シャフト加工なら外山製作所へ
シャフトは、モーターやエンジンなどの動力を伝える役割を持つ棒状の部品です。基本的にシャフトは軸受となるボールベアリングなどと組み合わせて使われます。
自動車やモーターボート、航空機などはもちろん、医療機器や電子機器など、ありとあらゆる分野に使用されています。例えば、電車の車輪の中央にある軸はシャフトに分類されます。
動力を伝える必要があるため、シャフトは強度と精度の両立が求められます。もし、シャフトの強度が足りなかったり、精度が悪かったりすると、滑らかな動力伝達を行えなくなるだけでなく、故障してしまう原因にもなってしまいます。
シャフトにも種類、呼び名は色々あり、スプラインシャフト、クランクシャフト、小径シャフト、長尺シャフト、精密シャフト、段付きシャフトなど様々です。
外山製作所では特に小径の精密シャフトに注力しております。様々な形状のシャフトを試作から量産まで幅広く加工することが可能です。
量産前の試作シャフトの製造からお気軽にご相談ください。
一押し加工製品（シャフト加工）
シャフトの種類
シャフトには様々な形状があります。
- 段付きシャフト
- スプラインシャフト
- クランクシャフト
- 長尺シャフト
- 精密シャフト
最も一般的な形状は円柱状のシャフトです。用途によって、中心軸方向におねじやめねじを切ったり、段差をつけたりします。スプラインシャフトは、側面全体に歯車のような溝が切られており、軸受へ差し込むだけで動力を伝えられるような仕組みになっています。
特徴的なものでは、エンジンに使用されるクランクシャフトがあげられます。こちらは円柱状のシャフトをベースに卵型の突起が様々な方向に向いて付いています。クランクシャフトが回転すると、卵型の突起により他の部品を反復動作させられるようになっているのです。
シャフトは回転することで他の部品に動力を伝えることが目的の部品となります。そのため、シャフトの形状は目的次第で大きく変化すると覚えておくと良いでしょう。
シャフトの材質
シャフトの材質は、用途や要求する性能によって使い分けされます。
高強度を求める場合
- S45Cなどの調質鋼
- SNC（ニッケルクロム鋼）
- SCM（クロームモリブデン鋼）
- SCr（クロム鋼）
耐食性を求める場合
- SUS303、SUS304、SUS316などのステンレス鋼
- インコネルなどのニッケル合金
軽量化を求める場合
- アルミ合金
- チタン合金
- 真鍮
強度が求められる場合は、後述する熱処理や表面処理を行い、耐摩耗性や耐久性を高められる鋼材を使用する場合がほとんどです。一般的な鋼材は、自動車や産業機械などで幅広く利用されます。
耐食性を求める場合は、表面処理をしなくてもサビが出る恐れの少ないステンレス鋼やニッケル合金が使用されます。ステンレス鋼やニッケル合金は、加工性が悪く、加工には技術が求められます。
軽量化を重視するのであれば、アルミやチタン、真鍮といった比重の軽い金属が利用されます。アルミや真鍮は、鉄に比べると大きく強度が落ちるため、強度を必要とする用途には向きません。反対にチタンは強度はあるものの、価格が非常に高価なので航空機など特殊な用途でしか利用されません。
シャフトの加工方法
切削加工
小型のシャフトの場合、CNC旋盤、マシニングなどで切削加工し、目的の形状を作り上げます。小径の材料の場合、CNC自動旋盤を使うと材料を自動で供給することができるようになり量産性が飛躍的に向上します。
熱処理
シャフトは強度や耐摩耗性を求められます。材料の強度や硬度が低いため、熱処理ができる鋼材などの場合は熱処理を行います。
熱処理を行う場合は、まずはじめに硬度を高める「焼入れ」を行います。材料を高温にし、急冷することで、材料硬度を高められます。高周波焼入れや浸炭焼入れなどの焼入れ方法が一般的です。
焼入れは硬度を高めてくれる反面、製品が脆くなってしまう弱点があります。そこで、靭性をもたせるために焼入れ後に「焼戻し」を行います。焼戻しは金属の組織を均一化し粘り強さを得るための工程です。焼戻しは、材料を焼入れ温度よりも低い温度で加熱し、しばらくその温度を保持し、ゆっくり冷却することで粘り強さを得られます。
焼入れと焼戻しの2つの工程をまとめて熱処理と呼び、これらの熱処理を経ることで硬度と靭性を両立した耐久性の高い製品になります。
表面処理
最終的な製品にする前に、表面処理を行う場合もあります。表面処理の例としては、切削の工程で出たバリをバレル研磨やショットブラストで除去したり、熱処理で出たわずかな歪みを取るために再研削したり、表面硬度を上げるためにメッキやコーティング、窒化処理をしたりなどがあげられます。
