(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、しかも樹脂のはみ出しを防止することによって製造時の効率も高い芯材入りポリアミド樹脂成形体を提供する。【解決手段】金属製の芯材２の周囲にポリアミド樹脂からなる外周部５を形成した芯材入りポリアミド樹脂成形体１において、成形体表面の芯材２と外周部５との境界に溝６をつけるように射出成形し、溝６を設けた面を覆った状態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。【選択図】  図３
2004255803.tif 000002
【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、成形体表面の芯材と外周部との境界に溝をつけるように、インサート成形で芯材にポリアミド樹脂にて外周部を射出成形し、次いで溝を設けた面を覆った状態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】
射出成形に先立って芯材表面にシランカップリング剤を付着させてなる請求項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、成形体表面の芯材と外周部との境界に溝をつけるように、インサート成形で芯材にポリアミド樹脂にて外周部を射出成形し、次いで溝を設けた面を覆った状態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】
射出成形に先立って芯材表面にシランカップリング剤を付着させてなる請求項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、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。
【００１１】
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。
【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。また、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。
【００１３】
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。
【００１４】
芯材に樹脂を圧入したものや、芯材の周囲に樹脂部を射出成形したものにおいて、金属製の芯材を高周波誘導加熱して芯材と樹脂との界面における樹脂を一旦溶融してから冷却するという工程を採ることによって樹脂中の残留応力を緩和して樹脂の破断などの問題を解消することができる。しかし、高周波誘導加熱にて樹脂を溶融させる際に、芯材と樹脂との界面の部分において表面に溶融した樹脂が湧き出すことから、冷却後に湧き出した部分の樹脂をバリとして処理しなければならず、製造時の効率が悪くなるという問題が別途発生する。また、湧き出し量が少なすぎて残留応力緩和の効果が十分得られなかったり、逆に湧き出し量が多すぎて芯材との界面の樹脂が発泡したりするという問題も生じやすい。
【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く、樹脂中の残留応力がないので破断するといった問題もなく、更に製造時の効率も高く品質の安定した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、成形体表面の芯材と外周部との境界に溝をつけるように、インサート成形で芯材にポリアミド樹脂にて外周部を射出成形し、次いで溝を設けた面を覆った状態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】
成形体表面の芯材と外周部との境界に溝をつけたものを用いて、溝を設けた面を覆った状態で芯材を高周波誘導加熱して樹脂を溶融させることによって、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他、溶融した樹脂が湧き出してきても溝内に収容することができ、成形後にバリとして処理する必要が無いので製造時の効率を低下させない。また、高周波誘導加熱が過剰となっても溝の容積を超えて溶融樹脂が湧き出すことが防げるので、芯材との界面付近の樹脂が発泡することがない。
【００１８】
請求項２では、射出成形に先立って芯材表面にシランカップリング剤を付着させてなる芯材入りポリアミド樹脂成形体としている。
【００１９】
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とすることができる。
【００２０】
請求項３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の製造方法において、成形体表面の芯材と外周部との境界に溝をつけるように、インサート成形で芯材にポリアミド樹脂にて外周部を射出成形し、次いで溝を設けた面を覆った状態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。
【００２１】
請求項１と同様に、成形体表面の芯材と外周部との境界に溝をつけたものを用いて、溝を設けた面を覆った状態で芯材を高周波誘導加熱して樹脂を溶融させることによって、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他、溶融した樹脂が湧き出してきても溝内に収容することができ、成形後にバリとして処理する必要が無いので製造時の効率を低下させない。また、高周波誘導加熱が過剰となっても溝の容積を超えて溶融樹脂が湧き出すことが防げるので、芯材との界面付近の樹脂が発泡することがない。
【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の形態としては以上のもの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】
そして、このような芯材入りポリアミド樹脂成形体を製造する際の多き流れとして、まず芯材を金型内にセットしてそのポリアミド樹脂を射出成形して外周部を形成して、さらに高周波誘導加熱によって金属製の芯材２を加熱してポリアミド樹脂からなる外周部５の芯材２と接触する部分を一度溶融して、樹脂中の残留応力を開放してから再び冷却固化している。
【００２６】
本発明では、製造過程において、芯材２とポリアミド樹脂製の外周部５の境界に溝６を設けている。この溝６は樹脂の外周部５に設けても、芯材２に設けたものでも、外周部５と芯材２の両方にまたがって設けたものでもいずれでもよい。
【００２７】
図３に示すように高周波誘導加熱で芯材２を加熱して外周部５を溶融させる際に、芯材２と外周部５との境界から溶融した樹脂が湧き出してくるが、前記のような溝６を設けて、またその溝６を設けた面を板材７で覆った状態で、高周波誘導加熱で樹脂を溶融させることによって、湧き出した樹脂が前記溝６内に収容されることになり、溶融した樹脂を冷却した後にバリとしてはみ出した部分を取り除く工程を省くことができるものである。
【００２８】
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〜数十秒間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。
【００２９】
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。
【００３０】
前記溝６の大きさは湧き出した溶融樹脂を収容するものであり、上記湧き出し量に相当する容積の溝を設ける必要がある。前記Ｒの値が０．４％未満となって溝６の大きさが小さすぎると溶融樹脂が十分に湧き出さず加熱することにより樹脂の残留応力を開放するという効果が発揮できない。また前記Ｒの値が１．５％を超えると必要以上に溶融樹脂が湧き出し、芯材との界面の樹脂が発泡しやすくなるので好ましくない。
【００３１】
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、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。
【００３２】
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。
【００３３】
また、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させておいてもよい。
【００３４】
シランカップリング剤を付着させておくことによって芯材２とポリアミド樹脂からなる外周部５の接着力を上げることができ、また高周波誘導加熱によって外周部の残留応力を開放するとともに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より接着強度をきわめて高いものとし耐久性の高い芯材入りポリアミド樹脂成形体とすることができる。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
【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％の濃度の希釈した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。また、樹脂からなる外周部の内、芯材と接している部分に両面・全周に幅２ｍｍ、深さ１ｍｍの溝を形成している。
【００３８】
次いで溝を設けた面をセラミック板で覆い、両面からセラミック板で挟んだ様態で高周波誘導加熱用コイル内にセットし、３８ｋＨｚの高周波を１２秒間印加したところ、樹脂のはみ出しのない成形体を得ることができた。溶融した樹脂の湧き出し量は約０．８ｃｍ３（式１におけるＲ＝０．７％相当）でほとんどばらつきは無いと考えられる。
【００３９】
（比較例）
溝を設けなかった以外は実施例と同じ条件で成形を行い、高周波誘導加熱時にはセラミック板で挟んでいない状態で、加熱条件を３８ｋＨｚ・１０秒間とした。得られた成形体を観察すると、高周波誘導加熱によって湧き出した樹脂がそのままの状態で外側にはみ出していた。この樹脂の質量は０．６〜０．９ｇの間でばらついていた。
【００４０】
以上の結果から芯材と外周部との境界に溝を設けることによって、高周波誘導加熱時の溶融した樹脂のはみ出しを溝内に収容してはみ出すことの無いようにできることが確認された。
【００４１】
【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、成形体表面の芯材と外周部との境界に溝をつけるように、インサート成形で芯材にポリアミド樹脂にて外周部を射出成形し、次いで溝を設けた面を覆った状態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。
【００４２】
成形体表面の芯材と外周部との境界に溝をつけたものを用いて、溝を設けた面を覆った状態で芯材を高周波誘導加熱して樹脂を溶融させることによって、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他、溶融した樹脂が湧き出してきても溝内に収容することができ、成形後にバリとして処理する必要が無いので製造時の効率を低下させず、湧き出す溶融樹脂の量も一定とすることができるため、品質の安定化が図れる。
【００４３】
請求項２では、射出成形に先立って芯材表面にシランカップリング剤を付着させてなる芯材入りポリアミド樹脂成形体としている。
【００４４】
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とすることができる。
【００４５】
請求項３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の製造方法において、成形体表面の芯材と外周部との境界に溝をつけるように、インサート成形で芯材にポリアミド樹脂にて外周部を射出成形し、次いで溝を設けた面を覆った状態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。
【００４６】
請求項１と同様に、成形体表面の芯材と外周部との境界に溝をつけたものを用いて、溝を設けた面を覆った状態で芯材を高周波誘導加熱して樹脂を溶融させることによって、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他、溶融した樹脂が湧き出してきても溝内に収容することができ、成形後にバリとして処理する必要が無いので製造時の効率を低下させず、湧き出す溶融樹脂の量も一定とすることができるため、品質の安定化が図れる。
【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。
【図３】高周波加熱して溝が樹脂で埋められた様子を示す断面図である。
【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
６    溝
７    板材
【図１】
2004255803.tif 000003
【図２】
2004255803.tif 000004
【図３】
2004255803.tif 000005