WO2014171450A1 - 繊維強化樹脂歯車 - Google Patents

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glass
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憲仕 近江
村上　徹
雅也 塚本
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株式会社エンプラス
マグ・イゾベール株式会社
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    • F16H2055/065—Moulded gears, e.g. inserts therefor

Definitions

  • This invention relates to a fiber reinforced resin gear containing glass wool.
  • an object of the present invention is to provide a fiber-reinforced resin gear with improved wear resistance under high temperature use.
  • the present invention relates to a fiber-reinforced resin gear formed by injecting a resin material containing glass wool into a cavity of a mold.
  • the glass wool is distributed so that the fiber diameter is widely dispersed in the range of 0.1 to 15 ⁇ m, the mode value of the fiber diameter appears between 2 to 5 ⁇ m, and the average fiber diameter is 3 Those with a thickness of ⁇ 5 ⁇ m are used.
  • the wear resistance at high temperature is improved as compared with the conventional fiber reinforced resin gear.
  • FIG. 1 is a view showing a fiber reinforced resin gear according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 1 (a) is a front view of the fiber reinforced resin gear
  • FIG. 1 (b) is taken along the line AA in FIG. It is sectional drawing of the fiber reinforced resin gear shown cut.
  • It is a figure (histogram) which shows the distribution state of the fiber diameter of the glass wool used for the 1st prototype.
  • It is a figure (histogram) which shows the distribution state of the fiber diameter of the glass wool used for the 2nd prototype.
  • It is a figure (histogram) which shows the distribution state of the fiber diameter of the glass wool used for the 3rd prototype.
  • FIG.5 (a) is a figure which shows the abrasion state of the tooth
  • FIG.5 (b) is a figure which shows the abrasion state of the tooth
  • FIG. 6A is a diagram showing the tooth wear state of the second prototype
  • FIG. 6B is a diagram showing the tooth wear state of the second conventional product.
  • FIG. 7A is a diagram showing the tooth wear state of the third prototype
  • FIG. 7B is a diagram showing the tooth wear state of the third conventional product.
  • FIG. 1 is a view showing a fiber-reinforced resin gear 1 according to the present embodiment.
  • This fiber reinforced resin gear 1 is made of a resin material containing glass wool (for example, polyamide (PA), polyacetal (POM), polyphenylene sulfide (PPS), polyphthalamide (PPA), polyetherimide, polyethersulfone, polyketone, Molded by injection of thermoplastic resin such as polyetheretherketone, polysulfone, polyphenylene ether, polyimide, polyamideimide, phenoxy, etc., preferably PA, POM, PPS, PPA, etc.) into the mold cavity
  • a rim 3 is formed on the outer peripheral side of the disc-shaped web 2 and a plurality of teeth 4 (only one is shown in FIG. 1) is formed on the outer peripheral side of the rim 3.
  • a fitting portion 6 is formed at the center of the web 2.
  • Glass wool is obtained by forming glass fiber from C glass or E glass by a centrifugal method and / or a flame method, and is widely dispersed in a fiber diameter range of 0.1 to 15 ⁇ m, preferably 0.5 to 11 ⁇ m.
  • the fiber diameter is distributed such that the mode value appears between 2 and 5 ⁇ m, and the average fiber diameter is 3 to 5 ⁇ m, preferably 4 to 5 ⁇ m.
  • This glass wool is generally called a short fiber, and is different from chopped strands, milled fibers, and the like obtained by processing long fibers.
  • the first prototype is a spur gear that is formed by injecting polyamide (PA66) containing 33% by weight of glass wool (glass made from C glass by centrifugation) into the mold cavity. 1 is formed in the same shape as the fiber-reinforced resin gear shown in FIG.
  • the first prototype is a module 1, a standard involute spur gear having a pressure angle of 20 ° and 30 teeth.
  • FIG. 2 is a diagram (histogram) showing the fiber diameter distribution of the glass wool used in the first prototype.
  • the horizontal axis represents the class of fiber diameter ( ⁇ m) of glass wool
  • the vertical axis represents the amount of glass wool belonging to each class relative to the total amount of glass wool (total weight of glass wool belonging to each class 1 to 11). It represents the ratio (%).
  • Table 1 below shows the relationship between the class of FIG. 2 and the fiber diameter (d).
  • the glass wool used in the prototype is widely dispersed in a fiber diameter range of 0.5 to 11 ⁇ m, and the mode value of the fiber diameter appears between 3 and 4 ⁇ m.
  • the average fiber diameter was 4.7 ⁇ m (actual measured value).
  • the second prototype is a spur gear formed by injecting polyamide (PA66) containing 43% by weight of glass wool (glass made from C glass by centrifugation) into the mold cavity. 1 is formed in the same shape as the fiber-reinforced resin gear shown in FIG.
  • the second prototype is a standard involute spur gear having a module 1, a pressure angle of 20 °, and 30 teeth, like the first prototype.
  • FIG. 3 is a diagram (histogram) showing the fiber diameter distribution of the glass wool used in the second prototype.
  • the horizontal axis represents the class of fiber diameter ( ⁇ m) of glass wool
  • the vertical axis represents the amount of glass wool belonging to each class relative to the total amount of glass wool (total weight of glass wool belonging to each class 1 to 11). It represents the ratio (%).
  • the glass wool used in the prototype is widely dispersed in the fiber diameter range of 1 ⁇ m or less to 9 ⁇ m, and the mode value of the fiber diameter appears between 4 and 5 ⁇ m.
  • the fiber diameter was 4.8 ⁇ m (actual measurement value).
  • the third prototype is a spur gear formed by injecting polyamide (PA66) containing 33% by weight of glass wool (glass made from C glass by centrifugation) into the mold cavity. 1 is formed in the same shape as the fiber-reinforced resin gear shown in FIG.
  • the third prototype is a standard involute spur gear having a module 1, a pressure angle of 20 °, and 30 teeth, like the first prototype.
  • FIG. 4 is a diagram (histogram) showing the fiber diameter distribution of the glass wool used in the third prototype.
  • the horizontal axis represents the class of fiber diameter ( ⁇ m) of glass wool
  • the vertical axis represents the amount of glass wool belonging to each class relative to the total amount of glass wool (the total weight of glass wool belonging to each class 1 to 11). It represents the ratio (%).
  • the glass wool used in the third prototype is widely dispersed in the fiber diameter range of 1 ⁇ m or less to 11 ⁇ m, and the mode value of the fiber diameter appears between 2 and 3 ⁇ m, and the average The fiber diameter was 4.3 ⁇ m (actual measured value).
  • the first conventional product is a spur gear formed by injecting polyamide (PA66) containing 33% by weight of glass long fibers into a cavity of a mold, and the fiber reinforced resin gear 1 shown in FIG. It is formed in the same shape.
  • the first conventional product is a standard involute spur gear having a module 1, a pressure angle of 20 °, and 30 teeth as in the first prototype.
  • polyamide (PA66) containing 33% by weight of glass long fibers corresponds to Leona (registered trademark) 1300G of Asahi Kasei Corporation.
  • the fiber diameter of the long glass fiber used in the first conventional product was 13 ⁇ m (actual value).
  • the second conventional product is a spur gear formed by injecting polyamide (PA66) containing 43% by weight of long glass fibers into a cavity of a mold, and the fiber reinforced resin gear 1 shown in FIG. It is formed in the same shape.
  • the second conventional product is a standard involute spur gear having a module 1, a pressure angle of 20 °, and 30 teeth as in the second prototype.
  • polyamide (PA66) containing 43% by weight of glass long fibers corresponds to Leona (registered trademark) 13G43 of Asahi Kasei Corporation.
  • the fiber diameter of the long glass fiber used in the second conventional product was 13 ⁇ m (measured value).
  • the third conventional product is a spur gear formed by injecting polyamide (PA66) containing 33% by weight of glass long fibers into a cavity of a mold, and the fiber reinforced resin gear 1 shown in FIG. It is formed in the same shape.
  • the third conventional product is a standard involute spur gear having a module 1, a pressure angle of 20 °, and 30 teeth, like the third prototype.
  • polyamide (PA66) containing 33% by weight of glass long fibers corresponds to Zytel (registered trademark) 70G33L manufactured by DuPont.
  • the fiber diameter of the long glass fiber used in the third conventional product was 10 ⁇ m (measured value).
  • Durability test (first durability test) The first durability test is performed in a state where a pair of first prototypes and a pair of first conventional products are engaged with each other, and the number of rotations is 250 rpm in a high temperature environment of 130 ° C. Then, a test torque of 1.5 Nm was applied, and grease was applied to the tooth surface (Toray Dow Corning Co., Ltd .: EM-50L) until the teeth were broken (broken). Table 2 shows the results of the first durability test.
  • the durability of the first prototype in a high temperature (130 ° C.) environment is improved as compared with the first conventional product.
  • the fiber diameter of the first prototype glass wool is widely dispersed as 0.5 to 11 ⁇ m, and the fiber diameter of the first prototype glass wool is smaller than the average fiber diameter of 4.7 ⁇ m.
  • the fiber diameter of the first prototype glass wool (0.5 to 11 ⁇ m) is dispersed in the diameter range (0.5 to 4.7 ⁇ m). If the fiber content of the first prototype is the same as that of the first conventional product, the contact area between the glass wool and the base resin (PA66) of the first prototype is the first.
  • the contact area between the long glass fiber of the conventional product and the base resin (PA66) is larger, and the reinforcing effect of the first prototype fiber (glass wool) is the reinforcing effect of the first conventional fiber (glass long fiber). Is thought to be due to being larger than The
  • the second durability test is performed in a state where a pair of second prototypes and a pair of second conventional products are engaged with each other, and the number of rotations is 1000 rpm in a high temperature environment of 130 ° C. Then, a test torque of 0.4 Nm was applied, and grease was applied to the tooth surface (Toray Dow Corning Co., Ltd .: EM-50L) until the teeth were broken (broken). Table 3 shows the results of the second durability test.
  • the durability of the second prototype in a high temperature (130 ° C.) environment is improved as compared with the second conventional product.
  • the fiber diameter of the glass wool of the second prototype is widely dispersed from 1 ⁇ m or less to 9 ⁇ m, and the fiber diameter of the second prototype glass fiber is smaller than the average fiber diameter of 4.8 ⁇ m.
  • the fiber diameter of the glass wool of the second prototype (from 1 ⁇ m to 9 ⁇ m) is thinner than the fiber diameter of the second conventional glass fiber (13 ⁇ m)
  • the contact area between the glass wool of the second prototype and the base resin (PA66) is the same as that of the second conventional glass long fiber and the base resin (PA66).
  • the reinforcing effect of the second prototype fiber (glass wool) is greater than the reinforcing effect of the second conventional fiber (glass long fiber).
  • the first wear test is performed in a state in which a pair of first prototypes similar to the first durability test and a pair of first conventional products are engaged with each other, and the temperature is 130 ° C. 48 hours (number of meshing times: 7.) in a high temperature environment with a rotational speed of 250 rpm and a test torque of 1 Nm applied and grease (Toray Dow Corning Co., Ltd .: EM-50L) applied to the tooth surface. 2 ⁇ 10 5 times) continuously.
  • FIG. 5 (a) is a diagram showing the state of tooth wear of the first prototype.
  • FIG. 5B is a diagram showing the state of wear of the teeth of the first conventional product.
  • the maximum wear amount on the tooth surface of the first prototype was 0.03 mm, whereas the maximum wear amount on the tooth surface of the first conventional product. was 0.12 mm, and the teeth of the first prototype had less wear than the teeth of the first conventional product.
  • the change in weight due to wear of the pair of first prototypes is that the first prototype on the driving side decreases in weight by 0.011 g and the first prototype on the driven side weighs by 0.014 g. Diminished.
  • the weight change accompanying wear of the pair of first conventional products is that the first conventional product on the driving side is reduced in weight by 0.042 g, and the first conventional product on the driven side is only 0.045 g. Weight decreased.
  • the weight change accompanying wear of the pair of first prototypes was smaller than the weight change accompanying wear of the pair of first conventional products.
  • the first prototype is superior to the first conventional product in wear resistance in a high temperature (130 ° C.) environment.
  • the result of the first wear test is as follows if the first prototype and the first conventional product have the same fiber content.
  • the contact area between the glass wool of the prototype and the base resin (PA66) is larger than the contact area between the glass long fiber of the first conventional product and the base resin (PA66), and the fiber of the first prototype (glass wool) This is considered to be because the reinforcing effect due to is larger than the reinforcing effect due to the first conventional fiber (glass long fiber).
  • the result of the first abrasion test shows that the average fiber diameter (4.7 ⁇ m) of the first prototype is smaller than the fiber diameter (13 ⁇ m) of the first conventional glass fiber, and the first trial The glass wool of the work is dispersed in a large fiber diameter range (0.5 to 4.7 ⁇ m) smaller than the average fiber diameter of 4.7 ⁇ m, so the attacking gear teeth of the mating mating gear are more aggressive than the first conventional product. This is also attributed to the fact that the first prototype is smaller.
  • the second wear test is performed in a state where a pair of second prototypes similar to the second endurance test and a pair of second conventional products are meshed with each other, at 130 ° C. 48 hours (number of meshing times: with a test torque of 0.8 Nm applied at a rotational speed of 250 rpm under a high temperature environment and grease (Toray Dow Corning Co., Ltd .: EM-50L) applied to the tooth surface. 7.2 ⁇ 10 5 times) continuously.
  • FIG. 6 (a) is a diagram showing the worn state of the teeth of the second prototype.
  • FIG. 6B is a diagram showing the state of wear of the teeth of the second conventional product.
  • the maximum wear amount of the tooth surface of the second prototype was 0.02 mm, whereas the maximum wear amount of the tooth surface of the second conventional product. was 0.14 mm, and the tooth of the second prototype had less wear than the tooth of the second conventional product.
  • the change in weight due to wear of the pair of second prototypes is that the second prototype on the driving side is reduced in weight by 0.006 g, and the second prototype on the driven side is only 0.009 g in weight. Diminished.
  • the change in weight due to wear of the pair of second conventional products is that the second conventional product on the driving side is reduced in weight by 0.107 g, and the second conventional product on the driven side is only 0.110 g. Weight decreased.
  • the weight change accompanying wear of the pair of second prototypes was smaller than the weight change accompanying wear of the pair of second conventional products.
  • the second prototype has better wear resistance in a high temperature (130 ° C.) environment than the second conventional product.
  • the result of the second wear test is the second if the fiber content of the second prototype and the second conventional product is the same.
  • the contact area between the glass wool of the prototype and the base resin (PA66) is larger than the contact area between the glass long fiber of the second conventional product and the base resin (PA66), and the fiber of the second prototype (glass wool) This is considered to be due to the fact that the reinforcing effect due to the fiber becomes larger than the reinforcing effect due to the fiber (glass long fiber) of the second conventional product.
  • the result of the second abrasion test shows that the average fiber diameter (4.8 ⁇ m) of the second prototype is smaller than the fiber diameter (13 ⁇ m) of the glass fiber of the second conventional product. Since the glass wool of the work exists in a large dispersion in the fiber diameter range smaller than the average fiber diameter of 4.8 ⁇ m, the second prototype is more aggressive than the second conventional product because of the aggressiveness to the teeth of the mating gears. This is thought to be due to the small size.
  • FIG. 7 (a) is a diagram showing the tooth wear state of the third prototype.
  • FIG.7 (b) is a figure which shows the abrasion state of the tooth
  • the maximum wear on the tooth surface of the third prototype was 0.03 mm, whereas the maximum wear on the tooth surface of the third conventional product. was 0.18 mm, and the teeth of the third prototype had less wear than the teeth of the third conventional product.
  • the change in weight due to wear of the pair of third prototypes is that the third prototype on the driving side is reduced in weight by 0.022 g, and the third prototype on the driven side is only 0.022 g in weight. Diminished.
  • the weight change accompanying the wear of the pair of third conventional products is that the weight of the third conventional product on the driving side is reduced by 0.038 g and the weight of the third conventional product on the driven side is only 0.037 g. Weight decreased.
  • the weight change accompanying wear of the pair of third prototypes was smaller than the weight change accompanying wear of the pair of third conventional products.
  • the third prototype is superior to the third conventional product in wear resistance in a high temperature (130 ° C.) environment.
  • the contact area between the glass wool of the third prototype and the base resin (PA66) is The contact area between the third long glass fiber and the base resin (PA66) is larger than the contact area between the third conventional fiber and the third prototype fiber (glass wool). This is thought to be due to the fact that the reinforcing effect is greater.
  • the result of the third wear test shows that the average fiber diameter (4.3 ⁇ m) of the third prototype is smaller than the fiber diameter (10 ⁇ m) of the third conventional glass fiber, and the third trial Because the glass wool of the work is dispersed in a large fiber diameter range that is smaller than the average fiber diameter of 4.3 ⁇ m, the third prototype is more aggressive than the third conventional product in terms of attacking the teeth of the mating gear. This is thought to be due to the small size.
  • the fiber reinforced resin gear 1 of the present invention is not limited to the spur gear illustrated in the above embodiment, and is applied to a helical gear, a helical gear, a worm wheel, a bevel gear, a face gear, a rack, and the like. it can.
  • the fiber reinforced resin gear 1 of the present invention is not limited to the shape of the spur gear in FIG. 1 but can be applied to spur gears of various shapes.
  • the fiber reinforced resin gear 1 of the present invention is made of glass wool obtained by making glass fiber of C glass or E glass by a centrifugal method, but it is preferable to use glass wool made of glass fiber of C glass by a centrifugal method. .
  • Glass wool made from glass fiber by centrifugation of C glass has a lower elastic modulus than glass wool made from glass fiber from E glass by centrifugal method, and the attack on the mating gear (fiber reinforced resin gear 1) is centrifugal. This is because it is lower than glass wool that is made into glass fiber by the method.
  • the glass wool content with respect to the base resin is in the range of 10 to 50% by weight, and the optimum glass wool content according to the use conditions is determined.
  • the glass wool content with respect to the base resin is selected in the range of 20 to 50% by weight and 30 to 50% by weight.

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Abstract

高温使用下での耐久性を向上させた繊維強化樹脂歯車を提供する。繊維強化樹脂歯車は、グラスウールを含有する樹脂材料が金型のキャビティ内に射出されることにより成形される。グラスウールは、繊維径が０．１～１５μｍの範囲で広く分散し、且つ、繊維径の最頻値が２～５μｍの間で出現するように分布し、平均繊維径が３～５μｍのものが使用されている。本発明に係る繊維強化樹脂歯車によれば、高温下における耐久性及び耐摩耗性が従来の繊維強化樹脂歯車よりも向上する。

Description

繊維強化樹脂歯車
　この発明は、グラスウールを含有する繊維強化樹脂歯車に関するものである。
　従来から、一定の繊維径のガラス繊維を含有する繊維強化樹脂歯車が開発されてきた。この繊維強化樹脂歯車は、樹脂材料のみで形作られた歯車よりも高強度で且つ金属製の歯車よりも軽量であるため、燃費向上を図る自動車や軽量化を図る各種機械の動力伝達部品として広く使用されている（特許文献１参照）。
特開２００８－８４０４号公報
　しかしながら、近年、繊維強化樹脂歯車が使用される自動車業界において、繊維強化樹脂歯車に対する高温使用下（１３０℃環境下）での耐摩耗性の向上が求められていた。
　そこで、本発明は、高温使用下での耐摩耗性を向上させた繊維強化樹脂歯車を提供することを目的とする。
　本発明は、グラスウールを含有する樹脂材料が金型のキャビティ内に射出されることにより成形された繊維強化樹脂歯車に関するものである。この発明において、前記グラスウールは、繊維径が０．１～１５μｍの範囲で広く分散し、且つ、繊維径の最頻値が２～５μｍの間で出現するように分布し、平均繊維径が３～５μｍのものが使用されている。
　本発明に係る繊維強化樹脂歯車によれば、高温下における耐摩耗性が従来の繊維強化樹脂歯車よりも向上する。
本発明の実施形態に係る繊維強化樹脂歯車を示す図であり、図１（ａ）は繊維強化樹脂歯車の正面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ－Ａ線に沿って切断して示す繊維強化樹脂歯車の断面図である。 第１の試作品に使用されたグラスウールの繊維径の分布状態を示す図（ヒストグラム）である。 第２の試作品に使用されたグラスウールの繊維径の分布状態を示す図（ヒストグラム）である。 第３の試作品に使用されたグラスウールの繊維径の分布状態を示す図（ヒストグラム）である。 図５（ａ）は第１の試作品の歯の摩耗状態を示す図であり、図５（ｂ）は第１の従来品の歯の摩耗状態を示す図である。 図６（ａ）は第２の試作品の歯の摩耗状態を示す図であり、図６（ｂ）は第２の従来品の歯の摩耗状態を示す図である。 図７（ａ）は第３の試作品の歯の摩耗状態を示す図であり、図７（ｂ）は第３の従来品の歯の摩耗状態を示す図である。
　以下、本発明の実施形態を図面に基づき詳述する。
　　（本実施形態に係る繊維強化樹脂歯車の説明）
　図１は、本実施形態に係る繊維強化樹脂歯車１を示す図である。この繊維強化樹脂歯車１は、グラスウールを含有する樹脂材料（例えば、ポリアミド（ＰＡ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルフォン、ポリケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリスルフォン、ポリフェニレンエーテル、ポリイミド、ポリアミドイミド、フェノキシ等の熱可塑性樹脂、好ましくはＰＡ、ＰＯＭ、ＰＰＳ、ＰＰＡ等）が金型のキャビティ内に射出されることにより成形されたものであり、円板状のウエブ２の外周側にリム３が形成されると共にリム３の外周側に複数の歯４（図１では一つのみ図示）が形成され、軸穴５を備えた軸嵌合部６がウエブ２の中心部に形成されている。
　グラスウールは、Ｃガラス又はＥガラスを遠心法および／または火炎法等によってガラス繊維化したものであり、繊維径が０．１～１５μｍ、好ましくは０．５～１１μｍの範囲で広く分散し、且つ、繊維径の最頻値が２～５μｍの間で出現するように分布し、平均繊維径が３～５μｍ、好ましくは４～５μｍのものが使用される。このグラスウールは、一般的に短繊維と呼ばれ、長繊維を加工したチョップドストランドやミルドファイバー等とは異なる。
　　（試作品と従来品の対比）
　次に、本実施形態に係る繊維強化樹脂歯車１の試作品の耐久試験及び摩耗試験の結果を、従来品の耐久試験及び摩耗試験の結果と対比して説明する。
　Ａ．試作品
　　（第１の試作品）
　第１の試作品は、グラスウール（Ｃガラスを遠心法でガラス繊維化したもの）を３３重量％含有するポリアミド（ＰＡ６６）が金型のキャビティ内に射出されることにより成形された平歯車であり、図１に示した繊維強化樹脂歯車と同様の形状に形成されている。そして、この第１の試作品は、モジュール１、圧力角２０°、歯数３０枚の標準インボリュート平歯車である。
　図２は、第１の試作品に使用されたグラスウールの繊維径の分布状態を示す図（ヒストグラム）である。この図２において、横軸がグラスウールの繊維径（μｍ）の階級を表し、縦軸がグラスウールの全体量（１～１１の各階級に属するグラスウールの重量の総和）に対する各階級に属するグラスウール量の占める割合（％）を表している。なお、以下の表１は、図２の階級と繊維径（ｄ）との関係を示すものである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　図２に示したように、試作品に使用したグラスウールは、繊維径が０．５～１１μｍの範囲で広く分散するものであり、繊維径の最頻値が３～４μｍの間で出現し、平均繊維径が４．７μｍ（実測値）のものであった。
　　（第２の試作品）
　第２の試作品は、グラスウール（Ｃガラスを遠心法でガラス繊維化したもの）を４３重量％含有するポリアミド（ＰＡ６６）が金型のキャビティ内に射出されることにより成形された平歯車であり、図１に示した繊維強化樹脂歯車と同様の形状に形成されている。そして、この第２の試作品は、第１の試作品と同様に、モジュール１、圧力角２０°、歯数３０枚の標準インボリュート平歯車である。
　図３は、第２の試作品に使用されたグラスウールの繊維径の分布状態を示す図（ヒストグラム）である。この図３において、横軸がグラスウールの繊維径（μｍ）の階級を表し、縦軸がグラスウールの全体量（１～１１の各階級に属するグラスウールの重量の総和）に対する各階級に属するグラスウール量の占める割合（％）を表している。
　図３に示したように、試作品に使用したグラスウールは、繊維径が１μｍ以下から９μｍの範囲で広く分散するものであり、繊維径の最頻値が４～５μｍの間で出現し、平均繊維径が４．８μｍ（実測値）のものであった。
　　（第３の試作品）
　第３の試作品は、グラスウール（Ｃガラスを遠心法でガラス繊維化したもの）を３３重量％含有するポリアミド（ＰＡ６６）が金型のキャビティ内に射出されることにより成形された平歯車であり、図１に示した繊維強化樹脂歯車と同様の形状に形成されている。そして、この第３の試作品は、第１の試作品と同様に、モジュール１、圧力角２０°、歯数３０枚の標準インボリュート平歯車である。
　図４は、第３の試作品に使用されたグラスウールの繊維径の分布状態を示す図（ヒストグラム）である。この図４において、横軸がグラスウールの繊維径（μｍ）の階級を表し、縦軸がグラスウールの全体量（１～１１の各階級に属するグラスウールの重量の総和）に対する各階級に属するグラスウール量の占める割合（％）を表している。
　図４に示したように、第３の試作品に使用したグラスウールは、繊維径が１μｍ以下から１１μｍの範囲で広く分散し、繊維径の最頻値が２～３μｍの間で出現し、平均繊維径が４．３μｍ（実測値）のものであった。
　Ｂ．従来品
　　（第１の従来品）
　第１の従来品は、ガラス長繊維を３３重量％含有するポリアミド（ＰＡ６６）が金型のキャビティ内に射出されることにより成形された平歯車であり、図１に示した繊維強化樹脂歯車１と同様の形状に形成されている。そして、この第１の従来品は、上記第１の試作品と同様に、モジュール１、圧力角２０°、歯数３０枚の標準インボリュート平歯車である。なお、この第１の従来品において、ガラス長繊維を３３重量％含有するポリアミド（ＰＡ６６）は、旭化成株式会社のレオナ（登録商標）１３００Ｇに対応する。この第１の従来品に使用されるガラス長繊維の繊維径は、１３μｍ（実測値）であった。
　　（第２の従来品）
　第２の従来品は、ガラス長繊維を４３重量％含有するポリアミド（ＰＡ６６）が金型のキャビティ内に射出されることにより成形された平歯車であり、図１に示した繊維強化樹脂歯車１と同様の形状に形成されている。そして、この第２の従来品は、上記第２の試作品と同様に、モジュール１、圧力角２０°、歯数３０枚の標準インボリュート平歯車である。なお、この第２の従来品において、ガラス長繊維を４３重量％含有するポリアミド（ＰＡ６６）は、旭化成株式会社のレオナ（登録商標）１３Ｇ４３に対応する。この第２の従来品に使用されるガラス長繊維の繊維径は、１３μｍ（実測値）であった。
　　（第３の従来品）
　第３の従来品は、ガラス長繊維を３３重量％含有するポリアミド（ＰＡ６６）が金型のキャビティ内に射出されることにより成形された平歯車であり、図１に示した繊維強化樹脂歯車１と同様の形状に形成されている。そして、この第３の従来品は、上記第３の試作品と同様に、モジュール１、圧力角２０°、歯数３０枚の標準インボリュート平歯車である。なお、この第３の従来品において、ガラス長繊維を３３重量％含有するポリアミド（ＰＡ６６）は、デュポン株式会社のザイテル（登録商標）７０Ｇ３３Ｌに対応する。この第３の従来品に使用されるガラス長繊維の繊維径は、１０μｍ（実測値）であった。
　Ｃ．耐久試験
　　（第１の耐久試験）
　この第１の耐久試験は、一対の第１の試作品同士、一対の第１の従来品同士を噛み合わせた状態で行うようになっており、１３０℃の高温環境下で、２５０ｒｐｍの回転数で、且つ１．５Ｎｍの試験トルクを負荷し、歯面にグリース（東レ・ダウコーニング株式会社：ＥＭ－５０Ｌ）を塗布した状態で、歯が破損（破壊）するまで行った。表２は、この第１の耐久試験の結果を示すものである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　この第１の耐久試験の結果によれば、第１の試作品は、高温（１３０℃）環境下における耐久性が第１の従来品よりも向上している。この第１の耐久試験の結果は、第１の試作品のグラスウールの繊維径が０．５～１１μｍと広く分散すると共に、第１の試作品のグラスウールが平均繊維径４．７μｍよりも小さい繊維径範囲（０．５～４．７μｍ）に多く分散して存在し、第１の試作品のグラスウールの繊維径（０．５～１１μｍ）が第１の従来品のガラス長繊維の繊維径（１３μｍ）よりも細いため、第１の試作品と第１の従来品の繊維含有量が同量であれば、第１の試作品のグラスウールとベース樹脂（ＰＡ６６）との接触面積が第１の従来品のガラス長繊維とベース樹脂（ＰＡ６６）との接触面積よりも大きくなり、第１の試作品の繊維（グラスウール）による補強効果が第１の従来品の繊維（ガラス長繊維）による補強効果よりも大きくなることに起因すると考えられる。
　　（第２の耐久試験）
　この第２の耐久試験は、一対の第２の試作品同士、一対の第２の従来品同士を噛み合わせた状態で行うようになっており、１３０℃の高温環境下で、１０００ｒｐｍの回転数で、且つ０．４Ｎｍの試験トルクを負荷し、歯面にグリース（東レ・ダウコーニング株式会社：ＥＭ－５０Ｌ）を塗布した状態で、歯が破損（破壊）するまで行った。表３は、この第２の耐久試験の結果を示すものである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　この第２の耐久試験の結果によれば、第２の試作品は、高温（１３０℃）環境下における耐久性が第２の従来品よりも向上している。この第２の耐久試験の結果は、第２の試作品のグラスウールの繊維径が１μｍ以下から９μｍと広く分散すると共に、第２の試作品のグラスウールが平均繊維径４．８μｍよりも小さい繊維径範囲に多く分散して存在し、第２の試作品のグラスウールの繊維径（１μｍ以下から９μｍ）が第２の従来品のガラス長繊維の繊維径（１３μｍ）よりも細いため、第２の試作品と第２の従来品の繊維含有量が同量であれば、第２の試作品のグラスウールとベース樹脂（ＰＡ６６）との接触面積が第２の従来品のガラス長繊維とベース樹脂（ＰＡ６６）との接触面積よりも大きくなり、第２の試作品の繊維（グラスウール）による補強効果が第２の従来品の繊維（ガラス長繊維）による補強効果よりも大きくなることに起因すると考えられる。
　Ｄ．摩耗試験
　　（第１の摩耗試験）
　この第１の摩耗試験は、上記第１の耐久試験と同様の一対の第１の試作品同士、一対の第１の従来品同士を噛み合わせた状態で行うようになっており、１３０℃の高温環境下で、２５０ｒｐｍの回転数で、且つ１Ｎｍの試験トルクを負荷し、歯面にグリース（東レ・ダウコーニング株式会社：ＥＭ－５０Ｌ）を塗布した状態で、４８時間（噛み合い回数：７．２×１０５回）連続して行った。
　図５（ａ）は、第１の試作品の歯の摩耗状態を示す図である。また、図５（ｂ）は、第１の従来品の歯の摩耗状態を示す図である。この図５（ａ），（ｂ）に示すように、第１の試作品の歯面の最大摩耗量が０．０３ｍｍであったのに対し、第１の従来品の歯面の最大摩耗量が０．１２ｍｍであり、第１の試作品の歯が第１の従来品の歯よりも摩耗量が少なかった。
　また、一対の第１の試作品の摩耗に伴う重量変化は、駆動側の第１の試作品が０．０１１ｇだけ重量が減少し、被動側の第１の試作品が０．０１４ｇだけ重量が減少した。これに対し、一対の第１の従来品の摩耗に伴う重量変化は、駆動側の第１の従来品が０．０４２ｇだけ重量が減少し、被動側の第１の従来品が０．０４５ｇだけ重量が減少した。このように、一対の第１の試作品の摩耗に伴う重量変化は、一対の第１の従来品の摩耗に伴う重量変化よりも小さかった。
　この第１の摩耗試験の結果によれば、第１の試作品は、高温（１３０℃）環境下における耐摩耗性が第１の従来品よりも優れている。この第１の摩耗試験の結果は、第１の耐久試験の結果の説明で詳述したように、第１の試作品と第１の従来品の繊維含有量が同量であれば、第１の試作品のグラスウールとベース樹脂（ＰＡ６６）との接触面積が第１の従来品のガラス長繊維とベース樹脂（ＰＡ６６）との接触面積よりも大きくなり、第１の試作品の繊維（グラスウール）による補強効果が第１の従来品の繊維（ガラス長繊維）による補強効果よりも大きくなることに起因すると考えられる。また、この第１の摩耗試験の結果は、第１の試作品の平均繊維径（４．７μｍ）が第１の従来品のガラス長繊維の繊維径（１３μｍ）よりも細く、第１の試作品のグラスウールが平均繊維径４．７μｍよりも小さい繊維径範囲（０．５～４．７μｍ）に多く分散して存在するため、噛み合う相手歯車の歯への攻撃性が第１の従来品よりも第１の試作品の方が小さいことに起因すると考えられる。
　　（第２の摩耗試験）
　この第２の摩耗試験は、上記第２の耐久試験と同様の一対の第２の試作品同士、一対の第２の従来品同士を噛み合わせた状態で行うようになっており、１３０℃の高温環境下で、２５０ｒｐｍの回転数で、且つ０．８Ｎｍの試験トルクを負荷し、歯面にグリース（東レ・ダウコーニング株式会社：ＥＭ－５０Ｌ）を塗布した状態で、４８時間（噛み合い回数：７．２×１０５回）連続して行った。
　図６（ａ）は、第２の試作品の歯の摩耗状態を示す図である。また、図６（ｂ）は、第２の従来品の歯の摩耗状態を示す図である。この図６（ａ），（ｂ）に示すように、第２の試作品の歯面の最大摩耗量が０．０２ｍｍであったのに対し、第２の従来品の歯面の最大摩耗量が０．１４ｍｍであり、第２の試作品の歯が第２の従来品の歯よりも摩耗量が少なかった。
　また、一対の第２の試作品の摩耗に伴う重量変化は、駆動側の第２の試作品が０．００６ｇだけ重量が減少し、被動側の第２の試作品が０．００９ｇだけ重量が減少した。これに対し、一対の第２の従来品の摩耗に伴う重量変化は、駆動側の第２の従来品が０．１０７ｇだけ重量が減少し、被動側の第２の従来品が０．１１０ｇだけ重量が減少した。このように、一対の第２の試作品の摩耗に伴う重量変化は、一対の第２の従来品の摩耗に伴う重量変化よりも小さかった。
　この第２の摩耗試験の結果によれば、第２の試作品は、高温（１３０℃）環境下における耐摩耗性が第２の従来品よりも優れている。この第２の摩耗試験の結果は、第２の耐久試験の結果の説明で詳述したように、第２の試作品と第２の従来品の繊維含有量が同量であれば、第２の試作品のグラスウールとベース樹脂（ＰＡ６６）との接触面積が第２の従来品のガラス長繊維とベース樹脂（ＰＡ６６）との接触面積よりも大きくなり、第２の試作品の繊維（グラスウール）による補強効果が第２の従来品の繊維（ガラス長繊維）による補強効果よりも大きくなることに起因すると考えられる。また、この第２の摩耗試験の結果は、第２の試作品の平均繊維径（４．８μｍ）が第２の従来品のガラス長繊維の繊維径（１３μｍ）よりも細く、第２の試作品のグラスウールが平均繊維径４．８μｍよりも小さい繊維径範囲に多く分散して存在するため、噛み合う相手歯車の歯への攻撃性が第２の従来品よりも第２の試作品の方が小さいことに起因すると考えられる。
　　（第３の摩耗試験）
　この第３の摩耗試験は、一対の第３の試作品同士、一対の第３の従来品同士を噛み合わせた状態で行うようになっており、１３０℃の高温環境下で、２５０ｒｐｍの回転数で、且つ１Ｎｍの試験トルクを負荷し、歯面にグリース（東レ・ダウコーニング株式会社：ＥＭ－５０Ｌ）を塗布した状態で、４８時間（噛み合い回数：７．２×１０５回）連続して行った。
　図７（ａ）は、第３の試作品の歯の摩耗状態を示す図である。また、図７（ｂ）は、第３の従来品の歯の摩耗状態を示す図である。この図７（ａ），（ｂ）に示すように、第３の試作品の歯面の最大摩耗量が０．０３ｍｍであったのに対し、第３の従来品の歯面の最大摩耗量が０．１８ｍｍであり、第３の試作品の歯が第３の従来品の歯よりも摩耗量が少なかった。
　また、一対の第３の試作品の摩耗に伴う重量変化は、駆動側の第３の試作品が０．０２２ｇだけ重量が減少し、被動側の第３の試作品が０．０２２ｇだけ重量が減少した。これに対し、一対の第３の従来品の摩耗に伴う重量変化は、駆動側の第３の従来品が０．０３８ｇだけ重量が減少し、被動側の第３の従来品が０．０３７ｇだけ重量が減少した。このように、一対の第３の試作品の摩耗に伴う重量変化は、一対の第３の従来品の摩耗に伴う重量変化よりも小さかった。
　この第３の摩耗試験の結果によれば、第３の試作品は、高温（１３０℃）環境下における耐摩耗性が第３の従来品よりも優れている。この第３の摩耗試験の結果は、第３の試作品と第３の従来品の繊維含有量が同量であれば、第３の試作品のグラスウールとベース樹脂（ＰＡ６６）との接触面積が第３の従来品のガラス長繊維とベース樹脂（ＰＡ６６）との接触面積よりも大きくなり、第３の試作品の繊維（グラスウール）による補強効果が第３の従来品の繊維（ガラス長繊維）による補強効果よりも大きくなることに起因すると考えられる。また、この第３の摩耗試験の結果は、第３の試作品の平均繊維径（４．３μｍ）が第３の従来品のガラス長繊維の繊維径（１０μｍ）よりも細く、第３の試作品のグラスウールが平均繊維径４．３μｍよりも小さい繊維径範囲に多く分散して存在するため、噛み合う相手歯車の歯への攻撃性が第３の従来品よりも第３の試作品の方が小さいことに起因すると考えられる。
　なお、本発明の繊維強化樹脂歯車１は、上記実施形態において例示した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、ウォームホイール、かさ歯車、フェースギヤ、ラック等に適用できる。
　また、本発明の繊維強化樹脂歯車１は、図１の平歯車の形状に限定されるものでなく、様々な形状の平歯車に適用できる。
　また、本発明の繊維強化樹脂歯車１は、Ｃガラス又はＥガラスを遠心法によってガラス繊維化したグラスウールが使用されているが、Ｃガラスを遠心法によってガラス繊維化したグラスウールを使用するのが好ましい。Ｃガラスを遠心法によってガラス繊維化したグラスウールは、Ｅガラスを遠心法によってガラス繊維化したグラスウールよりも弾性率が低く、噛み合う相手歯車（繊維強化樹脂歯車１）への攻撃性がＥガラスを遠心法によってガラス繊維化したグラスウールよりも低いことによる。
　また、本発明の繊維強化樹脂歯車１は、ベース樹脂に対するグラスウールの含有率が１０～５０重量％の範囲で、使用条件に応じた最適のグラスウールの含有割合が決定される。また、本発明の繊維強化樹脂歯車１は、ベース樹脂に対するグラスウールの含有率が２０～５０重量％、３０～５０重量％の範囲で選択されると、さらに好ましい。
　１……繊維強化樹脂歯車

Claims (1)

  1. 　グラスウールを含有する樹脂材料が金型のキャビティ内に射出されることにより成形された繊維強化樹脂歯車であって、
    　前記グラスウールは、繊維径が０．１～１５μｍの範囲で広く分散し、且つ、繊維径の最頻値が２～５μｍの間で出現するように分布し、平均繊維径が３～５μｍのものが使用された、
    　ことを特徴とする繊維強化樹脂歯車。
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