(57)【要約】【課題】樹脂に残留している引張応力を開放することで樹脂の破断といった問題を解消し、芯材と樹脂との間の密着度が極めて高く、接着力に優れた芯材入りポリアミド樹脂成形体を製造することができる製造方法を提供する。【解決手段】芯材２表面に予めシランカップリング剤を付着させた後、芯材２を型内にセットした状態で射出成形にてポリアミド樹脂にて外周部５をインサート成形し、次いで芯材２を高周波誘導にて加熱することによって芯材２と接触している部分の樹脂を一旦溶融させた後に冷却固化する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製の芯材の周囲にポリアミド樹脂からなる外周部を形成した芯材入りポリアミド樹脂成形体において、芯材表面を予めシランカップリング剤を付着させた後、芯材を型内にセットした状態で射出成形にてポリアミド樹脂にて外周部をインサート成形し、次いで芯材を高周波誘導にて加熱することによって芯材と接触している部分の樹脂を一旦溶融させてから冷却することによって得られる芯材入りポリアミド樹脂成形体。
【請求項２】
シランカップリング剤がエポキシシランとアミノシランから選ばれる少なくとも１種のシランカップリング剤である請求項１記載の芯材入りポリアミド樹脂成形体。
【請求項３】
金属製の芯材の周囲にポリアミド樹脂からなる外周部を形成した芯材入りポリアミド樹脂成形体の製造方法において、芯材表面に予めシランカップリング剤を付着させた後、芯材を型内にセットした状態で射出成形にてポリアミド樹脂にて外周部をインサート成形し、次いで芯材を高周波誘導にて加熱することによって芯材と接触している部分の樹脂を溶融させてから冷却することを特徴とする芯材入りポリアミド樹脂成形体の製造方法。
【請求項４】
シランカップリング剤がエポキシシランとアミノシランから選ばれる少なくとも１種のシランカップリング剤である請求項３記載の芯材入りポリアミド樹脂成形体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は中に金属製の芯材を埋設したポリアミド樹脂成形体の製造方法に係り、詳しくは高負荷および高温下で使用されるギア、ローラ、車輪などを用途とする芯材を埋設したポリアミド樹脂成形体において、射出成形品であっても芯材とポリアミド樹脂との間の接着力が極めて高い芯材入りポリアミド樹脂成形体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ポリアミド樹脂成形体は、軽量化や無給油運転や静音化等を目的として金属製ギア、ローラ、車輪などの代替品としてしばしば用いられている。しかし、極めて高負荷の条件で用いたり、通常の条件下でも長期に使用したりすることによって限界を越え、ポリアミド樹脂部と軸との境界に存在するキー溝部から破壊することがあった。
【０００３】
このためポリアミド樹脂の軽量であるとともにメンテナンスフリーで長期にわたって使用できるという特長を生かしながら芯材は金属のものを用いる構造のものが提案されている。このポリアミド樹脂部に金属製の芯材を固定する方法として、次に挙げるような方法が知られている。
【０００４】
常温または加熱膨張させたポリアミド樹脂パイプに金属製の芯材を圧入してその後輪切り加工・歯切りなどの仕上げ加工を行うもの。圧入方法については冷間圧入による方法や加熱膨張させたポリアミド樹脂部を金属ボス部に圧入する方法（焼嵌法）がある。加熱の方法としては特許文献１に高周波誘導加熱が記載されている。
【０００５】
ポリアミド樹脂パイプに表面ローレット加工を施した金属製の芯材を圧入した後、金属を加熱して両者を融着一体化し、その後輪切り加工・歯切りなどの仕上げ加工を行うもの。
【０００６】
ギアなどの部品１個分の薄い円筒形金型にやはり部品１個分の厚みの金属製芯材をセットし、金型と芯材のあいだにモノマー原料を注型し重合させることで芯材と樹脂を一体化するインサート成形によるもの（特許文献２）。
【０００７】
同様にインサート成形によるものであるが、モノマー原料の注型ではなく射出成形によって樹脂部分を成形するもの（特許文献２）。
【０００８】
また、金属の表面にアルコキシシラン化合物をコートすることによって樹脂と金属との密着性を高めるといったことも特許文献３に記載されている。
【０００９】
【特許文献１】
特開平７−２３７２６６号公報
【特許文献２】
特開２０００−３３４７５０号公報
【特許文献３】
特開平７−３２９１０４号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの方法は夫々問題点を有している。まず冷間圧入法と焼嵌法では、樹脂と芯材との間の固定力が弱く、短期間のうちに金属ボス部とポリアミド樹脂部との間にズレが生じてしまうことがあった。
【００１１】
また、高温下におけるポリアミド樹脂の熱膨張、長時間の使用による応力緩和によってポリアミド樹脂部の抱き付き力は低下し、固定力はさらに弱くなってポリアミド樹脂部の破壊に至ることこともある。
【００１２】
ポリアミド樹脂部を金属に冷間圧入し、金属を加熱して両者を融着一体化する方法においては、加工工数が多くて製品が高価になる問題があった。
【００１３】
また、芯材をモールド内に配置してその周囲にポリアミド樹脂を注型して重合し、成形体を得てそれを所定サイズにカットすることによって芯材入りのポリアミド樹脂成形体を製造するという方法であると、芯材とポリアミド樹脂との間の接着力としては強固なものが得られ信頼性の高い部品とすることができるが、
製造コストの面では多少不利な面がある。
【００１４】
樹脂部分の成形方法を射出成形とすることでコスト的には有利になるが、逆に芯材とポリアミド樹脂との間の接着力の面では前記の注型成形のものと比べると低く、高負荷がかかったときに芯材と樹脂との間でズレが生じたりがたつきを発生したりするといった問題が考えられる。
【００１５】
そこで本発明は、このような諸問題を解決し、ポリアミド樹脂の利点を生かした軽量で無給油にて長期に渡って使用できるとともに、射出成形にて低コストで製造することができ、かつ芯材とポリアミド樹脂と間の接着力の高い芯材入りポリアミド樹脂成形体の製造方法の提供を目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
以上のような目的を達成するために本発明の請求項１では、金属製の芯材の周囲にポリアミド樹脂からなる外周部を形成した芯材入りポリアミド樹脂成形体において、芯材表面に予めシランカップリング剤を付着させた後、芯材を型内にセットした状態で射出成形にてポリアミド樹脂にて外周部をインサート成形し、次いで芯材を高周波誘導にて加熱することによって芯材と接触している部分の樹脂を溶融させて冷却することによって得られる芯材入りポリアミド樹脂成形体である。
【００１７】
射出成形によるインサート成形で得られた成形体であっても、芯材に予めシランカップリング剤を付着させた状態で成形し、かつ、成形後に芯材との界面の樹脂を高周波誘導加熱により一旦溶融させてやることによって、樹脂の収縮により芯材を締め付けるため樹脂自身に残留している引張応力が開放されて樹脂の破断といった問題が解消されることと、芯材と樹脂との間の密着度が極めて高く、接着力に優れた芯材入りポリアミド樹脂成形体を製造することができるものである。
【００１８】
請求項２では、シランカップリング剤がエポキシシランとアミノシランから選ばれる少なくとも１種のシランカップリング剤である芯材入りポリアミド樹脂成形体としている。
【００１９】
所定のシランカップリング剤を用いることによって、より芯材とポリアミド樹脂との間の接着力を高めることができる。
【００２０】
請求項３は金属製の芯材の周囲にポリアミド樹脂からなる外周部を形成した芯材入りポリアミド樹脂成形体において、芯材表面を予めシランカップリング剤を付着させた後、芯材を型内にセットした状態で射出成形にてポリアミド樹脂にて外周部をインサート成形し、次いで芯材を高周波誘導にて加熱することによって芯材と接触している部分の樹脂を一旦溶融させてから冷却することを特徴とする。
【００２１】
請求項１と同様に射出成形によるインサート成形で得られた成形体であっても、芯材に予めシランカップリング剤を付着させた状態で成形し、かつ、成形後に芯材との界面の樹脂を高周波誘導加熱により一旦溶融させてやることによって、樹脂の収縮により芯材を締め付けるため樹脂自身に残留している引張応力が開放されて樹脂の破断といった問題が解消されることと、芯材と樹脂との間の密着度が極めて高く、接着力に優れた芯材入りポリアミド樹脂成形体を製造することができるものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の製造方法によって得られる芯材入りポリアミド樹脂成形体の平面図、図２は図１のＡ−Ａ断面図である。
【００２３】
本発明の方法により製造されるポリアミド樹脂成形体１は、例えば図１及び図２に示すような円盤体であり、中央部に貫通孔３を有するとともに、側面４にローレット加工を施した金属製の芯材２の外周にポリアミド樹脂からなる外周部５を形成したものであり、外周部５には、例えば後の機械加工により歯部（図示せず）が形成され、高負荷用のギアとして使用されるものである。
【００２４】
芯材２の側面４にローレット加工を施すことによって、ポリアミド樹脂からなる外周部５が芯材２に対して機械的にロックされるため、外周部５が芯材２から容易に抜けたり回転するのを阻止したりする。他にも芯材２の形態としてはこれに限られるわけではなく、ネジ切り加工を施したものや、一定間隔で軸方向および回転方向の溝を設けたものなど凹凸を設けたものなら同様の効果を発揮することができる。
【００２５】
本発明では以上のような芯材入りポリアミド樹脂成形体を製造する際、ポリアミド樹脂の成形の工程は芯材を型内にセットして射出成形するインサート成形にて行うが、芯材はポリアミド樹脂の成形に先立って、表面にシランカップリング剤を付着している。
【００２６】
そしてシランカップリング剤を付着した芯材の周囲にポリアミド樹脂の部分を成形して、その後高周波誘導加熱によって芯材を加熱することによって芯材と接触しているポリアミド樹脂の部分を溶融させる。高周波誘導加熱はポリアミド樹脂と芯材との境界部分から溶融したポリアミド樹脂が湧き出すぐらいまで行う必要があり、大体数秒〜数十秒の範囲で加熱することになる。そして溶融したポリアミド樹脂を冷却固化することによって、芯材入りポリアミド樹脂成形体が完成する。
【００２７】
高周波誘導加熱でポリアミド樹脂を加熱した際の溶融した樹脂の湧き出し量は、円筒形の芯材の周囲に樹脂を成形する場合、
［樹脂の湧き出し容積］＝［芯材の外周面積］×［芯材の半径］×Ｒ
の式でＲ＝０．４〜１．５％となる程度とすることが好ましい。
【００２８】
ポリアミド樹脂が成形後に収縮して芯材を締め付ける方向の力がかかっており、樹脂自身は引張り応力が残留した状態となっている。前記のように芯材との境界部分におけるポリアミド樹脂を一旦溶融させることによって、樹脂自身に残留している引張応力が開放されて樹脂の破断といった問題が解消されるとともに、芯材とポリアミド樹脂との間の密着がより高いものとなり、また加熱によってシランカップリング剤による接着力を高めることもでき、それらの相乗効果によって芯材とポリアミド樹脂との接着強度をきわめて高いものとすることができる。
【００２９】
前記のＲの値が０．４％未満であると樹脂の残留応力が十分に開放されず、樹脂の破断などの問題を防止する効果が小さくなり、１．５％を超えると溶融樹脂が発泡してしまうおそれがあり、芯材と樹脂との間の結合力が低下するので好ましくない。
【００３０】
芯材は金属製であり、特に限定されるものではないが、例えば、銅、鉄、アルミニウムやこれらの合金を挙げることができる。
【００３１】
シランカップリング剤としては、２−（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、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリエトキシシランなどのエポキシシラン化合物。また、Ｎ−２（アミノエチル）３−（アミノプロピルメチルジメトキシシラン、Ｎ−２（アミノエチル）３−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−２（アミノエチル）３−アミノプロピルトリエトキシシラン、３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、３−トリエトキシシリル−Ｎ−（１，３−ジメチル−ブチリデン）プロピルアミン、Ｎ−フェニル−３−アミノプロピルトリメトキシシランなどのアミノシラン化合物が挙げられる。
【００３２】
これらのシランカップリング剤を芯材に付着させる場合は、溶液状で刷毛などを用いて塗布する方法、スプレーを使って吹き付け塗布する方法、容器内にいれて芯材を浸す方法などによって付着させる。芯材のポリアミド樹脂と接触する部分のみに付着させても良いが全体に付着しても差し支えない。
【００３３】
【実施例】
（実施例）
外形６０ｍｍ、厚み２０ｍｍの金属製の芯材を、エタノールで０．５％の濃度に希釈した３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン溶液に浸漬し、自然乾燥させた。これを金型内にセットし、通常の条件でガラス繊維を３０％含有したナイロン６６を芯材の側面を被覆するように射出成形した。成形品の最外径は８０ｍｍ、厚みは２０ｍｍとした。次いでこれを高周波誘導加熱用コイル内にセットし、３８ｋＨｚの高周波を１０秒間印加し、０．８ｃｍ３の溶融樹脂を芯材とポリアミド樹脂の境界部分から湧き出させた。（式１におけるＲ＝０．７％相当）
【００３４】
得られた芯材入りポリアミド樹脂成形体の樹脂の部分を歯切りして芯材入り樹脂ギアとした。芯材を固定して、樹脂の部分に回転トルクをかけて、許容トルクを測定した。その結果を表１に示す。
【００３５】
（比較例１）
芯材の表面にシランカップリング剤を付着させなかった以外は実施例と全く同じ条件で芯材入り樹脂ギアを作成し、同様に許容トルクを測定した。その結果を表１に示す。
【００３６】
（比較例２）
射出成形後に高周波誘導加熱を行わなかった以外は実施例と全く同じ条件で芯材入り樹脂ギアを作成し、同様に許容トルクを測定した。その結果を表１に示す。
【００３７】
【表１】
2004255802.tif 000003
【００３８】
表１の結果からわかるようにシランカップリング剤による芯材の処理は芯材と樹脂との間の接着力に大きく影響しており、高周波誘導加熱は樹脂の残留応力を開放するのに効果を発揮していることがわかる。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように本発明の請求項１では金属製の芯材の周囲にポリアミド樹脂からなる外周部を形成した芯材入りポリアミド樹脂成形体において、芯材表面に予めシランカップリング剤を付着させた後、芯材を型内にセットした状態で射出成形にてポリアミド樹脂をインサート成形し、次いで芯材を高周波誘導にて加熱することによって芯材と接触している部分の樹脂を溶融させ冷却することによって得られる芯材入りポリアミド樹脂成形体である。
【００４０】
射出成形によるインサート成形で得られた成形体であっても、芯材に予めシランカップリング剤を付着させた状態で成形し、かつ、成形後に芯材との界面の樹脂を高周波誘導加熱により一旦溶融させてやることによって、樹脂の収縮により芯材を締め付けるため樹脂自身に残留している引張応力が開放されて樹脂の破断といった問題が解消されることと、芯材と樹脂との間の密着度が極めて高く、接着力に優れた芯材入りポリアミド樹脂成形体を製造することができるものである。
【００４１】
請求項２では、シランカップリング剤がエポキシシランとアミノシランから選ばれる少なくとも１種のシランカップリング剤である芯材入りポリアミド樹脂成形体としている。
【００４２】
所定のシランカップリング剤を用いることによって、より芯材とポリアミド樹脂との間の接着力を高めることができる。
【００４３】
請求項３は金属製の芯材の周囲にポリアミド樹脂からなる外周部を形成した芯材入りポリアミド樹脂成形体の製造方法において、芯材表面を予めシランカップリング剤を付着させた後、芯材を型内にセットした状態で射出成形にてポリアミド樹脂をインサート成形し、次いで芯材を高周波誘導にて加熱することによって芯材と接触している部分の樹脂を一旦溶融させてから冷却することを特徴とする。
【００４４】
請求項１と同様に射出成形によるインサート成形で得られた成形体であっても、芯材に予めシランカップリング剤を付着させた状態で成形し、かつ、成形後に芯材との界面の樹脂を高周波誘導加熱により一旦溶融させてやることによって、樹脂の収縮により芯材を締め付けるため樹脂自身に残留している引張応力が開放されて樹脂の破断といった問題が解消されることと、芯材と樹脂との間の密着度が極めて高く、接着力に優れた芯材入りポリアミド樹脂成形体を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造方法によって得られる芯材入りポリアミド樹脂成形体の平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【符号の説明】
１    ポリアミド樹脂成形体
２    芯材
３    貫通孔
４    側面
５    外周部
【図１】
2004255802.tif 000004
【図２】
2004255802.tif 000005