特集

高付加価値を実現する

機械材料の選定ポイントと事例

事例 2
高強度プラスチックを採用したハイブリッド フランジリニアボールブッシュの開発
―ヒーハイスト精工
編集部

25％の軽量化と最大 40％の低価格化

製品開発の概要

ヒーハイスト精工の「ハイブリッドフランジリ

リニアボールブッシュは円筒形の部品で，円筒ニアボールブッシュ」は，フランジ部に高強度プ軸のシャフトに取り付けて使う案内要素。正確でラスチックを採用し，従来の金属フランジタイプ円滑な直線運動を可能にする役割を果たす。主に，に比べ最大 25％の軽量化を図った製品だ（写真 1）。 円筒形のストレートタイプと，ボルトで固定する価格も最大 40％低価格化して提供しており，民ためのフランジ付タイプがある。

生用などで新しい需要を開拓している。同製品のヒーハイスト精工はリニアボールブッシュの国開発を担当した福留弘人常務は，「軽量化して価内有力メーカーであり（写真 2），特に内接円径が格を抑えたことで，卓上型のパーソナル 3D プリ4mm〜20mm の小径リニアボールブッシュに強みンターなどに採用されるケースが増えている」とを持つ。シャフトと接触するブッシュの内側にボ説明している。同製品の開発の経緯や成形法，採ールリテーナ機構を採用して剛性を高めたリニア用例などについて以下で紹介する。

ボールブッシュを開発したパイオニアメーカーとしても知られている。現在販売している製品は，標準的にボールリテーナを組み込んでいる（写真 3）。
金属と樹脂の材料を融合したハイブリッドフランジリニアボールブッシュ「JFK シリーズ」は，

写真 1‌ 開発したハイブリッドフランジリニアボールブッシュ

32

写真 2‌ 埼玉県川越市にあるヒーハイスト精工本社工場の外観

機械設計高付加価値を実現する

機械材料の選定ポイントと事例特集

❷❺❶
❸
❻・❼❹

部品名称

写真 3‌ ブッシュ内部にボールリテーナを採用（構造を示したサンプル）

2014 年に発売した。外筒部は従来の金属材料（ベアリング鋼）で，角型のフランジ部が高強度プラスチックでできている。2 つの部品は後述するイ材

質①外筒

ベアリング鋼②フランジ

高強度プラスチック③鋼球

ベアリング鋼④保持器

ポリアセタール

⑤カラー

スチール

⑥止メ輪

スチール

⑦シール

合成ゴム＋スチール

図 1 部品構成と材質

ンサート成形によって結合させており，高い密着強度を確保している。同製品の部品構成と材質を
図 1 に示す。
フランジ部を金属から樹脂に変更したことで最大 25％の軽量化を達成した。例えば，図 2 に示す
4 軸昇降ユニットの可動部に採用することで，ユニットを動かす際の消費エネルギーの抑制に貢献する。また，価格も最大 40％低価格化した。金属フランジタイプほどの強度を必要としない場合，樹脂製フランジタイプに置き換えることでコストダウンに結びつくと期待される。

リーマン・ショックをきっかけに目線を変えた商品を開発

図 2 4 軸昇降ユニットへの応用例

製品の開発がスタートした。
「リニアボールブッシュはある意味で成熟していた分野。産業機械向ハイブリッドフランジリニアボールブッシュのけばかりでなく，民生用途でも使えるような，少開発のきっかけは，2008 年のリーマン・ショッ

し目線を変えた商品を開発しようと思った」と福クにさかのぼる。ヒーハイスト精工は，リニアボ留常務は当時を振り返る。

ールブッシュといった直動機器の製造販売のほか開発担当者が最初に注目したのは遊技業界だっに，精密機械加工の受託も手がけ，事業の柱の 1たという。「市場調査をしてみると，同業界ではつとなっている。この精密機械加工事業ではレー性能とコストのバランスがとれた製品が求められスカー向けの特殊な部品加工を得意としており，ていることがわかった」と技術部の進藤繁樹次長

レースカー関連の受注は同事業で大きな割合を占は語る。

めている。2008 年以降の世界的な不況の影響でそこで，剛性に優れたボール式を採用しつつ，レース業界が縮小し，仕事量が減少してしまう。

部品の一部を樹脂化して最大 25％の軽量化を図

こうした中，取引先の幅を広げることを目的に新ったストレートタイプのリニアボールブッシュ

第 60 巻 第 12 号（2016 年 9 月号）

33

写真 4

最大 25％軽量化したストレートタイプのリニ
アボールブッシュ（シャフトに通した例）
写真 5

金属フランジタイプ（左）との比較になるケースもあったし，そこまで強度が高くない製品でも安価であればニーズはあると考えた」（福留常務）という。
フランジリニアボールブッシュで強度を確保すべき 1 番のポイントは，フランジを駆動部品などに固定するためのボルトの締結部（ボルト穴の空いている部分）の強度である。
「ボルトの締結部が壊れてしまえば，フランジと外筒の接合部位の強度がいくら高くても，部品としては機能しなく
写真 6

ボルトを通す穴にカラーを設置「UTB シリーズ」を開発（写真 4）。製造工程などなる。つまり，ボルトの締結部の強度さえ確保できれば，部品の機能は維持できると考えた」と福留常務は説明している。

も見直して価格を最大 40％抑えて 2013 年に発売

こうした思想に基づき，フランジを樹脂に置きすると，遊技業界などに採用され，ある程度の手換えつつ，ボルト締結部は一定水準の強度を確保ごたえをつかんだという。

できる構造を設計した。最終的にはボルト穴に金

その後，UTB シリーズの製品化と並行し，フ属製の円筒部品（カラー）を埋め込むことで強度ランジ付の JFK シリーズの開発を進めていった。の確保に成功。同円筒部品もインサート成形によ部品に求められる強度を分析
同社の金属フランジタイプのリニアボールブッってフランジに接合しており，密着性を高めている（写真 6）。

繊維強化プラスチックを採用

シュは，外筒とフランジを一体的に成形している（写真 5）。つまり，冷間鍛造と切削加工により，採用した高強度プラスチックは，ガラス繊維を1 つの鋼材から削り出して成形している。他社製

高い割合で含んだ繊維強化プラスチックとのことのフランジリニアボールブッシュは，外筒とフラだ。軽量化を実現するために，アルミニウムやマンジをそれぞれ成形した後，溶接などで接合するグネシウムなどさまざまな材料を検討する中で，手法を採用したものが多い。同社の一体構造のフ機能やコストで最もメリットのある樹脂材料を選

ランジリニアボールブッシュは，強度に優れた製択したという。同社ではレースカー向けの部品加品として業界では知られている。ただ，「使い方工を手掛けていることから，「さまざまな材料をによっては，従来製品の強度はオーバースペック試す機会が豊富にある」（技術部の橋口一平氏）

34

機械設計高付加価値を実現する

写真 7

実験室の様子機械材料の選定ポイントと事例

写真 8

特集

3D プリンターの機構部品としての採用例という。さまざまな樹脂材料の基礎的な強度データを参考にしつつ，実際に成形して検証を重ね，最適な材料を選定した（写真 7）。

インサート成形でフランジと外筒の密着性を確保
ハイブリッドフランジリニアボールブッシュは，インサート成形によって金属製の外筒と樹脂製のフランジを接着する方法を採用している。インサート成形は金型内に金属部品を保持し，その周りに樹脂を射出して金属と樹脂を一体化する成形方法である。今回は外筒に加え，4 カ所のボルト穴にはめ込むカラーも同時に成形している。

写真 9‌ オリジナル 3D プリンターと，右から福留弘人常務，技術部の橋口一平氏，進藤繁樹次長

成形技術については埼玉県内の協力工場と共同

熱溶解積層方式（FDM）では，溶融した樹脂を吐で技術開発を行った。金属部品と樹脂部品の密着出するヘッドを高速・高精度に動かすことが求め性を高めることが大きな課題であり，金属部品側られる。こうした駆動機構の部品として，軽量・に V 溝を施すことで密着性を向上させている。
「V高精度なハイブリッドフランジリニアボールブシ

溝の最適な形状を見つけるのには試行錯誤が必要

ュは最適であり，3D プリンターブームの後押しだった」と進藤次長は話している。

も受け，比較的大規模な受注の獲得に成功したと3D プリンターの機構部品に最適いう。
同社でもオリジナルの 3D プリンターを自作し，ハイブリッドフランジリニアボールブッシュの使こうした経緯を経て，フランジ部に樹脂を採用したリニアボールブッシュ「JFK シリーズ」を2014 年に発売した。

用例をアピールしている（写真 9）。
同製品の将来性について福留常務は，「パーソナル型 3D プリンターのような新しい用途のほか，現在，同製品の最も多い採用例は，3D プリン

産業機械用途で従来の金属製のフランジタイプかターの機構部品としての用途となっている（写真ら置き換えるニーズも今後は出てくるのではない8）。昨今の 3D プリンターブームの影響で，個人か」と話している。今後は同製品の用途をユーザでも入手可能な卓上型の 3D プリンターがさまざーに提案する活動に力を入れるとともに，フランまなメーカーから販売されるようになった。多く

ジ以外にも樹脂材料を採用した新しいリニアボーのパーソナル型 3D プリンターで採用されているルブッシュの開発を進めていく考えだ。

第 60 巻 第 12 号（2016 年 9 月号）

35