何、なぜ、どのように

ボールねじは、高い推力と正確な位置決め能力を備えているため、直線運動を必要とする多くの自動組立用途で使用されています。

ボールねじは、小型部品の組み立てにおける位置決めステージの駆動に使用されます。ロボットのZ軸や電気機械式組立プレスのラムの制御にもボールねじが用いられます。高い剛性、低い沈下量、高速移動速度といった特長を持つボールねじは、マガジンローダー、ペーストプリンタ、ディスペンサー、配置・挿入装置など、多くの電子機器組立機械で使用されています。

ボールねじは、アクロねじと同様に回転運動を直線運動に変換します。しかし、アクロねじとは異なり、ボールねじは凹状のらせん状のねじ山を持ち、ねじとナットの間にはボールベアリングが循環軌道上を転動します。この構造により機械的な摩耗が大幅に軽減され、ボールねじはモーターのトルクの90%以上を推力に変換することができます。

ボールねじのねじ山は、研削または転造加工が可能です。研削ねじのボールねじは転造ねじのものよりも精度が高いですが、価格も高くなります。アクロねじと同様に、ボールねじにもわずかなバックラッシュ、つまりモーターが回転していないときのねじとナット間の相対的な軸方向の動きがあります。ボールねじとアクロねじの両方で、バックラッシュは通常0.006インチから始まります。ただし、アクロねじは摩耗するとバックラッシュの量が増加します。ボールねじは摩耗が少ないため、このようなことは起こりません。

バックラッシュが問題となるかどうかは、用途によって異なります。例えば、垂直方向の動きを伴う用途では、荷重が常にナットを押し下げるため、バックラッシュは問題になりません。バックラッシュを解消する一つの方法は、プリロードナットを使用することです。プリロードとは、ボールと溝の間の界面に予圧をかけることで、軌道面にクリアランスをなくすことを意味します。ナットの位置は、シャフトの回転位置のみに依存します。プリロードはシステムの剛性も高めます。

ボールねじの両端にある支持ベアリングは、見落としてはならない重要な部品です。支持ベアリングは、単純支持、固定支持、自由支持のいずれかに分類されます。ボールベアリングなどの単純支持は、半径方向の剛性は高いものの、軸方向の剛性はありません。アンギュラコンタクトベアリングのペアなどの固定支持は、両方向の剛性を確保します。自由支持とは、文字通り支持がない状態を指します。

ボールねじの支持状態は、ねじの回転速度と負荷容量に大きく影響します。ボールねじを選定する際には、エンジニアは可能な限り多くの用途情報を提供する必要があります。この情報には、想定される負荷、回転方向、サイクル数、ストローク数、および寿命が含まれます。環境条件も重要です。なぜなら、環境条件はベアリングシールに影響を与える可能性があるからです。

コーリー氏は、エンジニアに対し、精度、再現性、分解能の違いを理解し、必要以上の精度を指定しないようにアドバイスしている。ネジの精度を高めるには莫大なコストがかかる。再現性を高めることは、標準ナットとプリロードナットの違いに相当する。コストは高くなるが、精度を高めるほどではない。分解能を高めるのは安価で簡単だ。