リニアガイドとは
リニアガイドは、直線運動の摩擦を減らして、部品を案内する機械要素です。JIS用語では「玉[ころ]循環リニア軸受」(英語：recirculating ball [roller] linear bearing)、工作機械工業会では「リニアガイドウェイ」と呼んでいます。THK株式会社ではLMガイド(Linear Motion Guide)と呼び、登録商標になっています。
摩擦を減らすために、一般には金属ボールが使われます。ローラーや高機能エンプラを使うものもあります。ボールは搬送台と直線レールとの間で転動して重量を支えながらレール上を移動します。ボールは搬送台の中で循環できるようになっています。
リニアガイドは小さい力で滑らかに移動ができます。精密加工されたガイドレールとボールはガタが少なく、ボールの回転が正確に搬送台の移動に伝わるため、高い位置決め精度を得ることができます。リニアガイド自体では推進力を持っていないため、搬送台を任意の方向に動かすためにボールネジやシリンダなどの機構と組合わせて使用されます。
リニアガイドの使用用途
リニアガイドは、正確な直動運動が必要な箇所に使用されます。工作機械などのテーブル・搬送装置・検査機・ロボットなどに使用されます。さらに、木材加工機・建設機械・自動化機械などでも使われています。直線運動部のころがり化は、メカトロニクス機器の高精度化・高速化・省力化など、機械性能を向上させています。
液晶製造ライン・鉄道車両・福祉車両・医療用機器・高層ビルや住宅の免震制震装置・アミューズメント機器・ドローン・プリンターなどにも使用が拡大しています。正確な直線運動が必要な場合では、ガイドレールを2本使用します。そしてリニアガイドの取付面は精度よく加工されていることが必要です。
リニアガイドの原理
リニアガイドは、ガイドレール・搬送台ブロック・ボール及びボールリテーナ・リターンキャップなどで構成されます。構造部材に取り付けられたガイドレールの上を、搬送台ブロックがボールによるころがり運動で移動します。
ガイドレールの転動面にボール径に近似したR形状の溝を設けます。転動面とボールとの接触が点接触から面接触に近づき、許容荷重と寿命が大幅に向上します。複数の条列でボールを受ける構造により、急加減速時のモーメント荷重や長時間連続運転などの厳しい可動条件でも精度が維持できます。
稼働時にボールが転がることで、ボール間の距離が変化し稼働にムラができることを防ぐ必要があります。そのためリテーナを設け、ボール間の距離を一定に保ちながら稼働できるようになっています。リニアガイドには、ボールやガイドレールの精度によって等級別に分かれています。
精度等級が上がるほど使用環境が制限されてきますので、使用の際は荷重計算を行い、定格寿命を考慮した上で使用する必要があります。ガイドレールのボールが転がる溝の形状が、オフセットゴシックアーチ溝のものもあります。静的負荷容量が高いメリットがあります。
リニアガイドの種類
リニアガイドには、「ミニチュアタイプ」と「中・重荷重タイプ」などがあります。
1. ミニチュアタイプ
ガイドレールの軌道面と4点で接触するボールを2条列に配置したタイプです。特別大きな荷重がかからない状況下で使用されます。
2. 中・重荷重タイプ
ガイドレールの軌道面と2点で接触するボールを4条列に配置したタイプです。重切削を行う工作機械などで使用されます。ボールが転動する溝をガイドレールに設けることで、許容荷重が大きくなります。
3. その他のタイプ
ボールを使用しないタイプがあります。ローラー・高機能エンプラ・オイルレスメタルなどが摺動部に使われています。ボール式に比べ、耐荷重が大きく、粉塵などの異物環境下に強いという特徴があります。短所は摩擦力が大きいことです。
さらに、直線レールのほか、クロスガイドやRガイドなどの種類があります。また、高剛性を必要としない場合は、ステンレス鋼鋼板をU字形に精密成形し、軌道部分と取付面を一体にした小型・軽量・低価格の精密ボールスライドがあります。
リニアガイドのその他情報
リニアガイドの特徴
循環ボールタイプのリニアガイドは、剛性が高い、長寿命で高精度、静かで滑らかな作動、優れた振動特性などの特徴があります。ボールを使わないすべり式のリニアガイドは、ボール式に比べ最大40％ぐらい低コストです。メンテナンスフリー・潤滑剤不要で粉塵や水分に強く、優れた耐食性・衛生的で低騒音・軽量などのメリットがあります。
参考文献
https://jp.misumi-ec.com/tech-info/categories/machine_design/md01/c1087.html
https://jp.misumi-ec.com/special/linearguide/about/
https://jp.misumi-ec.com/special/linearguide/select/