JP6045932B2 - ボールねじ用樹脂ナット及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、ボールねじ用樹脂ナット及びその製造方法に関し、更に詳細には、マトリックス樹脂に強化材として繊維材を混入された繊維強化樹脂の射出成形によるボールねじ用樹脂ナット及びその製造方法に関する。
送りねじ等に用いられるナットとして、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド樹脂）によるマトリックス樹脂にウィスカが混合された繊維強化樹脂の成形品による樹脂ナットが知られている（例えば、特許文献１）。この種の送りねじ用樹脂ナットの製造方法には、ねじ溝は切削加工によって削り出す方法と、ねじ溝も射出成形によって形成する方法とがある。
繊維強化樹脂製の送りねじ用ナットは、樹脂だけの送りねじ用ナットに比して耐荷重が大きい。しかし、切削加工によってねじ溝を削り出す場合には、通常の刃物による切削では、刃物の摩耗が激しい。このため、ダイヤモンドコーティング等がなされた高価な刃物を使用する必要があり、生産コストが高くなる。また、繊維強化樹脂は鋼材に比べて熱膨張係数が高いため、切削加工熱による変形を抑えるべく加工速度を上げることができず、このことも生産コストが高くなる原因になる。
ねじ溝を射出成形によって製造した繊維強化樹脂製の送りねじ用ナットは、切削加工によってねじ溝を削り出したものに比して生産効率がよく、生産コストの低減を図ることができる。しかし、ねじ溝も射出成形によって形成されたものは、送りねじでの使用において、ねじ溝に初期摩耗が顕著に現れ、ねじ溝の寸法精度の低下によって早期に位置誤差が生じる。特に高い寸法精度を要求されるボールねじ用のナットでは、要求精度を満たすことが難しい。
本発明者は、ねじ溝を射出成形によって形成した繊維強化樹脂製のボールねじ用ナットが顕著な初期摩耗を生じる原因を追求するために実験的研究を鋭意に行った。その結果、以下のような知見を得た。
繊維強化樹脂の射出成形では、ねじ溝の最外層（表面）に繊維材が存在しない厚さが数μｍのスキン層が形成される。スキン層は、マトリックス樹脂だけで構成され、繊維材を含むものに比して耐摩耗性が低いから、ねじ溝の最外層にスキン層が存在することが繊維強化樹脂製ナットの初期摩耗を顕著なものにする一つの原因であることが分かった。
また、繊維強化樹脂の射出成形では、スキン層より内層に層面（ねじ溝表面）に沿う方向に配向した繊維材が多く存在する配向層が形成され、それより更に内層には配向性を有さない繊維材が多く存在するコア層が形成される。スキン層が摩損した後には、ねじ溝表面に配向層が現れる。ねじ溝表面に露呈する配向層の繊維材の多くは、ねじ溝表面に沿う方向に横臥するように配向するので、マトリックス樹脂に対する繊維材の埋まり込みが少なく、繊維材のマトリックス樹脂に対する接着力が弱い。このため、繰り返しの使用において、ねじ溝表面に露呈している繊維材がマトリックス樹脂より容易に剥離する現象が見られる。配向層は、スキン層より耐摩耗性が高いものの、配向層の存在は、経時的な繊維材の剥離、それに伴うマトリックス樹脂の摩耗により、ねじ溝の寸法精度の経時的な低下を招く原因になることが分かった。このようなことから、高い寸法精度を要求される場合には、使用当初から配向層が存在しないことが好ましい。また、ボールねじでの使用では、マトリックス樹脂より剥離した繊維材がねじ溝におけるボールの転動を阻害し、ボールねじの性能を低下する原因になる。
本発明が解決しようとする課題は、本発明者が行った鋭意研究の結果に基づいて、ねじ溝を射出成形によって形成した繊維強化樹脂製のボールねじ用ナットの初期摩耗を低減し、長期間に亘って高い寸法精度を保つ繊維強化樹脂製のボールねじ用ナットを提供することである。
本発明によるボールねじ用樹脂ナットは、マトリックス樹脂（Ｍ）に強化材として繊維材（Ｆ）を混入された繊維強化樹脂の射出成形によってねじ溝（２２）を含んでねじ孔（２４）を成形されているボールねじ用樹脂ナットであって、前記繊維材（Ｆ）が前記ねじ溝（２２）の表面に露呈するまで前記ねじ溝（２２）が研削されている。
この構成によれば、使用当初からねじ溝（２２）の表面に繊維材（Ｆ）が露呈しているので、初期摩耗が低減し、長期間に亘って高い寸法精度が保たれる。
本発明によるボールねじ用樹脂ナットは、好ましくは、前記ねじ溝（２２）の表面に沿う方向に配向した繊維材（Ｆ）が存在する配向層（ＩＩ）を有し、前記配向層（ＩＩ）まで前記ねじ溝（２２）が研削されている。
この構成によれば、繊維材（Ｆ）が存在する配向層（ＩＩ）までねじ溝（２２）が研削されているので、初期摩耗が低減し、長期間に亘って高い寸法精度が保たれる。
本発明によるボールねじ用樹脂ナットは、更に好ましくは、配向性を有さない繊維材（Ｆ）が存在するコア層（ＩＩＩ）を有し、前記コア層（ＩＩＩ）まで前記ねじ溝（２２）が研削されている。
この構成によれば、配向性を有さない繊維材（Ｆ）が存在するコア層（ＩＩＩ）までねじ溝（２２）が研削されているので、初期摩耗がより一層低減し、長期間に亘って高い寸法精度が保たれる。
本発明によるボールねじ用樹脂ナットの製造方法は、マトリックス樹脂（Ｍ）に強化材として繊維材（Ｆ）を混入された繊維強化樹脂製のボールねじ用樹脂ナットの製造方法であって、正規のねじ溝（２２）の仕上げ前の寸法・形状の下ねじ溝を形成されたねじ孔（２４）を含んでナット（２０）を成形金型を用いて射出成形する第１の工程と、前記繊維材（Ｆ）が溝表面に露呈するまで前記下ねじ溝を研削してねじ溝（２２）を仕上げる第２の工程とを有する。
この構成によれば、繊維材（Ｆ）が溝表面に露呈するまで下ねじ溝を研削してねじ溝（２２）が仕上げられているので、初期摩耗が低減し、長期間に亘って高い寸法精度が保たれる。
本発明によるボールねじ用樹脂ナットの製造方法は、好ましくは、前記第１の工程直後の前記ナット（２０）は、最外層にあって前記繊維材（Ｆ）が存在しないスキン層（Ｉ）と、前記スキン層（Ｉ）より内層にあって層面に沿う方向に配向した繊維材（Ｆ）が存在する配向層（ＩＩ）と、前記配向層（ＩＩ）より更に内層にあって配向性を有さない繊維材（Ｆ）が存在するコア層（ＩＩＩ）とを有しており、前記第２の工程は、少なくとも前記スキン層（Ｉ）を除去する研削工程である。
この構成によれば、第２の工程によってスキン層（Ｉ）が除去されているで、使用当初から繊維材（Ｆ）がねじ溝（２２）の表面に露呈している。このことにより、初期摩耗が低減し、長期間に亘って高い寸法精度が保たれる。
本発明によるボールねじ用樹脂ナットの製造方法は、好ましくは、前記第２の工程は、前記配向層（ＩＩ）を除去する研削工程である。
この構成によれば、使用当初から配向した繊維材が多く含む配向層（ＩＩ）が実質的にないから、配向層（ＩＩ）の繊維材（Ｆ）の剥離による耐摩耗性の低下を生じることがない。
本発明によるボールねじ用樹脂ナットの製造方法は、好ましくは、前記第２の工程は、コア層（ＩＩＩ）が溝表面に露呈する研削代（Ｇ）による研削工程である。
この構成によれば、使用当初からコア層（ＩＩＩ）がねじ溝（２２）の表面に露呈するから、初期摩耗が更に低減し、長期間に亘って高い寸法精度が保たれる。
本発明によるボールねじ用樹脂ナット及びその製造方法によれば、マトリックス樹脂中の繊維材がねじ溝の表面に露呈するまでねじ溝が研削されているから、初期摩耗が少なく、長期間に亘って高い寸法精度が保たれる。
以下に、本発明によるボールねじ用樹脂ナットが用いられたボールねじの一つの実施形態を、図１〜図４を参照して説明する。
図１、図２に示されているように、ボールねじ１は、外周面に雄側ねじ溝１２を形成されたねじ軸１０と、内周面に雌側ねじ溝２２を形成されたねじ孔２４を有するナット（ボールねじ用樹脂ナット）２０と、ナット２０の軸線方向の両端部に配置されたエンドデフレクタ３０Ａ、３０Ｂとを有する。ねじ軸１０はステンレス鋼を素材とする転造品であり、ナット２０は繊維強化樹脂の射出成形品であり、エンドデフレクタ３０Ａ、３０Ｂは、ＰＯＭ（ポリアセタール樹脂）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド樹脂）等の高分子樹脂の射出成形品である。
エンドデフレクタ３０Ａ、３０Ｂは、各々ナット２０の軸線方向の両端部に形成された凹部２８に嵌め込まれ、エンドデフレクタ固定部材４０によって抜け止めされている。エンドデフレクタ固定部材４０は、ばね鋼線を素材とした１巻き弱の長さのコイリング品であり、雄側ねじ溝１２と、雌側ねじ溝２２と、雌側ねじ溝２２に連続するようにエンドデフレクタ３０Ａ、３０Ｂに形成された係合溝３４とに係合してエンドデフレクタ３０の抜け止めを行う。
ねじ孔２４にはねじ軸１０が軸線方向に貫通しており、当該貫通部分において雄側ねじ溝１２と雌側ねじ溝２２とが互いに協働してボール転動路１４を画成している。雄側ねじ溝１２と雌側ねじ溝２２とは、本実施形態では、ともに２つの同一円弧を対称に組み合わせたゴシックアーチ形状をしている。ボール転動路１４と後述するナット２０及びエンドデフレクタ３０に形成されているボール戻し通路２６、３２とには複数個のステンレス鋼等によるボール（鋼球）１６が転動可能に装填されている。
ナット２０のボール戻し通路２６は、ねじ孔２４の径方向の一方の側にねじ孔２４と平行に軸線方向に延在しており、両端にてエンドデフレクタ３０に鉤形に屈曲して形成されているボール戻し通路３２に連通している。図２において、ボール戻し通路３２をボール１６が左側から右側へ移動する場合には、一方のエンドデフレクタ３０Ａはボール転動路１４よりボール１６をボール戻し通路３２に掬い上げ、他方のエンドデフレクタ３０Ｂはボール戻し通路３２よりボール転動路１４にボール１６を戻す作用をする。これにより、ねじ軸１０とナット２０とがボール１６を介してねじ係合した状態で、ナット２０内をボール１６が循環しつつ、ねじ軸１０の回転がナット２０の軸線方向の直線運動に変換される。
次に、ナット２０の材質、製造方法、雌側ねじ溝２２の表面状態について説明する。
ナット２０を構成する繊維強化樹脂のマトリックス樹脂としては、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド樹脂）等のスーパエンジニアリング・プラスチックが挙げられる。強化材である繊維材は、繊維太さが０．１μｍ〜５．０μｍ程度、長さが１μｍ〜１００μｍ程度の短繊維であることが好ましい。繊維材としては、ガラス繊維、炭素繊維（グラファイト繊維）、ポリアミド繊維、ボロン繊維、アラミド繊維、炭化珪素ウィスカ、窒化珪素ウィスカ、酸化亜鉛ウィスカ、ホウ化チタンウィスカ、金属繊維、シリカ繊維、酸化チタン繊維等が挙げられる。
ナット２０の製造方法は、マトリックス樹脂に繊維材を混入された繊維強化樹脂を射出樹脂材として、正規の雌側ねじ溝２２の仕上げ前の寸法・形状の下ねじ溝を形成されたねじ孔を含んでナット２０の全体を成形金型を用いて射出成形する第１の工程と、射出成形後（樹脂硬化後）に繊維強化樹脂の繊維材が溝表面に露呈するまで前記下ねじ溝をねじ研削盤を用いて研削して正規の雌側ねじ溝２２に仕上げる第２の工程とを有する。
射出成形によって形成される仕上げ前の下ねじ溝は、正規の雌側ねじ溝２２と同位相且つ同一ねじピッチで、正規の雌側ねじ溝２２の溝形状と同じ形状、つまり、ゴシックアーチ形状をしていて、正規の雌側ねじ溝２２より第２の工程における研削代Ｇ（図３（Ａ）参照）だけ浅いねじ溝である。換言すると、仕上げ前の下ねじ溝は、正規の雌側ねじ溝２２より溝断面積が研削代Ｇ分だけ小さいねじ溝である。
雌側ねじ溝２２とその下ねじ溝とが同一の溝形状であることにより、ねじ溝全域に亘って研削代Ｇが均一になるから、一回目の研削パスからねじ溝全面の研削が行われ、一回目から各研削パスにおける研削総量（除去総量）が大きい。このことにより、効率のよい研削加工を行うことができる。また、仕上げ前の下ねじ溝は、形状精度および寸法精度が正規のねじ溝として通用する程度に高精度に成形されていてよい。このことにより、仕上げ工程である研削加工が少ない研削量をもって短時間で行われるようになる。
図３（Ａ）は、第１の工程直後、つまり研削加工前のナット２０（ナット素材）のねじ溝部分の内部状態を模式的に示しており、図３（Ｂ）は、ナット２０のねじ溝部分の研削加工完了後の内部状態を模式的に示している。なお、図３（Ａ）、（Ｂ）において、符号Ｍはマトリックス樹脂を、符号Ｆは繊維材を、符号Ｂはボイドを各々示している、また、図３（Ａ）において、符号２３は仕上げ前の下ねじ溝を示している。
射出成形直後の研削加工前のナット２０は、図３（Ａ）に示されているように、最外層にあって繊維材Ｆが存在せず、マトリックス樹脂Ｍのみのスキン層Ｉと、スキン層Ｉより内層にあって層面に沿う方向に配向した繊維材Ｆが大部分を占める配向層ＩＩと、配向層ＩＩより更に内層にあって配向性を有さない繊維材が大部分を占めるコア層ＩＩＩとを有する。なお、実際には、各層は明確な境界面をもって区画されて存在するものでなく、スキン層Ｉから配向層ＩＩへ徐々に変化し、且つ配向層ＩＩからコア層ＩＩＩへ徐々に変化する。
第２の工程では、雌側ねじ溝２２の仕上げ前の下ねじ溝２３の少なくともスキン層Ｉを除去してマトリックス樹脂Ｍ中の繊維材Ｆが雌側ねじ溝２２の表面に露呈するまで研削する。好ましくは、研削代Ｇをもって配向層ＩＩが除去され、図３（Ｂ）に示されているように、コア層ＩＩＩが雌側ねじ溝２２の表面に露呈するまで研削する。この研削によって雌側ねじ溝２２の溝深さは正規の溝深さになる。スキン層Ｉの厚さは１〜２μｍ程度で、配向層ＩＩの厚さは５０〜１００μｍ程度であるから、研削代Ｇは、０．２ｍｍ以下であってよい。
この研削代Ｇは、ボイドＢが雌側ねじ溝２２の表面に露呈しないように、また研削時間の節減のために、コア層ＩＩＩが雌側ねじ溝２２の表面に露呈する最小必要限度に定められることが好ましい。
このように、スキン層Ｉと配向層ＩＩとが除去され、研削がコア層ＩＩＩに到達しながらもコア層ＩＩＩの内部に発生するボイドＢが表面に露呈することがない雌側ねじ溝２２を得ることは、雌側ねじ溝２２が高い耐摩耗性を示す上で重要なことである。
配向層ＩＩを超えてコア層ＩＩＩに到達するまで研削されることにより、コア層ＩＩＩに存在する繊維材Ｆのうちコア層ＩＩＩの深さ方向に配向して研削代Ｇ内に存在した繊維材Ｆ（配向層ＩＩ近くにある繊維材Ｆ）は、繊維長手方向の端部を研削除去され、その端面が雌側ねじ溝２２の表面に面一に露呈する。
図４（Ａ）〜（Ｃ）はナット２０のねじ溝部分の顕微鏡写真であり、図４（Ａ）は研削加工前のねじ溝表面を、図４（Ｂ）はスキン層除去状態のねじ溝表面を、図４（Ｃ）は配向層除去状態のねじ溝表面を各々示している。
図４（Ａ）では、ねじ溝表面に繊維材が存在することが認められず、図４（Ｂ）では配向層ＩＩがねじ溝表面に露呈し、断片線状の白色で表れているねじ溝表面に沿って延在する繊維材Ｆ１の存在が多く認められ、図４（Ｃ）では、コア層ＩＩＩがねじ溝表面に露呈し、ねじ溝表面に沿って延在する繊維材Ｆ１の存在が少ししか認められず、研削された端面がねじ溝表面に露呈した繊維材Ｆ２の存在が多く認められる。
上述した第２の工程によってマトリックス樹脂だけで構成されるスキン層Ｉが使用当初から雌側ねじ溝２２の表面に存在しないことにより、雌側ねじ溝２２の早期摩耗が回避される。更には、ねじ溝表面に沿って延在する繊維材Ｆ１を多く含む配向層ＩＩが使用当初から雌側ねじ溝２２の表面に実質的に存在しないことにより、配向層ＩＩに存在する繊維材Ｆの剥離による雌側ねじ溝２２の耐摩耗性の低下が回避され、当該耐摩耗性が向上する。更にはコア層ＩＩＩに存在する繊維材Ｆの繊維長手方向の端部が研削除去され、その端面が雌側ねじ溝２２の表面に面一に露呈するものが多く現れ、その繊維材Ｆはマトリックス樹脂Ｍに突き刺さった硬い立杭のように作用するので、繊維材Ｆの耐摩耗性によって雌側ねじ溝２２の耐摩耗性が更に向上する。また、繊維材Ｆの剥離が低減あるいはなくなることにより、剥離した繊維材がボール転動路１４におけるボール１６の転動を阻害する状態になることがない。
このように、スキン層Ｉが研削除去されること、更にはスキン層Ｉと配向層ＩＩとが研削除去されること、更にはコア層ＩＩＩに到達するまで研削が行われること、更にはコア層ＩＩＩの深さ方向に配向して繊維材Ｆの繊維長手方向の端部が研削除去され、その端面が雌側ねじ溝２２の表面に面一に露呈するまで研削が行われることによって、段階的に雌側ねじ溝２２の耐摩耗性能は向上する。この４段階の研削は、要求される雌側ねじ溝２２の耐摩耗性能に応じて必要最小限度のものが選択されればよい。
以上、本発明を、その好適な実施形態について説明したが、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、ボール循環方式がエンドデフレクタ方式のものに限られることはなく、チューブ方式、デフレクタ方式、エンドキャップ方式の何れであってもよい。ねじ溝の断面形状は、ゴシックアーチ形状に限定されることなく、真円、楕円、Ｖ形等であってもよい。
また、上記実施形態に示した構成要素は必ずしも全てが必須なものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて適宜取捨選択することが可能である。
本発明は、ボールねじ用樹脂ナットに限られることなく、ボールねじ軸、滑りねじ軸、滑りねじ用ナット、ボール転動式のリニアガイド、ボール転動式のカイド溝を有するスライダ、ボール軸受等の転がり軸受のレース部材や、滑り軸受用スリーブ等、転動面や摺動面を有する繊維強化樹脂製部材に適用することができる。
図５は、本発明によるボール軸受５０の実施形態を示している。ボール軸受５０は、外周面に円弧状の底面を有するボール転動溝５２を有する円環状のアウタレース５４と、内周面に円弧状の底面を有するボール転動溝５６を有する円環状のインナレース５８と、同心配置のアウタレース５４のボール転動溝５２とインナレース５８のボール転動溝５６とに転動可能に係合した複数個の鋼鉄製あるいセラミック製のボール６０とを有する。
アウタレース５４及びインナレース５８は、繊維強化樹脂の射出成形品である。アウタレース５４及びインナレース５８を構成する繊維強化樹脂のマトリックス樹脂としては、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド樹脂）等のスーパエンジニアリング・プラスチックが挙げられる。強化材である繊維材は、繊維太さが０．１μｍ〜５．０μｍ程度、長さが１μｍ〜１００μｍ程度の短繊維であることが好ましい。繊維材としては、ガラス繊維、炭素繊維（グラファイト繊維）、ポリアミド繊維、ボロン繊維、アラミド繊維、炭化珪素ウィスカ、窒化珪素ウィスカ、酸化亜鉛ウィスカ、ホウ化チタンウィスカ、金属繊維、シリカ繊維、酸化チタン繊維等が挙げられる。
アウタレース５４及びインナレース５８の製造方法は、マトリックス樹脂に繊維材を混入された繊維強化樹脂を射出樹脂材として、正規のボール転動溝５２、５６の仕上げ前の寸法・形状の下溝を形成されたアウタレース５４及びインナレース５８の全体を成形金型を用いて射出成形する第１の工程と、射出成形後（樹脂硬化後）に繊維強化樹脂の繊維材が溝表面に露呈するまで前記下溝をねじ研削盤を用いて研削して正規のボール転動溝５２、５６に仕上げる第２の工程とを有する。
射出成形直後の研削加工前のアウタレース５４及びインナレース５８は、前述のナット２０と同様に、最外層にあって繊維材が存在せず、マトリックス樹脂のみのスキン層と、スキン層より内層にあって層面に沿う方向に配向した繊維材が大部分を占める配向層と、配向層より更に内層にあって配向性を有さない繊維材が大部分を占めるコア層を有する。なお、アウタレース５４及びインナレース５８でも、実際には、各層は明確な境界面をもって区画されて存在するものでなく、スキン層から配向層へ徐々に変化し、且つ配向層からコア層へ徐々に変化する。
第２の工程では、ボール転動溝５２、５６の仕上げ前の下溝の少なくともスキン層を除去してマトリックス樹脂中の繊維材がボール転動溝５２、５６の表面に露呈するまで研削する。好ましくは、所定の研削代をもって配向層が除去され、コア層がボール転動溝５２、５６の表面に露呈するまで研削する。この研削によってボール転動溝５２、５６の溝深さは正規の溝深さになる。この研削代は、ボイドがボール転動溝５２、５６の表面に露呈しないように、また研削時間の節減のために、コア層がボール転動溝５２、５６の表面に露呈する最小必要限度に定められることが好ましい。
このように、スキン層と配向層とが除去され、研削がコア層に到達しながらもコア層の内部に発生するボイドが表面に露呈することがないボール転動溝５２、５６を得ることは、ボール転動溝５２、５６が高い耐摩耗性を示す上で重要なことである。
配向層を超えてコア層に到達するまで研削されることにより、コア層に存在する繊維材のうちコア層の深さ方向に配向して研削代内に存在した繊維材（配向層近くにある繊維材）は、繊維長手方向の端部を研削除去され、その端面がボール転動溝５２、５６の表面に面一に露呈する。
上述した第２の工程によってマトリックス樹脂だけで構成されるスキン層が使用当初からボール転動溝５２、５６の表面に存在しないことにより、ボール転動溝５２、５６の早期摩耗が回避される。更には、溝表面に沿って延在する繊維材を多く含む配向層が使用当初からボール転動溝５２、５６の表面に実質的に存在しないことにより、配向層に存在する繊維材の剥離によるボール転動溝５２、５６の耐摩耗性の低下が回避され、当該耐摩耗性が向上する。更にはコア層に存在する繊維材の繊維長手方向の端部が研削除去され、その端面がボール転動溝５２、５６の表面に面一に露呈するものが多く現れ、その繊維材はマトリックス樹脂に突き刺さった硬い立杭のように作用するので、繊維材の耐摩耗性によってボール転動溝５２、５６の耐摩耗性が更に向上する。
このように、スキン層が研削除去されること、更にはスキン層と配向層とが研削除去されること、更にはコア層に到達するまで研削が行われること、更にはコア層の深さ方向に配向して繊維材の繊維長手方向の端部が研削除去され、その端面がボール転動溝５２、５６の表面に面一に露呈するまで研削が行われることによって、段階的にボール転動溝５２、５６の耐摩耗性能は向上する。この４段階の研削は、要求されるボール転動溝５２、５６の耐摩耗性能に応じて必要最小限度のものが選択されればよい。
図６は、滑り軸受用スリーブ７０の実施形態を示している。滑り軸受用スリーブ７０は、円筒形状で、円形横断面の軸受孔７２を有する。滑り軸受用スリーブ７０は、繊維強化樹脂の射出成形品である。滑り軸受用スリーブ７０を構成する繊維強化樹脂のマトリックス樹脂としては、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド樹脂）等のスーパエンジニアリング・プラスチックが挙げられる。強化材である繊維材は、繊維太さが０．１μｍ〜５．０μｍ程度、長さが１μｍ〜１００μｍ程度の短繊維であることが好ましい。繊維材としては、ガラス繊維、炭素繊維（グラファイト繊維）、ポリアミド繊維、ボロン繊維、アラミド繊維、炭化珪素ウィスカ、窒化珪素ウィスカ、酸化亜鉛ウィスカ、ホウ化チタンウィスカ、金属繊維、シリカ繊維、酸化チタン繊維等が挙げられる。
滑り軸受用スリーブ７０の製造方法は、マトリックス樹脂に繊維材を混入された繊維強化樹脂を射出樹脂材として、正規の軸受孔７２の仕上げ前の寸法・形状の下孔を形成された滑り軸受用スリーブ７０の全体を成形金型を用いて射出成形する第１の工程と、射出成形後（樹脂硬化後）に繊維強化樹脂の繊維材が溝表面に露呈するまで前記下溝をねじ研削盤を用いて研削して軸受孔７２に仕上げる第２の工程とを有する。
射出成形直後の研削加工前の滑り軸受用スリーブ７０は、前述のナット２０と同様に、最外層にあって繊維材が存在せず、マトリックス樹脂のみのスキン層と、スキン層より内層にあって層面に沿う方向に配向した繊維材が大部分を占める配向層と、配向層より更に内層にあって配向性を有さない繊維材が大部分を占めるコア層を有する。なお、滑り軸受用スリーブ７０でも、実際には、各層は明確な境界面をもって区画されて存在するものでなく、スキン層から配向層へ徐々に変化し、且つ配向層からコア層へ徐々に変化する。
第２の工程では、軸受孔７２の仕上げ前の下溝の少なくともスキン層を除去してマトリックス樹脂中の繊維材が軸受孔７２の表面（内周面）に露呈するまで研削する。好ましくは、所定の研削代をもって配向層が除去され、コア層が軸受孔７２の表面に露呈するまで研削する。この研削によって軸受孔７２の内径は正規の内径になる。この研削代は、ボイドが軸受孔７２の表面に露呈しないように、また研削時間の節減のために、コア層が軸受孔７２の表面に露呈する最小必要限度に定められることが好ましい。
このように、スキン層と配向層とが除去され、研削がコア層に到達しながらもコア層の内部に発生するボイドが表面に露呈することがない軸受孔７２を得ることは、軸受孔７２内周面が高い耐摩耗性を示す上で重要なことである。
配向層を超えてコア層に到達するまで研削されることにより、コア層に存在する繊維材のうちコア層の深さ方向に配向して研削代内に存在した繊維材（配向層近くにある繊維材）は、繊維長手方向の端部を研削除去され、その端面が軸受孔７２の表面に面一に露呈する。
上述した第２の工程によってマトリックス樹脂だけで構成されるスキン層が使用当初から軸受孔７２の表面に存在しないことにより、軸受孔７２の早期摩耗が回避される。更には、孔表面に沿って延在する繊維材を多く含む配向層が使用当初から軸受孔７２の表面に実質的に存在しないことにより、配向層に存在する繊維材の剥離による軸受孔７２の耐摩耗性の低下が回避され、当該耐摩耗性が向上する。更にはコア層に存在する繊維材の繊維長手方向の端部が研削除去され、その端面が軸受孔７２の表面に面一に露呈するものが多く現れ、その繊維材はマトリックス樹脂に突き刺さった硬い立杭のように作用するので、繊維材の耐摩耗性によって軸受孔７２の耐摩耗性が更に向上する。
このように、スキン層が研削除去されること、更にはスキン層と配向層とが研削除去されること、更にはコア層に到達するまで研削が行われること、更にはコア層の深さ方向に配向して繊維材の繊維長手方向の端部が研削除去され、その端面が軸受孔７２の表面に面一に露呈するまで研削が行われることによって、段階的に軸受孔７２の耐摩耗性能は向上する。この４段階の研削は、要求される軸受孔７２の耐摩耗性能に応じて必要最小限度のものが選択されればよい。
１ ボールねじ
１０ ねじ軸
１２ 雄側ねじ溝
１４ ボール転動路
１６ ボール
２０ ナット（ボールねじ用樹脂ナット）
２２ 雌側ねじ溝
２４ ねじ孔
２６ ボール戻し通路
３０ エンドデフレクタ
３２ ボール戻し通路
５０ ボール軸受
５２ ボール転動溝
５４ アウタレース
５６ ボール転動溝
５８ インナレース
７０ 滑り軸受用スリーブ
７２ 軸受孔
Ｉ スキン層
ＩＩ 配向層
ＩＩＩ コア層
Ｂ ボイド
Ｆ 繊維材
Ｇ 研削代
Ｍ マトリックス樹脂
１０ ねじ軸
１２ 雄側ねじ溝
１４ ボール転動路
１６ ボール
２０ ナット（ボールねじ用樹脂ナット）
２２ 雌側ねじ溝
２４ ねじ孔
２６ ボール戻し通路
３０ エンドデフレクタ
３２ ボール戻し通路
５０ ボール軸受
５２ ボール転動溝
５４ アウタレース
５６ ボール転動溝
５８ インナレース
７０ 滑り軸受用スリーブ
７２ 軸受孔
Ｉ スキン層
ＩＩ 配向層
ＩＩＩ コア層
Ｂ ボイド
Ｆ 繊維材
Ｇ 研削代
Ｍ マトリックス樹脂
Claims (4)
- マトリックス樹脂に強化材として繊維材が混入された繊維強化樹脂製のボールねじ用樹脂ナットの製造方法であって、
正規のねじ溝の仕上げ前の寸法・形状の下ねじ溝を含むねじ孔が形成されたナットを成形金型を用いて射出成形する第１の工程と、
前記繊維材が溝表面に露呈するまで前記下ねじ溝の表面を除去してねじ溝を仕上げる第２の工程と、
を有するボールねじ用樹脂ナットの製造方法。 - 前記第１の工程直後の前記ナットは、最外層にあって前記繊維材が存在しないスキン層と、前記スキン層より内層にあって層面に沿う方向に配向した繊維材が存在する配向層と、前記配向層より更に内層にあって配向性を有さない繊維材が存在するコア層とを有しており、
前記第２の工程は、少なくとも前記スキン層を除去する工程である請求項１に記載のボールねじ用樹脂ナットの製造方法。 - 前記第２の工程は、前記スキン層及び前記配向層を除去する工程である請求項１に記載のボールねじ用樹脂ナットの製造方法。
- マトリックス樹脂に強化材として繊維材が混入された繊維強化樹脂の射出成形によってねじ溝を含むねじ孔が成形されているボールねじ用樹脂ナットであって、
前記繊維材が前記ねじ溝の表面に沿う方向に配向して存在する配向層を有し、
前記配向層の前記繊維材が前記ねじ溝の表面に露呈しているボールねじ用樹脂ナット。
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