads ist die Einfügungsmenge der Blockkomponente bevorzugt 0,001 Massen-% oder größer.
Die untere Grenze der Einfügungsmenge der Blockkomponente ist bevorzugter 0,01 Massen-%, weiter bevorzugt 0,1 Massen-%, noch bevorzugter 1 Massen-%.
Die Obergrenze der Einfügungsmenge der Blockkomponente ist bevorzugter 15 Massen-%, weiter bevorzugt 10 Massen-%, noch bevorzugter 8 Massen-%.
Das Molekulargewicht der Blockkomponente in dem Blockcopolymer ist unter dem Gesichtspunkt eines in der Praxis ausreichenden Biegemoduls des resultierenden Harzzahnrads bevorzugt 10000 oder kleiner und ist bevorzugter 8000 oder kleiner, weiter bevorzugt 5000 oder kleiner.
Die Untergrenze des Molekulargewichts der Blockkomponente ist nicht besonders eingeschränkt und ist unter dem Gesichtspunkt der Beibehaltung einer stabilen Gleitfähigkeit 100 oder größer.
Beispiele der die Blockkomponente in dem Blockcopolymer bildenden Verbindung sind:
C₁₈H₃₇O(CH₂CH₂O)₄₀C₁₈H₃₇, C₁₁H₂₃CO₂(CH₂CH₂O)₃₀H, C₁₈H₃₇O(CH₂CH₂O)₇₀H, C₁₈H₃₇O(CH₂CH₂O)₄₀H, sowie hydrierte Polybutadiene, die an beiden Enden hydroxyalkyliert sind, sind aber nicht darauf eingeschränkt.
Das Blockcopolymer ist bevorzugt ein Blockcopolymer vom ABA-Typ als Bindungsmuster.
Das Blockcopolymer vom ABA-Typ ist ein Blockcopolymer, welches die Blockkomponente der allgemeinen Formel (3) aufweist und ist insbesondere ein Blockcopolymer, welches durch das Polyacetalsegment (nachfolgend als A bezeichnet) und ein hydriertes Polybutadiensegment B (nachfolgend als B bezeichnet), das an beiden Enden hydroxyalkyliert ist, gebildet wird, welche in der Reihenfolge A-B-A angeordnet sind.
Die durch eine der Formeln (1) bis (3) dargestellte Blockkomponente kann (eine) ungesättigte Bindungen) mit einer Iodzahl von 20 g-I₂/100 g oder weniger aufweisen. Beispiele der ungesättigten Bindung sind Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen, sind aber nicht darauf eingeschränkt.
Beispiele des Polyacetalcopolymers, welches die Blockkomponente einer der allgemeinen Formeln (1) bis (3) aufweist, sind Polyacetalblockcopolymere, die in der internationalen Veröffentlichung Nr. WO 2001/09213 offenbart sind. Diese Polyacetalblockcopolymere können durch ein in diesem Patentdokument beschriebenes Verfahren hergestellt werden.
Bei Verwendung des vorgenannten Blockcopolymers vom A-B-A-Typ als Blockcopolymer besteht die Tendenz, dass die Haftung mit der Oberfläche eines nachfolgend erwähnten Glasfüllstoffs verbessert ist. Als Ergebnis besteht dadurch die Tendenz, dass die Zugspannung und der Biegemodul des Harzzahnrads der vorliegenden Ausführungsform erhöht werden.
Der Anteil des Blockcopolymers in dem Polyacetalharz ist bevorzugt 5 Massen-% oder größer und 95 Massen-% oder kleiner, bezogen auf 100 Massen-% des gesamten Polyactalharzes.
Die untere Grenze des Anteils des Blockcopolymers ist bevorzugter 10 Massen-%, weiter bevorzugt 20 Massen%, noch bevorzugter 25 Massen-%.
Die Obergrenze des Anteils des Blockcopolymers ist bevorzugter 90 Massen-%, weiter bevorzugt 80 Massen-%, noch bevorzugter 75 Massen-%.
Der Anteil des Blockcopolymers in dem Polyacetalharz kann durch ¹H-NMR, ¹³C-NMR oder dergleichen gemessen werden.
Weiterhin wird bevorzugt ein Polyacetalharz verwendet, in welchem der Gehalt der terminalen OH-Gruppen 0,006 Mol-% oder größer ist, bezogen auf 1 Mol der Hauptketten-Oxymethyleneinheit. Der Gehalt der terminalen OH-Gruppen ist bevorzugter 0,007 Mol-% oder größer, weiter bevorzugt 0,008 Mol-% oder größer, noch bevorzugter 0,01 Mol-% oder größer. Die Obergrenze des Gehalts der terminalen OH-Gruppen ist nicht besonders eingeschränkt und ist bevorzugte 1 Mol-% oder kleiner.
Der Gehalt der terminalen OH-Gruppen kann aus einem Intregationsverhältnis in einem ¹H-NMR-Spektrum bestimmt werden. Das verwendete Lösungsmittel ist bevorzugt deuterierter Hexafluorisopropylalkohol, deuteriertes Chloroform oder ein gemischtes Lösungsmittel davon.
Die Verwendung des vorgenannten Blockcopolymers oder des Polyacetalharzes, bei dem der Gehalt der terminalen OH-Gruppen 0,006 Mol-% oder größer ist, als das Polyacetalharz, verbessert die Lebensdauer und die Laufruhe des Harzzahnrads der vorliegenden Ausführungsform.
<Glasfüllstoff>
Die Polyacetalharzzusammensetzung zur Verwendung in dem Harzzahnrad der vorliegenden Ausführungsform umfasst bevorzugt 10 Massenteile oder größer und 100 Massenteile oder kleiner eines Glasfüllstoffs, bezogen auf 100 Massenteile des Polyacetalharzes.
Wenn der Gehalt des Glasfüllstoffs 10 Massenteile oder größer ist, werden die mechanische Festigkeit und Lebensdauer verbessert. Wenn der Gehalt des Glasfüllstoffs 100 Massenteile oder kleiner ist, kann verhindert werden, dass der Glasfüllstoff bei Kontakt zwischen Glasstofffüllbereichen während der Formgebung bricht. Die mechanische Festigkeit und Lebensdauer werden daher verbessert. Wenn der Gehalt des Glasfüllstoffs 100 Massenteile oder kleiner ist, kann ein stabiles Extrusionsformen durchgeführt werden. Ein minderwertiges Erscheinungsbild des Harzzahnrads kann damit vermieden werden und die Laufruhe kann verbessert werden.
Die Untergrenze des Gehalts des Glasfüllstoffs ist bevorzugt 12 Massenteile, bevorzugter 15 Massenteile, weiterbevorzugt 20 Massenteile, noch bevorzugter 25 Massenteile.
Die Obergrenze des Gehalts des Glasfüllstoffs ist bevorzugt 90 Massenteile, bevorzugter 80 Massenteile, weiter bevorzugt 75 Massenteile, noch bevorzugter 70 Massenteile.
Beispiele des Glasfüllstoffs, die in der Polyacetalharzzusammensetzung zur Verwendung in dem Harzzahnrad der vorliegenden Ausführungsform verwendet werden können, sind Glasfasern, Glaskügelchen und Glasschnitzel, sind aber nicht darauf eingeschränkt.
Beispiele für die Glasfasern sind Schnittglasfasern, gemahlene Glasfasern und Glasfaser-Rovings. Hierunter sind Schnittglasfasern unter dem Gesichtspunkt der Handhabbarkeit und der mechanischen Festigkeit des Zahnrads bevorzugt.
Es kann nur einer dieser Glasfüllstoffe allein verwendet werden, oder es können zwei oder mehr davon in Kombination verwendet werden.
Der Glasfüllstoff ist hinsichtlich seiner Teilchengröße, des Faserdurchmessers und der Faserlänge etc. nicht besonders eingeschränkt und kann in beliebiger Form verwendet werden. Ein Glasfüllstoff mit einem größeren Oberflächenbereich ist bevorzugt, da ein solcher größerer Oberflächenbereich die Kontaktfläche mit dem Polyacetalharz erhöht und dadurch die Lebensdauer des Harzzahnrads verbessert.
Bei Verwendung von Schnittglasfasern als Glasfüllstoff ist der durchschnittliche Faserdurchmesser bevorzugt 7 μm oder größer und 15 μm oder kleiner.
Wenn der durchschnittliche Faserdurchmesser der Schnittglasfasern in den oben beschriebenen Bereich fällt, hat das Harzzahnrad der vorliegenden Ausführungsform eine glatte Oberfläche und die Laufruhe kann verbessert werden. Weiterhin kann die Lebensdauer des Harzzahnrads der vorliegenden Ausführungsform erhöht werden. Überdies kann ein Abschälen oder dergleichen der Werkzeugoberfläche während der Formgebung vermieden werden.
Die untere Grenze des durchschnittlichen Faserdurchmessers der Schnittglasfasern ist bevorzugter 8 μm, weiter bevorzugt 9 μm.
Die Obergrenze des durchschnittlichen Faserdurchmessers ist bevorzugter 14 μm, weiter bevorzugt 12 μm.
In der vorliegenden Ausführungsform kann der durchschnittliche Faserdurchmesser des Glasfüllstoffs einfach durch Brennen des Harzzahnrads der vorliegenden Ausführungsform bei einer ausreichend hohen Temperatur (400°C oder höher), um Harzbestandteile und organische Komponenten zu entfernen, und anschließend Beobachten der erhaltenen Asche unter einem Rasterelektronenmikroskop und Messen der Durchmesser bestimmt werden. Um den Fehler zu verringern, werden die Durchmesser von mindestens 100 oder mehr Filamenten der Schnittglasfasern gemessen, wobei der Durchschnittswert der Faserdurchmesser berechnet wird.
Zwei oder mehr Glasfasern mit unterschiedlichem Faserdurchmesser können vermischt und als der Glasfüllstoff verwendet werden.
Der Glasfüllstoff ist bevorzugt durch Behandlung mit einem filmbildenden Mittel oberflächenmodifiziert.
Das filmbildende Mittel wird auch als Schlichtmittel bezeichnet.
Beispiele des filmbildenden Mittels sind Urethanharze, Epoxidharze und Copolymerharze, die mindestens eine saure Komponente aufweisen, sind aber nicht darauf eingeschränkt.
Hierunter ist ein filmbildendes Mittel, umfassend ein Copoylmerharz mit mindestens einer sauren Komponente, bevorzugt.
Das Copolymerharz mit mindestens einer sauren Komponente weist bevorzugt eine Carbonsäure als die Säurekomponente auf.
Beispiele hierfür sind ein Copolymer, umfassend ein Carbonsäure-enthaltendes ungesättigtes Vinylmonomer und ein anderes ungesättigtes Vinylmonomer als das Carbonsäure-enthaltende ungesättigte Vinylmonomer als Bestandteile, und ein Copolymer, umfassend ein Carbonsäureanhydrid-enthaltendes ungesättigtes Vinylmonomer und ein anderes ungesättigtes Vinylmonomer als das Carbonsäureanhydrid-enthaltende ungesättigte Vinylmonomer als Bestandteile, sind aber nicht darauf eingeschränkt.
Hierunter ist ein Copolymer, umfassend ein Carbonsäure-enthaltendes ungesättigtes Vinylmonomer und ein anderes ungesättigtes Vinylmonomer als das Carbonsäure-enthaltende ungesättigte Vinylmonomer als Bestandteile bevorzugt verwendbar.
Nur eines dieser filmbildenden Mittel kann alleine verwendet werden, oder es können zwei oder mehr davon in Kombination verwendet werden.
Beispiele des Carbonsäure-enthaltenden ungesättigten Vinylmonomers sind Acrylsäure, Methacrylsäure, Fumarsäure, Itaconsäure und Maleinsäure, sind aber nicht darauf eingeschränkt. Acrylsäure ist bevorzugt.
Nur eines dieser Carbonsäure enthaltenden ungesättigten Vinylmonomere kann alleine verwendet werden, oder es können zwei oder mehr davon in Kombination verwendet werden.
Beispiele des Carbonsäureanhydrid-enthaltenden ungesättigten Vinylmonomers sind Maleinsäureanhydrid und Itaconsäureanhydrid, sind aber nicht darauf eingeschränkt.
Nur eines dieser Carbonsäureanhydrid-enthaltenden ungesättigten Vinylmonomere kann alleine verwendet werden, oder es können zwei oder mehr davon in Kombination verwendet werden.
Die Oberflächenmodifizierung des Glasfüllstoffs mit dem filmbildenden Mittel kann die Haftfestigkeit der Grenzfläche mit dem Polyacetalharz verstärken und erhöht die durchschnittliche Dicke der Komponente, die das Polyacetalharz enthält, welches die Oberfläche des Glasfüllstoffs bedeckt. Dies verbessert die Lebensdauer. Weiterhin wird ein Abrieb beim Gleiten unterdrückt und die Laufruhe kann verbessert werden.
Unter anderem werden die Lebensdauer und die Laufruhe drastisch verbessert, indem das Polyacetalharz, welches die Blockkomponente enthält, und/oder das Polyacetalharz, in welchem der Gehalt der terminalen OH-Gruppen 0,006 Mol-% oder größer ist, bezogen auf 1 Mol einer Hauptkettenoxymethyleneinheit, mit dem Glasfüllstoff, welcher mit dem filmbildenden Mittel modifiziert ist, kombiniert wird.
In der vorliegenden Ausführungsform kann der Glasfüllstoff mit einem Kupplungsmittel oberflächenmodifiziert sein.
Das Kupplungsmittel ist nicht besonders eingeschränkt, wobei jedes in dem technischen Gebiet bekannte Kupplungsmittel verwendet werden kann.
Beispiele des Kupplungsmittels sind organische Silanverbindungen, organische Titanatverbindungen und organische Aluminatverbindungen, sind aber nicht darauf eingeschränkt.
Es kann nur eines dieser Kupplungsmittel alleine verwendet werden, es können zwei oder mehr in Kombination verwendet werden.
Beispiele der organischen Silanverbindungen sind Vinyltriethoxysilan, Vinyl-tris-(2-methoxyethoxy)silan, γ-Methacryloxypropylmethoxysilan, γ-Aminopropyltrimethoxysilan, γ-Amiriopropyltriethoxysilan, N-β-(Aminoethyl)-γ-aminopropyltrimethoxysilan, β-(3,4-Epoxycyclohexyl)ethyltriethoxysilan, γ-Glycidoxypropylmethoxysilan, und γ-Mercaptopropyltrimethoxysilan, sind aber nicht darauf eingeschränkt.
Hierunter sind Vinyltriethoxysilan, Vinyl-tris-(2-methoxyethoxy)silan, γ-Methacryloxypropylmethoxysilan, γ-Aminopropyltrimethoxysilan, γ-Aminopropyltriethoxysilan und γ-Glycidoxypropylmethoxysilan bevorzugt. Vinyltriethoxysilan, γ-Glycidoxypropylmethoxysilan und γ-Aminopropyltriethoxysilan sind unter dem Gesichtspunkt der Wirtschaftlichkeit und der Wärmestabilität der Polyacetalharzzusammensetzung, aus welchem das Harzzahnrad der vorliegenden Ausführungsform gebildet ist, bevorzugt.
Beispiele der organischen Titanatverbindungen sind Tetra-i-propyltitanat, Tetra-n-butyltitanat, Butyltitanatdimere, Tetrastearyltitanat, Triethanolamintitanat, Titanacetylacetonat, Titanlactat, Octylenglycoltitanat, und Isopropyl(N-aminoethylaminoethyl)titanat, sind aber nicht darauf eingeschränkt.
Beispiele der organischen Aluminatverbindungen sind Acetoalkoxyaluminiumdiisopropylat, sind aber nicht darauf eingeschränkt.
Die Verwendung des Glasfüllstoffs, welcher mit dem Kupplungsmittel oberflächenbehandelt ist, führt in der Tendenz dazu, dass die Lebensdauer des Harzzahnrads der vorliegenden Ausführungsform verbessert ist und zudem die Wärmestabilität des Harzzahnrads weiter verbessert ist.
<Polyethylenharz>
Die Polyacetalharzzusammensetzung zur Verwendung in dem Harzzahnrad der vorliegenden Ausführungsform umfasst bevorzugt ein Polyethylenharz mit einem Gewichtsmittel des Molekulargewichts von 500000 oder niedriger.
Es kann nur eines dieser Polyethylenharze allein verwendet werden, oder zwei oder mehr davon können in Kombination verwendet werden.
Das Gewichtsmittel des Molekulargewichts des Polyethylenharzes ist bevorzugt 500000 oder niedriger. Wenn das Gewichtsmittel des Molekulargewichts des Polystyrolharzes 500000 oder niedriger ist, kann die Bildung von Spänen während der Formgebung unterdrückt werden. Der Reibungskoeffizient des Harzzahnrads der vorliegenden Ausführungsform wird weiterhin während des Gleitens vermindert und die Laufruhe wird verbessert.
Das Gewichtsmittel des Molekulargewichts des Polyethylenharzes ist bevorzugter 10000 oder höher und 400000 oder niedriger, weiter bevorzugt 15000 oder höher und 300000 oder niedriger, noch bevorzugter 20000 oder höher und 200000 oder niedriger, noch bevorzugter 30000 oder höher und 150000 oder niedriger.
Das Gewichtsmittel des Molekulargewichts des Polyethylenharzes kann durch folgendes Verfahren bestimmt werden.
Eine Probe der Polyacetalharzzusammensetzung oder ein aus dem Harzzahnrad ausgeschnittener Bereich wird in Hexafluorisopropanol getaucht (nachfolgend als HFIP bezeichnet). Die gelöste Polyacetalharzkomponente wird abfiltriert. Die Polyacetalharzkomponente kann, wenn sie nicht in HFIP gelöst wird, durch Zersetzung mit Chlorwasserstoffsäure oder dergleichen entfernt werden.
Anschließend wird ein nicht geschmolzener Rückstand in Trichlorbenzol (nachfolgend als TCB bezeichnet) bei 140°C gelöst und filtriert, um den Glasfüllstoff zu entfernen. Das erhaltene Filtrat wird mittels Gelpermeationschromatographie (nachfolgend als GPC bezeichnet) untersucht.
Die verwendete Säule ist eine UT-807-Säule (hergestellt von Showa Denko K. K.), die an zwei GMHHR-H(S) HT-Säulen (hergestellt von Tosoh Corp.) in Reihe angeschlossen ist.
TCB wird als mobile Phase verwendet, und die Probenkonzentration wird auf 20 bis 30 mg (Polyethylenharz)/20 ml (TCB) eingestellt.
Die Messung wird bei einer Säulentemperatur von 140°C bei einer Fließgeschwindigkeit von 1,0 ml/min unter Verwendung eines Differentialrefraktometers als Detektor durchgeführt.
Das Gewichtsmittel des Molekulargewichts wird unter Verwendung von Polymethylmethacrylat (nachfolgend als PMMA bezeichnet) als Standards berechnet. Bei diesem Vorgang werden mindestens vier Proben mit einem Zahlenmittel des Molekulargewichts im Bereich von etwa 2000 bis etwa 1000000 als die PMMA-Standards verwendet.
Der Gehalt des Polyethylenharzes ist bevorzugt 0,5 Massenteile oder größer und 8 Massenteile oder kleiner, bevorzugter 1 Massenteil oder größer und 6 Massenteile oder kleiner, weiter bevorzugt 1,5 Massenteile oder größer und 5 Massenteile oder kleiner, bezogen auf 100 Massenteile des Polyacetalharzes.
Wenn der Gehalt des Polyethylenharzes 0,5 Massenteile oder größer ist, weist das Harzzahnrad der vorliegenden Ausführungsform eine vorteilhafte Gleitfähigkeit auf, und es wird eine stabile Gleitfähigkeit über einen langen Zeitraum erhalten. Weiterhin wird auch die Abriebbeständigkeit verbessert.
Wenn der Gehalt des Polyethylenharzes 8 Massenteile oder kleiner ist, kann eine Verminderung der mechanischen Festigkeit des Harzzahnrads der vorliegenden Ausführungsform, die Bildung von Spänen während des Schmelzknetens der Harzzusammensetzung und die Ablösung der Polyethylenharzkomponente von dem Harzzahnrad vermieden werden.
Der Gehalt des Polyethylenharzes kann zum Beispiel durch das folgende Verfahren bestätigt werden.
Die Polyacetalharzzusammensetzung oder das Harzzahnrad wird bei ausreichend hoher Temperatur (400°C oder höher) gebrannt, um Harzkomponenten zu entfernen. Der Gehalt des Glasfüllstoffs wird aus dem Gewicht der erhaltenen Asche bestimmt.
Anschließend wird das in der Polyacetalharzzusammensetzung oder dem Harzzahnrad enthaltene Polyacetalharz mit Chlorwasserstoffsäure zersetzt und der Gehalt des Polyethylenharzes wird durch Abziehen des oben erhaltenen Glasfüllstoffgehalts von dem Rückstand bestimmt. In Abhängigkeit der Umstände kann die Gegenwart oder Abwesenheit anderer Komponenten durch IR oder dergleichen bestimmt werden und ein weiterer Entfernungsvorgang kann durchgeführt werden.
Beispiele des in der vorliegenden Ausführungsform verwendbaren Polyethylenharzes sind Polyethylen sehr niedriger Dichte, Polyethylen niedriger Dichte, Polyethylen hoher Dichte und lineares Polyethylen niedriger Dichte, sind aber nicht darauf eingeschränkt. Alternativ kann zum Beispiel ein Ethylencopolymer, welches 5 Massen-% oder kleiner eines Comonomers wie Propylen, Buten oder Octen enthält, verwendet werden.
Hierunter ist Polyethylen niedriger Dichte unter dem Gesichtspunkt einer Verminderung des Reibungskoeffizienten und in Bezug auf das leise Verhalten bevorzugt.
Das Polyethylenharz, das in der vorliegenden Ausführungsform verwendet werden kann, umfasst bevorzugt mindestens ein Polyethylenharz mit einem Schmelzpunkt (nachfolgend als Tm bezeichnet) von 115°C oder niedriger, und bevorzugter ein Polyethylenharz mit einem Tm von 110°C oder niedriger.
Wenn der Tm des mindestens einen Polyethylenharzes 115°C oder niedriger ist, ist der Reibungskoeffizient niedrig und sehr stabil und ein leises Verhalten wird über einen langen Zeitraum aufrechterhalten. Dies bewirkt auch eine drastische Verminderung der Drehkraft eines Extruders bei der Herstellung der Polyacetalharzzusammensetzung durch Schmelzkneten. Als Ergebnis kann eine Erhöhung der Ausgabegeschwindigkeit erzielt werden, was bei herkömmlichen Verbundmaterialien aus einem Polyacetalharz und einem Glasfüllstoff schwierig war.
In der vorliegenden Ausführungsform wird ein endothermer Spitzenwert, der durch Verwendung von 4 bis 6 mg einer Probe der Polyacetalharzzusammensetzung oder einer aus dem Harzzahnrad ausgeschnittenen Probe (wobei die Probe bevorzugt unter Verwendung einer Presse oder dergleichen zu einem dünnen Abschnitt angefertigt wird) und Erhöhung der Temperatur mit einer Rate von 10°C/min in einer Differential-Scanning-Kalorimetrie (DSC) erhalten wird, als der Tm verwendet.
<Stabilisator>
Die Polyacetalharzzusammensetzung zur Verwendung in dem Harzzahnrad gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann beliebige Stabilisatoren enthalten, die Üblicherweise in Polyacetalharzzusammensetzungen verwendet werden, ohne das Ziel der vorliegenden Erfindung zu beeinträchtigen.
Beispiele des Stabilisators sind Antioxidationsmittel und Formaldehyd- oder Ameisensäure-Fänger, sind aber nicht darauf eingeschränkt.
Es kann nur einer dieser Stabilisatoren allein verwendet werden oder es können zwei oder mehr davon in Kombination verwendet werden.
Das Antioxidationsmittel ist bevorzugt ein gehindertes Phenolantioxidationsmittel unter dem Gesichtspunkt der Verbesserung der Hitzestabilität des Harzzahnrads. Das gehinderte Phenolantioxidationsmittel ist nicht besonders eingeschränkt, und jedes auf dem technischen Gebiet bekannte gehinderte Phenolantioxidationsmittel kann geeigneterweise verwendet werden.
Die Menge des zugegebenen Antioxidationsmittels ist bevorzugt 0,1 Massenteil oder größer und 2 Massenteile oder kleiner, bezogen auf 100 Massenteile des Polyacetalharzes.
Beispiele des Formaldehyd- oder Ameisensäure-Fängers sind: Verbindungen, die mit Formaldehyd reagierenden Stickstoff enthalten, wie beispielsweise Melamin und Polyamidharz sowie Polymere davon; und Hydroxide, anorganische Säuresalze und Carbonsäuresalze von Alkalimetallen oder Erdalkalimetallen, sind aber nicht darauf eingeschränkt.
Spezifischere Beispiele hierfür sind Calciumhydroxid, Calciumcarbonat, Calciumphosphat, Calciumsilicat, Calciumborat und Fettsäurecalciumsalze (Calciumstearat, Calciummyristat etc.). Diese Fettsäuren können jeweils durch eine Hydroxygruppe substituiert sein.
Die Menge des zugegebenen Formaldehyd- oder Ameisensäure-Fängers ist bevorzugt im Bereich von 0,1 Massenteilen oder größer und 3 Massenteilen oder kleiner eines Polymers, welches mit Formaldehyd reagierenden Stickstoff enthält, oder 0,1 Massenteile oder größer und 1 Massenteile oder kleiner des Fettsäuresalzes eines Erdalkalimetalls als Formaldehyd- oder Ameisensäure-Fänger, bezogen auf 100 Massenteile des Polyacetalharzes.
<Zusätzliche Komponente>
Die Polyacetalharzzusammensetzung zur Verwendung in dem Harzzahnrad der vorliegenden Ausführungsform kann weiterhin einen anderen Füllstoff als den Glasfüllstoff enthalten (Talk, Wollastonit, Glimmer, Calciumcarbonat etc.), ein Leitfähigkeit-verleihendes Mittel (Carbon Black, Graphit, Kohlenstoffnanoröhrchen, etc.), einen Farbstoff (Titanoxid, Zinkoxid, Eisenoxid, Aluminiumoxid, organische Farbstoffe, etc.), ein Gleitmittel (verschiedene Esterverbindungen, Metallsalze von organischen Säuren, etc.) und verschiedene Stabilisatoren wie Ultraviolettabsorber, Lichtstabilisatoren und Schmiermittel, die auf dem technischen Gebiet bekannt sind und in herkömmlichen Polyacetalharzzusammensetzungen verwendet werden, ohne das Ziel der vorliegenden Erfindung zu beeinträchtigen.
Die Menge der zugefügten weiteren Komponente ist bevorzugt 30 Massen-% oder kleiner des anderen Füllstoffs als dem Glasfüllstoff, des Leitfähigkeits-verleihenden Mittels oder des Färbemittels, bezogen auf 100 Massenteile des Polyacetalharzes, und ist bevorzugt 5 Massen-% oder kleiner des Gleitmittels, Ultraviolettabsorbers, des Lichtstabilisators oder des Schmiermittels, bezogen auf 100 Massen-% des Polyacetalharzes.
Eine dieser zusätzlichen Komponente kann alleine verwendet werden, oder zwei oder mehr davon können in Kombination verwendet werden.
[Verfahren zur Herstellung der Polyacetalharzzusammensetzung]
Die Polyacetalharzzusammensetzung zur Verwendung in dem Harzzahnrad der vorliegenden Ausführungsform kann durch Mischen und Schmelzkneten des vorgenannten Polyacetalharzes, Glasfüllstoffs, optionaler Stabilisatoren und zusätzlicher Komponenten durch ein in der Technik bekanntes Verfahren hergestellt werden.
Das Herstellungsverfahren umfasst bevorzugt die Schritte: Modifizieren der Oberfläche eines Glasfüllstoffs mit einer Substanz, die mindestens eine Säure enthält und eine Funktion zur Modifizierung der Oberfläche des Glasfüllstoffs aufweist; und Mischen des modifizierten Glasfüllstoffs mit einem Polyacetalharz.
Das Verfahren zum Mischen und Schmelzkneten der Rohmaterialkomponenten ist nicht besonders eingeschränkt, wobei jedes Verfahren, das dem Fachmann auf diesem technischen Gebiet bekannt ist, verwendet werden kann.
Spezifische Beispiele hierfür sind: ein Verfahren zum Mischen der Komponenten im Voraus mit einem Supermischer, einem Taumelmischer, einem V-Mischer oder dergleichen und Schmelzkneten des Gemischs in einem Ansatz unter Verwendung eines Doppelschneckenextruders; sowie ein Verfahren des Zuführens der Komponenten zum Haupthals eines Doppelschneckenextruders und Zuführen der Komponenten vom Mittelstrom bzw. Mittelbereich des Extruders, während die Komponenten schmelzgeknetet werden.
Obwohl jedes dieser Verfahren verwendet werden kann, ist das Verfahren des Zuführens der Komponente zum Haupthals des Doppelschneckenextruders und Zugabe der Komponenten vom Mittelstrom des Extruders, während die Komponenten schmelzgeknetet werden, zur Verbesserung der mechanischen und physikalischen Eigenschaften des Harzzahnrads der vorliegenden Ausführungsform bevorzugt.
Die optimalen Bedingungen variieren in Abhängigkeit der Größe des Extruders. Es ist daher bevorzugt, dass die Bedingungen geeigneterweise in einem Bereich eingestellt werden, der vom Fachmann eingestellt werden kann. Bevorzugter wird auch die Schneckenkonstruktion des Extruders variabel innerhalb eines Bereichs, der vom Fachmann eingestellt werden kann, eingestellt.
Beim Mischen der Komponenten können diese Komponenten vom Mittelstrom des Extruders zugefügt werden, werden aber bevorzugt vom Haupthals zugeführt. Die Anwendung eines derartigen Herstellungsverfahrens bewirkt überraschenderweise in der Tendenz auch eine drastische Verminderung der Drehkraft des Extruders. Dies kann die Produktivität drastisch verbessern.
[Verfahren zur Herstellung des Harzzahnrads]
Das Harzzahnrad der vorliegenden Ausführungsform kann durch Schmelzen der Polyacetalharzzusammensetzung durch ein in der Technik bekanntes Verfahren hergestellt werden.
Das Formgebungsverfahren ist nicht besonders eingeschränkt, wobei jedes auf dem technischen Gebiet bekannte Formgebungsverfahren verwendet werden kann.
Spezifische Beispiele hierfür sind Formgebungsverfahren wie Extrusionsformen, Spritzgießen, Vakuumformen, Blasformen, Spritzprägen, Dekorationsformen, Zweischichtformen (double molding), gasunterstütztes Spritzgießen, Schaumspritzgießen, Niedrigdruckformen, Ultradünnspritzgießen (Ultrahochgeschwindigkeits-Spritzgießen) und kombiniertes Press/Spritzpressformen in das Werkzeug (Insert-Molding und Outsert-Molding). Hierunter ist Spritzgießen bevorzugt.
[Eigenschaften des Harzzahnrads]
(Restverformung (residual strain) des Harzzahnrads)
Das Harzzahnrad gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist einen Rand und auf dem äußeren Umfang des Rands angeordnete Zähne auf.
Wenn der Rand oder der Rand und die Zähne belastet und entlastet werden, ist die Differenz zwischen der Verformungsgröße c (%) des Harzzahnrads nach einem Vorgang des Belastens bei 75 MPa und Entlastens von 75 MPa auf 15 MPa und der Verformungsgröße d (%) des Harzzahnrads nach 50 Wiederholungsvorgängen des Belastens bei 75 MPa und Entlastens von 75 MPa auf 15 MPa (d – c) (nachfolgend als Restverformung bezeichnet) 0,9 Punkte oder weniger.
Die Restverformung (d – c) ist bevorzugt 0,8 Punkte oder weniger, bevorzugter 0,7 Punkte oder weniger, weiter bevorzugt 0,6 Punkte oder weniger.
Die Restverformung (d – c) korreliert mit der plastischen Verformung unter Belastung. Wenn dieser Wert 0,9 Punkte oder weniger ist, ist das Harzzahnrad der vorliegenden Ausführungsform hinsichtlich der Lebensdauer und der Laufruhe hervorragend.
Die Restverformung des Harzzahnrads kann durch ein später in den Beispielen erwähntes Verfahren gemessen werden.
Die Fläche eines Eindruckkörpers kann in Abhängigkeit der Größe des Zahnrads geeignet verändert werden. Die Fläche des Eindruckkörpers beeinflusst die Restverformung, die elastische Verformung und das Restverformungsverhältnis kaum.
(Elastische Verformung (elastic strain) des Harzzahnrads)
Weiterhin weist das Harzzahnrad gemäß der vorliegenden Erfindung einen Rand und auf dem äußeren Umfang des Rands angeordnete Zähne auf, wobei bei Belastung und Entlastung des Rands oder des Rands und der Zähne die Differenz zwischen der Verformungsgröße b (%) nach einem Vorgang des Belastens bei 75 MPa und der Verformungsgröße c (%) nach einem Vorgang der nachfolgenden Entlastung von 75 MPa auf 15 MPa (b – c) (nachfolgend als „elastische Verformung” bezeichnet) 2,5 Punkte oder weniger ist. Die elastische Verformung (b – c) ist bevorzugt 2,0 Punkte oder weniger, bevorzugter 1,8 Punkte oder weniger, weiter bevorzugt 1,6 Punkte oder weniger.
Die elastische Verformung (b – c) korreliert mit der elastischen Deformation unter Belastung. Wenn dieser Wert 2,5 Punkte oder weniger ist, ist das Zahnrad hinsichtlich Lebensdauer und Laufruhe hervorragend.
Die elastische Verformung des Harzzahnrads kann durch ein später in den Beispielen erwähntes Verfahren gemessen werden.
(Restverformungsverhältnis (residual strain rate) des Harzzahnrads)
Weiterhin ist in dem Harzzahnrad gemäß der vorliegenden Ausführungsform,
wenn der Rand oder Rand und die Zähne belastet und entlastet werden,
ein Wert, der durch Teilen der Restverformung (d – c)
durch die Differenz zwischen der Verformungsgröße d (%) nach 50 Wiederholungsvorgängen des Belastens bei 75 MPa und des Entlastens auf 15 MPa und der Verformungsgröße a (%) bei einer Beanspruchung, bei der 15 MPa in einem Vorgang des Belastens von 0 MPa bis auf 15 MPa erreicht wurden (d – a)
((d – c)/(d – a)): Restverformungsverhältnis), 0,50 oder weniger. Das Restverformungsverhältnis ((d – c)/(d – a)) ist bevorzugt 0,48 oder weniger, bevorzugter 0,46 oder weniger, weiter bevorzugt 0,44 oder weniger.
Das Restverformungsverhältnis ((d – c)/(d – a)) korreliert mit der plastischen Verformung unter Spannung/Beanspruchung. Wenn dieser Wert 0,50 oder weniger ist, ist das Harzzahnrad hinsichtlich Lebensdauer und Laufruhe hervorragend.
Das Restdehnungsverhältnis des Harzzahnrads kann durch ein in den später erwähnten Beispielen beschriebenes Verfahren bestimmt werden.
1 ist eine schematische Draufansicht, die ein Beispiel des Harzzahnrads der vorliegenden Ausführungsform zeigt. 2 ist eine schematische Querschnittsansicht des Harzzahnrads entlang der gestrichelten Linie X-Y in 1.
In der vorliegenden Beschreibung bezieht sich „Stirnrad” auf ein Zahnrad mit Zähnen, die parallel zur Rotationsachse sind.
Das in 1 gezeigte Zahnrad weist einen inneren Umfang 10 mit einem mittigen Loch, einen Rand 2 mit einer größeren Dicke als der des Innenumfangs 10 und auf dem äußeren Umfang des Rands 2 angeordnete Zähne 1 auf.
Bei der Messung der vorgenannten Restverformung, elastischen Verformung und des Restverformungsverhältnisses des Harzzahnrads der vorliegenden Ausführungsform wird, wie in 3 illustriert ist, zum Beispiel ein Eindruckkörper 4 mit einer planaren Kontaktfläche verwendet, wobei dieser Eindruckkörper 4 mit dem Rand 2 und den Zähnen 1 des Harzzahnrads mit der in den 1 und 2 gezeigten Form so in Kontakt gebracht wird, dass der Rand und die Zähne in der Pfeilrichtung in 3 belastet und anschließend durch Verminderung der Beanspruchung entlastet werden.
Belastungen werden aus der Kontaktfläche zwischen dem Harzzahnrad und dem Eindruckkörper 4 als Werte berechnet, bei denen die Beanspruchung 15 MPa und 75 MPa werden.
Die Belastungs- und Entlastungsgeschwindigkeiten werden auf 1 mm/min eingestellt. Die Belastung und die Entlastung werden jeweils an drei oder mehr zufälligen Punkten durchgeführt, wobei davon der Durchschnittswert berechnet wird.
In diesem Zusammenhang bezieht sich die Kontaktfläche zwischen dem Harzzahnrad und dem Eindruckkörper 4, wie in 4 gezeigt ist, auf die Fläche an der Stelle, wo das Harzzahnrad, welches den Rand 2 und die Zähne 1 aufweist, mit dem planaren Eindruckkörper 4 in Kontakt gebracht wird, d. h. die Kontaktstelle 5 (diagonal schraffierter Bereich) zwischen dem Zahnrad und dem Eindruckkörper in 4.
5 ist eine schematische Draufansicht, die ein anderes Beispiel des Harzzahnrads der vorliegenden Ausführungsform zeigt. 6 ist eine schematische Querschnittsansicht des Harzzahnrads entlang der gestrichelten Linie X-Y in 5.
Das in 5 und 6 gezeigte Harzzahnrad weist den Rand 2 und die Zähne 1 auf, die sich in der Dicke unterscheiden.
Wenn, wie in 7 gezeigt ist, bei dem Harzzahnrad der Rand und die Zähne 1 eine unterschiedliche Dicke aufweisen, wird nur der Rand 2 belastet und entlastet.
8 ist eine schematische Draufsicht, die ein anderes Beispiel des Harzzahnrads der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
Das Harzzahnrad von 8 ist ein Stirnzahnrad, welches aus einem Rand mit integrierten Zähnen gebildet ist.
Im Falle eines solchen Stirnzahnrads werden, wie in 9 gezeigt ist, die Zähne und ein innerer Bereich, der dem Rand entspricht, belastet und entlastet.
Die Kontaktfläche zwischen dem Harzzahnrad und dem Eindruckkörper 4 beeinflusst die Werte für die Restverformung (d – c), die elastische Verformung (b – c) und das Restverformungsverhältnis ((d – c)/(d – a)) kaum.
Weiterhin beeinflusst die Zahnbreite 3 des Harzzahnrads diese Werte kaum.
10 zeigt ein Beispiel einer Belastungs- und Entlastungskurve, die bei der Bestimmung der Restverformung der elastischen Verformung und des Restverformungsverhältnis des Harzzahnrads der vorliegenden Ausführungsform erhalten wird.
Der Punkt, an dem in dem Vorgang der anfänglichen Belastung bis auf 75 MPa die Beanspruchung 15 MPa erreicht, wird als A definiert. Der Punkt, an dem ein Vorgang des Belastens bei 75 MPa durchgeführt worden ist, wird als B bezeichnet. Der Punkt, an dem ein Vorgang einer nachfolgenden Entlastung von 75 MPa auf 15 MPa durchgeführt worden ist, wird als C bezeichnet. Der Punkt, an dem 50 Wiederholungsvorgänge einer solchen Belastung und Entlastung durchgeführt worden sind, wird als D bezeichnet.
Die Verformungsgröße (%) an jedem Punkt wird durch Teilen der Verschiebung/Auslenkung an diesem Punkt durch die Zahnbreite 3 berechnet.
Die Restverformung (d – c) ist die Differenz (durch Punkte angegeben) zwischen der Verformungsgröße (%) am Punkt D (entsprechend der vorgenannten Verformungsgröße d) und der Verformungsgröße (%) am Punkt C (entsprechend der vorgenannten Verformungsgröße c).
Die elastische Verformung (b – c) ist die Differenz (durch Punkte angegeben) zwischen der Verformungsgröße (%) am Punkt B (entspricht der vorgenannten Verformungsgröße b) und der Verformungsgröße (%) am Punkt C (entspricht der vorgenannten Verformungsgröße c).
Das Restverformungsverhältnis ((d – c)/(d – a)) ist ein Wert, der durch Teilen der Restverformung (d – c) durch die Differenz zwischen der Verformungsgröße (%) am Punkt D (entsprechend der vorgenannten Verformungsgröße d) und der Verformungsgröße (%) am Punkt A (entsprechend der vorgenannten Verformungsgröße A) (d – a) erhalten wird.
Das Verfahren zur Steuerung der Restverformung (d – c), der elastischen Verformung (b – c) und des Restverformungsverhältnis ((d – c)/(d – a)) innerhalb der vorbestimmten Bereiche ist nicht besonders eingeschränkt. Zu diesem Zweck ist es beispielsweise effektiv, als das Polyacetalharz das Blockcopolymer und/oder das Polyacetalharz zu verwenden, bei dem der Gehalt der terminalen OH-Gruppen 0,006 Mol-% oder größer ist, bezogen auf 1 Mol einer Hauptkettenoxymethylen-Einheit, wie oben erwähnt, und den Glasfüllstoff zu verwenden, welcher mit dem filmbildenden Mittel, das eine Säure enthält, behandelt wurde.
Insbesondere verbessert die kombinierte Verwendung des Blockcopolymers und des eine Säure enthaltenden filmbildenden Mittels die Haftung der Grenzfläche zwischen dem Polyacetalharz und dem Glasfüllstoff drastisch und erleichtert die Steuerung der Restverformung, der elastischen Verformung und des Restverformungsverhältnis innerhalb gewünschter Bereiche wie oben erwähnt.
Zur Einstellung der Festigkeit, d. h. der Restverformung, der elastischen Verformung und des Restverformungsverhältnis des Harzzahnrads der vorliegenden Ausführungsform in die oben beschriebenen Bereiche ist es auch effektiv, den Glasfüllstoff mit dem Polyacetalharz für eine längere Zeit bei der Herstellung der Polyacetalharzzusammensetzung, bei der es sich um ein Material für das Harzzahnrad handelt, durch Schmelzkneten zu verkneten. Im Allgemeinen wird das Kneten des Glasfüllstoffs für eine kürzere Zeit als bevorzugt für das Schmelzkneten der Polyacetalharzzusammensetzung angesehen. Eine gegenläufige Tendenz wird jedoch in der vorliegenden Ausführungsform erhalten. Bei Zufuhr des Glasfüllstoffs von einer seitlichen Zuführeinrichtung während des Extrusionsknetens sind spezifische Beispiele des für diesen Zweck bevorzugten Verfahrens die Zufuhr des Glasfüllstoffs von einer mehr aufwärts gelegenen Zuführvorrichtung.
Die Restverformung ist ein Wert, der mit der Verformungsgröße korreliert, die sich in einem angetriebenen Zustand des Zahnrads akkumuliert. Bei dem Zahnrad greifen während des Rotationsantriebs die Zähne in die Zähne des Partnerzahnrads ein, die Zähne werden freigesetzt und greifen nach einer Rotation wieder in die Zähne des Gegenstücks ein. Das Zahnrad wird daher wiederholt belastet und entlastet. Diesbezüglich macht eine kleinere akkumulierte Verformungsgröße das Zahnrad beständiger gegenüber einer Deformation. Dies verbessert die Lebensdauer des Zahnrads und vermindert auch Dimensionsänderungen und verbessert die Laufruhe.
Die elastische Verformung ist ein Wert, der mit der Verformungsgröße korreliert, wenn ein gegebenes Drehmoment auf das Zahnrad einwirkt. In Abhängigkeit der Zwecke kann das Zahnrad ein hohes Anzugsmoment aufnehmen, das von den angelegten Drehmomenten abweicht und kann in diesem belasteten Zustand für einige Sekunden oder manchmal einige Stunden gehalten werden. Diesbezüglich führt eine erzeugte kleinere elastische Verformungsgröße zu einer verbesserten Rotationsgenauigkeit im Ruhezustand. Weiterhin wird selbst eine kleine Deformation beim Eingreifen der Zahnräder unterdrückt und die Laufruhe dadurch verbessert.
Das Restverformungsverhältnis ist wie die Restverformung ebenfalls ein Wert, der mit einer im angetriebenen Zustand des Zahnrads akkumulierten Verformungsgröße korreliert. Ein Zahnrad mit einem kleineren Wert dieses Restverformungsverhältnis weist eine bessere Lebensdauer und Laufruhe auf.
(Komponente, welche die Oberfläche des Glasfüllstoffs bedeckt)
Im Fall des Harzzahnrads der vorliegenden Ausführungsform, das durch Formen der Harzzusammensetzung hergestellt wurde, die wie oben erwähnt ein Polyacetalharz und einen Glasfüllstoff enthält, ist, wenn das Harzzahnrad durch Zug gebrochen wird, die Oberfläche des aus der Bruchfläche hervorragenden Glasfüllstoffs des unter Zug gebrochenen Zahnrads bevorzugt mit einer Komponente bedeckt, die das Polyacetalharz enthält und eine durchschnittliche Dicke von 0,2 μm oder größer und 3,0 μm oder kleiner aufweist.
Wenn die durchschnittliche Dicke der Komponente, die das Polyacetalharz enthält, 0,2 μm oder größer ist, besteht die Tendenz, dass die mechanische Festigkeit, wie beispielsweise Lebensdauer und die Zahnfußfestigkeit verbessert sind. Weiterhin besteht die Tendenz, dass die Laufruhe verbessert wird, da eine Spanbildung unterdrückt werden kann, und ein minderwertiges Erscheinungsbild des resultierenden Zahnrads kann vermieden werden. Die Produktivität neigt überdies dazu, verbessert zu sein, da die Formgebungszyklen verkürzt sind.
Wenn die durchschnittliche Dicke der das Polyacetalharz enthaltenden Komponente 3,0 μm oder kleiner ist, besteht die Tendenz, dass sowohl eine Verminderung der Fließfähigkeit der Polyacetalharzzusammensetzung als auch ein minderwertiges Erscheinungsbild des Harzzahnrads vermieden werden können.
Die Untergrenze der durchschnittlichen Dicke ist bevorzugter 0,3 μm, weiter bevorzugt 0,4 μm.
Die Obergrenze der durchschnittlichen Dicke ist bevorzugter 2,5 μm, weiter bevorzugt 2,0 μm
Das oben erwähnte Zugbrechen des Harzzahnrads wird bei einer Ziehgeschwindigkeit von 50 mm/min durchgeführt.
In der vorliegenden Ausführungsform kann die durchschnittliche Dicke der die Polyacetalharzzusammensetzung enthaltenden Komponente, welche die Oberfläche des aus der Bruchfläche herausragenden Glasfüllstoffs bei dem durch Zug gebrochenen Harzzahnrad bedeckt, bestimmt werden, indem die Bruchfläche des durch Zug gebrochenen Harzzahnrads unter einem Rasterelektronenmikroskop (SEM) beobachtet wird.
Nachfolgend wird das Verfahren zur Bestimmung der vorgenannten durchschnittlichen Dicke der das Polyacetalharz enthaltenden Komponente ausführlich beschrieben, wobei Glasfasern als ein Beispiel des Glasfüllstoffs herangezogen werden, obwohl das Messverfahren nicht spezifisch darauf beschränkt ist.
In dem Harzzahnrad der vorliegenden Ausführungsform ist es zur Messung der durchschnittlichen Dicke der die Polyacetalharzzusammensetzung enthaltenden Komponente, welche die Oberfläche der Glasfaser bedeckt, bevorzugt, als Glasfaserprobe Glasfaserfilamente auszuwählen, die in der Mitte oder in der Nähe der Mitte der Bruchfläche des zuggebrochenen Harzzahnrads vorliegen.
Zunächst werden zufällig mindestens 50 Filamente der aus der Bruchfläche herausragenden Glasfasern ausgewählt. Anschließend werden die Schichten der die Oberfläche der ausgewählten Glasfaserfilamente bedeckenden Komponente beobachtet, um die Dicken der Schichten zu messen. Wenn die Dicke jeder Schicht nicht gleichmäßig ist, wird der größte Wert als Dicke der Schicht genommen. Dann werden die Dicken der 50 Schichten gemittelt, um die durchschnittliche Dicke zu berechnen.
Wenn die Oberfläche des Glasfaserfilaments gleichförmig mit den Harzkomponenten bedeckt ist, kann die Grenze zwischen dem Glasfaserfilament und der Komponente, die dessen Oberfläche bedeckt, verdeckt sein. Dann kann die Dicke der die Oberfläche bedeckenden Schicht unter Verwendung des Durchmessers des Glasfaserfilaments allein berechnet werden. Wenn zum Beispiel die Oberfläche eines Glasfaserfilaments mit einem runden Querschnitt gleichförmig mit Harzkomponenten bedeckt ist, wird die Dicke der diese Oberfläche bedeckenden Schicht gemäß dem folgenden Ausdruck bestimmt: Dicke der die Oberfläche bedeckenden Schicht = (Durchmesser einschließlich der Schicht – Durchmesser des Glasfaserfilaments)/2
Der Durchmesser des Glasfaserfilaments alleine kann bestimmt werden, indem ein verbleibender Rest des Harzzahnrads gemessen wird, von welchem die Harzkomponenten entfernt wurden.
Beispiele des Verfahrens zum Entfernen der Harzkomponenten von dem Harzzahnrad sind ein Verfahren des Brennens des Harzzahnrads bei einer ausreichend hohen Temperatur (400°C oder höher), um die Harzkomponenten zu entfernen, und ein Verfahren des Eintauchens des Harzzahnrads in ein Lösungsmittel, welches das Polyacetalharz löst, um die Harzkomponenten zu entfernen.
In der vorliegenden Ausführungsform ist bevorzugt 50% oder mehr, bevorzugter 70% oder mehr, weiter bevorzugt 80% oder mehr, noch bevorzugter 90% oder mehr (ausgedrückt als Flächenanteil) der Oberfläche des Glasfüllstoffs bevorzugt mit der das Polyacetalharz enthaltenden Komponente bedeckt.
Wenn der Flächenanteil der Komponente, die das Polyacetalharz enthält, welche die Oberfläche des Glasfüllstoffs bedeckt, 50% oder mehr ist, wird die Lebensdauer des Harzzahnrads der vorliegenden Ausführungsform weiter verbessert.
Beispiele des Verfahrens zum Gewährleisten, dass die Oberfläche des Glasfüllstoffs mit der das Polyacetalharz enthaltenden Komponente bedeckt ist und die durchschnittliche Dicke von 0,2 μm oder größer und 3,0 μm oder kleiner ist, sind ein Verfahren, bei dem als das Polyacetalharz das Blockcopolymer und/oder das Polyacetalharz verwendet wird, bei dem der Gehalt der terminalen OH-Gruppen 0,006 Mol-% oder größer ist, bezogen auf 1 Mol der Hauptkettenoxymethyleneinheiten, wie oben erwähnt, und ein Verfahren, bei dem das oben erwähnte filmbildende Mittel, das eine Säure enthält, verwendet wird.
Insbesondere verbessert die kombinierte Verwendung des Blockcopolymers und des eine Säure enthaltenden filmbildenden Mittels drastisch die Haftung der Grenzfläche zwischen dem Polyacetalharz und dem Glasfüllstoff und erhöht die durchschnittliche Dicke der das Polyacetalharz enthaltenden Komponente, die die Oberfläche des Glasfüllstoffs bedeckt.
Zur Einstellung der durchschnittlichen Dicke in den oben beschriebenen Bereich ist es auch effektiv, bei der Herstellung der Polyacetalharzzusammensetzung den Glasfüllstoff mit dem Polyacetalharz für einen längeren Zeitraum durch Schmelzkneten zu kneten. Im Allgemeinen wird das Kneten des Glasfüllstoffs für einen kürzeren Zeitraum als wünschenswert für das Schmelzkneten der Harzzusammensetzung angesehen. Eine gegenläufige Tendenz wird jedoch in der vorliegenden Ausführungsform beobachtet. Bei Zufuhr des Glasfüllstoffs von einer seitlichen Zuführeinrichtung während des Extrusionsknetens sind spezifische Beispiele des Verfahrens zu diesem Zweck die Zufuhr des Glasfüllstoffs von einer weiter aufwärts gelegenen seitlichen Zufuhrvorrichtung.
In der vorliegenden Ausführungsform enthält die die Polyacetalharzzusammensetzung enthaltende Komponente, welche die Schicht bildet, die die Oberfläche des Glasfüllstoffs bedeckt, das Polyacetalharz als Hauptkomponente und kann Harzkomponenten, einschließlich das Polyethylenharz und/oder den oben erwähnten Stabilisator usw. enthalten.
(Polyethylenharzmenge in der oberen Oberfläche des Zahnrads)
In dem Harzzahnrad der vorliegenden Ausführungsform ist die Menge des Polyethylenharzes innerhalb von 10 nm ab der oberen Oberfläche des Harzzahnrads bevorzugt größer als die Menge des Polyethylenharzes innerhalb von 10 nm ab der oberen Oberfläche einer Schnittfläche, die sich tiefer als 1000 μm ab der oberen Oberfläche des Harzzahnrads befindet.
Die Menge des Polyethylenharzes kann aus der relativen Konzentration (Atom-%) des Kohlenstoffelements C, gemessen mittels Röntgenstrahlenphotoelektronenspektroskopie (XPS), berechnet werden.
Ein Beispiel für die Messgeräte ist ESCALAB 250, hergestellt von Thermo Fisher Scientific Inc.
In der Messung wird bevorzugt monoAlKα oder dergleichen als Anregungsquelle verwendet.
Um den Einfluss von an der Zahnradoberfläche haftenden Verunreinigungen auszuschalten, wird die Zahnradoberfläche mit einem Detergenz (z. B. einer wässrigen Lösung von VALTRON DP97031) mittels Ultraschall gereinigt, mit reinem Wasser gespült und in einem Ofen oder dergleichen getrocknet.
Bei der XPS-Messung stellt eine Bindungsenergie von 286 bis 288 eV Kohlenstoff dar, der vom Polyacetalharz stammt, und eine Bindungsenergie von 284 bis 286 eV stellt Kohlenstoff dar, der von Olefinen wie Polyethylen stammt. Wenn daher die Peaks getrennt werden können, wird nur Kohlenstoff von von Polyethylen stammenden Komponenten verwendet. Wenn die Peaks nicht getrennt werden können, kann eine Peakfläche im Bereich von 284 bis 288 eV verwendet werden.
Die Kohlenstoffkonzentration innerhalb von 10 nm ab der oberen Oberfläche des Harzzahnrads wird als C₁ bezeichnet. Die Kohlenstoffkonzentration innerhalb von 10 nm ab der oberen Oberfläche einer Schnittfläche im mittleren Bereich des Harzzahnrads (mindestens 1000 μm tief ab der oberen Oberfläche des Harzzahnrads) wird als C₂ bezeichnet. Bevorzugt gilt der folgende Ausdruck: [C₁]/[C₂] > 1
Wenn obiger Ausdruck zutrifft, kann gefolgert werden, dass das Polyethylenharz (C) innerhalb von 10 nm ab der oberen Oberfläche häufiger auftritt.
Der Ausdruck ist bevorzugter 1,01 ≤ [C₁]/[C₂] ≤ 1,20, weiter bevorzugt 1,02 ≤ [C₁]/[C₂] ≤ 1,18, noch bevorzugter 1,05 ≤ [C₁]/[C₂] ≤ 1,15.
Bei Verwendung eines Blockcopolymers mit der Blockkomponente der Formel (3) als Polyacetalharz wird die Kohlenstoffkonzentration des Polyacetalharzes selbst erhöht.
Die Kohlenstoffkonzentration, die von dem Polyacetalharz stammt, unterscheidet sich jedoch nicht zwischen innerhalb 10 nm ab der oberen Oberfläche und mindestens 1000 μm tief von der oberen Oberfläche. Wenn daher der obige Ausdruck zutrifft, kann gefolgert werden, dass das Polyethylenharz innerhalb 10 nm ab der oberen Oberfläche häufiger auftritt.
In dem Harzzahnrad der vorliegenden Ausführungsform ist die Position, in welcher C₂ gemessen wird, mindestens 1000 μm tief ab der oberen Oberfläche des Harzzahnrads gelegen. In dem Harzzahnrad der vorliegenden Ausführungsform ist die Menge des Polyethylenharzes an jeder Stelle, die mindestens 1000 μm tief von der oberen Oberfläche entfernt ist, fast auf dem gleichen Wert wie die Zufuhrmenge.
Wie oben erwähnt, ist die Menge des Polyethylenharzes innerhalb von 10 nm ab der oberen Oberfläche größer als die Menge des Polyethylenharzes innerhalb von 10 nm ab der oberen Oberfläche einer Schnittfläche, die sich tiefer als 1000 μm von der oberen Oberfläche des Harzzahnrads befindet. Dies verbessert die Gleitfähigkeit, insbesondere in der Anfangsphase des Gleitens. Weiterhin kann eine Verminderung der mechanischen Festigkeit wie bspw. des Biegemoduls vermieden werden, da selbst in einer kleinen Menge enthaltenes Polyethylen die Wirkung der Gleitfähigkeit drastisch verbessern kann. Überraschenderweise hat dies überdies die Wirkung, dass Späne während des Schmelzknetens mit dem Harz drastisch unterdrückt werden.
Bei einem Harzzahnrad mit einer Dicke von kleiner als 2000 μm kann die Kohlenstoffkonzentration im Mittelbereich in der Tiefenrichtung des Harzzahnrads anstelle der Kohlenstoffkonzentration bei mindestens 1000 μm Tiefe ab der oberen Oberfläche verwendet werden.
Die größere Menge des Polyethylenharzes innerhalb 10 nm ab dem Oberflächenbereich des Harzzahnrads als die Menge bei mindestens 1000 μm Tiefe ab der oberen Oberfläche des Zahnrads kann erreicht werden, indem das Gewichtsmittel des Molekulargewichts des enthaltenen Polyethylenharzes auf 500000 oder kleiner eingestellt wird. Weiterhin kann die größere Häufigkeit des Polyethylenharzes innerhalb 10 nm ab dem oberen Oberfläche des Harzzahnrads als die Menge bei mindestens 1000 μm Tiefe ab der oberen Oberfläche des Harzzahnrads erzielt werden, indem der Schmelzpunkt des Polyethylenharzes auf 115°C oder niedriger eingestellt wird.
[Vorgesehene Verwendungen]
Das Harzzahnrad der vorliegenden Ausführungsform ist hervorragend hinsichtlich Lebensdauer, mechanischer Festigkeit und Laufruhe und kann als solches für verschiedene Zwecke verwendet werden.
Insbesondere sind Beispiele für das Zahnrad Schrägzahnräder, Stirnräder, Innenzahnräder, Zahnstangen, Doppelschrägverzahnungen, Kegelstirnräder, schrägverzahnte Kegelzahnräder (skew bevel gears), Spiralkegelräder, Tellerräder bzw. Zahnkränze, Räder mit Stirnverzahnung, gekreuzte Schrägzahnräder, Schneckenräder, Getriebeschneckenräder, hybridverzahnte Kegelräder bzw. Hybridverzahnungen, und Zahnräder mit Novikov-Verzahnung. Diese Schrägzahnräder oder Schrägstirnräder können zum Beispiel einzelne Zahnräder, zweistufige Zahnräder oder kombinierte Zahnräder mit einer Struktur sein, bei der mehrere Zahnräder von einem Antriebsmotor so kombiniert werden, dass sie ohne ungleichmäßige Rotationen verlangsamen können.
Beispiele der Teile, für welche ein solches Zahnrad geeigneterweise verwendet werden kann, sind: Nocken, Gleitstücke, Hebel, Ausleger, Kupplungen, Filzkupplungen (felt clutches), Zwischenzahnräder, Antriebsscheiben, Walzen, Walzenlager bzw. Wälzlager, Tastenhebel bzw. Schlüsselschäfte, Schlüsselspitzen, Verschlüsse, Spulen, Gelenke, Achsen, Lager und Führungen, sind aber nicht darauf eingeschränkt. Andere Beispiele sind durch Outsert-Technik geformte Harzteile, Insert-Technik geformte Harzteile, Gehäuse, Wannen und Seitenplatten.
Spezifische Beispiele der vorgesehenen Verwendung des Harzzahnrads sind mechanische Elemente für Büroautomatisierungsgeräte, mechanische Elemente für Kameras oder Videogeräte, mechanische Elemente für Musik, Videoanlagen- oder Informationsgeräte, mechanische Elemente für Kommunikationsgeräte, mechanische Elemente für elektrische Geräte, mechanische Elemente für elektronische Geräte, mechanische Automobilelemente (Türen und deren periphere Komponenten, Sitze und deren periphere Komponenten und Klimaanlagen und deren periphere Komponenten), mechanische Fahrradelemente (Antriebsmotorübertragung etc.), Schalterteile, stationäre mechanische Elemente, mechanische Elemente für Haushaltseinrichtungen, mechanische Elemente für Verkaufsautomaten, mechanische Elemente für Sport-, Freizeit- oder erholungsbezogene Geräte und mechanische Elemente für Industriegeräte, sind aber nicht darauf eingeschränkt.
Das Harzzahnrad der vorliegenden Ausführungsform kann weiterhin bemerkenswerterweise eine hervorragende Lebensdauer und Laufruhe im Vergleich mit herkömmlichen Harzzahnrädern aufrechterhalten und kann unter diesem Gesichtspunkt für Fahrzeuge im Allgemeinen und Elektrofahrzeuge verwendet werden. In diesem Zusammenhang sind Beispiele des Elektrofahrzeugs vierrädrige Fahrzeuge für Senioren, Fahrräder und elektrische zweirädrige Fahrzeuge.
Das Harzzahnrad der vorliegenden Ausführungsform wird bevorzugt nach Anwendung von Schmiermittel verwendet. Dies kann die Lebensdauer und Laufruhe stark verbessern.
[Beispiele]
Nachfolgend wird die vorliegende Ausführungsform unter Bezugnahme auf spezifische Beispiele und Vergleichsbeispiele beschrieben. Die vorliegende Ausführungsform soll jedoch nicht als auf die nachfolgend erwähnten Beispiele eingeschränkt angesehen werden.
Die Bedingungen zur Herstellung von Polyacetalharzzusammensetzungen und Harzzahnrädern, die in den Beispielen und Vergleichsbeispielen verwendet wurden, und deren Bewertungspunkte sind unten beschrieben.
[Bedingungen zur Herstellung der Polyactalharzzusammensetzung und des Harzzahnrads]
((1) Bedingungen zur Herstellung der Polyacetalharzzusammensetzung: Extrusionsbedingungen)
Jede Polyacetalharzzusammensetzung wurde unter Verwendung eines co-rotierenden Doppelschneckenextruders (TEM-48SS-Extruder, hergestellt von Toshiba Machine Co., Ltd.) mit einem Verhältnis von Schneckenlänge L zu Schneckendurchmesser D (L/D) = 48 (Zylinderzahl: 12), der mit seitlichen Zuführvorrichtungen am sechsten Zylinder und am achten Zylinder und einer Vakuumentlüftung am elften Zylinder ausgestattet war, hergestellt.
Der erste Zylinder wurde in Wasser gekühlt. Die Temperaturen des zweiten bis fünften Zylinders wurden auf 210°C eingestellt, und die Temperaturen des sechsten bis zwölften Zylinders wurden auf 180°C eingestellt.
Die bei der Extrusion verwendeten Schnecken wurden wie folgt konstruiert.
Schnecken mit Gang (nachfolgend werden diese Schnecken als FS (flight screws) bezeichnet) wurden an den ersten bis vierten Zylindern positioniert. Zwei Knetscheiben mit Förderfunktion (nachfolgend werden diese Knetscheiben als RKD bezeichnet), zwei Knetscheiben ohne Förderfunktion (nachfolgend werden diese Knetscheiben als NKD bezeichnet) und eine Knetscheibe mit Förderfunktion in Rückwärtsrichtung (nachfolgend wird diese Knetscheibe als LKD bezeichnet) wurden in dieser Reihenfolge am fünften Zylinder positioniert.
Eine FS wurde an den sechsten bis achten Zylindern angeordnet. Eine RKD und eine NKD wurden in dieser Reihenfolge am neunten Zylinder positioniert. Eine FS wurde am zehnten und elften Zylinder angeordnet.
Ein Glasfüllstoff wurde von der seitlichen Zuführvorrichtung des achten Zylinders zugeführt. Eine Extrusion wurde bei einer Schneckendrehzahl von 150 UpM und einer Gesamtextrusionsausgabeleistung von 70 kg/h durchgeführt, wobei Pellets der Polyacetalharzzusammensetzung erhalten wurden.
((2) Bedingungen zur Herstellung des Harzzahnrads)
Jedes Harzzahnrad wurde unter Verwendung eines Spritzgießgeräts (FANUC Roboshot (R) Modell i50B, hergestellt von Fanuc Corp.) hergestellt.
Die Formgebungsbedingungen beinhalteten eine Harztemperatur von 200°C, eine Werkzeugtemperatur von 80°C und einen Spritzdruck und Druckerhalt von 100 MPa.
Ein Stirnzahnrad mit einem Rand mit einem Durchmesser ϕ von 50 mm, einem Modul von 1,0, 50 Zähnen, einer Zahnbreite von 8 mm und einer Breite von 1,5 mm wurde durch Spritzgießen hergestellt.
Anschnitte wurden an drei Punkten in der Bahn bei gleichmäßigen Abständen von 120 Grad in Umfangsrichtung angeordnet.
[Bewertung der Eigenschaften des Harzzahnrads]
((1) Verformungsgröße des Harzzahnrads]
Eine universelle Testvorrichtung (Instron(R) Modell 5566, hergestellt von Instron Japan Co., Ltd.) wurde verwendet.
Das Harzzahnrad wurde auf der Fläche aufgestellt und durch Aufbringen einer Kompressionslast auf den Rand und die Zähne des Harzzahnrads bewertet.
Der verwendete Eindruckkörper war ein runder planarer Eindruckkörper mit einem Durchmesser von 1 cm.
Die Kompressionslast wurde in senkrechter Richtung zur Bahnoberfläche des Harzzahnrads aufgebracht.
Die Belastungen, an denen die Beanspruchungen 15 MPa und 75 MPa wurden, wurden aus der Fläche der Kontaktstelle 5 (diagonal schraffierter Bereich in 4) zwischen dem Harzzahnrad und dem Eindruckkörper, wie in 4 gezeigt, berechnet, und es wurden 50 Wiederholungsvorgänge des Belastens und Entlastens bis zu den Kompressionsbelastungen, die den berechneten Belastungen entsprachen, durchgeführt.
Die Belastungs- und Entlastungsgeschwindigkeiten wurden auf 1 mm/min eingestellt.
Die Verformung nach einem Vorgang des Belastens und Entlastens und die Verformung nach 50 Wiederholungsvorgängen des Belastens und Entlastens wurden gemessen, und es wurde die Verformungsgröße (%) durch Teilen des Ausmaßes jeder Verformung durch die Zahnbreite berechnet.
10 zeigt eine Belastungs- und Entlastungskurve, die durch den Kompressionstest im später erwähnten Beispiel 1 erhalten wurde.
11 zeigt eine Belastungs- und Entlastungskurve, die durch den Kompressionstest im später erwähnten Vergleichsbeispiel 5 erhalten wurde.
Restverformung: Differenz (in Punkten angegeben) zwischen der Verformungsgröße (%) am Punkt D (entsprechend der vorgenannten Verformungsgröße d) und der Verformungsgröße (%) am Punkt C (entsprechend der vorgenannten Verformungsgröße c).
Elastische Verformung: Differenz (in Punkten angegeben) zwischen der Verformungsgröße (%) am Punkt B (entsprechend der vorgenannten Verformungsgröße b) und der Verformungsgröße (%) am Punkt C (entsprechend der vorgenannten Verformungsgröße c).
Restverformungsverhältnis: Wert ((d – c)/(d – a)), der durch Teilen der Restverformung (d – c) durch die Differenz der Verformungsgröße (%) am Punkt D (entsprechend der vorgenannten Verformungsgröße d) und der Verformungsgröße (%) am Punkt A (entsprechend der vorgenannten Verformungsgröße a) (d – a) erhalten wird.
Die Restverformung, die elastische Verformung und das Restverformungsverhältnis wurden wie oben beschrieben berechnet.
Der Test wurde an drei beliebigen Punkten durchgeführt, wobei der Durchschnittswert davon genommen wurde.
((2) Durchschnittliche Dicke der Schicht der Komponente, welche die Oberfläche des Glasfüllstoffs bedeckt)
Eine Testprobe von 5 mm × 5 mm × 1 mm wurde aus dem Harzzahnrad herausgeschnitten und bei einer Ziehgeschwindigkeit von 50 mm/min unter Verwendung einer Zugversuchsvorrichtung zum Bruch/Reißen gebracht.
Platin wurde auf der Bruchfläche der Testprobe abgeschieden, um eine Testprobe für die Beobachtung herzustellen.
Die Dicke der Schicht der Komponentne, die die Oberfläche des Glasfüllstoffs bedeckt, wurde durch Beobachtung in einem Rasterelektronenmikroskop (SEM) unter Verwendung der Testprobe für die Beobachtung bestimmt.
Die Beobachtungsvergrößerung betrug x5000.
Der Beobachtungsort wurde auf den zentralen Bereich der Bruchfläche der Testprobe eingestellt und so angepasst, dass der zentrale Bereich der Bruchfläche zu beobachten war.
50 zufällige Filamente des Glasfüllstoffs, die aus der Bruchfläche herausragten, wurden ausgewählt.
Für alle diese Filamente des Glasfüllstoffs wurde bestätigt, dass die Oberfläche der Glasfüllstofffilamente mit einem runden Querschnitt gleichmäßig mit Harzkomponenten bedeckt war.
Anschließend wurden die Durchmesser der Filamente der Glasfüllstoffe, die mit Harzkomponenten bedeckt waren, gemessen.
Abgesehen davon wurde die Testprobe im Voraus bei 450°C für drei Stunden gebrannt, um Harzkomponenten zu entfernen. Aus der Differenz zwischen dem bestimmten Durchmesser (Durchschnitt von 100 Filamenten) des resultierenden Glasfüllstoffs wurde die Dicke der an der Oberfläche haftenden Harzkomponenten bestimmt.
Die Dicken der 50 Schichten wurden gemittelt, um die durchschnittliche Dicke der Schicht der die Oberfläche des Glasfüllstoffs bedeckenden Komponente zu bestimmenn.
((Mengenanteil des Polyethylenharzes in der oberen Oberfläche des Harzzahnrads (Polyethylen-Oberflächenanteil))
Es wurde ein Röntgen-Photoelektronenspektroskopie-Gerät (XPS) ESCALAB 250, hergestellt von Thermo Fisher Scientific Inc., verwendet, und monoALKα (15 kV × 10 mA) wurde als Anregungsquelle verwendet.
Die Analysegröße wurde auf einen Quadratmillimeter eingestellt.
Um an der oberen Oberfläche des Harzzahnrads haftendes Material zu entfernen, wurde die Zahnradoberfläche mittels Ultraschall unter Verwendung einer 1,5% wässrigen Lösung eines im Handel erhältlichen Detergenz für Präzisionsapparate (VALTRON DP97031) für 3 Minuten bei Bedingungen von 50°C gereinigt, um das organische Material von der Oberfläche zu entfernen, gefolgt von einem Spülen mittels Ultraschall für 15 Minuten bei Raumtemperatur unter Verwendung von destilliertem Wasser für die Hochleistungsflüssigchromatographie.
Anschließend wurde das so gespülte Harzzahnrad bei 80°C für 1 Stunde in einem Trocknungsofen getrocknet und der Messung unterzogen.
Bei der Messung wurde der Photoelektronenextraktionswinkel auf 0° eingestellt (senkrecht zur Zahnradoberfläche) und die einbezogenen Bereiche wurden auf die Bereiche des Survey Scan bei 0 bis 1100 eV und Narrow Scan carbon C von 1 s eingestellt.
Die Durchlassenergien waren 100 eV für Survey Scan und 20 eV für Narrow Scan.
In diesem Zusammenhang wurde die C-Konzentration aus dem Peakflächenverhältnis im Bereich von 284 eV bis 288 eV bestimmt.
Die relative Konzentration des Elements wurde aus dem Flächenverhältnis berechnet und zur Berechnung mit Zweizifferngenauigkeit für 1 Atom-% oder mehr abgerundet und Einzifferngenauigkeit für weniger als 1 Atom-%.
Die Kohlenstoffkonzentration in der oberen Oberfläche des Harzzahnrads wurde als [C₁] definiert.
Anschließend wurde das Harzzahnrad in der Mitte in der Dickenrichtung (4 mm tief ab der oberen Oberfläche des Zahnrads) unter Verwendung eines Mikrotoms geschnitten und die Kohlenstoffkonzentration [C₂] an und um den zentralen Bereich herum in der Dickenrichtung wurde durch die gleiche Messung wie oben gemessen.
Es wurde [C₁]/[C₂] berechnet und dieser Wert wurde als „Mengenverhältnis des Polyethylenharzes in der oberen Oberfläche des Zahnrads” verwendet.
((4) Lebensdauer)
Die Lebensdauer des Harzzahnrads wurde unter Verwendung einer Testvorrichtung für die Lebensdauer von Zahnrädern (High-torque gear durabilty tester NS-1, hergestellt von Nakagawa Mfg Co., Ltd.) bestimmt.
Ein Metallzahnrad (Durchmesser ϕ: 50 mm, Modul: 1,0, Zahl der Zähne: 50, Zahnbreite: 20 mm) wurde als Partnerzahnrad verwendet. Die Zeit (Stunden: h), die benötigt wurde, bis das Harzzahnrad bei Anwenden eines vorgegebenen Betriebsdrehmoments brach, wurde gemessen.
Die Betriebsdrehmomente waren drei Stufen von 5,0 N·m, 5,5 N·m und 6,0 N·m.
Die Anzahl der Rotationen wurde auf 100 UpM eingestellt.
Der Test wurde in einem Temperatur-regulierten Raum von 23°C und 50 Luftfeuchtigkeit durchgeführt.
((5) Laufruhe))
Ein Stirnrad mit einem Rand mit einem Durchmesser ϕ von 50 mm, einem Modul von 1,0, 50 Zähnen und einer Zahnbreite von 8 mm wurde als Harzzahnrad durch Spritzgießen hergestellt.
Weiterhin wurde ein Metallzahnrad mit einem Durchmesser ϕ von 50 mm, einem Modul von 1,0, 10 Zähnen und einer Zahnbreite von 8 mm verwendet.
In einem schallgedämpften Raum wurden das Harzzahnrad und das Metallzahnrad ineinandergreifen gelassen und kontinuierlich angetrieben.
Die Rotationszahl wurde auf 100 UpM eingestellt.
Ein Mikrophon wurde an einer Position in 50 mm Entfernung von der Achse des Metallzahnrads aufgestellt.
10 Stunden nach Beginn des Vorgangs wurde der Geräuschschall (dB) unter Verwendung eines Geräuschmessers (unter Einhaltung von JIS C 1502) gemessen.
[Rohmaterialkomponenten für Polyacetalharzzusammensetzung und Harzzahnrad]
Nachfolgend werden Rohmaterialkomponenten für in den Beispielen und Vergleichsbeispielen verwendete Polyacetalharzzusammensetzungen beschrieben.
(Polyacetalharz)
Es wurden die folgenden Polyacetalharze (A1) bis (A4) verwendet.

(A1) Produktbezeichnung: Tenac(R)-C 4520 (hergestellt von Asahi Kasei Chemicals Corp.), Copolymer, Schmelzfließrate (MFR) = 9,0 g/10 min, Zahlenmittel des Molekulargewichts Mn = ungefähr 70000, Gehalt der terminalen OH-Gruppen, bezogen auf 1 Mol einer Hauptketten-Oxymethyleneinheit = 0,0055 Mol-%.
(A2) Produktbezeichnung: Tenac(R) MG210 (hergestellt von Asahi Kasei Chemicals Corp.), Homopolymer, Schmelzfließrate (MFR) = 1,7 g/10 min.
(A3) Ein Polyacetalblockcopolymer wurde wie folgt hergestellt.

Die Temperatur eines kontinuierlichen Polymerisationsgeräts vom Doppelschnecken-Paddel-Typ mit einem für ein Wärmemedium durchlässigen Mantel wurde auf 80°C eingestellt. 40 Mol/h Trioxan, 2 Mol/h 1,3-Dioxolan als cyclisches Formal, Bortrifluorid-di-n-butyletherat als Polymerisationskatalysator, das in Cyclohexan in einer Menge von 5 × 10^–5 Mol gelöst war, bezogen auf 1 Mol des Trioxans, und hydriertes Polybutadien mit Hydroxygruppen an beiden Enden als Kettenübertragungsmittel (Zahlenmittel des Molekulargewichts Mn = 2330) der folgenden Formel (4) in einer Menge von 1 × 10^–3 Mol, bezogen auf 1 Mol des Trioxans, wurden kontinuierlich dem Polymerisationsgerät zugeführt, gefolgt von einem Polymerisieren.
Anschließend wurde das von dem Polymerisationsgerät abgegebene Polymer in eine 1 wässrige Lösung von Triethylamin gegeben, um den Polymerisationskatalysator vollständig zu deaktivieren. Das Polymer wurde dann durch Filtration gesammelt und gewaschen, wobei ein rohes Polyacetalblockcopolymer erhalten wurde.
Ein Massenteil einer wässrigen Lösung, die eine quaternäre Ammoniumverbindung enthält (beschrieben im Japanischen Patent Nr. 3087912 ), wurde zugegeben, bezogen auf 100 Massenteile des erhaltenen rohen Polyacetalblockcopolymers, und es wurde gleichmäßig vermischt. Die Menge der zugegebenen quaternären Ammoniumverbindung betrug 20 Massen-ppm, ausgedrückt als Stickstoff. Dieses Gemisch wurde einem Doppelschneckenextruder mit einer Entlüftungsöffnung zugeführt, und 0,5 Massenteile Wasser wurden zugegeben, bezogen auf 100 Massenteile des geschmolzenen Polyacetalblockcopolymers in dem Extruder. Der instabile Endabschnitt des Polyacetalblockcopolymers wurde durch Zersetzung bei einer Extrudereinstelltemperatur von 200°C und bei einer Extruderverweilzeit von 7 Minuten entfernt.
Zu dem Polyacetalblockcopolymer, dessen instabiler Endbereich durch Zersetzung entfernt worden war, wurden 0,3 Massenteile Triethylenglycol-bis-[3-(3-t-butyl-5-methyl-4-hydroxyphenyl)-propionat] als ein Antioxidationsmittel zugegeben, und das Gemisch wurde als Strang aus der Extruderdüse extrudiert und unter Entgasung bei einem Vakuum von 20 Torr im Extruder mit einer Entlüftungsöffnung pelletiert.
Das so erhaltene Polyacetalblockcopolymer wurde als das Polyacetalblockcopolymer (A3) eingesetzt. Dieses Blockcopolymer war ein Blockcopolymer vom ABA-Typ mit einer Schmelzfließrate von 15 g/10 min (ISO-1133, Bedingung D). Das aus der Schmelzfließrate berechnete Zahlenmittel des Molekulargewichts war etwa 50000. Der Gehalt der terminalen OH-Gruppe, bezogen auf 1 Mol der Hauptketten-Oxymethyleneinheit, betrug 0,0103 Mol-%.

(A4) Ein Polyacetalharz wurde auf die gleiche Weise wie bei dem vorgenannten Polyacetalharz (A3) erhalten, ausgenommen dass Ethylenglycol anstelle des hydrierten Polybutadiens mit Hydroxygruppen an beiden Enden verwendet wurde. Der Gehalt der terminalen OH-Gruppen, bezogen auf 1 Mol Hauptketten-Oxymethyleneinheit, betrug 0,0078 Mol-%.

Der Gehalt der terminalen OH-Gruppen in jedem Polyacetalharz wurde durch das folgende Verfahren gemessen.
10 mg des Polyacetalharzes wurden zu 1 ml eines gemischten Lösungsmittels aus Hexafluorisopropylalkohol und Chloroform (Massenverhältnis 1/1) gegeben und das Gemisch wurde über Nacht stehen gelassen. Dieses Gemisch wurde zum Auflösen weiter bei 4°C für 4 Stunden erhitzt.
Anschließend wurden 0,2 ml eines Silylierungsmittels N,O-Bis(trimethylsilyl)trifluoracetamid zu der Lösung gegeben und das Gemisch wurde bei 40°C für 2,5 Stunden erhitzt. Das resultierende Gemisch wurde an die Luft gebracht und über Nacht an der Luft getrocknet. Nach Bestätigung, dass das Lösungsmittel verdampft war, wurde der Rückstand im Vakuum über Nacht bei 80°C getrocknet.
10 mg des durch diese Verfahren erhaltenen, terminal trimethylsilylierten Polyacetalharzes wurden in 0,8 ml eines gemischten Lösungsmittels aus Hexafluorisopropylalkohol-d und Chloroform-d bei 55°C gelöst (Volumenverhältnis (1/1), um eine Probe für die NMR-Messung herzustellen.
Die ¹H NMR-Messung wurde unter Verwendung des Modells ECA500, hergestellt von JEOL Ltd., durchgeführt. Aus dem erhaltenen Spektrum wurde der Gehalt der terminalen OH-Gruppen auf Grundlage der Integralwerte von Peaks bei 0,17 bis 0,23 ppm (welche trimethylsilylierten terminalen OH-Gruppen zugeschrieben wurde) unter Bezugnahme auf die Integralwerte von Peaks bei 4,95 ppm (welche Oxymethyleneinheiten zugeschrieben wurden) berechnet.
(Glasfüllstoff)
Es wurden die folgenden Glasfüllstoffe verwendet.
(B1) Glasfaser, die mit einem filmbildenden Mittel (enthaltend ein Copolymer von Acrylsäure und Methylacrylat) etc. behandelt worden war, wie in Herstellungsbeispiel 1 des Japanischen Patents Nr. 4060831 beschrieben.
(B2) Glasfaser, die mit einem filmbildenden Mittel (säurefrei) behandelt worden war, wie in Probe Nr. 1 der Japanischen Offenlegungsschrift Nr. 2009-7179 beschrieben.
(Polyethylenharz)
Das verwendete Polyethylenharz war Suntec(R) LD L1850A, hergestellt von Asahi Kasei Chemicals Corp. (Gewichtsmittel des Molekulargewichts: 132000, Tm: 107°C, Dichte: 918 kg/m³).
Das Gewichtsmittel des Molekulargewichts wurde mittels GPC wie folgt gemessen, wobei eine Lösung verwendet wurde, die durch Lösen des Polyethylenharzes in TCB bei 140°C erhalten wurde.
Die verwendete Säule war eine (1) UT-807-Säule (hergestellt von Showa Denko K. K.), die mit zwei GMHHR-H(S) HT-Säulen (hergestellt von Tosoh Corp.) hintereinander verbunden war.
TCB wurde als mobile Phase verwendet und die Probenkonzentration wurde auf 20 bis 30 mg (Polyethylenharz)/20 ml (TCB) eingestellt. Die Messung wurde bei einer Säulentemperatur von 140°C bei einer Fließgeschwindigkeit von 1,0 ml/min unter Verwendung eines Differentialrefraktometers als Detektor durchgeführt. Das Gewichtsmittel des Molekulargewichts wurde unter Verwendung von PMMA als Standards berechnet.
[Beispiele 1 bis 6]
Komponenten für jedes Harzzahnrad wurden wie in Tabelle 1 gezeigt gemischt, verknetet und geformt, um Harzzahnräder zu erhalten.
Die Bewertungsergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
Sämtliche Harzzahnräder der Beispiele 1 bis 9 zeigten 0,9 Punkte oder weniger als Differenz zwischen den Restverformungsgrößen (%) und wiesen eine vorteilhafte Lebensdauer und Laufruhe auf.
[Vergleichsbeispiele 1 bis 5]
Komponenten für jedes Harzzahnrad wurden wie in Tabelle 1 gezeigt gemischt, verknetet und geformt, um Harzzahnräder zu erhalten.
Die Bewertungsergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
Sämtliche Harzzahnräder der Vergleichsbeispiele zeigten mehr als 0,9 Punkte als Differenz zwischen den Restverformungsgrößen (%) und wiesen minderwertige Ergebnisse hinsichtlich Lebensdauer und Laufruhe auf. [Tabelle 1]
[Gewerbliche Anwendbarkeit]
Das Zahnrad der vorliegenden Erfindung ist gewerblich anwendbar, insbesondere auf dem Gebiet mechanischer Automobilteile, bei denen Lebensdauer und Laufruhe benötigt werden.
Bezugszeichenliste

1: Zähne
2: Rand
3: Zahnbreite
4: Eindruckkörper
5: Kontaktstelle zwischen Zahnrad und Eindruckkörper
10: Innenumfang

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 11-181231 [0013]
JP 2004-359791 [0013]
WO 2001/009213 [0013]
JP 9-272802 [0013]
WO 2014-534301 [0013]
JP 57-31918 [0053]
WO 2001/09213 [0068]
JP 3087912 [0298]
JP 4060831 [0307]
JP 2009-7179 [0308]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

JIS C 1502 [0293]
ISO-1133 [0300]

Claims

Harzzahnrad mit einem Rand und auf dem äußeren Umfang des Rands angeordneten Zähnen, wobei, wenn der Rand oder der Rand und die Zähne belastet und entlastet werden, die Differenz zwischen der Verformungsgröße c (%) des Zahnrads nach einem Vorgang des Belastens bei 75 MPa und des Entlastens von 75 MPa auf 15 MPa und der Verformungsgröße d (%) des Zahnrads nach 50 Wiederholungsvorgängen der Belastung bei 75 MPa und der Entlastung von 75 MPa auf 15 MPa (d – c: Restverformung) 0,9 Punkte oder weniger ist.
Harzzahnrad mit einem Rand und auf dem äußeren Umfang des Rands angeordneten Zähnen, wobei, wenn der Rand oder der Rand und die Zähne belastet und entlastet werden, die Differenz zwischen der Verformungsgröße b (%) nach einem Vorgang des Belastens bei 75 MPa und der Verformungsgröße c (%) nach einem Vorgang der darauffolgenden Entlastung von 75 MPa auf 15 MPa (b – c: elastische Verformung) 2,5 Punkte oder weniger ist.
Harzzahnrad mit einem Rand und auf dem äußeren Umfang des Rands angeordneten Zähnen, wobei, wenn der Rand oder der Rand und die Zähne belastet und entlastet werden, ein Wert, bestimmt durch Teilen der Differenz zwischen der Verformungsgröße c (%) des Zahnrads nach einem Vorgang des Belastens bei 75 MPa und Entlastens von 75 MPa auf 15 MPa und der Verformungsgröße d (%) des Zahnrads nach 50 Wiederholungsvorgängen des Belastens bei 75 MPa und Entlastens von 75 MPa auf 15 MPa (d – c: Restverformung) durch die Differenz zwischen der Verformungsgröße d (%) nach 50 Wiederholungsvorgängen des Belastens bei 75 MPa und Entlastens von 75 MPa auf 15 MPa und der Verformungsgröße a (%) bei einer Beanspruchung, bei der 15 MPa in einem Vorgang des Belastens bis auf 15 MPa erreicht wurden (d – a) ((d – c)/(d – a)): Restverformungsverhältnis), 0,50 oder weniger ist.
Harzzahnrad nach einem der Ansprüche 1 bis 3, welches weiterhin ein Polyacetalharz enthält.
Harzzahnrad nach Anspruch 4, weiterhin umfassend 10 Massenteile oder mehr und 100 Massenteile oder weniger eines Glasfüllstoffs, bezogen auf 100 Massenteile des Polyacetalharzes.
Harzzahnrad nach Anspruch 5, wobei bei einem Zugbruch des Harzzahnrads die Oberfläche des aus der Bruchoberfläche hervorstehenden Glasfüllstoffs mit einer Komponente bedeckt ist, die das Polyacetalharz enthält und eine durchschnittliche Dicke von 0,2 μm oder größer und 3,0 μm oder kleiner aufweist.
Harzzahnrad nach Anspruch 5 oder 6, weiterhin umfassend mindestens eine Säure als Substanz mit der Funktion zum Modifizieren der Oberfläche des Glasfüllstoffs.
Harzzahnrad nach Anspruch 7, wobei die Säure eine Carbonsäure ist.
Harzzahnrad nach einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei das Polyacetalharz eine Blockkomponente umfasst.
Harzzahnrad nach Anspruch 9, wobei die Blockkomponente eine hydrierte Polybutadienkomponente ist, die an beiden Enden hydroxyalkyliert ist.
Harzzahnrad nach einem der Ansprüche 4 bis 10, wobei der Gehalt der terminalen OH-Gruppen in dem Polyacetalharz 0,006 Mol-% oder größer ist, bezogen auf 1 Mol einer Hauptketten-Oxymethyleneinheit.
Harzzahnrad nach einem der Ansprüche 4 bis 11, weiterhin umfassend 0,5 Massenteile oder mehr und 8 Massenteile oder weniger eines Polyethylenharzes mit einem Gewichtsmittel des Molekulargewichts von 500000 oder niedriger, bezogen auf 100 Massenteile des Polyacetalharzes.
Harzzahnrad nach Anspruch 12, wobei das Polyethylenharz einen Schmelzpunkt von 115°C oder niedriger aufweist.
Harzzahnrad nach Anspruch 12 oder 13, wobei die Menge des Polyethylenharzes innerhalb von 10 nm ab der oberen Oberfläche des Harzzahnrads größer als die Menge des Polyethylenharzes innerhalb von 10 nm ab der oberen Oberfläche einer Schnittfläche, die tiefer als 1000 μm ab der oberen Oberfläche des Harzzahnrad liegt, ist.
Polyacetalharzzusammensetzung zur Verwendung in dem Harzzahnrad nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Polyacetalharzzusammensetzung für das Harzzahnrad 100 Massenteile eines Polyacetalharzes und 10 Massenteile oder mehr und 100 Massenteile oder weniger eines Glasfüllstoffs enthält.
Polyacetalharzzusammensetzung für das Harzzahnrad nach Anspruch 15, welche weiterhin 0,5 Massenteile oder mehr und 8 Massenteile oder weniger eines Polyethylenharzes mit einem Gewichtsmittel des Molekulargewichts von 500000 oder niedriger enthält, bezogen auf 100 Massenteile des Polyacetal-harzes.
Polyacetalharzzusammensetzung für das Harzzahnrad nach Anspruch 16, wobei das Polyethylenharz einen Schmelzpunkt von 115°C oder niedriger aufweist.
Polyacetalharzzusammensetzung für das Harzzahnrad nach einem der Ansprüche 15 bis 17, weiterhin umfassend mindestens eine Säure als Substanz mit einer Funktion zur Modifizierung der Oberfläche des Glasfüllstoffs.
Polyacetalharzzusammensetzung für das Harzzahnrad nach Anspruch 18, wobei die Säure eine Carbonsäure ist.
Polyacetalharzzusammensetzung für ein Zahnrad gemäß einem der Ansprüche 15 bis 19, wobei das Polyacetalharz eine Blockkomponente umfasst.
Polyacetalharzzusammensetzung für das Harzzahnrad nach Anspruch 20, wobei die Blockkomponente eine hydrierte Polybutadienkomponente ist, die an beiden Enden hydroxyalkyliert ist.
Polyacetalharzzusammensetzung für das Harzzahnrad gemäß einem der Ansprüche 15 bis 21, wobei der Gehalt der terminalen OH-Gruppen in dem Polyacetalharz 0,006 Mol-% oder größer ist, bezogen auf 1 Mol einer Hauptketten-Oxymethyleneinheit.
Verfahren zur Herstellung einer Polyacetalharzzusammensetzung für das Zahnrad gemäß einem der Ansprüche 15 bis 22, mit den Schritten: Modifizieren der Oberfläche eines Glasfüllstoffs mit einer Substanz, die mindestens eine Säure enthält und eine Funktion zur Modifizierung der Oberfläche des Glasfüllstoffs hat; und Mischen des modifizierten Glasfüllstoffs mit einem Polyacetalharz.
Verfahren zur Herstellung eines Harzzahnrads, umfassend den Schritt des Formens einer Polyacetalharzzusammensetzung für das Harzzahnrad nach einem der Ansprüche 15 bis 22.