專利名稱：樹脂齒輪的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種樹脂齒輪，其嚙合物是由金屬制成，更具體地涉及一種樹脂齒輪，其包括添加到其基底材料的樹脂中的添加劑以便改善樹脂齒輪的強度和用于其它目的。
背景技術：
當嚙合物是由金屬制成的滾珠絲杠或齒輪時使用一種樹脂齒輪，例如，以便控制由嚙合產生的噪聲。當甚至在-40℃至120℃的溫度范圍內的惡劣環境中使用樹脂齒輪時，必須確保它的強度，耐久性，耐磨性，和另外的與其嚙合物嚙合的高精度等。因為這些要求，將增強纖維如玻璃纖維加入樹脂，其是樹脂齒輪的基底材料。
然而，因為樹脂齒輪是在注射成型步驟中形成的，當流動的溶解的樹脂的邊緣從兩個方向彼此合并時，由于焊縫存在導致的熱沖擊使得樹脂齒輪被消弱。在那之上，為了確保樹脂齒輪本身的強度，耐久性和耐磨性的最初目的而加入的玻璃纖維被暴露在齒輪表面以外，其很可能導致由金屬制成的嚙合物的破裂或磨損。
發明內容
按照本發明的樹脂齒輪是與金屬構件嚙合的樹脂齒輪，其中將結晶樹脂用于基底材料并且加入基底材料的添加劑除了一種或多種選自碳纖維(CF)，玻璃纖維(GF)和alamido纖維(AF)的增強纖維以外，還包括一種或多種選自滑石，碳化硅，炭黑和二氧化硅的結晶成核劑。
結晶成核劑優選選擇滑石，其加入基底材料的量是0.05-0.2重量％。
按照本發明的樹脂齒輪，其中將結晶樹脂用于基底材料并且加入基底材料的添加劑不僅包括增強纖維而且包括結晶成核劑，因為在樹脂模塑時出現的焊縫更強固而成功地具有改善的耐熱沖擊性，此外，盡管玻璃纖維被加入其中作為增強纖維，樹脂齒輪的金屬嚙合物也未經受破裂或磨損。
圖1顯示已經使用按照本發明的樹脂齒輪的齒輪裝置的透視圖。
圖2是顯示用于樹脂齒輪斷裂試驗的試件的側視圖。
優選實施方案的描述參照其中圖解按照本發明的優選實施方案的附圖，圖1顯示已經使用按照本發明的樹脂齒輪的齒輪裝置。該齒輪裝置包含以軸向定位的方式支撐的金屬齒輪1和與金屬齒輪1嚙合并以軸向可移置的方式支撐的樹脂齒輪2。樹脂齒輪2的嚙合物不限于金屬齒輪1。
樹脂齒輪2特征在于將結晶樹脂用于其基底材料并且加入基底材料的添加劑不僅包括增強纖維而且包括結晶成核劑和另外優選固體潤滑劑。樹脂齒輪2，其中將結晶樹脂用于基底材料并且加入基底材料的添加劑不僅包括增強纖維而且包括結晶成核劑，因為在樹脂模塑時出現的焊縫更強固而具有改善的耐熱沖擊性。另外，樹脂齒輪2是有優勢的，因為盡管玻璃纖維被其中加入作為增強纖維，其金屬嚙合物也未經受破裂或磨損，因為其中加入了結晶成核劑。因此，可以提供樹脂齒輪2，當在-40℃至120℃的溫度范圍內的惡劣環境中使用時，其能夠滿足這些要求如改善它的強度，保持它的耐久性，確保它的耐磨性和另外確保與其嚙合物嚙合的高精度。
對于用于基底材料的結晶樹脂，一種或多種選自基于聚酰胺的樹脂如PA(聚酰胺)6，PA66，PA46，PA12，PA11，PA6T，PA9T等和PPS(聚苯硫)，PPA(聚鄰苯二酰胺)，PBT(聚對苯二甲酸丁二醇酯)，PET(聚對苯二甲酸乙二酯)，PEEK(聚醚醚酮)，PP(聚丙烯)。
對于增強纖維，一種或多種選自碳纖維(CF)，玻璃纖維(GF)和alamido纖維(AF)。
當選擇碳纖維(CF)時所用增強纖維的量為5-30重量％，當選擇玻璃纖維時為5-40重量％和當選擇alamido纖維(AF)時5-20重量％。
當以低于各自下限的量使用增強纖維的任何一種時，不能在預期水平上強固焊縫，當以高于各自上限的量使用時，焊縫被強固到它的峰值程度，并且由于其它組分的量比相對減小，對于焊縫的強固產生反作用。
結晶成核劑是一種用于促進結晶樹脂結晶的添加劑，對于其一種或多種選自滑石[Mg3Si4O10(OH)2]，碳化硅(SiC)，炭黑(C)和二氧化硅(SiO2)。
當選擇滑石[Mg3Si4O10(OH)2]時，所用結晶成核劑的量為0.05-0.2重量％，當選擇碳化硅(SiC)時為0.05-1.0重量％，當選擇炭黑(C)時為0.25-1.0重量％和當選擇二氧化硅(SiO2)時為0.05-1.0重量％當以低于各自下限的量使用結晶成核劑的任何一種時，不能在預期水平上強固焊縫，當以高于各自上限的量使用時，焊縫被強固到它的峰值程度，并且由于其它組分的量比相對減小，對于焊縫的強固產生反作用。
對于固體潤滑劑，一種或多種選自高密度聚乙烯(HDPE)，超高分子量聚乙烯(UHMWPE)，和聚四氟乙烯(PTFE)。
當選擇高密度聚乙烯(HDPE)時所用固體潤滑劑的量為1-15重量％，當選擇超高分子量聚乙烯(UHMWPE)時為1-15重量％和當選擇聚四氟乙烯(PTFE)時為5-30重量％。
當以低于各自下限的量使用固體潤滑劑的任何一種時，潤滑劑不能達到預期水平，當以高于各自上限的量使用時，潤滑劑達到它的峰值程度，并且由于其它組分的量比相對減小，對于強度導致反作用。
描述了樹脂齒輪2的斷裂試驗。將圖2所示的試件用于斷裂試驗。按照本發明的試件和用于與本發明比較的試件都包含作為基底材料的聚酰胺66，5重量％的作為固體潤滑劑的高密度聚乙烯(HDPE)和30重量％的作為增強纖維的玻璃纖維(GF)。應當指出按照本發明的試件包含0.1重量％的作為結晶成核劑的滑石，而比較試件不包含它。為了試驗評估，在兩種試件中有意產生焊縫3，其在圖2的虛線中表示。
在-40℃至120℃的溫度之間將在圖2所示箭頭方向的拉伸載荷重復施加在兩種試件上，計算施加了拉伸載荷多少次直至試件最終斷裂。試驗結果是對于比較試件拉伸載荷施加了200次和對于按照本發明的試件施加了600次。
進一步對另外的按照本發明的試件進行樹脂齒輪2的斷裂試驗，其中關于固體潤滑劑和增強纖維采用與前面所述相同的條件，而單獨不同地安排結晶成核劑。所有的所用試件形狀與前述(如圖2所示)相同。結果，直至按照本發明的試件最終斷裂，當作為結晶成核劑使用1.0重量％的碳化硅時向其重復施加拉伸載荷450次，當使用0.2重量％的炭黑時400次和當使用1.0重量％二氧化硅時450次。當使用前述結晶成核劑中任何一種時，在試件斷裂之前拉伸載荷施加的重復次數導致超過200次，其是在不含有其中包含的結晶成核劑的比較試件斷裂之前的重復次數。
本發明包括樹脂齒輪，其不含向其加入的固體潤滑劑。基于碳纖維可以起增強纖維和固體潤滑劑的作用的認識，為斷裂試驗制作下列試件。將聚酰胺66用于試件的基底材料，向其加入30重量％的碳纖維和0.1重量％滑石。將拉伸載荷重復施加到該試件550次直至最終斷裂。
試驗的結果顯示當將適當量的結晶成核劑加入結晶樹脂的基底材料時，可以促進作為基底材料的結晶樹脂的結晶，并且可以更強固焊縫，其是試件最薄弱的部分，以由此控制由于焊縫導致的熱沖擊的可能的斷裂。
當應用于裝置時本發明是有效的，在所述裝置中樹脂齒輪2具有90mm或更大的直徑尺寸，并且在夾物模壓的步驟中在內周形成80mm或更大直徑尺寸的金屬環形套管，因為有效抑制了焊縫斷裂。
按照本發明的樹脂齒輪在形狀和結構方面不受任何具體限制并可應用于其中已經采用所述樹脂齒輪的裝置或機器。
工業適用性可以將按照本發明的樹脂齒輪應用于與金屬制成的嚙合構件嚙合的齒輪。例如，樹脂齒輪可以與CVT變速齒輪的滾珠絲杠嚙合以由此驅動滾珠絲杠。
權利要求
1.一種樹脂齒輪，其嚙合物是由金屬制成，其中將結晶樹脂用于基底材料和將一種或多種增強纖維和另外一種或多種結晶成核劑用作加入所述基底材料的添加劑，所述增強纖維選自碳纖維(CF)，玻璃纖維(GF)和alamido纖維(AF)，所述結晶成核劑選自滑石，碳化碳，炭黑和二氧化硅。
2.如權利要求1所要求的樹脂齒輪，其中所選結晶成核劑是滑石并且加入所述基底材料的滑石的量是0.05重量％至0.2重量％。
3.如權利要求1所要求的樹脂齒輪，其中所選結晶成核劑是碳化碳并且加入所述基底材料的碳化碳的量是0.05重量％至1.0重量％。
4.如權利要求1所要求的樹脂齒輪，其中所選結晶成核劑是炭黑并且加入所述基底材料的炭黑的量是0.2重量％至0.25重量％。
5.如權利要求1所要求的樹脂齒輪，其中所選結晶成核劑是二氧化硅并且加入所述基底材料的二氧化硅的量是0.05重量％至1.0重量％。
6.如權利要求1所要求的樹脂齒輪，其中所選增強纖維是碳纖維(CF)并且加入所述基底材料的碳纖維的量為5重量％至30重量％。
7.如權利要求1所要求的樹脂齒輪，其中所選增強纖維是玻璃纖維(GF)并且加入所述基底材料的玻璃纖維的量為5重量％至40重量％。
8.如權利要求1所要求的樹脂齒輪，其中所選增強纖維是alamido纖維(AF)并且加入所述基底材料的alamido纖維的量為5重量％至40重量％。
9.如權利要求1所要求的樹脂齒輪，其中一種或多種選自高密度聚乙烯(HDPE)，超高分子量聚乙烯(UHMWPE)和聚四氟乙烯(PTFE)的固體潤滑劑被另外用作加入所述基底材料的添加劑。
10.一種樹脂齒輪，其嚙合物是由金屬制成，其中結晶樹脂被用于基底材料并且0.05重量％至0.2重量％的滑石和5重量％至40重量％的玻璃纖維被用作加入所述基底材料的添加劑。
11.一種樹脂齒輪，其嚙合物是由金屬制成，其中將結晶樹脂用于基底材料，將結晶成核劑，增強纖維和固體潤滑劑用作加入所述基底材料的添加劑，和將碳纖維用來起增強纖維和固體潤滑劑的作用。
全文摘要
本發明涉及一種與由金屬制成的齒輪或類似物嚙合的樹脂齒輪，更具體地涉及一種樹脂齒輪，其中將結晶樹脂用于基底材料并加入作為加入基底材料的添加劑的增強纖維和另外的結晶成核劑。
文檔編號F16H55/06GK1578888SQ0380141
公開日2005年2月9日 申請日期2003年8月11日 優先權日2002年8月9日
發明者黑川貴則 申請人:光洋精工株式會社