日本精工、ボールねじの動摩擦トルクと発熱を低減した低フリクションボールねじを開発

日本精工(NSK)は10月4日、ネジ軸の回転運動を直線運動に変換するために用いられ、加工工具やワークの直線方向の精密な位置決めなどに用いられるボールねじとして、低フリクションボールねじ「MT-Frix」を開発したことを発表した。

低フリクションボールねじ「MT-Frix」の外観 (提供:NSK、以下すべて同様)

近年、工作機械は、より精密な加工を実現したいというニーズと、低炭素社会実現に向けた省エネ化ニーズの両立が求められるようになっている。このうち、高精度化を実現するためには、ボールねじの駆動に伴う発熱により、軸が伸びてしまい、位置決め精度が低下するという課題を克服する必要があった。一方の省エネ化については、ボールねじのトルクが大きいと回転するためのモーターの消費電力が増加するという課題を克服する必要があり、いずれもボールねじが回転する際に発生する摩擦によるトルク(ボールねじの動摩擦トルク)に起因する問題であるという。

工作機械に求められる性能と、その実現を妨げている要因

例えば発熱に伴う変形に対しては、強制的に冷却することで金属の熱変形を抑えることが可能だが、冷却装置を用いる必要があり、消費エネルギーの増大が伴うため、2つのニーズの解決には結びつかない。強制冷却以外の動摩擦トルクの低減策としては、予圧(剛性)を下げるという手法が用いられてきた。これは、あらかじめボールねじのボールをつぶしておくことで、荷重がかかった際の変化量を減らしておこうというもの。ただし、予圧が高い工作機械のようなものの場合、高い加工精度を維持するためには高剛性である必要があり、結果として発熱が大きくなり、トルクも増加してしまっていた。

従来の動摩擦トルクの低減策

今回、同社ではボールねじの動摩擦トルクの増加原因を探ることで、剛性を維持しながら、動摩擦トルクの低減を図ろうという試みを実施。具体的には、ボールが溝を転がる際に発生する摩擦が動摩擦トルクであり、ボールと溝の接触状態を可視化する必要から、2021年ころから開発に導入した同社のデジタルツイン手法「リアルデジタルツイン」を活用することで、ボールと溝の接触状態を高精度に解明することに成功。予圧(剛性)を維持しつつ、動摩擦トルクの低減に最適な内部仕様を開発することで、低フリクションボールねじであるMT-Frixを実現したとする。