図面通りに加工されたギヤラック

ラックは回転を直線移動に変える。ピニオンが回転し、ラックが移動し、長い軸で起こるあらゆる不具合——ピッチの累積、引っかかる継ぎ目、段差に摩耗した歯——は、工具やレーザーヘッドにおける位置誤差として現れる。

PinyiGearは、在庫カタログではなく図面に基づいてラックを切削・研削する。モジュール、圧力角、ねじれ角、バー長さ、継ぎ目位置、材料、熱処理、精度等級はすべて図面から決まる。本ページでは、ラック図面に記載すべき事項、歯の加工と測定方法、そして長い軸が稼働2年後も公差を維持できるかどうかを実際に左右する判断について説明する。

ラック図面が定義すべきこと

不完全なラック図面の多くは、3つの情報グループのうちの1つを欠いている。3つとも価格を左右するため、3つとも図面に記載すべきである。

歯形形状。 モジュールまたはダイヤメトラルピッチ、圧力角、ラックがはすばの場合はねじれ角、歯高、歯幅、そして歯形そのもの。既存部品の代替である場合、歯形が非標準となることがあるが、対応可能である——ただし、文章で説明するのではなく、寸法で指示する必要がある。

長さと継ぎ目。 バー長さ、軸を構成する分割数、継ぎ目の位置、端部の加工方法。1 mのバーから組み立てる2 mの軸には継ぎ目が1か所、6 mの軸には5か所あり、それぞれが精度を損ないうる箇所である。

材料、熱処理、精度等級。 鋼種、指定がある場合は表面硬度、そして完成した歯を測定する際の基準となる等級。等級が明記されなければ、「高精度」とはサプライヤーが決めた意味にすぎない。

これら3つのグループが記載された図面は、そのまま見積もり可能である。記載のない図面では、価格提示の前に通常いくつかの確認事項が生じる。

歯形形状：各パラメータが決めること

モジュールは歯の大きさを決め、それによって1歯が担える荷重も決まる。PinyiGearはモジュール1からモジュール12まで対応する。小さいモジュールは計器や軽量自動化軸に適し、大きいモジュールはピニオンが重量ガントリーやワークを載せた機械テーブルを押す場合に用いられる。

圧力角は、荷重のどれだけが歯面に沿って流れ、どれだけが半径方向に押すかを決める。一般的な値は20°と14.5°である。20°は、少ない歯数でもアンダーカットを生じずに単位歯幅あたりより大きな荷重を担えるため、工作機械用途の実用的な標準である。

ねじれ角ははすばラックに適用される。ねじれはかみ合い率を高める——任意の瞬間により多くの歯が荷重を分担する——ことで荷重を分散し、1歯あたりの衝撃を和らげ、騒音を低減する。当社のはすばラックは右ねじれ19°31'42"、圧力角20°で切削するが、図面が優先する：相手ピニオンが左ねじれや異なる角度を要求する場合、ラックはそれに従う。はすばラックは軸方向スラストも発生し、そのスラストはラックではなく軸受とガイドウェイで吸収する必要がある。

歯幅と歯高は顧客側の荷重計算から導かれる。当社はサイズを提案するのではなく図面どおりに切削する。ラックは機械設計が通す荷重しか受けないからである。

平歯車かはすばか：トレードオフ

選択は通常、ラックサプライヤーではなく機械設計者が行う。当社側で重要なのは、ラックと相手ピニオンがモジュール、圧力角、ねじれ角、ねじれ方向を共有していることである——ここが不一致だと、どれほど歯の精度を高めても補正できない騒音と摩耗が生じる。

材料と熱処理

材料は用途に応じて選定します。当社で最も多く加工する鋼種は以下のとおりです。

鋼種名よりも重要な判断が二つあります。

焼入れ後に部品へ二次加工が必要かどうか。 ラックを取り付けてから穴あけ、溝加工、タップ加工が必要な場合、焼入れ焼戻し状態でフライス加工し、その後で焼入れするか、あるいは焼入れしないままとするのが実用的な方法であることが多いです。先に焼入れすると、これらの工程は研削作業になってしまいます。

取付面を研削するかどうか。 焼入れは歯面の摩耗や点蝕に対処するものです。ラックが平坦に据わらないことには何の効果もありません。四面すべてを研削すると取付面が基準面となり、接触面積やボルト締結後に残る歪みが予測可能になります。これはコスト比較で最も省略されやすい工程であり、長い軸が真っ直ぐに保たれるかを決める工程でもあります。

精度等級と歯の測定方法

ラックの精度は通常、DIN等級と長さ基準の累積ピッチ誤差で表されます。実務で登場する三つのレベルは以下のとおりです。

これらの数値は歯を表すものです。軸を表すものではありません。1 mのセクション6本で構成される6 mの移動距離には、各継ぎ目がラック自体のピッチ誤差に加える誤差が累積するため、長い移動距離では図面の等級よりも継ぎ目の方が重要になり得ます。

継ぎ目：長い軸が精度を失う箇所

セクションは通常500 mmおよび1000 mmの長さで供給されるため、長い軸は継ぎ目の連鎖になります。問題を引き起こす機構は三つあります。

• ピッチラインのオフセット — 二つのセクションが取付基準に対して異なる高さに位置するため、ピニオンが通過するたびに上昇と下降を繰り返します。
• 角度のずれ — 隣接する歯面が同一直線上になく、ピニオンが連続した歯面ではなく屈曲部に当たります。
• 累積ピッチ誤差 — あるセクションの歯間隔が前のセクションのパターンを引き継いでいません。

約0.05 mmの段差や隙間があれば、ピニオンの歯が歯溝に転がり込む代わりに歯溝の縁に衝突するのに十分であり、速度とともに増大する衝撃荷重を生じます。この数値は研削ラックのピッチ誤差と同じオーダーであり、粗悪な継ぎ目がその等級が本来提供すべき精度の大部分を打ち消し得る理由でもあります。

これへの対処法は二つあります。第一は組立の規律です。単一の基準、セクション高さの整合、ボルトを最終締結する前にすべての継ぎ目にわたる歯の位置合わせの確認。第二は誤差補償です。各セクションを個別に測定し、その誤差が軸方向で互いに相殺するように順序を決めます。補償には各品のトレーサブルな測定データが必要であり、これはバッチが合格したという証明書とは別のものです。

当社は継ぎ目面を基準面として加工し、セクションごとの実測ピッチ誤差を報告した状態でセクションを供給しています。これにより組立チームは偶然ではなく意図的に順序を決めることができます。

加工と工程ルート

ラックは図面に応じて、以下の工程の一部またはすべてを経ます：

1. 素材準備 — 切断後、断面を寸法に合わせてフライス加工または旋削加工。
2. 応力除去 — 断面が大きい場合や精度等級が厳しい場合、歯切り前に歪みを取り除くために実施。
3. 歯切り — モジュールとプロファイルに応じてホブ切りまたはフライス加工。はすばラックは機械にはすみ角を設定して切削。
4. 熱処理 — 図面に従い、浸炭、高周波焼入れ、または焼入れ焼戻し。
5. 研削 — DIN 6級の加工には歯面研削、取付面が機能面となる場合は四面研削。
6. 二次加工 — 端面加工、取付穴、位置決め形状、面取り。
7. マーキング — セクション番号、方向マーク、継手順序を表示し、組立時の推測を排除。

工程順序が重要です。焼入れ後の取付面研削、応力除去後の穴加工といった順序の詳細が、完成したラックが正しく平坦に据わるかどうかを決定します。

検査

全ロットを測定し、検査報告書は部品に添付されます：

• 歯形、歯すじ、ピッチ — 歯車測定機で測定し、測定値を図面の等級と比較
• 累積ピッチ誤差 — 合否だけでなく、測定長さにわたる値を報告
• 硬さ — 表面、および指定がある場合は芯部
• 浸炭部品の有効硬化層深さ
• 研削歯面の表面粗さ
• 形状 — 真直度、取付面の平面度、セクション長さをCMMまたは定盤で測定
• かみ合い検査 — 顧客がピニオンを支給またはペアで注文する場合、相手ピニオンとのかみ合いを確認

「適合」と記載された証明書は、軸がある日突然マーキングを始めたとき、どの工程に問題があったかを購入者に伝えません。測定値がそれを伝えます。

梱包と出荷

ラックは長く薄く、輸送中に曲がりやすい製品です。セクションはエッジ保護を施して梱包し、輸出向けには木箱または合板ケースに収め、方向マークを保持して継手順序が輸送後も維持されるようにします。複数セクションの注文は、組立順に番号を付けて出荷されます。

ラックの用途

工作機械の軸、レーザーおよびウォータージェット切断ガントリー、自動化およびロボットの第七軸、木工およびパネル加工設備、プレスフィード、包装ライン、舞台および昇降設備。これらの多くでラックはペアの片側として機能するため、問い合わせには通常2枚の図面が必要です：ラックとピニオン。バックラッシと中心距離は2部品間の設定であり、ラック単体の特性ではありません。

問い合わせ時に送付いただくもの

• ラック図面（PDF、DXF、STEP、DWG、IGES）— 歯形形状、長さ、継手位置を含む
• ペアで注文する場合はピニオン図面
• 材料と熱処理が確定している場合はその指定；未確定の場合は使用条件を記載いただければ等級を選定可能
• 精度等級、または軸長と機械が保持すべき位置公差
• 数量、および試作・初回ロット・繰り返し生産の別

これらをお送りいただければ、見積は歯部、取付面、継手、検査を網羅します — 単なるメートル単価ではありません。

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FAQ

非標準プロファイルのラックを切削できますか？ はい。プロファイルは図面に基づきます。必要なのは説明ではなく寸法入りのプロファイルであり、それに基づいてカッターと検査計画を設定します。

ピニオンも供給できますか？ はい、ペアでの購入が適切です。バックラッシと中心距離は2部品間で設定されるため、両方を同一基準で製造することで不一致の原因を一つ排除できます。

1本のラックはどのくらいの長さまで可能ですか？ 標準セクションは500 mmと1000 mmです。モジュール、材料、等級に応じてより長いセクションも可能です。それを超える場合は軸をセクションの継手で構成します。実用的な限界は機械ではなく、熱処理時の歪みによって決まります。

高周波焼入れラックで十分ですか、研削が必要ですか？ 多くの自動化および木工軸では高周波焼入れで十分です。軸が長い場合、速度が高い場合、位置公差が厳しい場合には、研削ラックのピッチ誤差と継手の管理が数値を維持する要素であり、価格差はまさにそのためにあります。

継手整合セットを見積もるには何が必要ですか？ 継手位置、組立基準、セクション単位ではなく軸全体の精度等級。長い軸に沿った誤差補正は、目標が全ストロークに対して定義されている場合にのみ機能します。

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