スティックスリップ現象
Bornemann Gewindetechnik社は、25年以上にわたり、あらゆる産業分野におけるほぼすべての用途に対応するねじスピンドルおよびナットを製造しています。製造の重点分野の一つは、鉄道車両用リフト設備、劇場・舞台設備、特殊機械製造などで使用される重荷重用リフト設備向けの、スピンドルとナットセットからなる組み込み可能な台形ねじ駆動装置の製造です。
巻上げ装置の信頼性の高い動作には、ねじスピンドルの表面仕上げおよび適切な潤滑剤の選定が極めて重要です。いわゆるスティックスリップ現象を回避することが求められます。ハンス・ゲレケ＝ボルネマン（ボルネマン・ゲヴィンデテクニク、代表取締役）：「スクリューリフト装置に関する問題が報告される場合、一般的に、以下の要因のいずれかが原因の一部であると想定できます。スクリューの表面仕上げ、汚染、システムの設置位置、そして特に潤滑剤の選定です。しかし多くの場合、問題はこれらの要因が複雑に絡み合ったものです。したがって、設計段階において、これらの要因のそれぞれを十分に考慮する必要があります」。
スティックスリップ現象
スティックスリップ現象（英語の「stick（付着）」と「slip（滑る）」に由来し、付着・滑り現象とも呼ばれる）とは、互いに運動する固体間で生じるぎくしゃくした滑りを指す。この現象は、静摩擦力が動摩擦力よりも大きい場合に常に発生する。
これにより、摩擦学的なシステムによっては振動が発生し、共振しやすい表面から騒音として放射される（「きしむ」や「きしむ」スピンドル）。この現象は、摩擦する物体が潤滑剤や中間層によって隔てられると、たいていの場合消失する。スティックスリップ現象は、技術的な用途においてしばしば望ましくない。スティックスリップ効果による悪影響は、ベアリング、リニア技術のガイド、あるいはリフティング技術のねじ軸などで観察される。
ラルフ・ヴュルテレ（Klüber Lubrication、アプリケーションエンジニアリングマネージャー）： 「特に重荷重用リフト装置においては、不適切な潤滑剤を使用すると、容易に潤滑不足の状態を招き、摩耗の増加を引き起こし、ひいては装置の早期故障につながる可能性があります。」この潤滑不足に伴う直接的な兆候として、通常、前述のような金切り声やきしむような音が現れます。
最悪の場合、このような潤滑不足の状態は、リフトシステム全体にマイクロ溶着や冷間溶着を引き起こし、ナットの「焼き付き」につながり、深刻な二次的損傷や、該当する設備の故障に至る可能性さえあります。
ここで、スピンドル・ナットシステムの材料組み合わせが決定的な役割を果たします。ねずみ鋳鉄と鋼の組み合わせの場合、材料に含まれる鉄分が冷間溶着を促進する可能性があります。一方、青銅と鋼の組み合わせであれば、一般的に冷間溶着は発生しません。では、この恐ろしい潤滑不足の状態、いわゆるスティックスリップ現象を回避するためには、どのような点に注意すべきでしょうか？
材料適合性
潤滑剤は、ベローズおよびシール材と適合性があることが実証されていなければなりません。適合性がない場合、潤滑剤がこれらの材料に影響を与え、例えば多孔化、亀裂、または膨れを引き起こす可能性があります。その結果、潤滑油の漏れや汚れの侵入が発生する可能性があります。いずれの場合も、ベローズやシールシステムは本来の機能を十分に果たせなくなります。安全性を確保するためには、許容最高使用温度において、潤滑油とベローズおよびシール材との適合性試験を少なくとも168時間実施する必要があります。
ベローズメーカーであるMFB-Technik社によると、ベローズの適切な材料選定および外部環境要因の考慮は、ベローズの寿命に影響を与える重要な基準ですが、顧客によってしばしば軽視されているとのことです。
ねじ軸の表面
潤滑剤が必要な場所に留まるようにするには、いくつかの要因が関係しています。その一つが、Bornemann-Gewindetechnik社が渦巻き加工法で製造するねじ軸とナットの表面形状です。これにより、ねじ表面に微細な潤滑ポケットが形成されます。これらの潤滑ポケットにより、高い面荷重がかかっても潤滑剤が押し出されることなく、ねじプロファイルの支持面には接触しないため、表面の「谷」に留まるようになります。
圧延法で製造されたねじ軸の場合、ねじプロファイルの支持面には潤滑ポケットが存在しないため、ナットのプロファイルが高面荷重下で軸上を滑走する際、塗布された潤滑剤が保持されないことがよくあります。潤滑剤は支持面から押し出されるか、あるいはナットの前方に押しやられてしまいます。いずれの場合も潤滑膜の破断が生じ、当初は温度上昇やスティックスリップ（断続的な滑り）を引き起こし、時には耳をつんざくような騒音を伴い、最終的にはねじ駆動部の破損につながります。Moritz von Soden（Bornemann-Gewindetechnik 営業部長）： 「当社の顧客の多くは、重荷重用リフティング技術の分野に属しています。この分野では、潤滑不足による既知の問題を回避するために、渦巻き加工が施されたねじ軸が一貫して採用されています」。
さらに、潤滑剤自体の付着性も重要な役割を果たします。これは潤滑剤の配合、具体的には増粘剤の種類と量によって決まります。また、潤滑剤を塗布する前の表面の洗浄も極めて重要です。例えば、金属加工液の残留物は付着性を妨げます。
流動特性
ナットの適切なねじ形状により、潤滑剤を前方へ押し出すのではなく、いわば潤滑隙間に引き込むようにします。とはいえ、潤滑剤は摩擦箇所から素早く押し出されたり、飛び散ったりする可能性があります。ただし、潤滑剤は可能な限り速やかに再び戻ってくる必要があります。このため、Klüber Lubricationでは、NLGI 0、さらに望ましいのは00の粘度クラスの流動性グリースの使用を推奨しています。当然ながら、スピンドルシステムは適切に密閉されている必要があります。グリースの量は、スピンドルとベローズ間の容積の少なくとも30%を満たすようにしてください。
油の放出
スクリューリフト装置におけるスクリューナット間の摩擦系では、滑り速度が比較的低く、面圧が高いため、流体力学的に形成された潤滑膜が形成されず、潤滑不足を引き起こす可能性があります。このような運転状況下では、添加剤が潤滑剤の性能を決定づける重要な要素となります。添加剤はグリースの油分中に溶解しているため、グリースは負荷がかかった状態で十分な量の油を放出する必要があります。優れた流動性を持つ油は、添加剤を含めて実際の摩擦箇所に容易に到達し、確実な潤滑を実現します。
防食性
潤滑油に求められるもう一つの要件は、システムの気密性から派生するものです。ベローズは通常、気密に密閉されていないため、内部での結露の発生を原理的に排除することはできません。このため、潤滑油は高い耐水性を備え、優れた防食性を発揮する必要があります。
マルク・シリグ（MFB-Technik Schillig GmbH & Co. KG 代表取締役）：「当社もまた、定期的に『結露』という問題に直面しています。原則として、『気密化は機能しない』と言えます。動作時には空気の交換が確保されなければならず、そうでなければベローズは確実に損傷します。この問題に対処するため、高品質のフィルターやバルブが使用されます。結露水は、ベローズが収縮する際の過圧を利用して、セパレーターを介して外部へ排出されます。当社はすでに、お客様と共に様々な解決策を実装してきました」。
ヒルデスハイム近郊のデリングセンにあるBornemann-Gewindetechnik GmbH社は、3800平方メートルの敷地に40名の従業員を擁し、25年にわたりあらゆる特殊形状のねじや、旋盤加工・フライス加工部品を製造しています。加工可能なあらゆる材料を原料として使用しています。さらに、同社では故障したスピンドルの修理サービスも提供しています。ねじスピンドルの標準サイズは、直径10～180ミリメートル、長さ最大6メートルです。最新のマシニングセンターを使用することで、h6の寸法公差を維持することが可能です。h6は、スピンドル径100mmの場合、99.978mmから100mmの公差に相当し、これによりボールベアリングを適切に取り付けることが可能となります。渦巻加工法を用いることで、ねじ表面に研削仕上げと同等の品質を実現しています。納期は受注後2～3週間です。