直線運動システムの設計やサイズ決定が初めての方でも、単に復習したい方でも、直線運動システムで使用される機械的概念を網羅した記事をすべて集め、いわば「直線運動の基礎」リファレンスガイドとしてここにまとめました。

ボールねじなどの特定製品のサイズ選定や選択に関する厳選記事とは異なり、以下の記事では、ヘルツ接触応力、ねじり、モーメントとトルクの違いなど、より基礎的なトピックを取り上げています。これらのトピックすべてをすべての直線運動設計・サイズ選定プロジェクトで使用するわけではありませんが、これらの基礎概念を理解することで、より堅牢でコスト効率の高い設計選択が可能になります。

自由度

多軸システムの中には、6つの自由度と7つ（またはそれ以上）の運動軸を持つものがあります。この記事では、「運動軸」と「自由度」の違い、そしてそれがなぜ重要なのかを説明します。

デカルト座標系と極座標系

直線運動では、一般的にデカルト座標系を使用しますが、一部のアプリケーション、特に多関節ロボットを使用するアプリケーションでは、極座標系を使用します。この直線運動の基礎に関する記事では、それぞれの座標系の仕組み、違い、そして一方の座標系から他方の座標系への変換方法について説明します。

モーメントかトルクか、どちらが必要か？

離れた場所から加えられた力は、モーメントまたはトルクを生み出す可能性があります。モーメントは静的な力であるのに対し、トルクは部品を回転させる力であるため、両者の違いとそれぞれが発生する原因を理解することが重要です。

ロール、ピッチ、ヨー

回転力は、システムが回転する軸に基づいて、ロール、ピッチ、ヨーとして定義されます。リニアガイドの場合、ロール、ピッチ、ヨーの力は、たわみや動作誤差を引き起こす可能性があります。

ヘルツ接触応力

半径の異なる2つの表面が接触し、荷重が加わると、非常に小さな接触面積が形成され、表面にはヘルツ接触応力が発生します。この応力は、ベアリングの動的負荷容量とL10寿命に大きな影響を与えます。

ボールの適合性

ボール（またはローラー）と軌道面との接触領域の位置と形状は、両者の表面の適合度によって決まります。ボールの適合度を理解することは、ベアリングが受けるヘルツ接触応力と密接に関係しているため重要です。

差動スリップ

荷重を受けるボール（またはローラー）と軌道面との接触面は楕円形であるため、接触面上の異なる点で速度が変化し、ボールやローラーは純粋な転がり運動ではなく滑り運動を起こします。この滑りの差は、摩擦、発熱、およびベアリングの寿命に直接関係します。

トライボロジー：摩擦、潤滑、摩耗

潤滑は、リニアベアリングの摩擦を低減するのに役立ちます。摩擦は摩耗の主な原因であり、多くの場合、故障の原因にもなります。トライボロジーとは、摩擦、潤滑、摩耗を研究する学問であり、これらの複雑な関係性を解明するものです。

ストレスとひずみ

直線運動システムにおける引張荷重と圧縮荷重は、材料に応力とひずみを生じさせます。これらの概念は、締結部品などのコンポーネントにとって特に重要です。締結部品は、システムに他の損傷の兆候が現れる前に、降伏点や引張強度限界に達する可能性があるからです。

剛性とたわみ

直線運動システムにおけるたわみは、部品のずれ、過剰な力、早期摩耗や故障につながる可能性があります。この記事では、材料の剛性とたわみの関係、そして剛性と強度との違いについて考察します。

ねじり

ボールねじ、プーリー、ギアボックス、モーターなどのシャフトには大きなねじり応力が加わり、せん断応力とせん断ひずみが発生します。この記事では、せん断応力とせん断ひずみの影響、およびシャフトが降伏するタイミングを判断する方法について説明します。

材料硬度

シャフトやベアリング面の硬度は、耐荷重性能と寿命に重要な役割を果たします。この記事では、硬度を測定・定義するための様々な方法について解説します。

慣性対運動量

直線運動においてよく混同される用語に「慣性」と「運動量」がありますが、これらはシステムの性能に異なる影響を与えます。本記事では、これら2つの用語の違いと、直線運動の設計およびサイズ決定におけるそれぞれの使用方法について解説します。