JP2003268230A - 歯車用ポリアミド樹脂組成物およびポリアミド樹脂製歯車 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ポリアミド樹脂にホウ酸アルミニウムウィス
カー又は／及び酸化亜鉛ウィスカーを配合することによ
って、耐摩耗性を大幅に改善することができ、耐摩耗性
に極めて優れた歯車を得ることができるポリアミド樹脂
組成物を提供する。 【解決手段】 オイルやグリースなどの潤滑油で潤滑さ
れた環境にて用いられるポリアミド樹脂組成物からなる
ギア歯を形成する樹脂層１２を有する歯車１０に用いら
れるポリアミド樹脂組成物であって、ポリアミド樹脂１
００質量部に対して、ホウ酸アルミニウムウィスカー、
酸化亜鉛ウィスカーのいずれかを５〜３０質量部配合す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は自動車のパワーステ
アリング装置などに用いるウォームホイールなどを含む
樹脂製の歯車用の樹脂組成物および歯車そのものに係る
ものであり、詳しくはオイルやグリースなどの潤滑油で
潤滑して用いる場合に極めて優れた耐摩耗性を示す歯車
用ポリアミド樹脂組成物およびポリアミド樹脂製歯車に
関する。

【０００２】

【従来の技術】小型自動車においては、操舵補助力を付
与するため、ステアリングシャフトに取り付けられるウ
ォームホイールに噛合うウォームを電動アクチュエータ
により駆動する電動パワーステアリング装置が用いられ
ている。そしてそのウォームホイールとしてポリアミド
などの合成樹脂を用いることで軽量化および低騒音化が
図られている。

【０００３】合成樹脂はそのままでは強度が不足し、い
ろいろな補強材を樹脂に配合したものが用いられてい
る。配合する補強材としては炭素繊維等の無機繊維材、
またチタン酸カリウムウィスカー等のウィスカー類を配
合することによって強度を補強している。またオイルや
グリースなどの潤滑油により潤滑された状態で用いられ
ているがギアの噛みあい等で相手材と擦れ会う際に簡単
に摩耗してしまうことのないようにワックスや二硫化モ
リブデンなどの潤滑剤を配合して耐摩耗性を向上させる
試みも行われている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、耐摩耗性は十
分であるとは言えず更なる耐摩耗性の向上が望まれてい
る。また、補強材を配合することによって噛みあう相手
のギアを傷つけてしまうという問題もありそのような問
題の解消も望まれるところであった。

【０００５】そこで本発明はグリースによる潤滑された
状態で用いられるポリアミド製歯車において、耐摩耗性
に優れるとともに、相手材を傷つけにくい歯車用ポリア
ミド樹脂組成物およびポリアミド樹脂製歯車の提供を課
題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに本発明の請求項１は、潤滑油で潤滑された環境にて
用いられる歯車であり、ポリアミド樹脂組成物からなる
ギア歯を形成する樹脂層を有する歯車に用いられるポリ
アミド樹脂組成物において、ポリアミド樹脂１００質量
部に対して、ホウ酸アルミニウムウィスカー又は／及び
酸化亜鉛ウィスカーを５〜３０質量部配合したことを特
徴とする。

【０００７】潤滑油により潤滑されている状況において
ポリアミド樹脂にホウ酸アルミニウムウィスカー又は／
及び酸化亜鉛ウィスカーを配合することによって、耐摩
耗性を大幅に改善することができ、耐摩耗性に極めて優
れた歯車を得ることができるポリアミド樹脂組成物を提
供することができる。

【０００８】請求項２では、ウィスカーの表面にはシラ
ンカップリングによる表面処理を施したものを用いた歯
車用ポリアミド樹脂組成物としている。

【０００９】ウィスカーの表面にシランカップリング剤
を処理することによってウィスカーとポリアミド樹脂と
の接着がより強固なものになるので、ウィスカーによる
補強効果を高めることができる。

【００１０】請求項３では、潤滑油で潤滑された環境に
て用いられる歯車であり、ポリアミド樹脂組成物からな
るギア歯を形成する樹脂層を有するポリアミド樹脂製歯
車において、前記樹脂層はポリアミド樹脂１００質量部
に対して、ホウ酸アルミニウムウィスカー又は／及び酸
化亜鉛ウィスカーを５〜３０質量部配合したことを特徴
とする。

【００１１】請求項１と同様に耐摩耗性を大幅に改善す
ることができ、磨耗の少ない歯車を提供することができ
る。

【００１２】請求項４では、ウィスカーの表面にはシラ
ンカップリングによる表面処理を施したものを用いたポ
リアミド樹脂製歯車としている。

【００１３】請求項５では、金属製の芯材の外周にギア
歯を形成する樹脂層を有する構成であるポリアミド樹脂
製歯車としており、芯材を有するポリアミド樹脂製歯車
として耐摩耗性に優れたものを得ることができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１に示すのは電動パワーステア
リング装置においてオイルやグリースなどの潤滑油で潤
滑された環境にて用いられるウォームホイールの斜視図
であり、このウォームホイールは本発明の歯車用ポリア
ミド樹脂組成物を用いており、本発明のポリアミド製樹
脂歯車である。

【００１５】電動パワーステアリング装置は、例えば図
２に示すような装置１であり、ステアリングホイール２
の操舵により発生する操舵トルクを、ステアリングシャ
フト３によりピニオン４に伝達することで、そのピニオ
ン４に噛みあうラック５を移動させ、そのラック５に連
結される車輪６の舵角を変化させる。

【００１６】そのステアリングシャフト３により伝達さ
れる操舵トルクに応じた操舵補助力を付与するため、そ
の操舵トルクを検出するトルクセンサ（図示しない）
と、その検出された操舵トルクに応じ駆動されるモータ
８と、そのモータ８により駆動される駆動シャフトの外
周に設けられる金属製ウォーム９と、そのウォーム９に
噛みあうと共にステアリングシャフト３に取り付けられ
るウォームホイール１０とが設けられている。そのモー
タ８の回転をウォーム９及びウォームホイール１０を介
してステアリングシャフト３に伝達することで操舵補助
力を付与するようになっている。

【００１７】本発明のポリアミド樹脂製歯車となるの
は、一例を挙げればこのウォームホイール１０であり、
例えば円筒形状の鉄やアルミニウムなどからなる金属製
芯材１１の周囲に樹脂層１２が被覆された歯車である。
図示はしないが芯材１１の周囲にはローレット加工など
の凹凸加工がなされており、樹脂層１２と芯材１１と間
で滑って回転しないようになっている。樹脂層１２の部
分に特徴があり、本発明の歯車用ポリアミド樹脂組成物
の対象となるものである。

【００１８】本発明の歯車用ポリアミド樹脂組成物は、
ポリアミド樹脂１００質量部に対してウィスカー５〜３
０質量部を配合したものである。そしてウィスカーとし
てはホウ酸アルミニウムウィスカー及び／又は酸化亜鉛
ウィスカーが用いられる。潤滑油で潤滑される環境にて
ポリアミド樹脂からなる歯車を用いる場合、ポリアミド
樹脂にホウ酸アルミニウムウィスカー及び／又は酸化亜
鉛ウィスカーを配合することによって、他のウィスカー
を配合した場合よりも極めて優れた耐摩耗性を示す。ホ
ウ酸アルミニウムの場合はマトリックスであるポリアミ
ド樹脂との良好な接着により弾性率が向上し耐摩耗性に
優れているものと考えられる。

【００１９】一方、酸化亜鉛ウィスカーは、テトラポッ
ト状に四方に手が延びた立体的形状をしている。この酸
化亜鉛ウィスカーは、これ単独でも耐熱性、耐摩耗性に
優れたものであるが、前述のようにテトラポット状の立
体的形状をしているため、アンカー効果により樹脂とフ
ィラーの剥離がなく耐摩耗性が向上すると考えられる。

【００２０】ポリアミド樹脂１００質量部に対してウィ
スカーの量が５質量部未満であると、ウィスカーを配合
する効果が薄く、耐摩耗性を十分に向上させることがで
きない。また３０質量部を超えて配合すると樹脂の伸び
が著しく低下し柔軟性が失われてしまうため好ましくな
い。

【００２１】本発明では歯車をオイルやグリースなどの
潤滑油により潤滑された環境で用いる場合に、このよう
なウィスカーをポリアミド樹脂に対して配合すると耐摩
耗性を向上させることができる効果を有するものである
が、本発明でいうオイルとは具体的には鉱物油、エステ
ル油、合成炭化水素油、グリコール油、シリコーン油、
フッ素油等があり、グリースとは基油となる潤滑油中に
増ちょう剤を分散させて半固体または固体状にしたもの
であり、具体的には基油には上記の潤滑油があり、増ち
ょう剤にはリチウム石けん，バリウム石けん、ナトリウ
ム石けん、アルミニウム石けん、ＰＴＦＥ、ウレア、無
機系がありこれらを組み合わせたものなどを挙げること
ができる。電動パワーステアリングのウォームホイール
を潤滑摺る用途においては長期に潤滑性能を維持するこ
とができるグリースを用いることが好ましい。

【００２２】また、上記のウィスカーにシランカップリ
ング剤の表面処理を施してもよい。表面処理をすること
によってウィスカーとポリアミド樹脂との間の接着力を
高めることができ、耐摩耗性の向上に寄与することがで
きるので好ましいといえる。

【００２３】本発明で用いられるポリアミド樹脂は、６
・６−ナイロン、６−ナイロンといったものを用いるこ
とができ、特にポリアミド樹脂の種類を限定するもので
はないが、中でも６・６−ナイロンを用いることが吸水
性、熱的特性、物性及びコストのバランスが最もとれて
いるの理由から好ましい。

【００２４】また、上記のホウ酸アルミニウムウィスカ
ーと酸化亜鉛ウィスカー以外の補強材を配合することは
可能であり、補強材としてはガラス繊維、炭素繊維等の
繊維補強材、チタン酸カリウムウィスカーや炭酸カルシ
ウムウィスカーなどのウィスカー類、その他タルク、珪
灰石、マイカなどを挙げることができる。

【００２５】これらの補強材は大よそポリアミド樹脂１
００質量部に対して１〜５０質量部ぐらいの範囲で配合
することが好ましく、補強材の配合量がポリアミド樹脂
１００質量部に対して１質量部未満であると強度の補強
が不十分であり、５０質量部を超えると成形性が悪くな
り、材料としての比重も大きくなり樹脂を使用すること
による軽量化というメリットが薄れるので好ましくな
い。

【００２６】前記に挙げた補強材の中でも本発明ではガ
ラス繊維を用いることが高い補強効果を得られると共に
コスト的にも有利であることから好ましいといえる。ガ
ラス繊維は分散と補強効果とのバランスから通常１〜３
ｍｍ長さのものを配合する。

【００２７】その他、一般的な配合剤として顔料、染料
などの着色剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、熱安定剤、
耐電防止剤、滑剤等を配合してもよい。

【００２８】次に本発明の実施例および比較例を挙げて
物性の比較を行った

【００２９】

【実施例】（実施例１）実施例１としてはポリアミド樹
脂１００質量部に対してホウ酸アルミニウムウィスカー
を１０質量部配合して試験片を作成した。この試験片に
潤滑油としてグリースを塗布したものを用いて摩擦摩耗
試験を行い、６０分経過後の摩耗深さを測定した。試験
条件は表１に示す通りである。その結果を表２に示す。

【００３０】（実施例２）実施例２としてはホウ酸アル
ミニウムウィスカーの代わりに酸化亜鉛ウィスカーを配
合した試験片とした以外は実施例１と全く同様にし、摩
擦摩耗試験を行った。その結果を表２に示す。

【００３１】（比較例１）比較例１としてはホウ酸アル
ミニウムウィスカーの代わりにチタン酸カリウムウィス
カーを配合した試験片とした以外は実施例１と全く同様
にし、摩擦摩耗試験を行った。その結果を表２に示す。

【００３２】（比較例２）比較例２としてはホウ酸アル
ミニウムウィスカーの代わりにウォラストナイトを配合
した試験片とした以外は実施例１と全く同様にし、摩擦
摩耗試験を行った。その結果を表２に示す。

【００３３】（比較例３）比較例３としてはホウ酸アル
ミニウムウィスカーの代わりに炭酸カルシウムウィスカ
ーを配合した試験片とした以外は実施例１と全く同様に
し、摩擦摩耗試験を行った。その結果を表２に示す。

【００３４】（比較例４）比較例４としてはホウ酸アル
ミニウムウィスカーを配合していない試験片とした以外
は実施例１と全く同様にし、摩擦摩耗試験を行った。そ
の結果を表２に示す。

【００３５】

【表１】

【００３６】

【表２】

【００３７】表２の結果からわかるように、ポリアミド
樹脂に対してホウ酸アルミニウムウィスカーを配合して
いる実施例１と酸化亜鉛ウィスカーを配合している実施
例２は、その他のウィスカーを配合している比較例１〜
３は摩耗量が大きく、またウィスカーを配合していない
比較例４についても摩耗量は大きな数値となっている。

【００３８】次に、試験片にグリースを塗布せずに同様
の摩擦摩耗試験を行った。それぞれ比較例５〜１０とし
て試験条件を表３に試験の結果を表４に示す。

【００３９】

【表３】

【００４０】

【表４】

【００４１】表３の結果からわかるように、グリースに
より潤滑をしていない場合はホウ酸アルミニウムウィス
カーや酸化亜鉛ウィスカーにおいても他のウィスカーと
同様の耐摩耗性を示すにとどまっており、グリースによ
り潤滑された環境下において本発明の効果が発揮される
ことがわかる。

【００４２】

【発明の効果】以上のように本発明の請求項１による
と、潤滑油で潤滑された環境にて用いられる歯車であ
り、ポリアミド樹脂組成物からなるギア歯を形成する樹
脂層を有する歯車に用いられるポリアミド樹脂組成物に
おいて、ポリアミド樹脂１００質量部に対して、ホウ酸
アルミニウムウィスカー又は／及び酸化亜鉛ウィスカー
を５〜３０質量部配合したことを特徴とする。

【００４３】オイルやグリースなどの潤滑油により潤滑
されている状況においてポリアミド樹脂にホウ酸アルミ
ニウムウィスカー又は／及び酸化亜鉛ウィスカーを配合
することによって、耐摩耗性を大幅に改善することがで
き、耐摩耗性に極めて優れた歯車を得ることができるポ
リアミド樹脂組成物を提供することができる。

【００４４】請求項２では、ウィスカーの表面にはシラ
ンカップリングによる表面処理を施したものを用いた歯
車用ポリアミド樹脂組成物としている。

【００４５】ウィスカーの表面にシランカップリング剤
を処理することによってウィスカーとポリアミド樹脂と
の接着がより強固なものになるので、ウィスカーによる
補強効果を高めることができる。

【００４６】請求項３では、潤滑油で潤滑された環境に
て用いられる歯車であり、ポリアミド樹脂組成物からな
るギア歯を形成する樹脂層を有するポリアミド樹脂製歯
車において、前記樹脂層はポリアミド樹脂１００質量部
に対して、ホウ酸アルミニウムウィスカー又は／及び酸
化亜鉛ウィスカーを５〜３０質量部配合したことを特徴
とする。

【００４７】請求項１と同様に耐摩耗性を大幅に改善す
ることができ、磨耗の少ない歯車を提供することができ
る。

【００４８】請求項４では、ウィスカーの表面にはシラ
ンカップリングによる表面処理を施したものを用いたポ
リアミド樹脂製歯車としている。

【００４９】請求項５では、金属製の芯材の外周にギア
歯を形成する樹脂層を有する構成であるポリアミド樹脂
製歯車としており、芯材を有するポリアミド樹脂製歯車
として耐摩耗性に優れたものを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のポリアミド樹脂製歯車の一例であるウ
ォームホイールの斜視図である。

【図２】ウォームホイールを用いる電動パワーステアリ
ング装置の概要図である。

【符号の説明】

１ 電動パワーステアリング装置 ２ ステアリングホイール ３ ステアリングシャフト ４ ピニオン ５ ラック ６ 車輪 ８ モータ ９ ウォーム １０ ウォームホイール １１ 芯材 １２ 樹脂層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3J030 BA03 BC01 CA10 4J002 CL001 DE106 DK006 FA066 FB096 GM00

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 潤滑油で潤滑された環境にて用いられる
   歯車であり、ポリアミド樹脂組成物からなるギア歯を形
   成する樹脂層を有する歯車に用いられるポリアミド樹脂
   組成物において、ポリアミド樹脂１００質量部に対し
   て、ホウ酸アルミニウムウィスカー又は／及び酸化亜鉛
   ウィスカーを５〜３０質量部配合したことを特徴とする
   歯車用ポリアミド樹脂組成物。
2. 【請求項２】 ウィスカーの表面にはシランカップリン
   グによる表面処理を施したものを用いた請求項１記載の
   歯車用ポリアミド樹脂組成物。
3. 【請求項３】 潤滑油で潤滑された環境にて用いられる
   歯車であり、ポリアミド樹脂組成物からなるギア歯を形
   成する樹脂層を有するポリアミド樹脂製歯車において、
   前記樹脂層はポリアミド樹脂１００質量部に対して、ホ
   ウ酸アルミニウムウィスカー又は／及び酸化亜鉛ウィス
   カーを５〜３０質量部配合したことを特徴とするポリア
   ミド樹脂製歯車。
4. 【請求項４】 ウィスカーの表面にはシランカップリン
   グによる表面処理を施したものを用いた請求項３記載の
   ポリアミド樹脂製歯車。
5. 【請求項５】 金属製の芯材の外周にギア歯を形成する
   樹脂層を有する構成である請求項３〜４記載のポリアミ
   ド樹脂製歯車。