リニアレールの仕様決定とサイズ選定における最善のアプローチは、まずアプリケーションにおける最も重要なパラメータを定義し、これらの要件に基づいて選択肢を絞り込み、最後に重要な変数を適用して最終的なリニアレールを選択することです。

まずは基本から：リニアガイドレール、ガイドウェイ、スライドは、レールとベアリングで構成される機械システムであり、摩擦係数の低い直線経路に沿って物理的な荷重を支え、移動させます。これらは通常、転がり要素型と平面ブッシュ型に分類されます。さまざまなメーカーから、特定のエンジニアリングニーズを満たすように設計された多様な形状とサイズが用意されているため、お客様独自の用途によって、考慮すべき重要なパラメータのリストとその重要度が決まります。

最も一般的なガイドウェイとベアリングの種類には、ボールベアリングブロックを備えたプロファイル（角型）レール、ローラーベアリング用ガイドウェイ、およびボールブッシュまたはプレーンブッシュを備えた丸型レールがあります。プロファイルレールは、工作機械のヘッドや精密回路基板の移動など、極めて高い剛性と精度が求められる用途に適しています。ローラーベアリングシステムは、部品の昇降や搬送、ピックアンドプレースなど、より幅広い用途向けに設計されています。

用途に最適なレールを選択するには、まずシステムの具体的なニーズを分析します。次に、顧客の要件またはプログラムガイドラインを理解します。これには、最終結果を達成するために必要な軸数、繰り返し精度、許容誤差、および精度が含まれます。最後に、粉塵、水、繊維、その他の物質などの環境汚染を考慮します。

どのようなシステムにおいても、使用環境によって選択すべきベアリングの種類が決まります。例えば、汚れた環境ではアセンブリが汚染され、ボール循環経路の正常な動作が妨げられる可能性があります。ローラーシステムでは転動体が一般的に大きいため、汚染への対処は比較的容易です。平面ベアリングは、表面接触潤滑が推奨されない、あるいは特定の研究室やシリコンチップ製造施設のように環境にさらされることができない用途に適しています。

システムを選定したら、適切なサイズにするためのパラメータを組み立てます。リニアガイドウェイシステムの各動作について、ストローク、荷重、速度、デューティサイクル、取り付け面積、および取り付け方向といったパラメータを考慮してください。

リニアガイドシステムのサイズを決定する

静荷重は、サドル、ネスト固定具、ペイロード、およびベアリングの重量で構成されます。一般的なデュアルレールと4つのキャリッジのセットで、40.0ポンドの重量が前後方向と左右方向に水平に中心が配置されている場合、各ベアリングブロックには10.0ポンドの静荷重がかかります。

スライドには、サドル型とカンチレバー型の2つの基本タイプがあります。標準的な水平ベースのサドル型スライドは、2つの固定エンドブロックの間を移動するサドルまたはブロックを使用します。カンチレバー型スライドでは、本体とシリンダーは静止したままで、ツールプレートが伸縮します。荷重を垂直方向に移動する場合にも、カンチレバー型の用途があります。1本のレールと2つのキャリッジを使用する場合、両方のベアリングキャリッジに半径方向に均等に荷重をかけることができます。ベアリングまたはキャリッジのサイズを決定する際には、通常、最も静的応力がかかるスライダーの総荷重を最悪のシナリオとして設定します。

ベアリングのサイズを決定する際には、荷重パラメータと重心（CG）または質量中心からの距離を整理します。荷重とは、システムに加わる重量または力を指し、静的荷重と動的荷重の両方を含みます。静的荷重は、サドル、固定具、ペイロード、およびベアリングの重量で構成されます。動的（または運動）荷重は、ベアリングが取り付けられたサドルと相互作用する荷重を考慮する必要があります。通常、この荷重はベアリングにねじり荷重を課します。サドルの重心は、ベアリング中心からある距離にある単一の荷重値を提供します。

これらの動的値と静的荷重値は、ラジアル（Corad）、アキシャル（Coax）、X軸周りのトルク（Mx）、Y軸周りのトルク（My）、Z軸周りのトルク（Mz）として整理できます。これらの変数は、ほとんどすべてのベアリングサイズ選定アプリケーションで使用して、適切なサイズのキャリッジを選択できます。荷重値は通常、静的荷重の場合はポンド（lb）またはニュートン（N）、動的荷重の場合はインチポンド（in.-lb）またはニュートンメートル（Nm）で表されます。

個々の荷重の中心は、ガイドウェイシステムの中心またはベアリング中心からの相対距離にあり、総質量の重心からガイドレールまでの距離は1.5インチ（60インチポンド/40ポンド）です。ベアリングは、特にサドルが急加速または急減速される場合、60インチポンドのトルク荷重に対応する必要があります。

スピード：速度は、加重時と減速時とでシステムへの影響が異なるため、考慮すべき重要な要素です。速度は通常、インチ/秒、またはメートル法のメートル/秒で表されます。移動プロファイルの種類などの要素によって、目的の速度またはサイクルタイムに到達するために必要な加速度が決まります。台形移動プロファイルでは、負荷は急速に加速し、その後一定速度で移動してから減速します。一方、三角形移動プロファイルでは、加速と減速が急速に行われます。さらに、アプリケーションの速度を計算する際には、移動の最高速度だけでなく、移動全体のタイミングを達成するために必要な加減速も考慮する必要があります。

デューティサイクル：デューティサイクルパラメータは、サドルが完全なサイクル（通常はストロークの2倍にアイドル動作を加えた時間）を通過する際の全動作を考慮する必要があります。アプリケーションのストロークとは、直線経路に沿って一方向に移動する際の全長のことです。一般的に、デューティサイクルパラメータは1分あたりのサイクル数として表されます。

取り付けエリア：ガイドレールとサドルベアリングの取り付けエリアは、ガイドシステムの全長（OAL）とレール間隔を決定する上で重要な要素となります。ほとんどの用途では、ベアリングが動作するための設置面積を最大限に確保することが最善です。単純な引き出しスライドと同様の動作をする伸縮式リニアベアリングを使用しない限り、ガイドレールの全長には、直線運動のストロークとベアリングの設置面積の両方を含める必要があります。

取り付けエリアでは、ガイドウェイを保持するための基材またはフレームシステムも考慮する必要があります。ベアリングの設置面積は、1つの直線ガイドウェイに沿って、一方のキャリッジの前面から最も遠いキャリッジの背面までの距離です。多くのプロファイルシャフトは、精度に関するプログラム要件を適切に満たすために、完全に機械加工および研磨された表面に取り付ける必要があります。その他の設計では、容量や剛性を損なうことなく、構造用アルミニウムまたは管状フレームに直接適用できます。

オリエンテーション：摺動面の取り付け方向は、サドルが水平方向、垂直方向、壁面取り付け方向、あるいは逆向きに移動する可能性があるため、荷重パラメータを設定する上で非常に重要です。最高の性能を発揮させるには、ベアリングシステムの最も強度のある部分を使用して、アプリケーションの荷重を管理してください。例えば、ラジアルボールベアリングスライダーは、軸方向ではなく、半径方向に荷重を支えるように配置する必要があります。

次に、リニアガイドを選択します。

これは、標準的な軽度の粉塵汚染環境下で、中程度の再現性が求められる用途の一例です。これらの2つの要因から、硬化鋼製の軌道面上で回転する予圧式ローラーベアリングシステムが採用されています。これにより、最大負荷レベルまで負荷をかけなくても、高速かつ長寿命を実現できます。

一般的に、1 インチのガイドウェイの場合、平面ベアリングは 20 インチ/秒、再循環ボールシステムは 80 インチ、ローラーは約 200 インチ/秒を超えないようにする必要があります。 3 秒で 118 インチのストローク全体を達成するには、0.5 秒ごとに 6 インチずつ加速および減速します。これにより、106 インチのストロークと 2 秒で目標のタイミングに到達できます。 ストロークが 118 インチで、ガイドウェイに沿った寸法のサドルの長さが 44 インチであるため、各ガイドウェイは少なくとも 162 インチの長さである必要があります。 リミットスイッチ、ショックアブソーバー、またはセンサーのために、ストロークの両端に 1 インチまたは 2 インチの余裕を持たせることが役立つ場合があります。

ベアリングはサドルの各コーナーに取り付けられており、質量の重心は前後左右とも中央に位置しているため、各ベアリングには100ポンドの荷重が均等にかかります。各ベアリングキャリッジは最大500ポンドのラジアル荷重に対応できるため、ベアリングの荷重が全容量の20～50%の範囲内であることから、十分な寿命が計算されます。