特集 1

リニアモーション技術

ミニチュアボールねじの回転特性における選定のポイント

飛ヶ谷正博
ケーエスエス㈱取締役 営業技術担当

1．は じ め に

2．回転特性とはボールねじは市場に流通しているもの

ミニチュアボールねじの回転特性につ3． グリースの違いによるトルク特性の違い

で、ねじ軸の外径がφ2 ㎜の極小径ボーいて、当社ではトルク特性と作動特性に一般的に駆動トルクは、ボールねじのルねじから、φ200 以上の大径品まで数分類している。トルク特性とは、ボール予圧から発生する予圧トルク、稼働中の多くの種類が存在し、様々な分野に使用ねじそのものを回転させるために必要な負荷荷重、加速により発生する負荷トルされている。

駆動トルクであり、一般的に「トルクがク、加速トルクなどがあり、予圧量や使当社は世界でも有数の小径ボールねじ重い、軽い」などと表現される。一方で、 用条件により駆動トルクの大きさが必然（ねじ軸外径がφ16 ㎜以下）の専門メー作動特性とは、ボールねじを手で任意に的に決まるが、ミニチュアボールねじがカーとして、装置のコンパクト化、高精回転させた際に感じられる「ごり感」「ざ

微小位置決め用途に使用される場合、予度化に貢献し、2014年には会社創立50周らつき感」「引っ掛かり感」などという言圧量や負荷荷重、加速度が極めて小さい年を迎えることができた。

葉で表現される特性で、主観的な要素がことから、駆動トルクの絶対値そのもの多分に含まれている。トルク特性は、測が非常に小さい。そのためミニチュア

小径ボールねじ（ミニチュアボールねじ）は、測定機器、分析器をはじめ半導体定器でその定量的評価は容易であるが、 ボールねじに塗布するグリースの特性に製造装置、医療機器など様々な分野に使作動特性（人間の手の感覚：手触り感） 支配されることがある。ミニチュアボー

用されるようになり、それに応じて要求については、トルク特性と密接に関係しルねじの場合は、必然的に使用するモーされる性能も多岐に亘るようになってきているものの、定量的評価で手触り感をターも小型で、比較的定格トルクが小さた。本稿では、従来から精密位置決め用忠実に再現するのは極めて難しいのが現

いため、ボールねじ自体の駆動トルク増途として使用されてきたミニチュアボー状である。特に作動特性は、手でボール大はできるだけ抑制する必要がある。図

ルねじに最も多い要求性能である回転特ねじを回すことができる小径サイズなら1は、軽予圧を付与したボールねじで、防性について述べる。

ではのニーズであると言える。ミニチュ

錆油とグリースを塗布した場合のトルク

アボールねじを微小位置決め用途として特性の比較を示したものである。グリー【著者問合先】〒146-0093 東京都大田区矢口1-22-14
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使用する場合、この二つの特性が問題とスを塗布しただけで、予圧動トルクの絶なる場合があるが、回転性能を維持する対値が上昇していることが分かる。ボー

ためにいくつかの手段が講じられていルねじの予圧動トルクは、油潤滑で測定る。ここでは、回転性能維持のための手し出荷することがJISで規定されており、段とその効果について紹介したい。

当社の出荷測定基準もJISに準拠してい2017.2

月刊トライボロジー1図1

潤滑の違いによるトルク特性

図3

図2

グリースちょう度の違いによるトルク特性

オーバーサイズボール予圧とスペーサボールる。しかし、顧客にてグリースを塗布しオーバーサイズボール予圧（図3）を採用た後、駆動トルクが重くなったというしている。そのためボール同士の競り合フィードバックが得られるが、図 1 に見いが影響して、作動特性の悪化に繋がり5． ミニチュアボールねじの揺動特性られる現象を理解しておく必要がある。

やすい。この対策として従来から用いらボールねじを短ストロークで、往復運また、グリースのちょう度によっても、 れているのがスペーサボールである（図動（揺動運動）させる場合、ボール同士のミニチュアボールねじのトルク特性は微3）。これはボール同士の競り合い緩和の競り合いでボール循環不具合が発生しや妙な影響を受ける。図2は、ちょう度によため、負荷を受けるボールの間に若干小すく、駆動トルクが増大していく傾向にるトルク特性の違いを示すが、駆動トルさめのボールを挿入し、中間歯車のようある（図5）。

クを低く抑えるためには、ちょう度の小な役割を担わせるものである。軸受のよ駆動トルク増大のメカニズムとしてさいグリースを使用した方が良いことがうにリテーナーを挿入することも一案では、ねじ軸の回転速度とボールの公転速分かる。ただし、そのために塗布したグはあるが、ボールねじでは挿入ボール数度は同じではなく、かつ個々のボールのリースがボールねじから飛散して、潤滑が多いこと、特にミニチュアボールねじ公転速度にも若干のばらつきがあるため不良を起こすリスクも理解しておかねば

では、ボールが小径であるため、リテーに、短ストロークで正転、逆転を繰り返ならない。図2のグリース（KSS MSG №

ナーサイズも小さくなってしまい、製作すことで、ある程度均等な間隔を保って

1）は、当社がグリースメーカーと共同開上、組込み上の障害が大きく、コストいたボールが、徐々にその配置がずれ始発したもので、潤滑性能を保持しなからアップとなり現実的な方法とは言えなめ、ボール同士が競り合うようになると粘着性に優れたミニチュアボールねじ専い。

推定している。一旦競り合いを始めた用のグリースであり、位置決め用途に適したグリースである。

4． スペーサボールによる作動特性の改善

スペーサボールの効果について、図 4

ボールは解消されないまま駆動トルクのに試験データを示す。総負荷ボールを組増大となる。これは、ボールねじの基本み込んだ場合と比較してトルクスパイク的機能であるボール循環を円滑にさせるが減少していることが分かる。このトルため、ボールねじの循環路（ねじ軸とナックスパイクは、ボール同士の競り合いのト間）にボールを目一杯充填させず、数ボールねじに軽予圧を与えるタイプ

他に、循環部品、ねじ溝の加工精度、ボー個程度ボール個数を減らして組み付けてに、作動性悪化（引っ掛かり現象やトルル循環部の設計などの要因も複雑に絡みいるために発生している。

クスパイク）が発生しやすい。ミニチュ合っており、これらの観点からの改善もアボールねじでは、省スペースの観点か課題となっている。

ら、ダブルナットでの予圧方法ではなく、
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スペーサボールはこのような揺動運転にも効果があることが分かっている。図5 は、スペーサボールの使用有無による2017.2

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図4

スペーサボールの効果

図5

図6

グリースの違いによる耐摩耗特性

駆動トルクの増大を示したものである。 るかがボールねじの機能を長期間に亘っスペーサボールの使用により駆動トルク揺動特性とスペーサボールの効果て維持させるための鍵となる。この摩耗の増大が緩和されていることがわかる。 特性についても耐摩耗性グリースを使用

7．お わ り にミニチュアボールねじの用途拡大に伴さらに、定期的にダミーストローク（ボーすることで、大きな効果が得られること

い、要求される性能が広範囲に及んでいルねじ循環数の 2 倍強の長さ）を取り入が分かった（図6）。

るが、今回は少なからずともトライボロれることで、これらの現象が抑制される

摩耗量の変化は、稼働中の予圧動トルジーに関連する話題を取り上げた。ミニことが知られており、スペーサボールとクをモニターすることで把握できる。図チュアボールねじの回転性能について、の併用が有効的である。

6 より耐摩耗性グリースを使用すること

スペーサボールの使用や潤滑剤の選定なで、予圧動トルクの低下を抑制すること

ど、その性能をできる限り維持する手段

6．グリースによる摩耗特性の違いができ、さらに長期間に亘り、摩耗を抑について報告したため、多少なりとも使ミニチュアボールねじでも比較的高荷制できていることが分かる。また、ス用者の参考になればと考える。このよう重で使用する場合、軸方向剛性値を確保ペーサボールの径差（負荷ボールとスに、ボールねじを正しく使いこなすためする目的で、相対的に高い予圧量を設定ペーサボールの直径の差）を管理するこに重要なことは、使用条件をできるだけする場合もある。このような事例では、 とで、摩耗の度合いも低減できているこメーカーに開示し、ボールねじの選定段オーバーサイズボールを利用した予圧方とが分かる。図 6 から比較的高荷重下で階からリスクを避ける設計を行うことで法では、ボール同士の摩擦、ボールと軌は、スペーサボールの径差管理と耐摩耗ある。

道面の摩擦が大きくなることから、ボー性グリースとを併用することで、摩耗のルまたは軌道面の経年的な摩耗は避けら抑制に対して、より効果が大きいことがれない。ボールねじの摩耗は、予圧量の分かる（注：メーカーは耐摩耗性に分類低下、すなわち剛性値の低下に繋がり、 していないがここでは摩耗特性が良いグ
本来目的とした機能が失われることになリースという意味で耐摩耗性グリースとる。そのため、いかに摩耗量を少なくす表現した）。

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