リニアベアリング用リニアシャフトの選び方

機械が丸軸リニアベアリングを使用する場合、リニアシャフト単なる鉄の棒ではありません。直線運動システム全体の走行面です。シャフトが柔らかすぎる、まっすぐでない、仕上げが悪い、またはベアリングと不一致である場合、システムは異音を発したり、緩んだり、動きが困難になったり、予想よりもはるかに早く摩耗したりする可能性があります。

多くの購入者にとって、リニアベアリング用リニアシャフト最初は単純に見えます。直径と長さだけをチェックすることもあります。しかし、実際の機械の組み立てでは、ベアリングとシャフトが 1 つのシステムとして連携する必要があります。 DLYをご覧いただけますリニアシャフトソリッドシャフト、クロームメッキシャフト、サポートシャフト、カスタム加工シャフトを比較する際のオプションです。

この記事では選び方について解説しますリニアベアリングシャフト軸受の種類、軸径、硬度、材質、表面処理、支持方法、軸受のマッチング、端面加工、簡易たわみチェックなど、実践的なエンジニアリングの観点からご提案します。

1. ベアリングの種類から始めます

シャフトを選択する前に、まず使用するリニアベアリングの種類を確認してください。

最も一般的な構造は、LM、LME、LMF、LMK、または SCS タイプのベアリング ユニットなどの丸軸リニア ベアリングです。これらのベアリングは通常、硬化および研磨された丸いリニア シャフト上で動作します。

このタイプの用途では、シャフトは適切な表面硬度、直径公差、真直度、および表面仕上げを備えている必要があります。通常の丸棒は、表面が長期にわたるベアリングの動作に十分な硬さや精度を持たない可能性があるため、推奨されません。-

ベアリングが標準のリニアボールベアリングの場合、対応するシャフトは通常、精密な丸型リニアシャフトです。シャフトが全長に沿ってアルミニウムサポートによって支持される場合、それは支持されたリニアシャフトシステムとなり、多くの場合、オープンタイプのリニアベアリングと組み合わせて使用​​されます。

したがって、リニアベアリングとシャフトを選択するときは、次のことを最初に検討する必要があります。このシャフトではどのタイプのベアリングが使用されますか?これにより、シャフトが中実丸シャフト、サポート付きシャフト、中空シャフト、クロムメッキシャフト、ステンレス鋼シャフト、またはカスタム加工シャフトのいずれであるかが決まります。

2. 正しいシャフト直径を選択する

シャフト径は最も基本的なパラメータですが、スペースや価格だけで選ぶことはできません。

通常、直径が大きいほど剛性が向上し、たわみが小さくなります。直径が小さいほど軽くて安価ですが、負荷がかかると曲がりやすくなります。使用中にシャフトが曲がってしまうと、ベアリング自体は良好でもリニアベアリングの滑りが悪くなってしまうことがあります。

一般的なリニア ベアリング シャフトの直径には、8mm、10mm、12mm、16mm、20mm、25mm、30mm、40mm、50mm、およびそれ以上のサイズがあります。照明機器、小型自動化機器、3Dプリンター、計測器、小型スライド機構などには8mm〜16mmのシャフトが多く使用されます。中規模の自動化機械、包装機器、木工機械、および一般的な産業用モーション システムでは、20 mm から 30 mm のシャフトがより一般的です。-

より重い負荷やより長い移動距離には、通常、より大きなシャフト直径が必要になります。移動量が長くなると、軸のたわみがより重要になります。この場合、ベアリング内径だけで選ぶだけでは不十分です。荷重、サポート間の距離、取り付け方向、必要な精度をすべて考慮する必要があります。

軸径範囲	共通アプリケーション	選択メモ
8mm - 16mm	小型自動化装置、3Dプリンター、計測器、軽スライド機構	軽荷重・ショートストロークに最適
20mm- 30mm	包装機器、木工機械、一般産業用モーションシステム	中荷重リニアベアリング システムの一般的な範囲-
40mm以上	長距離移動、重荷重、大型ガイド構造	シャフトのたわみを注意深くチェックしてください。サポートされているシャフトが必要な場合があります

3. シャフトの直径とベアリングの穴を一致させます

リニアシャフトベアリングは、特定のシャフト直径に合わせて製造されています。たとえば、LM20UU ベアリングは 20mm シャフト用に設計されています。 LM25UU ベアリングは 25mm シャフト用に設計されています。

シャフトとベアリングは正しく一致している必要があります。軸が小さすぎると軸受に隙間が生じたり、振動や動作が不安定になる場合があります。シャフトが大きすぎると、ベアリングがきつくなったり、異音が発生したり、動きにくくなることがあります。

標準の丸軸リニアベアリングの場合、シャフト直径はベアリングメーカーの推奨公差範囲に従う必要があります。ほとんどの場合、直径公差が管理された精密硬化シャフトが必要です。このため、リニア ベアリングとシャフトは、無関係な 2 つの部品として扱うのではなく、一緒に選択する必要があります。

4. シャフトの硬さの確認

硬度は、リニアベアリングシャフトにとって最も重要な要素の 1 つです。

リニアボールベアリングは、ボールがシャフト表面に沿って転がります。シャフト表面が柔らかすぎると、ボールが繰り返し動作した後に跡が残ったり、摩耗痕が残ったり、シャフト表面が損傷したりする可能性があります。シャフトの表面が傷つくと動作が荒くなり、ノイズが発生します。

標準的な直線運動アプリケーションでは、硬化されたリニアシャフトが一般的に使用されます。表面硬度は、材質や製造プロセスによって異なりますが、多くの場合 HRC 58 ～ 62 程度です。

硬化および研磨されたシャフトにより、耐摩耗性が向上し、耐用年数が長くなります。これは、連続的な動作、高頻度の動作、または高負荷のアプリケーションの場合に特に重要です。-産業用機器、自動化機械、CNC-関連システム、輸出用機械アセンブリの場合は、通常、適切な硬化リニア ベアリング シャフトがより安全な選択です。

5. 表面仕上げに注意する

シャフト表面はリニアベアリングの軌道となります。表面が粗いと、摩擦、騒音、ベアリングの摩耗が増加します。

優れたリニア シャフト ベアリング システムは、シャフト表面が滑らかである必要があります。ベアリングボールとの接触を安定させるために、シャフトを研磨または微細加工する必要があります。

表面が十分に滑らかでない場合、ベアリングは動きますが、動きはきれいではありません。実際の機械の動作では、これは振動、騒音、不均一な滑り、またはより早い潤滑損失として現れることがあります。

さまざまなシャフトサプライヤーを比較するバイヤーにとって、表面仕上げは実際の品質の違いを示す詳細の 1 つであることがよくあります。 2 つのシャフトは写真では似ているように見えますが、組み立て後の走行感や耐用年数は大きく異なる場合があります。

6. 長いシャフトの真直度を考慮する

長いリニアシャフトの場合、真直度は非常に重要です。

シャフトが短いと多少のズレでも良く走る場合があります。しかし、長いシャフトの場合、わずかな曲がりでも動きに影響を与える可能性があります。ベアリングは、ある位置ではきつく感じられ、別の位置では緩く感じることがあります。場合によっては、機械が全ストロークにわたって移動するために余分な力が必要になる場合があります。

これは、シャフトが長距離移動装置、切断機、自動化フレーム、スライドテーブル、または大型ガイド構造で使用される場合に特に一般的です。

シャフトの長さが長い場合、購入者は真直度の要件をサプライヤーに確認する必要があります。また、長いシャフトは適切に梱包されていないと輸送中に破損したり曲がったりする可能性があるため、梱包と配送方法についても考慮する必要があります。非常に長い移動距離や重荷重の用途では、完全にサポートされていないシャフトよりもサポートされたリニア シャフトの方が優れている場合があります。

7. サポートされていないシャフトとサポートされているシャフトのどちらかを決定する

円形リニア シャフトを使用するには 2 つの一般的な方法があります。

1 つ目はサポートされていないシャフトです。両端で固定するか、シャフトサポートで取り付けます。この構造はシンプルで、軽負荷および中負荷の用途で広く使用されています。-ただし、シャフトが長い場合や負荷が重い場合は途中で曲がってしまう場合があります。

2 つ目はサポートされたリニア シャフトです。丸いシャフトは、その全長に沿ってアルミニウム製の支持レールに取り付けられています。この構造によりサポートが強化され、たわみが軽減されます。オープンタイプのリニアベアリングやSBR/TBRベアリングブロックと組み合わせて使用​​されることが多いです。

機械のストロークが短く、負荷が軽い場合は、サポートなしのシャフトで十分な場合があります。機械のストロークが長い場合、負荷が重い場合、またはより優れた安定性が必要な場合は、通常、サポート付きシャフト システムの方が適しています。

軸支持方式	適合するベアリングのタイプ	適切な条件
サポートされていない丸型リニアシャフト	LM、LME、LMF、LMK、SCS形リニアベアリング	ショートストローク、軽～中荷重、シンプルな構造
支持リニアシャフト	開放型リニアベアリング、SBRまたはTBRベアリングブロック	長いストローク、より高い負荷、より優れた剛性要件
プロファイルリニアガイドウェイ	マッチドリニアガイドブロック	高精度、高剛性、または重荷重

これは丸軸リニアベアリングを選択する際の重要なポイントです。軸受の種類、軸の支持方法、荷重の方向が一致している必要があります。

8. 適切な材質と表面処理を選択する

リニアベアリングシャフトの最も一般的な材質は、表面硬化処理を施した高炭素軸受鋼または中炭素鋼です。硬度、耐摩耗性に優れ、コストパフォーマンスに優れたシャフトです。

通常の屋内機械では標準の焼入れ鋼シャフトが広く使用されています。湿気の多い環境、食品機械、医療機器、包装機械、または湿気にさらされる機械の場合は、ステンレス鋼のリニアシャフトを検討してください。

より優れた防錆性が必要な用途には、クロムメッキされたリニアシャフトも使用できます。クロムメッキにより耐食性と表面耐久性が向上します。通常のシャフトでは錆びやすい環境に最適です。

シャフトオプション	硬度・表面性状	推奨される使用方法
GCr15焼入れリニアシャフト	高い表面硬度と優れた耐摩耗性	標準リニアベアリング、自動化装置、連続動作
C45リニアシャフト	優れた加工性とコストパフォーマンス	一般産業機械および経済的なガイドシステム
クロムメッキリニアシャフト	優れた防錆性と表面耐久性	湿気の多い作業場や、より優れた耐食性が必要な用途
ステンレス製リニアシャフト	優れた耐食性。硬さはグレードと処理によって異なります	食品、医療、湿気の多い機器、または特殊な機器

価格だけで素材を選んではいけません。使用環境、潤滑条件、負荷、予想寿命に適合する必要があります。

9. 荷重の方向と設置について考える

リニアベアリングシャフトは、水平運動システム、垂直昇降構造、または傾斜運動でよく使用されます。

水平設置の場合、主な懸念事項は可動部品の重量によるシャフトのたわみです。垂直設置では、シャフトは主に案内に使用され、ボールねじ、親ねじ、シリンダ、アクチュエータなどの別のコンポーネントが駆動力を提供します。

一部の機械では、2 本の平行シャフトが一緒に使用されます。この場合、2 つのシャフト間の位置合わせが非常に重要になります。 2 つのシャフトが平行でない場合、移動中にリニア ベアリングが固着する可能性があります。

ベアリングの問題の多くはベアリング自体が原因ではありません。それらは、シャフトのミスアライメント、取り付け面の不良、間違ったシャフトサポート、または取り付けの不均一によって発生します。したがって、リニアシャフトベアリングとシャフトを選択するときは、最初から取り付け方法を考慮する必要があります。

10. 潤滑とメンテナンスを考慮する

シャフトとベアリングが正しく選択された場合でも、潤滑は必要です。

リニアベアリングには、摩擦、騒音、摩耗を軽減するために潤滑が必要です。シャフト表面が乾燥すると、動きが荒くなり、ベアリングとシャフトの寿命が短くなる可能性があります。

通常の用途には、グリースまたは適切な潤滑油を使用できます。正確な潤滑方法は、軸受の構造、速度、作業環境、メンテナンス習慣によって異なります。

粉塵の多い環境では、シャフトも汚染から保護する必要があります。ほこり、切り粉、硬い粒子がベアリングに入り、シャフトの表面に傷を付ける可能性があります。機械が過酷な環境で動作する場合は、シール、カバー、または定期的な清掃が必要になる場合があります。

11. 軸端加工を無視しないでください

多くのリニアシャフトは、取り付ける前に端部の加工が必要です。これには、長さに合わせた切断、穴あけ、タッピング、面取り、キー溝の加工、止め輪の溝、またはカスタムのエンドステップが含まれる場合があります。

シャフトが生の標準長さとしてのみ購入された場合でも、購入者は組み立て前に再度加工する必要がある場合があります。

機械製造業者にとって、カスタムシャフト加工は時間を節約し、設置の問題を軽減します。また、シャフトが実際の機械の構造に適合していることを確認するのにも役立ちます。

お問い合わせの際は、図面をご用意いただくか、必要な長さ、穴径、ねじ径、取付方法、公差などをご説明いただけると助かります。シャフトの製造と機械加工の能力を備えたサプライヤーは、通常、標準的なバーを販売するだけでなく、より完全なソリューションを提供できます。

12. 作業環境の確認

使用環境はシャフトの選択に影響します。清潔な屋内機械で使用されるシャフトは、湿気の多い作業場、粉塵の多い切断機、高周波の自動化ラインで使用されるシャフトとは同じ条件にさらされません。-

• 清潔な屋内機械の場合は、標準の硬化および研磨されたリニア ベアリング シャフトで十分な場合があります。
• 湿気の多い作業場や海岸地域では、防錆がより重要になります。
• 木工機械や切断機などの粉塵の多い機械の場合は、汚染防止を考慮する必要があります。
• 高周波自動化機器の場合、耐摩耗性と潤滑がより重要になります。-
• 食品、医療、特殊機器の場合は、ステンレス鋼または耐腐食性の素材が必要になる場合があります。{0}}

同じリニア シャフト ベアリングでも、環境が異なると動作が大きく異なる場合があります。このため、安価なオプションだけを選択するのではなく、実際の用途に基づいてシャフトを選択することをお勧めします。

13. リニアベアリングとシャフトを選択する際のよくある間違い

よくある間違いの 1 つは、硬化したリニア シャフトの代わりに通常のスチール ロッドを使用することです。最初はうまくいくかもしれませんが、表面がすぐに摩耗する可能性があります。

もう一つの間違いは、ストロークを長くするには小さすぎるシャフトを選択することです。軸が曲がり、振動や動作ムラが発生する場合があります。

購入者の中にはベアリングのモデルのみをチェックし、シャフトの公差を無視する人もいます。これにより、組み立てが緩んだりきつくなったりする可能性があります。

もう 1 つの一般的な問題は、2 つの平行なシャフト間の位置合わせが不十分であることです。高品質のリニア ベアリングやシャフトであっても、取り付けが平行でないとスムーズに動作しません。-

防錆処理を忘れるユーザーもいます。シャフトを湿気の多い場所に保管したり、保護せずに手で触れたりすると、表面に錆びの斑点が現れることがあります。これらのスポットは、動作中にベアリングを損傷する可能性があります。

14. 実践的な選択ガイド

リニアベアリング用のリニアシャフトを選択する場合、購入者は簡単な選択プロセスに従うことができます。

• まずはベアリングの種類とサイズを確認します。
• 次に、ベアリングの内径、荷重、移動長さに応じて正しいシャフト直径を選択します。
• 第三に、シャフトのたわみが支持スパンに対して許容できるかどうかを確認します。
• 第 4 に、シャフトを非サポートにするかサポートするかを決定します。
• 第五に、必要な硬度、表面仕上げ、真直度、公差を確認します。
• 第六に、作業環境に応じて材質と表面処理を選択します。
• 七番目に、端部加工が必要かどうかを確認します。
• 最後に、潤滑、取り付け精度、長期的なメンテナンスを考慮してください。{0}}

このプロセスにより、購入者は直径と価格だけで選択することを避けることができます。また、シャフト、ベアリング、サポート構造と実際の機械の状態がより確実に連動します。

15. 丸シャフト リニア ベアリング システムはどのような場合に使用する必要がありますか?

丸軸リニアベアリングは、シンプルで経済的で取り付けが簡単なため、広く使用されています。

これらは、自動化装置、包装機、測定装置、印刷機、小型 CNC 装置、3D プリンタ、スラ​​イド ドア、軽量ガイド システム、その他多くの直線運動アプリケーションに適しています。-

プロファイルリニアガイドウェイと比較して、丸シャフトシステムは多くの場合、取り付けが簡単で、単純な構造に対してより柔軟です。ただし、非常に高精度、高剛性、または重荷重の用途には、プロファイル リニア ガイドの方が良い選択となる場合があります。

結論

リニアベアリングシャフトの選択は、適切な直径の丸棒を見つけるだけではありません。シャフトはリニアベアリングの走行面となるため、その直径、硬度、表面仕上げ、真直度、公差、材質、表面処理、支持方法が最終的な性能に影響します。

安定した直線運動システムを実現するには、リニアベアリングとシャフトを同時に選択する必要があります。ベアリング、シャフト、支持構造、取り付け方法、潤滑および作業環境はすべて実際の用途に一致する必要があります。

自動化機器、機械製作、交換または一括購入のためにリニアベアリングシャフトが必要な場合は、ベアリングのモデル、シャフト直径、必要な長さ、負荷条件、支持方法、作業環境を提供することをお勧めします。これは、サプライヤーがお客様の機械に適したリニア ベアリング シャフト ソリューションを推奨するのに役立ちます。

← DLYブログに戻る