同軸度とは？同心度との違いやデータムの設定方法と図面指示のポイント

同軸度は、幾何公差のなかでも回転部品や軸部品の組立精度・回転精度に関わる位置公差です。

しかし、同心度と全く同じ記号を用いることから二つの違いや使い分け、データムの取り方に戸惑うことも珍しくありません。特に、設計者の望む精度を正しく指示するためには、同心度に加えて同軸度・位置度・振れ公差を正しく使い分けることも重要です。

本記事では、同軸度の基本から図面指示、測定方法、設計ポイント、加工方法までを解説します。

同軸度とは？

同軸度とは、データムから設定した基準軸に対し、対象となる軸線がどの程度一致しているかを規制する位置公差です。段付きシャフトや軸受部品、回転部品など、複数の円筒部が同じ軸線上にそろっている必要がある部品で重要になります。

例えば、段付きシャフトでは、一方の外径をデータムとして基準軸を設定し、別の外径の軸線が基準軸からどれだけずれているかを評価します。図面では公差値にφを付けて円筒状の公差域を示し、対象となる軸線全体が指定された円筒公差域の中に収まる必要があります。

同軸度は、2つの軸線間の単純な距離を示す寸法公差ではありません。基準軸に対して対象軸線が許容される位置の範囲を示す幾何公差です。回転部品で同軸度が不足すると、振れや偏摩耗、異音、軸受への負荷増加につながる場合があるため、部品の機能に応じて適切に指定することが重要です。

同軸度の主な測定方法

同軸度は、データム軸に対して対象となる軸線がどの程度一致しているかを評価する位置公差です。段付きシャフトや回転部品では、同軸度が不足すると振れや偏摩耗、異音、軸受への負荷増加につながる場合があります。

同軸度の測定方法は、要求精度や部品形状、測定目的によって使い分けます。現場での傾向確認にはダイヤルゲージを使う方法がありますが、測定値には真円度や表面形状の影響も含まれるため、厳密な同軸度評価には専用測定機による解析が必要です。

この章では、同軸度の主な測定方法について解説します。

1. ダイヤルゲージによる簡易測定
2. 真円度・円筒形状測定機
3. 三次元測定機

ダイヤルゲージによる簡易測定

Vブロックやセンターでワークを支持し回転させ、外径の振れを測定する簡易的な方法です。ただし得られる値は真円度や表面形状誤差も含む振れであり、厳密な同軸度とは異なるため、高精度部品では専用測定機が必要です。

ダイヤルゲージによる測定は、加工現場で外径の振れを素早く確認したい場合に有効です。測定器の準備が比較的容易で、加工途中の確認や簡易的な良否判断に使いやすい方法です。

一方で、支持方法や測定位置、ワークの真円度によって測定結果が変わるため、図面上の同軸度を保証する測定方法として扱う場合は注意が必要です。

真円度・円筒形状測定機

回転テーブル上でワークを回転させ、複数断面の形状データからデータム軸を設定し、対象軸線との位置関係を高精度に解析します。真円度・円筒度も同時に評価できるため、段付きシャフトなど複数の円筒要素を持つ部品に適しています。

真円度・円筒形状測定機は、円筒部品の軸線や断面形状を高精度に評価できる測定機です。段付きシャフトのように複数の外径を持つ部品では、基準となる外径からデータム軸を設定し、別の外径の軸線とのずれを解析できます。

同軸度だけでなく、真円度や円筒度も確認できるため、高精度な回転部品の品質管理に適しています。

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三次元測定機

プローブで複数点を測定し、座標データから軸線を演算してデータム軸との関係を評価します。一度に複数の寸法・幾何公差をまとめて確認できるため、試作品検査や多品種少量生産に向いています。

三次元測定機は、複雑な形状を持つ部品や、複数の基準面・基準軸をまとめて評価したい場合に有効です。穴位置、段付き形状、端面、外径などを同時に測定できるため、試作品や多品種少量品の検査に使いやすい方法です。

ただし、円筒部品の微細な形状変化や高精度な軸線評価では、測定点数や測定条件によって結果が変わるため、真円度・円筒形状測定機と使い分けることが重要です。

同軸度と関連する幾何公差との違い

同軸度は、データム軸に対して対象軸線がどれだけ一致しているかを評価する位置公差です。同心度、円筒度、円周振れ、全振れも円筒形状や回転部品の精度に関係しますが、評価する対象や公差の考え方は異なります。

同心度は断面の中心点、円筒度は円筒面そのものの形状、円周振れ・全振れはデータム軸を基準に回転させたときの振れ量を評価します。段付きシャフトや回転部品では、目的に合わない公差を指定すると、加工や測定の負担が増える場合があります。

この章では、同軸度と関連する幾何公差との違いについて解説します。

1. 同心度との違い
2. 円筒度との違い
3. 円周振れ・全振れとの違い

同心度との違い

同心度は対象断面の中心点がデータム中心とどれだけ一致するかを評価する公差で、同軸度は軸線全体の一致度を評価します。同心度は測定・解釈が難しく、現在は同軸度や位置度、振れ公差で設計されることが一般的です。

同心度は、特定の断面における中心点のずれを管理する考え方です。

一方、同軸度は円筒部全体の軸線がデータム軸に対してどの範囲に収まるかを評価します。段付きシャフトのように複数の外径がある部品では、断面ごとの中心点だけでなく、軸線全体のずれが回転精度や組み付け精度に影響します。

円筒度との違い

円筒度は単一円筒面が理想円筒にどれだけ近いかを評価する形状公差で、データムが必要ありません。

一方、同軸度はデータムを基準とした位置公差のため、円筒面の形状が良くても軸線がずれていれば公差を満たさないことがあります。

円筒度は、円筒面全体の真円度や真直度を含めた形状の良さを評価します。データムを使わず、対象となる円筒面だけで判定する点が特徴です。同軸度は、基準となる軸に対して別の軸線がどれだけ一致しているかを評価します。

外径形状がきれいでも、基準軸から軸線がずれている場合は同軸度の問題になります。

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円周振れ・全振れとの違い

円周振れ・全振れは、形状公差ではなく振れ公差の種類です。データムを基準に一回転させたときの振れ量を評価する公差で、円周振れは一断面、全振れは円筒面全体が対象です。一方、同軸度は回転して測定するという前提ではなく、軸線の位置関係そのものを評価する点が異なります。

円周振れや全振れは、回転部品の実際の振れを管理したい場合に使われます。円周振れは指定した断面の振れ量を評価し、全振れは対象面全体の振れ量を評価します。

同軸度は軸線同士の位置関係を評価する公差のため、回転時の振れ量そのものを直接示すわけではありません。回転性能を重視する部品では、同軸度より振れ公差を指定した方が管理しやすい場合があります。

同軸度の図面指示と設計時のポイント

同軸度を図面で指示する際は、データムとなる基準軸、対象となる軸線、公差値を明確に設定する必要があります。同軸度はデータム軸に対する対象軸線のずれを管理する位置公差のため、基準の取り方によって加工や測定のしやすさが変わります。

段付きシャフトや回転部品では、同軸度の指定が不適切だと、測定ばらつき、加工コストの増加、組み付け後の振れや偏摩耗につながる場合があります。設計段階では、製品の機能に必要な軸をデータムに設定し、加工会社と相談しながら無理のない公差値を決めることが重要です。

この章では、設計時に押さえておきたい主なポイントを解説します。

1. データムは十分な長さの円筒要素に設定する
2. 機能上の基準となる軸をデータムにする
3. 必要以上に厳しい公差を設定しない

データムは十分な長さの円筒要素に設定する

短い円筒面や小さい部分では基準軸が安定せず測定ばらつきの原因になります。データムは組立相手部品ではなく同一部品内の要素に設定し、治具で保持しやすい長さを確保します。

データムとなる円筒要素が短い場合、基準軸の設定が不安定になり、測定結果にばらつきが出やすくなります。特に細径シャフトや段付きシャフトでは、保持できる長さや測定時の支持方法も精度に影響します。

図面指示では、測定しやすく、機能上の基準として妥当な円筒要素をデータムに選定することが重要です。

機能上の基準となる軸をデータムにする

加工しやすさではなく、回転中心や摺動基準など製品性能に直結する軸をデータムに選ぶことで、実使用状態に近い精度保証ができます。加工優先で設定すると組立後に偏荷重や振動が起きる場合があります。

同軸度のデータムは、部品が使用される状態を基準に考えることが重要です。例えば、軸受で支持される外径や、相手部品とのはめあい基準になる外径は、回転精度や摺動性能に直結します。

加工工程だけを優先してデータムを選ぶと、図面上は満たしていても、実際の組み付け時に振れや片当たりが発生する場合があります。

必要以上に厳しい公差を設定しない

公差を厳しくするほど加工・測定の難易度とコストが上がります。回転精度や組立精度などの機能要求を整理したうえで、加工会社と相談しながら適切な公差値を決めることが重要です。

同軸度の公差値を必要以上に厳しく指定すると、研削加工や測定工程の負荷が増え、コストや納期に影響する場合があります。すべての軸部に高い同軸度が必要なわけではありません。

回転部、摺動部、はめあい部など、部品機能に影響する箇所を整理し、必要な範囲で公差を指定することが大切です。

同軸度を確保するための加工方法

同軸度を確保するためには、データムとなる基準軸に対して、対象となる外径や内径の軸線をできるだけ一致させる工程設計が重要です。段付きシャフトや内外径を持つ円筒部品では、加工工程ごとに基準が変わると、軸線のずれや測定ばらつきが発生しやすくなります。

そのため、切削加工、熱処理、研削加工などを組み合わせる場合でも、加工基準をできるだけ統一し、最終仕上げで同軸度を整えられる工程にする必要があります。

この章では、同軸度を確保するための加工方法について解説します。

1. センタレス研削加工
2. 円筒研削加工
3. 内面研削加工

センタレス研削加工

センター穴を使わず砥石と調整車で外径を高精度に仕上げる加工で、小径シャフトの量産に適しています。外径を高精度に仕上げられますが、段付き形状や内径との軸線関係まで単独で保証できるわけではありません。

センタレス研削加工は、小径シャフトやピンなどの外径を効率よく仕上げる方法です。外径寸法や真円度、表面粗さを安定させやすい一方で、センター基準で保持しないため、複数外径の同軸度や内外径の軸線関係を管理する場合は注意が必要です。

後工程で使用する加工基準との整合性を考慮した工程設計が重要になります。

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円筒研削加工

センター穴など同一の基準でワークを保持して外径を研削する方法です。加工中も基準軸を維持しやすいため、段付きシャフトなど複数の外径の同軸度確保によく用いられます。切削加工や熱処理後のわずかな変形補正にも対応できます。

円筒研削加工は、基準となるセンター穴や保持面を使いながら外径を仕上げるため、複数の円筒部を同じ軸線にそろえたい場合に適しています。段付きシャフトでは、各外径の寸法精度だけでなく、基準軸に対する軸線のずれを抑えることが重要です。

熱処理後に発生した曲がりや変形を踏まえ、仕上げ代を残して研削加工を行う工程設計が有効です。

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内面研削加工

外径を基準に内径を、または内径を基準に外径を加工することで、内径と外径の基準軸を合わせながら軸線関係を高精度に仕上げます。ベアリングハウジングなど、内外径の同軸度が性能に直結する部品で重要な工程です。

内面研削加工は、穴の内径精度や内径軸の位置関係を高めるために用いられます。外径と内径の同軸度が重要な部品では、どちらを基準に加工するかによって仕上がり精度が変わります。

内径が軸受や相手部品の基準になる場合は、保持方法や測定基準まで含めて工程を設計することが重要です。

同軸度が重要になる部品

同軸度は、複数の円筒要素を持つ部品や、回転運動・摺動運動を行う部品で重要になる位置公差です。基準となる軸線と対象となる軸線がずれていると、組み付け不良、振動、異音、偏摩耗、軸受寿命の低下につながる場合があります。

特に段付きシャフト、深穴あき部品、モーターシャフトなどでは、外径同士の軸線関係や、外径と内径の軸線関係を適切に管理する必要があります。設計段階では機能上の基準軸を明確にし、加工段階では切削加工、熱処理、研削加工を通じて基準を統一することが重要です。

この章では、同軸度が重要になる部品について解説します。

1. 段付きシャフト
2. 深穴あき部品
3. モーターシャフトなど回転部品

段付きシャフト

軸受部を基準にギアやプーリー取付部との同軸度を管理します。不足するとかみ合い不良や偏荷重、異音の原因になるため、切削・熱処理・研削を通じた加工基準の統一が重要です。

段付きシャフトでは、複数の外径が同じ軸線上にそろっていることが求められます。軸受で支持される外径と、ギアやプーリーを取り付ける外径の軸線がずれると、回転時に振れや片当たりが発生しやすくなります。

設計時には機能上の基準となる外径をデータムに設定し、加工時には仕上げ工程まで基準をそろえることが重要です。

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深穴あき部品

油圧部品や精密ブッシュなど、外径をデータムで内径の軸線を管理するケースが多く、均一な肉厚と安定した摺動性能に直結します。深穴加工での穴位置ずれを考慮した工程設計が必要です。

深穴あき部品では、外径と内径の軸線関係が部品性能に影響します。内径が外径に対して偏ると、肉厚が不均一になり、強度不足や摺動不良、組み付け時の芯ずれにつながる場合があります。

深穴加工では工具の逃げや穴曲がりが発生する可能性があるため、加工基準、下穴加工、仕上げ加工、測定方法を含めた工程設計が重要です。

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モーターシャフトなど回転部品

軸受部とローターやカップリング取付部の軸線関係が不適切だと振動・騒音や軸受寿命低下を招きます。熱処理後の変形も踏まえ、各工程で基準を統一した工程設計が求められます。

モーターシャフトなどの回転部品では、軸受部、ローター取付部、カップリング取付部が同じ軸線上にそろっていることが重要です。軸線がずれると、回転バランスが崩れ、振動や騒音、発熱、軸受への負荷増加につながる場合があります。

高精度な回転性能を確保するには、同軸度だけでなく、円周振れや全振れも含めて品質を管理することが大切です。

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高い同軸度が求められる加工なら三和ニードル・ベアリング

三和ニードル・ベアリングでは、自社開発設備によるサブミクロン（1万分の1mm）精度の超精密研削加工に対応しています。センタレス研削をコア技術に、切削・熱処理・研削までを社内一貫生産することで工程ごとの加工基準を統一し、高い同軸度が求められる精密部品にも対応可能です。

試作から量産まで幅広く対応しておりますので、同軸度をはじめとした幾何公差でお困りの際はお気軽にご相談ください。

同軸度に関するよくある質問

ここでは、同軸度について設計や図面作成の現場でよくある質問を紹介します。

Q1. 同軸度の公差値はどのように決めますか？
Q2. 同軸度は位置度で代用できますか？
Q3. 同軸度と同心度はどのように使い分けますか？

Q1. 同軸度の公差値はどのように決めますか？

同軸度は、試作品で公差を段階的に変えて振動や回転精度を評価したり、CAEなどの解析で軸受荷重や応力を確認したりして、機能を維持できる許容範囲を求めます。その結果をもとに、要求機能から逆算して公差値と加工方法・測定方法を合わせて決定します。

Q2. 同軸度は位置度で代用できますか？

設計意図によりますが、複数の穴や円筒要素を共通のデータムに対して配置し、ほかの位置公差と同じ考え方で管理したい場合などは敢えて位置度を用いて軸線の位置関係を管理することも可能です。

Q3. 同軸度と同心度はどのように使い分けますか？

同心度と同軸度は、測定者や測定方法が異なっても設計意図どおりに判定できるかを重視して使い分けます。同心度は断面ごとの中心点の一致を評価するのに対し、同軸度は円筒形体から導いた軸線同士の位置関係を評価します。

回転時の振れを保証したい場合は、同心度や同軸度ではなく、円周振れや全振れによる指示も検討します。

まとめ｜同軸度とは基準軸に対する対象軸線のずれを評価する位置公差

同軸度は、データムから設定した基準軸に対する対象軸線の位置関係を管理する位置公差です。同軸度の精度を高めるためには、切削・熱処理・研削などの加工基準の統一と、要求精度に応じた測定方法の選択が重要です。

三和ニードル・ベアリングは、自社開発設備によるサブミクロン（1万分の1mm）精度の超精密研削加工と社内一貫生産で、高い同軸度が求められる精密部品にも対応しています。精密加工でお困りの際は、ぜひお気軽にお問い合わせください。