JP4435093B2

JP4435093B2 - 樹脂コーティング方法とインサート成形品並びに樹脂被覆金属歯車類

Info

Publication number: JP4435093B2
Application number: JP2005515506A
Authority: JP
Inventors: 忠史甲本; 宏之久米原; 癸藤掛; 淳一野澤
Original assignee: SUNAGA PLASTIC MANUFACTURING CO., LTD.; Ogura Clutch Co Ltd
Current assignee: SUNAGA PLASTIC MANUFACTURING CO., LTD.; Ogura Clutch Co Ltd
Priority date: 2003-11-14
Filing date: 2004-11-15
Publication date: 2010-03-17
Anticipated expiration: 2024-11-15
Also published as: EP1690664A1; WO2005046957A1; CN1882428A; JPWO2005046957A1; CN1882428B; US20070082547A1; EP1690664A4

Description

この出願の発明は、金属やセラミックス製等の樹脂コーティング方法とこの方法により得られるインサート成形品もしくは樹脂被覆金属歯車数に関するものである。

インサート成形法は、自動車部品、電気・電子部品等の多くの分野において、金属やセラミックスの特性に樹脂が有する耐衝撃性等の特性を付与するための成形法の一つである。だが、このようなインサート成形においては、インサート部材と溶融樹脂との温度差が大きい場合、成形直後、あるいは、成形物の使用中の温度変化で、インサート成形物に亀裂や割れ破壊が発生しやすいという問題があった。また、インサート部材と樹脂との化学的性質の相違から、成形物において、樹脂層が剥離しやすいという問題もあった。

このような問題を解決するために、これまでにもインサート成形品の樹脂割れを防止するための種々の方法が提案されている。例えば、断熱層で被覆した金型を用いる方法が提案されている（特許文献１）が、インサート部材の種類や大きさによって一長一短があり問題があった。

また、金型を加熱する方法が提案されている（特許文献２）が、成形後の残留応力を少なくするために、インサート部材の部分によって異なる金型温度を設定する必要があり、特殊なインサート部材には有効であるが、用途が限られた成形方法であるという問題がある。

さらには、金型キャビティの部分を気体あるいは液体によって加熱する方法（特許文献３）は、上記の問題を解決しようとする一方法であるが、インサート部材と金型を、別々に、各々定められた温度に予加熱することはできないという問題がある。

また、金属部材に吹き付け法または流動浸漬法により粉末樹脂コーティングし、その後、使用樹脂の融点温度以上で焼成して樹脂の割れがないコーティング方法も提案されている（特許文献４）が、生産性の面から、工程に長時間を要することが問題となっている。

そして、金属板とコーティング樹脂との剥離を防止する方法として、例えば、セラミック粉末と熱硬化性バインダー樹脂の複合成形体からなるセラミックコート層を金属板上に設け、次いで熱可塑性樹脂をインサート成形する方法（特許文献５）が開示されているが、セラミックコート層の形成には多くの工程と時間を要する問題がある。また、樹脂は、射出注入温度が１７０℃〜２００℃程度の範囲の低溶融温度のもので、しかも室温で柔らかい性質を示す熱可塑性エラストマーであるため、この成形方法のみでは、成形後の耐熱性樹脂の割れ防止を解決することはできない。

以上のような状況において、この出願の発明者らは、インサート成形工程における樹脂の構造変化を学術的、かつ技術的観点より詳細に検討してきた。その結果として、以下のような知見が得られている。すなわち、融点あるいは軟化点が比較的低い汎用樹脂や反応成形用樹脂の場合は、インサート部品あるいは金型の一方を加熱するだけで、割れのない成形品を得ることが可能である。一方、融点あるいは軟化点が高いエンジニアリング樹脂の場合、インサート成形工程においては、樹脂は、高温の溶融流動状態から固化するまでの冷却過程で、溶融高分子鎖の流動による配向、分子鎖運動性の低下、配向結晶化、緊張された非晶鎖の緩和現象等の複雑な構造変化を伴いながら固化が起こる。これが、成形品中の樹脂に構造的なひずみが残る原因となる。この構造的なひずみが、成形品の使用中の温度変化等によって、樹脂がより安定な構造へ変化するため、割れが生じることになる。従って、成形後、樹脂の割れや亀裂を防止するためには、非晶鎖が配向状態で固化しないようにしなければならない。また、結晶性の樹脂においては、成形工程で急冷されると、十分結晶化されないままで固化することになる。このような構造も、使用中の温度変化によって、樹脂が融点以下の温度で結晶化が進行するため、構造的なひずみの発生をもたらし、割れを生ずる原因になると考えられる。このように、複雑な構造変化があるインサート成形においては、インサート部材と金型の温度を、別々に定めることのない従来の技術では、成形物中の樹脂構造を制御することができない。

さらには、インサート部材は、その表面が平滑である場合、また、コーティングされるものが樹脂のように化学的性質が異なる場合は、両者の界面の接着性あるいは密着性が低下し、樹脂割れの原因となるだけでなく、例えば、インサート成形品を水中、熱水中などの環境下で使用される場合には、従来のインサート部材あるいは金型を予加熱するだけの技術では、インサート部材と樹脂との接着性あるいは密着性が低下するという問題がある。

また、前記の特許文献３には、加熱変形温度が１５０℃より高いエンジニアリング樹脂の成形方法が開示されているが、成形品の加熱冷却試験および熱水中での試験は実施されておらず、成形品の使用温度範囲および使用雰囲気については問題がある。

そこで、この出願の発明は、従来技術の問題点を解消し、成形品に割れや剥離を生じないようにインサート成形することのできる新しい技術的方策とインサート成形品を提供することを課題としている。

また、金属歯車類は、潤滑剤なしでは耐摩耗性のみならず摩擦や衝撃に伴う騒音の問題があり、さらには、軽量化の要求から、特に、小型歯車の分野では樹脂製歯車が開発され、現在では、自動車用部品、ＡＶ機器部品、ＯＡ機器部品、その他多くの部品に利用されている。

しかし、樹脂製歯車は、生産性および形状の自由度の面で優れるが、金属歯車に比べて、強度・剛性・精度の低さに問題がある。具体的には、現在、小型歯車として最も多く用いられている樹脂はポリアセタールであるが、歯の折損（歯元の強度）、歯面の摩耗、騒音などが解決すべき課題となっている（非特許文献１）。

歯の折損は、樹脂の曲げ応力（強度）に大きく依存するが、これは樹脂の力学的（機械的）性質の温度依存性によるもので、例えば、ポリアセタール共重合体の８０℃における曲げ応力は、２０℃の約１／２と言われている。このように、歯面の摩擦によって樹脂温度が上昇する場合、ポリアセタール共重合体製歯車では、致命的な問題となる。この問題を解決する方法として、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）などの耐熱性樹脂やこれらの繊維強化物、固体潤滑剤添加物、さらには、熱硬化性樹脂が検討されているが、これらの樹脂で作られた成形歯車の成形性、固体物性、摩擦摩耗特性、価格等の面から一長一短がある（非特許文献１）。

歯車は動力の伝達であるとともに、回転角を噛み合うもう１つの歯車に伝達する働きがある。この回転角の伝達特性については、樹脂の曲げ剛性は金属に比べて、１／７程度あるいはそれ以下であるので、高精度な伝達を実現するには樹脂歯車の剛性向上の問題を解決する必要がある。

歯面の摩耗については、歯が細るという形状変化を来たし、生じた摩耗粉が歯車の性能・機能低下を引き起こすという問題がある。この問題を解決する手段として、潤滑油添加・固体潤滑剤添加・ポリマーアロイ化等の対策が行われている。

さらに、歯車の騒音が、樹脂材料の弾性率、摩擦係数、歯形精度、衝撃緩和や減衰特性などに依存することから、それぞれ、熱可塑性エラストマーの添加、グリース潤滑、平滑摺動面の作製などの対策が行われている。

また、射出成形によって製造される樹脂製歯車の材料のほとんどは結晶性高分子である。従って、成形樹脂歯車の摩擦摩耗特性は、成形物（歯車）中の結晶化度、結晶構造等に大きく依存する。前述のように、一見、樹脂歯車は生産性および形状の自由度の面で優れていると言われるが、射出成形時において、高温の溶融樹脂が低温度の金型内に注入されると、歯の部分に注入された溶融樹脂は、低温度の金型表面から冷却される速度が速いため、歯部分の樹脂は十分結晶化しないまま固化することになる。すなわち、歯部分の樹脂は結晶化度が低い。一方、樹脂歯車の歯元付近および内部は、樹脂と接触する金型の表面積は、歯部分に比べて小さいため、樹脂はゆっくり冷却されるので、結晶化が進行しやすい。このため、結晶性高分子からなる樹脂歯車においては、歯面から離れた部分は結晶化度が高くても、摩擦摩耗に最も影響する歯部分は低結晶性になりやすい。このように、従来の樹脂製歯車は、歯車の部位によって結晶性が異なり、この構造の不均一性が樹脂製歯車の剛性や耐摩耗性などの性能の低下を起こすという問題があった。

金属歯車と樹脂歯車の組み合わせにおいて、樹脂歯車は金属歯車に比べて軟質材料であるため、歯車の回転による力によって歯が大きくたわみ、このたわみのために金属歯車の回転に遅れを生じ、金属歯車の歯先角によって樹脂歯車の歯の摩耗が加速される。このたわみを小さくする方法として、ナイロン歯の芯部に鋼の補強骨を入れた歯車が開発された（非特許文献２）。歯車の形状に近く、平板状の補強骨が円周上に突き出た構造を有する鋼部材を、ε-カプロラクタム、触媒、開始剤を含む融液中に浸漬して重合（ＭＣ：モノマーキャストナイロン６）し、鋼部材の周りにＭＣナイロン６を被覆し、その後、補強骨周囲の過剰の樹脂をホブカッターで削除して得られた歯車である。しかしながら、この方法による金属歯車の樹脂コーティングは、１個の歯車を製造するのに長時間を要するため、生産性の面からも、また、この重合方法で得られたＭＣナイロンは分子量が低いため剛性が低いことが知られており、材料物性の面からも問題があり、実用的ではない。

金属歯車同士の歯打ち音や振動音などの不快音低減を目的として、金属製の芯管と外周の金属製歯の間に種々の樹脂層を介在させた歯車が提案されている（特許文献６、７）。しかしながら、噛み合う歯は、いずれも金属製であるため、潤滑剤が必要となり、無潤滑下での使用ができない問題がある。

また、ウォームギヤのウォームホイールの歯車形状の芯金の歯部の外周面全体に溶融樹脂を射出成形し、その後、ホブカッターで機械加工を施し、ウォームホイール形状に仕上げる方法が提案させている（特許文献８）。しかしながら、この方法では、温度が低い芯金の歯部表面において、溶融樹脂は流動状態のまま急冷固化するため、樹脂の結晶化が十分に進行せず、低結晶性で、配向した、構造的にひずみのある成形物になり、成形後、ホブカッターで過剰の樹脂を切削して除く過程、あるいは、その後のウォームギヤの稼動時に、温度変化や機械的応力によって樹脂の破壊（割れや剥離）の可能性が非常に高いため、ウォームホイールの性能に問題があった。また、ホブカッターによって除去される樹脂量がウォームホイールの歯表面にコーティングされる樹脂量よりはるかに多く、しかも、除去された樹脂は諸物性が大きく低下するため、これを射出成形に再利用することにも問題があった。従って、機能を満足する樹脂コーティングを可能にすればホブカッターによる除去の不要による樹脂量の低減が図れ、耐環境性における総エネルギー低減に効果をあげることができる。

樹脂材料は、生産性、形状の自由度を有することが長所と言われてきたが、前述のように、射出成形によって室温の金属部材表面に高温の溶融樹脂をコーティングする場合、金属部材表面では、樹脂が流動状態下で急冷されるため、低結晶性でしかも配向状態で固化が起こる。その結果、成形後の冷却過程で、あるいは、コーティング部材の使用中の温度変化等によってコーティング樹脂の割れ等が生じやすいという欠点が見逃されてきた。

従来、金属歯車が持つ高強度、高剛性、高精度などの特性と樹脂歯車が持つ自己潤滑性、騒音低減性などの特性とを併せ持つ歯車が切望されていたが、上記の問題の把握がなされていなかったため、金属歯車と樹脂歯車の各々の長所を活かした歯車が実現されなかったと言っても過言ではない。

特開平７−１７８７６５号公報特開２０００−９２７０号公報特開平１１−１０５０７６号公報特開平８−２３９５９９号公報特開２００３−９４５５４号公報特公平６−６０６７４号公報特開２００３−３４３６９６号公報特開２００２−２１９８０号公報特願２００３−３８５９９４号

最新成形プラスチック歯車技術―この１０年の歩み―、社団法人精密工学会、成形プラスチック歯車研究専門委員会（２００２）塚田尚久、動力伝達用プラスチック歯車の設計技術、技報堂出版（１９８７）

そこで、この出願の発明は、上記のとおりの背景から、従来の問題点を解消し、金属歯車類と成形用金型を各々予め定められた温度に加熱した状態で、溶融樹脂を射出成形して、金属歯車表面に樹脂コーティングする方法と、これによって成形後においても、また、無潤滑下での使用中においても樹脂割れ等が起こらず、強度・剛性・精度・耐衝撃性・耐疲労性・騒音低減性・耐摩耗性に優れた樹脂被覆金属歯車類を実現することのできる新しい技術的手段を提供することも課題としている。

この出願の発明は前記の課題を解決するものとして、第１には、金属歯車類の表面に樹脂をコーティングする方法であって、前記金属歯車類をショットブラスト処理した後にシランカップリング処理する表面前処理工程と、コーティング樹脂として脂肪族ポリアミドをマトリックス相としポリフェニレンエーテルを分散相とするポリマーアロイを主成分とする樹脂を用いて、この前処理された金属歯車類を８０℃以上前記樹脂の溶融射出温度−２０℃以下の範囲内で、また、成形用金型を７０℃以上前記樹脂の溶融射出温度−８０℃以下で且つ前記金属歯車類より低温の範囲内で、各々予め定められた温度に加熱する予加熱工程と、予加熱された前記金属歯車類が予加熱された前記金型内に位置された状態で、溶融樹脂を射出する成形工程と、成形物を金型内で保持する保持工程と、前記成形物を金型から取り出し、室温まで徐冷する冷却工程とを含み、−４０℃〜２００℃の温度範囲の空気雰囲気中で樹脂割れが発生しないインサート成形品とすることを特徴とする金属歯車類の樹脂コーティング方法を提供する。

第２には、前記金属歯車類が動力および／または回転角を伝達するための金属歯車、あるいは、動力を伝達するための金属スプライン類およびセレーションであることを特微とする上記第１の金属歯車類の樹脂コーティング方法を提供する。

第３には、前記金属歯車類が、鋼、鉄、銅、アルミニウム、チタンまたはそれらを含む合金、あるいはそれらの複合部材より選ばれた少なくとも１種であることを特徴とする上記第１または第２の金属歯車類の樹脂コーティング方法を提供する。

第４には、前記金属歯車類の表面にコーティングされる前記樹脂の厚さが、５μｍ〜３０ｍｍの範囲であることを特徴とする上記第１ないし第３のいずれかの金属歯車類の樹脂コーティング方法を提供する。

第５には、歯部分が接触回転して、動力伝達および／または回転角伝達する１組の歯車対を構成する２個の歯車のすべての歯面が上記第１ないし第４のいずれかの樹脂コーティング方法により得られた成形品として用いられるか、一方の歯車のすべての歯面（歯接触部位）が、上記第１ないし第４のいずれかの樹脂コーティング方法により得られた成形品であって、これと噛み合うもう一方の歯車の歯面が樹脂コーティングされていない金属歯車として用いられることを特徴とする樹脂被覆金属歯車類を提供する。

第６には、上記第１ないし第４のいずれかの樹脂コーティング方法により得られた樹脂被覆金属歯車類であって、歯面の一部が樹脂コーティングされている歯車の場合には、この歯車の樹脂コーティングされていない歯面と接触して噛み合うもう一方の歯車の歯面が樹脂コーティングされて用いられることを特徴とする樹脂被覆金属歯車類を提供する。

この出願の発明によって、金属歯車類の表面に樹脂コーティングする方法とこれによる樹脂被覆歯車類が提供される。このような樹脂被覆歯車類は、成形後および使用時においても、コーティング樹脂の割れや剥離等が起こらず、さらには、高強度、高剛性、耐衝撃性、耐疲労性、耐摩耗性、耐久性、騒音低減性に優れた歯車類として広い利用価値がある。

このように、樹脂被覆金属歯車類は、高性能化、小型化を達成できるので、この出願の発明による樹脂被覆金属歯車類を組み込んだ動力伝達用製品の高性能化や小型化を図れ、応用性は非常に高い。

図１は、発明の樹脂被覆金属歯車についてその外周の一部を例示した概要図である。図２は、発明の樹脂被覆金属スプラインについてそのインナードライバーの外周の一部を例示した概要図である。図３は、樹脂被覆金属歯車のコーティング樹脂層の透過型電子顕微鏡写真（低倍率像）である。図４は、樹脂被覆金属歯車のコーティング樹脂層の透過型電子顕微鏡写真（高倍率像）である。図５は、発明の樹脂被覆金属歯車を組み込んだ歯車試験装置である。

この出願の発明は前記のとおりの特徴をもつものであるが、以下に、その実施の形態について詳細に説明する。

この出願の発明において、樹脂コーティングされる金属歯車類とは、例えば、自動車部品、電機電子部品をはじめとして種々の分野で使用され、動力伝達および／あるいは回転角伝達を担うための歯車類であって、平歯車、内歯車、ラックとピニオン、はすば歯車、ヘリカルギヤ、ダブルヘリカルギヤ、やまば歯車、かさ歯車、ハイポイドギヤ、ねじ歯車、ウォームギヤ等の金属歯車、あるいは、動力を伝達するための金属スプライン類およびセレーションが例示される。

樹脂コーティングされる金属歯車類表面の部位は、複数の歯面（歯接触面）の一部あるいは全部であってもよく、さらには、歯面以外の表面の一部あるいは全部であってもよい。

また、樹脂コーティングされる金属歯車類は、その外周や内周等形状の一部に歯型を設けたものであって、金属歯車類の所定の部位に樹脂コーティングされた後に、歯車類としての精度および機能を有する形状をもつものであることが好ましい。

このような金属歯車類としては、その素材の種類と組成は特に限定されないが、例えば、鋼、鉄、銅、アルミニウム、チタンまたはそれらを含む合金、あるいはそれらの複合部材より選ばれた少なくとも1種を含む固体が挙げられ、なかでも、鋼、アルミニウムが好適な対象として例示される。

そして、この出願の発明の樹脂コーティングした歯車類の製作においては、金属歯車類（インサート部材）を、８０℃以上で、樹脂の溶融射出温度−２０℃以下の温度範囲内で、また、成形用金型を７０℃以上で、樹脂の溶融射出温度−８０℃以下で且つインサート部材の金属歯車類より低温の温度範囲内で、各々、予め定められた温度に予加熱する。

この予加熱の温度が低過ぎると、高温の溶融樹脂が流動下で急冷されて、樹脂の配向構造が緩和されずに低結晶性の状態で樹脂が固化し、このひずみを有する構造が、成形後の樹脂割れや剥離を引き起こす。

また、樹脂コーティングされる金属歯車類は、その大きさの差異のため、一般に、成形用金型より熱容量が小さい。従って、樹脂コーティングされる金属歯車の予加熱温度は、樹脂の溶融射出温度−２０℃以下あることが好ましい。一方、成形用金型の予加熱温度は、樹脂の溶融射出温度−８０℃以下であることが好ましい。すなわち、インサート部材である金属歯車類と成形用金型は、各々、予め定められた温度に予加熱することが好ましい。

金属歯車類の予加熱手段については、予め加熱されたものを金型内の所定の位置に載置し、所定の温度に達したものとしてもよいし、あるいは、金型内に載置後、電磁誘導加熱等の方法により予加熱して所定の温度に達したものとしてもよい。

いずれの場合であっても、金型は、断熱層で被覆されたものであってもよく、また、複数の加熱機構によって複数の温度に制御された複数の金型で構成されたものであってもよい。

このような樹脂としては、脂肪族ポリアミドをマトリックス相としポリフェニレンエーテルを分散相とするポリマーアロイが主成分として用いられる。

また、金属製歯車にコーティングされる樹脂の厚さは、５μｍ〜３０ｍｍの範囲であれば、厚さの差異は特に制限されず、成形品の使用目的に従って金属歯車類の位置によって樹脂の厚さは異なってよく、さらに、歯車類の表面の各部位において任意の厚さで成形できる。

金型内に溶融樹脂を射出後は，４．９ＭＰａ〜４９ＭＰａの圧力範囲において、保持時間を１秒〜１０分の範囲、より好ましくは、１０秒〜５分の範囲、さらに好ましくは、２０秒〜２分の範囲とすることが例示される。

溶融樹脂の射出後は、金型内で成形品を保持し、その後成形品を金型から取り出し、成形品を室温まで冷却するが、この冷却の時間については、１分〜５時間の範囲、より好ましくは、５分〜４時間の範囲、さらに好ましくは、１０分〜３時間の範囲の条件下で徐冷して成形品の樹脂の構造的ひずみを解消することが考慮される。

金属歯車類については、その表面に予め研磨処理、エッチング処理、ショットブラスト処理、ローレット加工およびシランカップリング処理から選ばれた少なくとも１種の処理を施し、金属歯車類と樹脂との有効接触面積を広くとることができるほか、金属歯車類と樹脂との接着性あるいは密着性を高めることが、コーティング樹脂の割れや剥離の防止に有効であるほか、樹脂被覆金属歯車類の高強度化、高剛性化、耐衝撃性、耐疲労性、耐摩耗性および騒音低減性に有効である。

また、金属歯車類を構成する部材表面と樹脂との相互作用、すなわち、接着性、密着性をさらに高める表面処理法として、反応型接着剤等の接着剤塗布、静電塗装等の樹脂塗布、部材表面に反応性官能基を付与した後グラフト反応処理、および、シランカップリング処理等が挙げられ、なかでも、シランカップリング処理は、簡便に金属歯車類表面を改質する方法として好ましい。

さらに、金属歯車類をショットブラスト処理後にシランカップリング処理することがより好ましい実施の形態としている。

そこで以下に実施例を示し、さらに詳しく説明する。もちろん、以下の例によって発明が限定されることはない。

＜Ａ＞インサート部材の樹脂コーティング
実施例１〜１２並びに比較例１〜５について、樹脂コーティングに係わる成形方法と樹脂コーティングされたインサート成形品の性能評価方法についてまず説明すると以下のとおりである。
＜１＞成形方法
中心から５４ｍｍφの位置で、互いに１２０度離れた位置に、直径４．１ｍｍφの貫通穴３個をもつ、直径６８ｍｍφ、厚さ３ｍｍのショットブラスト処理を施したアルミニウム円板をインサート部材として用いた。この場合のショットプラスト処理は、（株）不二製作所製、重力式ニューマプラスターＳＧ−６Ｂ−４０４中、圧力３ｋｇ／ｃｍ²で、（株）不二製作所製フジガラスビーズＦＧＢ８０（粒径範囲：１７７〜２５０μｍ）によって行っている。なお、前記の３個の貫通穴はインサート部材を金型内に載置するためのものである。また、インサート部材の載置については、樹脂が射出される金型側に端面が平面の金属製円柱ピン４本が設けられ、金型が閉じられる時点で、各円柱ピンはインサート部材の中心と前記３個の貫通穴の位置となるように設計された。これら４本の円柱ピンは、インサート部材であるアルミニウム板表面を押す態様となっている。また、樹脂が射出される金型と対向する金型側には、同様の金属製円柱ピン４本が設けられているが、インサート部材の中心に設置された円柱ピンは、インサート部材表面を押す態様で、他の３本は、前記３個の貫通穴に挿入する態様となっている。すなわち、この３本の円柱ピンを貫通穴に挿入してインサート部材を金型内に載置した後、金型が閉じられる態様となっている。一方、金型は、表面に断熱層が設けられており、金型内部はコーティングされる樹脂厚さが０．５ｍｍとなるキャビティを有し、溶融樹脂が、アルミニウム円板の中心から前記貫通穴と同一円周上（５４ｍｍφ）で、貫通穴の中間位置に対向する位置に設けられた３個の射出口から射出される構造である。また、金型はヒーターを設けて温度可変ができる構造である。電気加熱装置内で予加熱したインサート部材を金型の前記所定位置に載置し、インサート部材表面温度が所定温度になった時点で、所定温度に設定された金型に、所定温度の溶融樹脂を、射出圧力１０００ｋｇｆ／ｃｍ²で射出し、その後、所定圧力で所定時間保持し、金型から成形品を取り出した。これを室温まで所定時間かけて徐冷した。
＜２＞評価方法
（室温試験）
１種類の成形条件下で、５個のインサート部材の樹脂コーティングを行い、金型から取り出し、冷却後、室温で７日間以上経過した形成品の樹脂割れを調べた。
（加熱冷却試験）
従来技術によるインサート成形品は、成形後に室温で樹脂割れが生じないことを評価方法としている場合がほとんどである。成形品はより過酷な条件下で使用されることがあるので、同一のコーティング方法で得られた成形品４個を、−３０℃で２時間保持、２００℃で２時間保持し、再び−３０℃で同時間保持、２００℃で同時間保持というさらに過酷な条件下の加熱冷却試験を各１０回行った。
（熱水試験）
インサート部材を樹脂コーティングした成形品は、高温多湿雰囲気中、水中、熱水中等の環境下で使用される場合があるので、前記加熱冷却試験において、樹脂割れを生じなかった成形品２個を、このなかでも過酷な環境である９０℃の熱水中に８時間、浸漬する熱水試験を行った。
（剥離試験）
さらに、インサート部材を樹脂コーティングした成形品は、工業製品、工業部品、工具等として使用されるので、使用中に樹脂割れが生じなくとも、成形品は種々の応力を受ける場合がある。前記種々の試験を行った成形品の内、樹脂割れを生じなかった成形品２個について、そのコーティング樹脂層の複数箇所をカッターによって幅１０ｍｍ、長さ３０ｍｍの短冊状に、インサート部材表面層まで切断した。前記短冊状試験片の一端の樹脂層をインサート部材から剥離し、引張試験機を用いて、成形品本体を試験機の所定位置に固定し、前記剥離部分の樹脂端を把持し、剥離が起こるときの応力、すなわち、剥離応力を測定した。
〈実施例１〉
ショットブラスト処理したインサート部材表面温度２３０℃、金型温度８０℃で、２９０℃の溶融ノリルＧＴＸ樹脂（日本ＧＥプラスチック（株）製ノリルＧＴＸ６６０１）を射出し、その後、圧力１００ｋｇｆ／ｃｍ²で１分間保持し、金型から成形品を取り出した。これを室温まで３０分間かけて徐冷した。表１に示したように、得られた成形品は、室温で７日間以上経過してもコーティングされた樹脂に割れは生じなかった。加熱冷却試験を行った結果、すべての成形品において、樹脂割れは生じなかった。また、加熱冷却試験後のコーティング樹脂の剥離応力は０．４ｋｇｆ／ｍｍ²〜０．７ｋｇｆ／ｍｍ²であった。これは、インサート部材と樹脂が十分密着している状態の値であり、この条件下で得られた成形品は、過酷な温度変化のある空気中での使用が可能であることを示している。
〈実施例２〉
金型温度を１４０℃、溶融樹脂温度を２７０℃、保持圧力を３００ｋｇｆ／ｃｍ²、金型から成形品を取り出した後の室温まで冷却時間を１時間とした以外は、実施例１と同様に成形を行った。表１に示したように、得られた成形品は、室温で７日間以上経過してもコーティングされた樹脂に割れは生じなかった。さらに、加熱冷却試験を行ったすべての成形品において樹脂割れは生じなかった。加熱冷却試験後のコーティング樹脂の剥離応力は０．５ｋｇｆ／ｍｍ²〜０．７ｋｇｆ／ｍｍ²であった。これは、インサート部材と樹脂が十分密着している状態の値である。この条件下で得られた成形品は、過酷な温度変化のある空気中での使用が可能であることを示しているが、剥離応力の値は、実施例１の場合より優れており、金型温度は８０℃より１４０℃の方がより好ましいことがわかる。
〈実施例３〉
金型温度を１５０℃とした以外は、実施例２と同様に成形を行った。表１に示したように、得られた成形品は、室温で７日間以上経過してもコーティングされた樹脂に割れは生じなかった。加熱冷却試験後の成形品にも樹脂割れがなく、また、密着性は、実施例２とほとんど同様の結果であった。金型温度を、実施例２の場合より１０℃高くして成形したが、成形品の性能にはほとんど差異はないことがわかった。
〈実施例４〉
金型温度を１８０℃とした以外は、実施例２と同様に成形を行った。表１に示したように、得られた成形品は、室温で７日間以上経過してもコーティングされた樹脂に割れは生じなかった。加熱冷却試験後にも樹脂割れがなく、また、密着性は、実施例２および実施例３とほとんど同様の結果であった。金型温度を、実施例２の場合より４０℃高くして成形したが、成形品の性能にはほとんど差異はないことがわかった。
〈実施例５〉
インサート部材温度を１６０℃とした以外は、実施例３と同様に成形を行った。表１に示したように、得られた成形品は、室温で７日間以上経過してもコーティングされた樹脂に割れは生じなかった。加熱冷却試験後にも樹脂割れがなく、また、密着性は、実施例１とほとんど同様の結果であった。金型温度は実施例３と同一にして、インサート部材温度を実施例３の場合より７０℃低い温度にして得られた成形品は、わずかに剥離応力が低下したことから、インサート部材温度は金型温度より高く設定することがより好ましいと言える。
〈実施例６〉
インサート部材温度を２４０℃とした以外は、実施例３と同様に成形を行った。表１に示したように、得られた成形品は、室温で７日間以上経過してもコーティングされた樹脂に割れは生じなかった。加熱冷却試験後にも樹脂割れがなく、また、密着性は、実施例２および実施例３とほとんど同様の結果であった。この結果も、インサート部材温度が金型温度より高い方が好ましいことを示している。すなわち、インサート部材温度と金型温度を、別々に異なる温度設定ができることが好ましい成形の態様であることを示している。
〈実施例７〉
前記のノリルＧＴＸ樹脂９５重量％、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）粉末５重量％の混合物を、予め溶融混練して作製したコンパウンドを樹脂素材とした以外は、実施例６と同様に成形を行った。表１に示したように、得られた成形品は、室温で７日間以上経過してもコーティングされた樹脂に割れは生じなかった。加熱冷却試験後にも樹脂割れがなく、また、密着性は、実施例１とほとんど同様の結果であった。潤滑特性に優れた性質を有するポリテトラフルオロエチレン自体は、他の材料との接着性がなく、また、溶融状態でも流動性がないため射出成形が困難であるが、この実施例の結果は、ノリルＧＴＸ樹脂にポリテトラフルオロエチレン粉末を５重量％添加したものであれば、インサート成形が可能であることおよび樹脂に潤滑性を付与できる可能性があることを示している。
〈実施例８〉
前記のノリルＧＴＸ樹脂９０重量％、ポリテトラフルオロエチレン粉末１０重量％の混合物を、予め溶融混練して作製したコンパウンドを樹脂素材とした以外は、実施例７と同様に成形を行った。表１に示したように、得られた成形品は、室温で７日間以上経過してもコーティングされた樹脂に割れは生じなかった。加熱冷却試験後にも樹脂割れがなく、また、密着性は、実施例１とほとんど同様の結果であった。すなわち、ポリテトラフルオロエチレンが１０％添加された成形品は、過酷な温度変化のある空気中での使用が可能であることを示している。さらに、一般に、ポリテトラフルオロエチレンが１０％添加された樹脂は、潤滑特性に優れ、マトリックス樹脂（主成分）の耐摩耗性が向上することが知られているので、この発明の成形方法は、潤滑性、耐摩耗性等に優れた成形品を提供できるものとなる。
〈比較例１〉
インサート部材温度を室温（２０℃）とした以外は、実施例１と同様に成形を行った。表１にも示したが、成形品５個のすべてにおいて、成形後、金型より取り出した時点で樹脂割れが発生していた。この結果は、従来の技術では、成形品に樹脂割れが発生しやすかったことを再現したもので、実施例１〜８に示したように、インサート部材と金型の両方を、別々に予加熱して成形する態様のこの発明の特徴を立証するものと言える。
〈比較例２〉
金型温度を室温（２０℃）とした以外は、実施例１と同様に成形を行った。成形品５個のすべてにおいて、成形後、金型より取り出した時点で樹脂割れが発生していた。この結果も、前記比較例１と同様、インサート部材と金型のいずれか一方を予加熱する態様での成形方法では、樹脂割れのない成形品を製造することができないことを示している。
〈比較例３〉
実施例３と同様に成形を行い、金型から成形品を取り出した直後に、成形品を１０℃の水に投入することによって急冷したところ、樹脂割れが生じた。この結果は、耐熱性樹脂のインサート成形において、例えば、インサート部材と金型温度が室温より１００℃以上高いような場合、コーティングされた樹脂は、見掛け上固化していても、樹脂内部の高分子鎖は安定な構造になっていないことを示している。従って、金型から成形品を取り出した後の徐冷工程が、非晶性高分子の構造的ひずみを低減したり、結晶性高分子の徐冷工程での二次結晶化を進める上で、インサート成形方法における重要な態様の一つであることを示している。なお、この徐冷工程に要する時間は高々１時間程度であり、数時間以内であれば、成形品の生産性に支障を来たすものではない。
〈実施例９〉
ショットブラスト処理したインサート部材を２６０℃〜２７０℃に予加熱した後、その表面にシランカップリング剤（信越化学工業（株）製ＫＢＰ４０）のエタノール溶液を塗布し、インサート部材温度が２３０℃となった時点で、実施例３と同様に成形を行った。表１に示したように、得られた成形品は、室温で７日間以上経過してもコーティングされた樹脂に割れは生じなかった。加熱冷却試験後にも樹脂割れがなかった。一方、加熱冷却試験後の剥離応力は、０．９ｋｇｆ／ｍｍ²〜１．１ｋｇｆ／ｍｍ²あった。これは、実施例３の場合の２倍程度の値であり、密着性あるいは接着性が向上したことがわかる。この結果は、ショットブラスト処理とシランカップリング処理を併用することがより好ましい実施の態様であることを立証している。
〈実施例１０〉
ノリルＧＴＸ樹脂９０重量％、ポリテトラフルオロエチレン粉末１０重量％の混合物を、予め溶融混練して作製したコンパウンドを樹脂素材とした以外は、実施例９と同様に成形を行った。表１に示したように、得られた成形品は、室温で７日間以上経過してもコーティングされた樹脂に割れは生じなかった。加熱冷却試験後にも樹脂割れがなかった。一方、加熱冷却試験後の剥離応力は、０．６ｋｇｆ／ｍｍ²〜０．８ｋｇｆ／ｍｍ²であった。これは、実施例８の場合の２倍程度の値であり、密着性あるいは接着性が向上したことがわかる。また、この結果は、フッ素樹脂を含む耐熱性樹脂に対しても、ショットブラスト処理とシランカップリング処理を併用することがより好ましい実施の態様であることを立証している。
〈実施例１１〉
実施例９で得られた成形品を、９０℃の熱水中に８時間浸漬する熱水試験を行った。その結果、樹脂割れも見かけの剥離も生じなかった。また、密着性を測定したところ、剥離応力は０．８ｋｇｆ／ｍｍ²〜０．９ｋｇｆ／ｍｍ²であった。この結果は、ショットブラスト処理とシランカップリング処理を併用する実施の態様が、広い温度範囲の空気中での使用のみならず、熱水中のような水環境下でも、耐熱性樹脂をコーティングしたインサート成形品が安定的に使用可能であることを立証するものである。
〈実施例１２〉
実施例１０で得られた成形品を、９０℃の熱水中に８時間浸漬する熱水試験を行った。その結果、樹脂割れも見かけの剥離も生じなかった。また、密着性を測定したところ、剥離応力は０．５ｋｇｆ／ｍｍ²〜０．７ｋｇｆ／ｍｍ²であった。この結果は、ショットブラスト処理とシランカップリング処理を併用する実施の態様が、広い温度範囲の空気中での使用のみならず、熱水中のような水環境下でも、フッ素樹脂を含む耐熱性樹脂をコーティングしたインサート成形品が安定的に使用可能であることを立証するものである。
〈比較例４〉
実施例３で得られた成形品を、９０℃の熱水中に８時間浸漬する熱水試験を行った。その結果、樹脂割れは生じなかったが、剥離応力は０．０５ｋｇｆ／ｍｍ²〜０．１ｋｇｆ／ｍｍ²あった。この結果は、シランカップリング処理を施さなかったインサート部材を用いて樹脂コーティングした成形品を熱水中で密着性、接着性を調べたものであり、インサート部材をシランカップリング等により表面処理を行わない成形品においては、空気雰囲気中での使用は可能であるが、熱水のようなより厳しい環境下で使用しないことが好ましいことを示している。
〈比較例５〉
実施例８で得られた成形品を、９０℃の熱水中に８時間浸漬する熱水試験を行った。その結果、樹脂割れは生じなかったが、剥離応力は０．０３ｋｇｆ／ｍｍ²〜０．０７ｋｇｆ／ｍｍ²であった。この結果は、フッ素樹脂を含む耐熱性樹脂においても、インサート部材をシランカップリング等により表面処理を行わない成形品においては、空気雰囲気中での使用は可能であるが、熱水のようなより厳しい環境下で使用しないことが好ましいことを示している。

以上の実施例１〜１２、並びに比較例１〜５の結果を次の表１に示した。

表１に示すように、実施例１〜８の各成形方法は、いずれも空気雰囲気において広い温度範囲で樹脂割れを生じない成形品の製造に優れるものであった。また、インサート部材表面に樹脂のもつ特性の付与に優れるものであった。これに対して、比較例１〜３の各成形方法は、いずれも成形性に劣るものであった。

また、実施例９および１０の各成形方法のように、インサート部材表面をシランカップリング処理した場合、インサート部材と樹脂との密着性あるいは接着性がさらに高くなることが明らかになった。さらに、比較例４および５のように、シランカップリング未処理の場合には、熱水中での剥離強度が大きく低下するのに対して、シランカップリング処理の場合、熱水中でも使用可能なインサート成形物の成形方法となることが明らかとなった。

以上詳しく述べたように、この出願の発明によれば汎用性が高く、広い温度範囲において樹脂割れを生じないインサート成形方法を提供することができる。

特に、インサート部材表面をシランカップリング処理する場合、インサート部材とコーティング樹脂との密着性、接着性が大きく向上し、成形品の性能をさらに高めるという相乗効果が発現し、さらに汎用性が高い、より一層優れたインサート成形品を容易かつ安価に製造でき有利である。
＜Ｂ＞金属歯車類の樹脂コーティング
〈１〉成形
〈実施例１３〉
この出願の発明の樹脂コーティング方法により金属歯車外周の歯面部分に樹脂コーティングした一例を説明する。図１に本発明の樹脂コーティングした金属歯車を示す。なお、樹脂コーティング後の歯車は、標準型の並歯（精度４級）で、モジュール２、圧力角２０°、歯数３２、基準ピッチ円直径６４ｍｍとした。本発明の樹脂被覆した歯車を製作するために、Ｓ４５Ｃ製金属歯車に（株）不二製作所製、重力式ニューマプラスターＳＧ−６Ｂ−４０４中、圧力０．２９４ＭＰａの条件下で、（株）不二製作所製フジガラスビーズＦＧＢ８０（粒径範囲１７７〜２５０μｍ）を用いショットブラスト処理を施した。

金型はヒーターの装備で温度可変とし、外部表面を断熱層で囲み、内部には金属歯車取り付け用の軸を設けて金属歯車を定位置に載置可能にするとともに、コーティングされる樹脂厚さに対応した０．２ｍｍ厚のキャビティを設け、定位置に載置された金属歯車の外側のキャビティ面に金属歯車の中心に向かう３箇所の射出口を設け、樹脂を射出成形する構造にした。

前記Ｓ４５Ｃ製金属歯車を窒素充填の電気加熱装置内で２６０℃〜２７０℃に予加熱した後、その表面に信越化学工業(株)製シランカップリング剤ＫＢＰ４０のエタノール溶液を塗布し、金属歯車が２３０℃になった時点で、１５０℃に設定された金型内の前記所定位置に載置し、２７０℃の溶融ノリルＧＴＸ樹脂（ＧＥプラスチック社製：ポリフェニレンエーテルを分散相とし、ナイロンをマトリックス相とするポリマーアロイ）を射出圧力９８ＭＰａで射出後、圧力２９．４ＭＰａに１分間保持し、金型から成形物を取り出し３０分かけて室温まで徐冷した。
〈実施例１４〉
樹脂コーティングされる金属歯車類として、Ｓ４５Ｃ製金属スプラインを選び、そのインナードライバーの外周の歯（軸）の表面を樹脂コーティングする部位とし、樹脂の厚さを０．３ｍｍとした以外は、実施例１３と同様に、樹脂コーティングを行い、樹脂被覆金属スプライン（図２）を作製した。なお、樹脂コーティング後のインナードライバーは、自動車用インボリュートスプラインと同様の歯形（低歯）、モジュール３．０、圧力角２０°、歯数１８、基準ピッチ円直径５４ｍｍ、転位係数＋０．８とした。
＜２＞試験評価
（１）室温試験
実施例１３で成形した樹脂被覆金属歯車を金型から取り出し冷却後、室温に保ち表面を観察した結果、７日間以上経過しても、歯表面にコーティングされた樹脂の割れや剥離が生じないことを確認した。

また、実施例１４で成形した樹脂被覆金属スプライン（インナードライバー）を金型から取り出し冷却後、室温に保ち表面を観察した結果、７日間以上経過しても、歯表面にコーティングされた樹脂の割れや剥離が生じないことを確認した。
（２）加熱冷却試験
樹脂被覆金属歯車を組み込んだ製品が稼動中に温度変化することを想定し、実施例１３で成形した樹脂被覆歯車を、空気中−３０℃で２時間保持、２００℃で２時間保持し、再び−３０℃で同時間保持、２００℃で同時間保持という過酷な環境下での加熱冷却試験を１０サイクル行ったが、歯表面にコーティングされた樹脂の割れや剥離が生じないことを確認した。

実施例１４で成形した樹脂被覆金属スプラインについても、上記と同様に、加熱冷却試験を行った結果、歯表面にコーティングされた樹脂の割れや剥離が生じないことを確認した。
（３）熱水試験
樹脂被覆金属歯車の実使用時の環境として、高温多湿雰囲気中、水中、熱水中等の環境下で使用される場合があるので、実施例１３で成形した樹脂被覆金属歯車およびその加熱冷却試験後の樹脂被覆金属歯車を、９０℃の熱水中に８時間浸漬させる熱水試験を行った結果、いずれの場合も歯表面にコーティングされた樹脂の割れや剥離は生じないことを確認した。

実施例１４で成形した樹脂被覆金属スプラインおよびその加熱冷却後の樹脂被覆金属スプラインについて、上記と同様に熱水試験を行った結果、いずれの場合も歯表面にコーティングされた樹脂の割れや剥離が生じないことを確認した。
〈実施例１５〉
実施例１３と同様に成形した樹脂被覆金属歯車のコーティング樹脂層を、歯の表面から切り出し、まず、その一部（薄片）を四酸化ルテニウム染色し、これをエポキシ樹脂包埋した後、ステンレスナイフでトリミングし、次いで、ガラスナイフで面出しを行い、面出しした表面を再度四酸化ルテニウム染色した。これを、Ｒｅｉｃｈｅｒｔ製ウルトラミクロト−ム装置に装着し、ダイヤモンドナイフで切削し、厚さ約７０ｎｍの超薄切片を作製した。この超薄切片試料を日本電子（株）製ＪＥＭ−１２００ＥＸ透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用い、加速電圧８０ｋＶにおいて成形物の微細構造を観察した。

図３にコーティング樹脂層の微細構造のＴＥＭ写真を示す。このＴＥＭ写真は、ナイロンのマトリックス相にポリフェニレンエーテル相が分散した微細構造の形態である。高倍率のＴＥＭ写真（図４）には、マトリックス相に結晶性高分子であるナイロンのラメラ状結晶が観察され、非晶性高分子であるポリフェニレンエーテルの分散相には、ラメラ状結晶は観察されなかった。

図３のＴＥＭ写真から、樹脂が高温の溶融状態から射出されたにもかかわらず、分散相がほぼ球状の形態であったことがわかる。これは、明らかに成形後のコーティング樹脂が、配向状態のまま固化したのではなく、十分に樹脂の配向が緩和した状態で固化したことを示している。これは、ナイロンのラメラ状結晶（図４中、矢印で示した約５ｎｍ幅の明るいすじ状の形態）についても無配向であることが観察されており、この出願の発明の成形方法によって、金属歯車類の表面に樹脂をほぼ無配向状態、すなわち、ひずみのない構造でコーティングできることを示している。この構造は、前述のように成形後の樹脂割れが生じなかったこと、加熱冷却試験においても、さらには、熱水試験においても樹脂割れや剥離が生じなかったことを裏付けている。

なお、実施例１４と同様に成形した樹脂被覆金属スプライン（インナードライバー）のコーティング樹脂層についても、図３および図４と同様のＴＥＭ像が観察されたことから、この出願の発明の樹脂コーティング方法は、金属歯車類に広く応用できる技術であることが結論される。
〈実施例１６〉
図５に示す歯車試験装置を用い、樹脂被覆金属歯車（駆動歯車）の性能試験を行った。図中の符号は次のものを示している。

１．モータ
２．トルク計
３．駆動歯車
４．被動歯車
５．トルク計
６．歯車ポンプ
７．リリーフバルブ
８．作動油タンク
すなわち、噛み合う相手歯車として、樹脂をコーティングしていないＳ４５Ｃ製金属歯車（被動歯車）を選び、これと実施例１と同様に成形した樹脂被覆金属歯車を歯車試験装置に組込み、負荷トルク１２Ｎｍ、回転数１，２００ｒｐｍ、雰囲気温度２５℃、無潤滑の条件下で歯車を回転させ、樹脂被覆金属歯車の性能試験を行った。

その結果、総回転数１０^７回の作動後の樹脂被覆金属歯車は、ほとんど損傷はなく、また、歯元の破壊は全く起こらず、金属歯車のもつ高強度、高剛性、耐衝撃性、耐疲労性が反映されたことが確認された。また、歯面にコーティングされた樹脂層の割れや剥離は起こらず、樹脂表面の摩耗もわずかで、樹脂の厚さに目立った変化はなかったことから、耐摩耗性にも優れていることが確認された。これは、従来、樹脂歯車同士、あるいは、樹脂歯車と金属歯車との組み合わせでは得られなかった性能である。

さらに、前記の性能試験と同時に、噛み合い点より軸に垂直上方に２００ｍｍ離れた距離に（株）小野測器製騒音計ＬＡ−５１２０を設置し、騒音測定を行った。一方、同条件下で、駆動歯車および被動歯車とも樹脂コーティングしない金属歯車同士を、短時間、流動パラフィン潤滑下で回転させて、騒音測定を行った。その結果、本発明の樹脂被覆金属歯車とＳ４５Ｃ製金属歯車の組み合わせにおいては、金属歯車同士の組み合わせと比べて、騒音が約６ｄＢ低下し、樹脂被覆金属歯車が低騒音性に優れることが確認された。
〈実施例１７〉
実施例１４と同様に作製した樹脂被覆インナードライバーを、これと噛み合うＳ４５Ｃ製金属スプライン（樹脂をコーティングしていないスプライン）およびフィールドコアからなるエスカレータ用の負作動ブレーキに組み込み、回転数１，０００ｒｐｍ、実機相当の慣性モーメント０．９ｋｇｍ^２で、１０秒回転後、０．５秒で制動し、３０秒間停止する負荷を１サイクルとして、１０^５サイクルの作動を行った。

その結果、１０^５サイクル作動後の樹脂被覆金属スプライン（インナードライバー）表面の樹脂に割れも剥離も全く起こらず、また、樹脂表面の損傷、変形、さらには摩耗もほとんど見られず、金属スプラインのもつ高強度、高剛性、耐衝撃性、耐疲労性に加えて、樹脂のもつ耐摩耗性が反映されたことが確認された。

さらに、前記のスプラインの性能試験と同時に、噛み合い点より軸に垂直上方に１００ｍｍ離れた距離に（株）小野測器製騒音計ＬＡ−５１２０を設置し、騒音測定を行った。一方、同条件下で、インナードラバーおよびこれと噛み合うスプラインとも樹脂コーティングしないＳ４５Ｃ製金属スプライン同士を、短時間、無潤滑回転させて、騒音測定を行った。その結果、この出願の発明の樹脂被覆金属スプラインを用いた場合、樹脂をコーティングしていない金属スプライン同士の場合より、騒音が３〜１０ｄＢ低下し、樹脂被覆金属スプラインが低騒音性に優れることが確認された。

以上詳しく説明したように、この出願の発明のインサート成形方法は、種々の過酷な条件下でも使用可能な、耐環境特性の高い成形品の製造に優れるので、多くの材料分野への応用面から有利である。

すなわち、従来の技術では成形品の樹脂割れや剥離を防止することが困難であったインサート部材の樹脂コーティングを可能にするものであって、自動車部品、電気・電子部品の分野に限られることはなく、農業分野、土木・建築分野、医療関連分野での金属部品、セラミック部品、複合材料部品の機械的・力学的機能に、樹脂がもつ耐衝撃性、潤滑性、耐薬品性、断熱性等の機能を付与できるものとして応用性が極めて高い。

以上のとおりのこの出願の発明は、インサート部材の樹脂コーティングについての、この出願の発明者による全く新しい知見に基づいて提供されるものである。

すなわち、この出願の発明者は、前記のとおり、溶融樹脂を射出することによるインサート部材の樹脂コーティング方法について、鋭意、研究を重ねた結果、インサート部材と金型を別々に各々定められた温度に制御する成形法やインサート部材を予め表面処理する方法が、いずれか一方の部材を予加熱する方法、または、両者を同温度に予加熱する方法に比べ、樹脂割れを発生させず、さらにインサート物と樹脂の接着性が高い成形品を得るための格段に優れた成形方法であることを見出し、このような知見に基づいてこの出願の発明を完成させている。

例えば、インサート部材を金型内に載置し、通常の射出成形における適正溶融樹脂温度が２７０〜３１０℃であるエンジニアリング樹脂を射出し、成形しようとした場合、アルミニウム板（直径６８ｍｍφ、厚さ５ｍｍ）のインサート部材では、インサート部材および金型の温度とも室温では、成形直後に樹脂割れが発生する。また、インサート部材温度を２３０℃に予加熱しても、金型温度が室温では、成形直後に樹脂割れが発生する。一方、インサート部材温度を室温とし、金型温度を８０℃に予加熱しても、成形直後に樹脂割れが発生する。さらに、インサート部材温度を室温とし、金型温度を１５０℃に予加熱しても、成形直後に樹脂割れが発生する。一方、これら方法に対し、前記のとおりのこの出願の発明によれば、インサート部材と金型を、別々に各々定められた温度に予加熱し、溶融樹脂を定められた圧力で射出した後、さらに金型内の圧力を定められた時間保持してから、成形物を金型から取り出し、室温まで徐冷する場合には、金型内で配向した高分子鎖が緩和し、また、高分子の結晶化が進み、コーティング樹脂の内部ひずみが少ない安定な構造となり、結果として、成形品の樹脂割れが発生せず、成形法として極めて優れたものとなる。

また、この出願の発明によって、金属歯車類の表面に樹脂コーティングする方法とこれによる樹脂被覆歯車類が提供される。このような樹脂被覆歯車類は、成形後および使用時においても、コーティング樹脂の割れや剥離等が起こらず、さらには、高強度、高剛性、耐衝撃性、耐疲労性、耐摩耗性、耐久性、騒音低減性に優れた歯車類として広い利用価値がある。

１．モータ
２．トルク計
３．駆動歯車
４．被動歯車
５．トルク計
６．歯車ポンプ
７．リリーフバルブ
８．作動油タンク

Claims

金属歯車類の表面に樹脂をコーティングする方法であって、前記金属歯車類をショットブラスト処理した後にシランカップリング処理する表面前処理工程と、コーティング樹脂として脂肪族ポリアミドをマトリックス相としポリフェニレンエーテルを分散相とするポリマーアロイを主成分とする樹脂を用いて、この前処理された金属歯車類を８０℃以上前記樹脂の溶融射出温度−２０℃以下の範囲内で、また、成形用金型を７０℃以上前記樹脂の溶融射出温度−８０℃以下で且つ前記金属歯車類より低温の範囲内で、各々予め定められた温度に加熱する予加熱工程と、予加熱された前記金属歯車類が予加熱された前記金型内に位置された状態で、溶融樹脂を射出する成形工程と、成形物を金型内で保持する保持工程と、前記成形物を金型から取り出し、室温まで徐冷する冷却工程とを含み、−４０℃〜２００℃の温度範囲の空気雰囲気中で樹脂割れが発生しないインサート成形品とすることを特徴とする金属歯車類の樹脂コーティング方法。
前記金属歯車類が動力および／または回転角を伝達するための金属歯車、あるいは、動力を伝達するための金属スプライン類およびセレーションであることを特微とする請求項１に記載の金属歯車類の樹脂コーティング方法。
前記金属歯車類が、鋼、鉄、銅、アルミニウム、チタンまたはそれらを含む合金、あるいはそれらの複合部材より選ばれた少なくとも１種であることを特徴とする請求項１または２に記載の金属歯車類の樹脂コーティング方法。
前記金属歯車類の表面にコーティングされる前記樹脂の厚さが、５μｍ〜３０ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の金属歯車類の樹脂コーティング方法。
歯部分が接触回転して、動力伝達および／または回転角伝達する１組の歯車対を構成する２個の歯車のすべての歯面が請求項１ないし４のいずれかに記載の樹脂コーティング方法により得られた成形品として用いられるか、一方の歯車のすべての歯面（歯接触部位）が、請求項１ないし４のいずれかに記載の樹脂コーティング方法により得られた成形品であって、これと噛み合うもう一方の歯車の歯面が樹脂コーティングされていない金属歯車として用いられることを特徴とする樹脂被覆金属歯車類。
請求項１ないし４のいずれかに記載の樹脂コーティング方法により得られた樹脂被覆金属歯車類であって、歯面の一部が樹脂コーティングされている歯車の場合には、この歯車の樹脂コーティングされていない歯面と接触して噛み合うもう一方の歯車の歯面が樹脂コーティングされて用いられることを特徴とする樹脂被覆金属歯車類。