JP4209666B2 - 歯車用ポリアミド樹脂組成物およびポリアミド樹脂製歯車 - Google Patents
歯車用ポリアミド樹脂組成物およびポリアミド樹脂製歯車 Download PDFInfo
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は自動車のパワーステアリング装置などに用いるウォームホイールなどを含む樹脂製の歯車用の樹脂組成物および歯車そのものに係るものであり、詳しくは耐摩耗性に優れるとともに、相手材を傷つけにくく、また成形性のよい歯車用ポリアミド樹脂組成物およびポリアミド樹脂製歯車に関する。
【0002】
【従来の技術】
小型自動車においては、操舵補助力を付与するため、ステアリングシャフトに取り付けられるウォームホイールに噛合うウォームを電動アクチュエータにより駆動する電動パワーステアリング装置が用いられている。そしてそのウォームホイールとしてポリアミドなどの合成樹脂を用いることで軽量化および低騒音化が図られている。
【0003】
合成樹脂はそのままでは強度が不足し、いろいろな補強材を樹脂に配合したものが用いられている。配合する補強材としては炭素繊維等の無機繊維材、またチタン酸カリウムウィスカ等のウィスカ類を配合することによって強度を補強している。またギアの噛みあい等で相手材と擦れ会う際に簡単に摩耗してしまうことのないようにワックスや二硫化モリブデンなどの潤滑剤を配合して耐摩耗性を向上させる試みも行われている(特許文献1)。
【0004】
【特許文献1】
特開2000−247245号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、耐摩耗性は十分であるとは言えず更なる耐摩耗性の向上が望まれている。また、補強材を配合することによって噛みあう相手のギアを傷つけてしまうという問題や成形性が悪くなってしまい成形サイクルが長くなってしまったり、成形不良を増加させてしまうといった問題があった。
【0006】
相手のギアを傷つけてしまうことで、さらに自分自身の摩耗を促進させることにもなり、補強材による相手材への傷つけ性についても改善が望まれている。また、成形性の改善も同時に向上させる必要がある。
【0007】
そこで本発明は耐摩耗性に優れるとともに、相手材を傷つけにくく、また成形性のよい歯車用ポリアミド樹脂組成物およびポリアミド樹脂製歯車の提供を課題とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために本発明の請求項1は、ポリアミド樹脂組成物からなるギア歯を形成する樹脂層を有する歯車に用いられるポリアミド樹脂組成物において、ポリアミド樹脂100質量部に対して、酸価が1〜10mgKOH/gの酸化ポリエチレンワックス0.1〜10質量部を配合したことを特徴とする。
【0010】
所定の酸価を有する酸化ポリエチレンワックスを配合することにより、ポリアミド樹脂の摩擦摩耗特性を向上させると共に、各種物性においても優れた組成物を得ることができる。
【0013】
請求項2では、ポリアミド樹脂100質量部に対して、補強材を1〜50質量部配合した歯車用ポリアミド樹脂組成物としており、補強材をこのような範囲で配合することによって、十分な強度を持たせることができる。
【0014】
請求項3では、補強材がガラス繊維である歯車用ポリアミド樹脂組成物としており、補強材として高い補強効果が得られると共にコスト的にも有利であるといえる。
【0015】
請求項4では、ポリアミド樹脂組成物からなるギア歯を形成する樹脂層を有するポリアミド樹脂製歯車において、前記樹脂層はポリアミド樹脂100質量部に対して、酸価が1〜10mgKOH/gの酸化ポリエチレンワックス0.1〜10質量部を配合したことを特徴とする。
【0017】
請求項1、2と同様に所定の酸価を有する酸化ポリエチレンワックスを配合することにより、ポリアミド樹脂の摩擦摩耗特性を向上させると共に、各種物性においても優れたポリアミド樹脂製歯車を得ることができる。
【0020】
請求項5では、ポリアミド樹脂100質量部に対して、補強材を1〜50質量部配合したポリアミド樹脂製歯車としており、補強材をこのような範囲で配合することによって、十分な強度を持たせることができる。
【0021】
請求項6では、補強材がガラス繊維であるポリアミド樹脂製歯車としており、補強材として高い補強効果が得られると共にコスト的にも有利であるということができる。
【0022】
請求項7では、金属製の芯材の外周にギア歯を形成する樹脂層を有する構成であるポリアミド樹脂製歯車としており、芯材を有するポリアミド樹脂製歯車として成形性及び物性の優れたものを得ることができる。
【0023】
【発明の実施の形態】
図1に示すのは電動パワーステアリング装置に用いられるウォームホイールの斜視図であり、このウォームホイールは本発明の歯車用ポリアミド樹脂組成物を用いており、本発明のポリアミド製樹脂歯車である。
【0024】
電動パワーステアリング装置は、例えば図2に示すような装置1であり、ステアリングホイール2の操舵により発生する操舵トルクを、ステアリングシャフト3によりピニオン4に伝達することで、そのピニオン4に噛みあうラック5を移動させ、そのラック5に連結される車輪6の舵角を変化させる。
【0025】
そのステアリングシャフト3により伝達される操舵トルクに応じた操舵補助力を付与するため、その操舵トルクを検出するトルクセンサ(図示しない)と、その検出された操舵トルクに応じ駆動されるモータ8と、そのモータ8により駆動される駆動シャフトの外周に設けられる金属製ウォーム9と、そのウォーム9に噛みあうと共にステアリングシャフト3に取り付けられるウォームホイール10とが設けられている。そのモータ8の回転をウォーム9及びウォームホイール10を介してステアリングシャフト3に伝達することで操舵補助力を付与するようになっている。
【0026】
本発明のポリアミド樹脂製歯車となるのは、一例を挙げればこのウォームホイール10であり、例えば円筒形状の鉄やアルミニウムなどからなる金属製芯材11の周囲に樹脂層12が被覆された歯車である。図示はしないが芯材11の周囲にはローレット加工などの凹凸加工がなされており、樹脂層12と芯材11と間で滑って回転しないようになっている。樹脂層12の部分に特徴があり、本発明の歯車用ポリアミド樹脂組成物の対象となるものである。
【0027】
本発明の歯車用ポリアミド樹脂組成物は、ポリアミド樹脂100質量部に対して酸価が1〜10mgKOH/gの酸化ポリエチレンワックス0.1〜10質量部を配合したものである。
【0028】
本発明で用いられるポリアミド樹脂は、6・6−ナイロン、6−ナイロンといったものを用いることができ、特にポリアミド樹脂の種類を限定するものではないが、中でも6・6−ナイロンを用いることが吸水性、熱的特性、物性及びコストのバランスが最もとれているの理由から好ましい。
【0029】
酸化ポリエチレンワックスとは、ポリエチレンワックスを酸化後処理することにより得られるものである。酸価が1mgKOH/g未満であると表面に酸素結合した官能基の数が少ないため、ポリアミドとの相溶性が劣り、均一にポリアミド中に分散しないこととなり、10mgKOH/gを超えるとポリアミドの物性が著しく低下するとなるので好ましくない。
【0030】
酸化ポリエチレンワックスの配合量がポリアミド樹脂100質量部に対して0.1未満であると摩擦摩耗特性を改善する効果が十分に得られず、10質量部を超えるとポリアミドの物性が著しく低下するとなるので好ましくない。
【0031】
本発明において酸化ポリエチレンワックスの溶融粘度は200〜2000mPa・sのものを用いることが好ましく、200mPa・s未満であると摩擦摩耗特性を改善する効果が十分に得られず、2000mPa・sを超えると成形時の流動性が悪くなるので好ましくない。
【0032】
また、上記の酸化ポリエチレンワックス以外に補強材をポリアミド樹脂100質量部に対して1〜50質量部の範囲で配合することが好ましい。補強材としてはガラス繊維、炭素繊維等の繊維補強材、チタン酸カリウムウィスカや炭酸カルシウムウィスカ、ホウ酸アルミニウムウィスカなどのウィスカ類、その他タルク、珪灰石、マイカなどを挙げることができる。補強材の配合量がポリアミド樹脂100質量部に対して1質量部未満であると強度の補強が不十分であり、50質量部を超えると成形性が悪くなり、材料としての比重も大きくなり樹脂を使用することによる軽量化というメリットが薄れるので好ましくない。
【0033】
前記に挙げた補強材の中でも本発明ではガラス繊維を用いることが高い補強効果を得られると共にコスト的にも有利であることから好ましいといえる。ガラス繊維は分散と補強効果とのバランスから通常1〜3mm長さのものを配合する。
【0034】
その他、一般的な配合剤として顔料、染料などの着色剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、熱安定剤、耐電防止剤、滑剤等を配合してもよい。
【0035】
次に本発明の実施例および比較例を挙げて物性の比較を行った
【0036】
【実施例】
表1に示すような実施例1、比較例1〜6までの配合の樹脂組成物を用いて、射出成形にて試験片を作成し、限界PV値、スラスト試験時動摩擦係数、スラスト摩耗量、アイゾット衝撃強さ、引張強さ、曲げ強さ、吸水率、射出時ピーク圧をそれぞれ測定した。その結果を表2に示す。
【0037】
なお、表1に示す高分子シリコーンオイルは東レ・ダウコーニング社のBY27−005、チタン酸カリウムウィスカは大塚化学社のティスモ、超高分子量ポリエチレンはクラリアントジャパン社のGUR4105、低密度ポリエチレンは三井化学社の、高酸価ポリエチレンワックスはクラリアントジャパン社のPED191(酸価が17、溶融粘度が3000mPa・s)、低酸価ポリエチレンワックスは三井化学社の405MP(酸価が1、溶融粘度が650mPa・s)を用いている。
【0038】
【表1】
【0039】
【表2】
【0040】
表2の結果から、ガラス繊維のみを配合した比較例1は衝撃強さ、引張強さ、曲げ強さなどの物性を向上しているものの、摩擦摩耗特性については劣っている。そして比較例2〜4では、摩擦摩耗特性の改善のためにそれぞれ高分子シリコーンオイル、チタン酸カリウムウィスカ、超高分子量ポリエチレンを配合しているが、摩擦摩耗特性は十分に改善されているとはいえない。
【0041】
次に比較例5では限界PV値は改善されているが、曲げ強さなど物性の面で低下が見られるという結果となっている。また、比較例1〜5を通じて射出時ピーク圧は高めの数値となっている。
【0042】
それにたいして実施例では摩擦摩耗特性はきわめて優れており、衝撃強さ、引張強さ、曲げ強さなどの物性の低下も少なく、特に実施例1では射出時ピーク圧も低い数値となっており成形性についても優れていることがわかる。
【0043】
【発明の効果】
以上のように本発明の請求項1によると、ポリアミド樹脂組成物からなるギア歯を形成する樹脂層を有する歯車用ポリアミド樹脂組成物において、ポリアミド樹脂100質量部に対して、酸価が1〜10mgKOH/gの酸化ポリエチレンワックス0.1〜10質量部を配合したことを特徴とする。
【0045】
所定の酸価を有する酸化ポリエチレンワックスを配合することにより、ポリアミド樹脂の摩擦摩耗特性を向上させると共に、各種物性においても優れた組成物を得ることができる。
【0048】
請求項2では、ポリアミド樹脂100質量部に対して、補強材を1〜50質量部配合した歯車用ポリアミド樹脂組成物としており、補強材をこのような範囲で配合することによって、十分な強度を持たせることができる。
【0049】
請求項3では、補強材がガラス繊維である歯車用ポリアミド樹脂組成物としており、補強材として高い補強効果が得られると共にコスト的にも有利であるといえる。
【0050】
請求項4では、ポリアミド樹脂組成物からなるギア歯を形成する樹脂層を有するポリアミド樹脂製歯車において、前記樹脂層はポリアミド樹脂100質量部に対して、酸価が1〜20mgKOH/gの酸化ポリエチレンワックス0.1〜10質量部を配合したことを特徴とする。
【0052】
請求項1、2と同様に所定の酸価を有する酸化ポリエチレンワックスを配合することにより、ポリアミド樹脂の摩擦摩耗特性を向上させると共に、各種物性においても優れたポリアミド樹脂製歯車を得ることができる。
【0055】
請求項5では、ポリアミド樹脂100質量部に対して、補強材を1〜50質量部配合したポリアミド樹脂製歯車としており、補強材をこのような範囲で配合することによって、十分な強度を持たせることができる。
【0056】
請求項6では、補強材がガラス繊維であるポリアミド樹脂製歯車としており、補強材として高い補強効果が得られると共にコスト的にも有利であるということができる。
【0057】
請求項7では、金属製の芯材の外周にギア歯を形成する樹脂層を有する構成であるポリアミド樹脂製歯車としており、芯材を有するポリアミド樹脂製歯車として成形性及び物性の優れたものを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のポリアミド樹脂製歯車の一例であるウォームホイールの斜視図である。
【図2】ウォームホイールを用いる電動パワーステアリング装置の概要図である。
【符号の説明】
1 電動パワーステアリング装置
2 ステアリングホイール
3 ステアリングシャフト
4 ピニオン
5 ラック
6 車輪
8 モータ
9 ウォーム
10 ウォームホイール
11 芯材
12 樹脂層
Claims (7)
- ポリアミド樹脂組成物からなるギア歯を形成する樹脂層を有する歯車に用いられるポリアミド樹脂組成物において、ポリアミド樹脂100質量部に対して、酸価が1〜10mgKOH/gの酸化ポリエチレンワックス0.1〜10質量部を配合したことを特徴とする歯車用ポリアミド樹脂組成物。
- ポリアミド樹脂100質量部に対して、補強材を1〜50質量部配合した請求項1記載の歯車用ポリアミド樹脂組成物。
- 補強材がガラス繊維である請求項2記載の歯車用ポリアミド樹脂組成物。
- ポリアミド樹脂組成物からなるギア歯を形成する樹脂層を有するポリアミド樹脂製歯車において、前記樹脂層はポリアミド樹脂100質量部に対して、酸価が1〜10mgKOH/gの酸化ポリエチレンワックス0.1〜10質量部を配合したことを特徴とするポリアミド樹脂製歯車。
- ポリアミド樹脂100質量部に対して、補強材を1〜50質量部配合した請求項4記載のポリアミド樹脂製歯車。
- 補強材がガラス繊維である請求項5記載のポリアミド樹脂製歯車。
- 金属製の芯材の外周にギア歯を形成する樹脂層を有する構成である請求項4〜6のいずれかに記載のポリアミド樹脂製歯車。
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