專利名稱：樹脂涂布方法和鑲嵌模塑品及樹脂涂覆金屬齒輪類的制作方法
技術領域：
本申請的發(fā)明是關于金屬或陶瓷制等的樹脂涂布方法和由該方法得到的鑲嵌模塑品或者樹脂涂覆金屬齒輪。
背景技術：
鑲嵌模塑法是在汽車零件、電氣電子器件等許多領域，為了對金屬或陶瓷的特性賦予樹脂具有的耐沖擊性等特性的模塑法的一種。但是，在這樣的鑲嵌模塑中，在鑲嵌構件和熔融樹脂的溫度差大的情況下，剛模塑后，或者由于模塑品的使用中的溫度變化，存在在鑲嵌模塑品上容易發(fā)生龜裂或開裂破壞這樣的問題。另外，由于鑲嵌構件和樹脂的化學性質的差別，在模塑品中也存在樹脂層容易剝離這樣的問題。
為了解決這樣的問題，到目前為止提出了用于防止鑲嵌模塑品的樹脂裂紋的各種方法。例如，使用以絕熱層涂覆的模具的方法(專利文獻1)，但是由于鑲嵌構件的種類或大小不同，就有所長必有所短而存在問題。
另外，提出了加熱模具的方法(專利文獻2)，但是，為了使模塑后的殘余應力減少，需要根據(jù)鑲嵌構件的部分，設定不同的模具溫度，因此雖然對特殊的鑲嵌構件是有效的，但存在是用途被限制的模塑方法這一問題。
再有，利用氣體或者液體加熱模具模腔部分的方法(專利文獻3)是想要解決上述問題的一種方法，但存在不能將鑲嵌構件和模具分別預熱至各自規(guī)定的溫度這樣的問題。
另外也提出了利用噴涂法或者流動浸漬法在金屬構件上涂布粉末樹脂，此后在高于或等于使用樹脂熔點的溫度進行燒成，樹脂沒有裂紋的涂布方法(專利文獻4)，但從生產(chǎn)率方面來看，在過程中需要長時間成為問題。
而作為防止金屬板和涂布用樹脂的剝離的方法，例如，公開了在金屬板上設置由陶瓷粉末和熱固性粘合劑樹脂的復合模塑體構成的陶瓷涂層，接著將熱塑性樹脂進行鑲嵌模塑的方法(專利文獻5)，但存在在陶瓷涂層的形成中需要許多過程和時間的問題。另外，樹脂是模塑注入溫度約170℃～200℃范圍的低熔融溫度的物質，而且在室溫是顯示柔軟性的熱塑性彈性體，因此僅用該模塑方法，不能解決防止模塑后的耐熱性樹脂的裂紋。
專利文獻1特開平7-178765號公報專利文獻2特開2000-9270號公報專利文獻3特開平11-105076號公報專利文獻4特開平8-239599號公報專利文獻5特開2003-94554號公報在像以上那樣的狀況中，本申請的發(fā)明人等，從學術的而且技術的觀點詳細地研究了鑲嵌模塑步驟中的樹脂結構變化。作為其結果，得到如下的認識。即，在熔點或者軟化點較低的通用樹脂或反應模塑用樹脂的情況下，僅加熱鑲嵌構件或者模具的一方，得到?jīng)]有裂紋的模塑品是可能的。另一方面，在熔點或者軟化點高的工程樹脂的情況下，在鑲嵌模塑步驟中，在樹脂從高溫的熔融流動狀態(tài)冷卻至固化的過程中，一邊伴隨由熔融高分子鏈的流動引起的取向、分子鏈運動性的降低、取向結晶化、被張緊的非晶鏈的緩和現(xiàn)象等復雜的結構變化一邊發(fā)生固化。這成為在模塑品中的樹脂中殘留結構的畸變的原因。該結構的畸變，通過模塑品使用中的溫度變化等，樹脂向更穩(wěn)定的結構變化，因而就發(fā)生裂紋。因此，模塑后，為了防止樹脂的裂紋或龜裂，非晶鏈必須在取向狀態(tài)不發(fā)生固化。另外，在結晶性的樹脂中，在模塑步驟中如果急冷，則在沒有充分發(fā)生結晶化的狀態(tài)下固化。這樣的結構，也通過使用中的溫度變化，樹脂在低于或等于熔點的溫度進行結晶化，因此帶來結構的畸變發(fā)生，被認為成為發(fā)生裂紋的原因。像這樣，在有復雜的結構變化的鑲嵌模塑中，沒有分別設定鑲嵌構件和模具的溫度的現(xiàn)有技術中，不能控制模塑品中的樹脂結構。
再有，鑲嵌構件，在其表面是平滑的情況下，另外，在被涂布的鑲嵌構件像樹脂那樣化學性質不同的情況下，兩者的界面的粘結性或者粘附性降低，不僅成為樹脂裂紋的原因，而且例如在水中、熱水中等環(huán)境下使用鑲嵌構件時，以往只預加熱鑲嵌構件或者模具的技術，存在鑲嵌構件和樹脂的粘結性或者粘附性降低這樣的問題。
另外，在上述的專利文獻3中公開了加熱變形溫度高于150℃的工程樹脂的成形方法，但沒有實施模塑品的加熱冷卻試驗和在熱水中的試驗，就模塑品的使用溫度范圍和使用氛圍來說存在問題。
因此，本申請的發(fā)明，以解決現(xiàn)有技術的問題，提供為了在模塑品中不發(fā)生裂紋或剝離，能夠模塑的新技術的對策和鑲嵌模塑品為課題。
另外，金屬齒輪類，不使用潤滑劑，不僅有耐磨性的問題，而且有伴隨摩擦或撞擊的噪音的問題，再有，從輕量化的要求考慮，特別在小型齒輪的領域開發(fā)樹脂制齒輪，現(xiàn)在正在汽車用零件、AV機器零件、OA機器零件、其他的許多零件中使用。
但是，樹脂制齒輪，雖然在生產(chǎn)率和形狀的自由度方面優(yōu)良，但與金屬齒輪相比，有強度、剛性、精度低的問題。具體地說，現(xiàn)在作為小型齒輪最多使用的樹脂是聚縮醛，但必須解決齒的折損(齒根的強度)、齒面的磨損、噪音等成為課題(非專利文獻1)。
齒的折損極大地依存于樹脂的彎曲應力(強度)，但彎曲應力是取決于樹脂的力學(機械)性質的溫度依存性的，例如聚縮醛共聚物的80℃時的彎曲應力，一般認為是20℃的約1/2。像這樣，在由于齒面的摩擦樹脂溫度上升時，在聚縮醛共聚物制齒輪中成為致命的問題。作為解決該問題的方法，研究了聚苯硫醚(PPS)、聚酰亞胺(PI)、聚酰胺-酰亞胺(PAI)、聚醚醚酮(PEEK)等耐熱性樹脂或其纖維增強物、固體潤滑劑添加物，還研究了熱固化樹脂，但從用這些樹脂制成的模塑齒輪的模塑性、固體物性、摩擦磨損特性、價格等方面考慮，有所長必有所短(非專利文獻1)。
在齒輪是動力傳動的同時，有傳動到嚙合轉動角的另一個齒輪上的動作。關于該轉動角的傳動特性，樹脂的彎曲剛性與金屬相比，是大約1/7左右或者更小，因此為了實現(xiàn)高精度傳動，就需要解決樹脂齒輪的剛性提高的問題。
齒面的磨損導致齒變細這樣的形狀變化，有所產(chǎn)生的磨損粉引起齒輪的性能、機能降低這樣的問題。作為解決該問題的手段，正在進行潤滑油添加-固體潤滑劑添加-聚合物合金等的對策。
再有，由于齒輪的噪音依存于樹脂材料的彈性模量、摩擦系數(shù)、齒形精度、沖擊緩和或衰減特性等，因此正在分別進行熱塑性彈性體的添加、潤滑油潤滑、平面滑動面的制作等對策。
另外，由注射模塑制造的樹脂齒輪的材料的大部分是結晶性高分子。因此，模塑樹脂齒輪的摩擦磨損特性極大地依存于模塑品(齒輪)中的結晶化度、結晶結構等。如上所述，乍一看，雖說樹脂齒輪在生產(chǎn)率和形狀的自由度方面優(yōu)良，但在注射模塑時，如果低溫度的模具內(nèi)注入高溫的熔融樹脂，則注入齒部分的熔融樹脂從低溫度的模具表面冷卻的速度快，因此齒部分的樹脂就原封不動地不發(fā)生充分的結晶化而固化。即，齒部分的樹脂結晶化度低。另一方面，樹脂齒輪的齒根附近和內(nèi)部，和樹脂接觸的模具的表面積比齒部分小，因此樹脂緩慢地冷卻，容易進行結晶化。因此，在由結晶性高分子構成的樹脂齒輪中，離開齒面的部分即使結晶化度高，最影響摩擦磨損的齒部分也容易成為低結晶性。像這樣，以往的樹脂制齒輪，由于齒輪的部位不同結晶性也不同，該結構的不均勻性，有引起樹脂制齒輪的剛性和耐磨性等性能降低這樣的問題。
在金屬齒輪和樹脂齒輪的組合中，樹脂齒輪與金屬齒輪相比是軟質材料，因此由于齒輪的轉動產(chǎn)生的力齒發(fā)生撓曲，因為這種撓曲，在金屬齒輪的轉動中產(chǎn)生滯后，樹脂齒輪的齒的磨損通過金屬齒輪的齒尖角被加速。作為使該撓曲減小的方法，開發(fā)出在尼龍齒輪的芯部放入鋼加強筋的齒輪(非專利文獻2)。是將與齒輪的形狀近似、平板狀的加強筋在圓周上具有突出結構的鋼構件浸漬在含有ε-己內(nèi)酰胺、催化劑、引發(fā)劑的熔液中，進行聚合(MC單體鑄造尼龍6)，在鋼構件周圍涂覆MC尼龍6，此后，用滾刀削去加強筋周圍的過剩樹脂而得到的齒輪。但是，利用該方法的金屬齒輪的樹脂涂布，在制造1個齒輪中需要長時間，因此從生產(chǎn)率方面來看有問題，并且已知用該聚合方法得到的MC尼龍6的分子量低，因而剛性低，從材料物性方面來看也有問題，因而是不實用的。
以減低金屬齒輪相互的齒撞擊音或振動音等噪音為目的，提出了使各種樹脂層介于金屬制的芯管和外周的金屬制齒之間的齒輪(專利文獻6、7)。但是，該方法，齒嚙合的齒都是金屬制的，因此潤滑劑就成為必要，有不能在無潤滑下使用的問題。
另外提出了，將熔融樹脂注射模塑在蝸輪的蝸輪齒輪形狀的芯骨的齒部的外周面全體上，此后，用滾刀實施機械加工，加工成蝸輪形狀的方法(專利文獻8)。但是，在該方法中，在溫度低的芯骨的齒部表面，熔融樹脂以流動狀態(tài)原封不動地急冷固化，因此不充分進行樹脂的結晶化，以低結晶性進行取向，成為在結構上有畸變模塑品，模塑后，在用滾刀切削去除過剩的樹脂的過程中，或者在以后的蝸輪的工作時，由于溫度變化或機械應力，樹脂的破壞(開裂或剝離)的可能性非常高，因此在蝸輪的性能上存在問題。另外，利用滾刀去除的樹脂量比涂布在蝸輪的齒表面的樹脂量多得多，而且被去除的樹脂各種物性大大降低，因而將其再利用于注射模塑也有問題。因此，只要使?jié)M足機能的樹脂涂層成為可能，就能達到減低用滾刀去除的不要的樹脂量，在耐環(huán)境性中的總能量降低中能夠提高效果。
雖然可以說樹脂材料具有生產(chǎn)率、形狀的自由度的優(yōu)點，但如上所述，在利用注射模塑在室溫的金屬構件表面涂布高溫的熔融樹脂時，樹脂在流動狀態(tài)下在金屬構件表面被急冷，因而在低結晶性而且在取向狀態(tài)下發(fā)生固化。其結果，在模塑后的冷卻步驟或者由于涂覆構件的使用中的溫度變化等，容易發(fā)生涂布樹脂的裂紋等這樣的缺點就被放過了。
一直希望同時具有金屬齒輪具有的高強度、高剛性、高精度等特性和樹脂材料具有的自潤滑性、噪音減低性等特性的齒輪，但因為還沒有完成上述問題的把握，因此即使說有效地利用金屬齒輪和樹脂齒輪的各自優(yōu)點的齒輪還沒有實現(xiàn)也不夸張。
非專利文獻1最新模塑塑料齒輪技術-近10年的腳步，社團法人精密工學會，模塑塑料齒輪研究專門委員會(2002)非專利文獻2田尚久，動力傳遞用塑料齒輪的設計技術，技報堂出版(1987)專利文獻6特公平6-60674號公報專利文獻7特開2003-343696號公報專利文獻8特開2002-21980號公報專利文獻9特愿2003-385994號因此，本申請的發(fā)明，從如上所述的背景考慮，以解決以往的問題，提供在將金屬齒輪類和模塑用模具分別加熱至各自預定的溫度的狀態(tài)下，將熔融樹脂注射模塑，在金屬齒輪表面進行樹脂涂布的方法，以及提供無論在利用該方法模塑后、或無論在無潤滑下使用中，都不發(fā)生樹脂裂紋等，能夠實現(xiàn)強度、剛性、精度、耐沖擊性、耐疲勞性、噪音減低性、耐磨性優(yōu)良的樹脂涂覆金屬齒輪類的新的技術手段為課題。

發(fā)明內(nèi)容
本申請的發(fā)明作為解決上述的課題的發(fā)明，第1，提供鑲嵌構件的樹脂涂布方法，其特征在于包括將鑲嵌構件在高于或等于40℃、低于或等于上述樹脂的熔融注射溫度的范圍內(nèi)，并且將鑲嵌模塑用模具在高于或等于40℃、低于或等于上述樹脂的熔融注射溫度-50℃的范圍內(nèi)，分別加熱至各自預定的溫度的預加熱步驟；在已預加熱的上述鑲嵌構件位于已預加熱的上述鑲嵌模塑用模具內(nèi)的狀態(tài)下，注射熔融樹脂的鑲嵌模塑步驟；在模具內(nèi)保持模塑品的保持步驟；以及從模具中取出上述鑲嵌模塑品，緩冷至室溫的冷卻步驟。
第2，提供樹脂涂布方法，其特征在于，上述鑲嵌構件是從金屬、陶瓷或者其復合構件中選擇的至少一種。第3提供樹脂涂布方法，其特征在于，上述樹脂是熱塑性樹脂，是從均聚物、共聚物、聚合物共混物、聚合物合金和以聚合物為主成分的復合材料組成的組中選擇的至少一種。
第4，提供樹脂涂布方法，其特征在于，涂布在上述鑲嵌構件表面的上述樹脂的厚度是5μm～30mm的范圍。
第5，提供樹脂涂布方法，其特征在于，上述鑲嵌構件是利用從研磨處理、腐蝕處理、噴丸處理和硅烷偶聯(lián)劑處理中選擇的至少一種進行表面預處理的鑲嵌構件。
進而本申請的發(fā)明，第6，提供鑲嵌模塑品，它是由上述任一種的樹脂涂布方法得到的模塑品，其特征在于，在-40℃～200℃的溫度范圍的空氣氣氛中樹脂不發(fā)生裂紋。第7，提供鑲嵌模塑品，它同樣是由上述任一種的樹脂涂布方法得到的模塑品，其特征在于，在0℃～100℃的溫度范圍的水中樹脂不發(fā)生裂紋，或者不發(fā)生樹脂剝離。
而且本申請的發(fā)明，第8還提供金屬齒輪類的樹脂涂布方法，它是在金屬齒輪類的表面涂布樹脂的方法，其特征在于包括將上述金屬齒輪類在高于或等于40℃、低于或等于上述樹脂的熔融注射溫度的范圍內(nèi)，并且將模具在高于或等于40℃、低于或等于上述樹脂的熔融注射溫度-50℃的范圍內(nèi)分別加熱至各自的預定溫度的預加熱步驟；在已預熱的上述金屬齒輪類位于已預熱的上述模具內(nèi)的狀態(tài)下，注射熔融樹脂的模塑步驟；模塑品在模具內(nèi)保持的保持步驟；以及從模具中取出上述模塑品，緩冷至室溫的冷卻步驟。
第9，提供上述金屬齒輪類的樹脂涂布方法，其特征在于，上述金屬齒輪類是用于傳遞動力和/或轉動角的金屬齒輪，或者是用于傳遞動力的金屬齒條類和鋸齒(serration)。
第10，提供上述的樹脂涂布方法，其特征在于，上述金屬齒輪類是從鋼、鐵、銅、鋁、鈦或者含有這些金屬的合金、或者其復合構件中選擇的至少一種。
第11，提供樹脂涂布方法，其特征在于，上述樹脂是熱塑性樹脂，是從均聚物、共聚物、聚合物共混物、聚合物合金和以聚合物為主成分的復合材料組成的組中選擇的至少一種。
第12，提供樹脂涂布方法，其特征在于，涂布在上述金屬齒輪類表面的上述樹脂的厚度是5μm～30mm的范圍，在齒輪表面的各部位能夠以任意的厚度成形。
第13，提供樹脂涂布方法，其特征在于，上述金屬齒輪類是利用從研磨處理、腐蝕處理、噴丸處理、滾花加工(roulette processing)和硅烷偶聯(lián)劑處理中選擇的至少一種進行表面預處理的金屬齒輪類。
第14，提供樹脂涂覆金屬齒輪，該齒輪是由上述的樹脂涂布方法得到的模塑品，其特征在于，幾乎沒有模塑后的樹脂取向，樹脂裂紋和樹脂剝離被抑制。
第15，提供樹脂涂覆金屬齒輪類，其特征在于，構成齒部分進行接觸轉動、動力傳遞和/或轉動角傳遞的1組齒輪對的2個齒輪的全部齒面作為由上述的樹脂涂布方法得到的模塑品使用，或一方齒輪的全部齒面(齒接觸部位)是由上述的樹脂涂布方法得到的模塑品，作為與該齒面嚙合的另一方齒輪的齒面不涂布樹脂的金屬齒輪使用。
第16，提供樹脂涂覆金屬齒輪類，該齒輪是由上述的樹脂涂布方法得到的樹脂涂覆金屬齒輪類，其特征在于，在齒面的一部分是涂布樹脂的齒輪的情況下，與該齒輪的不涂布樹脂的齒面接觸而嚙合的另一方齒輪的齒面涂布樹脂以供使用。
第17，提供樹脂涂覆金屬齒輪類，該齒輪是由上述的樹脂涂布方法得到的樹脂涂覆金屬齒輪類，其特征在于，耐沖擊強度比樹脂制齒輪優(yōu)良的多。
第18，提供樹脂涂覆金屬齒輪類，該齒輪是由上述的樹脂涂布方法得到的樹脂涂覆金屬齒輪類，其特征在于，耐疲勞強度比樹脂制齒輪優(yōu)良的多。
第19，提供樹脂涂覆金屬齒輪類，該齒輪是由上述的樹脂涂布方法得到的樹脂涂覆金屬齒輪類，其特征在于，在上述的齒輪的組合中，在無潤滑下使用時，潤滑性和耐磨性比金屬齒輪相互間的組合優(yōu)良的多。
第20，提供樹脂涂覆金屬齒輪類，該齒輪是由上述的樹脂涂布方法得到的樹脂涂覆金屬齒輪類，其特征在于，在上述的齒輪的組合中使用的情況下，伴隨齒輪的齒面的接觸的噪音比由金屬齒輪之間的齒面接觸產(chǎn)生的噪音大幅度地降低，噪音減低特性優(yōu)良。


圖1是關于本發(fā)明的樹脂涂覆金屬齒輪其外周的一部分的例示概要圖。
圖2是關于本發(fā)明的樹脂涂覆金屬花鍵其內(nèi)驅動齒輪(innerdviver)外周的一部分的例示概要圖。
圖3是樹脂涂覆金屬齒輪的涂覆樹脂層的透射電子顯微鏡照片(低倍率像)。
圖4是樹脂涂覆金屬齒輪的涂布樹脂層的透射電子顯微鏡照片(高倍率像)。
圖5是組裝本發(fā)明的樹脂涂覆金屬齒輪的齒輪試驗裝置。
圖中符號表示如下1、電動機2、轉矩計3、驅動齒輪4、被動齒輪5、轉矩計6、齒輪泵7、溢流閾(relief valve)8、工作油槽具體實施方式
本申請的發(fā)明是具有上述特征的發(fā)明，以下詳細地說明其實施方式。
<A>鑲嵌構件的樹脂涂布在本申請中，所謂被供給樹脂涂布的鑲嵌構件，是指例如在以汽車零件、電氣電子器件、生活用品為首各種領域中使用的構件上涂布樹脂，使構件固定在樹脂中，或將其一部分涂布樹脂賦予表面樹脂的特性的固體。
作為這樣的鑲嵌構件，其種類和組成沒有特別的限制，例如可舉出含有從鋁、鐵、鎳、銅、鉛、鋅、鈦、鋼、不銹鋼、鑄鐵、鋁合金、鎂合金、鈦合金、鎳合金、鋅合金、非晶態(tài)合金等金屬制構件，氧化鋁、二氧化硅、氧化鋯、氧化鎂、氮化硅、碳化硅、氮化硼、氮化鋁等陶瓷制構件選擇的至少一種的固體，尤其，作為合適的對象例示出鋁、鋼。
另外，作為該鑲嵌構件的形態(tài)(形狀)，除了粉末、粒子以外，只要是固體，沒有特別的限制，也可以是能夠載置在模具內(nèi)的預定位置的粉末或者粒子的模塑體、薄片狀、板狀、曲面狀、圓筒狀、多孔狀等任何的形狀。
并且，在本申請的發(fā)明的這些鑲嵌構件的樹脂涂布方法中，在高于或等于40℃、低于或等于樹脂的熔融注射溫度的溫度范圍內(nèi)將上述鑲嵌構件預熱至預定的溫度，并且在高于或等于40℃、低于或等于樹脂的熔融注射溫度-50℃的溫度范圍內(nèi)將鑲嵌模塑用模具預熱至預定的溫度。
不論是鑲嵌構件和鑲嵌模塑用模具的哪一種，都使該預熱的溫度達到高于或等于40℃，在許多工程塑料的場合，其Tg比室溫高，因此在本申請的發(fā)明的鑲嵌模塑中，希望在鑲嵌構件和鑲嵌模塑模具雙方中使上述預加熱合適地達到高于或等于40℃。
而且，在本申請的發(fā)明中，要考慮以下的情況。即，熱容量大的模具的溫度如果變得更高，樹脂到發(fā)生固化的時間就變長，即使不發(fā)生樹脂裂紋，由于模塑時間變長，生產(chǎn)率也降低。另外，在使用氣體或液體預加熱模具內(nèi)的方法中，不能將鑲嵌構件和模具分別預熱至各自預定的溫度，并且鑲嵌構件和模具兩者成為特殊的形態(tài)或者結構，成本將變高。
因此，從這樣的認識出發(fā)，在本申請的發(fā)明中，關于鑲嵌構件的溫度，考慮優(yōu)選在高于或等于60℃、低于或等于樹脂的熔融注射溫度-10℃的范圍，更優(yōu)選在高于或等于80℃、低于或等于樹脂的熔融注射溫度-20℃的范圍的條件下預加熱后進行模塑。
關于鑲嵌構件的預加熱，可以規(guī)定為已預熱的鑲嵌構件載置在模具內(nèi)的規(guī)定位置，達到規(guī)定的溫度，或者也可以規(guī)定為載置在模具內(nèi)后，利用電磁感應加熱等方法進行預熱而達到規(guī)定的溫度。
另一方面，關于模具的預加熱，考慮優(yōu)選使該溫度在高于或等于60℃，低于或等于樹脂的熔融注射溫度-65℃的范圍，更優(yōu)選在高于或等于70℃、低于或等于樹脂的熔融注射溫度-80℃范圍的條件下進行預加熱。
不論是哪種情況，模具可以是用絕熱層被覆的模具，另外，也可以是利用數(shù)個加熱機構控制為數(shù)個溫度的數(shù)個模具構成的模具。
在本申請的發(fā)明中，在鑲嵌構件的涂布中使用的樹脂，優(yōu)先選擇在圓筒內(nèi)根據(jù)樹脂的種類將已預加熱減壓干燥的樹脂加熱至熔融溫度，進行熔融，賦予流動性后，在與以規(guī)定的壓力注射到模具內(nèi)這樣的通常的注射模塑的情況相同的條件下進行模塑。
作為這樣的樹脂，如果是熱塑性高分子，其種類或組成沒有特別的限制，可舉出聚烯烴、乙烯基聚合物、聚縮醛、脂肪族聚酰胺、芳香族聚酰胺、脂肪族聚酯、芳香族聚酯、聚砜、聚酰胺-酰亞胺、聚酰亞胺、聚苯硫醚、聚亞苯基醚、聚醚醚酮、聚醚酮等均聚物，包含大于或等于上述2種聚合物的重復結構單元或者鏈的共聚物、大于或等于上述2種聚合物的均聚物或者是共聚物的混合物的聚合物共混物，含有大于或等于上述2種的非相溶性的均聚物或者共聚物和相溶化劑等的聚合物合金，即改性聚合物，還有以這些均聚物、共聚物或者聚合物合金的大于或等于1種的聚合物作為主成分，在其中填充無機填充材料、碳纖維、玻璃纖維、芳香聚酰胺纖維的復合材料，尤其，作為合適的對象例示出是聚縮醛、脂肪族聚酰胺、芳香族聚酰胺、脂肪族聚酯、芳香族聚酯、聚砜、聚酰胺-酰亞胺、聚酰亞胺、聚苯硫醚、聚亞苯基醚、上述的共聚物、聚合物合金(改性聚合物)和復合材料的物質。
另外，涂布在鑲嵌構件上的樹脂的厚度如果是5μm～30mm的范圍，就不特別限制厚度的差別，根據(jù)模塑品的使用目的，由于鑲嵌構件的位置不同，樹脂的厚度也可以不同。
在模具內(nèi)注射熔融樹脂后，在50kgf/cm2～500kgf/cm2的壓力范圍，例示出將保持時間規(guī)定為1秒～10分鐘的范圍，優(yōu)選規(guī)定為10秒～5分鐘的范圍，更加優(yōu)選規(guī)定為20秒～2分鐘的范圍。
熔融樹脂的注射后，在模具內(nèi)保持模塑品，此后從模具中取出模塑品，使模塑品冷卻至室溫，關于該冷卻的時間，考慮在1分～5小時范圍，優(yōu)選在5分～4小時范圍，更加優(yōu)選在10分～3小時范圍的條件下進行緩冷，消除模塑品的樹脂的結構畸變。
關于鑲嵌構件，在其表面事先實施選自研磨處理、腐蝕處理、噴丸處理的至少一種處理，通過擴大鑲嵌構件和樹脂的有效接觸面積而提高和樹脂的粘結性或者粘附性是有效的。
另外，作為進一步提高鑲嵌構件的表面和樹脂的相互作用，即，粘結性、粘附性的表面處理方法，可舉出反應型粘結劑等的粘結劑涂布、靜電涂布等樹脂涂布、在構件表面賦予反應性官能團后接枝反應處理以及硅烷偶聯(lián)劑處理等，尤其，作為簡便地使鑲嵌構件表面改性的方法優(yōu)先選擇硅烷偶聯(lián)劑處理。
再有，更優(yōu)先選擇在鑲嵌構件表面進行噴丸除銹處理后進行硅烷偶聯(lián)劑處理。
<B>金屬齒輪類的樹脂涂布在本申請的發(fā)明中，所謂樹脂涂布的金屬齒輪類，例如是在以汽車零件、電機電子器件為首的各種領域中使用的、用于擔負動力傳遞/或轉動角傳遞的齒輪類，可例示出正齒輪(spur gear)、內(nèi)齒輪、齒條和小齒輪(rack and pinion)、斜齒輪、螺旋齒輪、雙螺旋齒輪、人字齒輪、錐齒輪、雙曲面齒輪(hypoid gear)、螺桿齒輪(screw gear)、蝸輪齒輪(worm gear)等金屬齒輪，或者用于傳遞動力的金屬齒條類和鋸齒。
樹脂涂布的金屬齒輪類表面的部位，可以是數(shù)個齒面(齒接觸面)的一部分或者全部，進而也可以是齒面以外的一部分或者全部。
另外，樹脂涂布的金屬齒輪類，是在其外周或內(nèi)周等形狀的一部分上設置齒形的齒輪類，優(yōu)先選擇在金屬齒輪類的規(guī)定部位涂布樹脂后，保持具有作為齒輪類的精度和機能的形狀的金屬齒輪類。
作為這樣的金屬齒輪類，其原材料的種類和組成沒有特別的限制，例如可舉出選自含有鋼、鐵、銅、鋁、鈦或含這些金屬的合金、或者含有從其復合構件中選出的至少一種的固體，尤其作為合適的對象例示出鋼、鋁。
而且在本申請發(fā)明的已涂布樹脂的齒輪類的制作中，將金屬齒輪類(鑲嵌構件)在高于或等于40℃、低于或等于樹脂的熔融注射溫度的溫度范圍，并且模塑用模具在高于或等于40℃、低于或等于樹脂的熔融注射溫度-50℃的溫度范圍，分別預加熱至預定的溫度。
不管在金屬齒輪類和模塑用模具的哪一種場合，都將該預加熱的溫度規(guī)定為高于或等于40℃，是因為在40℃以下的溫度，高溫的熔融樹脂在流動下被急冷，在樹脂的取向結構不被緩和下樹脂以低結晶性的狀態(tài)發(fā)生固化，具有這種畸變的結構，防止引起模塑后的樹脂裂紋或剝離。
另外，樹脂涂布的金屬齒輪類，由于其大小的差別，一般熱容量比模塑用模具小。因此，優(yōu)先選擇樹脂涂布的金屬齒輪的預加熱溫度是低于或等于樹脂的熔融注射溫度。另一方面，優(yōu)先選擇模塑用模具的預加熱溫度是低于或等于樹脂的熔融注射溫度-50℃。即，優(yōu)先選擇是鑲嵌構件的金屬齒輪類和模塑用模具分別預加熱至預定的溫度。
再有，適合用于注射模塑的樹脂的熔融溫度，由于樹脂的種類不同也不同，因此樹脂涂布的金屬齒輪類和模塑用模具的預加熱溫度的范圍，優(yōu)先選擇在上述的各溫度范圍任意地決定。
關于金屬齒輪類的預加熱手段，可以是已預加熱的金屬齒輪類載置在模具內(nèi)的規(guī)定位置，達到規(guī)定的溫度的加熱手段，或者也可以是載置在模具內(nèi)后，利用電磁感應加熱等方法進行預加熱而達到規(guī)定的溫度的預加熱手段。
無論是哪種情況，模具可以是用絕熱層涂覆的模具，另外也可以是以利用數(shù)個加熱機構控制在數(shù)個溫度的數(shù)個模具構成的模具。
作為這樣的樹脂，如果是熱塑性高分子，其種類和組成就沒有特別的限制，可舉出聚烯烴、乙烯基聚合物、聚縮醛、脂肪族聚酰胺、芳香族聚酰胺、脂肪族聚酯、芳香族聚酯、聚砜、聚酰胺-酰亞胺、聚酰亞胺、聚苯硫醚、聚亞苯基醚、聚四氟乙烯、聚醚醚酮、聚醚酮等均聚物、包含大于或等于上述2種聚合物的重復結構單元或者鏈的共聚物、大于或等于上述2種的聚合物的均聚物或者是共聚物的混合物的聚合物共混物、含有大于或等于上述2種的非相溶性的均聚物或者共聚物和相溶化劑等的聚合物合金，即改性聚合物、還有以這些均聚物、共聚物或者聚合物合金的大于或等于1種作為主成分，在其中填充無機填充材料、碳纖維、玻璃纖維、芳香聚酰胺纖維等纖維、石墨、二硫化鉬等固體潤滑劑的復合材料，尤其，作為合適的對象例示出是聚縮醛、脂肪族聚酰胺、芳香族聚酰胺、脂肪族聚酯、芳香族聚酯、聚砜、聚酰胺-酰亞胺、聚酰亞胺、聚苯硫醚、聚亞苯基醚、聚四氟乙烯、上述的共聚物、聚合物合金(改性聚合物)和復合材料的物質。
另外，涂布在金屬齒輪上的樹脂的厚度如果是5μm～30mm的范圍，厚度的差別就不特別地限制，根據(jù)模塑品的使用目的，由于金屬齒輪類的位置不同，樹脂的厚度也可不同，再有，在齒輪類的表面的各部位可以以任意的厚度成形。
在模具內(nèi)注射熔融樹脂后，在4.9MPa～49MPa的壓力范圍，保持時間可例示是1秒～10分鐘的范圍，優(yōu)選是10秒～5分鐘的范圍，更加優(yōu)選是20秒～2分鐘的范圍。
熔融樹脂的注射后，在模具內(nèi)保持模塑品，此后從模具中取出模塑品，使模塑品冷卻至室溫，關于該冷卻的時間，考慮在1分鐘～5小時范圍，優(yōu)選在5分鐘～4小時范圍，更加優(yōu)選在10分鐘～3小時范圍的條件下進行緩冷，消除模塑品的樹脂的結構畸變。
關于金屬齒輪類，在其表面實施選自預研磨處理、腐蝕處理、噴丸處理、滾花加工和硅烷偶聯(lián)劑處理的至少一種處理，除了能夠擴大金屬齒輪類和樹脂的有效接觸面積以外，還提高金屬齒輪類和樹脂的粘結性或者粘附性，而且除了對防止涂布樹脂的裂紋或剝離是有效的以外，對樹脂涂覆金屬齒輪類的高強度化、高剛性化、耐沖擊性、耐疲勞性、耐磨性和噪音減低性也是有效的。
另外，作為為了進一步提高構成金屬齒輪類的構件的表面和樹脂的相互作用，即，粘結性、粘附性的表面處理法，可舉出反應型粘結劑等粘結劑涂布、靜電涂裝等樹脂涂布、在構件表面賦予反應型官能團后進行接枝反應處理以及硅烷偶聯(lián)劑處理等，尤其，作為簡便地使金屬齒輪類表面改性的方法優(yōu)先選擇硅烷偶聯(lián)劑處理。
再有，作為更優(yōu)先選擇的實施方式在金屬齒輪類進行噴丸處理后，進行硅烷偶聯(lián)劑處理。
因此，以下示出實施例進行更詳細地說明。當然，本發(fā)明不受以下的實施例的限制。
實施例<A>鑲嵌構件的樹脂涂布關于實施例1～12和對比例1～5，首先說明關于與樹脂涂布有關的模塑方法和已涂布樹脂的鑲嵌模塑品的性能評價方法。
<1>模塑方法以在從中心至54mm的位置，在相互離開120度的位置具有直徑4.1mm的3個貫穿孔，實施直徑68mm、厚3mm的噴丸處理的鋁圓板作為鑲嵌構件使用。此時的噴丸處理，在株式會社不二制作所制重力式PHEUMA BLASTER SG-6B-404中，以壓力3kg/cm2，使用株式會社不二制作所制FUJI玻璃珠FGB80(粒徑范圍177～250μm)進行。再者，上述的3個貫穿孔是為了將鑲嵌構件載置在模具內(nèi)。另外，關于鑲嵌構件的載置，在注射樹脂的模具側設置4個端面是平面的金屬制圓柱銷釘，為了在模具封閉時候，成為鑲嵌構件的中心和上述的3個貫穿孔的位置，設置各圓柱銷釘。這4個圓柱銷釘成為壓住是鑲嵌構件的鋁板表面的狀態(tài)。另外，在和注射樹脂的模具相對的模具側設置相同的4個金屬制圓柱銷釘，設置在鑲嵌構件的中心的圓柱銷釘處于壓住鑲嵌構件表面的狀態(tài)，其他的3個圓柱銷釘成為插入上述3個貫穿孔的狀態(tài)。即，這3個圓柱銷釘插入貫穿孔，鑲嵌構件載置在模具內(nèi)后，形成模具封閉的狀態(tài)。另一方面，模具在表面設置絕熱層、模具內(nèi)部具有涂布的樹脂厚度為0.5mm的模腔、從鋁圓板的中心在和上述貫穿孔同一圓周上(54mm)，從與貫穿孔的中間位置相對的位置設置的3個注射口注射熔融樹脂的結構。另外，模具是設置加熱器，溫度可變的結構。在電加熱裝置內(nèi)已預加熱的鑲嵌構件載置在模具的上述規(guī)定位置，在鑲嵌構件表面溫度成為規(guī)定溫度的時候，向設定成規(guī)定溫度的模具中以注射壓力1000kgf/cm2注射規(guī)定溫度的熔融樹脂，此后在規(guī)定壓力保持規(guī)定時間，從模具中取出模塑品。用規(guī)定時間將其緩冷至室溫。
<2>評價方法(室溫試驗)在1種模塑條件下進行5個鑲嵌構件的樹脂涂布，從模具中取出，冷卻后，調查在室溫經(jīng)過大于或等于7天的模塑品的樹脂裂紋。
(加熱冷卻試驗)在多數(shù)情況下，利用現(xiàn)有技術的鑲嵌模塑品，把模塑后在室溫不發(fā)生樹脂裂紋作為評價方法。模塑品往往在更嚴酷的條件下使用，因此將4個用相同的涂布方法得到的模塑品在-30℃保持2小時、在200℃保持2小時、再在-30℃保持相同時間、在200℃保持相同時間這樣的更嚴酷的條件下各進行10次的加熱冷卻試驗。
(熱水試驗)已涂布樹脂的鑲嵌構件的模塑品往往是在高溫多濕氣氛中、水中、熱水中等環(huán)境下使用，因此將2個在上述加熱冷卻試驗中沒有發(fā)生樹脂裂紋的模塑品在其中的過嚴酷環(huán)境的90℃的熱水中進行浸漬8小時的熱水試驗。
(剝離試驗)再有，已涂布樹脂的鑲嵌構件的模塑品作為工業(yè)制品、工業(yè)零件、工具等使用，因此即使在使用中不發(fā)生樹脂裂紋，模塑品也往往承受各種應力。在進行上述各種試驗的模塑品之中，對2個沒有發(fā)生樹脂裂紋的模塑品，使用刀具將其樹脂涂布層的數(shù)個部位，至鑲嵌構件表面層切斷成寬10mm、長30mm的條形。從鑲嵌構件剝離上述條形試片一端的樹脂層，使用拉伸試驗機，將模塑品本體固定在試驗機的規(guī)定位置，把住上述剝離部分的樹脂端，測定能夠發(fā)生剝離時的應力，即剝離應力。
實施例1在已噴丸處理的鑲嵌構件表面溫度230℃、模具溫度80℃的條件下，注射290℃的熔融NORYL GTX樹脂(日本GE塑料株式會社制NORYLGTX6601)，此后，在壓力100kgf/cm2保持1分鐘，從模具中取出模塑品。用30分鐘將其冷卻至室溫。如表1所示，所得到的模塑品即使在室溫經(jīng)過大于或等于7天，在已涂布的樹脂中也沒有發(fā)生裂紋。進行冷卻試驗的結果，在全部模塑品中都沒有發(fā)生樹脂裂紋。另外，加熱冷卻試驗后的涂布樹脂的剝離應力是0.4kgf/mm2～0.7kgf/mm2。這是鑲嵌構件和樹脂充分粘附狀態(tài)的值，在該條件下得到的模塑品顯示在具有過嚴酷的溫度變化的空氣中是可以使用的。
實施例2除了模具溫度規(guī)定為140℃、熔融樹脂溫度規(guī)定為270℃、保持壓力規(guī)定為300kgf/cm2，從模具中取出后至室溫的冷卻時間規(guī)定為1小時以外，和實施例1相同地進行模塑。如表1所示，所得到的模塑品即使在室溫經(jīng)過大于或等于7天，在已涂布的樹脂層上也沒有發(fā)生裂紋。再有，在已進行加熱冷卻試驗的全部模塑品中也沒有發(fā)生樹脂裂紋。加熱冷卻試驗后的涂布樹脂的剝離應力是0.5kgf/mm2～0.7kgf/mm2。這是鑲嵌構件和樹脂充分粘附狀態(tài)的值。在該條件下得到的模塑品顯示在具有過嚴酷的溫度變化的空氣中是可以使用的，已清楚，剝離應力的值比實施例1優(yōu)良，模具溫度140℃的一方比80℃更好。
實施例3除了將模具溫度規(guī)定為150℃以外，和實施例2相同地進行模塑。如表1所示，所得到的模塑品即使在室溫經(jīng)過大于或等于7天，在已涂布的樹脂層上也沒有發(fā)生裂紋。在加熱冷卻試驗后的模塑品中沒有樹脂裂紋，另外，粘附性是和實施例2幾乎相同的結果。已知雖然使模具溫度比實施例2的場合高10℃進行模塑，但在模塑品的性能上幾乎沒有差別。
實施例4除了將模具溫度規(guī)定為180℃以外，和實施例2相同地進行模塑。如表1所示，所得到的模塑品即使在室溫經(jīng)過大于或等于7天，在已涂布的樹脂層上也沒有發(fā)生裂紋。在加熱冷卻試驗后也沒有樹脂裂紋，另外，粘附性是和實施例2及實施例3幾乎相同的結果。已知雖然使模具溫度比實施例2的場合高40℃進行模塑，但在模塑品的性能上幾乎沒有差別。
實施例5除了將模具溫度規(guī)定為160℃以外，和實施例3相同地進行模塑。如表1所示，所得到的模塑品即使在室溫經(jīng)過大于或等于7天，在已涂布的樹脂層上也沒有發(fā)生裂紋。在加熱冷卻試驗后也沒有樹脂裂紋，另外，粘附性是和實施例1幾乎相同的結果。模具溫度和實施例3相同，使鑲嵌構件溫度比實施例3的場合低70℃的溫度所得到的模塑品，剝離應力稍微降低，因此可以說更優(yōu)先選擇鑲嵌構件溫度設定得高于模具溫度。
實施例6除了將鑲嵌構件溫度規(guī)定為240℃以外，和實施例3相同地進行模塑。如表1所示，所得到的模塑品即使在室溫經(jīng)過大于或等于7天，在已涂布的樹脂層上也沒有發(fā)生裂紋。在加熱冷卻試驗后也沒有樹脂裂紋，另外，粘附性是和實施例2及實施例3幾乎相同的結果。該結果也表示優(yōu)先選擇鑲嵌構件溫度比模具溫度高的一方。即表示是優(yōu)先選擇將鑲嵌構件和模具溫度能夠分別設定為不同的溫度的模塑狀態(tài)。
實施例7除了以95重量％的上述NORYL GTX樹脂和5重量％的聚四氟乙烯(PTFE)粉末的混合物進行預熔融混煉而制成的混合物作為樹脂原料以外，和實施例6相同地進行模塑。如表1所示，所得到的模塑品即使在室溫經(jīng)過大于或等于7天，在已涂布的樹脂上也沒有發(fā)生裂紋。在加熱冷卻試驗后也沒有樹脂裂紋，另外，粘附性是和實施例1幾乎相同的結果。在潤滑特性上具有優(yōu)良的性質的聚四氟乙烯自身沒有和其他材料的粘結性，另外，即使熔融狀態(tài)也沒有流動性，因此注射模塑是困難的，但該實施例的結果，如果是在NORYL GTX樹脂中添加5重量％的聚四氟乙烯粉末，則顯示鑲嵌模塑是可能的，以及具有能夠賦予樹脂潤滑性的可能性。
實施例8除了以90重量％的上述NORYL GTX樹脂和10重量％的聚四氟乙烯粉末的混合物進行預熔融混煉而制成的混合物作為樹脂原料以外，和實施例7相同地進行模塑。如表1所示，所得到的模塑品即使在室溫經(jīng)過大于或等于7天，在已涂布的樹脂上也沒有發(fā)生裂紋。在加熱冷卻試驗后也沒有樹脂裂紋，另外，粘附性是和實施例1幾乎相同的結果。即添加10％的聚四氟乙烯的模塑品顯示在有過嚴酷的溫度變化的空氣中是可以使用的。再有，已知一般添加10％的聚四氟乙烯的樹脂，潤滑特性優(yōu)良，基體樹脂(主成分)的耐磨性提高，因此本發(fā)明的模塑方法成為能夠提供潤滑性、耐磨性等優(yōu)良的模塑品的方法。
對比例1除了將鑲嵌構件溫度規(guī)定為室溫(20℃)以外，和實施例1相同地進行模塑。雖然已在表1中示出，但在全部5個模塑品中，模塑后，在從模具中取出時都產(chǎn)生了樹脂裂紋。該結果是再現(xiàn)現(xiàn)有技術在模塑品上容易產(chǎn)生樹脂裂紋，如實施例1～8所示，可以說證實分別預加熱鑲嵌構件和模具雙方進行模塑的方式的本發(fā)明的特征。
對比例2除了將模具溫度規(guī)定為室溫(20℃)以外，和實施例1相同地進行模塑。在全部5個模塑品中，模塑后，在從模具中取出時都產(chǎn)生了樹脂裂紋。該結果也表示，和上述對比例1相同，以預加熱鑲嵌構件和模具的任一方的方式進行模塑的方法，不能制造沒有樹脂裂紋的模塑品。
對比例3和實施例3相同地進行模塑，從模具中取出模塑品后馬上就將模塑品投入10℃的水中進行急冷時產(chǎn)生了樹脂裂紋。該結果表示，在耐熱性樹脂的鑲嵌模塑中，例如像鑲嵌構件和模具溫度比室溫高大于或等于100℃的情況下，已涂布的樹脂盡管發(fā)生表觀固化，樹脂內(nèi)部的高分子鏈也沒有成為穩(wěn)定的結構。因此，從模具中取出模塑品后的緩冷過程表示降低非晶性高分子結構的畸變，或在結晶性高分子的緩冷過程中的二次結晶化進展上是鑲嵌模塑方法中的重要方式的一種。再者，在該緩冷過程中需要的時間頂多是1小時左右，只要是數(shù)小時以內(nèi)，在模塑品的生產(chǎn)率上就不導致障礙。
實施例9在260℃～270℃預加熱已噴丸處理的鑲嵌構件后，在其表面涂布硅烷偶聯(lián)劑(信越化學工業(yè)株式會社制KBP40)的乙醇溶液，在鑲嵌構件溫度成為230℃的時候，和實施例3相同地進行模塑。如表1所示，所得到的模塑品即使在室溫經(jīng)過大于或等于7天，在已涂布的樹脂上也沒有發(fā)生裂紋。在加熱冷卻試驗后也沒有樹脂裂紋。另一方面，加熱冷卻試驗后的剝離應力是0.9kgf/mm2～1.1kgf/mm2。已知這是實施例3的場合的2倍左右的值，粘附性或者粘結性提高。該結果證實，同時使用噴丸處理和硅烷偶聯(lián)劑處理是更優(yōu)選的實施方式。
實施例10除了以90重量％的NORYL GTX樹脂和10重量％的聚四氟乙烯粉末的混合物進行預熔融混煉而制成的混合物作為樹脂原料以外，和實施例9相同地進行模塑。如表1所示，所得到的模塑品即使在室溫經(jīng)過大于或等于7天，在已涂布的樹脂上也沒有發(fā)生裂紋。在加熱冷卻試驗后也沒有樹脂裂紋。另一方面，加熱冷卻試驗后的剝離應力是0.6kgf/mm2～0.8kgf/mm2。已知這是實施例8的場合的2倍左右的值，粘附性或者粘結性提高。另外，該結果證實，即便對于包含氟樹脂的耐熱性樹脂，同時使用噴丸處理和硅烷偶聯(lián)劑處理也是更優(yōu)選的實施方式。
實施例11實施例9得到的模塑品在90℃的熱水中進行浸漬8小時的熱水試驗。其結果既不發(fā)生樹脂裂紋又不發(fā)生表觀的剝離。另外，測定粘附性時，剝離應力是0.8kgf/mm2～0.9kgf/mm2。該結果證實，同時使用噴丸處理和硅烷偶聯(lián)劑處理的實施方式，不僅可在寬溫度范圍的空氣中使用，而且即使像在熱水中的那樣的水環(huán)境下，已涂布耐熱樹脂的鑲嵌模塑品也可以穩(wěn)定地使用。
實施例12實施例10得到的模塑品在90℃的熱水中進行浸漬8小時的熱水試驗。其結果既不發(fā)生樹脂裂紋又不發(fā)生表觀的剝離。另外，測定粘附性時，剝離應力是0.5kgf/mm2～0.7kgf/mm2。該結果證實，同時使用噴丸處理和硅烷偶聯(lián)劑處理的實施方式，不僅可在寬溫度范圍的空氣中使用，而且即使像在熱水中的那樣的水環(huán)境下，已涂布包含氟樹脂的耐熱性樹脂的鑲嵌模塑品也可以穩(wěn)定地使用。
對比例4實施例3得到的模塑品在90℃的熱水中進行浸漬8小時的熱水試驗。其結果雖然不發(fā)生樹脂裂紋，但剝離應力是0.05kgf/mm2～0.1kgf/mm2。該結果是使用不實施硅烷偶聯(lián)劑處理的鑲嵌構件，研究已涂布樹脂的模塑品在熱水中的粘附性、粘結性的結果，在不利用硅烷偶聯(lián)劑等對鑲嵌構件進行表面處理的模塑品中，雖然顯示在空氣氣氛中可以使用，但不優(yōu)選在像熱水那樣的更加嚴酷的環(huán)境下使用。
對比例5實施例8得到的模塑品在90℃的熱水中進行浸漬8小時的熱水試驗。其結果雖然不發(fā)生樹脂裂紋，但剝離應力是0.03kgf/mm2～0.07kgf/mm2。該結果是即使在包含氟樹脂的耐熱性樹脂中，在不利用硅烷偶聯(lián)劑等對鑲嵌構件進行表面處理的模塑品中，雖然顯示在空氣氣氛中可以使用，但在像熱水那樣的更加嚴酷的環(huán)境下不能使用。
以上的實施例1～12和對比例1～5的結果示于下面的表1中。
表1

1)樹脂ANORYLGTX，樹脂B95重量％NORYL GTX/5重量％PTFE，樹脂C90重量％NORYLGTX/10重量％PTFE。
2)注射壓力都是1000kgf/cm2。保持壓力僅實施例1是100kgf/cm2，其余都是300kgf/cm2。保持時間是1分鐘。
3)剝離應力1是加熱冷卻試驗后的值。剝離應力2是熱水試驗后的值。
4)實施例11和實施例12是對鑲嵌構件進行硅烷偶聯(lián)劑處理的實施例。
如表1所示，實施例1～8的各模塑方法是制造在空氣氣氛中、在寬溫度范圍都不發(fā)生樹脂裂紋的模塑品的優(yōu)良的方法。另外，也是在鑲嵌構件表面賦予樹脂所具有的特性的優(yōu)良的方法。與此相反，對比例1～3的各模塑方法都是模塑性劣化的方法。
另外，像實施例9和10的各模塑方法那樣，在鑲嵌構件表面進行硅烷偶聯(lián)劑處理的情況下，已清楚鑲嵌構件和樹脂的粘附性或者粘結性變得更高。再有，像對比例4和5那樣，在不進行硅烷偶聯(lián)劑處理的場合，熱水中的剝離強度大大降低，與此相反，進行硅烷偶聯(lián)劑處理的場合，顯然成為在熱水中也能夠使用的鑲嵌模塑品的模塑方法。
如以上所詳細地敘述的那樣，按照本申請的發(fā)明能夠提供通用性高、在寬溫度范圍內(nèi)不發(fā)生樹脂裂紋的鑲嵌模塑方法。
特別是在鑲嵌構件表面進行硅烷偶聯(lián)劑處理時，表現(xiàn)出鑲嵌構件和涂布樹脂的粘附性、粘結性大大提高、更進一步提高模塑品的性能這樣的相乘效果，進而能夠容易且廉價地制造通用性高、更優(yōu)良的鑲嵌模塑品，因而是有利的。
<B>金屬齒輪類的樹脂涂布<1>模塑實施例13對利用本申請的發(fā)明的樹脂涂布方法在金屬齒輪外周的齒面部分已涂布樹脂的一例加以說明。在圖1中示出本發(fā)明的已涂布樹脂的金屬齒輪。再者，涂布樹脂后的齒輪是標準型的普通齒(full depthtooth)(精度4級)，模數(shù)是2，壓力角是20°，齒數(shù)是32，標準節(jié)圓直徑是64mm。為了制作本發(fā)明的樹脂涂覆的齒輪，在株式會社不二制作所制、重力式PHEUMA BLASTER SG-6B-404中，在壓力0.294MPa的條件下，使用株式會社不二制作所制FUJI玻璃珠FGB80(粒徑范圍177～250μm)在S45C制金屬齒輪上實施噴丸處理。
模具是做成如下的結構，用加熱器的裝置使溫度可變，用絕熱層包圍外部表面，在內(nèi)部設置金屬齒輪安裝用的軸，使金屬齒輪可能在規(guī)定位置載置的同時，設置對應于涂布樹脂厚度的0.2mm厚的膜腔，在載置在規(guī)定位置的金屬齒輪的外側膜腔面設置朝向金屬齒輪中心的3個位置的注射口，將樹脂注射模塑。
在填充氮氣的電加熱裝置內(nèi)將上述S45C制金屬齒輪預加熱至260℃～270℃后，在其表面涂布信越化學工業(yè)株式會社制硅烷偶聯(lián)劑KBP40的乙醇溶液，在金屬齒輪達到230℃時候，載置在設定成150℃的模具內(nèi)的上述規(guī)定位置，以注射壓力98MPa將270℃的熔融NORYLGTX樹脂(GE塑料公司制以聚亞苯基醚作為分散相，以尼龍作為基體相的聚合物合金)注射后，在壓力29.4MPa保持1分鐘，從模具中取出模塑品，用30分鐘緩冷至室溫。
實施例14作為涂布樹脂的金屬齒輪類，選擇S45C制金屬花鍵，以其內(nèi)驅動齒輪外周的齒(軸)的表面作為涂布樹脂的部位，除了樹脂的厚度規(guī)定為0.3mm以外，和實施例13相同地進行樹脂涂布，制成樹脂涂覆金屬花鍵(圖2)。再者，涂布樹脂后的內(nèi)驅動齒輪是和汽車用漸開線花鍵(involute spline)相同的齒形(低齒)，模數(shù)是3.0，壓力角是20°，齒數(shù)是18，標準節(jié)圓直徑是54mm，變位系數(shù)是+0.8。
<2>試驗評價(1)室溫試驗從模具中取出在實施例13中模塑成的樹脂涂覆金屬齒輪，冷卻后，觀察保持在室溫的表面的結果，確認即使經(jīng)過大于或等于7天，在齒表面也沒有發(fā)生已涂布的樹脂的裂紋或剝離。
另外，從模具中取出實施例14已模塑成的樹脂涂覆金屬花鍵(內(nèi)驅動齒輪)，冷卻后，觀察保持在室溫的表面的結果，證實即使經(jīng)過大于或等于7天，在齒表面也沒有發(fā)生已涂布的樹脂的裂紋或剝離。
(2)加熱冷卻試驗假定組裝了樹脂涂覆金屬齒輪的制品在運轉中發(fā)生溫度變化，在實施例13中模塑成的樹脂涂覆齒輪雖然在空氣中、在-30℃保持2小時、在200℃保持2小時、再在-30℃保持相同時間、在200℃保持相同時間這樣的過嚴酷的環(huán)境下進行了10次加熱冷卻試驗循環(huán)，但證實沒有產(chǎn)生涂布在齒表面的樹脂的裂紋或剝離。
關于在實施例14中模塑成的樹脂涂覆金屬花鍵，也和上述同樣地進行加熱冷卻試驗的結果證實沒有產(chǎn)生涂布在齒表面的樹脂的裂紋或剝離。
(3)熱水試驗作為樹脂涂覆金屬齒輪的實際使用時的環(huán)境，往往在高溫多濕氛圍中、水中、熱水中等環(huán)境下使用，因此在實施例13中模塑成的樹脂涂覆金屬齒輪及其加熱冷卻試驗后的樹脂涂覆金屬齒輪在90℃的熱水中浸漬8小時進行熱水試驗的結果，證實在哪種場合涂布在齒表面的樹脂都不發(fā)生裂紋或剝離。
關于在實施例14中模塑成的樹脂涂覆金屬花鍵及其加熱冷卻后的樹脂涂覆金屬花鍵，和上述同樣地進行熱水試驗的結果證實，在哪種場合都不發(fā)生涂布在齒表面的樹脂的裂紋或剝離。
實施例15從齒的表面切出和實施例13相同地模塑成的樹脂涂覆金屬齒輪的涂布樹脂層，首先，將其一部分(薄片)進行四氧化釕染色，將其進行環(huán)氧樹脂包埋后，用不銹鋼刀片進行修整，接著，用玻璃刀進行露面，再將已露面出的表面進行四氧化釕染色。將其安裝在Reichert制超微切片裝置上用金剛石刀片切削，制成厚度約70nm的超薄切片。對該超薄切片試樣用日本電子株式會社制JEM-1200EX透射電子顯微鏡(TEM)，在加速電壓80kV觀察模塑品的精細結構。
在圖3中示出涂布樹脂層的精細結構的TEM照片。該TEM照片是在尼龍基體相中分散聚亞苯基醚相的精細結構的形態(tài)。在高倍率的TEM照片(圖4)中，在基體相中觀察到是結晶性高分子的尼龍的片狀結晶(lamella crystal)，在是非結晶性高分子的聚亞苯基醚的分散相中沒有觀察到片狀結晶。
從圖3的TEM照片可知，盡管樹脂從高溫的熔融狀態(tài)注射，但分散相大致是球狀的狀態(tài)。這清楚地表明，模塑后的涂布樹脂不是在取向狀態(tài)原封不動地固化，而是以樹脂的取向充分地緩和狀態(tài)發(fā)生固化。這表示，關于尼龍的片狀結晶(在圖4中，是以箭頭表示的約5nm寬的明亮的條狀)，觀察到也是無取向，顯示出利用本發(fā)明的模塑方法，在金屬齒輪類的表面能夠以大致無取向狀態(tài)，即以沒有畸變的結構涂布樹脂。該結構，如上所述，模塑后的樹脂不發(fā)生裂紋，無論在加熱冷卻試驗中，進而還是在熱水試驗中，證實都不發(fā)生樹脂裂紋或剝離。
再者，關于和實施例14同樣地模塑成的樹脂涂覆金屬花鍵(內(nèi)驅動齒輪)的涂布樹脂層，從觀察和圖3和圖4相同的TEM圖像得出結論，本申請的發(fā)明的樹脂涂布方法是能夠廣泛應用于金屬齒輪類的技術。
實施例16使用圖5所示的齒輪試驗裝置，進行樹脂涂覆金屬齒輪(驅動齒輪)的性能試驗。圖中的符號表示如下。
1.電動機2.轉矩計3.驅動齒輪4.被動齒輪5.轉矩計6.齒輪泵7.溢流閥8.工作油槽即，作為嚙合的對方齒輪，選擇不涂布樹脂的S45C制金屬齒輪(被動齒輪)，該齒輪和實施例1同樣地模塑的樹脂涂覆金屬齒輪裝置在齒輪試驗裝置上，在負荷轉矩12Nm、轉數(shù)1200rpm、氛圍溫度25℃、無潤滑條件下使齒輪轉動，進行樹脂涂覆金屬齒輪的性能試驗。
其結果證實，總轉數(shù)107次的動作后的樹脂涂覆金屬齒輪幾乎沒有損傷，另外，完全沒有發(fā)生齒根的破壞，反映金屬齒輪具有的高強度、高剛性、耐沖擊性、耐疲勞性。另外，沒有發(fā)生已涂布在齒面的樹脂層的裂紋或剝離，樹脂表面的磨損也很少，在樹脂的厚度上沒有明顯的變化，因此證實耐磨性也優(yōu)良。這是過去在樹脂齒輪之間，或者樹脂齒輪和金屬齒輪的組合中得不到的性能。
再有，與上述的性能試驗的同時，在垂直于軸的方向上離開嚙合點的200mm的距離上設置株式會社小野測器制噪音計LA-5120，進行噪音測定。另一方面，在相同條件下，使驅動齒輪和被動齒輪都不進行樹脂涂布的金屬齒輪相互在液體石蠟潤滑下進行短時間轉動，進行噪音測定。其結果，在本發(fā)明的樹脂涂覆金屬齒輪和S45C制金屬齒輪的組合中，噪音比金屬齒輪相互的組合降低約6dB，證實樹脂涂覆金屬齒輪低噪音性優(yōu)良。
實施例17將和實施例14同樣地制成的樹脂涂覆內(nèi)驅動齒輪裝在與該齒輪嚙合的S45C制金屬花鍵(不涂布樹脂的花鍵)和磁鐵心(field core)構成的自動扶梯用的負動作制動器上，以轉數(shù)1000rpm、實機相當?shù)膽T性力矩0.9kgm2，轉動10秒后，用0.5秒制動，30秒停止的負荷作為1次循環(huán)，進行105次循環(huán)動作。
其結果證實，在105次循環(huán)動作后的樹脂涂覆金屬花鍵(內(nèi)驅動齒輪)的表面的樹脂上既完全沒有發(fā)生裂紋，也完全沒有發(fā)生剝離，另外，也幾乎沒有看到樹脂表面的損傷、變形、還有磨損，除金屬花鍵具有的高強度、高剛性、耐沖擊性、耐疲勞性以外，還反映了樹脂具有的耐磨性。
再有，和上述的花鍵的性能試驗的同時，在垂直于軸上方離開嚙合點100mm的距離上設置株式會社小野測器制噪音計LA-5120，進行噪音測定。另一方面，在相同條件下，使內(nèi)驅動齒輪以及與內(nèi)驅動齒輪嚙合的花鍵都不進行樹脂涂布的S45C制金屬花鍵相互進行短時間、無潤滑轉動，進行測定噪音。其結果，在使用本發(fā)明的樹脂涂覆金屬花鍵的場合，噪音比不涂布樹脂的金屬花鍵之間的場合噪音降低3～10dB，證實樹脂涂覆金屬花鍵低噪音性優(yōu)良。
工業(yè)實用性如以上所詳細地說明的那樣，本申請的發(fā)明的模塑方法是制造即使在各種過嚴酷的條件下也能夠使用的、耐環(huán)境特性高的模塑品優(yōu)良的模塑方法，從在許多材料領域的應用方面來看是有利的。
即，可以對現(xiàn)有技術難于防止模塑品的樹脂裂紋或剝離的鑲嵌構件進行樹脂涂布，不限于汽車零件、電氣和電子器件的領域，在農(nóng)業(yè)領域、土木及建筑領域、醫(yī)療相關領域的金屬零件、陶瓷零件、復合材料零件的機械的和力學的機能上作為能夠賦予樹脂具有的耐沖擊性、潤滑性、耐藥品性、絕熱性等機能的方法，應用性極高。
如以上所述，本申請的發(fā)明是基于根據(jù)本申請的發(fā)明人的全新認識，提供有關鑲嵌構件的涂布樹脂的發(fā)明。
即，本申請的發(fā)明人，如上所述，對關于利用注射熔融樹脂的鑲嵌構件的樹脂涂布方法反復進行銳意研究的結果發(fā)現(xiàn)，將鑲嵌構件和模具分別控制在各自預定溫度的模塑方法或對鑲嵌構件進行預表面處理的方法，與將任意一方的構件預加熱的方法，或者將兩者預加熱至相同溫度的方法相比，是為了得到不發(fā)生樹脂裂紋，而且鑲嵌物和樹脂的粘結性高的模塑品的格外優(yōu)良的模塑方法，基于這樣的認識完成了本申請的發(fā)明。
例如，將鑲嵌構件載置在模具內(nèi)，注射通常的注射模塑中合適熔融樹脂溫度是270～310℃的工程樹脂，在想要模塑的情況下，鋁板(直徑68mm、厚5mm)的鑲嵌構件，在鑲嵌構件和模具的溫度都是室溫時，在剛模塑后發(fā)生樹脂裂紋。另外，即使將鑲嵌構件溫度預加熱至230℃，模具為室溫，在剛模塑后也發(fā)生樹脂裂紋。另一方面，使鑲嵌構件溫度達到室溫，即使將模具預加熱至80℃，在剛模塑后也發(fā)生樹脂裂紋。再有，使鑲嵌構件達到室溫，即使將模具預加熱至150℃，在剛模塑后也發(fā)生樹脂裂紋。另一方面，與這些方法相反，在按照如上所述的本申請的發(fā)明，將鑲嵌構件和模具分別預加熱至各自的預定溫度，以預定的壓力注射熔融樹脂后，再使模具內(nèi)的壓力保持預定的時間，然后從模具中取出模塑品，緩冷至室溫的情況下，在模具內(nèi)發(fā)生取向的高分子鏈發(fā)生緩和，另外，高分子的結晶化進展，成為涂布樹脂內(nèi)部畸變少的穩(wěn)定結構，作為結果，不發(fā)生模塑品的樹脂裂紋，作為模塑方法成為極優(yōu)良的方法。
另外，按照本申請的發(fā)明提供在金屬齒輪類的表面涂布樹脂的方法和由該方法形成的樹脂涂覆齒輪類。這樣的樹脂涂覆齒輪類，在模塑后和使用時，都不發(fā)生涂布樹脂的裂紋或剝離等，而且作為高強度、高剛性、耐沖擊性、耐疲勞性、耐磨性、耐久性、噪音減低性優(yōu)良的齒輪有廣泛的利用價值。
像這樣，樹脂涂覆金屬齒輪類能夠達到高性能化、小型化，因此能夠謀求組裝了本申請的發(fā)明的樹脂涂覆金屬齒輪類的動力傳遞用制品的高性能化和小型化，應用性非常高。
權利要求
1.鑲嵌構件的樹脂涂布方法，是利用鑲嵌模塑在鑲嵌構件表面涂布樹脂的方法，其特征在于包括將鑲嵌構件在高于或等于40℃、低于或等于上述樹脂的熔融注射溫度的范圍內(nèi)，將鑲嵌模塑用模具在高于或等于40℃、低于或等于上述樹脂的熔融溫度-50℃的范圍內(nèi)，分別加熱至各自預定的溫度的預加熱步驟；在已預加熱的上述鑲嵌構件位于已預加熱的上述鑲嵌模塑用模具內(nèi)的狀態(tài)，注射熔融樹脂的鑲嵌模塑步驟；在模具內(nèi)保持模塑品的保持步驟；以及從模具中取出上述鑲嵌模塑品，緩冷至室溫的冷卻步驟。
2.根據(jù)權利要求1所述的樹脂涂布方法，其特征在于，上述鑲嵌構件是從金屬、陶瓷或者其復合構件中選擇的至少一種。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的樹脂涂布方法，其特征在于，上述樹脂是熱塑性樹脂，是從均聚物、共聚物、聚合物共混物、聚合物合金和以聚合物為主成分的復合材料組成的組中選擇的至少一種。
4.根據(jù)權利要求1～3中的任一項所述的樹脂涂布方法，其特征在于，涂布在上述鑲嵌構件表面的上述樹脂的厚度是5μm～30mm的范圍。
5.根據(jù)權利要求1～4中的任一項所述的樹脂涂布方法，其特征在于，上述鑲嵌構件是利用從研磨處理、腐蝕處理、噴丸處理和硅烷偶聯(lián)劑處理中選擇的至少一種進行過表面預處理的鑲嵌構件。
6.鑲嵌模塑品，它是由權利要求1～5中的任一項所述的樹脂涂布方法得到的模塑品，其特征在于，在-40℃～200℃的溫度范圍的空氣氣氛中不發(fā)生樹脂裂紋。
7.鑲嵌模塑品，它是由權利要求1～5中的任一項所述的樹脂涂布方法得到的模塑品，其特征在于，在0℃～100℃的溫度范圍的水中不發(fā)生樹脂裂紋或樹脂剝離。
8.金屬齒輪類的樹脂涂布方法，其特征在于包括將上述金屬齒輪類在高于或等于40℃、低于或等于上述樹脂的熔融注射溫度的范圍內(nèi)，將模塑用模具在高于或等于40℃、低于或等于上述樹脂的熔融注射溫度-50℃的范圍內(nèi)，分別加熱至各自的預定溫度的預加熱步驟；在已預熱的上述金屬齒輪類位于已預熱的上述模具內(nèi)的狀態(tài)，注射熔融樹脂的模塑步驟；模塑品在模具內(nèi)保持的保持步驟；以及從模具中取出上述模塑品，緩冷至室溫的冷卻步驟。
9.根據(jù)權利要求8所述的金屬齒輪類的樹脂涂布方法，其特征在于，上述金屬齒輪類是用于傳遞動力和/或轉動角的金屬齒輪，或者是用于傳遞動力的金屬齒條類和鋸齒。
10.根據(jù)權利要求8或9所述的樹脂涂布方法，其特征在于，上述金屬齒輪類是從鋼、鐵、銅、鋁、鈦或者含有這些金屬的合金、或者其復合構件中選擇的至少一種。
11.根據(jù)權利要求8～10中的任一項所述的樹脂涂布方法，其特征在于，上述樹脂是熱塑性樹脂，是從均聚物、共聚物、聚合物共混物、聚合物合金和以聚合物為主成分的復合材料組成的組中選擇的至少一種。
12.根據(jù)權利要求8～11中的任一項所述的樹脂涂布方法，其特征在于，涂布在上述金屬齒輪類的表面的上述樹脂的厚度是5μm～30mm的范圍，在齒輪表面的各部位可以以任意的厚度成形。
13.根據(jù)權利要求8～12中的任一項所述的樹脂涂布方法，其特征在于，上述金屬齒輪類是利用從研磨處理、腐蝕處理、噴丸處理、滾花加工和硅烷偶聯(lián)劑處理中選擇的至少一種進行了表面預處理的金屬齒輪類。
14.樹脂涂覆金屬齒輪類，是由權利要求8～13中的任一項所述的樹脂涂布方法得到的模塑品，其特征在于，幾乎沒有模塑后的樹脂取向，樹脂裂紋和樹脂剝離被抑制。
15.樹脂涂覆金屬齒輪類，其特征在于，構成齒部分進行接觸轉動而動力傳遞和/或轉動角傳遞的1組齒輪對的2個齒輪的全部齒面作為由權利要求8～13中的任一項所述的樹脂涂布方法得到的模塑品使用，或一方齒輪的全部齒面(齒接觸部位)是由權利要求8～13中的任一項所述的樹脂涂布方法得到的模塑品，作為與該齒面嚙合的另一方齒輪的齒面不涂布樹脂的金屬齒輪使用。
16.樹脂涂覆金屬齒輪類，該齒輪是權利要求8～13中的任一項所述的樹脂涂布方法得到的樹脂涂覆金屬齒輪類，其特征在于，在齒面的一部分是涂布樹脂的齒輪時，與該齒輪的不涂布樹脂的齒面接觸而嚙合的另一方齒輪的齒面涂布樹脂而使用。
17.樹脂涂覆金屬齒輪類，是由權利要求8～13中的任一項所述的樹脂涂布方法得到的樹脂涂覆金屬齒輪類，其特征在于，耐沖擊強度比樹脂制齒輪更優(yōu)良。
18.樹脂涂覆金屬齒輪類，是由權利要求8～13中的任一項所述的樹脂涂布方法得到的樹脂涂覆金屬齒輪類，其特征在于，耐疲勞強度比樹脂制齒輪優(yōu)良得多。
19.樹脂涂覆金屬齒輪類，是由權利要求8～13中的任一項所述的樹脂涂布方法得到的樹脂涂覆金屬齒輪類，其特征在于，在權利要求15或16的任一項所述的齒輪的組合中，在無潤滑下使用的場合，潤滑性和耐磨性比金屬齒輪相互間的組合優(yōu)良。
20.樹脂涂覆金屬齒輪類，是由權利要求8～13中的任一項所述的樹脂涂布方法得到的樹脂涂覆金屬齒輪類，其特征在于，在權利要求15或16的任一項所述的齒輪的組合中使用的情況下，伴隨齒輪的齒面接觸的噪音比由金屬制齒輪之間的齒面接觸產(chǎn)生的噪音大幅度地降低，噪音減低特性優(yōu)良。
全文摘要
本發(fā)明提供由分別將鑲嵌構件和模具各自預加熱、注射熔融樹脂的鑲嵌模塑步驟，在模具內(nèi)保持模塑品的過程，以及從模具中取出后緩冷至室溫的過程構成的鑲嵌模塑方法，利用該方法實現(xiàn)的無樹脂裂紋、耐環(huán)境特性優(yōu)良的模塑品，提供通用性高、防止樹脂裂紋和粘附性優(yōu)良的鑲嵌模塑方法及使用該方法的模塑品。另外，提供在將金屬齒輪類和模塑用模具分別加熱至各自的預定溫度的狀態(tài)，將熔融樹脂注射模塑，在金屬齒輪表面進行樹脂涂布的方法，以及提供能夠實現(xiàn)無論在模塑后，還是在無潤滑下的使用中，都不發(fā)生樹脂裂紋，強度、剛性、精度、耐沖擊性、耐疲勞性、噪音減低性、耐磨性都優(yōu)良的樹脂涂覆金屬齒輪類的新的技術手段。
文檔編號B29C45/73GK1882428SQ200480033600
公開日2006年12月20日 申請日期2004年11月15日 優(yōu)先權日2003年11月14日
發(fā)明者甲本忠史, 久米原宏之, 藤掛癸, 野澤淳一 申請人:小倉離合機株式會社, 株式會社砂永樹脂制作所, 甲本忠史, 久米原宏之