JP3285485B2 - 歯 車 - Google Patents
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Description
を形成し得ない熱可塑性樹脂と液晶性ポリエステル樹脂
とのブレンド樹脂からなり、液晶性ポリエステル樹脂が
熱可塑性樹脂のマトリックス中に繊維の形で存在する歯
車に関し、更に詳しくは、機械的特性、耐摩耗性、騒音
特性、寸法安定性が優れた歯車に関する。
性樹脂製の歯車は、金属製歯車に比べ軽量、自己潤滑
性、耐腐蝕性、低騒音性、加工性、量産性に優れ、なお
かつ低価格であるなどの特徴を持つため、自動車機器部
品分野や電子・電気機器部品分野、一般機械分野など各
種方面に広く利用されている。しかるに、熱可塑性樹脂
製の歯車は、一般に金属に比べて機械的特性が劣り、そ
のため機械的特性の向上のために、ガラス繊維等の繊維
状無機充填材を配合して使用されている。しかしなが
ら、ガラス繊維等の繊維状充填材が配合された樹脂製歯
車は、摩擦特性が悪いという問題点をもっていた。又、
小型の歯車の場合、ガラス繊維が配合されていると、流
動性の点で問題があり、歯車の歯先まで十分に充填され
ないという問題が起こる場合があった。また、ガラス繊
維が配合された樹脂製歯車は騒音特性が悪いという問題
も抱えていた。このように、機械的特性と摩擦特性及び
低騒音性の両立した歯車がなく、従来からこのような歯
車が求められていた。
み鋭意検討を行った結果、(a) 異方性溶融相を形成し得
ない熱可塑性樹脂と(b) 液晶性ポリエステル樹脂を共に
配合し、(a) 熱可塑性樹脂のマトリックス中に(b) 液晶
性ポリエステル樹脂を繊維の形で存在させることによ
り、低騒音性、機械的特性、摩擦特性に優れた歯車が得
られることを見出し、本発明を完成するに至った。即ち
本発明は、(a) 溶融時に異方性相を形成し得ない熱可塑
性樹脂と(b) 異方性溶融相を形成し得る液晶性ポリエス
テル樹脂の比率 (a)/(b) が99/1〜50/50である樹脂
組成物からなる歯車であり、(b) 液晶性ポリエステル樹
脂が(a) 成分のマトリックス中に繊維の形で存在するこ
とを特徴とする歯車である。
する。本発明に用いられる(a) 溶融時に異方性溶融相を
形成し得ない熱可塑性樹脂は通常用いられるどのような
熱可塑性樹脂でもかまわなく、例えばポリエチレン、ポ
リプロピレン、ポリ4−メチル−1−ペンテン等のポリ
オレフィン系(共)重合体、ポリエチレンテレフタレー
ト樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリカーボ
ネート樹脂等のポリエステル系樹脂、ポリアミド系重合
体、ABS樹脂、ポリアリーレンサルファイド樹脂、ポ
リアクリレート樹脂、ポリアセタール樹脂及びこれらを
主体とする樹脂等が挙げられる。これらの中では、ポリ
カーボネート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂等
のポリエステル系樹脂が好ましく、成形収縮率と線膨張
率が比較的低いポリカーボネート樹脂が特に好ましい。
また、摩擦特性が優れているポリアセタール樹脂も本発
明において好ましい樹脂の一つである。
成し得る液晶性ポリエステルとは、溶融状態で分子配向
が有り、光学的に異方性を示す。溶融状態での異方性観
察は、直交偏光子を利用した慣用の偏光検査法により確
認することができる。より具体的には、異方性溶融相の
確認は、Leitz 偏光顕微鏡を使用し、Leitz ホットステ
ージにのせた溶融試料を窒素雰囲気下で40倍の倍率で観
察することにより実施できる。本発明のポリマーは直交
偏光子の間で検査したときにたとえ溶融静止状態であっ
ても偏光は透過し、光学的に異方性を示す。これは徐々
に加熱した際にはある温度範囲で液晶相に特有の光学模
様として観察できる。又、X線回折においても相に特異
的な回折パターンを観察することができる。熱分析では
一般的に示差走査熱量計が用いられ、各種相転移のエン
トロピー変化や転移温度を測定できる。本発明に使用す
るのに適した液晶性ポリマーは、一般溶剤には実質的に
不溶である傾向を示し、したがって溶液加工には不向き
である。しかし、既に述べたように、これらのポリマー
は普通の溶融加工法により容易に加工することができ
る。本発明で用いられる異方性溶融相を示すポリエステ
ルは、芳香族ポリエステル及び芳香族ポリエステルアミ
ドが好ましく、芳香族ポリエステル及び芳香族ポリエス
テルアミドを同一分子鎖中に部分的に含むポリエステル
も好ましい例である。特に好ましくは、芳香族ヒドロキ
シカルボン酸、芳香族ヒドロキシルアミン、芳香族ジア
ミンの群から選ばれた少なくとも1種以上の化合物を構
成成分として有する液晶性芳香族ポリエステル、液晶性
芳香族ポリエステルアミドである。より具体的には、 1)主として芳香族ヒドロキシカルボン酸及びその誘導体
の1種又は2種以上からなるポリエステル 2)主として a)芳香族ヒドロキシカルボン酸及びその誘導体の1種
又は2種以上と b)芳香族ジカルボン酸、脂環族ジカルボン酸及びその
誘導体の1種又は2種以上と c)芳香族ジオール、脂環族ジオール、脂肪族ジオール
及びその誘導体の少なくとも1種又は2種以上とからな
るポリエステル 3)主として a)芳香族ヒドロキシカルボン酸及びその誘導体の1種
又は2種以上と b)芳香族ヒドロキシアミン、芳香族ジアミン及びその
誘導体の1種又は2種以上と c)芳香族ジカルボン酸、脂環族ジカルボン酸及びその
誘導体の1種又は2種以上とからなるポリエステルアミ
ド 4)主として a)芳香族ヒドロキシカルボン酸及びその誘導体の1種
又は2種以上と b)芳香族ヒドロキシアミン、芳香族ジアミン及びその
誘導体の1種又は2種以上と c)芳香族ジカルボン酸、脂環族ジカルボン酸及びその
誘導体の1種又は2種以上と d)芳香族ジオール、脂環族ジオール、脂肪族ジオール
及びその誘導体の少なくとも1種又は2種以上とからな
るポリエステルアミド が挙げられる。
整剤を併用しても良い。本発明の液晶性ポリエステルを
構成する具体的化合物の好ましい例は、2,6 −ナフタレ
ンジカルボン酸、2,6 −ジヒドロシキナフタレン、1,4
−ジヒドロキシナフタレン及び6−ヒドロキシ−2−ナ
フトエ酸等のナフタレン化合物、4,4'−ジフェニルジカ
ルボン酸、4,4'−ジヒドロキシビフェニル等のビフェニ
ル化合物、p−ヒドロキシ安息香酸、テレフタル酸、ハ
イドロキノン、p−アミノフェノール及びp−フェニレ
ンジアミン等のパラ位置換のベンゼン化合物及びそれら
の核置換ベンゼン化合物(置換基は塩素、臭素、メチ
ル、フェニル、1−フェニルエチルより選ばれる)、イ
ソフタル酸、レゾルシン等のメタ位置換のベンゼン化合
物である。その具体的化合物の好ましい例は、2,6 −ナ
フタレンジカルボン酸、2,6 −ジヒドロキシナフタレ
ン、1,4 −ジヒドロキシナフタレン及び6−ヒドロキシ
−2−ナフトエ酸等のナフタレン化合物、4,4'−ジフェ
ニルジカルボン酸、4,4'−ジヒドロキシビフェニル等の
ビフェニル化合物、下記一般式(I)、(II)又は(II
I)で表される化合物:
キリデン、-O- 、-SO-、-SO2- 、-S-、-CO-より選ばれ
る基 Y :-(CH2)n-(n =1〜4)、-O(CH2)nO-(n =1〜
4)より選ばれる基) である。又、本発明に使用される液晶性ポリエステル
は、上述の構成成分の他に同一分子鎖中に部分的に異方
性溶融相を示さないポリアルキレンテレフタレートであ
ってもよい。この場合のアルキル基の炭素数は2乃至4
である。上述の構成成分の内、ナフタレン化合物、ビフ
ェニル化合物、パラ位置換ベンゼン化合物より選ばれる
1種若しくは2種以上の化合物を必須の構成成分として
含むものが更に好ましい例である。又、p−位置換ベン
ゼン化合物の内、p−ヒドロキシ安息香酸、メチルハイ
ドロキノン及び1−フェニルエチルハイドロキノンは特
に好ましい例である。構成成分となるエステル形成性の
官能基を有する化合物の具体例及び本発明で用いられる
のに好ましい異方性溶融相を形成するポリエステルの具
体例については特公昭63−36633号公報に記載されてい
る。上記の芳香族ポリエステル及びポリエステルアミド
はまた、60℃でペンタフルオロフェノールに 0.1重量%
濃度で溶解したときに、少なくとも約 2.0dl/g、例え
ば約 2.0〜10.0dl/gの対数粘度(I.V.)を一般に示
す。
液晶性ポリエステル樹脂の比率(a)/(b) は、99/1〜5
0/50であり、好ましくは95/5〜65/35である。 (a)
/(b) が99/1より大きいと、繊維化した液晶性ポリエ
ステル樹脂が実質的な補強効果を示さない。また、(b)
液晶性ポリエステル樹脂が(a) 熱可塑性樹脂のマトリッ
クス相にミクロ分散することによって、低騒音の歯車が
得られるのであるが、(a)/(b) が99/1より大きい
と、低騒音化の効果も見られず、(a) 熱可塑性樹脂のみ
の性能に対しほとんど優位性を示さない。又、 (a)/
(b) が50/50より低いと、マトリックスが(b) 液晶性ポ
リエステル樹脂になるため、熱可塑性樹脂の特性が生か
されなくなり、好ましくない。
合物を配合することが層剥離の点で好ましい。ここで、
シラン化合物は、ビニルアルコキシシラン、アミノアル
コキシシラン、メルカプトアルコキシシランより選ばれ
る1種もしくは2種以上であり、ビニルアルコキシシラ
ンとしては、例えばビニルトリエトキシシラン、ビニル
トリメトキシシラン、ビニルトリス(β−メトキシエト
キシ)シランなど、又、アミノアルコキシシランとして
は、例えばγ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ
−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−アミノプロ
ピルメチルジエトキシシラン、N−(β−アミノエチ
ル)−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−フ
ェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシランなど、
メルカプトアルコキシシランとしては、例えばγ−メル
カプトプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプ
ロピルトリエトキシシランなとが挙げられる。(c) 成分
の配合量は、(a) 成分と(b) 成分からなる樹脂成分 100
重量部に対し0.01〜3.0 重量部、好ましくは0.03〜1.5
重量部である。(c) 成分の配合量が0.01重量部より少な
いと層剥離の改善が見られず、又、3.0 重量部より多く
ても弾性率、強度の低下をもたらし好ましくない。
各種の粉粒状、板状の無機充填材が配合されてもかまわ
ない。粉粒状充填材としては、カーボンブラック、黒
鉛、シリカ、石英粉末、ガラスビーズ、ガラスバルー
ン、珪酸カルシウム、珪酸アルミニウム、カオリン、タ
ルク、クレー、珪藻土、ウォラストナイトの如き珪酸
塩、酸化鉄、酸化チタン、酸化亜鉛、アルミナの如き金
属の硫酸塩、その他フェライト、炭化硅素、窒化硅素窒
化ほう素、各種金属粉末等が挙げられる。また、板状充
填材としては、マイカ、ガラスフレーク、各種の金属箔
等が挙げられる。これらの無機充填材は一種又は二種以
上併用することができ、歯車に使用する場合は、黒鉛、
タルク、ウォラストナイト等が好ましい。ここで、無機
充填材の配合量は、(a) 成分と(b) 成分からなる樹脂成
分 100重量部に対し、1〜200 重量部、特に1〜100 重
量部が好ましい。また、シリコーンオイル、ポリエチレ
ンワックス、金属石鹸等の摩擦特性を向上させる滑剤、
潤滑剤等を配合することも可能である。
樹脂が(a) 熱可塑性樹脂のマトリックス相に繊維の形で
ミクロ分散しており、これにより、液晶性ポリエステル
樹脂が繊維補強材の役目をし、熱可塑性樹脂の補強が可
能となり、機械的特性に優れた歯車が得られるのであ
る。ここで言う繊維化とは、液晶性ポリエステル樹脂が
アスペクト比6以上の繊維状又は針状構造となることで
あり、繊維化した幹繊維に対し枝分かれした繊維構造を
有するものも含まれる。本発明では、液晶性ポリエステ
ル樹脂を繊維化しミクロ分散させることにより、低騒音
であり、摩擦特性が優れ、且つガラス繊維強化樹脂並の
機械的特性が得られている。機械的特性を向上させるた
めにガラス繊維等の強化材を含有させた歯車は、騒音特
性が悪くなるのであるが、本発明の歯車は液晶性ポリエ
ステル樹脂を繊維化することにより、ガラス繊維強化樹
脂並の機械的特性を保持し、熱可塑性樹脂単体よりも優
れた騒音特性(60dB未満)を示すのである。
脂を繊維化するためには、燐化合物を配合することが好
ましい。熱可塑性樹脂がポリエステル系樹脂、特にポリ
カーボネート樹脂の場合、液晶性ポリエステル樹脂がポ
リカーボネート樹脂のマトリックス中に島状の分散をせ
ず、成形等で歯車を得ても繊維化していない場合があ
り、燐化合物を配合する効果が顕著である。この燐化合
物としては、燐化物類、燐酸化合物類、亜燐酸化合物類
等が挙げられ、例えばテトラキス(2,4 −ジ−t−ブチ
ルフェニル)−4,4'−ビフェニレンフォスフォナイト、
ビス(2,6 −ジ−t−ブチル−4−メチルフェニル)ペ
ンタエリスリトール−ジフォスファイト、ビス(2,4,6
−ジ−t−ブチルフェニル)ペンタエリスリトール−ジ
フォスファイト、トリス(2,4 −ジ−t−ブチルフェニ
ル)フォスファイト等が例示されるが、亜燐酸化合物の
ものが好ましく、特にペンタエリスリトール型の亜燐酸
化合物が好ましい。この燐化合物の配合量は、(a) 成分
と(b) 成分の合計 100重量部に対して0.01〜3.0 重量部
が好ましく、特に 0.1〜0.5 重量部配合するのが好まし
い。配合量が0.01重量部未満であると液晶性ポリエステ
ル樹脂を繊維化することが困難な場合があり、 3.0重量
部を越えて配合すると配合した燐化合物のガスが大量に
発生し、かえって機械的特性や成形性を損なうことにな
る。
熱安定剤、紫外線吸収剤、滑剤等の添加剤、臭素元素を
含む有機化合物、三酸化アンチモン等難燃性を付与する
ための添加剤等を配合しても良い。
熱可塑性樹脂のマトリックス相に繊維の形でミクロ分散
している歯車を得る方法としては、(1) 通常の押出装置
により混練し、(b) 液晶性ポリエステル樹脂の流動開始
温度以上、好ましくは流動開始温度より10℃以上高い温
度で射出成形により、成形の際の剪断力で得る方法、
(2) 本発明の各成分を混練し、ペレット化する際に、
(a) 、(b) 成分の何れもが溶融加工できる温度で溶融混
練し、(b) 液晶性ポリエステル樹脂をアスペクト比6以
上に繊維化し、そのペレットを用いて、(b) 液晶性ポリ
エステル樹脂の流動開始温度より低く、且つ(a) 熱可塑
性樹脂の流動開始温度以上、好ましくは流動開始温度よ
り10℃以上高い温度で成形する方法が挙げられる。
昇温させていった際に、外力によって流動性を示す温度
であり、後記の方法により測定できる。
繊維の形で熱可塑性樹脂のマトリックス中に存在させる
ことにより、機械的特性と摩擦特性及び低騒音性の両立
した歯車を得ることができる。
るが、本発明はこれらに限定されるものではない。尚、
評価方法などは以下の通りである。 (曲げ弾性率、曲げ強度)ASTM D 790に従い、曲げ弾性
率(kgf/cm2) 、曲げ強度(kgf/cm2) を測定した。 (流動開始温度)毛細管型レオメーター((株)島津製
作所、フローテスターCFT-500 型) を用い4℃/分の昇
温速度で加熱溶融されたサンプル樹脂を 100kgf/cm2 の
荷重下で、内径1mm、長さ10mmのノズルから押出したと
きに、該サンプル樹脂の溶融粘度が48000 ポイズを示す
温度で表した。各樹脂の流動開始温度を表3に示す。 (騒音特性)モジュール;0.5 、ピッチ円直径;20mm、
歯数;40枚、歯幅;3mmの平歯車を用いて、図1に示す
ような装置を用い、同一の一対のサンプル歯車を互いに
噛み合わせ、トルク 200gf・cmを負荷し、回転数1200rp
m で回転させ、そのとき発生する騒音を精密騒音計で捕
らえ、JIS Z 8731において騒音測定法に規定される聴感
補正回路A特性により、騒音レベルを測定した。評価基
準は以下の通りとした。 60(dB)未満 ○ 60(dB)以上65(dB)未満 △ 65(dB)以上 × (液晶性ポリエステル樹脂のアスペクト比)騒音特性の
測定で用いたものと同様の歯車を流動方向に平行な面が
出るように切削した後、断面を鏡面研磨し、その表面を
電子顕微鏡にて観察し液晶性ポリエステル樹脂成分の平
均アスペクト比を評価した。即ち任意に選んだ液晶性ポ
リエステル樹脂ドメイン50個の長さ/太さを測定し平均
値とした。これらは表面上で観察できる長さを測定し
た。評価基準は以下の通りとした。 平均アスペクト比6以上 ○ 平均アスペクト比6未満 × (表面剥離)騒音特性の測定で用いたものと同様の歯車
を用い、これに粘着テープを貼り付け剥がす方法で、は
がれてくる表層の面積を3段階で評価した。評価基準は
以下の通りとした。
cm2 、線速度 4.5cm/sec、接触面積2.0cm2で、相手材に
金属(S55C)を用い、動摩擦係数、比摩耗量を測定し
た。
25−44(融点 165℃))と液晶性ポリエステル(ユニチ
カ(株)製、ロッドランLC3000)との混合比が9:1
の樹脂成分 100重量部を30mmの2軸押出機にて樹脂温度
190℃で溶融混練し、ペレット化した。次いで、該ペレ
ットを射出成形機にて成形温度 190℃(シリンダー設定
温度を示す。樹脂温度は通常これよりも高い。)で試験
片及び歯車を成形し、機械的特性、騒音特性、液晶性ポ
リエステル樹脂のアスペクト比、表層剥離、摺動特性を
評価した。結果を表1に示す。 実施例2 ポリアセタール樹脂(ポリプラスチックス(株)製、M
25−44(融点 165℃))と液晶性ポリエステル(ユニチ
カ(株)製、ロッドランLC3000)との混合比が9:1
の樹脂成分 100重量部に、γ−アミノプロピルトリエト
キシシランを 0.1重量部配合し、30mmの2軸押出機にて
樹脂温度 190℃で溶融混練し、ペレット化した。次い
で、該ペレットを射出成形機にて成形温度 190℃(シリ
ンダー設定温度を示す。樹脂温度は通常これよりも高
い。)で試験片を成形し、機械的特性、騒音特性、液晶
性ポリエステル樹脂のアスペクト比、表層剥離、摺動特
性を評価した。結果を表1に示す。 比較例1 ポリアセタール樹脂(ポリプラスチックス(株)製、M
90−44(融点 165℃))80重量部にガラス繊維を20重量
部配合し、30mmの2軸押出機にて樹脂温度 190℃で溶融
混練し、ペレット化した。次いで、該ペレットを射出成
形機にて成形温度 190℃で試験片を成形し、機械的特
性、騒音特性、液晶性ポリエステル樹脂のアスペクト
比、表層剥離、摺動特性を評価した。結果を表1に示
す。 比較例2 ポリアセタール樹脂(ポリプラスチックス(株)製、M
90−44(融点 165℃))単体の場合について、比較例1
と同様にして評価した。結果を表1に示す。
ック(株)製、ユーピロンH−3000)と液晶性ポリエス
テル(ポリプラスチックス(株)製、ベクトラA950
(融点 280℃、対数粘度 5.7dl/g))との混合比が
9:1の樹脂成分 100重量部に、γ−アミノプロピルト
リエトキシシランを 0.1重量部及びビス(2,6 −ジ−t
−ブチル−4−メチルフェニル)ペンタエリスリトール
−ジホスファイト 0.2重量部を配合し、30mmの2軸押出
機にて樹脂温度 300℃で溶融混練し、ペレット化した。
次いで、該ペレットを射出成形機にて成形温度 300℃
(シリンダー設定温度を示す。樹脂温度は通常これより
も高い。)で試験片を成形し、機械的特性、液晶性ポリ
エステル樹脂のアスペクト比、表層剥離、摺動特性を評
価した。結果を表2に示す。 実施例4〜5 ポリカーボネート樹脂と液晶性ポリエステルとの混合比
を変更した以外は、実施例3と同様にして評価した。結
果を表2に示す。
図である。
Claims (6)
- 【請求項1】 (a) 溶融時に異方性相を形成し得ない熱
可塑性樹脂と(b) 異方性溶融相を形成し得る液晶性ポリ
エステル樹脂の比率 (a)/(b) が99/1〜50/50である
樹脂組成物からなる歯車であり、(b) 液晶性ポリエステ
ル樹脂が、(a) 成分のマトリックス中に繊維の形で存在
していることを特徴とする歯車。 - 【請求項2】 (a) 成分と(b) 成分とからなる樹脂成分
100重量部に対して、(c) ビニルアルコキシシラン、ア
ミノアルコキシシラン及びメルカプトアルコキシシラン
より選ばれる少なくとも1種のシラン化合物を0.01〜3.
0 重量部配合してなる樹脂組成物からなる請求項1記載
の歯車。 - 【請求項3】 (a) 溶融時に異方性相を形成し得ない熱
可塑性樹脂が、ポリアセタール樹脂である請求項1又は
2記載の歯車。 - 【請求項4】 (a) 溶融時に異方性相を形成し得ない熱
可塑性樹脂が、ポリエステル系樹脂である請求項1又は
2記載の歯車。 - 【請求項5】 (a) 溶融時に異方性相を形成し得ない熱
可塑性樹脂が、ポリカーボネート系樹脂である請求項4
記載の歯車。 - 【請求項6】 更に、燐化合物を(a) 成分と(b) 成分か
らなる樹脂成分 100重量部に対し0.01〜1.0 重量部配合
してなる請求項5記載の歯車。
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