DFUシリーズ ボールねじ

I. 主な特徴と呼称の説明

位置決め： フランジ取り付け式、ダブルナットプリロード付き、高剛性・高精度のボールねじアセンブリです。バックラッシュがゼロで、超高剛性、高負荷容量、長寿命が要求される高品位用途向けに設計されたソリューションです。
呼称の解説：

• D: オーケー ダブルナット。二つのナットをプリロード方式で組み合わせた主要な特徴。
• F: フランジ付き。ナットには四角または円形のフランジが付いており、取り付けおよび固定が容易になっています。
• U： 通常、「ウルトラプレシジョン（超精密）」または特定の高性能グレードを表します。場合によっては特定のプリロード方式を指すこともあります。

コアバリュー: プリロードされたダブルナット構造により、軸方向の遊びを積極的に排除し、シングルナット式のボールねじと比べてはるかに優れた剛性と負荷容量を実現します。

II. コア構造と動作原理

ダブルナットプリロード構造（コア）：

• DFUは2つの独立したボールナットで構成されています。 プリロード調整部品（例：プリロードスペーサ、スプリング、またはネジ付きスリーブ）がそれらの間に反対方向の軸力を作用させます。
• 動作原理: このプリロードにより、2つのナットのボールレースがねじ軸のねじ山の相反する側面に押し付けられます。ねじが前進負荷または逆方向の負荷を受けているかどうかに関わらず、いずれか一方のナットのボールが常に負荷下にあります。これにより軸方向の遊びを完全に排除し（ゼロバックラッシュを実現）、システム剛性を大幅に向上させます。

プリロード方式：

• スペーサー式プリロード： 異なる厚さの高精度スペーサーを2つのナット間に挿入します。構造がシンプルで剛性が最も高いですが、プリロード量は固定されており、調整が不便です。
• スプリング式プリロード： ディスクスプリングセットを用いてプリロード力を加えます。摩耗や熱膨張による変化を補償し、一定のプリロードを維持できますが、剛性はスペーサ式に比べてわずかに低くなります。
• ねじ付きプリロード： 2つのナットの相対位置は、ねじ付きスリーブによって調整および固定される。調整が可能であるが、剛性は締め付け力に依存する。

フランジ付きナット：

• 頑丈な一体型フランジを備えており、広い取り付け面積を提供する。複数のネジでワークテーブルに固定され、優れた接続剛性と簡単な取り付けを実現する。

高精度ねじシャフト：

• 精密研削加工プロセスを用いて製造され、通常C7、C5、あるいはC3といった高いリード精度等級を達成する。優れた素材と熱処理を特徴とする。

III. 主要性能の利点

• ゼロバックラッシュと超高精度の位置決め： プリロードされた二重ナット構造により、軸方向の遊びを完全に排除し、真の「ゼロバックラッシュ」伝達を実現する。これは、極めて高い繰り返し精度、双方向位置決め、逆走衝撃のない動作が要求される用途（精密測定、露光装置、高性能工作機械など）にとって不可欠である。
• 卓越した軸方向剛性： ダブルナット構造は、シングルナットねじ対の2倍以上の軸方向剛性を提供します。高軸荷重下でのたわみが極めて小さく、重切削や高負荷条件下でも運動精度と安定性を確保します。
• 高負荷容量と長寿命： 2つのナットが負荷を分担することで、動的および静的荷重定格全体が向上します。プレロードによりボールへの負荷分布も改善され、寿命の延長に寄与します。
• 優れた運動滑らかさ： クリアランスが除去されているため、スムーズで衝撃のない方向転換が可能となり、低速運転時の「かたむき」（クローリング）を防止し、優れた運動特性を実現します。

IV. シングルナットボールねじ（例：SFU）との比較

V. 主な適用分野

DFUボールねじは、極限の性能を要求されるハイエンド装置向けに特別に設計されています。

• 超精密NC工作機械: 精密マシニングセンター、ジグ研削盤、超精密旋盤の給与軸。
• 半導体製造装置: 露光装置、ウエハ検査装置、ダイボンダーにおけるナノメータポジショニングステージ。
• 精密測定器: 三次元測定機（CMM）、レーザー干渉計、ビジョン測定システムの主要駆動軸。
• 高級アディティブ製造装置： 産業用金属3Dプリンターにおける粉末散布および成形シリンダー駆動装置。
• 航空宇宙製造装置： 複合繊維配置機、高精度5軸マシニングセンタ。
• 精密光学・電気光学装置： 望遠鏡指向システム、レーザー切断／彫刻機のための精密駆動軸。

VI. 選定および使用ガイドライン

• 必要性の評価： リジッド性、バックラッシュ、寿命に関して単一ナット式ねじ（内部プレロード付きであっても）が要求を満たせない場合にのみ、ダブルナット方式の検討を行うこと。その高いコストと複雑さから、十分な正当化が必要である。
• プレロード方式の選定：

1. スペーサー式プリロード： 安定した負荷、極めて高い剛性が要求される用途、およびプリロードの変化が望ましくない場合に適しています（例：高剛性工作機械）。
2. スプリング式プリロード： 摩耗や熱膨張を伴う複雑な条件下で一定のプリロードが必要とされる場合に適しています（例：長ストローク・高精度測定装置）。

• 精度等級のマッチング： ねじ軸は、システムの目標精度に応じてC7またはそれ以上の精度等級を選定する必要があります。
• システムの熱管理： ダブルナットによるプリロードは摩擦が大きくなりやすく、発熱の可能性が高くなります。高速運転または長ストローク用途では、ねじ軸の冷却（中空ねじ軸への冷却液流通など）や強制冷却対策を検討してください。
• プロの設置: 取り付け時には、2つのナットの正しいプリロード調整と、ねじ軸の駆動モータおよび支持ベアリングとの正確なアライメントが極めて重要です。

DFU（および同様の二重ナット予圧式）ボールねじは、「ゼロバックラッシュ」と「極めて高い剛性」を追求するボールねじ技術における先進的なソリューションです。巧妙ながらも複雑な二重ナットによる予圧構造により、コストや運転効率（摩擦増加）の一部を犠牲にすることで、往復方向の位置決め精度、システム剛性、および負荷容量において質的な飛躍を実現しています。これは、最も厳しい運動制御性能が要求される精密機器設計者にとって利用可能な、最も強力で信頼性の高いコア機械伝動部品の一つです。DFUを選ぶことは、機械の最上位レベルの性能に堅牢かつ信頼性の高い基盤を築くことを意味します。