スリップスティック現象への対策： 微小な潤滑剤リザーバーを持つねじプロファイル

負荷時に20N/mm2以上の面圧を受け、低周速で作動するウォームギア式スクリュージャッキのねじ山形状は、常に潤滑を必要とします。Bornemannの精密ねじ山は、そのソリューションの一部を提供します。

突然悲鳴を上げるスレッドは、経験豊富なマシン・オペレーターにとっては警報となる。経験上、システムが故障するまでそれほど長くはかからない。金切り声は摩耗の兆候であり、特に重量物吊り上げ技術の分野では、ベアリング、ガイド、ネジスピンドルに発生しやすい。理由は潤滑不足。その結果、スティックスリップが発生します。2つの固形物（ねじの場合、スピンドルとナット）が互いに接触し、ぎくしゃくした動きをします。最悪の場合、微小溶接や冷間溶接の原因となる。では、潤滑油メーカーが悪いのだろうか？

「ボルネマン・ゲヴィンデテクニクの社長、モーリッツ・フォン・ゾーデンは言う。「そんなに単純なことではありません。スティック・スリップ現象の原因はさまざまです。多くの場合、さまざまな影響の組み合わせです。しかし私の考えでは、ねじの最適な寿命を確保するための基本は、その設計にあります。糸表面の品質は大きな要因です。」

ねじ山形状への最適な潤滑 – スティック・スリップ現象に対抗する潤滑ポケット

スティック・スリップ現象（単にスティック・スリップ）は、通常、中間材料または潤滑剤が接触面を分離するとすぐに消失します。その効果は、潤滑剤とエラストマー材料との相性、逆流挙動、オイルの供給量、腐食防止レベルにも左右される。

もう一つの決定的な要因は、スピンドル/ナット・システムの材質の組み合わせである。例えば、球状鋳鉄と鋼鉄の組み合わせでは、両方の材料に含まれる鉄分が冷間溶接を促進する可能性があります。

Bornemann社は、潤滑油の供給、潤滑油の適合性、材料の組み合わせに重点を置くのではなく、ねじスピンドルとナットの表面形状の開発において精度に重点を置いています。微細なレベルでの精度：ネジ山表面の凹部という微細な潤滑ポケットは、表面荷重が高い場合でも、必要な場所に潤滑油を保持するのに役立ちます（図1a、b）。

ボルネマンが製造するねじ山は、このような重要な潤滑ポケットを確実に示します。ねじ転造法ではねじ山の表面に凹部を作ることができないため、このような代替案はありません。その結果、Bornemannのねじ立てスピンドルは重荷重技術分野で特に人気があります。ねじ切りスピンドルを製造する工具は、一組のプロファイルダイスを備えた駆動リングで構成されています。加工中、ダイスリング内でワークが回転することにより、ねじ切り加工が行われます。

ダイセットは、断続切削を行うために次々と作動する複数の個別の切削刃で構成されている。この工程で、個々のカットの間にワークピース表面に微細な凹みができ、わずかマイクロメートルの多角形の凹面取が形成される。一見すると、これらの凹みは製造上の欠陥のように見える。実は、これらの加工痕は、ねじ切りスピンドルの操作性を向上させます。微細な凹みは、潤滑摩擦接触時に潤滑のマイクロポケットとして機能します。これらのポケットは潤滑油で満たされるため、潤滑膜の切れ目を打ち消します。図2aに見られるように、潤滑のマイクロポケットは、2つの固体間の潤滑摺動接触中に流体力学的な圧力上昇を引き起こす。この圧力上昇は表面に対して垂直に作用し、固体摩擦を防ぐ。

潤滑用マイクロポケットを装着したトライボメータ・ディスクを使ったテストでは、摩擦接触時の潤滑油の供給を改善することで、摩擦係数を低減し、1.5m/s以下の低相対速度での摩擦損失を低減できる可能性が示された（図2b）。

このような微小な潤滑ポケットは、他の分野（たとえばシリンダーブッシュとピストンの摩擦接触）では、すでにさまざまな研究プロジェクトの対象となっている。内燃機関では、これらの凹部は、潤滑剤が接触点から流出するのを防ぎ、機械的摩耗による摩擦損失と摩耗を低減するために使用される。凹部はまた、ボルネマンねじスピンドルのねじ支持面にも同等の利点をもたらします。特に、摩擦運動に対して直交する方向は、摩擦接触時に潤滑剤を所定の位置に保ち、適切な潤滑効果を確保するのに役立ちます。

「もちろん、他の製造工程にも特有の利点があります」とモーリッツ・フォン・ゾーデンは説明する。「しかし、私たちのネジ山は、ヘビーデューティー・エンジニアリング、特に大きなストレスがかかる台形スクリュー・ドライブにおいて、その価値が証明されています。潤滑油の搾り出しが非常に少なくなります。私たちが導入した潤滑ポケットは、潤滑油リザーバーのような役割を果たします」。

転造スピンドルの方が耐用年数が長いという一般的な意見は、ボルネマンCEOが実際に確認したものではありません。「転造スピンドルの表面が硬いからと言って、耐用年数が長くなるわけではありません。リフティング技術では、一般的にブロンズナットが摩耗部品として使用されます。そのため、技術的にはスピンドルの硬度は摩耗の観点からは重要な要素ではありません。さらに、以前の耐久テストでは、当社のネジ付きスピンドルは、長年使用しても摩耗の兆候はごくわずかであることが実証されています」

糸の品質と並んで、システム全体が重要である

スリップ・スティック現象に対抗できるのは、ネジ、潤滑剤、プラントのメンテナンスの最適な組み合わせだけです。潤滑剤を塗布する前に表面をクリーニングすることは、最も重要な準備作業のひとつです。また、コンシステンシー・クラスNLGI 00の流動性グリースを強く推奨します。グリースの量は、スピンドルとベローズの間の体積の少なくとも30％でなければなりません。潤滑剤に対するもう一つの要件は、システムの気密性から導かれます： 通常、ベローズは密閉されていないため、ベローズ内で結露が発生する可能性は否定できません。従って、潤滑油には高い耐水性が要求され、非常に効果的な腐食防止効果が求められます。

ボルネマンについて

Bornemann Gewindetechnik (www.bornemann-gewindetechnik.de)は、あらゆる特殊形状のねじ山を製造しています。リフティング技術、油圧鉄工アプリケーション、プラットフォーム装置、ダム用ゲートバルブなどのカスタムソリューションを製造しています。バットレスねじ、送りねじ、マルチスタートねじの高精度な加工に加え、すぐに取り付けられる大型の台形ねじスピンドルやナットセットの製造にも力を入れています。加工可能な材料であれば、どのようなものでも出発材料として使用できます。ねじスピンドルの標準サイズは直径10～180mm、長さ10mまでです。Bornemannの最適化された製造工程により、研削されたねじ山と同等の品質を達成するねじ山形状が得られます。

スティック・スリップとその結果： ひどい騒音と摩耗の増加

スティック・スリップ現象は日常生活でもよく見られる。ドアがきしむとき、車輪がレールの上できしむとき、ワイパーがフロントガラスの上できしむとき、静止摩擦は滑り摩擦よりも大きい。しかし、特に工業環境における技術的な用途では、スティック・スリップ現象がすぐに問題となります。これは、ねじ山形状における摩耗の増大と潤滑不足の兆候です（図3）。極端な場合には、スピンドル/ナットシステム全体に冷間溶接を引き起こすことさえあります。