(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリアセタール樹脂を射出成形して得られるリムから半径方向に設置されたリブ構造を有する歯車であって、該ポリアセタール樹脂の２１０℃における融液の粘度η（ｐｏｉｓｅ）が次の関係を有することを特徴とする歯車。
１）せん断速度が１×１０2（ｓ-1）の時６０００≦η≦７５００
２）せん断速度が１×１０4（ｓ-1）の時４５０≦η≦６００
【請求項２】
ポリアセタール樹脂の１５５℃における等温結晶化時間ＣＳ（秒）が０＜ＣＳ＜１００であることを特徴とする請求項１に記載の歯車。
【請求項３】
リブ厚みが１．０ｍｍであって、ＪＩＳ・Ｂ１７０２に基づく単一ピッチ誤差測定の精度判定が０級〜２級であることを特徴とする請求項１又は２に記載の歯車。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポリアセタール樹脂製歯車に関する。更に詳しくは、精度に優れる歯車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ポリアセタール樹脂は、耐疲労特性、摺動性、耐熱性、耐薬品性、耐クリープ性といった歯車に要求される性能を、バランスよく持ち合わせたエンジニアリング樹脂である。そのため、ＯＡ機器、家電製品、自動車等の製品の歯車材料として、幅広く使用されている。更にこれら製品の高機能化・高性能化の動きに伴い、歯車精度に対する要求は年々厳しいものとなっている。
【０００３】
一般に、ポリアセタール樹脂は固化して寸法が安定するまで、約２％の収縮を生じ、歯車の成形用の金型は、その収縮を見込んで製作する事が必要とされている。この収縮は歯形に対して均一にするわけではないので、特殊な収縮の見込み方が必要とされる。その一つの方法として岩井・武士俣の式を用いる方法が広く知られており、単純な形状の歯車ならば充分満足のいく精度の歯車が成形されている。
【０００４】
しかしながら近年、最終製品の多機能化・ダウンサイジング化の影響で、部品として使用される歯車には高強度化と高精度化の両方のニーズが高まっている。
【０００５】
高強度化対応のためには、歯幅を広げ、かつ図１に示すようなリブ１をリム２の内側から半径方向に設置する形状が一般的に採られる。しかしながらそのリブ１の収縮の影響での歯車精度の低下が新たな問題となっている。即ち、リブ１の収縮の影響を受ける部分の歯と、影響を受けない歯との間に、歯形やピッチに差が生じてしまう問題である。
【０００６】
図３は、６本のリブがリム内側より半径方向に設置された歯車について、ＪＩＳ・Ｂ１７０２に基づいて歯車精度測定を行った結果を示すチャートである。図３には極端に短くなっているピッチが６カ所表されており、これは丁度リブのある位置と一致する。この様に、リブが存在することで歯車のピッチは大きく乱れ、リブの収縮の影響でリブ付近の単一ピッチ誤差、即ち隣り合った歯のピッチ円上における実際のピッチと、その正しいピッチ（測定ピッチの合計を歯数で除した平均値）との差が極端に悪化する事が、広く知られ、問題となっている。
【０００７】
ところで、材料で歯車の精度を改善する手法としては、例えば特開平９−４０８４２号公報に記載されている特定のポリアセタール樹脂組成物を使用する手法が公知となっている。しかしながらこの方法は、成形品表面の外観不良による精度悪化に対して有効な手段であるが、リブの収縮による歯車精度の低下に対しては有効な手段とはなっていない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、強度と精度を兼ね備え持ち、射出成形で成形されるポリアセタール樹脂製歯車を提供することにある。更に詳しく言えば、本発明の目的は、リムから半径方向にリブを設置して強度を保ち、かつ精度低下を抑えた歯車を提供する事である。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、鋭意検討の結果、特定のポリアセタール樹脂を用いて射出成形することにより、リムから半径方向に設置されたリブを有する場合においても精度低下を抑えた歯車が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
本発明によれば、厚さ１．０ｍｍのリブを有する歯車において、ＪＩＳ・Ｂ１７０２に基づく単一ピッチ誤差の精度判定が０級〜２級である歯車を成形することが可能である。
【００１１】
即ち、本発明は、ポリアセタール樹脂を射出成形して得られるリムから半径方向に設置されたリブ構造を有する歯車であって、該ポリアセタール樹脂の２１０℃における融液の粘度η（ｐｏｉｓｅ）が次の関係を有することを特徴とする歯車
１）せん断速度が１×１０2（ｓ-1）の時６０００≦η≦７５００
２）せん断速度が１×１０4（ｓ-1）の時４５０≦η≦６００
である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の歯車の一例を示す図であり、リム２から半径方向に設置されたリブ１を有する。リブ１の数は特に限定されず、リム２の内側にリブ１が接続する構造を少なくとも１つ有すればよい。また、リブ１の形状も特に限定されず、図２に示す様な３角リブであってもよい。
【００１３】
リブ１の厚みは特に限定されないが、０．５ｍｍ〜２．０ｍｍが好ましい。本発明の歯車は特にこの範囲内で、十分な強度を有し、かつ良好な単一ピッチ精度を示す。即ち、リブの厚みが０．５ｍｍ以上であればリブの形成が容易であり好ましい。また２．０ｍｍ以下であれば、成形収縮の影響が大きいために単一ピッチ誤差の値そのものが大きなものとなり、高精度歯車としては使用しにくいという問題がなく好ましい。
【００１４】
本発明で用いるポリアセタール樹脂は、２１０℃における融液の粘度η（ｐｏｉｓｅ）が次の関係を有する。
１）せん断速度が１×１０2（ｓ-1）の時６０００≦η≦７５００
２）せん断速度が１×１０4（ｓ-1）の時４５０≦η≦６００
ここで、粘度ηとは、径０．５ｍｍ、長さ５．０５ｍｍの穴のオリフィスをバレル（バレル径９．５５ｍｍ）の底に装着したキャピログラフを用いて、２１０℃にて測定した値をいう。
【００１５】
かかる関係を有するポリアセタール樹脂は、ポリアセタール樹脂の中でも極めて非ニュートン性の高い、即ちせん断速度の増加に対する粘度低下の割合が非常に大きい、特異なポリアセタール樹脂である。
【００１６】
せん断速度が１×１０2（ｓ-1）の時の粘度が６０００ｐｏｉｓｅ以上であるが、せん断速度が１×１０4（ｓ-1）の時の粘度が６００ｐｏｉｓｅを越える中粘度及び高粘度タイプのポリアセタール樹脂、せん断速度が１×１０4（ｓ-1）の時の粘度が６００ｐｏｉｓｅ以下であるが、せん断速度が１×１０2（ｓ-1）の時の粘度が６０００ｐｏｉｓｅ未満である高流動タイプのポリアセタール樹脂では、リブの収縮による単一ピッチ誤差への影響に対して、大きな効果はなく、精度の改善はされない。
【００１７】
また、ポリアセタール樹脂の１５５℃における等温結晶化時間ＣＳ（秒）が０＜ＣＳ＜１００であれば、歯車の精度をより向上させることができ好ましい。
【００１８】
ここで等温結晶化時間ＣＳとは、ポリアセタール樹脂を３０℃から２００℃に３２０℃／分で昇温して２分間保持した後、８０℃／分で１５５℃まで降温し、温度が１５５℃になった時点から、結晶化に伴う発熱ピークのピークトップまで要した時間をいう。等温結晶化時間は、示差走査熱量測定装置を用いて測定することができる。
【００１９】
ポリアセタール樹脂としては、オキシメチレン単位−（ＣＨ2−Ｏ）nの繰り返しよりなる単独重合体、オキシメチレン単位の繰り返しよりなる単独重合体にエチレンオキシド、プロピレンオキシド等のコモノマーを挿入した共重合体、及び３次元架橋構造を有する共重合体等が挙げられ、これらの重合体末端からの分解に対して公知の方法で安定化したものが好ましい。
【００２０】
また、反応性の官能基、又は他の物質との相溶性を高めるための官能基が導入された変成ポリアセタール樹脂でもよい。
【００２１】
反応性の官能基を導入された変成ポリアセタール樹脂とは、例えば特開平８−１２７６３１号公報に示されものが挙げられる。具体的にはポリアセタールにエポキシ基、カルボキシル基、酸無水物基などの官能基を有する重合性化合物を加え、加熱・溶融させ、更にラジカル発生剤を添加・混合し、重合性化合物の官能基を導入することにより得られる変性ポリアセタールである。
【００２２】
また他の物質との相溶性を高めるための官能基が導入された変成ポリアセタール樹脂とは、例えば特開平５−９３６３号公報に示されたものが挙げられる。具体的にはオキシメチレン単位の繰り返しよりなる線状重合体の片末端が、一般式
【００２３】
【化１】
0004057680.tif 000002
【００２４】
（Ｒ1，Ｒ1′は水素，アルキル基，置換アルキル基，アリール基，置換アリール基より選ばれ、各々同一であっても異なっても良い。又、異なる炭素原子に結合したＲ1，Ｒ1′も各々同一であっても異なっても良い。Ｒ2はアルキル基，置換アルキル基，アリール基，置換アリール基より選ばれる。ｍ＝２〜６，ｎ＝１〜１，０００）で表されるアルコールへのアルキレンオキシド付加物残渣及びカルボン酸へのアルキレンオキシド付加物残渣より成る群れから選ばれた化合物で封鎖された、末端基を除く数平均分子量が１０，０００〜５００，０００である変性ポリアセタール樹脂である。
【００２５】
更にポリアセタール樹脂は、ポリアセタール樹脂単独でもよいし、ポリアセタール樹脂と他の樹脂の混合組成物でもよい。
【００２６】
他の樹脂としては、ポリアセタール樹脂と相溶可能なものであれば特に制限はなく、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリアミド、ポリカーボネイト、変性ポリフェニレンエーテル、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンスルフィド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリアリレート、ポリサルフォン、ポリエーテルサルホン、ポリエーテルエーテルケトン、液晶ポリマー、ポリテトラフルオロエチレン、熱可塑性エラストマー等を挙げることができる。
【００２７】
ポリアセタール樹脂と他の樹脂の混合組成物を用いる場合、ポリアセタール樹脂の含有量は５０重量％以上、好ましくは７０重量％以であることが必要である。ポリアセタール樹脂の含有量が少な過ぎると、エンジニアリング樹脂として優れたポリアセタール樹脂の特性が得られなくなる。
【００２８】
また、上記ポリアセタール樹脂１００重量部に対し、潤滑剤を１〜５重量部添加することが好ましい。潤滑剤としては特に限定されず公知のものが使用できるが、例えば炭化水素系オリゴマー、有機シロキサン系潤滑剤、エステル系潤滑剤、他樹脂との親和性を高めた変性ポリエチレン系潤滑剤等が挙げられる。これらのうちでも、エチレン、プロピレン、ブテンの内の１〜３種類をモノマーとする炭化水素系オリゴマーが好ましい。
【００２９】
また、上記ポリアセタール樹脂１００重量部に対し、ハイサイクルグレード用の添加剤を０．０１〜０．１重量部添加することが好ましい。添加剤としては特に限定されず公知のものが使用できるが、例えば窒化ホウ素、タルク、葉ロウ石、カーボンブラック等の無機系核剤、及び３次元架橋構造を有するポリオキシメチレン等の有機系核剤等を使用することができる。これらのうちでも窒化ホウ素が好ましい。
【００３０】
更に、通常使用する添加剤、充填材、着色剤等を加えてもよい。
【００３１】
添加剤としては、例えば、酸化防止剤、難燃化剤、離型剤、着色剤、滑剤、耐熱安定剤、耐候性安定剤、防錆剤、抗菌剤等を添加することができる。
【００３２】
充填材としては例えば、ガラス繊維、炭素繊維、金属繊維、アラミド繊維、チタン酸カリウム、アスベスト、炭化ケイ素、セラミック、窒化ケイ素、硫酸バリウム、硫酸カルシウム、カオリン、クレー、パイロフィライト、ベントナイト、セリサイト、ゼオライト、マイカ、雲母、ネフェリンシナイト、タルク、アタルパジャイト、ウオラストナイト、ＰＭＦ、フェライト、ケイ酸カルシウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ドロマイト、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化鉄、二硫化モリブデン、グラファイト、カーボンブラック、石膏、ガラスビーズ、ガラスバルーン、ガラスフレーク、石英、石英ガラス、アパタイト等の充填材があげることができ、これらは中空であっても良い。またこれらは２種類以上を併用することが可能であり、必要によりシラン系、チタン系等のカップリング剤で予備処理して使用することができる。
【００３３】
本発明で求める極めて非ニュートン性の高いポリアセタール樹脂とは、具体的には、変性ポリアセタールと炭化水素系オリゴマーの系が好適である。他にも分子量分布が広い系や、分岐ポリアセタールの系が挙げられる。
【００３４】
【実施例】
以下、本発明を実施例により更に詳細に説明する。
【００３５】
まず、測定方法及び条件を説明する。
【００３６】
（１）粘度η
粘度はキャピログラフ（東洋精機製、バレル径９．５５ｍｍ）を用いて測定した。ポリアセタール樹脂サンプルは、射出成形用のペレット又はペレット大の大きさにカッティングしたものを用いた。２１０℃に加熱したバレルの底に装着するオリフィスは、径０．５ｍｍ、長さ５．０５ｍｍの穴のオリフィスを選択した。
【００３７】
（２）等温結晶化時間ＣＳ
等温結晶化時間は、示差走査熱量測定装置（パーキンエルマー社製ＤＳＣ７型）を用いて測定した。ポリアセタール樹脂サンプルは、２００℃に加熱したプレス機でフィルム状に成形したものから５ｍｇ切り出して測定に用いた。測定条件は、３０℃から２００℃に３２０℃／分で昇温し、２分間保持した後、１５５℃まで８０℃／分で降温し、１５５℃の温度をしばらく保った。すると結晶化に伴う発熱ピークが観測され、この時、温度が１５５℃になった時点から、発熱ピークのピークトップまで要した時間を計測した。そしてこの時間を等温結晶化時間とした。
【００３８】
（３）歯車精度測定
全自動歯車測定機（大阪精密機械（株）社製、ＧＣ１ＨＰ型）を使用し、ＪＩＳ・Ｂ１７０２に基づき、単一ピッチ誤差を測定した。
【００３９】
（実施例１）
（１）オキシメチレン重合体の合成
オキシメチレン単位の繰り返しによる線状重合体の片末端をＣ18Ｈ37Ｏ−（ＣＨ2−ＣＨ（ＣＨ3）−Ｏ−）40−Ｈ（ステアリルアルコールのプロピレンオキシド付加物、プロピレンオキシドの平均付加モル数４０、以下Ｓ−４０と略記）で表される末端封鎖化合物を用いて封鎖したポリオキシメチレン重合体を、以下に示す方法にて合成した。
【００４０】
まず十分に乾燥させたパラホルムアルデヒドを１５０℃で熱分解させ、冷却トラップを数回通すことにより、純度９９．９％のホルムアルデヒドガスを得た。１時間当たり、１１０重量部（以下部は重量部を示す。）のホルムアルデヒドガスを、１．０×１０-4ｍｏｌ／ｌのテトラブチルアンモニウムアセテート、５．０×１０-4ｍｏｌ／ｌのＳ−４０を含有するトルエン５００部に導入した。
【００４１】
ホルムアルデヒドガスの供給と同時に、１．０×１０-4ｍｏｌ／ｌのテトラブチルアンモニウムアセテート、５．０×１０-4ｍｏｌ／ｌのＳ−４０を含むトルエンを１時間当たり５００部の割合で３時間連続して供給した。ホルムアルデヒドガスも１時間当たり１１０部の割合で３時間連続供給し、この間重合温度は６０℃に維持した。
【００４２】
重合体を含むトルエンを供給量に見合って連続的に抜き出し、重合体を濾過により分離した。重合体をアセトンで十分洗浄後、６０℃にて真空乾燥し白色重合体を得た。こうして得たポリアセタール重合体５０部を無水酢酸５００部、酢酸ソーダ０．１部とともに１３９℃にて３時間加熱冷却後、同様に洗浄、乾燥後、重合体を得た。
【００４３】
（２）組成物の製造
上記オキシメチレン重合体１００部に、２、２’−メチレン−ビス−（４−メチル−６−ｔｅｒｔ−ブチルフェノール）０．２５部、ポリカプロラクタム／ポリヘキサメチレンアジパミド／ポリヘキサメチレンセバカミドのターポリマー０．５部、及び表１に示す炭化水素系オリゴマー１部を添加し、ヘンシェルミキサーで混合後、３０ｍｍφ２軸押し出し機を用いて造粒した。
【００４４】
更にこのペレットに、ポリオキシメチレンホモポリマー（旭化成工業（株）製、テナック（登録商標）５０１０、メルトインデックス（ＡＳＴＭ・Ｄ１２３８）２２ｇ／１０ｍｉｎ．）を表１に示す割合で混合し、造粒、成形した後、粘度と等温結晶化時間を測定した。結果を表１に示す。
【００４５】
（３）リブ付き歯車の射出成形と精度測定
歯車は住友重機製射出成形機ＳＧ−５０を用いて成形した。歯車の諸元は、モジュールが０．８、歯数が３８枚、歯幅が９ｍｍ、ネジレ角は右１８度、厚み１．５ｍｍのリブが１２本である。この歯車の単一ピッチ誤差を測定し、評価結果を表１に示す。
【００４６】
（実施例２〜３）
実施例１において、ポリオキシメチレンホモポリマー（テナック５０１０）の混合割合を表１に示す割合に変えたこと以外は実施例１と同様に操作し、評価を実施した。評価結果を表１に示す。
【００４７】
（実施例４〜６）
実施例１において、炭化水素系オリゴマーの種類・量を表１に示すように変えたこと以外は実施例１と同様に操作し、評価を実施した。結果を表１に示す。
【００４８】
【表１】
0004057680.tif 000003
【００４９】
（実施例７）
実施例１において、ポリオキシメチレンホモポリマーをより高粘度のポリオキシメチレンホモポリマー（旭化成工業（株）製、テナック（登録商標）４０１０、メルトインデックス（ＡＳＴＭ・Ｄ１２３８）１０ｇ／１０ｍｉｎ．）に変更したこと以外は、実施例１と同様に操作し、評価を実施した。結果を表２に示す。
【００５０】
【表２】
0004057680.tif 000004
【００５１】
（実施例８〜１１）
実施例１〜４において、窒化ホウ素を０．０１部加えたこと以外は、実施例１と同様に操作し、評価を実施した。結果を表３に示す。
【００５２】
【表３】
0004057680.tif 000005
【００５３】
（比較例１）
実施例１において、炭化水素系オリゴマーを用いないこと以外は、実施例１と同様に操作し、評価を実施した。結果を表４に示す。
【００５４】
【表４】
0004057680.tif 000006
【００５５】
（比較例２〜４）
実施例１において、組成物の代わりに、表５に示す市販のポリオキシメチレンホモポリマーを使用した事以外は、実施例１と同様に操作し、評価を実施した。結果を表５に示す。
【００５６】
（比較例５〜７）
実施例１において、組成物の代わりに、表５に示す市販のポリオキシメチレンコポリマーを使用した事以外は、実施例１と同様に操作し、評価を実施した。結果を表５に示す。
【００５７】
【表５】
0004057680.tif 000007
【００５８】
（実施例１２〜２２  比較例８〜１４）
リブの肉厚を１ｍｍまで薄くした歯車を、同様に住友重機製射出成形機ＳＧ−５０を用いて成形した。歯車の諸元は、モジュールが０．８、歯数が４３枚、歯幅が１０ｍｍ、ネジレ角は左１８度、厚み１．０ｍｍのリブが１２本である。
【００５９】
使用した樹脂は実施例１〜１１、及び比較例１〜７に準じた。この歯車の単一ピッチ誤差を測定し、評価結果を表６〜１０に示す。
【００６０】
【表６】
0004057680.tif 000008
【００６１】
【表７】
0004057680.tif 000009
【００６２】
【表８】
0004057680.tif 000010
【００６３】
【表９】
0004057680.tif 000011
【００６４】
【表１０】
0004057680.tif 000012
【００６５】
【発明の効果】
以上説明のように、本発明の歯車は強度を確保するため、リムから半径方向にリブを設置さしながらも、リブの収縮による精度への影響が極めて少ない、優れた精度を有する歯車である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の歯車の一例を示す図である。
【図２】本発明の歯車の他の例を示す図である。
【図３】６本のリブがリム内側より半径方向に設置された従来の歯車の、単一ピッチ誤差を測定したチャートである。
【符号の説明】
１  リブ
２  リム
【図１】
0004057680.tif 000013
【図２】
0004057680.tif 000014
【図３】
0004057680.tif 000015