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モーターなどの回転運動を直接運動へ変換する役割を担うボールねじは、故障するとワークの搬送や位置決めが停止し、生産全体に影響を及ぼすおそれがあります。
ここでは、ボールねじが故障する原因や効率的なメンテナンス方法に加え、故障を事前に検知する方法を解説します。
ボールねじの故障原因は、潤滑油の劣化から異物混入、温度上昇など多岐にわたります。
ボールねじに使用されるグリス・オイルは、時間が経つと劣化が進み、性能が低下していきます。また、時間とともに減っていくため、場合によっては不足が生じるおそれもあります。
潤滑油不足・劣化は摩擦を増やし、ボールねじの摩耗や破損を招き、設備自体の故障リスクを高めます。トラブルを防ぐには、定期的な潤滑油の確認と注油が必要です。振動や摩擦をモニタリングするのも手でしょう。
鉄粉や木屑を扱う現場では、異物混入が原因でボールねじが故障する場合があります。異物が内部へ混入するとグリスやオイルに付着し、循環不良を引き起こします。設備の性能が低下するだけでなく、ボールねじの摩耗や破損に繋がるおそれがあります。
異物混入を防ぐ効果的な手段は防塵装置の使用です。ただし十分とはいえないため、定期点検やメンテナンス、設備周辺のこまめな清掃も求められます。
取り付け不良も故障に繋がります。ボールねじは、ねじ軸やナット、ボールなど複数の部品で構成されています。これらの部品のうち、1つでも取り付け不良が発生すると、動作不良や動作停止といった故障リスクが高まります。取り付け不良を防ぐには、定期点検で状態を確認し、増し締めや再取り付けを行う必要があります。
動作時の温度上昇によって故障するケースも見られます。ボールねじが動作すると周囲との摩擦が発生し、ねじ軸の温度が上昇することがあります。しかし、温度上昇によってねじ軸が熱膨張すると、動作不良を招くリスクが高まります。位置決め精度も下がるため、生産に影響が及ぶ可能性もあります。
熱膨張による故障は、使用環境に合った潤滑油の選定やこまめな注油で防げます。摩擦や温度をモニタリングし、予兆を検知することも重要です。
ボールねじの故障を防ぐためには、定期点検と予兆保全が求められます。
定期点検は、ボールねじの状態維持と故障リスク低減に寄与します。定期点検では、潤滑油の確認や注油、部品の分解清掃、消耗部品の交換などのメンテナンスを行います。必要に応じて異常音の測定や摩擦痕の確認も実施します。
適切な点検・メンテナンスは、ボールねじの長寿命化に繋がります。異常の発見にも寄与しますが、突発故障のリスクを抑えるためには予兆保全（予知保全）も必要です。
予兆保全は、センサーやシステムで設備の状態を常時監視し、異常の兆候を検知した時点で点検や整備を行う保全手法です。設備の状態に基づいてメンテナンス時期を判断するのが特徴です。
ボールねじでは、振動や摩擦トルクの変化から摩耗や潤滑不足、温度の上昇から異物混入や焼き付きの兆候を把握できます。さらに位置精度の乱れを追えば、熱膨張やバックラッシの発生を早期に捉えることが可能です。
予兆保全を導入することで、突発的なダウンタイムの回避、オーバーメンテナンスの削減、保全工数や部品コストの最適化といった効果が期待できます。一方で、センサーや解析環境の構築には初期投資が必要となるため、費用対効果をどう見極めるかが導入検討のポイントになります。
一方、トラブルが起きてから対処する手法が事後保全です。壊れてから直す考え方ですが、工場のダウンタイム長期化に繋がるリスクがあります。予兆保全と比べ、修理費用が増える点にも注意が必要です。コストを抑えるためには、予兆保全を基準とした設備保全計画が求められます。
ボールねじの異常を検知するためには、振動や摩擦、温度の継続的なモニタリングが必要です。センサーを取り付け、継続的にデータを収集することが望ましいでしょう。定期点検も異常の兆候の検知に効果的ですが、故障リスクを抑えるには点検頻度を増やす必要があります。
ボールねじの故障を検知するシステムの構築には、以下の設備・機器が必要です。
センサーだけでなく、データを収集・蓄積するためのプラットフォームが欠かせません。異常兆候を早期発見するためには、データを可視化できる仕組みも必要です。現場での監視が難しい時は、遠隔監視ツールの導入も検討しましょう。
また、ボールねじの運転では、台形加速や減速など動作特性上の加減速が生じるため、振動データにノイズや変動成分が混在します。そのため、正確に異常を判定するには、加減速条件を考慮したデータ処理やアルゴリズム設計など、解析ノウハウの蓄積が重要です。
ボールねじの故障検知をシステム化する場合、以下のポイントを押さえておきましょう。
システムを導入する際は、小さく始めることが基本です。一斉導入すると、システムエラーや予期せぬトラブルが発生し、工場の操業に影響が及ぶおそれがあります。
まずは1〜2台の試験導入から始め、運用の問題点を洗い出たうえで範囲を広げるのが現実的。並行して社内でシステム導入を周知し、担当者の研修やトレーニングを進めましょう。
異常の兆候を発見するためには、継続的なデータの収集と蓄積が欠かせません。データの収集と蓄積が進むことで精度が高まり、誤検知や検知漏れの頻度を減らせます。故障検知システムの長期的な運用は、ボールねじの故障リスクを低減し、設備保全コスト削減に寄与します。
異常検知後の対応を属人化させないためには、運用ルールや対処手順を標準化することも大切です。マニュアルが整備されていなければ、担当者不在時の対応が滞ったり、人によって判断が異なったりする恐れがあります。
統一された基準を設けることで、対応の品質とスピードを安定させられます。
システムの運用部門と、現場担当者との連携体制も構築する必要があります。お互いがスムーズにやり取りできれば、異常を検知した際にスピーディな対応が可能です。連絡ミスや認識の違いによるトラブルも防げます。
ボールねじは位置決め精度や搬送に直結する精密機構であり、潤滑油不足や異物混入、取り付け不良、熱膨張といった繊細な要因でも性能低下や突発停止につながります。これらのリスクは、潤滑状態や振動、温度をセンサーで常時監視することで予兆をつかみ、計画的にメンテナンスを行うことで低減可能です。
第一実業では、メーカー中立の立場で保全方法の検討からPoC、本導入までサポートしており、自社に合った適切な進め方を一緒に考えることが可能です。
ボールねじが故障する原因は多岐にわたるため、定期点検やメンテナンスが不可欠といえます。故障のリスクを抑えるために、予兆保全も取り入れたほうがよいでしょう。センサーやシステムを活用することで、予兆保全の仕組み化と異常の早期発見が可能になります。興味がある方は、メーカーへ相談してみましょう。
当サイトでは、設備保全のDX化を検討している方に向け、導入効果や進め方、活用例などをまとめています。設備保全DXの入門書として、ぜひお役立てください。
常務執行役員CSO
上野 雅敏さん
常務執行役員CSO
上野 雅敏さん
現場課題に沿った
設備保全DXを提案
総合機械商社の第一実業は、プラント・製造業分野で75年以上にわたり現場の設備導入と運用を支援※してきました。
石油・化学・製紙など重厚長大産業の設備を扱い続けてきたノウハウを基盤に、メーカー中立の立場から各種産業へ保全DXや予知保全など新しい取り組みを提案。理想論ではなく、現場に根ざしたリアルなDX提案を実現します。