JP4569799B2

JP4569799B2 - 結合部材の製造方法

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Publication number: JP4569799B2
Application number: JP2001250706A
Authority: JP
Inventors: 浩二北畑
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2001-08-21
Filing date: 2001-08-21
Publication date: 2010-10-27
Anticipated expiration: 2021-08-21
Also published as: JP2003056588A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えばスプライン継手やギヤ等の動力伝達用の結合部材の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
スプライン軸などの結合部材においては、摺動抵抗の低減と防音とを目的として、他部材への嵌合部（スプライン軸の場合は、軸身に直接多数のキーを削成したスプライン部）を樹脂の層で被覆することが行われる（例えば特公平２−１９３２５号公報、特許第３０９８１０５号公報等）。
詳しくは上記嵌合部の表面を、エポキシ樹脂などの接着剤を塗布して形成した第１の樹脂層（アンダーコート層）と、この第１の樹脂層を覆う、ポリアミド樹脂などからなる第２の樹脂層とでこの順に被覆する。
【０００３】
かかる２層構造の樹脂の層は、第１の樹脂層で下地金属との密着性を確保し、かつ第２の樹脂層で、摺動抵抗の低減と防音とを達成しようとするものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
第２の樹脂層を形成する樹脂として従来は、ポリアミド樹脂のうち、摺動抵抗の低減や防音の効果に優れたナイロン１１、１２を用いていた。しかしこれらの樹脂は耐熱性が十分でないため、高温での用途に適さないという問題があった。
そこで摺動抵抗の低減や防音の効果を維持しつつ耐熱性を向上するために、上記のものよりも耐熱性に優れたポリアミド樹脂〔例えばナイロン６６、４６、芳香族ポリアミド（ナイロンＭＸＤ６など）〕や、あるいはポリエステル樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂等を用いて第２の樹脂層を形成することを検討した。
【０００５】
しかしこれらの樹脂を主体とする第２の樹脂層を、特に粉体塗料の塗布、焼付けなどの、樹脂の加熱溶融をともなう工程を含む方法によって形成した場合には、エポキシ樹脂などの接着剤からなる第１の樹脂層が熱劣化して、下地金属や第２の樹脂層との密着性が低下することが判明した。
この発明の目的は、嵌合部を被覆する第１の樹脂層の耐熱性、および下地金属や第２の樹脂層との密着性をこれまでよりも向上して、より高温での使用に適した結合部材を製造するための製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、発明者は、第１の樹脂層を形成する樹脂について種々検討を行った。その結果、分子内にイミド基とアミド基とを有するポリアミドイミド樹脂が、
(a) 周知のように高い耐熱性を有する上、
(b) 上記イミド基の機能によって下地金属との密着性に優れるとともに、上記アミド基の機能によって第２の樹脂層を形成するポリアミド樹脂などの樹脂との密着性に優れており、しかも
(c) 上記のように高い耐熱性を有するがゆえに、第２の樹脂層を形成する際の加熱などによって密着性が低下するおそれのない、極めて良好な特性を有する第１の樹脂層を形成しうることを見出し、この発明を完成するに至った。
【０００７】
すなわち請求項１記載の発明は、他部材への嵌合部を備えるとともに、少なくとも上記嵌合部の表面を金属にて形成して、第１の樹脂層と、この第１の樹脂層を覆う第２の樹脂層とでこの順に被覆してなり、かつ上記第１の樹脂層を、上記金属との接着に寄与するイミド基と、上記第２の樹脂層を形成する樹脂との接着に寄与するアミド基とを有するポリアミドイミド樹脂にて形成した結合部材を製造するための製造方法であって、
ワニス状のポリアミドイミド樹脂と、上記ワニス中の樹脂分１００重量部あたり１〜５重量部の、硬化剤としてのエポキシ樹脂とを含む液状の塗布液を調製する工程と、
上記塗布液を上記結合部材の嵌合部に塗布したのち乾燥させて第１の樹脂層を形成するとともに、上記ポリアミドイミド樹脂とエポキシ樹脂とを硬化反応させる工程と、
を含むことを特徴とする結合部材の製造方法である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１(a)は、この発明によって製造される結合部材の、実施の形態の一例としてのスプライン軸を示す斜視図、図１(b)は、上記スプライン軸の要部であるスプライン部（嵌合部）の拡大断面図である。
これらの図に見るようにこの例のスプライン軸１は、軸本体１０の先端に、図示しない他部材との嵌合部として、軸身に直接多数のキー１１ａ…を削成してスプライン部１１を形成したものである。そしてこのスプライン部１１を、図１(b)に拡大して示したように、ポリアミドイミド樹脂からなる第１の樹脂層２１と、この第１の樹脂層２１を覆う第２の樹脂層２２とでこの順に被覆している。
【０００９】
上記のうちスプライン軸１は、従来同様に鉄、非鉄金属もしくはこれらの合金などの金属によって製造する。
スプライン軸１の、スプライン部１１の表面は、第１の樹脂層２１の密着性をさらに向上すべく、当該第１の樹脂層２１の形成に先立って脱脂、ブラスト処理などの前処理を行っておくのが好ましい。
第１の樹脂層２１を形成するポリアミドイミド樹脂としては、主鎖中にアミド基とイミド基とを有する、従来公知の種々のポリアミドイミド樹脂がいずれも使用可能である。
【００１０】
ただし第１の樹脂層２１の耐熱性などを考慮すると、主鎖中に芳香族基を有する芳香族ポリアミドイミド樹脂が好ましい。特に、溶媒可溶でワニス化が容易である上、乾燥後は高い耐熱性、ヒートサイクル性、耐衝撃性を有する第１の樹脂層２１を形成しうる直鎖非熱可塑型の芳香族ポリアミドイミド樹脂が好ましい。
またポリアミドイミド樹脂としては、主に金属との接着に寄与するイミド基と、ポリアミド樹脂などとの接着に寄与するアミド基との比率がモル比で１：１であるものが、下地金属および第２の樹脂層２２との密着性を向上する効果のバランスに優れるため特に好ましい。
【００１１】
上記の条件を満たすポリアミドイミド樹脂の好適な例としては、あらかじめ溶媒に溶解したワニス状で供給される、東洋紡績(株)製の商品名バイロマックスシリーズのポリアミドイミド樹脂などを挙げることができる。
第１の樹脂層２１は、上記スプライン部１１の表面に、ワニス状のポリアミドイミド樹脂と、硬化剤としてのエポキシ樹脂とを含む液状の塗布液を塗布したのち乾燥させるとともに樹脂を硬化させることによって形成される。これにより、耐熱性、ヒートサイクル性などに優れるとともに耐薬品性にも優れた第１の樹脂層２１を形成することが可能となる。
【００１２】
エポキシ樹脂としては、例えばジャパンエポキシレジン(株)製の商品名エピコート１５２などの、ポリアミドイミド樹脂中の官能基（例えばアミノ基、カルボニル基など）と反応して架橋構造を形成して樹脂を硬化させうる種々のエポキシ樹脂を、いずれも使用することができる。
【００１３】
上記ワニス状のポリアミドイミド樹脂とエポキシ樹脂との併用系において、ワニス中の樹脂分１００重量部に対して、エポキシ樹脂の添加量は１〜５重量部とする必要があり、３重量部前後とするのが好ましい。
エポキシ樹脂の添加量がこの範囲未満では、当該エポキシ樹脂を硬化剤として添加したことによる、架橋構造を形成して耐熱性などを向上させる効果が十分に得られない。一方、添加量がこの範囲を超えると、架橋構造はより緻密になるものの、エポキシ樹脂自体の耐熱性の低さゆえに、第１の樹脂層２１の全体としての耐熱性が低下する。
【００１４】
第１の樹脂層２１は、上記の各成分を含む液状の塗布液を、例えばディップコート法等の種々の塗布方法によってスプライン部１１の表面に塗布したのち、所定の温度で乾燥させて溶媒を除去し、さらに硬化剤を含有する場合は当該硬化剤とポリアミドイミド樹脂とを硬化反応させることで形成する。
硬化反応は、第２の樹脂層２２の積層に先行して独立して行ってもよい。ただし後述するように、第２の樹脂層２２を粉体塗料を用いて形成する場合は、連続した第２の樹脂層２２を形成するための加熱時（例えば静電粉体塗装法の場合は、粉体塗料を静電付着させた後の、高周波誘導加熱などによる溶融流展時）に同時に、硬化剤とポリアミドイミド樹脂とを硬化反応させるのが、主に省エネルギーの点で好ましい。
【００１５】
第１の樹脂層２１の厚みは特に限定されないが、２〜３０μｍとするのが好ましく、５〜１０μｍとするのがさらに好ましい。
第１の樹脂層２１の厚みがこの範囲未満では、当該第１の樹脂層２１による、下地金属および第２の樹脂層２２との密着性を向上する効果が不十分になるおそれがある。逆にこの範囲を超える場合には、第１の樹脂層の形成が困難になるおそれがある上、第１の樹脂層内に溶媒成分が残りやすく、残った溶媒成分が、第２の樹脂層を形成する際の加熱で発泡するおそれもある。
【００１６】
第１の樹脂層２１の厚みを上記の範囲に調整するには、例えばディップコート法で第１の樹脂層２１を形成する場合、塗布液の粘度を調整したり、ディップコート法においてスプライン部１１の塗布液からの引き上げ速度を調整したり、あるいはディップコートの回数を調整したりすればよい。また塗布液の粘度を調整するには、ポリアミドイミド樹脂やエポキシ樹脂の分子量を調整したり、塗布液中の樹脂分の濃度を調整したりすれば良い。
【００１７】
塗布液中の樹脂分の濃度を調整してその粘度を調整するためには、有機溶媒を用いればよい。塗布液の粘度を調整するために用いたり、あるいはポリアミドイミド樹脂をワニス化するために用いたりする有機溶媒としては、例えばＮ−メチル−２−ピロリドン、γ−ブチロラクトン、テトラヒドロフラン、シクロヘキサノン、エタノール、ｎ−ブタノールなどの極性溶媒の１種または２種以上や、かかる極性溶媒と、キシレン、トルエンなどとの混合溶媒などが挙げられる。
【００１８】
上記第１の樹脂層２１を覆う第２の樹脂層２２は、従来同様にポリアミド樹脂、特にナイロン６６、４６、芳香族ポリアミド（ナイロンＭＸＤ６など）等の耐熱性に優れたポリアミド樹脂や、あるいはポリエステル樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂などによって形成するのが好ましい。
これにより、スプライン軸等の結合部材を、例えば自動車のステアリング装置における動力伝達用などの、高温での用途に適したものとすることができる。
【００１９】
上記の、耐熱性に優れた樹脂によって第２の樹脂層２２を形成するには、例えば特許第３０９８１０５号公報に記載されているように、第２の樹脂層２２の外形に対応したキャビティを有する金型内に、第１の樹脂層２１までを形成したスプライン部１１を挿入し、両者間の空隙内に溶融した樹脂を注入して第２の樹脂層２２を形成する方法を採用しても良い。
ただし前述したように樹脂の粉体塗料を作製し、これを第１の樹脂層２１上に塗布して焼付けるのが好ましい。
【００２０】
これらの、樹脂の加熱溶融をともなう工程を含む方法によって第２の樹脂層２２を形成しても、前記のようにポリアミドイミド樹脂は極めて耐熱性に優れるため、第１の樹脂層２１が熱劣化して、下地金属や第２の樹脂層２２との密着性が低下することはない。
第１の樹脂層２１上に粉体塗料を塗布して第２の樹脂層２２を形成する方法としては、たとえば流動浸漬法、静電粉体塗装法等の種々の方法を採用できる。
【００２１】
静電粉体塗装法で第１の樹脂層２１上に塗布した粉体塗料は、例えば高周波誘導加熱などによって溶融流展させたのち冷却することにより、連続した第２の樹脂層２２とすることができる。
第２の樹脂層２２の厚みについても特に限定されないが、１００〜３００μｍとするのが好ましく、１５０〜２００μｍとするのがさらに好ましい。
第２の樹脂層２２の厚みがこの範囲未満では、当該第２の樹脂層２２による、摺動抵抗の低減と防音の効果が不十分になるおそれがある。逆にこの範囲を超える場合には、摩耗量が増えるおそれがある。
【００２２】
なお第２の樹脂層２２には、摺動抵抗の低減と防音の効果をさらに向上させるために、フッ素樹脂やシリコーン樹脂等の、表面エネルギーの小さい材料からなる粉末を分散させても良い。
これらの粉末は、例えば粉体塗料と同時に、あるいは別個に、静電粉体塗装法などによって第１の樹脂層２１上に所定量を供給した後、粉体塗料の溶融流展による第２の樹脂層２２の形成によって、当該樹脂層２２中に分散させることができる。
【００２３】
なおこの発明によって製造される結合部材の構成は、以上で説明したスプライン軸には限定されず、例えばスプライン軸を受けるスリーブ側の嵌合部や、あるいはギヤ等の、従来公知の種々の結合部材に適用することができる。
【００２４】
【実施例】
以下にこの発明を、実施例、比較例に基づいて説明する。
実施例１
〈下地金属の処理〉
結合部材の嵌合部を形成する下地金属のモデルとして冷間圧延鋼板を用意し、その表面を脱脂したのちブラスト処理を行った。処理後の表面粗さは、中心線平均粗さＲａ＝５μｍとした。
【００２５】
〈第１の樹脂層の形成〉
ポリアミドイミド樹脂ワニス〔東洋紡績(株)製の商品名バイロマックスＨＲ１１ＮＮ、樹脂分濃度１５重量％〕と、当該ワニス中の樹脂分１００重量部に対して３重量部のエポキシ樹脂〔ジャパンエポキシレジン(株)製のエピコート１５２、フェノール・ノボラック型液状エポキシ樹脂〕と、有機溶媒としてのＮ−メチル−２−ピロリドンとを混合して、２５℃での粘度１０ｄＰａ・ｓの塗布液を調製した。
【００２６】
次いでこの塗布液を、先の冷間圧延鋼板の表面に、ディップコート法によって塗布した後、８０℃で３０分間、乾燥して有機溶媒を除去して、第１の樹脂層を形成した。第１の樹脂層の厚みは１０μｍであった。
〈第２の樹脂層の形成〉
芳香族ポリアミドを粉末化し、分級して、粒径が２００メッシュ通過の粉体塗料を調製した。
【００２７】
次にこの粉体塗料を、先の冷間圧延鋼板の、第１の樹脂層の上に静電塗着法によって塗布し、３５０℃で２分間、高周波誘導加熱して溶融流展させた後、自然放冷して第２の樹脂層を形成するとともに、第１の樹脂層中のポリアミドイミド樹脂とエポキシ樹脂とを、上記高周波誘導加熱によって硬化反応させた。第２の樹脂層の厚みは１８０μｍであった。
上記第１および第２の樹脂層の密着性を、日本工業規格ＪＩＳＫ５４００_-1990「塗料一般試験方法」所載の碁盤目テープ法によって評価した。
【００２８】
すなわちカッターナイフを用いて、第１および第２の樹脂層を貫通して冷間圧延鋼板に達する切り傷を、縦横それぞれ１ｍｍ間隔で１０本ずつ碁盤目状に形成し、その上にセロハン粘着テープを貼り、はがした後の塗膜の付着状況を目視によって観察した。
その結果、１００個の碁盤目のいずれにおいても、塗膜のはく離は全く見られなかった。そしてこのことから、第１の樹脂層をポリアミドイミド樹脂にて形成した場合には、第２の樹脂層の形成時に上記第１の樹脂層が熱劣化せず、下地金属や第２の樹脂層との密着性を向上できることが確認された。
【００２９】
比較例１
ポリアミドイミド樹脂からなる第１の樹脂層に代えて、エポキシ樹脂からなる液状の接着剤を用いて第１の樹脂層を形成した。
すなわち前記と同じ処理をした冷間圧延鋼板の表面に、液状のエポキシ樹脂接着剤を塗布して８０℃で３０分間、乾燥させて第１の樹脂層を形成した。
そしてこの第１の樹脂層上に、実施例１と同様にして第２の樹脂層を積層、形成するとともに、第１の樹脂層中のエポキシ樹脂を硬化反応させた。第１および第２の樹脂層の厚みは前記と同じであった。
【００３０】
上記第１および第２の樹脂層の密着性を、前述した碁盤目テープ法によって評価したところ、１００個の碁盤目のうち１０個で、塗膜のはく離が観察された。そしてこのことから、従来構成の第１の樹脂層は、第２の樹脂層の形成時に熱劣化して、下地金属や第２の樹脂層との密着性が低下することが確認された。
【図面の簡単な説明】
【図１】同図(a)は、この発明の製造方法によって製造される結合部材の、実施の形態の一例としてのスプライン軸を示す斜視図、同図(b)は、上記スプライン軸の要部であるスプライン部（嵌合部）の拡大断面図である。
【符号の説明】
１結合部材（スプライン軸）
１１嵌合部（スプライン部）
２１第１の樹脂層
２２第２の樹脂層

Claims

他部材への嵌合部を備えるとともに、少なくとも上記嵌合部の表面を金属にて形成して、第１の樹脂層と、この第１の樹脂層を覆う第２の樹脂層とでこの順に被覆してなり、かつ上記第１の樹脂層を、上記金属との接着に寄与するイミド基と、上記第２の樹脂層を形成する樹脂との接着に寄与するアミド基とを有するポリアミドイミド樹脂にて形成した結合部材を製造するための製造方法であって、
ワニス状のポリアミドイミド樹脂と、上記ワニス中の樹脂分１００重量部あたり１〜５重量部の、硬化剤としてのエポキシ樹脂とを含む液状の塗布液を調製する工程と、
上記塗布液を上記結合部材の嵌合部に塗布したのち乾燥させて第１の樹脂層を形成するとともに、上記ポリアミドイミド樹脂とエポキシ樹脂とを硬化反応させる工程と、
を含むことを特徴とする結合部材の製造方法。
乾燥させた上記第１の樹脂層上に粉体塗料を静電付着させたのち加熱して上記粉体塗料を溶融流展させて第２の樹脂層を形成するのと同時に、第１の樹脂層中でポリアミドイミド樹脂とエポキシ樹脂とを硬化反応させる請求項１記載の結合部材の製造方法。
第２の樹脂層を、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、およびポリフェニレンサルファイド樹脂からなる群より選ばれた少なくとも１種の樹脂の粉体塗料を塗布し、焼付けて形成する請求項１または２記載の結合部材の製造方法。
結合部材はスプライン軸またはギヤである請求項１または２記載の結合部材の製造方法。