JP2006077869A - 歯車 - Google Patents

Abstract

【課題】ポリアミド樹脂より形成された歯車芯体と歯部とを接合した場合であっても接合界面で剥離し難く、寸法精度に優れた歯車を提供する。
【解決手段】少なくともその外周部がポリアミド樹脂より形成された歯車芯体１１の外周、または、ポリアミド樹脂より形成された歯部１２の内周に、（Ａ）成分としてフェノール系化合物、（Ｂ）成分として（Ａ）成分を溶解または分散可能な有機溶剤を含む接合助剤が塗布した後、一体に接合した歯車とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、歯車に関し、さらに詳しくは、ポリアミド樹脂製の歯車に関するものである。

運動を伝達する機械構成要素として、歯車が知られている。従来、歯車の素材としては、金属が多用されてきた。金属製の歯車は、切削加工などにより製造されることから高い寸法精度を有する反面、騒音が発生する、重量が重い、製造コストが高いなどの欠点を有している。

そのため、近年では、低騒音化、軽量化、低コスト化などを図るため、合成樹脂製の歯車が多く用いられるようになってきている。

例えば、特許文献１には、インナーブッシュの外周に合成樹脂を射出成形した後、歯切りして歯部を形成してなる歯車が開示されている。また、特許文献２には、ポリアミド樹脂を射出成形してなる歯車が開示されている。

また、特許文献３には、高剛性の合成樹脂で形成された内周部の外周側にエラストマーより形成された歯部を一体に接合してなる歯車が開示されている。

また、特許文献４には、ポリアミド樹脂によりディスク部を射出成形した後、炭素繊維を添加したポリアミド樹脂によりディスク部の外周に歯部を射出成形することにより、ディスク部に歯部を外嵌してなる歯車が開示されている。

実開平２−１１９５５２号 特開２００２−１４６０６８号 実開平３−２９７５１号 特開平６−２９４４５９号

しかしながら、特許文献１および特許文献２の歯車は、１回の射出成形により形成されているので、冷却・固化時の変形量が大きく、高い寸法精度が得られ難いといった問題があった。特に、この種の問題は、歯車形状が大きくなるほど顕著となる。

一方、特許文献３および特許文献４の歯車は、２回の射出成形により形成されているので、冷却・固化時の変形量を出来る限り小さくすることができる。そのため、１回の射出成形により形成された歯車よりも高い寸法精度が得られ易い。

しかしながら、特許文献３の歯車は、全く異なる合成樹脂同士を融着しているので、高い接合強度が得られず、大きな回転トルクがかかると、その接合界面で剥離し易いといった問題があった。

また、特許文献４の歯車は、同種の合成樹脂同士を融着している点で、特許文献３の歯車と異なっている。しかしながら、ポリアミド樹脂は、一般に、融点幅が狭く、硬化時間が非常に速い。そのため、ポリアミド樹脂同士を単に接合しただけでは、高い接合強度が得られ難く、やはり接合界面で剥離し易いといった問題があった。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、本発明が解決しようとする課題は、ポリアミド樹脂より形成された歯車芯体と歯部とを接合した場合であっても接合界面で剥離し難く、寸法精度に優れた歯車を提供することにある。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の歯車は、少なくともその外周部がポリアミド樹脂より形成された歯車芯体の外周に、ポリアミド樹脂より形成された歯部が一体に接合されてなるものであって、前記歯車芯体と前記歯部とは、前記歯車芯体の外周または前記歯部の内周に、（Ａ）成分としてフェノール系化合物、（Ｂ）成分として前記（Ａ）成分を溶解または分散可能な有機溶剤を含む接合助剤が塗布された後、一体に接合されていることを要旨とする。

また、請求項２に記載の歯車は、前記フェノール系化合物が、ジヒドロキシベンゼン、ジヒドロキシ安息香酸、トリヒドロキシベンゼンおよびトリヒドロキシ安息香酸から選択される少なくとも１種であることを要旨とする。

また、請求項３に記載の歯車は、前記（Ａ）成分の含有量は１重量％以上５０重量％以下、前記（Ｂ）成分の含有量は５０重量％以上９９重量％以下であることを要旨とする。

また、請求項４に記載の歯車は、前記（Ｂ）成分が、前記有機溶剤が複数種類混合された混合有機溶剤であることを要旨とする。

また、請求項５に記載の歯車は、前記歯車芯体および／または歯部を形成するポリアミド樹脂が強化繊維を含むことを要旨とする。

本発明に係る歯車によれば、別体の歯車芯体と歯部とが一体に接合されているので、当初より一体に形成されている従来のポリアミド樹脂製の歯車に比較して、成形収縮による悪影響を抑制でき、高い寸法精度を有する。

加えて、上記歯車は、歯車芯体の外周または歯部の内周に特定成分を含む接合助剤が塗布されることにより、歯車芯体の外周または歯部の内周表面のポリアミド樹脂が接合助剤によりごく僅かに表面改質され、その後に両者が一体に接合されている。

そのため、歯車芯体と歯部とは、従来よりも高い接合強度をもって接合される。したがって、例えば、自動車用歯車など、大きな回転トルクがかかる部位に上記歯車が適用された場合であっても、その接合界面で剥離し難く、優れた耐久性、信頼性を発揮できる。

この際、前記フェノール系化合物が、ジヒドロキシベンゼン、ジヒドロキシ安息香酸、トリヒドロキシベンゼンおよびトリヒドロキシ安息香酸から選択される少なくとも１種である場合、また、上記接合助剤中の（Ａ）成分の含有量を１重量％以上５０重量％以下、（Ｂ）成分の含有量を５０重量％以上９９重量％以下の範囲内とした場合には、上記作用効果に優れる。

また、上記接合助剤中の（Ｂ）成分として、（Ａ）成分を溶解または分散可能な有機溶剤が複数種類混合された混合有機溶剤を用いた場合には、１種類の有機溶剤を用いた場合に比較して、接合助剤の揮発などによる乾燥時間を調整し易く、接合助剤の塗布性に優れる。

そのため、歯車芯体の外周または歯部の内周表面に接合助剤が均一に塗布され、ポリアミド樹脂がムラなく表面改質される。したがって、接合信頼性に優れた歯車が得られ易い。

また、上記歯車芯体および／または歯部を形成するポリアミド樹脂が強化繊維を含む場合には、歯車の剛性を高めることができる。

以下、本実施形態に係る歯車（以下、「本歯車」ということがある。）について詳細に説明する。

（１．本歯車の概略構成）
図１に、本歯車の平面図を示す。本歯車１０は、歯車芯体１１の外周に歯部１２が一体に接合されており、歯車芯体１１と歯部１２とは、歯車芯体１１の外周または歯部１２の内周に特定成分を含む接合助剤が塗布された後、一体に接合されている。以下、本歯車１０の構成について詳細に説明する。

（２．本歯車の詳細構成）
（２．１ 歯車芯体）
本歯車１０において、歯車芯体１１は、少なくともその外周部がポリアミド樹脂より形成されている。具体的には、歯車芯体１１は、少なくともその外周部がポリアミド樹脂より形成されておれば、その内周部がポリアミド樹脂以外の材質、例えば、金属などで形成されていても良い。もちろん、その全てがポリアミド樹脂により形成されていても良い。

用いるポリアミド樹脂としては、具体的には、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロンＭＸ６、ナイロン１１、ナイロン１２、ナイロン４６、ナイロン６１０、ナイロン６１２などの脂肪族ポリアミドや、芳香族ポリアミドなどが挙げられ、これらは１種または２種以上混合されていても良い。また、これらポリアミド樹脂を含むポリマーアロイ系樹脂であっても良い。

上記ポリアミド樹脂中には、歯車１０に付与する剛性などを考慮して、強化繊維が適宜最適な割合で添加されていても良い。強化繊維としては、具体的には、炭素繊維、ガラス繊維、炭化珪素繊維、アルミナ繊維などが挙げられ、これらは１種または２種以上混合されていても良い。

なお、上記ポリアミド樹脂には、強化繊維以外にも、例えば、必要に応じて、充填剤、顔料、安定剤、滑剤、難燃剤、酸化防止剤、軟化剤などの各種添加剤が添加されていても良い。

歯車芯体１１は、図１に示すように、略中心に軸孔１３を有しており、軸部材（図示されない）が嵌合可能とされている。なお、この軸孔１３は、偏心していても良い。

また、図１では、歯車芯体１１の外周部の形状が円形の場合について例示しているが、図２に示すように、歯車芯体１１の外周部の形状は、凹凸部を有する円形であっても良い。他にも、歯車芯体１１の外周部の形状は、三角形、四角形、その他の多角形状、凹凸部を有する三角形、四角形、その他の多角形状などであっても良く、特に限定されるものではない。

（２．２ 歯部）
本歯車１０において、歯部１２は、ポリアミド樹脂より形成されており、上記歯車芯体１１の外周に一体に接合されている。

歯部１２の形成に用いるポリアミド樹脂としては、上記歯車芯体１１で説明したものと同じものを用いることができ、説明は省略する。なお、このポリアミド樹脂には、相手側歯車の摩耗量などを考慮して、強化繊維が適宜最適な割合で添加されていても良い。また、上述した各種添加剤が必要に応じて添加されていても良い。

また、歯部１２における、歯数、歯幅、歯みぞの幅、全歯たけ、ピッチ円などの寸法は、本歯車１０が適用される部位などにより適宜最適な大きさに設定すれば良く、特に限定されるものではない。

（２．３ 接合助剤）
本歯車１０において、上記歯車芯体１１と歯部１２とは、歯車芯体１１の外周または歯部１２の内周に特定成分を含む接合助剤が塗布された後、一体に接合されている。

ここで、上記接合助剤は、（Ａ）成分としてフェノール系化合物、（Ｂ）成分として前記（Ａ）成分を溶解または分散可能な有機溶剤を含んでいる。

（Ａ）成分のフェノール系化合物は、ジヒドロキシベンゼン、ジヒドロキシ安息香酸、トリヒドロキシベンゼンおよびトリヒドロキシ安息香酸から選択される少なくとも１種であることが好ましい。これら化合物は、ポリアミド樹脂の表面改質作用に優れるからである。

具体的には、ジヒドロキシベンゼンとしては、１，２ジヒドロキシベンゼン（ＣＡＳ番号；ＲＮ〔１２０−８０−９〕）１，３ジヒドロキシベンゼン（ＣＡＳ番号；ＲＮ〔１０８−４６−３〕）、１，４ジヒドロキシベンゼン（ＣＡＳ番号；ＲＮ〔１２３−３１−９〕）が挙げられる。

また、ジヒドロキシ安息香酸としては、２，３ジヒドロキシ安息香酸（ＣＡＳ番号；ＲＮ〔３０３−３８−８〕）、２，４ジヒドロキシ安息香酸（ＣＡＳ番号；ＲＮ〔８９−８６−１〕）、２，５ジヒドロキシ安息香酸（ＣＡＳ番号；ＲＮ〔４９０−７９−９〕）、２，６ジヒドロキシ安息香酸（ＣＡＳ番号；ＲＮ〔３０３−０７−１〕）３，４ジヒドロキシ安息香酸（ＣＡＳ番号；ＲＮ〔９９−５０−３〕）、３，５ジヒドロキシ安息香酸（ＣＡＳ番号；ＲＮ〔９９−１０−５〕）が挙げられる。

また、トリヒドロキシベンゼンとしては、１，２，３トリヒドロキシベンゼン（ＣＡＳ番号；ＲＮ〔８７−６６−１〕、ピロガロール）、１，２，４トリヒドロキシベンゼン（ＣＡＳ番号；ＲＮ〔５３３−７３−３〕）、１，３，５トリヒドロキシベンゼン（ＣＡＳ番号；ＲＮ〔１０８−７３−６〕）、１，３，５トリヒドロキシベンゼン二水和物（ＣＡＳ番号；ＲＮ〔６０９９−９０−７〕）が挙げられる。

また、トリヒドロキシ安息香酸としては、２，３，４トリヒドロキシ安息香酸（ＣＡＳ番号；ＲＮ〔６１０−０２−６〕）、２，４，６トリヒドロキシ安息香酸（ＣＡＳ番号；ＲＮ〔８３−３０−７９〕）、２，４，６トリヒドロキシ安息香酸一水和物（ＣＡＳ番号；ＲＮ〔７１９８９−９３−０〕）、３，４，５トリヒドロキシ安息香酸（ＣＡＳ番号；ＲＮ〔１４９−９１−７〕、没食子酸）、３，４，５トリヒドロキシ安息香酸一水和物（ＣＡＳ番号；ＲＮ〔５９９５−８６−８〕）が挙げられる。

これら化合物は、同種の化合物の中から位置異性体の関係にあるものを１種または２種以上選択して用いても良い。

また、これら化合物は、それぞれ単独または組み合わせて用いても良い。具体的な組み合わせとしては、ジヒドロキシベンゼンおよびジヒドロキシ安息香酸、トリヒドロキシベンゼンおよびトリヒドロキシ安息香酸、トリヒドロキシベンゼンおよび／またはトリヒドロキシ安息香酸とジヒドロキシベンゼンおよび／またはジヒドロキシ安息香酸などが挙げられる。

より好ましい組み合わせとしては、トリヒドロキシベンゼン、トリヒドロキシ安息香酸の何れか一方または双方を少なくとも含んでいるものが好ましい。これらを含む場合には、ポリアミド樹脂の表面改質作用に特に優れるので、歯車芯体１１と歯部１２との接合界面で剥離が生じ難く、優れた耐久性、信頼性を発揮可能な歯車が得られ易いからである。

一方、（Ｂ）成分の有機溶剤としては、（Ａ）成分を溶解または分散可能なものであれば、揮発性、不揮発性の何れのものであっても良い。好ましくは、揮発性のものを用いると良い。また、極僅かにポリアミド樹脂を溶解可能な有機溶剤を好適に用いることができる。

具体的には、有機溶剤としては、炭素数１〜６のアルコール類、炭素数１〜６のケトンまたはアルデヒド類、炭素数１〜６のニトリル類などが挙げられる。より具体的には、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、アセトン、アセトニトリルなどが挙げられ、これらは１種または２種以上混合されていても良い。

複数の有機溶剤を混合し、混合有機溶剤として使用する場合には、接合助剤を使用する温度環境や作業環境などを考慮し、歯車芯体１１の外周または歯部１２の内周へ塗布した後直ぐに接合助剤が乾燥してしまわないように乾燥時間を適宜調節することができる。

上記接合助剤において、（Ａ）成分、（Ｂ）成分の配合割合は、歯車芯体１１と歯部１２との接合界面で剥離が生じ難いなどの観点から、（Ａ）成分の含有量が、１重量％以上５０重量％以下、（Ｂ）成分の含有量が、５０重量％以上９９重量％以下の範囲内にあるのが良い。

好ましくは、（Ａ）成分の含有量が、５重量％以上３０重量％以下、（Ｂ）成分の含有量が、７０重量％以上９５重量％以下、より好ましくは、（Ａ）成分の含有量が、５重量％以上１５重量％以下、（Ｂ）成分の含有量が、８５重量％以上９５重量％以下の範囲内にあるのが良い。

（Ａ）成分の含有量が５０重量％を越え、（Ｂ）成分の含有量が５０重量％未満になると、（Ｂ）成分中に（Ａ）成分を溶解または分散させることが困難になる傾向が見られる。一方、（Ａ）成分の含有量が１重量％未満、（Ｂ）成分の含有量が９９重量％を越えると、歯車芯体１１と歯部１２との接合強度が低下する傾向が見られる。

上記接合助剤には、（Ａ）成分および（Ｂ）成分以外に、ポリアミド樹脂に対する表面改質作用を損なわない限度で、上述したポリアミド樹脂、染料、増粘剤、酸化防止剤などが添加されていても良い。

例えば、ポリアミド樹脂を添加した場合には、接合信頼性を高められる。これは、添加されたポリアミド樹脂により、歯車芯体１１の外周または歯部１２の内周表面の凹凸が軽減し、接触面積が大きくなるためと推側される。

この際、添加するポリアミド樹脂は、歯車芯体１１および歯部１２に用いるポリアミド樹脂と同種のポリアミド樹脂を用いるのが好ましい。

また例えば、染料を添加した場合には、歯車芯体１１の外周または歯部１２の内周表面の塗布状態を目視にて確認できる。そのため、塗布作業性が向上し、塗布ムラなどを少なくすることができる。

また例えば、増粘剤を添加した場合には、接合助剤を塗布する際に、タレ止め、均一に塗布できるなどの利点がある。

なお、上記接合助剤は、（Ｂ）成分中に（Ａ）成分を均一に溶解または分散させることができる方法であれば、何れの製造方法を用いて製造しても良い。例えば、所定の重量比となるように（Ａ）成分および（Ｂ）成分を配合し、攪拌機などを用いて良く混合する方法などが一例として挙げられる。

（２．４ 本歯車の形態）
上記実施形態では、平歯車の図面を用いて説明を行ったが、本歯車１０は、平歯車に限定されるものではなく、はすば歯車、やまば歯車、ねじ歯車、ウォームギア、スプロケットなど各種の形態であっても良く、特に限定されるものではない。

（３．本歯車の製造方法）
次に、本歯車の製造方法について説明する。本歯車を構成する上記歯車芯体および歯部をポリアミド樹脂（強化繊維などの添加剤が添加されたものも含む。以下同じ。）より形成する場合、本歯車の好適な製造方法としては、射出成形法を少なくとも２回以上用いる方法が一例として挙げられる。

具体的には、ポリアミド樹脂を用いて歯車芯体を射出成形により形成する歯車芯体形成工程と、ポリアミド樹脂を用いて歯部を射出成形により形成する歯部形成工程とを備え、これら工程の何れか一方は、何れか他方の工程で得られた歯車芯体の外周または歯部の内周に上記接合助剤を塗布したものを型内に配置して射出成形する製造方法などが挙げられる。

この際、接合助剤の塗布は、歯車芯体の外周または歯部の内周に薄く延ばして定量塗布できれば、何れの塗布方法を用いて行っても良い。具体的な塗布方法としては、刷毛による塗布、スポンジによる塗布などが挙げられる。

ここで、上記歯車芯体形成工程は、前記歯部形成工程よりも前に行われることが好ましい。歯車の容積の大部分を占める歯車芯体は、先の射出成形により既に収縮・固化が完了しており、この歯車芯体の外周に、歯車の残部である歯部が射出成形される。そのため、歯車芯体の収縮はほとんど生じず、歯車芯体に比較して容積の小さな歯部の収縮によって寸法精度が決定されるので、一層高い寸法精度を有する歯車が得られ易いからである。

また、歯車芯体および歯部をポリアミド樹脂より形成する場合、歯車芯体は、射出成形以外に、押出成形、圧縮成形、切削加工などにより形成しても良い。なお、この場合には、押出成形などにより得られた歯車芯体の外周に接合助剤を塗布したものを型内に配置した後、歯部を射出成形すれば良い。

その他にも、歯車芯体の外周部を少なくともポリアミド樹脂より形成する場合、例えば、その内周部を金属より形成し、その外周部をポリアミド樹脂より形成する場合などには、インサート成形法などを用いて金属芯体の外周にポリアミド樹脂を固着するなどして得れられた歯車芯体の外周に接合助剤を塗布したものを型内に配置した後、歯部を射出成形すれば良い。

なお、上述した本歯車の製造方法において、歯部は、射出成形により一度に成形する方が製造工程数やコスト面から有利であるが、特に寸法精度を必要とする場合には、射出成形後に歯切り加工を行い、仕上げを行っても良い。もちろん、射出成形時に大まかに歯部を形成し、その後に歯切り加工を行って歯部を形成しても良い。

（４．本歯車の作用）
本歯車によれば、別体の歯車芯体と歯部とが一体に接合されているので、当初より一体に形成されている従来のポリアミド樹脂製の歯車に比較して、成形収縮による悪影響を抑制でき、高い寸法精度を有する。

加えて、本歯車は、歯車芯体の外周または歯部の内周に特定成分を含む接合助剤が塗布されることにより、歯車芯体の外周または歯部の内周表面のポリアミド樹脂が接合助剤によりごく僅かに表面改質され、その後に両者が一体に接合されている。

そのため、歯車芯体と歯部とは、従来よりも高い接合強度をもって接合される。したがって、例えば、自動車用歯車など、大きな回転トルクがかかる部位に本歯車が適用された場合であっても、その接合界面で剥離し難く、優れた耐久性、信頼性を発揮できる。

ここで、本歯車が上記作用を奏する理由は次のように推測される。すなわち、本歯車では、歯車芯体の外周または歯部の内周表面に上記接合助剤が塗布されると、（Ａ）成分の還元作用により、歯車芯体の外周または歯部の内周表面のポリアミド樹脂が表面改質されて化学的に活性化される。そしてこの活性化された表面にポリアミド樹脂が射出溶着されると、溶融状態のポリアミド樹脂が再結晶化する過程で、両者が主として化学結合により強固に結ばれて一体化される。

したがって、本歯車によれば、融点幅が狭く、硬化時間が非常に速いポリアミド樹脂を用いた場合であっても、強固な接合界面が形成されるものと推定される。これにより、本歯車は、大きな回転トルクがかかる部位に適用された場合であっても、その接合界面で剥離し難く、優れた耐久性、信頼性を発揮できる。

以下、本発明を実施例を用いてより具体的に説明する。なお、以下では、上記実施形態と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付してある。

（１．本実施例に係る歯車に用いる接合助剤の作製）
初めに、以下の手順により、本実施例に係る歯車に用いる接合助剤を作製した。すなわち、後述する表１〜表１２に示す通り、（Ａ）成分として、１，２，３トリヒドロキシベンゼン（ピロガロール）、３，４，５トリヒドロキシ安息香酸（没食子酸）、１，３ジヒドロキシベンゼン、３，５ジヒドロキシ安息香酸、（Ｂ）成分として、メタノール、イソプロピルアルコールを所定の重量比となるように配合し、スターラーを用いて良く混合し、本実施例に係る歯車に用いる接合助剤Ｎｏ．１〜７８を得た。

なお、表中、接合助剤Ｎｏ．４０〜７８は、接合助剤Ｎｏ．１〜３９と同じ配合のものである。また、１，２，３トリヒドロキシベンゼン、３，４，５トリヒドロキシ安息香酸、１，３ジヒドロキシベンゼン、３，５ジヒドロキシ安息香酸、メタノール、イソプロピルアルコールは、何れも和光純薬工業株式会社製である。

（２．引張試験による接合強度の評価）
次に、上記作製した各接合助剤の性能を簡易的に把握するため、歯車を作製する前段階として、各接合助剤を使用した短冊状の試験片を作製し、引張試験を行なった。以下、詳述する。

（２．１ 引張試験に供する試験片の作製）
図３は、試験片およびこれを構成する一次成形部の外観斜視図である。図４は、射出成形により試験片を成形する際に用いる金型の外観斜視図である。

以下の手順により、ポリアミド樹脂より形成された試験片Ｐを射出成形により作製した。すなわち、ポリアミド樹脂を射出成形して形成した一次成形部Ｐ１の接合端面１４に、上記作製した接合助剤を刷毛にて均一に塗布した後、これを金型１５、１６内へセットし、一次成形部Ｐ１と同じポリアミド樹脂を射出付加して付加成形部Ｐ２を形成した。これにより、一次成形部Ｐ１と付加成形部Ｐ２とが一体に接合された試験片Ｐを作製した。

ここで、上記試験片Ｐは、短冊状に形成されており、均一な厚みを有している。一次成形部Ｐ１と付加成形部Ｐ２とは、同形状（長さＬ×幅Ｗ×厚さＴ＝４０×１０×３ｍｍ）であり、両者が一体に接合された試験片Ｐは、全長８０ｍｍである。

また、試験片Ｐの材料には、ナイロン６樹脂（東レ株式会社製、「アミランＣＭ１０２６」）、ナイロン６６樹脂（デュポン株式会社製、「ザイテル１０１Ｌ」）を用いた。

また、射出成形の条件は、次の通りとした。すなわち、射出成形装置には、住友重機械工業（株）製「ＳＥ−１８Ｓ」を使用した。成形温度は、ナイロン６樹脂については、射出ノズルから順に２４０−２４５−２４０−２３５℃とした。ナイロン６６樹脂については、射出ノズルから順に２９０−２９５−２９０−２８５℃とした。

なお、金型温度は、ナイロン６樹脂およびナイロン６６樹脂ともに、一次成形部Ｐ１の成形時は６５℃に設定し、二次成形部Ｐ２の成形時は９５℃に設定した。

（２．２ 引張試験）
上記作製した試験片Ｎｏ．１〜７８につき、室温２３℃、湿度５０％の恒温室内にて、引張試験を行い（サンプル数：Ｎ＝５）、各試験片が破断に至るまでの最大引張強さを測定した。この際、試験速度は５ｍｍ/ｍｉｎとした。なお、引張試験装置には万能材料試験機 (ＩＮＳＴＲＯＮ ４５０５)を用いた。

（２．３ 接合助剤の配合および各試験片の引張試験結果）
表１〜表１２に、各試験片の引張試験結果を、使用した接合助剤の配合とともに示す。なお、試験片Ｎｏ．１〜３９は、ナイロン６樹脂よりなり、試験片Ｎｏ．４０〜７８は、ナイロン６６樹脂よりなる。

（２．４ 比較例用試験片の作製およびその引張試験結果）
（比較用試験片Ｎｏ．１）
ナイロン６樹脂を用い、一度の射出成形によって全体を試験片Ｐと同一形状に形成した以外は上記各試験片Ｎｏ．１〜３９と同様にして、比較用試験片Ｎｏ．１を作製した。比較用試験片Ｎｏ．１の引張強さは７６．３ＭＰａ、標準偏差は０．８ＭＰａであった。

（比較用試験片Ｎｏ．２）
ナイロン６樹脂を用い、一次成形部Ｐ１の接合端面１４に接合助剤を何ら塗布しなかった以外は上記各試験片Ｎｏ．１〜３９と同様にして、比較用試験片Ｎｏ．２を作製した。比較用試験片２の引張強さは１３．３ＭＰａ、標準偏差は９．２ＭＰａであった。

（比較用試験片Ｎｏ．３）
ナイロン６６樹脂を用い、一度の射出成形によって全体を試験片Ｐと同一形状に形成した以外は上記各試験片Ｎｏ．４０〜７８と同様にして、比較用試験片Ｎｏ．３を作製した。比較用試験片Ｎｏ．３の引張強さは７８．８ＭＰａ、標準偏差は１．８ＭＰａであった。

（比較用試験片Ｎｏ．４）
ナイロン６６樹脂を用い、一次成形部Ｐ１の接合端面１４に接合助剤を何ら塗布しなかった以外は上記各試験片Ｎｏ．４０〜７８と同様にして、比較用試験片Ｎｏ．４を作製した。比較用試験片４の引張強さは６．１ＭＰａ、標準偏差は１．５ＭＰａであった。

（２．５ 引張試験結果の考察）
試験片Ｎｏ．１〜３９は、一度の射出成形により作製した比較用試験片Ｎｏ．１と比較して、遜色のない接合強度を有していることが分かる。また、試験片Ｎｏ．１〜３９は、接合助剤を用いずに接合した比較用試験片Ｎｏ．２と比較して、非常に優れた接合強度を有していることが分かる。

同様に、試験片Ｎｏ．４０〜７８は、一度の射出成形により作製した比較用試験片Ｎｏ．３と比較して、遜色のない接合強度を有していることが分かる。また、試験片Ｎｏ．４０〜７８は、接合助剤を用いずに接合した比較用試験片Ｎｏ．４と比較して、非常に優れた接合強度を有していることが分かる。

これは、接合端面１４表面に上記作製した接合助剤が塗布されると、（Ａ）成分の還元作用により、接合端面１４表面のポリアミド樹脂が活性化され、この活性化された接合端面１４に付加成形部Ｐ２が射出溶着されたことにより、溶融状態のポリアミド樹脂が再結晶化する過程で、両者が主として化学結合により強固に結ばれて一体に接合されたためと推測される。

（３．実施例に係る歯車の作製）
次に、上記作製した接合助剤Ｎｏ．５０を用い、以下の手順により、図１に示す形状の歯車１０を作製した。

すなわち、先ず初めに、ガラス繊維を３３ｗｔ％含むナイロン６６樹脂（デュポン株式会社製、「ザイテル７０Ｇ３３」）を用い、その外周部の形状が円形よりなる歯車芯体１１を射出成形により形成した。次いで、得られた歯車芯体１１の外周面に、上記作製した接合助剤Ｎｏ．５０を刷毛にて薄く均一に塗布した。次いで、これを金型（図示されない）内に配置し、ナイロン６６樹脂（デュポン株式会社製、「ザイテル１０１Ｌ」）を用いて歯部１２を射出成形により形成した。これにより歯車芯体１１と歯部１２とが一体に接合された歯車１０を得た。

この際、射出成形の条件は、次の通りとした。すなわち、射出成形装置には、名機製作所製「Ｍ−２０Ａ−ＳＪＣ」（型締力２０ｔ）を使用した。成形温度は、射出ノズルから順に２９０−２９５−２９０−２８５℃とした。なお、金型温度は、歯車芯体１１および歯部１２の成形時ともに８５℃に設定した。

（４．比較例に係る歯車の作製）
上記実施例に係る歯車１０の作製において、接合助剤を全く塗布しなかった以外は同様にして比較例に係る歯車を作製した。

（５．実施例および比較例に係る歯車の押し抜き強度試験）
次に、上記作製した実施例および比較例に係る歯車について、押し抜き強度試験を行った。先ず、図５に示すような治具１７、１８を作製した。すなわち、治具１７は、略筒状に形成されており、その内径は、上記作製した実施例に係る歯車１０の歯車芯体１１の外径とほぼ同じか僅かに大きく形成されている。また、治具１７の一方の開口端面における肉厚の内周側には、凹部１９が形成され、上記作製した歯車１０の歯部１２を載置できるようになっている。一方、治具１８は、略円柱形状に形成されており、その一方の端面には、凸部２０が形成され、歯車１０の軸孔１３に嵌合できるようになっている。

次いで、上記作製した治具１７、１８を試験機（島津製作所製「ＡＵＴＯＧＲＡＰＨ ５０ＴＢ」）に取り付け、治具１７の凹部１９に歯車１０を載置した。次いで、治具１８を図５の矢印方向に押し込み、歯車芯体１１と歯部１２とが剪断力により破壊する際の荷重を読み取り、強度を測定した。この際、治具１８の押し込み速度は２．５ｍｍ／ｍｉｎとした。

（６．押し抜き強度試験結果）
上記試験結果を表１３に示す。

接合助剤を用いた実施例に係る歯車（歯車Ｎｏ．１〜３）は、接合助剤を用いていない比較例に係る歯車に比較して、著しく高い押し抜き強度を有していることが確認できた。

また、上記引張試験結果および押し抜き強度試験結果より、今回用いた接合助剤Ｎｏ．５０と同等の性能を有する他の接合助剤を用いた歯車についても、上記作製した歯車と同等の押し抜き強度を有していると考えられる。

したがって、本発明に係る歯車によれば、ポリアミド樹脂より形成された歯車芯体と歯部とを接合した場合であっても、接合界面で極めて剥離し難いことが確認できた。また、当初より１回で射出成形した歯車に比べ、寸法精度にも優れていた。

本発明は、上記実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。例えば、上記実施例においては、歯車芯体を射出成形により形成したが、押出成形、切削加工などにより形成することも可能である。

本実施形態に係る歯車の平面図である。 他の本実施形態に係る歯車の平面図である。 短冊状の試験片およびこれを構成する一次成形部の外観斜視図である。 射出成形により短冊状の試験片を形成する際に用いる金型の外観斜視図である。 押し抜き強度試験の様子を説明するための図である。

符号の説明

１０ 歯車
１１ 歯車芯体
１２ 歯部
１３ 軸孔

Claims (5)

1. 少なくともその外周部がポリアミド樹脂より形成された歯車芯体の外周に、ポリアミド樹脂より形成された歯部が一体に接合されてなる歯車であって、
   前記歯車芯体と前記歯部とは、前記歯車芯体の外周または前記歯部の内周に、（Ａ）成分としてフェノール系化合物、（Ｂ）成分として前記（Ａ）成分を溶解または分散可能な有機溶剤を含む接合助剤が塗布された後、一体に接合されていることを特徴とする歯車。
2. 前記フェノール系化合物は、ジヒドロキシベンゼン、ジヒドロキシ安息香酸、トリヒドロキシベンゼンおよびトリヒドロキシ安息香酸から選択される少なくとも１種であることを特徴とする請求項１に記載の歯車。
3. 前記（Ａ）成分の含有量は１重量％以上５０重量％以下、前記（Ｂ）成分の含有量は５０重量％以上９９重量％以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の歯車。
4. 前記（Ｂ）成分は、前記有機溶剤が複数種類混合された混合有機溶剤であることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の歯車。
5. 前記歯車芯体および／または歯部を形成するポリアミド樹脂は、強化繊維を含むことを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の歯車。

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