(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
数平均分子量が２４０００〜４００００の範囲にあるポリアミド６６を４５〜８５質量％そしてアクリル樹脂、エポキシ樹脂もしくはウレタン樹脂を主成分とする集束剤を用いて集束されている平均繊維径が４〜８μｍの範囲にあり、平均繊維長が５０〜５００μｍの範囲にあるガラス繊維を１５〜５０質量％含み、さらに、ポリアミド６６とガラス繊維との合計量１００質量部に対して、銅化合物０．０００１〜１質量部、ハロゲン化カリウム０．０００１〜１質量部、そしてメラミン樹脂０．０００１〜１質量部を含む、電動パワーステアリングのギア製造用のポリアミド樹脂組成物。
【請求項２】
ガラス繊維の平均繊維径が５〜７μｍの範囲にある請求項１に記載のポリアミド樹脂組成物。
【請求項３】
ガラス繊維の集束剤の主成分の樹脂がアクリル樹脂もしくはエポキシ樹脂である請求項１に記載のポリアミド樹脂組成物。
【請求項４】
ガラス繊維の集束剤の主成分の樹脂がエポキシ樹脂である請求項１に記載のポリアミド樹脂組成物。
【請求項５】
請求項１に記載のポリアミド樹脂組成物を成形してなる電動パワーステアリングのギア。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス繊維を含有するポリアミド樹脂組成物に関する。本発明は特に、電動パワーステアリング（ＥＰＳ）のギアなどの摺動部品の製造に有利に利用されるガラス繊維含有ポリアミド樹脂組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
ポリアミド樹脂はエンジニアリングプラスチックとして優れた特性を示すことから、自動車製造、機械の製造、電気、電子部品の製造など、各種の機械や部品の製造に利用されている。ポリアミド樹脂は特に、機械的特性や耐摩耗性に優れているため、ギア、カム、軸受などの摺動部品の成形材料として広く利用されている。
【０００３】
近年、各種機械や部品の高性能化への要求が高まっているため、ポリアミド樹脂に各種の充填材を配合することによりポリアミド樹脂成形品の機械的特性あるいはポリアミド樹脂の成形特性を高める改良がなされている。そのような充填材の例としては、潤滑材としてのテトラフルオロエチレン樹脂粒子や強化材としてのガラス繊維が挙げられる。
【０００４】
特許文献１には、４６−ナイロンに代表されるポリアミド樹脂にポリテトラフルオロエチレン粒子、そして必要に応じて、チタン酸カルシウムウィスカーやガラス繊維などを配合してなる、低摩擦性で耐摩耗性に優れた、摺動部材の成形に適したポリアミド樹脂組成物が記載されている。なお、ポリアミド樹脂の分子量に関する記載は、一般的な記載あるいは例示的な記載を含め一切見られない。そして、ガラス繊維の繊維径や繊維長に関する記載についても、一般的な記載あるいは例示的な記載を含め一切見られない。
【０００５】
特許文献２には、６６−ナイロン（６６−ポリアミド樹脂）に代表されるポリアミド樹脂に、ガラス繊維、テトラフルオロエチレン樹脂および二硫化モリブデンを配合してなる摺動材用樹脂組成物が記載されている。ガラス繊維としては、繊維径が約３〜１３μｍ、繊維長が約１〜１０ｍｍのものが用いられると記載されており、実施例では繊維径が１３μｍ、繊維長が３ｍｍのガラス繊維が用いられている。なお、用いるポリアミド樹脂の分子量についての一般的な記載はないが、実施例では、市販のポリアミド６６である数平均分子量が約２００００の東レ（株）製のＣＭ３００１Ｎが用いられている。
【０００６】
特許文献３には、ナイロンＭＸＤ６、ナイロン６６に代表される熱可塑性樹脂に、繊維径が６〜８μｍ程度の小径のガラス繊維などの補強繊維を１５〜３０重量％配合した樹脂組成物の記載がある。この樹脂配合物は、とくに内面平滑性が優れた中空管の製造に適している旨の記載がある。なお、ポリアミド樹脂の分子量に関する記載は、一般的な記載あるいは例示的な記載を含め一切見られない。
【０００７】
特許文献４には、ポリアミド樹脂混合物を用いて成形した電動パワーステアリング装置用減速ギアが記載されている。この文献には、ガラス繊維の配合の記載はないが、実施例では、ポリアミド６６として数平均分子量が２００００の市販のポリアミド樹脂（宇部興産（株）製のＵＢＥナイロン２０２０Ｕ（Ｃｕ系添加剤含有））が用いられている。
【０００８】
【特許文献１】特開昭６２−１８５７４７号公報
【特許文献２】特開平１−１１０５５８号公報
【特許文献３】特開平８−４１２４６号公報
【特許文献４】特開２００３−８３４２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
近年の各種機械や部品の高性能化への要求により、そして特に電動パワーステアリング（ＥＰＳ）のギアなどの摺動部品の高性能化への要求により、ポリアミド樹脂成形品は、摩耗量の低下により表される耐摩耗性の向上、動摩擦係数の低下により表される摩擦特性の向上、そして高い限界ＰＶ値により表される耐軸受荷重値（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ−Ｖｅｌｏｃｉｔｙ Ｖａｌｕｅ）の増大が従来にも増して求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者は、これまでの知られているガラス繊維含有ポリアミド樹脂組成物の成形物について、上記の耐摩耗性、摩擦特性、そして限界ＰＶ値を中心とした各種物性を検討した結果、ポリアミド樹脂として、数平均分子量が２４０００〜４００００の範囲にあるポリアミド６６を４５〜８５質量％用い、そしてアクリル樹脂、エポキシ樹脂もしくはウレタン樹脂を主成分とする集束剤を用いて集束されている平均繊維径が４〜８μｍの範囲にあり、平均繊維長が５０〜５００μｍの範囲にあるガラス繊維を１５〜５０質量％用い、さらに、ポリアミド６６とガラス繊維との合計量１００質量部に対して、銅化合物０．０００１〜１質量部、ハロゲン化カリウム０．０００１〜１質量部、そしてメラミン樹脂０．０００１〜１質量部を用いたポリアミド樹脂組成物を成形した場合に、特に優れた耐摩耗性、摩擦特性、そして限界ＰＶ値が実現することを見出し、本発明に到達した。
【００１１】
従って、本発明は、数平均分子量が２４０００〜４００００の範囲にあるポリアミド６６を４５〜８５質量％そしてアクリル樹脂、エポキシ樹脂もしくはウレタン樹脂を主成分とする集束剤を用いて集束されている平均繊維径が４〜８μｍの範囲にあり、平均繊維長が５０〜５００μｍの範囲にあるガラス繊維を１５〜５０質量％含み、さらに、ポリアミド６６とガラス繊維との合計量１００質量部に対して、銅化合物０．０００１〜１質量部、ハロゲン化カリウム０．０００１〜１質量部、そしてメラミン樹脂０．０００１〜１質量部を含む、電動パワーステアリングのギア製造用のポリアミド樹脂組成物にある。
【００１２】
本発明のポリアミド樹脂組成物の好ましい態様を次に示す。
（１）ガラス繊維の平均繊維径が５〜７μｍの範囲にある。
（２）ガラス繊維がアクリル樹脂もしくはエポキシ樹脂を主成分とする集束剤を用いて集束されている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のガラス繊維含有ポリアミド樹脂組成物は、これを公知の方法で成形して成形物とすると、特に、耐摩耗性、摩擦特性、そして限界ＰＶ値などの物性値について顕著に優れた値を示す。従って、本発明のガラス繊維含有ポリアミド樹脂組成物は、特に電動パワーステアリング（ＥＰＳ）のギアの製造に有利に利用される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明のガラス繊維含有ポリアミド樹脂組成物に含まれる樹脂成分であるポリアミド樹脂は、数平均分子量が２４０００〜４００００の範囲にあるポリアミド６６である。ポリアミド６６自体は、既に一般的に知られているポリアミド樹脂であり、通常は、ヘキサメチレンジアミンとアジピン酸との重縮合により製造する。あるいは、ポリアミド６６は、ラクタム、アミノカルボン酸、または他のジアミンとジカルボン酸との組合わせからなるモノマー成分を３０質量％未満含む共重合体であってもよい。
従来、ガラス繊維含有ポリアミド樹脂組成物に含まれるポリアミド６６としては、前記の特許文献に記載されているように、数平均分子量が約２００００のものが一般的であるが、本発明では、数平均分子量が２４０００〜４００００の範囲にあるような比較的高分子量のポリアミド６６を用いることに特徴がある。なお、このような比較的高分子量のポリアミド６６は、その製造条件の調整（例えば、重合反応時の圧力を下げたり、重縮合物をさらに固相重合する工程を加える）により製造することができ、市場において容易に入手することができる。
【００１５】
本発明のガラス繊維含有ポリアミド樹脂組成物はポリアミド６６を４５〜８５質量％の範囲の量にて含有する。
【００１６】
なお、樹脂成分としては、本発明のガラス繊維含有ポリアミド樹脂組成物の特性を損なわない範囲で、他の熱可塑性樹脂を併用することもできる。併用可能な熱可塑性樹脂の例としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂、アクリル樹脂などの汎用樹脂、ポリアミド６、ポリアミド１１などの脂肪族ポリアミド樹脂、ポリカーボネート、ポリフェニレンオキサイド、ポリエチレンテレフタレート、そしてポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイドなどの高耐熱性を挙げることができる。これらの熱可塑性樹脂は、無水マレイン酸あるいはギリシジル基含有モノマーなどの変性剤で変性して使用することが好ましい。特に、ポリエチレン、ポリプロピレンおよびエチレン−プロピレン共重合体などの官能基を持たない樹脂は変性して用いることが好ましい。
【００１７】
本発明のガラス繊維含有ポリアミド樹脂組成物に含まれるガラス繊維は、平均繊維径が４〜８μｍ（好ましくは５〜７μｍ）の範囲にあるような非常に細いガラス繊維である。ガラス繊維の平均繊維長は５０〜５００μｍの範囲にある。ガラス繊維は、アクリル樹脂、エポキシ樹脂もしくはウレタン樹脂などを主成分とする公知の集束剤（バインダ）により集束されているものを使用することが好ましく、特にアクリル樹脂あるいはエポキシ樹脂を主成分とする集束剤で集束されているガラス繊維を使用することが好ましい。また、ガラス繊維は、イソシアネート化合物、有機シラン化合物、有機チタネート化合物、有機ボラン化合物、あるいはエポキシ化合物などのカップリング剤で予備処理したものを使用することが、得られる成形物の機械的特性のさらなる向上が期待されるため好ましい。
【００１８】
本発明のガラス繊維含有ポリアミド樹脂組成物に含まれるガラス繊維の量は、１５〜５０質量％（好ましくは２０〜４０質量％）の範囲にある。
【００１９】
本発明のガラス繊維含有ポリアミド樹脂組成物はさらに酸化防止機能を示す銅化合物を含む。使用できる銅化合物の例としては、塩化第一銅、塩化第二銅、臭化第一銅、臭化第二銅、ヨウ化第一銅（ヨウ化銅）、硫酸銅、リン酸銅、ホウ酸銅、硝酸銅などの無機酸銅塩、そして酢酸銅、プロピオン酸銅、安息香酸銅、アジピン酸銅、テレフタル酸銅、イソフタル酸銅、ステアリン酸銅などの有機酸銅塩を挙げることができる。あるいは、キレート剤が配位した銅錯塩を用いることができる。最も好ましいのは、ヨウ化第一銅である。これらの銅化合物は単独でも、また複数併用することもできる。
銅化合物は、ポリアミド６６とガラス繊維との合計量１００質量部に対して、０．０００１〜１質量部の範囲の量で用いる。好ましい量は、０．００５〜０．２質量部、さらに好ましい量は、０．０２〜０．１質量部である。
【００２０】
本発明のガラス繊維含有ポリアミド樹脂組成物はさらにハロゲン化カリウムを含む。ハロゲン化カリウムの例としては、ヨウ化カリウム、臭化カリウム、そして塩化カリウムを挙げることができる。最も好ましいのはヨウ化カリウムである。ハロゲン化カリウムは、ポリアミド６６とガラス繊維との合計量１００質量部に対して、０．０００１〜１質量部の範囲の量で用いる。特に好ましい量は、０．００５〜０．２質量部、さらに好ましい量は、０．０２〜０．１質量部である。
【００２１】
本発明のガラス繊維含有ポリアミド樹脂組成物は、さらにメラミン樹脂を、ポリアミド６６とガラス繊維との合計量１００質量部に対して、０．０００１〜１質量部の範囲の量で含む。特に好ましい量は、０．００５〜０．２質量部、さらに好ましい量は、０．０２〜０．１質量部である。
【００２２】
本発明のポリアミド樹脂組成物は、必要により、他の耐熱剤、耐候剤、結晶核形成剤、結晶化促進剤、離型剤、滑剤、帯電防止剤、難燃剤、難燃助剤、着色剤などの公知のポリアミド樹脂への添加剤を含んでいてもよい。
【００２３】
本発明のポリアミド樹脂組成物は、所定範囲の数平均分子量を有するポリアミド６６と所定範囲の平均繊維径を持つガラス繊維を所定範囲の比率にて、一軸あるいは二軸混練押出機、バンバリーミキサなどの公知の溶融混練機を用い、公知の方法によって溶融混練することにより製造することができる。この溶融混練に際して、必要により、前記の各種の添加剤を添加する。
【００２４】
本発明のポリアミド樹脂組成物は、押出成形法、ブロー成形法、射出成形法などの公知の成形方法を用いて、ギヤなどの摺動部品あるいは他の形状の成形物とすることができる。本発明のポリアミド樹脂組成物は、電動パワーステアリングのギア製造用に特に有利に用いることができるが、他の種の成形物を得るためにも有効に用いることができる。
【実施例】
【００２５】
後に記載する各実施例および各比較例で示す成形物の物性値は、下記の測定方法により測定した値である。
【００２６】
［分子量］
本明細書におけるポリアミド６６の平均分子量は数平均分子量であって、ＪＩＳ Ｋ６９２０に準拠し、濃度９６％の硫酸水溶液を用いる溶液粘度法により測定した値である。
【００２７】
［機械的特性測定］
（１）引張強さ及び伸び
ＡＳＴＭ Ｄ６３８に従い、厚み３．２ｍｍの試験片を用いて常温（２３℃）で測定を行なった。
【００２８】
（２）曲げ強さ及び曲げ弾性率
ＡＳＴＭ Ｄ７９０に従い、厚み６．４ｍｍの短冊状試験片を用いて常温（２３℃）にて三点曲げ試験を行なうことにより測定を行なった。
【００２９】
（３）衝撃強さ（アイゾット衝撃強さ）
ＡＳＴＭ Ｄ２５６に従い、厚み１２．７ｍｍの短冊状試験片を用いて、後加工によりノッチを付けて常温（２３℃）にてアイゾット衝撃試験装置により測定を行なった。
【００３０】
（４）硬さ
ＡＳＴＭ Ｄ７８５に従い、厚み６．４ｍｍ、幅１２．７ｍｍ、長さ１２７ｍｍの試験片を用いて常温（２３℃）にてロックウエル硬度計により測定を行なった。
【００３１】
（５）熱変形温度（荷重たわみ温度）
ＡＳＴＭ Ｄ６４８に従い、厚み１２．７ｍｍ、幅１２．７ｍｍ、長さ１２７ｍｍの試験片を用いて常温（２３℃）にて荷重たわみ温度測定装置により測定を行なった。
【００３２】
［摺動性評価］
（１）限界ＰＶ値
試験荷重、試験速度を除き、ＪＩＳ Ｋ７２１８に従い、鈴木式摩擦摩耗試験機を用い、リングオンプレート方式（プレート寸法は、幅３０ｍｍ、厚み３ｍｍ、長さ１００ｍｍ）を用いて測定した。試験速度は、２００ｍｍ／秒、試験荷重は、試験開始時に１０ｋｇｆを掛け、１０分毎に１０ｋｇｆずつ荷重を上昇させ、試験片が溶融した荷重の直前の荷重を限界ＰＶ値とした。
【００３３】
（２）動摩擦係数
上記限界ＰＶ値の測定装置を用いて、限界ＰＶ値の測定と同一の条件にて測定操作を行ない、試験片が溶融する直前の摩擦抵抗力より動摩擦係数を算出した。
【００３４】
（３）摩耗量
上記限界ＰＶ値の測定装置を用い、試験荷重を試験開始時に１ｋｇｆとし、１０分後に２ｋｇｆに変え、その１０分後に１ｋｇｆとするように、１０分毎に荷重を１ｋｇｆと２ｋｇｆに変えながら摩擦試験を２００分行ない、終了後の試験片の摩耗を測定した。
【００３５】
［耐熱老化性（引張強さ保持率、伸び保持率、限界ＰＶ値と動摩擦係数の変化）］
（１）引張強さ保持率、伸び保持率
内部温度を１８０℃に調整した熱風循環恒湿恒温乾燥機（佐竹化学機械工業（株）製）に試験片を５００時間置き、この熱処理をした試験片について、前記の引張強さと伸びの測定方法に従って、引張強さと伸びを測定し、引張強さ保持率と伸び保持率とを算出した。
【００３６】
（２）限界ＰＶ値の変化と動摩擦係数の変化
内部温度を１８０℃に調整した熱風循環恒湿恒温乾燥機（佐竹化学機械工業（株）製）に試験片を５００時間置き、この熱処理をした試験片について、前記の方法により、限界ＰＶ値の測定と、動摩擦係数の測定を行なった。
【００３７】
［実施例１］
ポリアミド６６（数平均分子量：２６０００、宇部興産（株）製２０２６Ｂ）７５質量部、ガラス繊維（平均繊維径：６．５μｍ、集束剤：アクリル樹脂、日本電気硝子（株）製ＥＣＳ０３Ｔ−２８９ＤＥ）２５質量部、ヨウ化第一銅０．０２質量部、ヨウ化カリウム０．３２質量部、そしてメラミン樹脂０．０１質量部を、バレル温度２８５℃に設定した４４ｍｍφベント付二軸押出機で混練し、次いでペレット化することにより、ポリアミド樹脂組成物のペレットを得た。
次に、得られたポリアミド樹脂組成物のペレット１００℃、１０トール（１３３０Ｐａ）の減圧下で２４時間乾燥した後、シリンダ温度２８５℃、金型温度８０℃で射出成形して各種の試験片を製造した。得られた試験片について前記の各種の測定と算出を行なった。測定結果と算出結果とを第１表に示す。
【００３８】
［実施例２］
ガラス繊維として、集束剤としてエポキシ樹脂を用いたガラス繊維（平均繊維径：６．５μｍ、日本電気硝子（株）製ＥＣＳ０３Ｔ−７９０ＤＥ）を用いた以外は実施例１と同じ方法によりポリアミド樹脂組成物ペレットを得て、各種の試験片を製造した。得られた試験片について前記の各種の測定と算出を行なった。測定結果と算出結果とを第１表に示す。
【００３９】
［実施例３］
ガラス繊維として、ウレタン樹脂集束剤を用いたガラス繊維（平均繊維径：６．５μｍ、日本電気硝子（株）製ＥＣＳ０３Ｔ−４８８ＤＥ）を用いた以外は実施例１と同じ方法によりポリアミド樹脂組成物ペレットを得て、各種の試験片を製造した。得られた試験片について前記の各種の測定と算出を行なった。測定結果と算出結果とを第１表に示す。
【００４０】
［比較例１］
ガラス繊維として、アクリル樹脂集束剤を用いたガラス繊維（平均繊維径：１３μｍ、日本電気硝子（株）製ＥＣＳ０３Ｔ−２８９）を用いた以外は実施例１と同じ方法によりポリアミド樹脂組成物ペレットを得て、各種の試験片を製造した。得られた試験片について前記の各種の測定と算出を行なった。測定結果と算出結果とを第１表に示す。
【００４１】
［比較例２］
ポリアミド樹脂として、数平均分子量：２００００のポリアミド６６（宇部興産（株）製２０２０Ｕ）を用いた以外は実施例１と同じ方法によりポリアミド樹脂組成物ペレットを得て、各種の試験片を製造した。得られた試験片について前記の各種の測定と算出を行なった。測定結果と算出結果とを第１表に示す。
【００４２】
［比較例３］
ポリアミド樹脂として、数平均分子量：２００００のポリアミド６６（宇部興産（株）製２０２０Ｕ）を用い、ガラス繊維として、アクリル樹脂集束剤を用いたガラス繊維（平均繊維径：１３μｍ、日本電気硝子（株）製ＥＣＳ０３Ｔ−２８９）を用いた以外は実施例１と同じ方法によりポリアミド樹脂組成物ペレットを得て、各種の試験片を製造した。得られた試験片について前記の各種の測定と算出を行なった。測定結果と算出結果とを第１表に示す。
【００４３】
【表１】
0004321590.tif 000002
【００４４】
第１表に示された測定結果から明らかなように、本発明に従うポリアミド樹脂組成物から成形した成形物は、大きな引張強さを示し、また引張強さの保持率も高い。さらに、本発明に従うポリアミド樹脂組成物から成形した成形物は、高い伸びを示し、その保持率も高く、曲げ弾性率についても高い値を示す。
特に、本発明に従うポリアミド樹脂組成物から成形した成形物は、高い限界ＰＶ値を示し、その限界ＰＶ値は熱処理後も維持される上に、動摩擦係数が低く、その低い動摩擦係数は熱処理後も同程度に維持される。また、摩耗試験においても、本発明に従うポリアミド樹脂組成物から成形した成形物は、低い摩耗量を示す。
そして、その他の各種特性においても、本発明に従うポリアミド樹脂組成物から成形した成形物は、類似の組成を持つ従来のポリアミド樹脂組成物から成形した成形物に比べ、同等あるいはそれより優れた値を示す。