特許 6903353 樹脂製ナットおよびそれを用いた滑りネジ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6903353

(24)【登録日】2021年6月25日

(45)【発行日】2021年7月14日

(54)【発明の名称】樹脂製ナットおよびそれを用いた滑りネジ装置

(51)【国際特許分類】

   F16H 25/24 20060101AFI20210701BHJP

   C08L 81/02 20060101ALI20210701BHJP

   C08K 7/06 20060101ALI20210701BHJP

   B29C 45/00 20060101ALI20210701BHJP

   B29K 81/00 20060101ALN20210701BHJP

   B29K 105/12 20060101ALN20210701BHJP

【ＦＩ】

   F16H25/24 B

   C08L81/02

   C08K7/06

   B29C45/00

   B29K81:00

   B29K105:12

【請求項の数】3

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2020-41784(P2020-41784)

(22)【出願日】2020年3月11日

(65)【公開番号】特開2021-55829(P2021-55829A)

(43)【公開日】2021年4月8日

【審査請求日】2020年3月11日

(31)【優先権主張番号】特願2019-166836(P2019-166836)

(32)【優先日】2019年9月13日

(33)【優先権主張国】JP

【早期審査対象出願】

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000177335

【氏名又は名称】三和ニードル・ベアリング株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100163533

【弁理士】

【氏名又は名称】金山 義信

(72)【発明者】

【氏名】中村 卓也

【審査官】 増岡 亘

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１０−２８１１３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２９５６２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−９５９３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５５−７８４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−１９６８０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２５０２８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−１６００１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平５−１９４８５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１５２８９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−４７４５１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｈ ２５／２４

Ｂ２９Ｃ ４５／００

Ｃ０８Ｋ ７／０６

Ｃ０８Ｌ ８１／０２

Ｂ２９Ｋ ８１／００

Ｂ２９Ｋ １０５／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

直動機構に用いる滑りネジが備える、射出成形により作製される樹脂製ナットであって、
前記樹脂製ナットは、１０〜４０重量％の短繊維炭素繊維（ＣＦ）と残部のすべてがポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ樹脂）とで構成される樹脂を用いて製作されており、ナットのネジ部を含めてナット全体を前記短繊維炭素繊維入り樹脂だけで構成され、
前記短繊維炭素繊維の長さは３０〜２００μｍであり、平均径は、７〜８μｍであることを特徴とする樹脂製ナット。

【請求項2】

前記短繊維炭素繊維は、新たに製造されたヴァージン材もしくは再利用のための再生材料のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の樹脂製ナット。

【請求項3】

外周に雄ネジが形成された送りネジ軸と、この送りネジ軸の雄ネジに螺合する雌ネジが形成された前記樹脂製ナットとを備える滑りネジ装置において、前記樹脂製ナットが請求項１または２に記載の樹脂製ナットであることを特徴とする滑りネジ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、樹脂製ナットおよびそれを用いた滑りネジ装置に係り、特に繊維強化材を用いた樹脂製ナットおよびそれを用いた滑りネジ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

装置の静音・低摩擦化および潤滑機構の簡易化のために、直動機構に用いる滑りネジ装置やボールネジ装置において、被動側のナットを樹脂製ナットとすることが提案されている。
例えば特許文献１においては、広い範囲において耐摩耗性に優れ、トルクが低く、かつコスト的に安価な樹脂製ナットおよびすべりねじ装置を得るために、金属製ねじ軸の軸上を無潤滑で摺動しながら相対的に移動する樹脂製ナットが開示されている。このナットでは、金属製ねじ軸に螺合するねじ溝部が、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）に少なくとも四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）と２８０℃で非溶融の有機樹脂粉末とを配合してなるポリフェニレンサルファイド樹脂組成物から形成されている。

【0003】

直動機構に用いる樹脂製ナットの他の例が、特許文献２に開示されている。この公報に記載の樹脂製ナットは、帯電による障害がなく、摩擦摩耗特性に優れ、かつ螺旋軸に対する攻撃性のない送りねじ機構用樹脂製ナットである。詳細には、（Ａ）主としてポリブチレンテレフタレート樹脂（ＰＢＴ）または主としてポリフェニレンスルファイド樹脂（ＰＰＳ）からなる樹脂４０〜９０重量％、（Ｂ）炭素繊維５〜３０重量％、（Ｃ）球状微粉末フェノール樹脂（ＰＦ）を非酸化性ガス雰囲気下８００〜２０００℃にて焼成し得た球状黒鉛化炭素微粉末５〜３０重量％の３成分からなり、３つの成分の合計が１００重量％である熱可塑性樹脂組成物である。

【0004】

また、ボールねじ装置に用いる繊維強化した樹脂ナットの例が特許文献３に開示されている。この公報では、射出成形により作製された繊維強化樹脂製送りねじ用樹脂ナットが、摩耗により経時的に精度劣化するのを低減するために、マトリックス樹脂に強化材として繊維剤を混入して、繊維強化樹脂を射出成形してボールねじ用樹脂ナットを製造している。そして、マトリックス樹脂中の繊維材が雌側ねじ溝の表面に露呈するまでねじ溝を研削し、これにより初期摩耗が少なく長期間に亘り高い寸法精度を保っている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第４８１８３０４号公報

【特許文献2】特開２００２−２９５６２６号公報

【特許文献3】特許第６０４５９３２号公報

【非特許文献】

【0006】

【非特許文献1】ＨＳＰテクノロジーズ、[online]、[令和元年８月２２日検索]、インターネット＜ＵＲＬ：http://hsp-technologies.co.jp/technology.jp/＞

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

上記特許文献１に記載のすべりねじ用樹脂製ナットにおいては、基材としてＰＰＳおよびＰＴＦＥの混合物を使用し、強化材としてチタン酸カリウムウイスカ、酸化チタンウイスカ、酸化亜鉛ウイスカ、ホウ酸アルミニウムウイスカ、炭酸カルシウムウイスカ、硫酸マグネシウムウイスカ、ウォラストナイト、ゾノトライト、酸化マグネシウムウイスカ等の無機材料を使用している。これらのウイスカ材料は、金属製ねじ軸との摺動で温度上昇しても、２８０℃までは溶融しないので耐摩耗性に優れるものと思われる。しかしながら、樹脂製ナットに局所的な応力が作用して基材であるＰＰＳやＰＴＦＥが局所的に温度上昇して溶融すると、樹脂ナットが局所的に変形しその形状を維持するのが困難となり、摩耗や摩擦の増加を引き起こす恐れがある。また基材に分散した無機材料ウイスカは、低負荷の場合には樹脂製ナット全体の強度を負担できるが、高負荷ではさらなる強度負担能力が必要である。

【0008】

上記特許文献２に記載の送りねじ機構用の樹脂製ナットでは、ＰＰＳやＰＢＴを基材とし、炭素繊維および球状黒鉛化炭素微粉末を加えている。ここで、炭素繊維は主として強度部材として働き、一方、球状黒鉛化炭素微粉末は樹脂製ナットの相手材である金属製ねじ軸への攻撃性を緩和するために使用されている。そのため球状黒鉛化炭素微粉末は所定量必要であるとともに、所定量を超えると樹脂製ナットを形成できなくなる不都合が生じる。以下の発明を実施する形態の項で示すように、球状黒鉛化炭素微粉末は金属製ねじ軸を使用する場合であっても必ずしも必要ではないことが本発明者等の試験的研究により見出されているので、この球状黒鉛化炭素微粉末を除いた簡単な組成の樹脂製ナットの実用化が求められている。

【0009】

さらに上記特許文献３に記載のボールねじ用樹脂ナットでは、配向性のない部分まで樹脂ナットの摺動面を研削することにより、摺動面にガラス繊維や炭素繊維、ポリアミド等の高分子繊維、炭化ケイ素ウイスカのような無機材料のウイスカを露出させて、ＰＰＳ等の基材の初期摩耗を抑制している。しかしながらこの公報に記載の樹脂ナットでは、摺動面に露出させる繊維材を、強度や硬度の異なる複数の繊維材で使用可能としているが、相手材である金属製送りねじ軸との関係で必ずしも複数の種類の繊維材を使用できるわけではない。また繊維材の全体に占める割合によりその効果が変化することは当然であり、繊維材の割合等を規定する必要もある。

【0010】

本発明は上記従来技術の不具合に鑑みなされたものであり、その目的は摺動面の形状が長時間高精度に維持される滑りネジ装置に用いる樹脂製ナットを実現することにある。本発明の他の目的は、上記目的に加えて、製造が容易で低摩擦な樹脂製ナットを実現することにある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記目的を達成する本発明の特徴は、直動機構に用いる滑りネジが備える、射出成形により作製される樹脂製ナットであって、前記樹脂製ナットは、ポリフェニリンサルファイド（ＰＰＳ樹脂）を基材とし、１０〜４０重量％の短繊維炭素繊維（ＣＦ）が含まれていることにある。

【0012】

そしてこの特徴において、前記短繊維炭素繊維の長さは３０〜２００μｍであることが好ましく、前記短繊維炭素繊維の平均径は、７〜８μｍであることが好ましい。また上記特徴において、前記短繊維炭素繊維は、新たに製造されたヴァージン材もしくは再利用のための再生材料のいずれであってもよい。

【0013】

上記目的を達成する本発明の他の特徴は、外周に雄ネジが形成された送りネジ軸と、この送りネジ軸の雄ネジに螺合する雌ネジが形成された樹脂製ナットとを備える滑りネジ装置において、前記樹脂製ナットが上記のいずれかの特徴を有することにある。

【0014】

上記目的を達成する本発明の特徴は、直動機構に用いる滑りネジが備える、射出成形により作製される樹脂製ナットの製造方法であって、ポリフェニリンサルファイド（ＰＰＳ樹脂）に１０〜４０重量％の短繊維炭素繊維（ＣＦ）を分散させてペレットを作製する工程と、前記ペレットを用いて射出成形により所望ネジ呼び径およびピッチを有する前記樹脂製ナットを形成する工程と、を備えることにある。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、ＰＰＳ樹脂に約１０〜４０重量％の短繊維の炭素繊維を加えるだけで樹脂製ナットを射出成形で製造可能にしたので、樹脂製ナットの製造が容易になるとともに、樹脂製ナットの摺動面形状を長時間に亘り高精度に維持することが可能になった。特に短繊維炭素繊維の長さが３０〜２００μｍ、繊維の太さの平均が約７〜８μｍであれば、上記効果は顕著である。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明に係る寿命試験装置の概略図である。

【図2】実施例１で使用した試料の主要仕様である。

【図3】本発明に係る摩耗または変形測定方法の概略図である。

【図4】実施例１の試験結果を示す表及びグラフである。

【図5】実施例２、３で使用した試料の主要仕様である。

【図6A】実施例２、３の試験結果の概要を示す図である。

【図6B】実施例２の試験結果を示すグラフである。

【図6C】実施例２の試験結果を示すグラフである。

【図6D】実施例２の試験結果を示すグラフである。

【図6E】実施例２の試験結果を示すグラフである。

【図6F】実施例２の試験結果を示すグラフである。

【図7A】短繊維炭素繊維の長さ測定結果の一例を示す表である。

【図7B】短繊維炭素繊維の長さ測定結果の他の例を示す表である。

【図8A】測定した短繊維炭素繊維の一例を示す拡大写真である。

【図8B】短繊維炭素繊維の拡大写真である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下本発明に係る滑りネジ装置に用いる樹脂製ナットについて、図面を用いて説明する。図１は、樹脂製ナット１００を評価するための耐久試験装置１０の原理を示す概略正面図である。耐久試験装置（寿命試験装置とも称す）１０は、樹脂製ナット１００に螺合する送りネジ軸１３０が垂直方向を向いた、縦軸の試験装置である。樹脂製ナット１００はフランジ付ナットであり、フランジ部１１０と本体部１２０を有する。本体部１２０には、一般的に用いられる６０度三角ネジ（１条ネジ）の雌ネジ１２２が内面側に切られており、相手材である送りネジ軸１３０の外周部に形成された雄ネジ１３２と僅かな隙間を形成して螺合する。

【0018】

フランジ部１１０は本体部１２０の下側にあり、樹脂製ナット１００と送りネジ軸１３０を含む滑りネジ装置の負荷となる平板１４０をその上面に載置している。以下の実施例１および実施例２では、平板１４０の質量は２．５ｋｇである。平板１４０の外周側複数箇所に孔１４２が形成されており、ベース１２に立設された複数のガイド軸１６に嵌合している。従って樹脂製ナット１００が上下動すると平板１４０も抵抗少なく上下動することが可能になる。

【0019】

垂直に配設された送りネジ軸１３０の下端部近傍にはこの送りネジ軸１３０を回転保持する下軸受１５０が配置されている。一方、送りネジ軸１３０の上端部近傍にも送りネジ軸１３０を回転保持する上軸受１５２が配設されている。なお上軸受１５２は、実施例１では配設されていない。下軸受１５０と上軸受１５２の間に樹脂製ナット１００が配設される。

【0020】

送りネジ軸１３０の下端部は、カップリング１６２を介して駆動用のＤＣモータ（駆動モータと称す）１６０に連結されている。駆動モータ１６０はベース１２に固定されている。駆動モータ１６０は制御器１７０により制御される。樹脂製ナット１００の上下動範囲を設定するため、樹脂製ナット１００または負荷である平板１４０に対向して上、下リミットスイッチ１７２、１７４が配設されている。制御器１７０は、樹脂製ナット１００または平板１４０が上または下リミットスイッチ１７２、１７４に達すると、駆動モータ１６０にその回転動を止め反対方向の回転に移るよう指令する。

【0021】

正常運転時には、樹脂製ナット１００は上下リミットスイッチ１７２、１７４間を繰り返し往復動する。樹脂製ナット１００の雌ネジ１２２面および／または送りネジ軸１３０の雄ネジ１３２面が摩耗し、樹脂製ナット１００の雌ネジ１２２面と送りネジ軸１３０の雄ネジ１３２面の螺合が外れると、樹脂製ナット１００は負荷である平板１４０重量により落下し、下リミットスイッチ１７４よりも下方のストッパ１７６に当接して停止する。このような現象が生じたら寿命試験における寿命とみなし、制御器１７０は駆動モータ１６０を即座に停止する。

【0022】

以上のように構成した寿命試験装置を用いて、上下ストローク１４０ｍｍ（上下リミットスイッチ１７２、１７４間の距離７０ｍｍ）、駆動モータ１６０の回転速度５００ｒｐｍで、樹脂製ナット１００の各種試料を連続運転して試験した結果を以下に示す。

【実施例1】

【0023】

初めに、主としてガラス繊維を樹脂に分散させて樹脂を強化したガラス繊維強化樹脂を樹脂製ナット材の有力候補と考え、ガラス繊維強化樹脂製ナットを射出成形で製作し、図１に示した寿命試験装置１０を用いて耐久試験を実施した。図２に、この耐久試験に用いた試料の代表仕様を示す。試験した樹脂製ナット１００は試料名Ｆ１〜Ｆ３で表される。

【0024】

試料Ｆ１〜Ｆ３は、すべて同一のペレット［ポリフェニリンサルファイド（ＰＰＳ樹脂）とガラス繊維の混合物］から射出成形された、同一組成の樹脂製ナット１００である。ガラス繊維（ＧＦ）の含有量は３０重量％であり、残りの基材はＰＰＳ樹脂である。試料Ｆ１、Ｆ２は、射出成形された外径がφ６ｍｍ、ネジ呼び径が３ｍｍのガラスファイバ（ＧＦ）強化樹脂製ナット１００であり、公称肉厚（（外径-ネジ内径）／２）が、１．５ｍｍである。試料Ｆ３は、外径が４ｍｍ、ネジ呼び径が２ｍｍ、公称肉厚が１．０ｍｍである。送りネジ軸１３０は、ＳＵＳ３０３ステンレス鋼の未処理材である。本試験では、垂直軸の下端部付近のみ軸受支持し、上端側は樹脂製ナット１００が軸受の役割をも果たしている。本実施例では、ガラス繊維のもつ耐久性および強度と、ＰＰＳのもつ高融点と広範な環境での寸法安定性および易加工性を組み合わせて利用している。樹脂製ナット１００のフランジ部１１０に取付けた平板１４０が負荷であり、本実施例１および実施例２ではその重さは２．５（ｋｇ）である。

【0025】

耐久試験においては、所定走行距離（所定ストローク繰り返し数）または所定時間経過するごとに耐久試験を一旦停止し、耐久試験装置１０から被試験体である樹脂製ナット１００を取り外し、別途製作したガタ計測装置３００を用いて、送りネジ軸１３０に螺合した状態における樹脂製ナット１００と送りネジ軸１３０の間の軸方向移動可能距離（ガタ）を計測した。

【0026】

図３に、ガタ計測装置３００を模式的に部分断面正面図で示す。耐久試験で用いる送りネジ軸１３０の往復ストロークとほぼ同じ長さの測定用送りネジ軸３３４の軸方向ほぼ中央部に、所定時間（例えば１５０（ｈ））または所定走行距離（例えば０．５（ｋｍ））だけ耐久試験した被試験体である樹脂製ナット１００を螺合する。測定用送りネジ軸３３４の一方端には、測定機であるデジタルフォースゲージ３１０の当接部３１２に当接する当接部３３６が形成されている。両当接部３１２、３３６は、デジタルフォースゲージ３１０が付勢する軸方向付勢力の作用方向が、測定用送りネジ軸３３４の軸方向に一致する形状に形成されている。デジタルフォースゲージ３１０は付勢力を表示する表示部３１４と、入力の入り／切りや入力量を指示する複数の押しボタン３１６を有する。デジタルフォースゲージ３１０には、例えば日本電産シンポ（株）のデジタルフォースゲージＦＧＰ−２０を用いる。

【0027】

樹脂製ナット１００のフランジ部１１０にはスタンド３０２が取付けられていて、測定中の樹脂製ナット１００の軸方向移動を防止する。計測時にデジタルフォースゲージ３１０から軸方向付勢力が付勢された結果、樹脂製ナット１００が回転し始めるのを防止するために、スタンド３０２の一部に回り止め３０６が取付けられている。スタンド３０２の中央部を貫通して、測定用送りネジ軸３３４が延在している。延在した測定用送りネジ軸３３４の先端部には当接部３０４が形成されており、押え板３２２の裏面側に当接する。押え板３２２とスタンド３０２の間にはバネ保持具３２６が配置されている。バネ保持具３２６には貫通穴が形成されておりその穴にバネ３２８の一端部が配置され、その背面側を押え軸３２４が押えている。これによりバネ３２８は、バネ保持具３２６とスタンド３０２間に保持される。ダイヤルゲージ３３０の当接部３３２が、押え板３２２の表面側に当接する。バネ３２８は、ダイヤルゲージ３３０とデジタルフォースゲージ３１０の軸心を調整する。ダイヤルゲージ３３０には、例えば１μｍ目盛のミツトヨ製標準型ダイヤルゲージ２１０９Ｓ−１０を用いる。

【0028】

従って、デジタルフォースゲージ３１０から測定用送りネジ軸３３４に軸力が付勢されると、樹脂製ナット１００は回転も軸方向移動もせずに静止した状態を保つ。一方、測定用の樹脂製ナット１００は樹脂製ナット１００と測定用送りネジ軸３３４の間に形成される隙間（ガタ分）だけ、デジタルフォースゲージ３１０の付勢力により軸方向に変位可能になる。ガタ量変化の計測に当たっては、デジタルフォースゲージ３１０の軸方向付勢力を１．９６（Ｎ）ずつ３．９２（Ｎ）から１９．６（Ｎ）まで増加させて、そのときの累積ガタ量の変化を記録した。

【0029】

図４に、実施例１における試験結果を示す。図４（ａ）は、結果の概要を示す表であり、図４（ｂ）は各試料におけるガタ量の変化を示す図である。図４（ａ）において、試料Ｆ１と試料Ｆ２は上述したとおり同一構成のものである。先行した試料Ｆ１の耐久時間（走行時間）が２８６（ｈ）、走行距離３．８（ｋｍ）と予測をかなり下回ったので、確認のため同一試験条件で試料Ｆ２を再試験の目的で試験した。試料Ｆ２においても、耐久時間（走行時間）２７１（ｈ）、走行距離３．６（ｋｍ）と予測を下回った。

【0030】

試料Ｆ１、Ｆ２の、走行距離（ｋｍ）に対するガタ量の変化を図４（ｂ）に示す。この図４（ｂ）では、後述する実施例２での試験結果を対比のために併記する。０．５（ｋｍ）走行するごとに、樹脂製ナット１００を耐久試験装置１０から取り外し、ガタ計測装置３００に取付けて測定した結果である。ガタ量は、デジタルフォースゲージ３１０の付勢力を３．９２（Ｎ）〜１９．６（Ｎ）まで変化させた９回の測定結果の内の最大値を示している。折れ線４１０は試料Ｆ１についての結果であり、折れ線４１２は試料Ｆ２についての結果である。また比較例の折れ線６１０は短繊維炭素繊維含有ＰＰＳ試料Ａ１についての結果であり、折れ線６１２は同様に試料Ａ２についての結果である。

【0031】

送りネジ軸１３０に樹脂製ナット１００が抵抗なくかつ余分なガタが無く螺合するためには、初期ガタ量として１（μｍ）程度必要であることが分かる。走行距離２．５（ｋｍ）程度までは、いずれの試料においても、初期状態から０．５（μｍ）程度のガタ量の増大が見られる程度であったが、その後ガラス繊維含有ＰＰＳ試料であるＦ１、Ｆ２はガタ量が増大し、３．５（ｋｍ）を超えると２．５（μｍ）以上のガタを生じて、事実上試験運転の継続が困難になった。それとともに、耐久試験時には大きな音が発生し、無処理の送りネジ軸１３０表面を攻撃している様子が見て取れた。試料Ｆ１、Ｆ２内に含有されたガラス繊維の硬度が高くて、ＳＵＳ３０３製の軸表面との摺動時に多大な摩擦と摩耗が生じたものと思われる。これらの試料Ｆ１、Ｆ２の最終的な摩耗量は、それぞれ２．６０（μｍ）、４．３０（μｍ）であった。なお詳細な試験結果を記載しないが、試料ＦＩ〜Ｆ３と同一組成の樹脂製ナット１００の公称肉厚を０．５（ｍｍ）とした場合には、走行距離が０．６（ｋｍ）に達しない内に樹脂製ナットが破断した。

【0032】

上述の知見をもとに、試料Ｆ３では送りネジ軸１３０の軸径をφ２（ｍｍ）とし、樹脂製ナット１００の公称肉厚を１．０（ｍｍ）として上記と同一の試験条件で試験した。走行距離が８（ｋｍ）に達したときに、試料Ｆ１、Ｆ２が走行距離３．５（ｋｍ）前後で示したのとほぼ同程度の最大ガタ量２．６（μｍ）が検出されたので、耐久試験を中断した。試料Ｆ３においても、予測以下の結果しか得られなかった。

【実施例2】

【0033】

実施例１においては、樹脂製ナットに求める耐久性が得られなかったので、主として炭素繊維を含有するＰＰＳ製の樹脂製ナット１００について耐久試験した。なお、耐久試験を継続して樹脂製ナット１００および送りネジ軸が摩耗すると、樹脂製ナット１００には負荷である平板１４０の自重に起因する軸方向力の他に、走行時間とともに増大する半径方向力（軸振れ力）が作用することが判明した。そこで、送りネジ軸１３０の摩耗を無くし、樹脂製ナット１００に走行時間とともに増大する半径力が発生するのを防止するために、耐久試験装置１０に次の変更を加えた。
変更：「送りネジ軸１３０に上側軸受を追加した。」

【0034】

また、ネジ軸の耐摩耗性を向上させ、加工精度を上げるためにネジ軸の硬化処理（熱処理）を実施した。硬化処理を行うことにより、硬くなるので研削精度が向上し、研削精度が向上するので加工精度も向上することになる。

【0035】

図５（ａ）に、実施例２で用いた試料の主要仕様を示す。実施例２では、耐久試験装置１０を改良するとともに、被試験体である樹脂製ナット１００の構造も統一した。すなわち、送りネジ軸１３０は、外径が３（ｍｍ）でピッチが０．５（ｍｍ）である。この送りネジ軸１３０に螺合する試料Ａ１〜Ｅ１は、すべて外径がφ４（ｍｍ）で、公称肉厚（（外径−ネジ呼び径）／２）が０．５（ｍｍ）であり、試料Ｅ１を除いた残りのすべては基材となる、短繊維炭素繊維を含有するＰＰＳ製である。試料Ｅ１は、ガラス繊維を含有するＰＰＳである。試料Ａ１と試料Ａ２は、ＰＰＳに４０重量％の短繊維炭素繊維を含み、試料Ａ１はＰＰＳに短繊維炭素繊維の他にクレイ等の層状ケイ酸塩を５％程度添加した、非特許文献１に記載のものである。短繊維炭素繊維、層状ケイ酸塩およびＰＰＳを含む材料を高剪断成形加工してペレットを作製し、そのペレットから射出成形により樹脂製ナット１００を形成している。

【0036】

試料Ｂ１とＢ２は、ＰＰＳに３０重量％の短繊維炭素繊維を含む点で、試料Ａ１、Ａ２と相違している。試料Ｂ１は、非特許文献１に記載されたＰＰＳに短繊維炭素繊維の他にクレイ等の層状ケイ酸塩を５％以下添加している。なお、試料Ａ１、Ａ２では短繊維炭素繊維として再生材料（Ｒ）を使い、試料Ｂ１、Ｂ２では短繊維炭素繊維として新製材料（Ｖ）を使用している。再生材料（Ｒ）は何らかのものに使用されたか使用しようとしたものを再度作り直した（リサイクルした）短繊維炭素繊維であり、新製材料（Ｖ）は新たに作り出した（ヴァージンの）短繊維炭素繊維である。

【0037】

試料Ｃ１とＤ１は、それぞれ異なるメーカで製造されたペレットを使用しているが、ＰＰＳに３０重量％の短繊維炭素繊維を含有させている点で共通している。試料Ｃ１とＤ１は、メーカのカタログ記載の値を用いて添加物０％として示している。試料Ｃ２、Ｃ３は試料Ｃ１と同一メーカ製であり、短繊維炭素繊維の含有量だけが１０％と低下している点で相違する。

【0038】

上記各試料についての、耐久試験結果（現状値）の概要を、図６Ａに示す。試験条件は、質量２．５ｋｇの平板１４０を軸方向荷重として作用させ、片側７０ｍｍのストロークで繰り返し往復動させる。駆動モータ１６０、すなわち送りネジ軸１３０の回転速度は５００（ｒｐｍ）である。なお、試料Ｂ１については樹脂製ナット１００を製造したが、他の試料の試験結果および実施例１の試験結果を鑑みて、試験には及ばなかった。

【0039】

耐久試験装置１０の個数の制限から、試験時間はそれぞれ異なっているが、目標走行距離４２（ｋｍ）を超えて運転できた試料および目標走行距離を超えると思われる試料がいくつか見られた。走行距離が目標走行距離を超えた試料は、試料Ａ１、Ｃ１、Ｄ１である。短繊維炭素繊維の含有量が４０％である試料Ａ１は、目標走行距離の２倍である８４（ｋｍ）までガタ量に大きな変動が出現せずに安定して走行した後、破損して運転を終了した。試料Ｃ１も目標走行距離を大幅に超える７０（ｋｍ）走行後に破損して試験を終了した。試料Ｃ１においても、破損前まではガタ量に大きな変動は出現しなかった。試料Ｄ１は現時点（優先権主張出願時点）では、目標走行距離を超える６６（ｋｍ）まで走行を継続している。

【0040】

上記の結果を踏まえて、試料Ａ２、Ｂ２は目標走行距離には達していないものの、他の試験を優先するために中断した。これらの試料は、短繊維炭素繊維含有量が４０％と３０％であり、上記目標走行距離を達成した試料と同程度の短繊維炭素繊維含有量であるので、同様の結果が得られることが想定される。遅れて試験を開始したガラス繊維含有ＰＰＳ製のナット（試料Ｅ１）は、目標走行距離よりわずかに短い３５．７（ｋｍ）で破損した。試料Ｅ１は、後述するように走行の初期からガタ量が大きく、またガタ量が走行距離と共に漸増していた。

【0041】

各試料についての、走行距離３０（ｋｍ）までのガタ量の変化を図６Ｂに示す。図６Ｂ（ａ）はＸ社製の試料Ａ１、Ａ２、Ｂ２についての結果であり、図６Ｂ（ｂ）は、Ｙ社製の試料Ｃ１、Ｚ社製の試料Ｄ１についての結果である。樹脂製ナット１００と送りネジ軸１３０が円滑にかつ余分なガタが無く螺合するためには、１（μｍ）程度のガタが必要であり、それは初期ガタ量として表されるが、各試料Ａ１〜Ｄ１においても初期ガタ量は１（μｍ）程度で示されている。走行距離３０（ｋｍ）までの耐久試験結果では、図６Ｂ（ｂ）に示す試料Ｃ１のグラフ６２５と試料Ｄ１のグラフ６２６において、走行距離が１（ｋｍ）程までの馴染み運転時にガタ量が０．４（μｍ）程度増加し、その後走行距離が３０（ｋｍ）程度までの間ではガタ量が０．２（μｍ）程度の増大に収まっている。これにより、総合的に優良（◎）と判定した。

【0042】

一方、短繊維炭素繊維の起源および含有量を変えた試料Ａ１、Ａ２、Ｂ２の耐久試験においては、４０重量％の炭素繊維を含む試料Ａ１の折れ線グラフ６２１と試料Ａ２の折れ線グラフ６２２の間では、初期状態から初期馴染み運転時までのガタ量の増加が０．５（μｍ）であり、ほぼ同一の軌跡を辿る。しかしながらその後は、両者の間のガタ量が０．２〜０．３（μｍ）程度乖離したまま、ほぼ一定のガタ量が継続する。３０重量％の短繊維炭素繊維（ヴァージン材）を含むＰＰＳ試料Ｂ２の折れ線グラフ６２４では、初期馴染み運転までは４０重量％の炭素繊維を含む試料Ａ１、Ａ２よりも低いガタ量を示すが、走行距離が４（ｋｍ）を超えると試料Ａ２とほぼ同じ軌跡を辿る。ただし、平均のガタ量は、試料Ｃ１、Ｄ１にやや近い。

【0043】

走行試験結果の他の例を、図６Ｃに示す。図６Ｃ（ａ）は、長寿命であった試料についての結果を示す図であり、図６Ｂ（ａ）に対応する図である。試料Ａ１の破損までの走行距離に対応する走行距離８４（ｋｍ）を限度としてプロットしている。試料Ａ１の折れ線グラフ６２１が示すように、試料Ａ１は破損までガタ量が２（μｍ）以下で継続運転可能であった。試料Ｃ１の折れ線グラフ６２５は、破損時の走行距離７０（ｋｍ）まで終始試料Ａ１の折れ線グラフ６２１の下方にあり、ガタ量が２（μｍ）を下回る１．７程度で破損した。ただし、ガタ量の増加割合（勾配）は試料Ａ１より大きい。試料Ｄ１の折れ線グラフ６２６は、試料Ｃ１の折れ線グラフ６２５とほぼ同じ軌跡を辿って、走行距離６６（ｋｍ）を超えて運転中である。

【0044】

図６Ｃ（ａ）では、比較のためにガラス繊維を３０％含有した試料Ｅ１の結果を併せて示している。走行開始数キロメートルまでは、試料Ｅ１の折れ線グラフ６５４は、最も長寿命であった試料Ａ１の折れ線グラフ６２１よりも下側に位置しているが、試料Ａ１の折れ線グラフ６２１よりも大きな勾配で漸増しすぐにガタ量が２（μｍ）を超え、目標走行距離に達しない３５．７（ｋｍ）で破損した。破損直前のガタ量は２．７（μｍ）を超え、破損時のガタ量は１７．５（μｍ）にも達した。

【0045】

図６Ｃ（ｂ）に、短繊維炭素繊維含有量が１０％と少ない試料Ｃ２、Ｃ３についての走行試験結果を、Ｃ２の折れ線グラフ６４４と試料Ｃ３の折れ線グラフ６４６で示す。比較のために最長の寿命を有する試料Ａ１の、当該走行距離における結果の折れ線グラフ６２１を併記する。短繊維炭素繊維含有量が１０％の試験は着手したばかりであるが、いずれも短繊維炭素繊維を３０％含む試料と傾向が似ている。この図６Ｃ（ｂ）に折れ線グラフ６４２で示したのは、本明細書では詳細を省略した、短繊維炭素繊維を３０％含む試料Ｄ１と同一組成のナットを、相手材であるネジ軸だけを変えて試験した結果である。具体的にはネジ軸にＳＵＳ３０４の切削加工材（表面研磨せず）を用いている。表面研磨しないため、ネジ軸表面に切削痕である微細な凹凸が発生し、その凹凸が試料Ｅ１のネジ面を攻撃しているものと考えられ、走行距離９（ｋｍ）で破損した。

【0046】

図６Ｄに、走行距離が１番目と２番目に長い、試料Ａ１、Ｃ１のガタ量を初期値とともに示す。図６Ｄ（ａ）は、５４（ｋｍ）走行後の試料Ａ１についてガタ計測装置３００を用いてガタ量を測定した結果である。デジタルフォースゲージ３１０が付勢する付勢力に対するガタ量の変化を示している。図６Ｄ（ｂ）は、４６（ｋｍ）走行後の試料Ｃ１について、同様の計測を実行した結果のガタ量の変化を示す図である。各図において横軸は、デジタルフォースゲージ３１０の付勢力（Ｎ）であり、縦軸はダイヤルゲージ３３０が示すガタ量である。ガタ量は、累積変化値である。折れ線グラフ６３０は耐久試験前の試料Ａ１のガタ量であり、折れ線グラフ６３１は５４（ｋｍ）走行後の試料Ａ１のガタ量である。同様に、４６（ｋｍ）走行した後の試料Ｃ１について、ガタ計測装置３００を用いてガタ量を測定した結果を示す。図６Ｄ（ｂ）において、折れ線グラフ６３５は、耐久試験前の試料Ｃ１のガタ量を示しており、折れ線グラフ６３６は４６（ｋｍ）走行後の試料Ｃ１のガタ量を示している。

【0047】

初期状態では、デジタルフォースゲージ３１０の付勢力が１４（Ｎ）程度を越えると０．３（μｍ）程ガタが増大する。これは付勢力によりＰＰＳが弾性変形することによるものと考えられる。一方、５４（ｋｍ）運転時の試料Ａ１では、約１８（Ｎ）より大きい付勢力時にガタ量が増大している。換言すれば、付勢力が約１８（Ｎ）以下であればガタ量が２．０（μｍ）と安定しており、付勢力が約１８（Ｎ）以下であれば樹脂製ナット１００の摺動特性に付勢力は大きな影響を与えないことが分かる。４６（ｋｍ）走行後の試料Ｃ１では、付勢力が約１２（Ｎ）以降で、ガタ量が２．０（μｍ）と５４（ｋｍ）走行後の試料Ａ１の安定荷重時に等しい値を示しており、付勢力の影響が少ない範囲がより広がっている。

【0048】

図６Ｅに、耐久試験を終了する直前における、ガタ計測装置３００を用いたガタ量の測定結果を示す。これらの図は、図６Ｄに対応する図であり、図６Ｅ（ａ）は試料Ａ１について、図６Ｅ（ｂ）は試料Ｃ１についての図である。デジタルフォースゲージ３１０の付勢力が約１８（Ｎ）以上のときに、ガタ量が３（μｍ）に増大している以外は、図６Ｄの結果とほぼ同じである。これらの結果から、本試験装置では、デジタルフォースゲージの付勢力を大きくしたときに、最大ガタ量が３（μｍ）を超えると滑りねじ機構の運転が安定性を欠くことが分かる。

【0049】

実施例１の耐久試験では良好な結果を得られなかったガラス繊維含有ＰＰＳ製ナットであるが、ナットの負荷条件を上記のように変更しているので、再度確認のため耐久試験を開始した。図６Ｆに、ガラス繊維を含有する試料Ｅ１の試験結果を示す。図６Ｆ（ａ）は、走行試験結果のグラフであり、図６Ｆ（ｂ）は、破損直前における付勢力によるガタ量変化を示す図であり、折れ線グラフ６５６が破損直前の測定結果を、折れ線グラフ６５０が参考として初期状態の測定結果を示している。図６Ｆ（ａ）において、試料Ｅ１の折れ線グラフ６５４は、目標走行距離４２（ｋｍ）に達しない、走行距離３５．７（ｋｍ）で破損した。ガラス繊維で補強しているため炭素繊維に比べてガタ量が走行初期から大きく、走行距離が約１０（ｋｍ）を超えた時点でガタ量が２（μｍ）を超え、その後も漸増してガタ量が約２．８に達して破損した。破損直前のガタ量は、付勢力の全範囲において３を超えており、付勢力が約２０（Ｎ）ではガタ量は２７を超えている。初期の段階では、図６Ａに示す最大ガタ量や摩耗量が、３０（ｋｍ）以上の走行実績がある試料Ｂ２にほぼ等しく、同様に３０（ｋｍ）以上の走行実績がある試料Ｃ１、Ｄ１よりも劣っていた。そして、試料Ｃ１とは走行距離で１０倍ほどの開きがあるにもかかわらず摩耗が進行していて、上記結果につながった。

【実施例3】

【0050】

樹脂の種類を変えて上記走行試験装置を用いて耐久試験した結果を、図５（ｂ）および図６Ａ（ｂ）に示す。図５（ｂ）は、３種の試料Ｈ１〜Ｈ３の組成を示す表であり、図６Ａ（ｂ）はそれぞれの走行試験結果の概略を示す表である。まだ耐久試験に着手したばかりであり、走行距離は目標走行距離の１割にも満たないが、既にＡＢＳ樹脂製のナットである試料Ｈ１は０．４（ｋｍ）で破損した。ナイロン６６製のナットである試料Ｈ２は、走行試験を継続はしているもののガタ量が３．８（μｍ）にも達しており、長寿命は期待できない。ポリアセタール樹脂製の試料Ｈ３は走行距離２（ｋｍ）までではあるがガタ量が約２．４（μｍ）あり、試料Ｈ２ほどではないがガタ量が長寿命であった試料Ａ１等に比べて大きい。

【0051】

図７Ａ、図７Ｂに、試料Ａ１〜試料Ｄ１に用いる短繊維炭素繊維の繊維長の測定結果の一例を、図８Ａに、測定に用いた短繊維炭素繊維の一例の写真を、図８Ｂに、短繊維炭素繊維を含有するＰＰＳの一例の拡大写真をそれぞれ示す。図７Ａに示す短繊維炭素繊維の測定では、射出成形後の短繊維炭素繊維を含有したＰＰＳから一部を切り取り加熱し、加熱後に短繊維炭素繊維のみをエタノールに分散させ、光学式顕微鏡で観察および長さを計測した。短繊維炭素繊維を含有するＰＰＳの異なる２カ所からサンプルＳＡ、ＳＢを切り出している。図７Ｂに示す短繊維炭素繊維の測定では、ペレットおよびネジに成形した後に切り出した部分を測定している。サンプルＳＤはピッチ０．５のネジの一部であり、サンプルＳＥはピッチ２．１のネジの一部である。なお、エタノールに分散させる代わりに、界面活性剤を用いて分散させた。

【0052】

図８Ａに、サンプルＡの一部を示す。エタノール中に短繊維炭素繊維分散させた状態である。図８Ａの写真でも明らかなように、短繊維炭素繊維の径はほぼ一様であり、その大きさは７．５（μｍ）程度であった。図示しないが、サンプルＳＢについても同様である。短繊維炭素繊維長さは、図７Ａ、図７Ｂに示すように、サンプルＳＡでは７．３〜２００．２（μｍ）、サンプルＳＢでは６８．３〜１９８．２（μｍ）、サンプルＳＣでは３６．１〜３０１．４（μｍ）とバラバラではあるが、殆どが約３０〜２００（μｍ）の範囲である。ネジに成形された部分からなるサンプルＳＤでは、その長さが５６．１〜１８３．３（μｍ）、サンプルＳＥでは４６．６〜１８０．０（μｍ）であり、平均長さも約１１３（μｍ）とサンプルＳＤとサンプルＳＥでほぼ同じであった。ネジに形成されたものには、１００（μｍ）以下が少ないことが分かる。

【0053】

サンプルＳＥおよびサンプルＳＤの短繊維炭素繊維の太さ（径）は、それぞれ５．８〜８．７（μｍ）、６．１〜８．１（μｍ）であり、その平均はいずれも７．２（μｍ）であるとともに、７（μｍ）台が殆どであった。従って樹脂製ナットに含有させる炭素繊維の太さは、平均太さが７〜８（μｍ）であることが望ましい。

【0054】

以上記載したように、滑りネジ装置に用いる樹脂製ナットを耐久試験した本発明によれば、ＰＰＳに１０〜４５重量％、好ましくは３０〜４０重量％程度の短繊維炭素繊維を含有させることにより、長寿命の樹脂製ナットが得られた。なお、短繊維炭素繊維を４５重量％を超えて多量にＰＰＳに含有させると、射出成形時にＰＰＳに割れ等が生じて所望の形状となるナットの歩留まりが低下する。さらに、ガラス繊維も短繊維炭素繊維も含まないＰＰＳ単独では、剛性が欠如して射出成形を適用することができないのみならず、樹脂製ナットに求められる強度を担保する能力が無い。

【0055】

また、短繊維炭素繊維の代わりにガラス繊維をＰＰＳに含有させた場合には、長寿命の短繊維炭素繊維入りＰＰＳに比べて、ガタおよび摩耗が試験の初期から大きかった。なお、上記各実施例ではネジ呼び径を２または３ｍｍとしているが、ネジ呼び径はこれらに限るものではなく、所望ネジ呼び径の樹脂製ナットに適用できることは言うまでも無い。しかしながら樹脂製ナットの強度上の制限から、過大な負荷が予想される過度に大径のネジには不適であり、所望ネジ呼び径は１２ｍｍ程度までであり、特に呼び径が０．６〜５ｍｍ程度のネジに適用して好適である。

【符号の説明】

【0056】

１０…寿命試験装置（耐久試験装置）、１２…ベース、１６…ガイド軸、１００…樹脂製ナット、１１０…フランジ部、１２０…本体部、１２２…雌ネジ、１３０…送りネジ軸、１３２…雄ネジ、１４０…平板（負荷）、１４２…孔、１５０…下軸受、１５２…上軸受、１６０…駆動モータ、１６２…カップリング、１７０…制御器、１７２…上リミットスイッチ、１７４…下リミットスイッチ、１７６…ストッパ、３００…ガタ計測
装置、３０２…スタンド、３０４…当接部、３０６…回り止め、３１０…デジタルフォースゲージ、３１２…当接部、３１４…表示部、３１６…押しボタン、３２２…押え板、３２４…押え軸、３２６…バネ保持具、３２８…バネ、３３０…ダイヤルゲージ、３３２…当接部、３３４…測定用送りネジ軸、３３６…当接部、４１０…試料Ｆ１のガタ量変化、４１２…試料Ｆ２のガタ量変化、６１０…試料Ａ１のガタ量変化、６１２…試料Ａ２のガタ量変化、６２１…試料Ａ１のガタ量変化、６２２…試料Ａ２のガタ量変化、６２４…試料Ｂ２のガタ量変化、６２５…試料Ｃ１のガタ量変化、６２６…試料Ｄ１のガタ量変化、６３０、６３１…試料Ａ１のガタ量変化、６３５、６３６…試料Ｃ１のガタ量変化

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図6D】

【図6E】

【図6F】

【図7A】

【図7B】

【図8A】

【図8B】