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本ガイドでは、プリロードの実際の役割、HIWINやTHK、TBIなどの主要メーカーが採用する標準的なプリロードクラス、および射出成形機の各軸（クランプ・射出・脱模）に応じた最適なプリロードレベルの選定方法を分かりやすく解説します。
ボールねじのプリロードとは？
プリロードとは、 ボールナットとねじ軸の間に発生する内部軸方向力のことです ローリング要素を溝ピッチに対してやや大きくすることで、ボールが溝の隙間に対してわずかに大きくなり、連続的な弾性荷重が発生し、クリアランスが完全に除去されます。
射出成形用途では、プリロードにより以下の3つの主要なメリットが得られます。
- バックラッシュを排除 ・射出軸および脱模軸での方向反転時にバックラッシュ（遊び）がゼロになります
- 剛性の向上 ・大きなクランプ力および射出力が加わっても、システムのたわみが小さくなります
- 位置決めの再現性の向上 ・接触状態が一定であるため、停止位置も一定になります
ただし、プリロードを導入すると、外部荷重がゼロの場合でもローリング摩擦が発生します。この摩擦は熱を発生させ、モータートルクを消費し、摩耗を加速させます。したがって、目的は常に、使用条件における剛性および精度の要求を満たす最小限のプリロードを設定することです。 
標準プリロードクラス
主な台湾および日本のメーカーでは、標準化された3段階のプリロード分類が採用されています。
表
| プリロードクラス | 軸方向予圧力 | 代表的なアプリケーション |
|---|---|---|
| Z0（ゼロ予圧／予圧なし） | 動的荷重定格の0％ | 搬送、低精度位置決め、搬送用軸 |
| Z1（軽予圧） | 動的荷重定格の約2～3％ | 一般自動化装置、脱型用軸、中精度要求 |
| Z2（中予圧） | 動的荷重定格の約5～7％ | クランプ用軸、射出用軸、高剛性加工 |
| Z3（高プリロード） | 動的荷重定格の約8～10％ | 超高剛性工作機械向け。成形機ではほとんど使用されない。 |
一部メーカーでは、これらのクラスをP0／P1／P2、C0／C1／C2、またはF0／F1／F2と異なる表記で示しているが、HIWIN、THK、TBIなど主要ブランド間で、その原理およびプリロード力の範囲は等価である。
射出成形機の各軸に応じたプリロード選定
射出成形機には複数のボールねじ軸があり、それぞれ負荷条件や精度要求が大きく異なる。したがって、すべての軸に同一のプリロードレベルを適用することはできない。
1．金型締付軸（トグル式／直圧式）
推奨：Z2（中プリロード）
金型締付軸は機械内で最も大きな力を受ける部位であり、数十トンに及ぶこともある。射出時の金型離反を防ぐため、バリ発生や分型面のズレを抑制するには、最大限の剛性が求められる。
Z2を推奨する理由：
- 金型閉模位置の精度を高めるため、バックラッシュを完全に排除
- 成形荷重下における軸方向剛性を最大限に向上
- 金型の偏摩耗を引き起こすたわみを低減
考慮事項
クランプ軸は比較的低速（通常5～15 m／分）で動作するため、Z2プレロードによる発熱は制御可能である。ただし、長行程・大型機では熱膨張の影響が無視できないが、剛性向上によるメリットがそれを上回る。
2．射出／スクリューフィード軸
推奨：Z1–Z2（用途により選定）
射出軸には、速度・精度・力のバランスが求められる。急速な加速・減速を繰り返し、デコンプレッションのために頻繁に方向転換し、一定の射出量を安定して供給しなければならない。
標準的な高精度成形向け → Z1 ライト：
一般的な高精度射出成形機では、ライトプレロードで十分な性能が得られる。バックラッシュは極小であり、摩擦抵抗も低く、24時間連続運転においても発熱量は許容範囲内に収まる。
高精度／光学成形向け → Z2 ミディアム：
射出量の再現性が0.1％未満である必要がある場合、中程度のプレロードにより、すべての射出ストロークで遊びゼロを実現します。追加の発熱を管理するため、冷却式スクリュー設計と組み合わせてご使用ください。
3．エジェクタ軸
推奨：Z1（軽プレロード）
エジェクタ軸は比較的軽い質量を動かすため、位置決め精度は中程度で十分です。頻繁に往復動作しますが、必要な駆動力は小さいです。
Z1を推奨する理由：
- バックラッシュを完全に排除し、エジェクタピンの位置を常に一定に保ちます
- 摩擦が小さいため発熱が抑えられ、グリースの寿命が延びます
- 標準的なエジェクション力に対し十分な剛性を確保します
Z0は、方向転換直後の最初のストロークでピンの進み具合が不均一になり、成形品が型に引っかかるおそれがあるため、この用途ではほとんど使用されません。
4．射出ユニット横行／ノズル接触
推奨：Z0またはZ1（軽プレロード）
この軸は、ノズル接触のために射出ユニットを前後に移動させるだけです。位置決め精度の要求はそれほど厳しくなく、負荷は主にリニアガイドの摩擦によるものです。
ノズルタッチにはZ0（プレロードなし）が十分に機能します。一部の機械メーカーでは、ノズル接触力のばらつきをわずかに小さくするためにZ1を指定していますが、その差はごくわずかです。
成形アプリケーションにおけるプレロードのよくある誤り
誤り1：「プレロードが多いほど機械の品質が良い」
多くの購入者が、Z3（重プレロード）を高級仕様のアップグレードと誤解しています。実際には、Z3はZ1と比べて摩擦が3～4倍発生し、発熱が大幅に増加し、予期される寿命が30～50％短縮されます。アプリケーションが本当に最大剛性を必要とする場合を除き、重プレロードはむしろ性能を損なう要因となります。
誤り2：時間経過によるプレロードの低下を無視する
プレロードは、軌道面の摩耗とともに低下します。数百万サイクルを経過すると、Z2グレードのボールねじは実質的にZ1、あるいはZ0にまで劣化することがあります。そのため、高負荷で5～10年間使用された高精度機械では、バックラッシュの問題が生じやすくなります。ダブルナット構造（TBI社のDFU／DFIシリーズ、HIWIN社のDFSシリーズなど）では、プレロードの再調整が可能であり、長期にわたる成形生産において大きな利点となります。
誤り3：速度を考慮せずにプレロードを指定すること
高速軸（短サイクル包装機における射出工程など）では、摩擦熱がより多く発生します。10 m／分では問題なく動作するZ2プレロードでも、30 m／分では熱暴走を引き起こす可能性があります。プレロードは、ねじのDN値および想定される運転速度と必ず照合してください。
ダブルナット方式 vs シングルナット方式によるプレロード
プレロードは主に2つの構造方式で実現されますが、この違いは保守性に大きく影響します。
シングルナット方式（ oversized balls）：
ナットは一体成形で、若干大きめのボールを使用します。これはコンパクトでコスト効率が良く、Z0～Z1グレードで広く採用されています。 欠点: プリロードは現地で調整できません。摩耗した場合は、ナットを交換する必要があります。
ダブルナット式プリロード（スペーサー／オフセット方式）：
2つの独立したナットを、スペーサーまたは角度をずらして組み合わせることでプリロード力を発生させます。高負荷軸において、Z1～Z2範囲で広く採用されています。 メリット： メンテナンス時にスペーサーの厚さを変更することで、プリロードを再調整・再設定できます。これにより、ボールねじアセンブリの実用寿命が大幅に延長されます。
10年以上連続運転される射出成形機の生産環境では、クランプ軸および射出軸にダブルナット式プリロードを採用することが、合理的な投資となります。
既設機械におけるプリロードの確認方法
古い全電動機械のトラブルシューティングを行う場合、ナットを分解せずに残存プリロードを概算で評価できます。
- バックラッシュ試験 ― ナットハウジングにダイアルインジケーターを取り付け、手で交互に軸方向の力を加えてロストモーションを測定します。測定可能なバックラッシュが確認された場合、プリロードが部分的または完全に失われていることを示します。
- ドラッグトルク試験 — モータカップリングを外し、スクリューを回転させるのに必要なトルクを測定します。工場出荷仕様と比較し、著しく低い値はプリロードの低下を示します。
- 温度監視 — 同じ生産条件で運転温度が急激に低下した場合、プリロードがほぼゼロまで減少している可能性があります。
結論
プリロードの選定は、剛性・精度・摩擦・発熱・寿命の間のバランスを取る作業です。射出成形機では、各軸ごとに最適な設定が異なります。
- クランプ軸： Z2（中程度のプリロード。ダブルナット構造が推奨）
- 射出軸： 一般用途にはZ1、高精度用途にはZ2
- エジェクタ軸： Z1（軽いプリロード）
- ノズルタッチ／トランスバース： Z0 または Z1
プリロードクラスを各軸の実際の要求に合わせることで、成形業者は位置決め精度、エネルギー効率、部品寿命のいずれにおいても最適なバランスを得られます。また、10年以上にわたって24時間365日稼働が見込まれる機械では、プリロードの再調整が可能なダブルナット設計を選択することで、長期的に大きな価値を実現できます。