樹脂ギアと利点の欠点に一般的に使用される材料

2025,10,02

樹脂ギアとその利点と短所に一般的に使用される材料

技術の進歩と軽量、低雑音、腐食耐性ソリューションの需要の高まりにより、樹脂（またはプラスチック）ギアは、自動車、家電、医療機器、オフィスオートメーション、エアロスパースなど、幅広い用途向けの従来のメタルギアの重要な代替品として浮上しています。

樹脂材料は、自己潤滑、設計の柔軟性、振動と騒音の低減、費用対効果など、金属よりも大きな利点を提供します。ただし、強度、剛性、温度抵抗が低いことも、特定の高負荷の高温環境での使用を制限しています。したがって、ギアのパフォーマンスとサービスの寿命を確保するには、適切な樹脂材料と製造プロセスを選択することが重要です。

コアマテリアル選択の考慮事項

材料を選択する場合、多くの場合、次の重要な特性のバランスをとる必要があります。強度と耐摩耗性：荷重に耐えて摩耗に抵抗する能力。疲労強度：交互の負荷によって引き起こされる疲労損傷に対する耐性。耐熱性：高温で性能を維持する能力。寸法の安定性：温度と湿度の結果として次元の変化が発生する程度。摩擦係数と自己潤滑：動作効率と追加の潤滑の必要性を決定します。耐薬品性：油や化学物質による腐食に抵抗する能力。コスト：材料と処理費用。

一般的に使用される樹脂ギア材料とその特性の比較

1。ポリオキシメチレン（POM）

一般に「レーススチール」として知られているのは、ギア製造のための最も一般的に使用され、多目的なエンジニアリングプラスチックです。

利点：高強度と剛性：室温での金属と同様の強度と剛性、高負荷に耐えることができます。優れた疲労強度と回復力：繰り返しメッシュ化され、衝撃を受けたギアに最適です。低摩擦係数と耐摩耗性が高い：良好な自己潤滑、滑らかな動作、低摩耗。優れた寸法安定性：成形後の非常に低い水分吸収、小さな寸法変化により、正確なギアクリアランスが保証されます。良好な耐薬品性：ほとんどの有機溶媒、油、グリースに対する良好な耐性。

短所：一般的な高温抵抗：温度の長期使用は、一般に-40°Cから100°Cであり、この温度を超えると、老化、強度、剛性の低下が加速します。強酸や酸化剤に耐性はありません。ホルムアルデヒドは燃焼時にリリースされるため、環境の処理と使用に注意を払う必要があります。

典型的なアプリケーション：自動車ドアロック、電気座席アジャスター、家電製品の駆動システム（洗濯機、プリンター、コピー機）、精密機器、メーターなど。

2。ナイロン（PA、特にPA66およびPA46）

ナイロンは、特により高い耐熱性と靭性が必要な別の非常に重要なギア材料です。

利点：高い靭性と衝撃耐性：破壊せずに大きな衝撃負荷に耐えることができます。優れた耐摩耗性：通常、耐摩耗性はPOMよりも優れています。高温抵抗が優れています。特にPA46と強化PA66は、短期的には150°Cを超える高温に耐えることができます。これは、POMよりも高い温度の長期使用です。良好な油抵抗：燃料および潤滑油に対する良好な耐性。

欠点：水分吸収が高く：これはナイロンの最大の欠点です。吸水は、寸法の膨張、強度の喪失、剛性につながり、ギアのメッシュ精度に影響します。通常、オイル潤滑またはガラス繊維の変更を加えることにより、この問題を阻害する必要があります。

寸法の安定性はPOMほど良くありません。吸湿性のため、精度は湿度の高い環境で保証することが困難です。 POMよりも少し剛性が低い。

修正の方向：ガラス繊維（GF）の添加：強度、剛性、耐熱性を大幅に増加させますが、魅力的な部品の摩擦と摩耗をわずかに増加させます。 Mos₂（disulphide Molybdenum）またはグラファイトの添加：さらに自己潤滑と耐摩耗性を改善します。芳香族ナイロン（PA9Tなど）：水分吸収が非常に低く、耐熱性が高くなりますが、費用がかかります。

典型的なアプリケーション：電動工具、自動車エンジンコンパートメントコンポーネント（スロットルボディなど）、強力なギアボックス、食品機械（食品グレードが必要）。

3。ポリカーボネート（PC）

PCは、非常に高い影響力と透明性で知られていますが、ギアアプリケーションでの特定の使用領域があります。

利点：非常に高い衝撃強度と靭性：室温での優れた衝撃耐性。良好な寸法安定性：低吸湿性と小さな次元の変化。高い透明性：内部操作を観察する必要があるアプリケーションで使用できます。耐熱性の向上：最大約120°Cまでの長期使用。

短所：耐摩耗性が低い：耐摩耗性ではなく、ギア材料としての大きな欠点。低疲労強度：高サイクルカウントには適していません。ストレスの亀裂になりやすい：成形の内部応力が高い場合、特定の化学物質（エステル、ケトンなど）の下でのノッチングに敏感でストレスの亀裂を起こしやすい。強い塩基、アミン、芳香族炭化水素に耐性はありません。

典型的なアプリケーション：通常、低荷重、低速、および高い透明性が必要な場合、特定のメトロロジー機器、ディスプレイモデルなどに使用されます。多くの場合、PC/ABS合金はABSで形成され、摩耗と耐薬品性を改善します。

4。熱可塑性ポリエステル（PBTおよびPET）

PBTはギアに一般的に使用される材料であり、PET（補強後）も時々使用されます。

利点：良好な強さ、剛性、硬さ。優れた疲労抵抗。低い摩擦係数と良好な耐摩耗性。ナイロンよりもはるかに低い水分吸収と寸法の安定性が向上します。ほとんどのオイルやグリースに対する良好な抵抗。

短所：お湯や強いアルカリに耐性はありません。ノッチ付き衝撃強度は平均です。 PPSやPA46ほど高温に耐性はありません。

典型的なアプリケーション：電子機器（例えば、ハードディスクドライブ）、自動車用フロントガラスワイパー、ウォーターポンプ、繊維機械など。

5。ポリフェニレン硫化物（PPS）

PPSは、非常に過酷な環境で使用するための高性能特殊エンジニアリングプラスチックです。

利点：非常に高耐熱性：220°C以上の長期使用温度、260°Cに対する短期抵抗。自然火炎遅延：UL94 V-0クラスまで。優れた寸法安定性：熱膨張係数が低く、ほぼゼロの水分吸収、非常に安定した寸法。優れた耐薬品性：ほとんどすべての有機溶媒とほとんどの酸とアルカリに耐性があります。

短所：高コスト：上記の材料の中で最も高価なものの1つ。高い脆性と貧弱なタフネス：衝撃強度が低い。成形収縮における重要な異方性：カビの設計とプロセスに対する高い要求。

典型的なアプリケーション：自動車ターボチャージャー、エンジン管理システム、高温環境の化学ポンプとバルブ、航空宇宙コンポーネントなど。

6。ピーク（ポリエーテルケトン）

Peekは、パフォーマンス要件が非常に要求が厳しく、通常のエンジニアリングプラスチック（POM、PA）またはPPSでさえも満たすことができない「極端な」アプリケーションでよく使用される特殊な高性能エンジニアリングプラスチックです。

利益の優れた高温抵抗：これは、ピークの最も顕著な利点の1つです。長期的には最大250°C、短期的には300°Cを超える温度に耐えることができ、これらの温度で優れた機械的特性を維持できます。これは、PPS（約220°C）およびPA（約150°C）のそれをはるかに超えています。非常に高い機械的強度、剛性、剛性：高温であっても、強度と剛性はほとんど劣化しておらず、高いレベルの持続的なストレスと衝撃負荷に耐えることができます。

優れた耐摩耗性と疲労抵抗：摩擦係数が非常に低く、耐摩耗性が非常に低く、長いサービス寿命、高速、高負荷周期的な動きに非常に適しています。固有の火炎遅延：UL94 V-0評価は、燃焼中の炎症性の追加、および燃焼中の非常に低い煙放出を添加せずに評価します。優れた耐薬品性：酸、アルカリ、炭化水素、燃料油、油圧液など、ほとんどの化学物質や溶媒に対する優れた耐性。また、優れた加水分解耐性を持ち、高温および高圧蒸気環境で使用できます。優れた寸法の安定性：熱膨張係数が低く、水分吸収が非常に低いことにより、広い温度範囲と湿度の高い環境で正確な寸法を維持できます。照射や加水分解に耐性がある：高圧蒸気と温水における高エネルギーの放射と安定した長期操作に耐えることができる。

欠点非常に高いコスト：これは、ピークの最も重要な欠点です。その原材料の価格は通常、POMとPAの10倍または数十倍であり、一般的に使用されるすべての樹脂材料の中で最も高価なものの1つです。処理の難しさ：Peekには非常に高い融点（約343°C）があり、高温射出成形機と高温耐性型、および厳しい処理技術が必要です。厳しいものの、休憩時の伸びは、特定のスーパーインパクトシナリオのトップナイロンの伸びほど良くありません。

典型的なアプリケーションピークギアは、「ノーコスト」または「選択なし」のハイエンドエリアでよく使用されます。航空宇宙：航空機エンジンナセル、着陸装置システム、飛行制御システムのギアとベアリング。自動車：ギアボックスの高温耐性ギア、ハイエンドレースまたは高級車のエンジン管理システム。産業機器：ポンプ、コンプレッサー、高温、腐食性環境で動作するバルブのギアトランスミッション。医療機器：繰り返し高温蒸気滅菌（オートクレーブ）、ロボット駆動コンポーネントを必要とする手術器具で使用できます。半導体製造：高洗練された化学耐性伝送システムで使用されます。

最終的な材料選択決定：

実際のエンジニアリングでは、どの材料を使用するかの選択は、特定の作業荷重、速度、動作温度、周囲のメディア（石油、水、または化学物質と接触するかどうかにかかわらず）、生命の要件、騒音要件、およびコスト予算と比較検討する必要があります。非常に多くの場合、ガラス繊維、炭素繊維、潤滑剤などの添加などの修正を使用して、アプリケーションの要件を最適なパフォーマンスを得るために基本材料の不足を補正します。

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著者:

Ms. Tina

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