ミニチュアボールねじの

単位：mm

高速化への取組みとその選定

軸外径位置決め用
リード

高速対応
リード

ケーエスエス株式会社 飛ヶ谷

正博

φ40.5,1,23,4*ひがたに

営業技術担当φ60.5,1,26,10,12

φ80.5,1,210,12φ10

1,2,320,25,30

チュアボールねじは、近年ではその用途を大きく

φ121,2,310拡大し、半導体製造装置をはじめ、医療機器、計

φ15

1,2,310,20,30

まさひろ

営業部

はじめに従来、位置決め用途として使用されてきたミニ測機器、一般産業機器、液晶製造装置など幅広い

表 1；リードの変遷分野で使用されるようになってきた（図 1）。それに伴い、ミニチュアボールねじへのニーズは大きハイリード化の懸念事項として、製作上の問題く変化し、それに応じた仕様の確立が必要となっに加え、縦軸で使用する場合の自重落下問題があている。本報では、ミニチュアボールねじにおける。ハイリード化に伴いボールねじの効率は良くる最新技術動向の代表例である高速化、高加減速なり、モータ停止時に励磁していな場合は、ナッ化について、最適選定や使用方法について述べる。
OthersFA machine

当社が実験と理論から確立した逆作動抵抗値の予Machine Tool

4.5% 2.0%13.5%トが自重で落下する事故が起こりやすい。図 2 は

Semi-con

測を示すグラフである。逆作動抵抗とは、ナット35.1%を押して軸を回転させるのに必要な力であり、自重落下のしやすさの目安を示すものと言える。
図 2 より、すきま仕様のボールねじは、リードLCDが大きくなる（リード角が大きくなる）ほど、よ14.5%り小さな力でねじ軸を回転させることができる。
つまり自重落下の危険性が高まることが分かる。

Precision
Stage 14.6%

ボールねじを縦軸で使用する場合は、電磁ブレー

15.8%

キなどの自重落下防止機構を装備する必要がある。

MedicalResistance (gf)

図 1；ミニチュアボールねじの納入先業種

１）ハイリードﾞ化傾向高速化に対応するためには、リードを大きくすること（ハイリード化）で、ボールねじ 1 回転あBackward Resistance (approximation)

100

Shaft dia ; φ6mm
Axial play ; around 10um

9080706050たりの進み量が多くできる。表 1 に当社の代表型

40番における軸外径とリードの組合せの変遷を示す。
ユーザの高速化要求に伴い、ハイリード化が進ん

302010でいることがわかる。ただし闇雲なハイリード化

00については、製作上の問題もあり、メーカとの相51015202530

Lead angle (deg)談が必要となってくる。当社では、表 1 に加えさらにハイリード化を目指した生産技術革新に取り

図 2；逆作動抵抗値予測組んでいる。

1２）高回転化

長期間にわたり潤滑性能を保持されていることが送り速度の高速化については、ハイリード化とFriction Coefficient数を大きくする方法がある。高速送りの場合は、ねじ軸の共振による危険速度の確認は選定時に実施しなければならない。
N ＝β ×60・λ22π・L2E ・I ・g×γ ・A

Pin-on Disk Test for Grease

0.40

Grease-C0.35250

Grease-A2000.30

Load（N）

わかる。

ともにモータの回転数、つまりボールねじの回転

Load0.25

1500.20

min－1

Grease-B

0.15

1000.10β；安全率
E ；ヤング率I ；ねじ軸断面の最小 2 次モーメントｇ；重力加速度γ；材料の比重L ；取付け間距離
A ；ねじ軸の最小断面積λ；取付け係数500.05MSG-No.2

Grease-D

0.00005101520Time（min）

図４；グリースの摩擦特性の比較

高速送り時の懸念事項として騒音レベルが挙げ

取付け間距離（L）が長くなれば、共振によるられる。一般に高速回転になると騒音が大きくな

危険速度が小さくなり、限界回転数が下がること

り、各メーカはリテナーを挿入してボール同士のになる。ミニチュアボールねじの場合、短いスト衝突音を防止し、最適なボール循環方式を選定しロークで高速往復する用途が多く、共振による危てボールの循環音を下げるなどの対策を施してい険速度が問題になる事例は少ない。

る。ミニチュアボールねじの場合、使用ボール径

危険速度の懸念事項に加え、高速送りの場合は、が小さいため、上記の効果はあまり大きくないこ

ねじ軸の高回転に伴い、グリースの飛散で潤滑不とが分かっている。図 5、6 は、当社で実験したボ良を招く恐れがある。そのため高速送りの場合は、ール径による騒音レベルの比較である。ボール径グリースの飛散しにくいちょう度（No.2 程度 ）のが大きい場合のみ、循環方式の違いで、騒音レベグリースを使用することが一般的であるが、ミニルに違いが表れている。そのためボール径が大きチュアボールねじでは、ちょう度がボールねじのい場合は、循環方式の選択により低騒音化の実現トルク特性に影響するため、当社では高速用途とは可能と言える。

して、粘着力が良くかつトルク上昇の少ない独自のグリース（MSG No.2）を推奨している。
Sound level (dBA)

Sound level with Circulation type (12-10)

図 3；ミニチュアボールねじ専用グリース

図 4 は、ピンオンディスク試験にて市販グリー

807570656054.96
53.175549.82
48.41
50
43
45 42.29
40350500

61.98
59.54

64.34
62.8

66.28
65.74

65.79
65.22

End-Def.
Tube

φ12-10Ball size ; φ2.381
1000

1500

2000

2500

3000

Revolution (min－1)

スとの比較調査を行った結果である。当社の専用グリース（MSG No.2）は、ピンの押し付け荷重

図 5；循環方式の違いによるを増加させても、摩擦係数の増加がほとんどなく、音響低減効果（3/32 ボール）2

グリースアップをすることも延命対策のひとつでSound level (dBA)

Sound level with Circulation type (15-20)80ある。

77.087569.847065.86

6562.586058.545552.6452.92

5047.88

71.54

69.26

早期損傷

64.5

59.02

End-Def.
Tube

45 42.28
41.12

φ15-20Ball size ; φ3.17540

潤滑不足品

図 8；潤滑状態による循環部損傷（100km 走行）

3505001000

1500

20002500

潤滑良好品

3000

Revolution (min－1)

またねじ軸の同一箇所で高速揺動運転を繰り返

図 6；循環方式の違いによるすと、ボール同士の競り合いが発生し、ボールの音響低減効果（1/8 ボール）循環が阻害され、玉詰まり現象によるトルクの上昇（図 9）で、最悪の場合はロック状態に至る可

３）高速揺動運転能性がある。この揺動トルク上昇を防止すため、高速送りの中でも、短ストロークを高速で往復スペーサボールの使用や玉詰まりを解消させるた運転する場合、高加減速化も併用されている。こめに一定間隔ごとにフルストロークを稼働させる

れは実装機などの代表的使用例であるが、高速揺方法（ダミーストローク）の採用を推奨している。

動運転として特別な対応が必要である。この場合、高回転に加え、高加減速により発生する荷重（FTorque Voltage (V)＝mα）を定格寿命計算に考慮すること、および循環部品の破損確率が大きくなることがボールねじ選定における注意点となる。図 7 は、当社の高速揺動試験で循環部品を破損させた事例である。

Oscillation Torque comparison

2.79

All load Balls

2.782.77

Spacer Balls

ボール循環部分
2.76
2.75

Shaft dia ; φ10Lead ; 2mm
Oscillation angle ; 300 deg.
0255075

100

Number of oscillation

図 9；揺動トルクの上昇
図 7；循環部品の破損事例

４）あとがき
当社では、高速揺動仕様の循環部品の強度対策

近年のミニチュアボールねじの高速化、高加減に取り組み、使用条件に合わせて最適な循環部品速化の現状と選定について述べたが、今後モータを選定するようにしている。

技術の進歩により、さらなる高速化や高加減速化

また、循環部品の破損は、潤滑状態によってもが進むと思われる。これに追随する最適なボール大きく左右され、当社の高速揺動試験でも、潤滑ねじを開発することは当社の使命であるが、重要不良品は、早期に循環部の損傷が確認された（図なことは使用条件をできるだけメーカに開示し、8）。潤滑不良は軌道面の早期剥離も引き起こしやミニチュアボールねじの選定段階からリスクを避すくなるため、ナットに給脂穴を設け、定期的なける設計を行うことである。

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