産業機械用リニアガイドの種類と選び方と用途

リニア ガイド - は、リニア レール、リニア モーション ガイド、プロファイル レール ガイドとも呼ばれます - は、動きを単一の直線方向に制限しながら、他のすべての方向の荷重をサポートする精密機械部品です。-これは、精密直線運動システムの 2 つの中心コンポーネントのうちの 1 つであり、もう 1 つはボールねじまたは駆動機構です。

新しい機械設計用のリニア ガイドを指定する場合、既存のシステムの代替品を調達する場合、またはバッチ注文のサプライヤーを評価する場合、このガイドでは知っておくべきこと、つまりリニア ガイドの仕組み、さまざまなタイプとそれぞれの優れた点、主要な選択パラメータが実際に何を意味するか、レールとブロックの仕様を実際のアプリケーション要件に一致させる方法について説明します。

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リニアガイドができること - と単独ではできないこと

リニア ガイドは 2 つのことを同時に行います。移動するキャリッジの負荷をサポートし、キャリッジが高い再現性で直線的に移動するように拘束します。

リニア ガイド ブロック内では、再循環する鋼球（または高負荷設計のローラー）が、ブロックの精密に研削された溝とレールの対応する溝の間を転がります。-ボールは滑るのではなく転がるため、摩擦は非常に低くなります -。通常の係数は 0.003 ～ 0.005 ですが、平坦な滑り面の場合は 0.1 ～ 0.3 です。この低摩擦により、リニア ガイドは最小限の駆動力で負荷がかかってもスムーズに移動し、何百万回ものサイクルにわたってその位置を正確に繰り返すことができます。

リニア ガイドは、キャリッジを駆動したり、その位置を制御したりすることはできません。その機能はボールねじ、ベルトドライブ、またはリニアモーターに属します。リニア ガイドは動作パスを制限します。駆動機構は、その経路上のどこでキャリッジが停止するかを決定します。

この機能の分割は、選択の際に重要です。リニア ガイドは、軸が受けるすべての荷重 - の半径方向、横方向、およびモーメント - に合わせてサイズを決定する必要がありますが、ボールねじまたはドライブは、軸方向の推力と位置決め精度の要件に合わせて個別にサイズを決定します。

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リニアガイドの仕組み: ボール循環機構

リニアガイドにおける重要な機械原理はボールの再循環です。ブロックには、レール溝とブロック溝の間に充填された有限数のボールが含まれています。ブロックがレールに沿って移動すると、負荷ゾーンの前部にあるボールが接触エリアから出て、ブロック内のリターン チャネルを通って、後部の負荷ゾーンに戻ります。-この継続的な循環により、有限数のボールから無限の移動距離を得ることができます。

溝接触の形状によって、ブロックが荷重をどのように支えるかが決まります。 2 つの溝形状が一般的に使用されています。

ゴシック アーチ (2 点接触):各ボールは、溝の表面上の 2 つの点 - でアーチの各側に 1 つずつ接触します。この形状は、ほとんどの標準プロファイル レール ガイドで使用されており、コンパクトなブロック サイズから多方向に優れた耐荷重を提供します。

円弧 (DLY HD シリーズのような 4 点接触):各ボールは 4 点で溝に接触し、ボール表面全体に荷重がより均等に分散されます。この形状は、ラジアル方向、逆ラジアル方向、両横方向 - の 4 つの方向すべてで等しい定格荷重を提供し、レールの平坦度の小さな偏差を吸収するためにブロックが自動調整できるため、取り付け誤差の影響を受けにくくなります。-

ローラー-タイプのガイド（DLY RD シリーズなど）では、転動体はボールではなく円筒ローラーです。ローラーは溝と点接触ではなく線接触するため、接触面積が大幅に増加し、同じレール幅でより高い荷重と剛性定格が得られます。

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リニアガイドの種類: 実際の違いは何を意味するか

回転要素の種類別

ボール-タイプのリニアガイド

大部分の CNC、オートメーション、および一般産業アプリケーションの標準的な選択肢です。ボールは、低摩擦、高速性能、中程度から高負荷容量、優れた自動調心特性を備えています。--ローラー タイプよりも幅広いサイズとプリロード クラスが用意されており、一般に取り付け上の小さな欠陥に対して寛容です。

ボール-タイプを選択する場合: 一般的な CNC 加工、レーザー切断、包装機械、ピックアンドプレイス自動化、彫刻機、3D 印刷装置、医療用位置決めシステム。--

ローラー-タイプのリニアガイド

ローラーは転動体としてボールを置き換え、点接触ではなく線接触を提供します。同じレール幅の場合、ローラー ガイドはボール ガイドよりも約 2 ～ 3 倍の動定格荷重と大幅に高い剛性を実現します。トレードオフは、摩擦がわずかに高く、セルフアライメント能力が低下し、取り付け面の品質に対する影響が大きくなるということです。-

ローラー-タイプを選択する場合: 大型工作機械、精密研削盤、大型マシニング センター、大型ガントリー システム、スタンピングおよびプレス装置、荷重時の弾性変形を最小限に抑える必要がある用途。-

ブロック高さ別 (標準 vs ロープロファイル)

標準高さのブロック

ほとんどのアプリケーションのデフォルトの選択です。標準ブロックは重心が高いため、横方向の荷重に対するモーメント アームが増加しますが、キャリッジ プレート上の取り付け表面積も大きくなります。

薄型ブロック（DLY ED シリーズなど）-

ブロックの高さが低くなると、キャリッジ アセンブリの重心が低くなり、高速での動的挙動が改善され、横方向の荷重下でレールにかかる曲げモーメントが軽減されます。また、高さが低くなったことで、垂直方向のスペースが制限されている場合でも、機械全体の設計をよりコンパクトにすることができます。

薄型-を選択する場合: 高速自動化機器、キャリッジの高さが機械のエンベロープに影響を与えるガントリー軸、コンパクトなモジュール設計、高速での振動が懸念される用途。-

ブロック長別 (標準 vs ロング)

ブロック長さにより、ブロック単体のモーメント耐荷重が決まります。ブロックが長くなると、レールのより長い軸方向長さにわたってボール接触ゾーンが広がり、ピッチモーメントとヨーモーメントに対する抵抗が増加します。

モーメント荷重が大きいアプリケーションの場合、-片持ちペイロード、大きなオーバーハングを持つスピンドル、または単一レール設計 - の長いブロックにより、幅の広いレールを必要とせずに高いモーメント定格が得られます。負荷が複数のブロックに分散されているアプリケーションの場合、通常は標準長のブロックで十分です。-

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3 つの DLY リニアガイド シリーズ: 用途に適したものはどれか

HDシリーズ - 標準ボールガイド 全方向均等荷重（HDR15～HDR65）

HD シリーズは円弧溝形状を採用しており、ラジアル方向、逆ラジアル方向、両横方向の 4 方向すべてで等しい動定格荷重を実現しています。{0}この等荷重特性-は、荷重が各方向にどのように分散されるかに関係なく、HD シリーズが一貫して動作することを意味します -。荷重の方向がサイクル中に変化するアプリケーションや、正確に計算することが難しいアプリケーションに役立ちます。

HD シリーズは、内部応力を発生させることなくブロックが軽微な取り付け誤差を吸収できる自動調整機能も備えています。-これにより、取り付け面の平坦度に対する影響が軽減され、現場での取り付けが簡単になります。

レール幅は15mmから65mmまでご用意しています。標準および高精度 (H) グレードをご用意しています。-ボール-タイプの転動体。

以下に最適:CNC ルーター、マシニング センター、レーザー切断機、一般産業オートメーション、包装機械、さまざまな荷重方向にわたって信頼性の高いパフォーマンスを必要とするあらゆるアプリケーション。

ED シリーズ - 薄型ボールガイド、高速かつコンパクトな設計 (EDR15 ～ EDR30)

ED シリーズは、HD シリーズと同等の荷重と自動調心特性を共有していますが、ブロックの高さが低くなり、キャリッジ全体のプロファイルが低くなります。{0}{1}アセンブリの高さが低くなったことで、横方向の荷重下でレールにかかる曲げモーメントが軽減され、高速動作時の動的安定性が向上します。

実用的な設計上の特徴: ED シリーズのボールリテーナは、ブロックがレールから取り外されたときでも、ボールをブロック内に保持します。これにより組立時のボールの脱落を防止し、ブロックをレールに横や下からはめ込む姿勢での取り付けが容易になります。

レール幅は15mmから30mmまでご用意しております。標準および高精度グレードをご用意しています。-ボール-タイプの転動体。

以下に最適:高速自動化機器、コンパクトなモジュール設計、高さ制限のあるガントリー軸、ピックアンドプレイス システム、キャリッジの質量と高さを最小限に抑える必要がある用途。-

RD シリーズ - ローラーガイド、最大荷重と剛性 (RDR15 ～ RDR65)

RDシリーズは、転動体としてボールの代わりに接触角45度の円筒ころを使用しています。 45度の接触角により荷重が4方向に均等に分散され、ローラーの線接触により、同じ幅のボールガイドに比べて重荷重時の弾性変形が大幅に軽減されます。

その結果、同じサイズクラスのボールガイドの荷重と剛性の定格を大幅に上回るガイドが誕生しました。 RD シリーズは、継続的な高荷重下でも、レールとブロックのたわみが少ないため、より優れた位置精度を維持します。

レール幅は15mmから65mmまでご用意しています。標準および高精度グレードをご用意しています。-ローラー-タイプの転動体。

以下に最適:-大型工作機械、精密研削盤、大型マシニング センター、プレスおよびスタンピング装置、重量ガントリー用途、荷重下の弾性変形が加工精度や部品の品質に直接影響を与えるあらゆる用途。

一目で分かるシリーズ比較

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選択パラメータ: 各仕様の実際の意味

動定格荷重(C)

動定格荷重 C は、同一のリニア ガイド ブロックのグループが、その 90% が疲労破壊を起こす前に累積ストローク 50 km を移動する荷重 (キロニュートン単位) です。これは、特定の等価荷重下での耐用年数を計算するための主要なパラメータです。

C 値が大きいほど耐荷重 - が大きくなりますが、C は常に単一方向 (ほとんどのカタログ値では半径方向) に指定されます。アプリケーションが複数の方向に同時に荷重を適用する場合、C と比較する前に、ブロック上の有効荷重を結合等価荷重として計算する必要があります。

静定格荷重(C0)

静定格荷重 C0 は、ボールと軌道面の接触部に特定の永久変形を生じる荷重です。これは、ブロックが損傷することなく耐えることができる最大瞬間荷重を決定します。- は、クランプまたはプレス中の衝撃荷重、緊急停止、または高いピーク力を伴う用途に関連します。

プリロードクラス

予圧とは、ボールの製造時に内部すきまをなくすためにボールに加える内部荷重のことです。剛性を高めてブロックの遊びを減らしますが、その代わりに走行摩擦と発熱が増加します。

必要な用途よりも大きな予圧を選択すると、トルクが無駄になり、摩擦発熱が増加して寿命が短くなります。剛性要件を満たす最軽量予圧クラスを選択してください。

精度等級

精度等級は、レールとブロックの寸法公差 - のレール取り付け面に対するブロック走行面の平行度、同じレール上のブロック間の高さのばらつき、およびレールの真直度を指定します。高精度グレードでは、これらすべての公差がより厳しくなります。

ほとんどの CNC および自動化アプリケーションには、標準または H (高精度) グレードで十分です。精密（P）および超精密（SP）グレードは、半導体装置、計測システム、およびサブ-ミクロンの位置決め再現性が必要とされるその他の用途で使用されます。

レール幅

レール幅は耐荷重の最も直接的な指標です。幅の広いレールには、より大きなボール、より深い溝、およびより多くの接触面積 - があり、これらすべてがより高い C 値と C0 値につながります。レール幅は、機械のサイズだけではなく、必要な動定格荷重とキャリッジが受けるモーメント荷重に基づいて選択する必要があります。

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リニアガイドのサイズを用途に合わせる方法

ステップ 1 - 荷重方向を特定する

水平軸上: 主荷重は半径方向 (ペイロード重量から下方向) です。垂直軸: 主荷重は向きに応じてラジアルまたは逆ラジアルになります。-。オフセットされたペイロードまたは切削抵抗を持つ軸の場合: 各方向 (ピッチ、ヨー、ロール) のモーメント荷重を個別に計算します。

ステップ 2 - 等価動的荷重を計算します

すべての荷重コンポーネントをブロックごとに単一の等価荷重に結合し、ブロックとレールの数にわたる荷重分散を考慮します。 2 本のレールと 4 つのブロック (レールごとに 2 つ) を備えた水平軸の場合、各ブロックは総ラジアル荷重の 4 分の 1 にモーメント荷重を加えた荷重を負担します。-

ステップ 3 - 目標耐用年数に必要な動的定格荷重を計算します

L10 寿命の公式を使用すると、C=P × (L / 50)^(1/3)、ここで、P は kN 単位の等価荷重、L は km 単位の必要な移動寿命です。これにより、選択したブロックが満たさなければならない最小 C 値が得られます。

ステップ 4 - カタログからレール幅を選択します

選択したシリーズ (HD、ED、または RD) でカタログ C 値が計算された最小値以上となるレール幅を見つけます。 C0 (静的定格) がアプリケーションのピーク負荷にも適切であることを確認してください。

ステップ 5 - プリロードクラスと精度グレードを選択します

プリロードを剛性要件に合わせます。精度グレードを位置再現性要件に合わせます。

ステップ6 - ボールねじまたはドライブの仕様を確認してください

リニアガイドとボールねじはサイズと精度が一致している必要があります。 -直径の大きいボールネジが小さいレール上でキャリッジを駆動すると、ガイドのたわみによってシステムが制限されます。推奨される組み合わせについては、DLY コーディネートガイドのサイズ対応表を参照してください。-

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よくある選択の間違い

荷重計算ではなく機械サイズに基づいてレール幅を選択

大きな機械には自動的に大きなレールが必要になるわけではありません。 5kg のレーザーヘッドを 2,000mm のストロークで動かす軸には、機械のフレームが大きいため選択された 45mm レールではなく、実際の 5kg の負荷に合わせて選択された小さなレールが必要です -。レールが大きすぎるとコストが無駄になり、精度が向上することなく質量が増加します。

要件に関係なく、すべての軸で同じガイド シリーズを使用

重い主軸を搭載する AZ 軸には、同じ主軸を高速で動かす X 軸とは異なる要件があります。 Z 軸は、剛性に関して RD シリーズの恩恵を受ける可能性があります。 X 軸は、速度とコンパクトな高さの点で ED シリーズの方が優れている可能性があります。

熱影響をチェックせずに剛性の問題を補うために重い予圧を選択する

予圧が大きいと摩擦が増加し、高速運転が継続すると熱が発生します。{0}熱によりレールとキャリッジが熱膨張し、予圧状態が変化し、位置ドリフトが発生する可能性があります。一般的な予防策としてではなく、剛性の計算に基づいて予圧を選択します。

平行度を確認せずに 2 つのレールを取り付ける

平行ではない 2 本のレールにより、ブロックはストローク全体にわたって内部側面荷重で動作します。この横荷重は、ブロックがそれぞれの定格荷重内にある場合でも、摩耗を促進し、走行抵抗を増加させます。機械を使用する前に、同軸上の 2 つのレール間の平行度が 300mm の移動量あたり 0.02 ～ 0.05mm 以内であることを確認する必要があります。

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CNC およびオートメーションにおけるリニア ガイド: アプリケーション リファレンス

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OEM およびバッチ注文向けのリニア ガイドの調達

OEM 機械製造会社やリニア ガイドを大量に調達する海外の販売代理店にとって、バッチ間の一貫性は初期仕様と同じくらい重要です。レールの真直度、ブロックの予圧、および高さの公差が生産バッチ間で異なるため、同じ部品番号を使用しているにもかかわらず、異なる走行特性を持つ機械が製造されます。

DLY は、HD、ED、RD シリーズのリニア ガイドウェイを標準および高精度グレードで提供しており、レールの長さは 200 mm ～ 4,000 mm、ブロック オプションは標準およびロング構成で提供されています。{0}ボール タイプ (HD および ED) とローラー タイプ (RD) の両方のデザインが、あらゆるサイズ範囲で利用可能です。

一括発注の場合は、お問い合わせ段階で寸法図、精度等級証明書、納期確認をさせていただきます。ご要望に応じて、カスタムのレール長、特殊な潤滑継手、非標準の予圧クラスも利用可能です。-

仕様の確認と一括見積を受け取るには、次の情報を共有してください。

• 軸方向とストローク長さ
• ペイロード質量とガイド中心線からのオフセット (該当する場合)
• 必要なキャリッジ速度と加速度
• 位置決め精度または再現性の要件
• 注文ごとの数量と予想される注文頻度
• 使用環境（温度、粉塵、クーラント、クリーンルーム）