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技術 射出成形歯車

出願人 旭化成ケミカルズ株式会社
発明者 辻浩義朝井清三郎福田洋一
出願日 2009年6月25日 (11年5ヶ月経過) 出願番号 2009-151107
公開日 2011年1月13日 (9年10ヶ月経過) 公開番号 2011-005731
状態 特許登録済
技術分野 プラスチック等の射出成形 プラスチック等の成形用の型 歯車・カム
主要キーワード 軸受支持台 作動耐久性 はすばかさ歯車 すぐばかさ歯車 まがりばかさ歯車 ラック歯車 冠歯車 伝達精度
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2011年1月13日)のものです。
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図面 (5)

課題

ポリアミド等を用いた繊維強化材料に比べて、優れた作動耐久性及び静音性を保持できる、非繊維強化樹脂としてのポリアセタールホモポリマー射出成形してなる射出成形歯車を提供する。

解決手段

径方向外側に形成された歯部を有するリムと、前記リムの径方向内側に同心円状に配置されたボスと、前記リムの内周部及び前記ボスの外周部に接続し、且つ前記ボスの径方向外側に同心円状に配置されたウェブと、を有する射出成形歯車であって、前記ウェブの厚さに対する前記リムの高さの比率が3以上であり、及び前記リムの高さは10mm以上100mm以下であり、並びに非繊維強化樹脂として、メルトフローレートMFR)が1.5〜8.0g/10分であるポリアセタールホモポリマーを射出成形してなる、射出成形歯車である。

概要

背景

射出成形歯車は、動力伝達機構駆動伝達機構として、複写機プリンター等のOA機器VTR、DVD、ブルーレイ等のデジタル家電自動車での窓ガラスシート、及びサンルーフ等の幅広い用途に使用されている。

多様な用途に使用される歯車には、高い伝達精度を要求されるものが多い。そのため、ギアの精度を向上させる方法として、リム及びハブ並びにウェブの厚みを規定することにより、変形を抑制する等の技術が開示されている(例えば、特許文献1)。

最近、大きなトルクを伝達するための歯車として、電動二輪車の駆動部に使用されるものがある。このような大きなトルクの負荷を伝達する歯車において、同時に作動耐久性を確保するために、ポリアミド樹脂ガラス等の繊維で強化した材料に関する技術が開示されている(例えば、特許文献2〜4)。

また、ポリアセタール樹脂は、機械的強度及び剛性が高く、耐油性及び耐有機溶剤性に優れ、広い温度範囲で好適に使用でき、並びに加工が容易である。そのため、代表的なエンジニアリングプラスチックとして、OA機器、デジタル家電及び自動車の部品、その他の工業部品の歯車の材料に多く用いられている。

前記ポリアセタール樹脂の中でも、ポリアセタールホモポリマーは、ポリアセタールコポリマーに比べて、剛性や靭性に優れ、熱変形温度が高いことが知られている(例えば、特許文献5)。

概要

ポリアミド等を用いた繊維強化材料に比べて、優れた作動耐久性及び静音性を保持できる、非繊維強化樹脂としてのポリアセタールホモポリマーを射出成形してなる射出成形歯車を提供する。径方向外側に形成された歯部を有するリムと、前記リムの径方向内側に同心円状に配置されたボスと、前記リムの内周部及び前記ボスの外周部に接続し、且つ前記ボスの径方向外側に同心円状に配置されたウェブと、を有する射出成形歯車であって、前記ウェブの厚さに対する前記リムの高さの比率が3以上であり、及び前記リムの高さは10mm以上100mm以下であり、並びに非繊維強化樹脂として、メルトフローレートMFR)が1.5〜8.0g/10分であるポリアセタールホモポリマーを射出成形してなる、射出成形歯車である。A

目的

本発明は、ポリアミド等を用いた繊維強化材料に比べて、優れた作動耐久性及び静音性を保持できる、非繊維強化のポリアセタールホモポリマーを射出成形してなる射出成形歯車を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
2件

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請求項1

径方向外側に形成された歯部を有するリムと、前記リムの径方向内側に同心円状に配置されたボスと、前記リムの内周部及び前記ボスの外周部に接続し、且つ前記ボスの径方向外側に同心円状に配置されたウェブと、を有する射出成形歯車であって、前記ウェブの厚さに対する前記リムの高さの比率が3以上であり、及び前記リムの高さは10mm以上100mm以下であり、並びに非繊維強化樹脂として、メルトフローレートMFR)が1.5〜8.0g/10分であるポリアセタールホモポリマー射出成形してなる、射出成形歯車。

請求項2

前記ポリアセタールホモポリマーのメルトフローレート(MFR)が1.5〜3.0g/10分である、請求項1に記載の射出成形歯車。

請求項3

平均粒径が0.1〜10.0μmの結晶核生成無機粒子10〜90ppmをさらに含む、請求項1又は2に記載の射出成形歯車。

請求項4

前記結晶核生成無機粒子は、タルク及び窒化ホウ素の少なくともいずれか一方を含む、請求項3に記載の射出成形歯車。

請求項5

金属インサート成形してなる、請求項1〜4のいずれか1項に記載の射出成形歯車。

請求項6

電動車用歯車である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の射出成形歯車。

技術分野

0001

本発明は、射出成形歯車に関する。

背景技術

0002

射出成形歯車は、動力伝達機構駆動伝達機構として、複写機プリンター等のOA機器VTR、DVD、ブルーレイ等のデジタル家電自動車での窓ガラスシート、及びサンルーフ等の幅広い用途に使用されている。

0003

多様な用途に使用される歯車には、高い伝達精度を要求されるものが多い。そのため、ギアの精度を向上させる方法として、リム及びハブ並びにウェブの厚みを規定することにより、変形を抑制する等の技術が開示されている(例えば、特許文献1)。

0004

最近、大きなトルクを伝達するための歯車として、電動二輪車の駆動部に使用されるものがある。このような大きなトルクの負荷を伝達する歯車において、同時に作動耐久性を確保するために、ポリアミド樹脂ガラス等の繊維で強化した材料に関する技術が開示されている(例えば、特許文献2〜4)。

0005

また、ポリアセタール樹脂は、機械的強度及び剛性が高く、耐油性及び耐有機溶剤性に優れ、広い温度範囲で好適に使用でき、並びに加工が容易である。そのため、代表的なエンジニアリングプラスチックとして、OA機器、デジタル家電及び自動車の部品、その他の工業部品の歯車の材料に多く用いられている。

0006

前記ポリアセタール樹脂の中でも、ポリアセタールホモポリマーは、ポリアセタールコポリマーに比べて、剛性や靭性に優れ、熱変形温度が高いことが知られている(例えば、特許文献5)。

先行技術

0007

特許第3621009号明細書
特開2003−201398号公報
特開2008−8404号公報
特許第4209666号明細書
特開2008−291073号公報

発明が解決しようとする課題

0008

しかしながら、ガラス等の繊維で補強されたポリアミド樹脂などを用いて作られた射出成形歯車の場合、歯の部分にガラス等の繊維が配向する状態に応じて、歯の強度や耐久性が変わるため、安定した性能が得られにくいという問題がある。

0009

また、繊維強化されたポリアミド樹脂などを用いて作られた射出成形歯車の場合、繊維配向に起因した反りや変形が生じ易い。そのため、歯が噛み合う精度が低下し、結果として、期待する歯の強度や耐久性が得られにくいという問題がある。

0010

さらに、ガラス等の繊維の一部が成形品(射出成形歯車)の表面付近に存在する場合、歯車において良好な表面状態が得られないため、対合する部材との摩擦により、静音性が損なわれやすい。加えて、繊維強化された合成樹脂を射出成形歯車の材料とする場合、金型や、成形機シリンダーが磨耗するという問題がある。

0011

一方、ポリアセタール樹脂には様々な利点があることは上述した通りである。しかしながら、ポリアセタールを用いた非繊維強化樹脂材料について、ISO527等に代表される試験方法で測定した引張強度は、ポリアミド等を用いた繊維強化樹脂材料に比べて、大きく下回る。そのため、上記した高トルクの負荷がかかる射出成形歯車の場合、ポリアセタールを用いた非繊維強化樹脂材料は使用できず、結局、ポリアミド等を用いた繊維強化樹脂材料を使用して、歯幅を厚くしたり、予め成形収縮後の寸法を計算した上で射出成形用の金型を作製する等の工夫を行いながら、歯の機械的強度、耐久性及び静音性を確保しようとしている。それでも、上述のように、繊維強化されたポリアミド樹脂などを用いて作られた射出成形歯車における問題は、依然として存在する。なお、本明細書における「非繊維強化樹脂」とは、強化繊維を含まない熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂をいう。

0012

そこで、本発明は、ポリアミド等を用いた繊維強化材料に比べて、優れた作動耐久性及び静音性を保持できる、非繊維強化のポリアセタールホモポリマーを射出成形してなる射出成形歯車を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0013

ポリアミド等を用いた繊維強化材料を使用した射出成形歯車において、歯の強度を向上させるため、ガラス等の繊維をなるべく中心から放射状に配向させ、歯の高さ方向にガラス等の繊維を均一に充填させることが好ましい。しかし、一般に、射出成形歯車を製造する際の、金型において樹脂が充填されるゲートの位置は、歯の寸法精度を考慮して、ボスかウェブに設定する場合が多い。

0014

射出成形歯車におけるウェブの厚みは、生産性や寸法精度を考慮すれば、あまり大きくすることは好ましくなく、最大でも2〜5mm程度に設定する場合が多い。そのため、歯を有する(歯部に接続する)リムの高さ、即ち歯幅が10mmを超えるような射出成形歯車の場合、リブから充填された樹脂が一度リムに突き当たった後で垂直方向に当該樹脂が流れることから、主に歯幅方向にガラス等の繊維が充填される。この場合、ポリアミド等を用いた繊維強化材料に対して期待される歯の強度は得られない。さらに、ポリアミド等を用いた繊維強化材料は、アニール処理を受けることによって、ガラス繊維の配向に依存して歯車が変形しやすくなる。その結果、歯車の作動耐久性及び静音性が損なわれてしまう。

0015

そこで、本発明者らは、以上の知見を生かしつつ、上述した課題を解決するためさらに鋭意検討した。その結果、ポリアセタールホモポリマーを材料とし、且つ特定の形状を有する射出成形歯車とすることにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。

0016

即ち、本発明は、径方向外側に形成された歯部を有するリムと、前記リムの径方向内側に同心円状に配置されたボスと、前記リムの内周部及び前記ボスの外周部に接続し、且つ前記ボスの径方向外側に同心円状に配置されたウェブと、を有する射出成形歯車であって、前記ウェブの厚さに対する前記リムの高さの比率が3以上であり、及び前記リムの高さは10mm以上100mm以下であり、並びに非繊維強化樹脂として、メルトフローレートMFR)が1.5g/10分〜8.0g/10分であるポリアセタールホモポリマーを射出成形してなる、射出成形歯車に関する。

発明の効果

0017

本発明によれば、非繊維強化のポリアセタールホモポリマーを用いることによって、ポリアミド等を用いた繊維強化材料に比べて、優れた作動耐久性と静音性を保持できる射出成形歯車が得られる。

図面の簡単な説明

0018

本発明に係る射出成形歯車の垂直方向の断面を示した概略図である。
本発明に係る射出成形歯車の水平方向の断面を示した概略図である。
本発明におけるポリアセタ−ルホモポリマー重合器一式を示す概略図である。
本発明に係る射出成形歯車の評価に用いた歯車強度試験機の概略図である。

0019

以下、本発明を実施するための形態(以下、「本実施の形態」という。)について詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に制限されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。

0020

本実施の形態に係る射出成形歯車は、径方向外側に形成された歯部を有するリムと、前記リムの径方向内側に同心円状に配置されたボスと、前記リムの内周部及び前記ボスの外周部に接続し、且つ前記ボスの径方向外側に同心円状に配置されたウェブと、を有する射出成形歯車であって、前記ウェブの厚さに対する前記リムの高さの比率が3以上であり、及び前記リムの高さは10mm以上100mm以下であり、並びに非繊維強化樹脂として、メルトフローレート(MFR)が1.5g/10分〜8.0g/10分であるポリアセタールホモポリマーを射出成形してなる。

0021

[射出成形歯車の構成]

0022

図1は、本実施の形態に係る射出成形歯車を示す概略図である。このうち、図1Aは、本実施の形態に係る射出成形歯車の垂直方向の断面を示した概略図である。図1Bは、本実施の形態に係る射出成形歯車の水平方向の断面を示した概略図(射出成形歯車の正面図)である。なお、図1A及び図1Bは、いずれも前記射出成形歯車の構成の一例を示した図であって、本実施の形態に係る射出成形歯車の具体的構成はこれらの図に制限されない。

0023

前記射出成形歯車は、非繊維強化樹脂としてのポリアセタールホモポリマーを射出成形することにより得られる。ここで、本発明に係る射出成形歯車は、繊維強化した材料ではなく非繊維強化の材料を使用する。その理由は、本発明におけるポリアセタールホモポリマーの特徴である自己潤滑性損失表面平滑性の低下が原因)を防止できるためである。特に、ポリアセタールホモポリマーをギア等に用いる場合、非繊維強化樹脂を使用することは、精度及び摺動性の低下を効果的に抑制できるため、好適である。

0024

図1Bを見ると、射出成形歯車は、径方向外側に形成された歯部(歯を含む部分)Gを有するリムFと、リムFの径方向内側に同心円状に配置されたボスCと、前記リムの内周部及び前記ボスの外周部に接続し、且つボスCの径方向外側に同心円状に配置されたウェブDとを備えている。ここで、リブEは、ウェブDの同心円上に、不連続に配置されている。なお、射出成形歯車の中心(ボスCの内側)には軸穴Hが形成されており、反対に、射出成形歯車の最外周(リムFの外側)には歯部Gが形成されている。

0025

図1Aに示したように、本実施の形態に係る射出成形歯車において、ウェブ厚さeに対するリムの高さfの比率(f/e)が3以上である。本実施の形態に係る射出成形歯車、即ち、非繊維強化樹脂であるポリアセタールホモポリマーを射出成形することにより得られる、f/eが3以上である射出成形歯車の場合、同じ形状を有するガラス繊維を含んだポリアミド樹脂などからなる射出成形歯車と比較して、アニール前後での作動耐久性及び静音性に有意に優れる。また、上記f/eは、好ましくは4以上であり、より好ましくは5〜10である。

0026

リムの高さfは、ウェブ厚さeが2〜10mmの時にf/eが5〜10になるという観点から、10mm以上100mm以下であり、好ましくは15mm以上50mm以下、より好ましくは20mm以上40mm以下である。

0027

[非繊維強化樹脂材料及びその調製方法

0028

本実施の形態における「非繊維強化樹脂材料」とは、ポリアセタールホモポリマーからなる材料であってもよいし、後述するように、ポリアセタールホモポリマーとその他の成分とを含むポリアセタール樹脂組成物であってもよい。

0029

<ポリアセタールホモポリマー>

0030

モノマー原料

0031

主原料としてのモノマー主モノマー)であるホルムアルデヒドとしては、安定した分子量の樹脂を継続的に得るという観点から、精製され、不純物濃度が低く、且つ安定したホルムアルデヒドガスを用いることが好ましい。ホルムアルデヒドの精製方法としては、公知の方法を用いることができる。例えば、特公平5−32374号公報及び特表2001−521916号公報に開示された方法を利用することができる。

0032

上記ホルムアルデヒドガスとしては、水、メタノール蟻酸など、重合反応中に重合が停止したり連鎖移動作用を有するような不純物を極力含まないものを用いることが好ましい。かかる不純物を極力含まないホルムアルデヒドガスを用いた場合、予期せぬ連鎖移動反応を効果的に防止でき、目的とする分子量を有する物質が一層得られやすくなる。中でも、水についていえば、目的とする分子量を有する物質を一層得られやすくする観点から、100ppm以下であることが好ましく、50ppm以下であることがより好ましい。

0033

重合方法

0034

本実施の形態における非繊維強化樹脂としてのポリアセタールホモポリマーとは、オキシメチレン基を主鎖に有し、ポリマー連鎖の両末端エステル基又はエーテル基により封鎖されたポリマーを表す。本実施の形態におけるポリアセタールの重合は、公知のスラリー重合法を用いて実施することができる。例えば、特公昭47−6420号公報及び特公昭47−10059号公報に開示された重合法を利用することができる。そして、かかる重合法を用いることにより、不安定な末端部を有する粗ポリアセタールホモポリマーが得られる。前記粗ポリアセタールホモポリマーに対して、後述の末端安定化処理を実施することが好ましい。

0035

(ポリアセタールホモポリマー)

0036

本実施の形態におけるポリアセタールホモポリマーは、そのメルトフローレート(MFR)が1.5〜8.0g/10分である。MFRが1.5g/10分以上の場合、成形品の生産を一層安定させることができ、これにより作動耐久性を維持することが顕著に容易となり得る。一方、MFRが8.0g/10分以下の場合、安定した成形品が得られると共に、作動耐久性を一層容易に維持することができる。なお、本明細書におけるMFRの測定方法は、後記の実施例に記載された方法を採用する。

0037

また、ポリアセタールホモポリマーのMFRは、高温時の大きな負荷によるクリープ変形を抑制する観点から、好ましくは1.5〜3.0g/10分である。

0038

<ポリアセタール樹脂組成物及びその調製方法>

0039

連鎖移動剤

0040

前記連鎖移動剤としては、一般に、アルコール類酸無水物が用いられる。また、ブロックポリマー分岐ポリマーを得るために、ポリオールポリエーテルポリオールやポリエーテルポリオール・アルキレンオキサイドを用いてもよい。また、連鎖移動剤についても、上述したように、予期せぬ連鎖移動反応を効果的に防止する観点から、不純物を極力含まないものを用いることが好ましい。中でも、水についていえば、2,000ppm以下であることが好ましく、1,000ppm以下であることがより好ましい。

0041

これらの不純物が非常に少ない連鎖移動剤を得る方法としては、以下に制限されないが、例えば、汎用的であって水分含有量が規定値を超える連鎖移動剤を入手し、これを乾燥窒素バブリングし、活性炭ゼオライト等の吸着剤により不純物を除去し、精製する方法が挙げられる。なお、連鎖移動剤は、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。

0042

重合触媒

0043

重合反応に使用する重合触媒、即ちオニウム塩系重合触媒は、下記式(1)で表される。

0044

[R1R2R3R4M+]X− ・・・・・(1)

0045

上記式中、R1、R2、R3及びR4は、各々独立してアルキル基であり、Mは孤立電子対を有する元素であり、Xは求核性基である。

0046

上記式(1)で表されるオニウム塩系重合触媒の中でも、重合触媒として高い重合効率を達成できるため、触媒量を軽減させることが可能になるという観点から、第4級アンモニウム塩化合物又は第4級ホスホニウム塩系化合物が好ましく、テトラメチルアンモニウムブロミドジメチルステアリルアンモニウムアセテートテトラエチルホスホニウムヨージド及びトリブチルエチルホスホニウムヨージドがより好ましい。

0047

反応器

0048

重合に用いられる反応器は、以下に制限されないが、例えば、バッチ式攪拌機付き反応槽連続式コニーダー二軸スクリュー連続押し出し混練機、及び二軸パドル型連続混合機が挙げられる。これらの反応器の胴の外周は、反応混合物を加熱及び冷却できる構造を有することが好ましい。

0049

(末端安定化処理)

0050

上記した粗ポリアセタール樹脂の末端安定化処理のうち、エーテル基で封鎖する方法としては、以下に制限されないが、例えば、特公昭63−452公報に記載の方法が挙げられる。また、アセチル基で封鎖する方法としては、以下に制限されないが、例えば、大量の酸無水物を用いてスラリー状態で行うという米国特許第3,459,709号明細書に記載の方法、及び酸無水物のガスを用いて気相で行うという米国特許第3,172,736号明細書に記載の方法が挙げられる。上記のエーテル基で封鎖する方法において用いられるエーテル化剤としては、以下に制限されないが、例えば、オルトエステルが挙げられる。一例として、脂肪族又は芳香族酸と、脂肪族、脂環式族又は芳香族アルコールとのオルトエステルが挙げられる。かかるオルトエステルの具体例として、メチルオルトホルメート、エチルオルトホルメート、メチルオルトアセテート、エチルオルトアセテート、メチルオルトベンゾエート、エチルオルトベンゾエート、及びエチルオルトカーボネート等のオルトカーボネートが挙げられる。

0051

エーテル化反応は、以下に制限されないが、例えば、p−トルエンスルホン酸酢酸及び臭化水素酸などの中強度有機酸、並びにジメチルスルフェート及びジエチルスルフェート等の中強度鉱酸などのルイス酸触媒を、エーテル化剤1重量部に対して0.001〜0.02重量部導入して行うことができる。エーテル化反応に用いられる溶媒としては、以下に制限されないが、例えば、ペンタンヘキサンシクロヘキサン及びベンゼン等の低沸点の脂肪族、脂環式族及び芳香族炭化水素、並びに塩化メチレンクロロホルム及び四塩化炭素などのハロゲン化低級脂肪族化合物などの有機溶媒が挙げられる。

0052

一方、ポリマーの末端をエステル基で封鎖する場合、エステル化に用いられる有機酸無水物として、以下に制限されないが、例えば、下記式(2)で表される有機酸無水物が挙げられる。

0053

R5COOCOR6 ・・・・・(2)

0054

上記式中、R5及びR6は、各々独立してアルキル基を示す。R5及びR6は、同じであっても異なっていてもよい。

0055

上記式(2)で表される有機酸無水物の中でも、無水プロピオン酸無水安息香酸無水酢酸無水コハク酸無水マレイン酸無水グルタル酸及び無水フタル酸が好ましく、無水酢酸がより好ましい。有機酸無水物は、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。

0056

また、気相にてエステル基で封鎖を行う方法としては、以下に制限されないが、オニウム塩系重合触媒を除去した後に末端封鎖を行うという特開平11−92542号公報に記載の方法が好ましい。なぜなら、ポリマー樹脂におけるオニウム塩系重合触媒が極力残留しないように除去することにより、末端封鎖する際に、オニウム塩系重合触媒によるポリマーの分解反応の促進を効果的に抑制でき、安定化反応におけるポリマー収率を顕著に向上できると共に、ポリマーの着色を効果的に防止することもできるためである。

0057

ポリマーの末端をエーテル基及び/又はエステル基で封鎖することにより、末端の水酸基の濃度が5×10−7mol/g以下に低減されることが好ましい。より好ましくは、末端の水酸基の濃度が0.5×10−7mol/g以下である。

0059

前記ポリアセタール樹脂組成物は、結晶核生成無機粒子を含んでもよい。

0060

前記結晶核生成無機粒子は、以下に制限されないが、例えば、タルクシリカ石英粉末ガラス粉珪酸カルシウム珪酸アルミニウムカオリン、葉ロウ石、クレー珪藻土及びウォラストナイト等の珪酸塩酸化鉄酸化チタン及びアルミナ等の金属酸化物硫酸カルシウム及び硫酸バリウム等の金属硫酸塩炭酸カルシウム炭酸マグネシウム及びドロマイト等の炭酸塩、並びに炭化珪素窒化硅素窒化ホウ素及び各種金属粉末など、ポリアセタールホモポリマーにおいて通常知られている結晶核生成無機物細分化された固体が挙げられる。これらの結晶核生成無機粒子の中でも、ポリアセタールホモポリマーの結晶化核剤として
結晶化速度を向上させ、結果的に機械特性(機械的強度など)を向上させる観点、及びポリアセタールホモポリマーの熱安定性の損失を防止する観点から、タルク又は窒化ホウ素の少なくともいずれか一方を含むことが好ましい。

0061

前記結晶核生成無機粒子は、ポリアセタール樹脂組成物に対して、10〜90ppmを含む。結晶核生成無機粒子を定量するには、例えば、ポリアセタールホモポリマーを含有する樹脂組成物塩酸などで加水分解し定量する方法や、高周波誘導結合プラズマ(ICP)発光分析により金属成分を定量する方法が挙げられる。ここで、本明細書における濃度(ppm)の測定としては、上記した塩酸で加水分解し定量する方法を採用する。

0062

前記結晶核生成無機粒子の平均粒径は、ポリアセタールホモポリマーと混合した際に良好な結晶核を形成し、強度及び耐久性向上に寄与するという観点から、0.1〜10.0μmであり、好ましくは0.5〜5.0μmである。平均粒径は、公知の方法により測定を行うことができ、例えば、得られた樹脂製機構部品切り出して顕微鏡法偏光顕微鏡やSEM−EDX)により測定する方法が挙げられる。ここで、本明細書における平均粒径の測定としては、後記の実施例に記載の方法を採用する。

0063

表面処理剤

0064

上記の結晶核生成無機粒子を添加する場合、本実施の形態におけるポリアセタールホモポリマーとの親和性及び分散性を一層向上させるために、公知の表面処理剤を用いてもよい。かかる表面処理剤としては、以下に制限されないが、例えば、アミノシラン及びエポキシシラン等のシランカップリング剤チタネート系カップリング剤脂肪酸飽和脂肪酸不飽和脂肪酸)、脂環族カルボン酸樹脂酸、並びに金属石鹸が挙げられる。前記表面処理剤の添加量としては、物性や熱安定性の低下を抑制する観点から、好ましくは3質量%以下、より好ましくは2質量%以下であり、さらに好ましくは実質的に添加されていないことである。

0065

仕上げ工程)

0066

上記の末端安定化処理を行ったポリマー粉末は、乾燥後、一般的には、ハンドリングを向上させる目的で、押出機を用いてペレタイズする。ポリアセタールホモポリマーと結晶核生成無機粒子とを、ヘンシェルミキサータンブラーやV字型ブレンダー等で混合した後、1軸又は多軸の混錬押出機などを用いて溶融混錬することにより、本実施の形態におけるポリアセタール樹脂組成物(即ち、非繊維強化樹脂材料)が得られる。中でも、減圧装置を備えた2軸押出機が好ましい。また、予め混合することなく、定量フィーダー等を使用し、結晶核生成無機粒子を一括に又は分割して、押出機に連続的にフィードすることにより、前記ポリアセタール樹脂組成物を製造することもできる。また、予め、ポリアセタールホモポリマーとその他の成分(以下、「添加剤」という)とからなる高濃度マスターバッチを作製しておき、押出溶融混練時又は成形時に、このマスターバッチをポリアセタールホモポリマーに添加することによって、ポリアセタール樹脂組成物を得ることもできる。

0067

(その他の添加剤)

0068

その他の添加剤として、本発明の目的を損なわない範囲において、通常のポリアセタールホモポリマーに添加可能な公知の添加剤を、必要に応じて配合してもよい。前記添加剤として、以下に制限されないが、例えば、熱安定剤酸化防止剤酸捕捉剤、耐候(光)安定剤、離型剤潤滑剤、導電材帯電防止剤、熱可塑性樹脂及び熱可塑性エラストマー、及び顔料が挙げられる。添加方法としては、上記の結晶核生成無機粒子の場合と同様、ポリアセタールホモポリマーとその他の添加剤とを、ヘンシェルミキサー、タンブラーやV字型ブレンダー等で混合した後、1軸又は多軸混錬押出機などを用いて溶融混錬することにより、ポリアセタール樹脂組成物が得られる。中でも、減圧装置を備えた2軸押出機が好ましい。また、予め混合することなく、定量フィーダー等を使用し、各成分を1種単独又は数種まとめて、押出機に連続的にフィードすることによりポリアセタール樹脂組成物を得てもよい。また、高濃度のマスターバッチを作製しておき、押出溶融混練時又は成形時に、このマスターバッチをポリアセタールホモポリマーで希釈することによっても、ポリアセタール樹脂組成物が得られる。

0069

以下では、上記した熱安定剤及び酸化防止剤について詳細に説明する。

0070

本実施の形態におけるポリアセタールホモポリマーを含有するポリアセタール樹脂組成物には、熱安定剤及び酸化防止剤が含まれることが好ましい。前記熱安定剤としてはホルムアルデヒド反応性窒素を含むものが好ましい。また、前記酸化防止剤としてはヒンダードフェノール系のものが好ましい。

0071

上記のホルムアルデヒド反応性窒素を含む熱安定剤としては、以下に制限されないが、例えば、ナイロン4−6、ナイロン6、ナイロン6−6、ナイロン6−10、ナイロン6−12及びナイロン12等のポリアミド樹脂、並びにこれらのポリマー(例えば、ナイロン6/6−6/6−10、及びナイロン6/6−12等)が挙げられる。また、その他に、アクリルアミド及びその誘導体、又はアクリルアミド及びその誘導体と、他のビニルモノマーとのコポリマーが挙げられる。かかるコポリマーとして、以下に制限されないが、例えば、アクリルアミド及びその誘導体と他のビニルモノマーとを金属アルコラートの存在下で重合して得られたポリ−β−アラニンコポリマーが挙げられる。さらに、その他に、アミド化合物アミノ置換トリアジン化合物、アミノ置換トリアジン化合物とホルムアルデヒドとの付加物、アミノ置換トリアジン化合物とホルムアルデヒドとの縮合物尿素尿素誘導体ヒドラジン誘導体イミダゾール化合物、及びイミド化合物なども挙げられる。

0072

前記アミド化合物の具体例としては、以下に制限されないが、イソフタル酸ジアミド等の多価カルボン酸アミド、及びアントラニルアミドが挙げられる。前記アミノ置換トリアジン化合物の具体例としては、以下に制限されないが、2,4−ジアミノ−sym−トリアジン、2,4,6−トリアミノ−sym−トリアジン、N−ブチルメラミン、N−フェニルメラミン、N,N−ジフェニルメラミン、N,N−ジアリルメラミン、ベンゾグアナミン(2,4−ジアミノ−6−フェニル−sym−トリアジン)、アセトグアナミン(2,4−ジアミノ−6−メチル−sym−トリアジン)、及び2,4−ジアミノ−6−ブチル−sym−トリアジンが挙げられる。前記アミノ置換トリアジン類化合物とホルムアルデヒドとの付加物の具体例としては、以下に制限されないが、N−メチロールメラミン、N,N’−ジメチロールメラミン、及びN,N’,N”−トリメチロールメラミンが挙げられる。前記アミノ置換トリアジン類化合物とホルムアルデヒドとの縮合物の具体例としては、以下に制限されないが、メラミン・ホルムアルデヒド縮合物が挙げられる。前記尿素誘導体の例としては、以下に制限されないが、N−置換尿素尿素縮合体エチレン尿素ヒダントイン化合物、及びウレイド化合物が挙げられる。前記N−置換尿素の具体例としては、以下に制限されないが、アルキル基などの置換基置換したメチル尿素、アルキレンビス尿素、及びアリール置換尿素が挙げられる。前記尿素縮合体の具体例としては、以下に制限されないが、尿素とホルムアルデヒドとの縮合体が挙げられる。前記ヒダントイン化合物の具体例としては、以下に制限されないが、ヒダントイン、5,5−ジメチルヒダントイン、及び5,5−ジフェニルヒダントインが挙げられる。前記ウレイド化合物の具体例としては、以下に制限されないが、アラントインが挙げられる。前記ヒドラジン誘導体の例としては、以下に制限されないが、ヒドラジド化合物が挙げられる。前記ヒドラジド化合物の具体例としては、以下に制限されないが、ジカルボン酸ジヒドラジドが挙げられ、さらに具体的には、以下に制限されないが、マロン酸ジヒドラジドコハク酸ジヒドラジドグルタル酸ジヒドラジドアジピン酸ジヒドラジドピメリン酸ジヒドラジドスペリン酸ジヒドラジド、アゼライン酸ジヒドラジド、セバチン酸ジヒドラジドドデカン二酸ジヒドラジド、イソフタル酸ジヒドラジドフタル酸ジヒドラジド、及び2,6−ナフタレンカルボジヒドラジドが挙げられる。前記イミド化合物の具体例としては、以下に制限されないが、スクシンイミドグルタルイミド、及びフタルイミドが挙げられる。

0073

これらのホルムアルデヒド反応性窒素を含む化合物(ポリマーを含む)は、1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。

0074

一方、上記の酸化防止剤としては、以下に制限されないが、ヒンダートフェノール系酸化防止剤が好ましい。具体例としては、以下に制限されないが、n−オクタデシル−3−(3’,5’−ジ−t−ブチル−4’−ヒドロキシフェニル)−プロピオネート、n−オクタデシル−3−(3’−メチル−5’−t−ブチル−4’−ヒドロキシフェニル)−プロピオネート、n−テトラデシル−3−(3’,5’−ジ−t−ブチル−4’−ヒドロキシフェニル)−プロピオネート、1,6−ヘキサンジオールビス−[3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)−プロピオネート]、1,4−ブタンジオール−ビス−[3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)−プロピオネート]、トリエチレングリコール−ビス−[3−(3−t−ブチル−5−メチル−4−ヒドロキシフェニル)−プロピオネート]、及びペンタエリスリトールテトラキスメチレン−3−(3’,5’−ジ−t−ブチル−4’−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]メタンが挙げられる。中でも好ましくは、トリエチレングリコール−ビス−[3−(3−t−ブチル−5−メチル−4−ヒドロキシフェニル)−プロピオネート]及びペンタエリスリトールテトラキス[メチレン−3−(3’,5’−ジ−t−ブチル−4’−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]メタンである。

0075

これらの酸化防止剤は、1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。

0076

本実施の形態に係る射出成形歯車の用途である、各種機構部品は、静音性をさらに高めるために、グリースを塗布しても従来の機構部品と同等の作動耐久性を維持することが望ましい。そのため、ポリアセタールホモポリマー100重量部に対し、ホルムアルデヒド反応性窒素を含む熱安定剤とヒンダードフェノール系酸化防止剤とを、それぞれ0.05〜0.5重量部含むことが好ましい。

0077

以下では、上記した酸捕捉剤、耐候(光)安定剤、離型剤・潤滑剤、導電材、帯電防止剤、熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマー、及び顔料について詳細に説明する。

0078

前記酸捕捉剤としては、以下に制限されないが、例えば、上記のアミノ置換トリアジン化合物やアミノ置換トリアジン類化合物とホルムアルデヒドとの縮合物、より具体的には、メラミン・ホルムアルデヒド縮合物が挙げられる。他の酸捕捉剤としては、以下に制限されないが、例えば、アルカリ金属及びアルカリ土類金属水酸化物無機酸塩カルボン酸塩、並びにアルコキシドが挙げられる。具体的には、ナトリウムカリウムマグネシウムカルシウム及びバリウム等の水酸化物、並びに上記で列挙された金属の炭酸塩、リン酸塩、珪酸塩、ホウ酸塩及びカルボン酸塩、さらには層状複水酸化物が挙げられる。

0079

上記カルボン酸塩のカルボン酸としては、10〜36個の炭素原子を有する飽和又は不飽和の脂肪族カルボン酸が好ましく、これらのカルボン酸は水酸基で置換されていてもよい。前記飽和又は不飽和の脂肪族カルボン酸塩の具体例としては、以下に制限されないが、ジミリスチン酸カルシウム、ジパルミチン酸カルシウム、ジステアリン酸カルシウム、(ミリスチン酸−パルミチン酸)カルシウム、(ミリスチン酸−ステアリン酸)カルシウム、及び(パルミチン酸−ステアリン酸)カルシウムが挙げられる。中でも、好ましくはジパルミチン酸カルシウム及びジステアリン酸カルシウムである。

0080

上記層状複水酸化物としては、以下に制限されないが、例えば、下記式で表されるハイドロタルサイト類が挙げられる。

0081

〔(M2+)1−X(M3+)X(OH)2〕X+〔(An−)x/n・mH2O〕X−

0082

上記式中、M2+は2価金属、M3+は3価金属、An−はn価(nは1以上の整数)のアニオンを表し、Xは0<X≦0.33の範囲にあり、mは正の数である。

0083

上記式において、M2+の例としてはMg2+、Mn2+、Fe2+、Co2+、Ni2+、Cu2+、Zn2+等が挙げられ、M3+の例としては、Al3+、Fe3+、Cr3+、Co3+、In3+等が挙げられ、An−の例としては、OH−、F−、Cl−、Br−、NO3−、CO32−、SO42−、Fe(CN)63−、CH3COO−、シュウ酸イオンサリチル酸イオン等が挙げられる。中でも、好ましくはCO32−及びOH−が挙げられる。具体例としては、Mg0.75Al0.25(OH)2(CO3)0.125・0.5H2Oで示される天然ハイドロタルサイト、及びMg4.5Al2(OH)13CO3・3.5H2O、Mg4.3Al2(OH)12.6CO3等で示される合成ハイドロタルサイトが挙げられる。

0084

これらの酸捕捉剤は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。

0085

上記の耐候(光)安定剤は、ベンゾトリアゾール系及び蓚酸アニリド系の紫外線吸収剤、並びにヒンダードアミン光安定剤よりなる群から選択される1種以上が好ましい。

0086

ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤としては、以下に制限されないが、例えば、2−(2’−ヒドロキシ−5’−メチル−フェニル)ベンゾトリアゾール、2−(2’−ヒドロキシ−3’,5’−ジ−t−ブチル−フェニル)ベンゾトリアゾール、2−[2’−ヒドロキシ−3’,5’−ビス(α,α−ジメチルベンジル)フェニル]2H−ベンゾトリアゾール、2−[2’−ヒドロキシ−3’,5’−ビス−(α、α−ジメチルベンジル)フェニル]−2H−ベンゾトリアゾール、及び2−(2’−ヒドロキシ−4’−オクトキシフェニル)ベンゾトリアゾールが挙げられる。蓚酸アリニド系紫外線吸収剤としては、以下に制限されないが、例えば、2−エトキシ−2’−エチルオキザリックアシッドビスアニリド、2−エトキシ−5−t−ブチル−2’−エチルオキザリックアシッドビスアニリド、及び2−エトキシ−3’−ドデシルオキザリックアシッドビスアニリドが挙げられる。中でも、好ましくは2−[2’−ヒドロキシ−3’,5’−ビス−(α,α−ジメチルベンジル)フェニル]−2H−ベンゾトリアゾール、及び2−(2’−ヒドロキシ−3’,5’−ジ−t−ブチル−フェニル)ベンゾトリアゾールである。これらのベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤は1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。

0087

上記のヒンダードアミン系光安定剤としては、以下に制限されないが、例えば、N,N’,N’’,N’’’−テトラキス−(4,6−ビス−(ブチル−(N−メチル2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−4−イル)アミノ)−トリアジン−2−イル)−4,7−ジアザデカン−1,10−ジアミンジブチルアミン・1,3,5−トリアジン・N,N’−ビス(2,2,6,6,テトラメチル−4−ピペリジル−1,6−ヘキサメチレンジアミンとN−(2,2,6,6,テトラメチル−4−ピペリジル)ブチルアミンとの重縮合物、ポリ[{6−(1,1,3,3−テトラメチルブチル)アミノ−1,3,5−トリアジン−2,4−ジイル}{(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)イミノヘキサメチレン{(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)イミノ}]、コハク酸ジメチルと4−ヒドロキシ−2,2,6,6,テトラメチル−1−ピペリジンエタノールとの縮合物、デカン二酸ビス(2,2,6,6−テトラメチル−1(オクチルオキシ)−4−ピペリジニルエステルと1,1−ジメチルエチルヒドロペルオキシドオクタンとの反応生成物、ビス(1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジル)[[3,5−ビス(1,1−ジメチルエチル)−4−ヒドロキシフェニル]メチル]ブチルマロネート、メチル1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジルセバケート、ビス(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)−セバケート、1,2,3,4−ブタンテトラカルボン酸と1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジノールとβ,β,β’,β’,−テトラメチル−3,9−[2,4,8,10−テトラオキサスピロ(5,5)ウンデカン]ジエタノールとの縮合物が挙げられる。中でも、好ましくはビス(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)−セバケート、ビス−(N−メチル−2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジニル)セバケート、及び1,2,3,4−ブタンテトラカルボン酸と1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジノールとβ,β,β’,β’,−テトラメチル−3,9−[2,4,8,10−テトラオキサスピロ(5,5)ウンデカン]ジエタノールとの縮合物である。これらヒンダードアミン系光安定剤は、1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。

0088

上記の離型剤・潤滑剤としては、以下に制限されないが、例えば、アルコール、脂肪酸及びそれらの脂肪酸エステルポリオキシアルキレングリコール平均重合度が10〜500であるオレフィン化合物シリコーンが好ましく使用される。

0089

上記の導電剤としては、以下に制限されないが、例えば、導電性カーボンブラックカーボンナノチューブナノ繊維ナノ粒子金属粉末及び繊維が挙げられる。上記の帯電防止剤としては、以下に制限されないが、例えば、脂肪族ポリエーテル(但し、末端が脂肪酸エステルとなった化合物を除く)、末端が脂肪酸エステルとなった脂肪族ポリエーテル、脂肪酸と多価アルコールとから得られる遊離水酸基を有する多価アルコールの脂肪酸エステル、グリセリンモノ脂肪酸エステルホウ酸エステルアミン化合物エチレンオキサイド付加体塩基性炭酸塩及びそのアニオン交換体基体としてこれにポリアルキレンポリオール類、並びにアルカリ金属塩溶解ポリアルキレンポリオール類を包接させた帯電防止剤が挙げられる。

0090

上記の熱可塑性樹脂としては、以下に制限されないが、例えば、ポリオレフィン樹脂アクリル樹脂スチレン樹脂、ポリカーネート樹脂、及び未硬化エポキシ樹脂が挙げられる。また、これらの変性物も含まれ得る。上記の熱可塑性エラストマーとしては、以下に制限されないが、例えば、ポリウレタン系エラストマーポリエステル系エラストマーポリスチレン系エラストマー、及びポリアミド系エラストマーが挙げられる。

0091

上記の顔料としては、以下に制限されないが、例えば、無機系及び有機系の顔料、メタリック系顔料、並びに蛍光顔料が挙げられる。前記無機系顔料とは、樹脂の着色用として一般的に使用されているものをいい、以下に制限されないが、例えば、硫化亜鉛、酸化チタン、硫酸バリウム、チタンイエローコバルトブルー、燃成顔料、炭酸塩、りん酸塩酢酸塩カーボンブラックアセチレンブラックランプブラックが挙げられる。前記有機系顔料とは、縮合ウゾ系、イノン系、フロシアニン系、モノアゾ系、ジアゾ系、ポリアゾ系、アンスラキノン系、複素環系ペンノン系、キナクリドン系、チオインジコ系、ベリレン系、ジオキサジン系、及びフタロシアニン系などの顔料である。

0092

[射出成形歯車の製造方法]

0093

本実施の形態に係る射出成形歯車の製造方法については、以下に制限されないが、例えば、通常の射出成形に加え、射出圧縮成形ガスアシスト射出成形発砲射出成形、金型内複合成形金属インサート成形、金属アウトサート成形)等の成形方法のいずれかによって成形することができる。中でも、生産性、耐久性及び品位に優れる観点から、好ましくは、射出成形及び/若しくは射出圧縮成形、又はこれらと金型内複合成形を組み合わせた成形方法である。

0094

上記射出成形の条件としては、以下に制限されないが、好ましくは、成形温度が180〜220℃、金型温度が30〜100℃、射出圧力が10〜150MPa、射出時間が0.1〜10秒、及び保圧時間が1〜60秒である。

0095

[射出成形歯車の用途]

0096

本実施の形態に係る射出成形歯車は、従来の歯車と比較して、顕著に優れた作動耐久性及び静音性を保持できる観点から、電動車用歯車として、電動車全般に適用することができる。ここで、前記電動車として、以下に制限されないが、例えば、シニア四輪、バイク及び電動二輪車が挙げられる。中でも、動力伝達ギアとして、高い耐久性が要求される観点から、好ましくは電動アシスト自転車である。

0097

本実施の形態に係る射出成形歯車は、従来のポリアセタールホモポリマーを用いた射出成形歯車と同等の品質を有し、熱安定性に同等程度に優れる。加えて、本実施の形態に係る射出成形歯車は、ポリアミド樹脂を用いた従来品と比較してさらに、作動耐久性及び長期静音性に有意に優れているため、様々な用途の成形品に使用することができる。

0098

かかる射出成形歯車としては、以下に制限されないが、例えば、ギア、カムスライダーレバー、アームクラッチフェルトクラッチ、アイドラギアー、プーリーローラーコロキーステムキートップシャッター、リール、シャフト、関節、軸、軸受け、及びガイドが挙げられる。加えて、アウトサート成形の樹脂部品インサート成形の樹脂部品、シャーシトレー及び側板も挙げられる。

0099

前記射出成形歯車は、グリースを塗布して使用されることが好ましい。これにより、作動耐久性及び静音性が大きく向上し得る。

0100

前記射出成形歯車の具体的な用途としては、以下に制限されないが、例えば、オフィスオートメーション機器用機構部品、カメラ又はビデオ機器用機構部品、音楽映像又は情報機器用機構部品、通信機器用機構部品、電気機器用機構部品、電子機器用機構部品、自動車用の機構部品(ドア周辺部品、シート周辺部品空調器周辺部品)、自転車の機構部品(駆動モーター伝達等)、スイッチ部品文具機構部品、住居設備の機構部品、自動販売機機構部品、スポーツレジャーレクリエーション関係機器の機構部品、及び工業用機器の機構部品が挙げられる。

0101

特に、前記射出成形歯車として、以下に制限されないが、例えば、はすば歯車平歯車内歯車ラック歯車やまば歯車すぐばかさ歯車はすばかさ歯車まがりばかさ歯車冠歯車フェースギアねじ歯車ウォームギアウォームホイールギアハイポイドギア、及びノビコフ歯車が挙げられる。また、上記のはすば歯車や平歯車などは、シングル歯車及び2段歯車、並びに駆動モータから多段に組み合わせ、回転ムラをなくして減速するような構造を有する組合せ歯車であってもよい。

0102

以下、本実施の形態に係る射出成形歯車を実施例及び比較例によってさらに具体的に説明するが、本実施の形態はこれらの実施例のみに制限されるものではない。

0103

評価サンプルの調製]

0104

<ポリアセタールホモポリマー粉末の調製>

0105

図2は、ポリアセタ−ルホモポリマーの重合器一式を示す概略図である。図2に示すように、撹拌機付帯した、ジャケット付き5L容タンクの重合器を用いて、ポリアセタールホモポリマーを製造した。

0106

図2は、本発明におけるポリアセタールホモポリマーの重合器を例示しており、撹拌翼付帯撹拌用モータ(a)、ジャケット付反応器(b)、スラリー循環ポンプ(c)、ホルムアルデヒドガスの供給(1)、連鎖移動剤および重合溶媒の供給(2)、重合触媒の供給(3)、及びスラリー採取(4)を備える。

0107

ジャケット付反応器(b)にn−ヘキサン(エーテル化反応用溶媒)を2L満たし、循環ラインを設けた。かかるラインの長さは6φ×2.5mとし、スラリー循環ポンプ(c)により20L/hrで循環した。この中に、脱水したホルムアルデヒドガス200g/hrを直接供給した(1)。ジメチルジステアリルアンモニウムアセテート(重合触媒)を反応器(b)直前の循環ラインに供給し(3)、無水酢酸(連鎖移動剤)を次工程に抜いていくスラリー相当分を補う目的で、上記n−ヘキサンに添加した。そして、これらの重合触媒及び連鎖移動剤を連続的にフィードしながら(2)、58℃で重合を行うことにより、粗ポリマーを含むスラリーを得た。添加した重合触媒及び連鎖移動剤は、最終目的物である樹脂組成物のMFRに応じて調整した。得られたスラリーを、ヘキサンと無水酢酸との1対1混合液中で140℃2時間反応させ、分子末端アセチル化することにより、末端安定化処理を行った。前記反応後のポリマーを濾取し、2mmHg以下に減圧し、80℃に設定した減圧乾燥機で3時間かけて乾燥を行い、ポリアセタールホモポリマー粉末を得た。

0108

ペレットサンプルの調製>

0109

ポリアセタールホモポリマー粉末と添加剤とを、ヘンシェルミキサーを用いて1分間混合した。その後、200℃に設定したベント付きスクリュー型二軸押出機BT−30、プラスチック工業(株)社製;L/D=44)を用いて、スクリュー回転数を100rpmとし、24アンペア溶融混練して、ポリアセタール樹脂組成物のペレット状サンプルを得た。原料投入からペレット状サンプルの回収までの間、できるだけ酸素混入を避けながら(脱気しながら)操作を行った。

0110

<ポリアミド樹脂>

0111

ガラス繊維を含有する、市販のポリアミド66(東レ製)を用いた。

0112

<射出成形歯車の製造>

0113

上記で得られたポリアセタール樹脂組成物のペレット状サンプルを、はす歯歯車金型(上述の図1A及び図1B)を備えた射出成形機を用いて、シリンダー温度200℃及び金型温度80℃に設定し、射出成形を行い、JIS3〜5級の試験用歯車を得た。

0114

また、ポリアセタール樹脂組成物の比較対照として用いたポリアミド樹脂は、シリンダー温度280℃及び金型温度80℃に設定し、JIS3〜5級の試験用歯車を得た。

0115

<ポリアセタール樹脂組成物の評価>

0116

1.ポリアセタール樹脂組成物のMFR測定

0117

上記で得られたポリアセタール樹脂組成物のペレット状サンプルを80℃で3時間乾燥した後、荷重2.16kg及びシリンダー温度190℃の条件下で、MFR(ASTMD−1238−57Tに準拠)を測定した。一般に、MFRの値が大きいと、流動性が高く、且つ成形性に優れるという指標となる。

0118

2.ダンベル試験片の製造

0119

上記ポリアセタール樹脂組成物のペレット状サンプルを、射出成形機(SH−75、住友重機工業(株)製)を用いて、シリンダー温度200℃及び金型温度90℃に設定し、射出圧力70MPa、射出時間60秒及び冷却15秒の射出条件下で、ISO527に準拠し、金型を利用して成形を行った。かかる成形により、評価用ダンベル試験片を得た。

0120

3.結晶核生成無機粒子の平均粒径測定

0121

まず、上記で得られたダンベル試験片を凍結粉砕し、0.1N塩酸水溶液と混合し、ガラス製耐圧瓶仕込んだ状態の物を準備した。次に、この物を、滅菌器を用いて、加圧状態下、130℃及び6〜10時間で分解させた。その後、当該分解液濾過し、その濾過残渣物を、さらに蟻酸及びクロロホルムで洗浄及び濾過し、結晶核生成無機粒子以外の添加剤を除去した。

0122

残った結晶核生成無機粒子を減圧乾燥した後、デジタルマイクスコープ(VHX−200/100F;500〜5000倍、(株)KEYENCE社製)を用いて、粒子像を観察及び写真撮影し、任意に選んだ100個の結晶核生成無機粒子の最大粒子径最大長径)を測定し、その数平均を平均粒径とした。

0123

4.結晶核生成無機粒子の含有量測定

0124

まず、上記ダンベル試験片を凍結粉砕後に量し、0.1N塩酸水溶液と混合した後、ガラス製耐圧瓶に仕込んだ状態の物を10バッチ分準備した。次に、これらを、滅菌器を用いて、加圧状態下、130℃及び6〜10時間で分解させた。その後、10バッチ分の当該分解液を濾過し、その濾過残渣物を、さらに蟻酸及びクロロホルムで洗浄及び濾過し、結晶核生成無機粒子以外の添加剤を除去した。

0125

残った結晶核生成無機粒子を減圧乾燥した後、秤量することにより、はじめのポリアセタール樹脂組成物中の結晶核生成無機粒子の含有量を算出し、ppmで表した。

0126

<射出成形歯車の評価>

0127

1.試験装置

0128

作動耐久性及び静音性の評価には、軸間を調整できる、図3に示すような動力吸収式の歯車強度試験機を用いた。試験条件に応じて、適当な駆動モータ及び動力吸収装置パウダークラッチブレーキ)を選択した。

0129

図3は、本発明に係る射出成形歯車の評価に用いた歯車強度試験機を例示しており、駆動モータ(a1)、軸受支持台(a2)、回転計(a3)、動力吸収装置(b1)、軸受支持台(b2)、トルク計(b3)、マイクロホン(c1)、騒音計(c2)、防音箱(d1)、金属歯車(A)、及び試験歯車(B)を備える。

0130

図3に示すように、歯車強度試験機には、駆動モータ(a1)に、軸を介して金属歯車(A)(モジュール:0.8、ピッチ円直径:100mm、歯幅:30mm、ねじれ角:20度)のはす歯金属歯車が設置され、任意の回転数運転できるようになっている。この金属歯車(A)及び試験歯車(B)は、バックラッシ量0.1mmをとり、噛み合わさっている。試験歯車(B)は、軸を介して動力吸収装置(b1)に接続し、任意の負荷トルクを付与できる構造となっている。

0131

2.試験歯車

0132

図3中の試験歯車(B)は、はす歯歯車であり、モジュール0.8、ピッチ円直径100mm、及びねじれ角15度であり、直径1.5mmのゲートをボス部に3点配置し(図1B参照)、その間隔は円周方向で120度ごとに均一である。また、図1Aに示すように、上部リブ高さg1及び下部リブ高さg2は同じ寸法である。

0133

3.歯車強度試験機を用いた試験方法

0134

一定の作動トルクを負荷し、連続100時間の試験を行った。試験歯車(B)で発生する応力を同等にして性能を評価するため、試験歯車(B)の歯幅(リムの高さ)と作動トルクの積を240(歯幅15mmの時は、作動トルク16N・mとする)として実施した。回転数は100rpmに固定した。試験は、室温23℃、湿度50%の恒温室で行った。

0135

(1)作動耐久性

0136

作動耐久性としては、試験前後における歯車の外観について、以下の基準で評価した。
◎:試験前後で、歯車に肉眼で変形が確認されず、特に問題がなかった。
○:試験前後で、歯車に肉眼で変形が確認されたが、作動性には問題がなかった。
△:作動性に一部問題があった。
×:歯の破損や軸穴の変形などによって作動不良となった。

0137

(2)静音性の評価

0138

静音性については、図3に示すように、金属歯車(A)の軸より50mm離れた箇所にマイクロホン(c1)を設置し、“運転1”の開始30分後の1分間(前期静音性)と“運転3”の開始30分後の1分間(後期静音性)とにおいて、騒音計(c2)(JIS C1502に準拠)を用いて騒音レベルを測定し、以下の基準で評価した。
◎:最大の騒音レベルが70dBより低い。
○:最大の騒音レベルが70dB以上75dB未満である。
△:最大の騒音レベルが75dB以上85dB未満である。
×:最大の騒音レベルが85dB以上である。

0139

(3)アニール後の作動耐久性と静音性の評価

0140

上記の作動耐久性及び静音性について、射出成形歯車のアニール前後で評価した。アニール後の評価は、射出成形歯車をギアオーブンに140℃で2時間放置し、それから23℃及び湿度50%の恒温室で24時間放置した後に行った。

0141

以下、実施例及び比較例について、下記表1を示しつつ説明するが、特記のない限り、上記した調製及び評価の方法に従い、実験を行った。

0142

[実施例1〜4、比較例4〜5]

0143

非繊維強化樹脂材料中に用いたポリマー、評価条件及び評価結果を表1に示す。

0144

表1より、ポリアセタールホモポリマーのMFRが本発明の範囲内(1.5〜8.0g/10分)である実施例1〜4は、作動耐久性(ギア耐久)及び静音性にバランス良く優れることを確認した。特に、MFRが1.5〜3.0g/10分である実施例1〜3では、一層作動耐久性に優れることも確認した。

0145

一方、ポリアセタールホモポリマーのMFRが本発明の範囲外である比較例4〜5は、同じ歯車形状を有する実施例1〜3の場合と比較して、作動耐久性が有意に劣ることを確認した。

0146

[比較例1〜3]

0147

比較例1〜3では、ポリアミド樹脂(比較例1〜2)及びポリアセタールホモポリマー(比較例3)100質量%に対して、表1に記載された量(質量%)のガラス繊維を充填し、ガラス繊維強化ポリマーを製造した。かかる点以外は、上記した評価サンプルの調製を行い、評価を行った。

0148

表1より、ガラス繊維強化されたポリアミド樹脂又はポリアセタール樹脂を含む評価サンプルを用いた比較例1〜3では、同じ歯車形状を有する実施例1〜4の場合と比較して、作動耐久性及び静音性が有意に劣ることを確認した。

0149

[実施例5〜6]

0150

表1に示したように、実施例5〜6は、評価サンプルとして、結晶核生成無機粒子を含有するポリアセタール樹脂組成物(非繊維強化樹脂材料)を用いた点で、実施例1〜4における評価サンプルと相違する。

0151

実施例5〜6は、同じ歯車形状を有し、且つMFR値が同じである実施例2の場合と比較して、作動耐久性及び静音性のバランスに一層優れることを確認した。中でも、結晶核生成無機粒子として窒化ホウ素を用いた実施例5は、作動耐久性及び静音性のバランスに顕著に優れることを確認した。

0152

[実施例1〜4、7〜9、比較例6]

0153

表1より、射出成形歯車におけるウェブ厚さに対するリムの高さの比率(f/e)が、本発明の範囲内(3以上)である実施例1〜4、7〜9は、作動耐久性及び静音性のバランスにより優れることを確認した。

実施例

0154

一方、f/eが本発明の範囲外である比較例6は、アニール後の作動耐久性が有意に劣るため、作動耐久性及び静音性のバランスを欠くことを確認した。

0155

本発明における非繊維強化樹脂としてのポリアセタールホモポリマーは、繊維強化ポリアミド樹脂などに比べて、作動耐久性及び静音性のバランスに優れる。そのため、本発明に係る射出成形歯車は、自動車分野、電気電子分野、その他の工業分野で好適に利用できる。

0156

a撹拌翼付帯撹拌用モータ、
bジャケット付反応器、
cスラリー循環ポンプ、
1ホルムアルデヒドガスの供給、
2連鎖移動剤及び重合溶媒の供給、
3重合触媒の供給、
4スラリー採取、
a1駆動モータ、
a2軸受支持台、
a3回転計、
b1動力吸収装置、
b2 軸受支持台、
b3トルク計、
c1マイクロホン、
c2騒音計、
d1防音箱、
A金属歯車、
B試験歯車、
Cボス、
Dウェブ、
Eリブ、
Fリム、
G歯部、
H軸穴、
eウェブ厚さ、
f リムの高さ、
g1 上部リブ高さ、
g2 下部リブ高さ、
h ボス厚さ、
i リム厚さ。

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