射出成形向けボールねじリード選定ガイド｜YOSO

全電動射出成形機向けボールねじを仕様設定する際、最も重要な判断の一つでありながら、最も見落とされがちな要素があります。 スクリューリード リード——つまり、ネジ軸が1回転する際にナットが移動する距離——は、モーター回転数、直線速度、推力の関係を直接決定します。

リードを小さくしすぎると、所定の射出速度に達しなくなります。逆に大きすぎると、推力や位置決め分解能が低下します。最適なリードを選定できれば、機械はすべての性能目標を満たしますが、誤った選定では速度・推力・精度のいずれかが犠牲になります。

このガイドでは、ボールねじのリード（ピッチ）の仕組み、関連するトレードオフ、および射出成形機の各軸に最適なリードを選定する方法について説明します。

ボールねじのリードとは？

この 鉛 ボールねじのリードとは、ねじ軸を1回転（360°）させたときにナットが進む直線距離のことです。単位は「ミリメートル／回転（mm／rev）」で表されます。

射出成形用途で一般的なリードサイズには以下があります：

• 微細リード ：5 mm、6 mm、8 mm、10 mm／rev
• 中間リード ：16 mm、20 mm、25 mm／rev
• 高リード ：32 mm、40 mm、50 mm／rev
• 超ハイリード ：63 mm、80 mm、100 mm／回転

重要：リード ≠ ピッチ ピッチとは、隣接するねじ山の頂点間の距離です。シングルスタートねじではリードとピッチは等しくなりますが、マルチスタートねじ（2スタート、4スタートなど）では、リード＝ピッチ×スタート数となります。高リードボールねじは、ボールの適正サイズおよび荷重容量を確保するために、ほぼ常にマルチスタート構造を採用しています。

根本的なトレードオフ：速度 vs 推力

ボールねじのリードは、基本的な機械的原理に基づき、直線速度と推力の間に逆比例関係を生じさせます。

直線速度 ＝ ネジの回転数（RPM）× リード

• リードを2倍にすると、同一回転数における直線速度も2倍になります
• 例：1,500 RPM × 10 mmリード ＝ 15 m／分；1,500 RPM × 20 mmリード ＝ 30 m／分

推力 ＝ トルク × 2π ÷ リード × 効率

• リードを2倍にすると、同じトルクで推力が半減します
• 例：10 Nmのトルク × 2π ÷ 0.01 m × 90％効率 ≈ 5,650 N；リード20 mmでは ≈ 2,825 N

これが根本的なトレードオフです：

• 細かいリード → 推力は大きくなるが、速度は低く、位置決め分解能は高くなる
• 大きなリード → 推力は小さくなるが、速度は高く、位置決め分解能は低くなる

設計エンジニアの役割は、利用可能なモータートルクを前提として、所定の速度要件と推力要件の両方を満たす最適なリードを選定することです。

射出成形機の各軸におけるリード選定

射出成形機の各軸は、それぞれ異なる速度および力の要件を持つため、それぞれに応じた異なるリード戦略が必要です。

1. クランプ軸

推奨：細〜中ピッチ（10～20 mm/回転）

クランプ軸には最大の推力と中程度の速度が求められます。金型閉鎖力は、小型機で50 kNから、大型機では5,000 kNを超える場合もあります。

なぜ細〜中ピッチか：

• 高い機械的利得により、比較的小さなモータートルクから非常に大きなクランプ力を得られる
• 速度は十分に確保可能——クランプ行程は比較的低速な動作である
• 高分解能により、金型保護（低圧閉模）のための精密な位置決めが可能

代表的な例：

• 小型機（50～100トン）：ピッチ16 mm、直径40 mmのねじ
• 中型機（200～350トン）：ピッチ20 mm、直径50～63 mmのねじ
• 大型機（500トン以上）：ピッチ16～20 mm、直径80～100 mmのねじ（多くの場合、二重ねじ構造）

重要な考慮点： クランプ軸には通常、シャフト径に対して最大径のねじと最も細かいピッチが用いられ、推力容量を最大化します。

2. 射出軸

推奨：中～高ピッチ（20～40 mm／回）

射出軸には、薄肉成形品の高速充填に必要な高い速度と、パッキングおよび保持圧力を発生させるための十分な力の両方が求められます。これは、速度と力という相反する要件の両極を同時に満たす必要があるため、ピッチ選定において最も難しい軸です。

中～高ピッチを推奨する理由：

• 薄肉成形品や包装用成形品では、射出速度100～300 mm／sを達成する必要があります。
• また、パッキング工程では50～200 kNの射出力を確保する必要があります。
• 中ピッチは、この2つの要件のバランスを最もよくとれます。

代表的な例：

• 汎用機（100～200トン）：ピッチ20～25 mm、ねじ径Ø40～50 mm
• 高速包装用：ピッチ32～40 mm、ねじ径Ø50～63 mm
• 高精度／光学用途：リード16～20 mm、ねじ外径Ø32～40 mm（解像度を優先、速度は二次的）

重要な考慮点： 高速射出では、リードが最大射出速度の制約要因となることが多い。モーターの最高回転数において、要求される射出速度が標準リードでは達成できない場合、より大きなリードのねじが必要となるが、その際には、当該リード下でも射出力を維持できる十分なモータートルクが必須である。

3．エジェクタ軸

推奨：中リード（10～20 mm／回転）

脱型は、クラミングや射出と比較して、中程度の速度と比較的低い力で実行される。

中リードを推奨する理由：

• 脱型力は通常、クラミング力の5～20％程度
• サイクルタイム短縮のため速度は重要だが、射出速度ほど厳密な要求はない
• エジェクタピンの精密位置決めに十分な分解能を確保

代表的な例：

• 小型機：リード10 mm、ねじ外径Ø20～25 mm
• 中型機：リード16 mm、ねじ外径Ø32～40 mm
• 大型機械：リード20 mm、ねじ径Ø40～50 mm

4．射出ユニット横行／ノズル接触

推奨：中～高リード（20～32 mm/回転）

ノズルタッチは、低負荷・中速の軸です。負荷が小さいため、高リードが有効です。

高リードを採用する理由：

• 負荷が小さいため、機械的利得はそれほど重要ではありません
• 移動速度が速いほど、サイクルタイムが短縮されます
• ノズル接触では、分解能がやや粗くても問題ありません

適切なリードの算出方法

リードの選定には、モーターの許容範囲内で速度および負荷の両要件を確認する必要があります。

ステップ1：必要な直線速度を決定します 軸が達成する必要のある最大直線速度を算出します：

• 射出軸：射出速度（mm／s）× 60 ＝ mm／min
• クランプ軸：金型閉じ速度（mm／s）× 60 ＝ mm／min

ステップ2：必要なスクリューロータリースピード（RPM）を算出 RPM ＝ 必要な直線速度（mm／min） ÷ リード（mm／rev）

このRPMがモーターの定格回転数、およびスクリューの臨界回転数とDN値の許容範囲内であることを確認してください。

ステップ3：必要なモータートルクを算出 トルク（Nm）＝ 推力（N）× リード（m／rev） ÷ （2π × 効率）

効率は、ボールねじの場合、通常0.85～0.95です。

このトルクがモーターの連続トルクおよびピークトルクの許容範囲内であることを確認してください。

ステップ4：位置決め分解能の確認 最小増分移動量＝リード÷（モーターエンコーダ分解能×ギア比）

この値が、当該用途で要求される位置決め精度よりも細かくなるようにしてください。

マルチスタートねじ：負荷容量を犠牲にすることなく高リードを実現

よくある誤解として、「リードの大きいねじは負荷容量が小さい」というものがありますが、これは必ずしも正しくありません。その理由は マルチスタートねじ構造 .

シングルスタート対マルチスタート：

• シングルスタート ：1本の連続したねじ山。リード＝ピッチ。
• ダブルスタート 2条の平行なねじ山。リード＝ピッチ×2。
• 4条ねじ 4条の平行なねじ山。リード＝ピッチ×4。

多条ねじは、隣接するねじ山間の距離（ピッチ）を適切に保ったまま、大きなリードを実現します。つまり：

• ボール径は変化しない → 荷重容量も変化しない
• ナットの外形寸法は変化しない → 他社製品との互換性が維持される
• リードのみが変化する → 速度性能が向上する

たとえば、外径Ø40 mmのボールねじは以下のような仕様で提供されています：

• 40-5（単条ねじ、リード5 mm）——高推力・低速
• 40-10（2条ねじ、リード10 mm）——中推力・中速
• 40-20（4-start、ピッチ20 mm）— 推力は低く、速度は高い

すべて同じボール径を採用し、動的荷重定格も類似していますが、ピッチ20 mmのタイプは、同一回転数（RPM）で直線速度が4倍になります。

DN値：見落とされがちな制約条件

高速用途でリードを選定する際には、併せて DN値 （＝スクリュー直径D［mm］×回転数N［rpm］）も確認する必要があります。DN値は、ナット内部におけるボールの移動速度を表す指標であり、スクリューの設計および潤滑方式によって上限値が定められています。

DN値：見落とされがちな制約条件

高速用途でリードを選定する際には、併せて DN値 （＝スクリュー直径D［mm］×回転数N［rpm］）も確認する必要があります。DN値は、ナット内部におけるボールの移動速度を表す指標であり、スクリューの設計および潤滑方式によって上限値が定められています。

一般的なDN値の上限：

• 標準精度研削加工スクリュー：約70,000～100,000 DN
• 高速最適化設計スクリュー：約120,000～160,000 DN
• 超高速専用設計：最大220,000 DN

リード選定の重要性： 直線速度30 m／分、リード10 mmを必要とする場合、回転数は3,000 rpmになります。外径Ø40 mmのボールねじでは、DN値＝40 × 3,000 ＝ 120,000となり、ねじの許容DN値を超える可能性があります。

リード20 mmであれば、同じ直線速度30 m／分を得るのに必要な回転数は1,500 rpmのみです。この場合のDN値＝40 × 1,500 ＝ 60,000となり、許容範囲内に十分収まります。

重要な洞察: 同じ直線速度において、リードが大きいほど回転数が低くなり、DN値が小さくなるため、寿命が延びます。これが、高速射出成形用途で高リードねじが好まれる主な理由です。

よくあるリード選定の誤り

誤り1：速度だけを基準にリードを選定する 多くのエンジニアは目標速度を満たすようリードを決定しますが、推力（トルク）の検証を忘れがちです。その結果、機械は速く動きますが、必要な射出圧やクランプ力を発生できなくなります。速度と推力の両方を必ず確認してください。

誤り2：「念のため」にリードを過大に設定する 必要以上に大きなリードを選択すると、以下の問題が生じます：

• 機械的利得が低下 → より大出力・高価格のモータが必要
• 粗い位置決め分解能 → 精度要件を満たさない可能性あり
• モータに反射される慣性が大きくなる → チューニングが困難

誤り3：重要な臨界回転速度を無視すること 長さが大きくピッチが大きいスクリューは、最大回転数で臨界回転速度を超えて動作する場合があり、危険な振動を引き起こします。選定した直径、長さ、支持構成について、必ず臨界回転速度を計算してください。

誤り4：加速を忘れること 射出成形機の軸は、急速に加速・減速します。加速に必要なトルクは、推力に必要なトルクに加算されます。ピッチが細かすぎると、定常状態での推力には問題がなくても、高速な加速に対応できるだけのモータトルクが得られない場合があります。

ピッチ選定の簡易参考表

表

軸	一般的なピッチ範囲	ねじ径範囲	優先事項
クランプ	10～20 mm／回転	φ40～100 mm	推力 > 速度
注入（一般）	20～25 mm/回転	ø32～50 mm	速度と推力のバランスが取れている
注入（高速）	32～40 mm/回転	ø40～63 mm	速度 > 推力
注入（高精度）	16～20 mm/回転	ø32～40 mm	分解能 ＞ 速度
エジェクター	10～20 mm／回転	ø20～50 mm	バランス
ノズル接触	20～32 mm/回転	ø20～32 mm	速度 > 推力

結論

ボールねじのリードは、全電動射出成形機の各軸の性能特性を決定する基本的なパラメーターです。これは、速度と力のトレードオフを制御するレバーであり、最適なバランスを見つけることが極めて重要です。

主なポイント：

• クランプ軸 ：最大推力を得るための細かいリード
• 射出軸 ：速度と力のバランスを重視した中間リード；薄肉成形や高速成形向けの大きなリード
• エジェクタ軸 中程度の速度および力に対応する中間ピッチ
• 複数始動構造 負荷容量を犠牲にすることなく、高いピッチを実現
• DN値 高速用途では、しばしばより高いピッチが好まれる（回転数が低い＝DN値が低い）

各軸の速度、力、精度の要件に合わせてピッチを適切に選定することで、機械メーカーおよびリトロフィットエンジニアは、性能を最適化し、モーターのサイズとコストを最小限に抑え、ボールねじアセンブリの寿命を最大限に延ばすことができます。