(57)【要約】      （修正有）【課題】  高面圧で使用してもギア部が摩耗するおそれのない電動パワーステアリング装置等に使用される樹脂製歯車の提供。【解決手段】  芯金の外周に一体的に設けられ且つ歯が形成された樹脂部から構成される樹脂製歯車において、前記樹脂部が、マトリックス樹脂組成物と強化材であるアラミド繊維連続シートとを含むと共に、前記アラミド繊維連続シートを所定の円柱体に所定の複数層で重ねて巻き付けた後マトリックス樹脂組成物液を含侵してから、成形した環状形状体であることを特徴とする。 【選択図】図３
2006077809.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
芯金の外周に一体的に設けられ且つ歯が形成された樹脂部から構成される樹脂製歯車において、前記樹脂部が、マトリックス樹脂と強化材であるアラミド繊維連続シートとを含むと共に、前記アラミド繊維連続シートを所定の円柱体に所定の複数層で重ねて巻き付けた後マトリックス樹脂組成物液を含侵してから、成形した環状形状体であることを特徴とする樹脂製歯車。
【請求項２】
芯金の外周に一体的に設けられ且つ歯が形成された樹脂部から構成される樹脂製歯車において、前記樹脂部がマトリックス樹脂と強化材であるアラミド繊維枚葉シートとを含むと共に、前記アラミド繊維枚葉シートを所定の寸法且つ所定枚数で積層した後マトリックス樹脂組成物液を含侵後成形してから、切り出した環状形状体であることを特徴とする樹脂製歯車。
【請求項３】
前記マトリックス樹脂が、モノマーキャストナイロン樹脂を含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載の樹脂製歯車。
【請求項４】
前記マトリックス樹脂が、前記モノマーキャストナイロン樹脂と熱安定剤を含む樹脂組成物であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の樹脂製歯車。
【請求項５】
前記マトリックス樹脂が、前記モノマーキャストナイロン樹脂と前記熱安定剤を含むと共に、紫外線吸収剤、難燃剤、抗菌剤等の添加剤、及び／又はカーボンブラック等の着色剤を含む樹脂組成物であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の樹脂製歯車。
【請求項６】
前記モノマーキャストナイロン樹脂が、５０〜６０％の結晶化度を有することを特徴とする、請求項３〜５のいずれか１項に記載の樹脂製歯車。
【請求項７】
前記モノマーキャストナイロン樹脂が、６０，０００〜３００，０００の数平均分子量を有する、請求項３〜６のいずれか１項に記載の樹脂製歯車。
【請求項８】
前記モノマーキャストナイロン樹脂が、１００，０００〜２００，０００の数平均分子量を有する、請求項３〜６のいずれか１項に記載の樹脂製歯車。
【請求項９】
前記熱安定剤が、モノマーキャスト法で得られたε−カプロラクタム重合体を、ε−カプロラクタムのモノマーと一緒に加熱し、高粘度な均一溶液とした中に沈降や濃度むらを防止した状態で、分散させた後、更にモノマーキャスト法で重合を進行させることにより、均一に分散されていることを特徴とする、請求項４又は５のいずれか１項に記載の樹脂製歯車。
【請求項１０】
前記熱安定剤が、銅系熱安定剤、フェノール系熱安定剤、リン系熱安定剤、硫黄系熱安定剤、又はアミン系熱安定剤のいずれかの単独物、またはこれらの混合物であることを特徴とする、請求項４、５又は９のいずれか１項に記載の樹脂製歯車。
【請求項１１】
前記銅系熱安定剤が、塩化銅、臭化銅、ヨウ化銅、硫酸銅、燐酸銅等の無機物、又は酢酸銅、ステアリン酸銅、ミリスチン酸銅、ナフテン酸銅、パルミチン酸銅等の有機酸塩、並びにこれらの２種以上の混合物であることを特徴とする、請求項１０に記載の樹脂製歯車。
【請求項１２】
前記フェノール系熱安定剤が、N，N’−ヘキサメチレンビス(３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシ−ヒドロシンナマミド)、１，３，５−トリス(４−ｔ−ブチル−３−ヒドロキシ−２，６−ジメチルベンジル)イソシアネレート、トリエチレングリコール−ビス[３−(３−ｔ−ブチル−５−メチル−４−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]、１−オキシ−３−メチル−４−イソプロピルベンゼン、又は２，６−ジ−ｔ−ブチル−４−エチルフェノールであることを特徴とする、請求項１０に記載の樹脂製歯車。
【請求項１３】
前記リン系熱安定剤が、ジフェニルイソデシルホスファイト、ジフェニルイソオクチルホスファイト、トリフェニルホスファイト、トリイソデシルホスファイト、トリス(２，４−ジ−ｔ−ブチルフェニル)ホスファイト、テトラフェニルテトラ(トリヂシル)ペンタエリスリトールテトラホスファイト、環状ネオペンタンテトライルビス(２，４−ジ−ｔ−ブチルフェニルホスファイト)、ジステアリルペンタエリスリトールジホスファイト等の亜リン酸エステル系化合物であることを特徴とする、請求項１０に樹脂製歯車。
【請求項１４】
前記硫黄系熱安定剤が、ジラウリルチオジプロピオネート、ジステアリルチオジプロピオネート、ジミリスチル−３，３’−チオジプロピオネート、ジトリデシル−３，３−チオジプロピオネート、又はジラウリルチオジプロピオネートであることを特徴とする、請求項１０に記載の樹脂製歯車。
【請求項１５】
前記アミン系熱安定剤が、４，４−ジオクチルジフェニルアミン等のアルキル置換されたジフェニルアミン、又はN，N’−ジ−２−ナフチル−ｐ−フェニレンジアミン等の置換基を有するｐ−フェニレンジアミンであることを特徴とする、請求項１０に記載の樹脂製歯車。
【請求項１６】
前記銅系熱安定剤が、前記モノマーキャストナイロン樹脂と前記銅系熱安定剤とから構成される樹脂組成物の重量に対して０．０００５〜０．３重量％含まれることを特徴とする、請求項１０又は１１のいずれか１項に記載の樹脂製歯車。
【請求項１７】
前記フェノール系熱安定剤、前記リン系熱安定剤、前記硫黄系熱安定剤、又は前記アミン系熱安定剤の前記いずれか単独物、または前記これらの混合物が、前記モノマーキャストナイロン樹脂と前記いずれか単独物又は前記これらの混合物とから構成される樹脂組成物の重量に対して０．０５〜４重量％含まれることを特徴とする、請求項１０、１２、１３、１４又は１５のいずれか１項に記載の樹脂製歯車。
【請求項１８】
前記アラミド繊維連続シート又は前記アラミド繊維枚葉シートが、織布であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の樹脂製歯車。
【請求項１９】
前記アラミド繊維連続シート又は前記アラミド繊維枚葉シートが、コポリパラフェニレン・３，４’−オキシジフェニレン・テレフタルアミド、ポリパラフェニレンテレフタルアミド等のパラ型アラミド繊維、ポリメタフェニレンイソフタルアミド等のメタ型アラミド繊維を単独で又は配合して作成されたことを特徴とする、請求項１、２又は１８のいずれか１項に記載の樹脂製歯車。
【請求項２０】
前記アラミド繊維連続シート又は前記アラミド繊維枚葉シートが、エポキシ基・アミノ基等を含有するシランカップリング剤やエポキシ樹脂で表面を処理されていることを特徴とする、請求項１、２、１８又は１９のいずれか１項に記載の樹脂製歯車。
【請求項２１】
前記芯金の外周面にクロスローレット加工が施されている、請求項１〜２０のいずれか１項に記載の樹脂製歯車。
【請求項２２】
前記芯金の外周面にシランカップリング剤が塗布されている、請求項１〜２１のいずれか１項に記載の樹脂製歯車。
【請求項２３】
前記樹脂製歯車が、ウォームホイール、はすば歯車、平歯車、傘歯車、あるいはハイポイドギアであることを特徴とする、請求項１〜２２のいずれか１項に記載の樹脂製歯車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、動力伝達に適した樹脂製歯車に関し、特に電動パワーステアリング装置のパワーアシスト部を構成する歯車減速機構等に使用される樹脂製歯車に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車両用の電動パワーステアリング装置では、電動モータに比較的高回転・低トルクのものが使用されることから、電動モータとステアリングシャフトとの間に歯車減速機構が組み込まれている。この歯車減速機構としては、平歯車等の歯車を使用したものも知られているが、一組で大きな減速比が得られる等の理由から、電動モータの回転軸に連結される駆動側歯車であるウォームに噛合うウォームホイールと、で構成されるウォーム歯車減速機構(以下、減速ギアと記すこともある)が一般的に使用されている。
【０００３】
このような減速ギアにおいては、ウォームホイールとウォームとの両方を金属製とすると、ハンドル操作時に歯打ち音や振動音等の不快音が発生するという問題があった。そこで、ウォームが金属製である場合には、樹脂製の歯を有するウォームホイールを使用することにより、不快音の発生を抑制してきた。このウォームホイールは、芯金の外周に、樹脂製のブランク円板又ははすば歯車等の歯車形状のものを一体に形成し、このブランク円板の円周部あるいは歯車部分を切削等の手段で最終形態の歯を形成したものである。
【０００４】
この歯を構成する樹脂としては、例えば特許文献１に示されるように、ポリアミド６、ポリアミド６６、ポリアセタール、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)等のマトリックス樹脂（以下、ベース樹脂とも称する。）にガラス繊維や炭素繊維等の繊維補強材を配合した材料の他、繊維補強材を含有しないモノマーキャストナイロン(MCナイロン)、ポリアミド６、ポリアミド６６等が使用されている。
【０００５】
これらの樹脂材料の中でも、寸法安定性やコストを考慮して、繊維補強材を含有しないモノマーキャスト（MC）ナイロンや、ガラス繊維を含有するポリアミド６、ポリアミド６６、ポリアミド４６等が主に使用されている。
【特許文献１】特公平６−６０６７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、高排気量の自動車への電動パワーステアリング装置の搭載に伴い、ウォームに対するウォームホイールの接触面圧が大きくなってきており、上記従来のモノマーキャスト（MC）ナイロンやガラス繊維を含有したポリアミド樹脂製のギア歯では、摩耗発生によるバックラッシュの増大で、電動パワーステアリング装置が機能しなくなってしまうという不都合が発生する可能性が高い。
【０００７】
本発明は、摩耗発生によるバックラッシュの増大により、電動パワーステアリング装置が機能しなくなってしまうという上記の問題点を解決することを目的とする。
【０００８】
また、本発明は、高面圧で使用してもギア部が摩耗するおそれのない信頼性の高い電動パワーステアリング装置等に使用される樹脂製歯車を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、芯金の外周に一体的に設けられ且つ歯が形成された樹脂部から構成される樹脂製歯車において、前記樹脂部が、マトリックス樹脂組成物と強化材であるアラミド繊維連続シートとを含むと共に、前記アラミド繊維連続シートを所定の円柱体に所定の複数層で重ねて巻き付けた後マトリックス樹脂組成物液を含侵してから、成形した環状形状体であることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、芯金の外周に一体的に設けられ且つ歯が形成された樹脂部から構成される樹脂製歯車において、前記樹脂部がマトリックス樹脂組成物と強化材であるアラミド繊維枚葉シートとを含むと共に、前記アラミド繊維枚葉シートを所定の寸法且つ所定枚数で積層した後マトリックス樹脂組成物液を含侵後成形してから、切り出した環状形状体であることを特徴とする。
【００１１】
マトリックス樹脂には、モノマーキヤストナイロン樹脂が好適である。
【００１２】
アラミド繊維シートは、アラミド繊維がシート状に成形されていれば、アラミド繊維の織布でも不織布でもよく、連続シートでも枚葉シートでもよいが、アラミド繊維の織布が好ましい。
【００１３】
マトリックス樹脂は、熱安定剤等を含むことが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ウォームホイールに代表される歯車の樹脂部を、アラミド繊維シートで三次元に補強されたモノマーキャストナイロン樹脂等で形成したことにより、格段に機械的強度が向上し、高面圧で使用される電動パワーステアリング用減速ギアにも適用が可能になる。また、更に熱安定剤を樹脂材料に含有させると、耐熱性が向上し、且つアニーリング処理で結晶化度を向上させれば、使用温度範囲が広がる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明は、芯金の外周に一体的に設けられ且つ歯が形成された樹脂部から構成される樹脂製歯車において、前記樹脂部が、マトリックス樹脂組成物と強化材であるアラミド繊維連続シートとを含むと共に、所定の幅と所定の長さを有する前記アラミド繊維連続シートを所定の円柱体に所定の複数層で重ねて巻き付けた後マトリックス樹脂組成物液を含侵してから、成形した環状形状体であることを特徴とする。詳述すると、所定の幅と所定の長さを有する前記アラミド繊維連続シートを所定の円柱体に所定の複数層で重ねて巻き付けて巻取りを形成する。この巻取りを円筒形状の空間を有する金型に挿入した後、ε−カプロラクタム等の溶液を流し込んで前記アラミド繊維連続シートにこの溶液を含浸する。次にこの溶液等を加温してε−カプロラクタム等を重合し、アラミド繊維シートを取り込んだ樹脂組成物ブランク材を得る。このブランク材を金型から取り出した後、前記円柱体を抜き取る。このようにして、アラミド繊維シートを取り込んだ樹脂組成物ブランク材を、軸中心部を欠いた円板状又は円筒状の環状形状体で得る。この環状形状体の内径部と外径部を取り除き、芯金をはめ込んでから外径部に歯を加工して本発明の樹脂歯車を製作する。
【００１６】
また、本発明は、芯金の外周に一体的に設けられ且つ歯が形成された樹脂部から構成される樹脂製歯車において、前記樹脂部がマトリックス樹脂組成物と強化材であるアラミド繊維枚葉シートとを含むと共に、前記アラミド繊維枚葉シートを所定の寸法且つ所定枚数で積層した後マトリックス樹脂組成物液を含侵後成形してから、切り出した環状形状体であることを特徴とする。所定の大きさの金型内に前記アラミド繊維枚葉シートを所定の寸法且つ所定枚数で積層した後、ε−カプロラクタム等の溶液を流し込んで前記アラミド繊維連続シートにこの溶液を含浸する。次にこの溶液等を加温してε−カプロラクタム等を重合し、成形体を得る。この成形体から軸中心部を欠いた円板状又は円筒状の環状形状体を切り出す。この環状形状体に芯金をはめ込んでから、外径部に歯を加工して本発明の樹脂歯車を製作する。
【００１７】
本発明に係る樹脂製歯車の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本実施形態の樹脂製歯車を減速機構に用いた自動車のコラム式電動パワーステアリング装置１０の構成を説明する概念図である。このパワーステアリング装置１０の舵輪軸１１は、上部舵輪軸１１ａと下部舵輪軸１１ｂとで構成され、舵輪軸ハウジング１２の内部に、軸心を中心に回転自在に支承されている。また、舵輪軸ハウジング１２は、下部を車両の前方に向けて傾斜した姿勢で、車両内部の所定位置に固定されている。さらに、上部舵輪軸１１ａの上端には、図示されない舵輪が固定されている。
【００１９】
さらに、上部舵輪軸１１ａと下部舵輪軸１１ｂとは、図示されないトーションバーで互いに連結されている。舵輪から上部舵輪軸１１ａを経て下部舵輪軸１１ｂに伝達された操舵トルクは、トーションバーにより検出され、検出された操舵トルクに基づいて、電動モータ１３の出力が制御される。
【００２０】
図１に示すラック・ピニオン式運動変換機構２０は、軸方向に移動可能なラック軸２１と、ラック軸２１の軸心に対して斜めに支承されてラック軸２１の歯に噛み合う歯を備えたピニオンを有するピニオン軸２２と、ラック軸２１及びピニオン軸２２を支承する筒状のラック軸ケース２３と、で構成される。そして、ラック・ピニオン式運動変換機構２０は、その長手方向が車両の左右方向に沿うようにして、車両の前部のエンジンルーム内にほぼ水平に配置されている。
【００２１】
このピニオン軸２２と下部舵輪軸１１ｂの下部とは、２個の自在継手２５、２６で連結されている。また、下部舵輪軸１１ｂの中間部分には、後述するウォーム歯車減速機構３０が配置されていて、電動モータ１３から下部舵輪軸１１ｂに対して操舵補助力が供給されるようになっている。
【００２２】
次に、ウォーム歯車減速機構３０の構成を、図２の部分断面図を参照しながら説明する。ウォーム歯車減速機構３０のウォームホイール３１と噛み合うウォーム３２の両端には、ウォーム軸３２ａ、３２ｂが一体的に形成されており、これらウォーム軸３２ａ、３２ｂは、それぞれ、ギヤーケース３３に装着された玉軸受３４ａ、３４ｂによって回転自在に支承されている。また、ウォーム軸３２ｂは、電動モータ１３の駆動軸１３ａにスプライン結合又はセレーション結合している。
【００２３】
ウォームホイール３１の芯金４２は、下部舵輪軸１１ｂと連結しているので、電動モータ１３の回転が、ウォーム３２及びウォームホイール３１を経て下部舵輪軸１１ｂに伝達されることとなる。
【００２４】
次に、このウォームホイール３１の構成を、図３の斜視図を参照しながら説明する。ウォームホイール３１は、芯金４２と芯金４２の外周に一体的に設けられた樹脂部４３とで構成されている。そして、樹脂部４３の外径面には、金属製のウォーム３２と噛み合う歯４４が形成されている。
【００２５】
次に、平歯車３５の構成を、図４の斜視図を参照しながら説明する。平歯車３５は、芯金４２ｃと芯金４２ｃの外周に一体的に設けられた樹脂部４３ｃとで構成されている。そして、樹脂部４３ｃの外径面には、金属製の平歯車３６と噛み合う歯４４ｃが形成されている。
【００２６】
次に、はすば歯車３７の構成を、図５の斜視図を参照しながら説明する。はすば歯車３７は、芯金４２ｄと芯金４２ｄの外周に一体的に設けられた樹脂部４３ｄとで構成されている。そして、樹脂部４３ｄの外径面には、金属製のはすば歯車３８と噛み合う歯４４ｄが形成されている。
【００２７】
次に、傘歯車３９の構成を、図６の斜視図を参照しながら説明する。傘歯車３９は、芯金４２ｅと芯金４２ｅの外周に一体的に設けられた樹脂部４３ｅとで構成されている。そして、樹脂部４３ｅの外径面には、金属製の傘歯車４０と噛み合う歯４４ｅが形成されている。
【００２８】
次に、ハイポイドギヤ５０の構成を、図７の斜視図を参照しながら説明する。ハイポイドギヤ５０は、芯金４２ｆと芯金４２ｆの外周に一体的に設けられた樹脂部４３ｆとで構成されている。そして、樹脂部４３ｆの外径面には、金属製のハイポイドギヤ５１と噛み合う歯４４ｆが形成されている。
【００２９】
ここで図３に関連する説明に戻ると、この樹脂部４３は、強化材としてアラミド繊維から構成されるシート、好ましくはアラミド繊維から構成される織布を、例えば円柱体に巻いたアラミド繊維シートで強化されたモノマーキャストナイロン樹脂製であり、中空円筒形をなしている。ウォームホイール３１を製造する場合、このアラミド繊維シートで強化された中空円筒形モノマーキャストナイロン樹脂へ芯金４２を加熱圧入することによりウォームホイール３１の歯をつける前の原型が得られる。この時、芯金４２の外周面には、適宜、例えばローレット駒をワークに転造して行なうクロスローレット加工等の外周面に凹凸を付与する加工を施すことが好ましく、その加工面を円筒形の樹脂部４３に締め代を持って加熱圧入するとよい。
【００３０】
そして、外周面にシランカップリング剤等のカップリング剤が塗布された芯金４２を、アラミド繊維シートで強化された中空円筒形モノマーキャストナイロン樹脂へ加熱圧入し、その後に高周波融着を行えば、芯金４２と樹脂部４３とが一体的に接合(接着)される。また、樹脂部４３の外径面の歯４４は、芯金４２と樹脂部４３とを融着等により一体化した後に、切削加工等で形成する。なお、カップリング剤を芯金４２に塗布する方法としては、メタノール等の溶剤で希釈した溶液を塗布する方法等があげられる。
【００３１】
このシランカップリング剤は、その化学構造の一端に加水分解性基であるアルコキシ基を有しており、このアルコキシ基が加水分解して水酸基に変化し、この水酸基が金属表面酸化皮膜の水酸基と脱水縮合を起こすことにより、金属との間で高い結合力を持つ共有結合を形成する。また、この化学構造の他端には有機官能基を有しており、この有機官能基が、ε−カプロラクタムの重合によって得られるモノマーキャスト(MC)ナイロン樹脂を得る過程において、約１重量%程度残る未反応のε−カプロラクタム及び、モノマーキャスト(MC)ナイロンのアミド結合等と結合する。そして、これらの結合により芯金４２と樹脂部４３とが強固に結合される。尚、有機官能基としては、反応性を考慮して、アミノ基を有するものが好適であり、具体的には、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)−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−ウレイドプロピルトリエトキシシラン等があげられる。
【００３２】
本発明で使用されるマトリックス樹脂に含まれる好ましい樹脂としての、ε−カプロラクタムの重合体であるモノマーキャスト(MC)ナイロン樹脂は、結晶化度の向上と熱安定剤の均一分散との少なくとも一方によって、樹脂自体の耐熱性の向上がなされているものが好ましい。モノマーキャスト(MC)ナイロン樹脂の結晶化度を向上させる場合、従来の方法で得られたε−カプロラクタムをモノマーキャスト法で重合して得られた重合体を、アニーリング処理、具体的には、室温から、２〜１５時間で、１６０〜２００℃まで加熱し、該温度にて１〜１５時間程度保持し、次いで、３〜３０時間かけて、室温まで徐冷することで、結晶化度を、従来の４０〜４５%程度から、５０〜６０%に向上させる。結晶化度を向上させることで、引張強度等の機械的強度が向上すると共に、耐疲労性や耐熱性が改善されている。結晶化度が５０%未満の場合は、上記説明した改善効果が少なく、好ましくない。また結晶化度が６０%を超える場合は、引張強度等は向上するものの、弾性率が高すぎて、樹脂ギア等に成形加工した場合、実質の面圧が高くなり過ぎるので、好ましくないと共に、結晶化度をこれ以上挙げるには、温度や時間を更にかける必要があり、実用性が低くなる。
【００３３】
マトリックス樹脂として好ましいモノマーキャストナイロン樹脂中に熱安定剤を均一に分散させるために、本発明では、熱安定剤の混入に工夫をしている。モノマーキャスト法で得られたε−カプロラクタム重合体を、ε−カプロラクタムのモノマーと一緒に加熱し、高粘度な均一溶液とした中に、熱安定剤を分散させて沈降や濃度むらを防止した状態で、更にモノマーキャスト法で重合を進行させることで、熱安定剤を均一に分散させている。加熱温度は、ε−カプロラクタムの融点である６９℃以上の温度で、好ましくは、１６０〜２１０℃程度である。また、本発明のモノマーキャスト(MC)ナイロン樹脂の数平均分子量は、６００００〜３０００００、好ましくは１０００００〜２０００００である。
【００３４】
モノマーキャストナイロン樹脂中に含有させる熱安定剤としては、特に限定はないが、銅系熱安定剤、フェノール系熱安定剤、リン系熱安定剤、硫黄系熱安定剤、アミン系熱安定剤等を使用することができる。
【００３５】
銅系熱安定剤として用いることのできる銅化合物は、塩化銅、臭化銅、ヨウ化銅、硫酸銅、硝酸銅、リン酸銅などの無機酸の塩、あるいは酢酸銅、ステアリン酸銅、ミリスチン酸銅、ナフテン酸銅、パルミチン酸銅などの有機酸塩などが挙げられ、これらを二種以上併用してもよいし、モノマーキャスト法でナイロン重合時のε−カプロラクタムとその重合体の溶解性を向上させるために同種の塩、例えばヨウ化銅の場合ヨウ化カリウム、との混合物としたものを用いてもよい。
【００３６】
フェノール系熱安定剤としては、N，N’−ヘキサメチレンビス(３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシ−ヒドロシンナマミド)、１，３，５−トリス(４−ｔ−ブチル−３−ヒドロキシ−２，６−ジメチルベンジル)イソシアネレート、トリエチレングリコール−ビス[３−(３−ｔ−ブチル−５−メチル−４−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]、１−オキシ−３−メチル−４−イソプロピルベンゼン、２，６−ジ−ｔ−ブチル−４−エチルフェノール等を具体的に用いることができる。
【００３７】
リン系熱安定剤としては、亜リン酸エステル系化合物が好適であり、具体的には、ジフェニルイソデシルホスファイト、ジフェニルイソオクチルホスファイト、トリフェニルホスファイト、トリイソデシルホスファイト、トリス(２，４−ジ−ｔ−ブチルフェニル)ホスファイト、テトラフェニルテトラ(トリヂシル)ペンタエリスリトールテトラホスファイト、環状ネオペンタンテトライルビス(２，４−ジ−ｔ−ブチルフェニルホスファイト)、ジステアリルペンタエリスリトールジホスファイト等を具体的に用いることができる。
【００３８】
硫黄系熱安定剤としては、ジラウリルチオジプロピオネート、ジステアリルチオジプロピオネート、ジミリスチル−３，３’−チオジプロピオネート、ジトリデシル−３，３−チオジプロピオネート、ジラウリルチオジプロピオネート等を具体的に用いることができる。
【００３９】
アミン系熱安定剤としては、４，４−ジオクチルジフェニルアミン等のアルキル置換されたジフェニルアミン、N，N’−ジ−２−ナフチル−ｐ−フェニレンジアミン等の置換基を有するｐ−フェニレンジアミン等を具体的に用いることができる。
【００４０】
上記説明した熱安定剤は、単独あるいは混合して用いてもよく、その含有量は熱安定剤の種類によって異なる。銅系熱安定剤の場合は、モノマーキャストナイロン樹脂及び熱安定剤を含む樹脂組成物全体の中で、０．０００５〜０．３重量%、好ましくは、０．００１〜０．１重量%である。含有量が０．０００５重量%未満の場合は、耐熱性の改善効果が低く、好ましくない。含有量が０．３重量%を越える場合は、耐熱性の改善効果の増加が認められなくなると共に、含有量が多くなりすぎて、均一な分散を充分に行うことが難しくなり、一部に粒子の凝集が発生しやすくなる。それによって、その凝集点を起点にして耐疲労性等の物性の低下を起こす恐れがあり、好ましくない。
【００４１】
銅系熱安定剤を除く上記の有機系熱安定剤の含有量は、ナイロン樹脂及び熱安定剤を含む樹脂組成物全体の中で、０．０５〜４重量%、好ましくは、０．１〜２重量%である。含有量が０．０５重量%未満の場合は、耐熱性の改善効果が低く、好ましくない。含有量が４重量%を越える場合は、耐熱性の改善効果の増加がほとんど認められなくなると共に、樹脂中に相溶させるのが難しくなり実用性が低くなり、好ましくない。
【００４２】
また、上記の熱安定剤の他に、紫外線吸収剤、難燃剤、抗菌剤等の各種添加剤や、カーボンブラック等の着色剤等を、更にナイロン樹脂中に含有させる組成としてもよい。
【００４３】
強化材として使用されるアラミド繊維は、コポリパラフェニレン・３，４’−オキシジフェニレン・テレフタルアミド、ポリパラフェニレンテレフタルアミド等のパラ型アラミド繊維、ポリメタフェニレンイソフタルアミド等のメタ型アラミド繊維を単独あるいは配合状態にして用いることができるが、好ましくはより補強性が高いパラ型アラミド繊維が好適に用いられる。これらのアラミド繊維は、織布又は不織布等のシート状にした後、適当な金属管に巻き付けた状態で、金型中でモノマーキャストナイロンの重合反応で用いられるε−カプロラクタム(モノマー)、重合開始剤、触媒等の混合溶液中に浸漬される。その状態で加熱することで重合が進行し、モノマーキャストナイロン樹脂中に巻かれたシート状のアラミド繊維が取り込まれる。重合反応終了後に金属管を取り除く。重合が終了した後に、アラミド繊維シートで強化されたモノマーキャストナイロン樹脂は、歪みを除去し且つ結晶化度を向上するために、適当な温度で、アニーリング処理された後、芯金を圧入する前の形状であるドーナツ形状とする。
【００４４】
これらのアラミド繊維は、シートにする前に又はシートにした後に、モノマーキャストナイロン樹脂との接着性を向上させるために、エポキシ基・アミノ基等を含有するシランカップリング剤やエポキシ樹脂で表面を処理したものを使用すると更に好ましい。片端にエポキシ基・アミノ基等を含有するシランカップリング剤は、他端に加水分解性のアルコキシ基を有し、このアルコキシ基は水によって、シラノール基へと変化する。このシラノール基は、互いに脱水縮合で２量体以上となり、最終的にシランカップリングは２個以上のエポキシ基・アミノ基を有する形態となり、アラミド繊維とモノマーキャストナイロン樹脂とを接合するように働く。
【００４５】
また、アラミド繊維は、モノマーキャストナイロン樹脂との接合性を向上させるために、超臨界二酸化炭素を用いて繊維表面に孔径１〜５μｍ程度の微細な空孔を設けたものを用いてもよい。空孔を設ける際、エントレーナーとしてN−メチルピロリドンを１〜５%程度添加すると、より微細な空孔を設けることができ、更に好ましい。
【実施例】
【００４６】
(実施例、比較例)
[ウォームホイール試験体の作製]
二方向に編みこんだパラ系アラミド繊維の織布(テクノーラＭ１０００Ｓ、帝人テクノプロダクツ製、単繊維直径Φ１２μm、化学物質名：コポリパラフェニレン・３，４’−オキシジフェニレン・テレフタルアミド；表面処理油剤除去品)を鋼製、外径６０mmの金属管に重ねて巻き付けた後に、金型中でモノマーキャストナイロンの重合反応で用いられるε−カプロラクタム(モノマー)、重合開始剤、触媒、アミン系熱安定剤等の混合溶液中に浸漬する。その状態で加熱し、重合を進行させ、モノマーキャストナイロン樹脂中にパラ系アラミド繊維の織布を取り込んだ樹脂組成物ブランク材を得た。重合終了後にこの樹脂組成物ブランク材から金属管を抜き取り、軸中心部を欠いた円板状又は円筒状の環状形状体を得た。アラミド繊維を取り込んだ樹脂組成物の環状形状体をシリコンオイル中に浸漬して、アニーリング処理を行って、結晶化度を向上させた。温度条件は、室温から４時間かけて、１７０℃まで昇温後、１７０℃で3時間保持してから、４時間かけて室温まで徐冷した。このアラミド繊維を取り込んだ樹脂組成物の環状形状体から、内径側と外径側を切除した。その後、シランカップリング剤［日本ユニカー製Ａ−１１２２；N−β−(アミノエチル)−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン］のメタノール希釈液(濃度５重量%)に浸漬したクロスローレット加工を施した芯金を、このアラミド繊維を取り込んだ樹脂組成物の環状形状体に１４０℃で１hr加熱膨張させた状態で圧入した。その後、直ちに高周波融着を行い、シランカップリング剤を介して、芯金とこの樹脂組成物の環状形状体とを完全に接合した。接合後、樹脂部の外周を切削加工してギア歯を形成してウォームホイール試験体である樹脂歯車を作製した。このウォームホイール試験体を図２に示す装置に組み込んで、１２０℃で従来より高面圧の２５０MPaで耐久試験を実施した。表１に、モノマーキャストナイロン樹脂組成物の組成を示す。表２に、モノマーキャストナイロン樹脂組成物の特性を示す。耐久試験は、比較例として、アラミド繊維シートを含有しない以外は実施例と同一条件で作成したウォームホイール試験体である樹脂歯車についても実施した。結果をまとめて表３に示す。
【００４７】
【表１】
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【００４８】
【表２】
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【００４９】
【表３】
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表３を見ても明らかなように、本発明の樹脂歯車で用いられているモノマーキャストナイロン樹脂組成物は、アラミド繊維シートを強化材として含有することから、高面圧での耐久性が格段に向上していることがわかった。
【００５０】
以上、円筒ウォームギアであるウォームホイールについて説明してきたが、歯車の形状としては、その他、平歯車、はすば歯車、傘歯車、ハイポイドギア等でもかまわない。(添付図面の図４〜図７参照。)
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明の樹脂製歯車は、例えば、電動パワーステアリング装置のパワーアシスト部を構成する歯車減速機構等に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】電動パワーステアリング装置の構成を説明する図である。
【図２】ウォーム歯車減速機構の構成を示す部分断面図である。
【図３】ウォームホイールの構成を示す斜視図である。
【図４】平歯車の斜視図である。
【図５】はすば歯車の斜視図である。
【図６】傘歯車の斜視図である。
【図７】ハイポイドギヤの斜視図である。
【符号の説明】
【００５３】
１０      電動パワーステアリング装置
３０      ウォーム歯車減速機構
３１      ウォームホイール
３２      ウォーム
４２      芯金（ハブ）
４３      樹脂部
４４      歯
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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