含有纤维素的齿轮制造技术

本发明专利技术提供在实际用途中连续成型性优异、兼顾高滑动性和高耐久性的齿轮。在一个方式中提供下述齿轮，该齿轮是由树脂组合物构成的树脂成型体，该树脂组合物包含(A)热塑性树脂、以及(B)平均纤维径为1000nm以下的纤维素纳米纤维，上述(A)热塑性树脂的数均分子量处于10000～150000的范围；该齿轮与其他齿轮齿的滑动面的算术平均表面粗糙度Sa为3.0μm以下。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】含有纤维素的齿轮
本专利技术涉及含有纤维素的齿轮(特别是EPS(电动助力转向装置)齿轮)和具有其的齿轮系统(特别是EPS系统)。
技术介绍
热塑性树脂质轻、加工特性优异，因此被广泛用于汽车部件、电气-电子部件、办公设备外壳、精密部件等多个方面。但是，单独的树脂多数情况下机械特性、滑动性、热稳定性、尺寸稳定性等不充分，通常将树脂与各种无机材料复合使用。将热塑性树脂利用玻璃纤维、碳纤维、滑石、粘土等作为无机填充剂的增强材料进行了增强的树脂组合物的比重高，因此具有所得到的树脂成型体的重量增大的问题。另外，在使用包含玻璃纤维的树脂组合物进行圆棒挤压后进行切削而成型为特定形状时、以及通过注射成型而成型出较厚的部件时，由于玻璃纤维的取向而在特定部位发生应力集中，具有耐久性差的问题。例如，在广泛普及的树脂制齿轮中，在为包含玻璃纤维的组成时，滑动部分的表面粗糙度增高、真圆度降低，具有在啮合时产生杂音的问题；以及对特定齿的一部分施加较大的负荷而发生变形破损的问题。另外，由于玻璃纤维粗、并且在成型体中发生取向，因此在相同条件下连续进行注射成型时，具有成型体的尺寸在个体间的偏差增大的问题。此外，在使用包含玻璃纤维的树脂组合物进行圆棒挤压后进行切削而成型为特定形状时、以及在利用注射成型而成型出较厚的部件时，还具有在内部产生孔洞(真空状的孔洞)、因应力集中而使耐久性差的问题。这是由于根据外部的冷却速度与内部的冷却速度之差而在成型体内部产生孔洞(真空状的孔洞)所致的。因此，近年来，作为树脂的新型增强材料，使用了环境负荷低的纤维素。>关于纤维素，作为其单质的特性，已知具有与芳族聚酰胺纤维匹敌的高弹性模量、以及低于玻璃纤维的线膨胀系数。另外，其真密度低、为1.56g/cm3，与通常作为热塑性树脂的增强材料使用的玻璃(密度2.4～2.6g/cm3)或滑石(密度2.7g/cm3)相比，为压倒性的轻质材料。纤维素除了以树木为原料的纤维素以外，还涵盖以麻、棉花、洋麻、木薯等为原料的纤维素等多个分支。此外还已知有以椰果为代表的细菌纤维素等。作为纤维素原料的这些自然资源在地球上大量存在，为了对它们进行有效利用，在树脂中应用纤维素作为填料的技术备受关注。关于CNF(纤维素纳米纤维)，已知其是通过以纸浆等作为原料，将半纤维素部分水解使其脆化后，利用高压均化器、高压微射流均质机、球磨机或圆盘式粉碎机之类的粉碎法进行开纤而得到的，其在水中形成被称为纳米分散的水平的高度微细的分散状态和网络。为了在树脂中混配CNF，需要将CNF干燥制成粉末，但CNF在与水分离的过程中会从微分散状态变成牢固的凝集体，具有难以再分散的问题。该凝集力是通过由纤维素所具有的羟基产生的氢键而表现出的，可以说非常牢固。因此，为了表现出充分的性能，需要缓和由纤维素所具有的羟基产生的氢键。另外，即使能够充分实现氢键的缓和，在树脂中也难以维持开纤的状态(纳米尺寸(即小于1μm))。以往提出了以纤维素纳米纤维(以下有时称为CNF)、玻璃纤维或粘土作为填料与各种树脂复合而成的组合物。例如，专利文献1中记载了一种使用玻璃纤维和聚酰胺树脂而成的组合物。另外，专利文献2中记载了一种使用将表面的羟基置换为疏水基团的纤维素得到的滑动性树脂组合物。另外，专利文献3中记载了一种使用磷灰石型化合物和聚酰胺得到的树脂制齿轮。现有技术文献专利文献专利文献1：国际公开第2006/054774号专利文献2：日本特开2017-171698号公报专利文献3：日本特开2001-289309号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的课题但是，专利文献1中记载了玻璃纤维与聚酰胺的组合物的热变形温度和极限PV值，但另一方面并未提及成型体在间歇滑动时的滑动性以及高扭矩齿轮的耐久性。另外，专利文献2中利用作为比较常见的滑动试验的销盘式试验和轴颈轴承试验对于纤维素与聚甲醛、聚丙烯或聚乙烯的复合物的滑动性进行了评价，但另一方面并未提及作为实际用途的高扭矩齿轮成型片的耐久性。另外，专利文献3中记载了使用纳米物质的聚酰胺树脂制齿轮的拉伸强度和拉伸伸长率，但并未提及实际用途中的齿轮(特别是高扭矩齿轮)的耐久性、连续成型性等。通常对于在高扭矩条件下使用的齿轮(例如EPS齿轮)来说，尤其要求高扭矩条件下的高滑动性、耐磨耗性以及耐久性，但专利文献1～3中并未提供以所期望的程度满足这样的特性的齿轮。即，现有技术中难以制作出在实际用途中连续成型性优异(即在连续成型出多个齿轮时的尺寸偏差小)、可兼顾高滑动性和高耐久性的齿轮(特别是EPS齿轮)，迫切希望这些特性的改良。本专利技术的一个方式的目的在于提供解决了上述课题的齿轮(特别是EPS齿轮)和具有该齿轮的齿轮系统(特别是EPS系统)。另外，本专利技术的一个方式的目的还在于提供可降低厚壁成型体内部的孔洞且提高齿轮耐久性和静音性、兼顾实际用途中充分的耐久性和静音性的齿轮(特别是EPS齿轮)以及具有该齿轮的齿轮系统(特别是EPS系统)。用于解决课题的手段本专利技术人为了解决上述课题进行了深入研究，结果发现下述齿轮(特别是EPS齿轮)能够解决上述课题，从而完成了本专利技术，该齿轮为由包含特定分子量的热塑性树脂和特定纤维素的树脂组合物构成的树脂成型体，且算术平均表面粗糙度Sa为3.0μm以下。即，本专利技术包括下述方式。[1]一种齿轮，其是由树脂组合物构成的树脂成型体，该树脂组合物包含(A)热塑性树脂、以及(B)平均纤维径为1000nm以下的纤维素纳米纤维，上述(A)热塑性树脂的数均分子量处于10000～150000的范围；该齿轮与其他齿轮齿的滑动面的算术平均表面粗糙度Sa为3.0μm以下。[2]一种EPS(电动助力转向)用齿轮，其是由树脂组合物构成的树脂成型体，该树脂组合物包含(A)热塑性树脂、以及(B)平均纤维径为1000nm以下的纤维素纳米纤维，上述(A)热塑性树脂的数均分子量处于10000～150000的范围；该齿轮与其他齿轮齿的滑动面的算术平均表面粗糙度Sa为3.0μm以下。[3]如上述方式1或2所述的齿轮，其中，上述树脂组合物在比上述(A)热塑性树脂的熔点高25℃的温度下具有1～10的触变指数。[4]如上述方式1～3任一项所述的齿轮，其中，上述树脂组合物包含45质量％～95质量％的(A)热塑性树脂以及5质量％～50质量％的(B)纤维素纳米纤维。[5]如上述方式1～4任一项所述的齿轮，其中，上述(A)热塑性树脂为选自由聚烯烃系树脂、聚酰胺系树脂、聚酯系树脂、聚缩醛系树脂、聚丙烯酸系树脂、聚苯醚系树脂以及聚苯硫醚系树脂组成的组中的1种以上的树脂。[6]如上述方式4所述的齿轮，其中，(A)热塑性树脂为选自由聚酰胺和聚缩醛组成的组中的1种以上的树脂。[7]如上述方式1～6任一项所述的齿轮，其中，上述树脂组合物进一步包含(C)表面处理剂。[8]如上述方式7所述的齿轮，其中，(C)表面处理剂的数均分子量为200～10000。[9]如上述方式7或8本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种齿轮，其是由树脂组合物构成的树脂成型体，所述树脂组合物包含(A)热塑性树脂、以及(B)平均纤维径为1000nm以下的纤维素纳米纤维，所述(A)热塑性树脂的数均分子量处于10000～150000的范围，所述齿轮与其他齿轮齿的滑动面的算术平均表面粗糙度Sa为3.0μm以下。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180423 JP 2018-082242;20190107 JP 2019-0006741.一种齿轮，其是由树脂组合物构成的树脂成型体，所述树脂组合物包含(A)热塑性树脂、以及(B)平均纤维径为1000nm以下的纤维素纳米纤维，所述(A)热塑性树脂的数均分子量处于10000～150000的范围，所述齿轮与其他齿轮齿的滑动面的算术平均表面粗糙度Sa为3.0μm以下。


2.一种电动助力转向EPS用齿轮，其是由树脂组合物构成的树脂成型体，所述树脂组合物包含(A)热塑性树脂、以及(B)平均纤维径为1000nm以下的纤维素纳米纤维，所述(A)热塑性树脂的数均分子量处于10000～150000的范围，所述齿轮与其他齿轮齿的滑动面的算术平均表面粗糙度Sa为3.0μm以下。


3.如权利要求1或2所述的齿轮，其中，所述树脂组合物在比所述(A)热塑性树脂的熔点高25℃的温度下具有1～10的触变指数。


4.如权利要求1～3任一项所述的齿轮，其中，所述树脂组合物包含45质量％～95质量％的(A)热塑性树脂以及5质量％～50质量％的(B)纤维素纳米纤维。


5.如权利要求1～4任一项所述的齿轮，其中，所述(A)热塑性树脂为选自由聚烯烃系树脂、聚酰胺系树脂、聚酯系树脂、聚缩醛系树脂、聚丙烯酸系树脂、聚苯醚系树脂以及聚苯硫醚系树脂组成的组中的1种以上的树脂。


6.如权利要求4所述的齿轮，其中，(A)热塑性树脂为选自由聚酰胺和聚缩醛组成的组中的1种以上的树脂。


7.如权利要求1～6任一项所述的齿轮，其中，所述树脂组合物进一步包含(C)表面处理剂。


8.如权利要求7所述的齿轮，其中，(C)表面处理剂的数均分子量为200～10000。


9.如权利要求7或8所述的齿轮，其中，所述树脂组合物中，相对于100质量份的(B)纤维素纳米纤维，包含1质量份～50质量份的(C)表面处理剂。


10.如权利要求1～9任一项所述的齿轮，其中，所述树脂组合物进一步包含(D)金属离子成分。


11.如权利要求10所述的齿轮，其中，所述树脂组合物中，相对于100质量份的(A)热塑性树脂，包含0.005质量份～5质量份的(D)金属离子成分。


12.如权利要求1～11任一项所述的齿轮，其中，进一步包含(E)滑动剂成分。


13.如权利要求12所述的齿轮，其中，所述树脂组合物中，相对于100质量份的(A)热塑性树脂，包含0.01质量份～5质量份的(E)滑动剂成分。


14.如权利要求12或13所述的齿轮，其中，(E)滑动剂成分的熔点为40℃～150℃。


15.如权利要求1～14任一项所述的齿轮，其中，在依据ISO179进行测定时，所述树脂组合物的弯曲模量为3000MPa以上。


16.如权利要求1～15任一项所述的齿轮，其中，所述树脂组合物的摩擦系数的值(II)相对于除了不包含所述(B)纤维素纳米纤维以外与所述树脂组合物的组成相同的组合物的摩擦系数的值(I)之比、即摩擦系数比(II/I)为0.8以下，
所述摩擦系数如下测定：在依据ISO294-3制作的多用途试验片的形态下，使用往复式摩擦磨耗试验机并且作为对象材料使用呈直径5mm的球的SUS304试验片，以线速度50mm/秒、往复距离50mm、温度23℃、湿度50％及负荷19.8N的条件进行测定。


17.如权利要求1～16任一项所述的齿轮，其中，该齿轮在80℃热水中暴露24小时之后，在80℃、相对湿度57％的条件下保持120小时吸水后的吸水尺寸变化为3％以下。


18.如权利要求1～17任一项所述的齿轮，其中，该齿轮的真圆度为400μm以下。


19.如权利要求1～18任一项所述的齿轮，其中，所述齿轮内的孔洞的最大尺寸为1.0μm以下。


20.如权利要求1～19任一项所述的齿轮，其中，该齿轮的模数为2.0以下。


21.一种齿轮，其是由包含(A)热塑性树脂、以及(B)平均纤维径为1000nm以下的纤维素纳米纤维的树脂组合物构成的树脂成型体，其中，
所述齿轮具有400μm以下的真圆度，
所述(...

【专利技术属性】
技术研发人员：都筑隼一，楠本纱良，
申请(专利权)人：旭化成株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP