(57)【要約】金属歯車等に噛合する樹脂歯車であって、母材に結晶性樹脂が用いられ、添加剤に強化繊維に加えて結晶核剤が用いられている樹脂歯車。
2004015309.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
噛合相手が金属部材である樹脂歯車であって、
母材に結晶性の樹脂が用いられ、母材に対する添加剤に、カーボン繊維（ＣＦ）、ガラス繊維（ＧＦ）およびアラミド繊維（ＡＦ）からなる群の中から選択された１つまたは２つ以上の強化繊維に加えて、タルク、炭化けい素、カーボンブラック、シリカからなる群の中から選択された１つまたは２つ以上の結晶核剤が用いられている、樹脂歯車。
【請求項２】
選択された結晶核剤が、タルクであり、母材に対する添加量が、０．０５ないし０．２ｗｔ％である請求項１に記載の樹脂歯車。
【請求項３】
選択された結晶核剤が、炭化けい素であり、母材に対する添加量が、０．０５ないし１．０ｗｔ％である請求項１に記載の樹脂歯車。
【請求項４】
選択された結晶核剤が、カーボンブラックであり、母材に対する添加量が、０．２５ないし０．２ｗｔ％である請求項１に記載の樹脂歯車。
【請求項５】
選択された結晶核剤が、シリカであり、母材に対する添加量が、０．０５ないし１．０ｗｔ％である請求項１に記載の樹脂歯車。
【請求項６】
選択された強化繊維がカーボン繊維（ＣＦ）であり、その添加量は、５ないし３０ｗｔ％である請求項１に記載の樹脂歯車。
【請求項７】
選択された強化繊維がガラス繊維（ＧＦ）であり、その添加量は、５ないし４０ｗｔ％である請求項１に記載の樹脂歯車。
【請求項８】
選択された強化繊維がアラミド繊維（ＡＦ）であり、その添加量は、５ないし２０ｗｔ％である請求項１に記載の樹脂歯車。
【請求項９】
添加剤に、さらに高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）およびポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）からなる群の中から選択された１つまたは２つ以上の固体潤滑剤が用いられている、請求項１に記載の樹脂歯車。
【請求項１０】
噛合相手が金属部材である樹脂歯車であって、
母材に結晶性の樹脂が用いられ、母材に添加される添加剤に、タルクの０．０５ないし０．２ｗｔ％と、ガラス繊維の５ないし４０ｗｔ％が用いられている樹脂歯車。
【請求項１１】
噛合相手が金属部材である樹脂歯車であって、
母材に結晶性の樹脂が用いられ、この母材に対する添加剤に結晶核剤と強化繊維と固体潤滑剤とが用いられ、かつ、カーボン繊維が、強化繊維と固体潤滑剤とに兼用されている樹脂歯車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、噛合相手が金属製である樹脂歯車にかかり、より詳しくは、母材の樹脂に強度向上やその他を目的とする添加剤が添加されてなる樹脂歯車に関する。
【背景技術】  噛合相手が金属製のボールねじや歯車の場合、樹脂歯車はたとえば噛合音を抑えるため使用される。樹脂歯車は、−４０℃ないし１２０℃の苛酷な使用環境下でも強度、耐久性、耐摩耗性、さらに、噛合相手との噛み合い精度の確保等が要求される。ガラス繊維のような強化繊維は、このような要求のため、樹脂歯車の母材である樹脂に添加される。
しかしながら、樹脂歯車は、射出成形により成形されるものであり、溶融樹脂の流動先端が２方向から合流するときに、ウエルドが発生して熱衝撃に弱くなっているうえに、樹脂歯車自体の強度、耐久性、耐摩耗性確保のため添加されたはずのガラス繊維が歯面から露出して金属製の噛合相手を損傷させたり、摩耗させたりする可能性が高い。
【発明の開示】
本発明による樹脂歯車は、噛合相手が金属部材である樹脂歯車であって、母材に結晶性の樹脂が用いられ、母材に対する添加剤に、カーボン繊維（ＣＦ）、ガラス繊維（ＧＦ）およびアラミド繊維（ＡＦ）からなる群の中から選択された１つまたは２つ以上の強化繊維に加えて、タルク、炭化けい素、カーボンブラック、シリカからなる群の中から選択された１つまたは２つ以上の結晶核剤が用いられている。
好ましくは、選択される結晶核剤は、タルクであり、母材に対する添加量は、０．０５ないし０．２ｗｔ％である。
本発明による樹脂歯車は、母材に結晶性樹脂が用いられ、その母材に対する添加剤に、強化繊維のみならず、結晶核剤も添加されているから、樹脂成形時に発生するウェルドの強度が高められて耐熱衝撃性が向上しているとともに、強化繊維にたとえばガラス繊維が添加されても、金属製の噛合相手を損傷させたり、摩耗させたりせずに済む。
【図面の簡単な説明】  図１は、本発明による樹脂歯車を用いた歯車装置の概略を示す斜視図
図２は、樹脂歯車の破損試験で用いる試験片を示す側面図
【発明を実施するための最良の形態】  図面を参照して、本発明の最良の形態を説明すると、図１は、本発明による樹脂歯車を用いた歯車装置を示す。この歯車装置は、軸方向に位置決めされて支持された金属歯車１と、これに噛合し軸方向で変位可能に支持された樹脂歯車２とを備える。樹脂歯車２に噛合する相手部材は、金属歯車１に限定されない。
樹脂歯車２は、母材に結晶性樹脂が用いられているうえ、この母材に対する添加剤に、強化繊維のみならず、結晶核剤が採用されており、好ましくは固体潤滑剤も用いられていることに特徴を有している。この樹脂歯車２は、母材に結晶性樹脂が用いられ、その母材に対する添加剤に、強化繊維のみならず、結晶核剤も添加されていることにより、樹脂成形時に発生するウェルドの強度が高められて耐熱衝撃性が向上している。また、この樹脂歯車は、結晶核剤が添加されているから、強化繊維にたとえばガラス繊維が添加されても、金属製の噛合相手を損傷させたり、摩耗させたりせずに済む。そのため、強化繊維の特性である−４０℃ないし１２０℃の苛酷な使用環境下での強度の向上、耐久性の維持、耐摩耗性の確保、さらには、噛合相手との噛み合い精度の確保等の要求を十分に発揮させられる樹脂歯車２を提供できるものとなる。
母材に用いる結晶性樹脂は、ＰＡ（ポリアミド）６，ＰＡ６６，ＰＡ４６，ＰＡ１２，ＰＡ１１，ＰＡ６Ｔ，ＰＡ９Ｔなどのポリアミド系樹脂や、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド），ＰＰＡ（ポリフタルアミド），ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート），ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート），ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＰ（ポリプロピレン）からなる群の中から選択された１つまたは２つ以上である。
強化繊維は、カーボン繊維（ＣＦ）、ガラス繊維（ＧＦ）またはアラミド繊維（ＡＦ）からなる群の中から選択された１つまたは２つ以上である。
強化繊維のｗｔ％は、カーボン繊維（ＣＦ）が選択された場合は５〜３０ｗｔ％、ガラス繊維（ＧＦ）が選択された場合は５〜４０ｗｔ％、アラミド繊維（ＡＦ）が選択された場合は５〜２０ｗｔ％である。
強化繊維のｗｔ％がそれぞれ上記下限値未満であればウエルドの補強効果が期待できず、上記上限値超であれば補強効果が飽和し、かつ、他の添加剤の添加割合の相対減少によりウエルド強度の低下を来す。
結晶核剤は、結晶性樹脂の結晶化を促進する添加剤であり、タルク〔Ｍｇ３Ｓｉ４Ｏ１０（ＯＨ）２〕、炭化けい素（ＳｉＣ）、カーボンブラック（Ｃ）、シリカ（ＳｉＯ２）からなる群の中から選択された１つまたは２つ以上である。
結晶核剤のｗｔ％は、タルク〔Ｍｇ３Ｓｉ４Ｏ１０（ＯＨ）２〕が選択された場合は０．０５〜０．２ｗｔ％、炭化けい素（ＳｉＣ）が選択された場合は０．０５〜１．０ｗｔ％、カーボンブラック（Ｃ）が選択された場合は０．２５〜１．０ｗｔ％、シリカ（ＳｉＯ２）が選択された場合は０．０５〜１．０ｗｔ％である。
結晶核剤のｗｔ％がそれぞれ上記下限値未満であればウェルド補強効果が期待できず、上記上限値超であればウェルド補強効果の飽和と、他の成分割合の相対減少による強度低下を来す。
固体潤滑剤は、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）からなる群の中から選択された１つまたは２つ以上である。
固体潤滑剤のｗｔ％は、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）が選択された場合は１〜１５ｗｔ％、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）が選択された場合は１〜１５ｗｔ％、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）が選択された場合は５〜３０ｗｔ％である。
固体潤滑剤のｗｔ％がそれぞれ上記下限値未満であれば潤滑効果が期待できず、上記上限値超であれば潤滑効果の飽和と、他の成分割合の相対減少による強度の低下とを来す。
樹脂歯車２の破損試験を説明する。
試験には図２に示す試験片が用いられた。本発明の試験片と本発明との比較のための比較用試験片は、共に、母材にポリアミド６６、固体潤滑剤に高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）の５ｗｔ％、強化繊維にガラス繊維（ＧＦ）の３０ｗｔ％が添加されている。
ただし、本発明試験片には、結晶核剤にタルクの０．１ｗｔ％が添加されているが、比較用試験片にはタルクが添加されていない。両試験片には共に図２の破線で示すごとくウェルド３が試験評価目的に意識的に作られている。
両試験片には、−４０〜１２０℃で破損するまで図２の矢印で示す引っ張り荷重が繰り返し加えられる。両試験片が破損に至るまでの引っ張り荷重の繰り返し回数をカウントする。試験の結果は、比較用試験片では繰り返し回数２００回であり、本発明試験片では繰り返し回数６００回であった。
なお、樹脂歯車２の破損試験を、本発明の試験片に対して固体潤滑剤と強化繊維はすべて上記と同条件とし、結晶核剤のみを変更してさらに行った。試験片は、すべて上記と同じ形状（図２）の試験片が用いられた。その結果、本発明の試験片において破損に至るまでの引っ張り荷重の繰り返し回数は、結晶核剤が炭化ケイ素の１．０ｗｔ％である場合は４５０回、カーボンブラックの０．２ｗｔ％である場合は４００回、シリカの１．０ｗｔ％である場合は４５０回であった。いずれの結晶核剤においても、すべて、結晶核剤を含まない比較用試験片の破損に至るまでの引っ張り荷重の繰り返し回数２００回よりも多い結果となった。
本発明は、固体潤滑剤が添加されていない樹脂歯車も含む。カーボン繊維は強化繊維としても固体潤滑剤としても作用するから、次の試験片を作成して破損試験を行った。この試験片は、母材にポリアミド６６を用い、この母材にカーボン繊維の３０ｗｔ％、タルクの０．１ｗｔ％が添加される。この試験片の場合、破損に至るまでの引っ張り荷重の繰り返し回数５５０回であった。
試験の結果は、結晶性樹脂を母材として結晶核剤を適量添加することにより、母材としての結晶性樹脂の結晶化度を高めることができ、試験片の最弱部分となるウェルドの強度が向上し、熱衝撃によりウェルドで破損することを抑制できることを示している。
本発明は、樹脂歯車２の直径寸法が９０ｍｍ以上であって、その内周に直径寸法８０ｍｍ以上の金属製円環スリーブなどをインサート成形した装置では、ウェルド破損の効果的な防止に有効である。
本発明による樹脂歯車の形状や構造は特に限定されず、その樹脂歯車の適用する装置や機器に限定されず適用できる。
【産業上の利用可能性】  本発明による樹脂歯車は、金属製である噛合部材との噛合用の歯車に用いることができる。例えば、ＣＶＴ変速機であるボールねじと噛合して、このボールねじを駆動するのに用いることができる。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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