30kgのワークを載せるリニアガイドのユニット、ワークの重心で偏る荷重と基準面からの取り付け

テーブルに30kgのワークを載せ、レール2本とブロック4個で支えて搬送するユニットを考えます。ワーク仕様のうち、4個のブロックへの荷重の分かれ方を決めるのは、重心の位置です。重心がテーブル中心から前へ50mm、従動側へ40mmずれるだけで、いちばん重いブロックの荷重は4等分した値の2.25倍になり、対角のブロックは上へ引かれる向きの荷重を受けます。もう一つの条件である2本のレールの高低差は、荷重の式には入らないので、組む前にベースの図面で決めておくことになります。

下のモデルは、基準側のレールから順に組めるように寸法を決めたユニットです。厚さ25mmのアルミ製ベースプレートに、長さ400mmのレールを160mm間隔で2本並べ、ブロック4個と200×230mmのテーブルを載せました。レールは幅20mmクラスを想定した自前の模式で、ボールは省き、転動溝は位置だけを浅い切り欠きで示しました。CAD上で組んだだけで、実物はまだ組んでいません。

再生すると、部品が組む順に入ってきます。色を付けたのが基準側レールです。ブロックは見やすさのために上から置きました。実物のレールとブロックは同じ製造番号で組み合わされていて、外したら同じ向きで戻す決まりがあります¹。部品どうしの干渉は、組み上がりと動いている途中の19コマで、ブーリアン演算で干渉体積を求めて確認しました。結果はどれも0です。

ワークの重心で、4個のブロックの荷重は等分されない

テーブルに30kgのワークを載せたら、ブロック1個の荷重は4分の1になるでしょうか。重心が真ん中にあればそうなりますが、少しずれるだけで荷重の分かれ方は大きく変わります。

ワークの重心を、テーブル中心から前へ50mm、従動側へ40mmずらして計算しました。テーブルとボルトの質量は、モデルから1.93kg。THKの負荷荷重の式²では、水平に置いて等速か静止のとき、重心のずれを2つの向きに分けて足し引きします。

W  = （1.93 + 30）× 9.8 = 312.9 N
ℓ2 = 30 × 50 ÷ 31.93 = 46.98 mm（レールに沿ったずれ）
ℓ3 = 30 × 40 ÷ 31.93 = 37.58 mm（幅の向きのずれ）
P  = W/4 ± W·ℓ2/(2b) ± W·ℓ3/(2a)
   = 78.23 ± 61.25 ± 36.75 N

aはレール間隔160mm、bはブロック間隔120mmです。符号は、重心に近い側のブロックが＋になる向きに取ります。もっとも4個で支える形は、力のつり合いだけでは分かれ方が決まりません。この式は、テーブルが変形せず4個が同じように支えるとみた値と読めます。2本の高低差が大きければ、分かれ方もこの値からずれるでしょう。次の図で、4個の数字の開きを見てください。

いちばん重いブロックは176.2Nで、4等分した78.2Nの2.25倍です。対角にある基準側の後ろは−19.8Nとなり、ブロックを上へ引く向きの荷重（逆ラジアル）を受けます。ワークは下へ押しているだけなのに、重心が前へ50mm、横へ40mmずれただけで符号まで変わります。式を見ると、2ℓ2/b＋2ℓ3/aが1を超えると、対角のブロックは逆ラジアルになります。この例では0.78＋0.47で1.25。同じ位置なら、ワークが6kgほどを超えたところで符号が変わります。SHS形のような4方向等荷重形は逆ラジアルの定格もラジアルと同じですが、ラジアル形では逆ラジアルの定格で計算し直します³。

この式に入るℓ2とℓ3は、ワークの重心と載置位置で決まります。ワークのどこに重心があり、テーブルの上で載置位置がどれだけばらつくかは、モデルからは決まりません。客先に確認する項目です。こうした、AI が決めきれないワークの条件は、提供前の装置設計の支援アプリ MEKARIQ では、客先への確認事項として一覧に出ます。（MEKARIQ は、株式会社Anamorphosis Networks が開発している装置設計の支援アプリです。MANUFAC を制作する株式会社Game は、その開発を受託しています。この段落はその紹介です。）顧客名や図番は、AI に送る前に PC の中で伏せます。

寿命の計算では、この偏りが3乗で作用します。ボールを使うリニアガイドの定格寿命は（C/P）³×50kmなので⁴、平均荷重で計算すると、いちばん重いブロックで計算するより（176.2÷78.2）³、つまり11.4倍も長く見積もってしまいます。軸受の寿命と同じ3乗の関係です。

寿命そのものは、どのくらいになるのか。モデルのブロックはSHS20Vの寸法どおりではありませんが、20番クラスの桁を見積もるために、基本動定格荷重はTHKのSHS20Vの22.3kN⁵を借りました。使い方はストローク200mm、毎分10往復とします。平均速度は0.07m/sほどで、THKの荷重係数の表では1〜1.2の区分ですが、ここでは一つ上の区分の上限1.5を取り、安全側に見積もりました⁴。硬さ・温度・接触の係数は、どれも1。

L10m = （C ÷（fw × P））³ × 50
     = （22,300 ÷（1.5 × 176.2））³ × 50 = 3.0 × 10⁷ km

時間に直すと1.25×10⁸時間。200mmのストロークは、ブロック長さ（モデルで76mm、SHS20Vで79mm）の2倍を超えているので、式の前提にも入ります⁴。荷重の面からは、この大きさのブロックが寿命を使い切ることはまずないでしょう。

ストロークの端のクリアランスも、モデルの寸法から決まります。前後のブロックがレールの端を越えずに動ける量は、レール長さからブロック間隔とブロック長さを引いた 400 − 120 − 76 = 204mm です。ストローク200mmでは、両端に (204 − 200) ÷ 2 = 2mm ずつしか残りません。モデルにはストッパを入れていません。ブロックの端面からはグリースニップルが7mm出ているので、ストッパを付けるなら、ニップルとの干渉も含めて、この2mmの中に収まるかを確認します。

このユニットで荷重より先に気を配りたいのは、式に入らない取り付けの誤差です。荷重の偏りは足し引きで計算できますが、肩の高さや2本の高低差は、組む前の図面で決めておくしかありません。ただし、ここまでの値はどれも目安で、最終の判断はメーカーの資料と設計基準によります。

基準側レールだけを肩に押し当てる

2本のリニアガイドを平行に並べるとき、テーブルの位置を決めるのは基準側の1本だけです。THKの設計資料でも、2本以上を並べて使うとき、ブロックを幅方向に固定するのは基準側だけとしています⁶。このユニットでは、基準側レールだけをベースの肩に押し当てて固定し、もう1本の従動側レールは、テーブルを載せたあとで基準側にならわせます。

肩の高さは、ブロックの下に収める

レールを押し当てる肩は、高すぎても低すぎても機能しません。THKの資料によると、高すぎるとブロックと干渉し、低すぎるとレールの面取りにかかって正しく突き当たらないからです¹。

上限を決めるのは、ブロック下面と取付面のクリアランスです。このモデルではブロック下面が取付面から5mm上にあるので、肩を3.5mmにして、ブロック下面とのクリアランスを1.5mm残しました。THKの表でも、SHS形とHSR形の20番では肩が3.5mmです⁷。次の断面図では、肩とブロック下面のクリアランスに注目してください。

肩とブロック下面のように、部品の組ごとのクリアランスを確認する機能は、MEKARIQ の干渉チェックにもあります。部品の組ごとに最短距離と必要クリアランスを並べて判定し、干渉部を3Dで赤く示します。工程表の時刻をスライダで動かすと、テーブルが移動する途中の各時点でクリアランスを確認できます。

肩でもう一つ影響するのが、すみの形です。肩をラジアスエンドミルで削ると、刃先のコーナRがそのまますみに残ります。そのRがレール底面側の面取りより大きいと、角がRに乗り上げて、側面が肩に届かなくなります¹。

モデルのレールは、底面側の角がC0.8です。床に付けたままなら、すみのRが0.8mmまでは側面が肩に届きます。ところがR2が残ると、2−0.8で1.2mm手前で止まる計算です。

とはいえ、C0.8は模式のために決めた値です。実物では、THKの表にあるSHS形とHSR形の20番の上限R0.5を守るか、逃げを設けることになります⁷。そこでモデルには幅1mm、高さ2mmの逃げ溝を入れました。肩で当たるのは、溝より上の2.5mmです。

テーブル側も考え方は変わりません。基準側ブロックを押し当てるテーブルの肩は高さ5mmで、ここにも逃げ溝を入れました。THKの表でも、ブロック側の肩は5mmでした⁷。

肩から穴までの寸法にも公差が必要です。肩の面からレール取付穴の中心までは、レール幅の半分で10mm。THKの目安は±0.1mmです¹。モデルの通し穴は5.5mmにしたので、M5との差は片側0.25mmしかありません。タップ位置が肩から遠い側へそれ以上ずれると、レールは肩に届く前にボルトと干渉します。

タップの面取り径にも目安があり、ボルトの呼び径とピッチを足した値で、M5なら5.8mmです。大きすぎても小さすぎても、精度に影響が出る場合があります¹。

基準側を締めてから、従動側をならわせる

では、肩のない従動側レールは、どうやって平行にするのでしょうか。THKの取付手順には、ストレートエッジとダイヤルゲージを使う方法のほかに、基準側レールにならわせる方法もあります⁸。このユニットは、後者で組む前提にしました。

1. 取付面のバリや打痕を取り、基準面の防錆油を拭き取る。
2. 基準側レールを載せ、取付面に軽く密着する程度にボルトを仮締めする。
3. ボルトの位置ごとに小型バイスでレールを肩へ押し当て、中央から両端へ順にトルクレンチで本締めする。
4. 従動側レールを載せ、ボルトを仮締めする。
5. テーブルを載せてボルトを仮締めし、基準側ブロックをテーブルの肩に押し当てる。
6. 基準側ブロック2個と、従動側ブロック1個をテーブルに本締めする。
7. テーブルを端から端まで動かしながら、従動側レールのボルトを順に本締めする。
8. 残りの従動側ブロックを本締めする。

次の動画では、基準側のレールが先に入り、従動側がそのあとに続く順番を見てください。

動画では基準側の仮締めとバイスを省き、レールを肩へ寄せてからボルトを入れています。従動側の仮締めしたボルトは、見分けやすいように3mm浮かせました。もっとも実物の仮締めは、レールが取付面に軽く密着する程度の締め方です⁸。

要になるのは7番目です。基準側の2個と従動側の1個で止めたテーブルを、治具の代わりに使うやり方だと読めます。仮締めの従動側レールは、通し穴とボルトのクリアランスの分、片側0.25mmまで横に動けます。テーブルを動かすと、本締めした従動側ブロックがレールを基準側と平行な位置へ寄せるはずなので、ブロックのそばにあるボルトから順に締めていけます。THKの図16でも、テーブルを動かしながらブロック脇のボルトを締めています⁸。

締める順番にも根拠があります。THKの取付手順には、レールのボルトを「中央位置から軸端に向けて順序よく締付けていくと安定した精度が得られます」とあります⁸。THKは、テーブルのボルトも対角線上に順に締めると、固定が均等になるとしています。動画の2段目で、基準側の7本が中央から入っていくのはこのためです。

トルクは、ベースの材質で決まります。THKの推奨値では、M5の六角穴付きボルトは鉄に882N·cm、アルミに441N·cm⁹。アルミのベースなら、鉄のちょうど半分です。

3番目に小型バイスを使うのは、モデルの肩に押しねじを付けていないからです。THKの手順では、押しねじがないときはボルトの位置ごとにバイスで肩へ押し付けて本締めし、それを取付穴のピッチごとに繰り返します⁸。

基準側の見分け方は、部品の印。THKのレールは線引きマークのある側が基準面で、ブロックはTHKマークの反対側が基準面。並級を除けば、基準側レールは製造番号の末尾にKBが付きます¹。

高低差の目安は、角度で決まっている

テーブルの傾きを決めるレール2本の平行度と高低差にも、寿命から見た目安があります。THKの資料によると、取付面の誤差は寿命に影響する場合があり、参考値も形番ごとに載っています⁷。このユニットの寸法で、20番の値を計算しました。

目安	普通すきま	中予圧（C0）
2本の平行度	25μm	18μm
2本の高低差（a=160）	0.096mm	0.064mm
前後のブロックの高低差（b=120）	0.014mm	0.0096mm

2本の高低差は、ベース側とテーブル下面側を足した値です。表でまず見たいのは、予圧を強くすると目安が3割前後小さくなること。予圧を上げて剛性を取るほど、取り付けは厳しくなるのです。

高低差の目安は0.0006×aのように、レール間隔aに比例し、前後の差もブロック間隔bに比例します。つまり決まっているのは高低差そのものではなく、テーブルの傾きです。普通すきまの0.0006は、角度にすると約0.034°。たとえばレール間隔を2倍にすれば、許される高低差も2倍になります。

誤差が大きいと何が起きるのでしょうか。NSKによると、平行度の誤差があると、テーブルに拘束されたブロックの荷重が走りながら変わり、送り速度が100m/minを超えるような高速では「衝撃力となって作用し寿命を著しく低下させることがある」そうです¹⁰。

一方で、テーブルの走り精度は取付面より良くなります。NSKの資料では、レール2本とブロック4個で支えると、誤差は取付面精度の約3分の1に縮まります¹¹。でも、走り精度だけを見て取付面の公差をゆるめると、寿命から見た目安を外すおそれがあります。

アルミ製のベースには、もう一つ注意が必要です。THKの資料によると、アルミ製ベースのように剛性が低いところに付けると、レールの曲がりが機械の精度に影響します。だから、あらかじめ真直度を決めておく必要があります¹²。平行度と真直度を図面にどう書くかは、幾何公差の記事にあります。

ベースの図面は、レールを選んだ時点でほとんど描けます。肩の高さとすみのRは形番から、2本の高低差は予圧とレール間隔から決まるからです。寸法を入れる順番も、組む順番と同じく基準側の肩から。

2026年11月9日 更新：ワークの重心で偏るブロックの荷重とクリアランスを先に置き、業界の用語で構成と表現を書き直しました。

注

1. THK「取付面の設計」。すみの形状、突きあて面の高さ、突きあて面と取付穴の寸法公差、タップの面取り、基準側の表示、組み合わせの番号を参照しました。2026年10月31日に確認。 ↩ ↩ ↩ ↩ ↩ ↩

2. THK「負荷荷重」の負荷荷重の算出式の例1（水平軸使用、等速運動または静止時）。THKの図のℓ0がこの記事のb、ℓ1がaにあたります。表の注に「荷重の方向は矢印の向きを＋とします」とあり、Pnはラジアル・逆ラジアル方向の負荷荷重なので、負の値を逆ラジアルと読みました。2026年10月31日に確認。 ↩

3. THK「等価荷重」。4方向等荷重形とラジアル形で、方向ごとに定格荷重がどう違うかを参照しました。2026年10月31日に確認。 ↩

4. THK「定格寿命」。定格寿命と寿命時間の式、荷重係数の表（振動・衝撃が小さく0.25m/sを超え1m/s以下で1.2〜1.5）、ストロークがブロック長さの2倍以下だと式が当てはまらない場合があるという注を参照しました。2026年10月31日に確認。 ↩ ↩ ↩

5. THK「General Catalog 515-2E, SHS」A1-100〜A1-101のSHS20Vの行（基本動定格荷重22.3kN、ブロック長さ79mm）。モデルは、ブロックの幅と高さ、レールの穴のピッチなど一部の寸法がこの形番と同じです。ただ、ブロックの長さ、上面のねじ穴の前後の間隔、レールの高さと通し穴の径は違う自前の模式で、寸法表を写したものではありません。寿命の桁をつかむために、定格荷重だけを借りました。2026年10月31日に確認。 ↩

6. THK「案内構造の設計」。2軸以上を並べて使うときにブロックを幅方向に固定する側と、基準側と従動側を固定する方法の例を参照しました。2026年10月31日に確認。 ↩

7. THK「General Catalog 515-2E, Design Highlights」。形番ごとの表は英語版の総合カタログで読みました（項目名の訳は編集部）。SHS形はA1-492、HSR形はA1-493の20の行で、すみはR0.5以下、肩はレール側3.5mm、ブロック側5mmです。取付面の誤差の参考値は、平行度（A1-498）が普通すきま25μm、C1で20μm、C0で18μm。2本の高低差（A1-501）は0.0006a、0.0005a、0.0004a、前後の高低差（A1-503）は0.00012b、0.0001b、0.00008bです。同じ20番でもSR形は肩が5mmなど、形式で値が変わります。2026年10月31日に確認。 ↩ ↩ ↩ ↩

8. THK「取付手順」。仮締めの程度、レールのボルトを締める順番、テーブルのボルトを対角に締めること、押しねじがないときに使う小型バイス、基準側レールにならわす方法（図16）を参照しました。2026年10月31日に確認。 ↩ ↩ ↩ ↩ ↩

9. THK「LMレールの推奨締付トルク」の表2（六角穴付きボルト）。2026年10月31日に確認。 ↩

10. NSK「NSKリニアガイドの速度限界と温度上昇」。2026年10月31日に確認。 ↩

11. NSK「NSKリニアガイドの運動精度」。2026年10月31日に確認。 ↩

12. THK「精度の決定」。2026年10月31日に確認。 ↩