JPH0350267A - 歯車成形品 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は樹脂製歯車に関する。さらに詳しくは、高温で
の歯元強度が高く、高精度、低騒音、軽量、耐摩耗性で
、製造が容易で大量生産に適し、低価格の樹脂製歯車に
関する。

〔従来の技術とその課題〕

樹脂製の歯車は、金属製に比べ軽量、自己潤滑性、耐腐
蝕性、低騒音性、加工性、量産性に優れ、なおかつ低価
格であるなどの特徴を持つため、自動車機器部品分野や
電子・電機機器部品分野、一般機械分野など各種方面に
広く利用されている。

しかるに、樹脂製の歯車は、一般に金属に比して機械的
強度が低く、耐熱性、熱変形性、加工時の収縮等による
寸法精度等の点で難点があり、小型化、高強度化、使用
温度範囲の拡大等に対して、尚充分でない。樹脂の中で
は射出成形の可能な熱可塑性樹脂であるポリアセタール
樹脂が各種の物性のバランスが良く、生産性も高いため
、歯車用樹脂材料として重用されてきた。しかし最近、
さらに−層の高温度、高負荷が要求される分野にまで樹
脂製歯車を使用したいとの要望が強く、かかる条件下で
はポリアセクール樹脂といえども高温になると強度が低
くなり、あるいは軟化変形して用をなさない場合がある
。

特に最近、自動車分野で使用されている、ウィンドシー
ルドワイパー駆動用の歯車や、パワーウィンド駆動用の
歯車などは、限られた空間にとりつける必要上、モータ
ーに連結した歯車の場合が多く、モーターの発熱によっ
て歯車が高温となる上に、小型化が要求されているため
、従来の樹脂では歯元強度が不足して使用に耐えなくな
ってきている。尚、高融点、高軟化点を有し高温にても
変形し難い樹脂は多々存在するが、歯車として要求され
る諸物性を備え且つ経済性をも満足するものは得難いの
が実情である。

即ち樹脂製歯車としての利点、例えば軽量、自己潤滑性
、耐腐蝕性、低騒音性、あるいは大量生産に適し製造が
容易という特徴を損なう゛ことなく、欠点となっている
高温下での機械的物性、特に歯元強度が改良された樹脂
製歯車の提供を可能にすることが、現在、重要課題とな
っている。

ポリフェニレンサルファイドに代表されるポリ了り−レ
ンサルファイド樹脂は耐熱性も高く、又一般に歯車に適
するとされているが、本発明者らの検討では、一般のポ
リアリーレンサルファイド又はその組成物では高温下の
歯元強度が尚充分ではなく、更に一層の工夫改善が切望
されていた。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者等は、このような問題点を解決し、最近とみに
需要の高まっている、高い温度条件で使用できる歯車を
完成すべく鋭意研究した結果、基体樹脂としてポリアリ
ーレンサルファイド樹脂を使用し、特にその内でも特定
の分子量の高い、実質上直鎖状の分子構造を有するポリ
マーを無機充填剤と併用することによって、目的とする
高温で歯元強度の高い樹脂製の歯車を得ることに成功し
、本発明に到達した。

すなわち本発明は （Ａ）溶融粘度（温度３１０℃、剪断速度１２００／秒
）が１０００〜５０００ポイズの実質上直鎖状のポリア
リーレンサルファイド樹脂　１００重量部（Ｂ）無機充
填剤　５〜４００重量部 からなる樹脂組成物を成形してなる歯車成形品である。

又、前記の（Ａ）、　　（Ｂ）成分に加え、さらに（Ｃ
’）成分としてアミノアルコキシシラン、エポキシアル
コキシシラン、メルカプトアルコキシシラン、ビニルア
ルコキシシランからなる群より選ばれた少なくとも１種
のシラン化合物０．０１〜５重量部を配合した樹脂組成
物を成形してなる歯車成形品は、さらに−段と高温での
歯元強度が高く、実用上有用な歯車成形部品であること
を見出すに至った。

本発明の歯車に用いる組成物において（Ａ）成分として
の基体樹脂はポリアリーレンサルファイド樹脂（以下、
ＰＡＳと略称）であり、繰り返し単位−（Ａｒ−３−）
−（ただしＡｒはアリーレン基）で主として構成された
ものである。

アリーレン基としては、例えば、 （ただしＲはアルキル基、好ましくはＣ，〜Ｃ６のアル
キル基、又はフェニル基、ｎは１〜４の整数。） ｐ、ｐ−ジフェニレンスルフォン基 ｐ、ｐ −ジフェニレンエーテル基 ｐ、ｐ −ジフェニレンカルボニル基 などが使用できる。

この場合、前記のアリーレン基から構成されるアリーレ
ンサルファイド基の中で、同一な繰り返し単位を用いた
ポリマー、即ちホモポリマーを用いることができるし、
組成物の加工性という点から、異種繰り返し単位を含ん
だコポリマーが好ましい場合もある。

ホモポリマーとしては、アリーレン基としてｐ−フユニ
レン基を用いた、ポリルーフユニレンサルファイド（以
下、ＰＰＳと略称）が特に好ましく用いられる。

コポリマーとしては、前記のアリーレン基からなるアリ
ーレンサルファイド基の中で、相異なる２種以上の組み
合わせが使用できるが、中でもｐ−フェニレンサルファ
イド基とｍ−フェニレンサルファイド基を含む組み合わ
せが特に好ましく用いられる。このなかでｐ−フェニレ
ンサルファイド基を６０モル％以上、より好ましくは７
０モル％以上含むものが、耐熱性、成形性、機械的特性
等の物性上の点から適当である。

又、ｍ−フェニレンサルファイド基は５〜４０モル％、
特に１０〜２５モル％が好ましい。

この場合、成分の繰り返し単位がランダム状のものより
、ブロック状に含まれているもの（例えば特開昭６１−
１４２２８号公報に記載のもの）が、加工性はほぼ同等
であるが、耐熱性、機械的物性が優れており、好ましく
使用できる。

これらの中で、本発明に使用する成分（Ａ）としては、
２官能性ハロ芳香族化合物を主体とするモノマーから縮
重合によって得ちれる実質的に線状の分子構造のポリマ
ーであることが好ましい。

ポリアリーレンサルファイドには線状構造のポリマー以
外にも、縮重合させるときに、３個以上のハロゲン置換
基を有するポリハロ芳香族化合物等の架橋性モノマーを
少量用いて架橋構造を形成させたポリマーや、或いは前
記の線状構造ポリマーを酸化架橋又は熱架橋したポリマ
ーが存在し、むしろ一般の市販品としては架橋タイプの
ＰＰＳが従来より広く知られているが、本願の目的とす
る効果を充分発現するためには、かかる架橋タイプのＰ
ＡＳ　（ＰＰＳ）では不充分である。即ち本発明に於い
て用いられるＰＡＳ　（ＰＰＳ）は上記の如き強度の架
橋、分岐構造を形成することのない実質上、直鎮状のＰ
ＡＳ　（ＰＰＳ）を主体とするものが好ましいが、一部
の分岐又は架橋ポリマーの併用を妨げるものではない。

次に、本発明に使用する成分（Ａ）としてのＰＡｓは溶
融粘度（温度３１０℃、剪断速度１２００／秒）が１０
００〜５０００ポイズなることが肝要であり、その中で
も１４００〜４０００ポイズの範囲にあるものは、機械
的物性が優れており特に好ましい。かかる粘度は一般の
ＰＰＳに比して高く、高分子量のものを意味し、前記の
分子構造要件と共に本願の重要な要件である。溶融粘度
が過小の場合は、歯元強度が充分でないため好ましくな
い。

又溶融粘度が５０００ボイズをこえると射出成形時に樹
脂組成物の流動性が悪く成形作業が困難になるため好ま
しくない。

さらに本発明の成分（Ａ）として、その目的に支障のな
い範囲でＰＡＳの他に、他の熱可塑性樹脂を補助的に少
量併用することも可能である。

ここで用いられる他の熱可塑性樹脂としては、高温にお
いて安定な熱可塑性樹脂であればいずれのものでもよい
。

例えばポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレ
フタレート等の芳香族ジカルボン酸とジオールあるいは
オキシカルボン酸などからなる芳香族ポリエステル、ポ
リアミド、ポリカーボネート、ＡＢＳ、ポリフェニレン
オキサイド、ポリアルキルアクリレート、ポリアセター
ル、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリエーテ
ルイミド、ポリエーテルケトン、フッ素樹脂などをあげ
ることができる。またこれらの熱可塑性樹脂は２種以上
混合して使用することもできる。

本発明の歯車に用いる組成物において（Ｂ）成分の無機
充填剤は、高温雰囲気下での剛性を保ち歯元強度を向上
する為に必須とされる成分である。これには、繊維状、
粉粒状、板状の充填剤が用いられる。

このなかで、繊維状充填剤は特に歯元強度向上効果が大
きいため好んで用いられるものであり、これには、ガラ
ス繊維、アスベスト繊維、カーボン繊維、シリカ繊維、
シリカ・アルミナ繊維、ジルコニア繊維、窒化硼素繊維
、窒化硅素繊維、硼素繊維、チタン酸カリ繊維、更にス
テンレス、アルミニウム、チタン、銅、真鍮等の金属の
繊維状物などの無機質繊維状物質が挙げられる。特に代
表的な繊維状充填剤はガラス繊維又はカーボン繊維であ
る。なお、ポリアミド、フッ素樹脂、アクリル樹脂など
の高融点有機質繊維状物質も使用することができる。

一方、粉粒状充填剤としてはカーボンブラック、シリカ
、石英粉末、ガラスピーズ、ガラス粉、硅酸カルシウム
、硅酸アルミニウム、カオリン、タルク、クレー、珪藻
土、ウオラストナイトの如き硅酸塩、酸化鉄、酸化チタ
ン、酸化亜鉛、アルミナの如き金属の酸化物、炭酸カル
シウム、炭酸マグネシウムの如き金属の炭酸塩、硫酸カ
ルシウム、硫酸バリウムの如き金属の硫酸塩、その他炭
化硅素、窒化硅素、窒化硼素、各種金属粉末等が挙げら
れる。

又、板状充填剤としてはマイカ、ガラスフレーク、各種
の金Ｒｆｌｉ等が挙げられる。

これらの無機充填剤は一種又は二種以上併用することも
できる。

これらの充填剤は、歯元強度を向上するために、あらか
じめ収束剤又は表面処理剤で処理しておくことが望まし
い。この処理剤としては、エポキシ系化合物、イソシア
ネート系化合物、シラン系化合物、チタネート系化合物
等があげられる。

無機充填剤の使用量はポリアリーレンサルファイド樹脂
１００重量部あたり５〜４００重量部であり、好ましく
は１０〜２００重量部である。５重量部より過小の場合
は剛性や歯元強度が十分でなく、過大の場合は成形作業
が困難になる。

次に本発明の歯車に用いる組成物において、（Ｃ）成分
として前記（Ａ）、　　（Ｂ）成分と併用して配合され
ることが好ましいシラン化合物は、アミノアルコキシシ
ラン、エポキシアルコキシシラン、メルカプトアルコキ
シシラン、ビニルアルコキシシランの１種又は２種以上
である。

アミノアルコキシシランとしては、１分子中にアミノ基
を１個以上有し、アルコキシ基を２個あるいは３個有す
るシラン化合物であればいずれのものでも有効で、たと
えばγ−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｔ−アミ
ノプロピルトリメトキシシラン、Ｔ−アミノプロピルメ
チルジェトキシシラン、Ｔ−アミノプロピルメチルジメ
トキシシラン、Ｎ−β（アミノエチル）−γ−アミノプ
ロピルトリエトキシシラン、Ｎ−β（アミノエチル）−
Ｔ−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−β（アミ
ノエチル）−丁−アミノプロピルメチルジェトキシシラ
ン、Ｎ−β（アミノエチル）−Ｔ−アミノプロピルメチ
ルジメトキシシラン、Ｎ−フェニル−γ−アミノプロピ
ルトリメトキシシラン等があげられる。

エポキシアルコキシシランとしては、１分子中にエポキ
シ基を１個以上有し、アルコキシ基を２個あるいは３個
有するシラン化合物であればいずれのものでも有効で、
例えばγ−グリシドキシプロビルトリメトキシシラン、
β−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメ
トキシシラン、Ｔ−グリシドキシプロピルトリエトキシ
シラン等があげられる。

メルカプトアルコキシシランとしては、１分子中にメル
カプト基を１個以上有し、アルコキシ基を２個あるいは
３個有するシラン化合物であれぽいずれのものでも有効
で、たとえばｒ　−メルカプトプロピルトリメトキシシ
ラン、Ｔ−メルカプトプロピルトリエトキシシラン等が
あげられる。

ビニルアルコキシシランとしては、１分子中にビニル基
を１個以上有し、アルコキシ基を２個あるいは３個有す
るシラン化合物であればいずれのものでも有効で、例え
ばビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラ
ン、ビニルトリス（β−メトキシエトキシ）シラン等が
あげられる。

本発明で用いられる前記アルコキシシランの使用量はポ
リアリーレンサルファイド樹脂１０１）重量部あたり０
．０１〜５重量部であり、好ましくは０．１〜３重量部
である。０．０１重量部より過小の場合には本来の目的
とする歯元強度向上効果が得られず、又過大の場合は成
形作業が困難になるため好ましくない。

更に、本発明の歯車材料に用いる組成物には、一般に熱
可塑性樹脂および熱硬化性樹脂に添加される公知の物質
、すなわち酸化防止剤や紫外線吸収剤等の安定剤、帯電
防止剤、離型剤、難燃剤、染料や顔料等の着色剤、潤滑
剤および結晶化促進剤、結晶核剤等も要求性能に応じ適
宜添加することができる。

本発明の歯車に用いるポリアリーレンサルファイド樹脂
組成物は、一般に合成樹脂組成物の調製に用いられる設
備と方法により調製することができる。すなわち必要な
成分を混合し、１軸又は２軸の押出機を使用して混練し
、押出して成形用ペレットとすることができ、必要成分
の一部をマスターバッチとして混合して溶融押出しする
こと等、いずれも可能である。

本発明の歯車成形品の作成は、一般の熱可塑性樹脂成形
品に用いられる通常の方法で可能であり、前記の樹脂組
成物ペレットを用い、射出成形機によって射出成形する
のが一般的である。

射出成形以外にも押出成形、プレス成形、打抜き加工、
切削加工等の手段を用いて成形することも可能である。

又、射出成形においてアウトサート成形、インサート成
形により歯車部品に金属その他異種材料の軸等の付属品
を組込んだ一体成形品として成形することも可能である
。

本発明の歯車とは、例えば平歯車、円筒歯車が代表的な
ものであるが、それ以外にも、カミアイピッチ円が力の
伝達方向と同一平面上になく、もしくはピッチツルマキ
線がピッチ円筒の軸方向に平行でない歯車類、すなわち
ハスバ歯車、ヤマバ歯車、スグバカサ歯車、マガリバカ
サ歯車、ゼロールカサ歯車、ネジ歯車、ハイポイド歯車
、ウオーム歯車、条件ウオーム歯車等の歯車類−切を包
含する。

これらの歯車等は、電子・電気機器分野、自動車分野、
その他一般の機械、機器、雑貨等、各種分野に部品とし
て利用が可能である。

特に使用環境の厳しい複写機等の電子・電気分野や、ウ
ィンドシールドワイパー、パワーウィンドー、パッシブ
ベルト、ルーフウィンドーバックミラー、カーアンテナ
、シートスライド調整装置、リトラクタブルランプ等の
駆動用として、自動車分野での使用に適している。

〔実施例〕

以下実施例により本発明を更に具体的に説明するが、本
発明はこれらに限定されるものではない。

実施例１〜１２ 表−１に示す様に、（Ａ）成分であるポリフェニレンサ
ルファイド樹脂に対し、必要に応じて（Ｃ）成分のシラ
ン化合物を表−１に示す量で加え、ヘンシェルミキサー
で２分間混合した。

さらに（Ｂ）成分の無機充填剤を表−１に示す量で加え
、ブレンダーで３０秒間混合した。これをシリンダー温
度３１０℃の押出機で混練しポリフェニレンサルファイ
ド樹脂組成物のペレットをつくった。このペレットを用
い、射出成形機でシリンダー温度３２０℃、金型温度１
５０℃で、ＡＳＴＭ試験片を成形し、引張り強さと引張
り伸び、曲げ弾性率、熱変形温度を測定した。

又、射出成形機を用いてシリンダー温度３２０℃、金型
温度１５０℃で、歯車用金型を用い、スチール製の軸を
インサートした平歯車を射出成形した。平歯車は第１図
に示すような形状で、ピッチ円直径５７．８ｍｍ、モジ
ュール１．１ｍｍである。

成形した平歯車を２４時間、２３℃、５０％湿度に放置
した後、２３℃および８０℃における歯元強度を測定し
た。歯元強度は固定した金属製ウオームギアのウオーム
に前記の成形した平歯車をかみあわせ、この平歯車を強
制的に回転させて、破壊時の強度を島津製ネジリ試験機
で測定した。

尚、樹脂の溶融粘度は東洋精機製作新製キャビログラフ
ＩＢ型装置によって測定した。キャピラリーは１ｍｍφ
Ｘ　１０ｍｍＬを用い、バレル温度３１０℃、剪断速度
は１２０／ｓｅｃから１２０００／ｓｅｃの範囲で測定
し、その中で１２００／ｓｅｃのときの測定値を溶融粘
度とした。結果を表−１にあわせて示す。

比較例１〜５ 本願の要件に入らないＰＰＳ組成物、即ち（Ｂ）成分の
存在しないもの、粘度が１０００ボイズ以下のＰＰＳを
使用したもの、実質上直鎮状でない分子構造のものにつ
いても開襟に試験した。結果を表−１に示す。

比較例６．７ ＰＰＳのかわりにポリアセタール樹脂（ＰＯＭ）及びそ
の組成物を用い、射出成形機シリンダー温度２００℃、
成形時の金型温度８０℃で射出成形して物性評価を行っ
た。結果を表−１に示す。

〔発明の効果〕

前述の説明で明らかな様に、本発明の歯車は次の様な効
果を有する。

（１）　　従来の樹脂歯車に比較し、高温雰囲気下での
歯元強度が高いため歯車機構を小型化することができる
。そのため、機械設計上の自由度が増す。

（２）歯元強度が高いため、高温、高負荷の用途に使用
できる。例えば自動車分野のウィンドシールドワイパー
用歯車に応用すると、高負荷を要求されるトラック分野
等にも適用できる。

（３）耐湿性が高く寸法変化が極めて少ないため、高温
多湿等の苛酷な条件下で使用される歯車に適用できる。

（４）樹脂歯車の持つ、軽量、易加工性、量産性、耐腐
蝕性、耐摩擦摩耗性、低騒音性等の特長を合わせもつ。

（５）金属製歯車に比べ低価格である。

【図面の簡単な説明】

第１図は試験に使用したスチール軸付の平歯車を示す図
であり、（ａ）は縦断面図、ら）は平面図である。 １・・・樹脂製平歯車 ２・・・スチール軸 Ｇ・・・ゲート

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　（Ａ）溶融粘度（温度３１０℃、剪断速度１２００
   ／秒）が１０００〜５０００ポイズの実質上直鎖状のポ
   リアリーレンサルファイド樹脂１００重量部 （Ｂ）無機充填剤５〜４００重量部 からなる樹脂組成物を成形してなる歯車成形品。 ２　請求項１記載の（Ａ）、（Ｂ）成分に、さらに（Ｃ
   ）成分としてアミノアルコキシシラン、エポキシアルコ
   キシシラン、メルカプトアルコキシシラン、ビニルアル
   コキシシランからなる群より選ばれた少なくとも１種の
   シラン化合物０．０１〜５重量部を配合した樹脂組成物
   を成形してなる歯車成形品。