シャフト加工の方法と発注ガイド｜材質・精度・メーカー選定

シャフト加工とは｜精密軸物加工の基本

シャフトに求められる精度

シャフトの精度要件は、軸受（ベアリング）との嵌合精度に直結する。JIS B 0401の公差域クラスで「h6」「g6」「js6」等の指定が一般的だ。

シャフトの種類

シャフトの主な加工工程

旋盤加工（CNC旋盤・複合加工機）

シャフト加工の主工程はCNC旋盤による外径切削だ。段付き形状・テーパー・ネジ切りなどを1チャッキングで加工できる。

複合加工機（ターニングセンタ）を使えば、旋削と同時にフライス加工（キー溝・Dカット・穴あけ）も行えるため、段取り替えなしで複雑形状のシャフトを完成できる。

研削加工（円筒研削・心なし研削）

旋盤加工後の仕上げ工程として、円筒研削が用いられる。

精密軸受と嵌合するシャフトでは、円筒研削で真円度0.003mm以下を目指す。

熱処理（焼入れ・調質・窒化）

シャフトの耐摩耗性・疲労強度を向上させるため、熱処理を施すことが多い。

高周波焼入れは「必要な部分だけ」硬化できるため、軸受嵌合部のみ硬化し、キー溝部は被削性を保つ設計が可能だ。

表面処理（めっき・硬質クロム・DLC）

硬質クロムめっき後は研磨仕上げを行い、所定の寸法・面粗さに仕上げる。

素材別の加工ポイント

炭素鋼・合金鋼（S45C・SCM435）

最も一般的なシャフト素材。切削性が良好で、調質・高周波焼入れとの相性もよい。S45Cは汎用シャフト、SCM435は高強度シャフトに使われる。

ステンレス鋼（SUS304・SUS316）

耐食性が求められる環境（食品機械・化学装置・医療機器）で使われる。SUS304は加工硬化しやすく、切削速度を抑える必要がある。SUS316は耐食性がさらに高い。

特殊材（チタン・インコネル）

航空宇宙・医療用途ではチタン合金（Ti-6Al-4V）やインコネルのシャフトが使われる。専門的な加工ノウハウが必要であり、対応メーカーが限られる。

発注先メーカーの選び方

対応サイズの確認

長尺シャフト（L/D比10超）は旋盤加工中の「びびり」（振動）が問題になるため、対応経験のあるメーカーを選ぶ。

一貫加工の可否

旋盤→研削→熱処理→表面処理の4工程を一貫で対応できるメーカーは、品質管理と納期の面で有利だ。外注に出す工程が多いほど、中間検査の手間とリードタイムが増える。

品質管理体制

– 三次元測定機の保有

– 真円度測定機の保有（精密軸受嵌合部の測定用）

– 材料証明書（ミルシート）の提出対応

– ISO 9001認証

コスト・納期の目安

発注時の注意点

図面記載のポイント（幾何公差の指定方法）

– 軸受嵌合部には公差域クラス（例: φ30h6）を必ず指定

– 真円度・同軸度はデータム基準を明示

– 表面粗さは機能面のみにRa指定（非機能面は「旋削面なり」）

– キー溝の幅・深さ公差をJIS B 1301に基づき指定

試作と量産での発注先の使い分け

試作（1〜5本）は小ロット対応の汎用加工メーカー、量産（100本以上）は専用ラインを持つ量産メーカーに分けることで、コスト最適化が図れる。

まとめ

– [ ] シャフトの種類と精度要件の明確化

– [ ] 素材の選定（S45C/SCM435/SUS/チタン等）

– [ ] 加工工程の設計（旋盤→研削→熱処理→表面処理）

– [ ] 図面への幾何公差の記載（公差域クラス・データム基準）

– [ ] 対応メーカー2〜3社への見積依頼

– [ ] 一貫加工 vs 分業の判断

参考規格・文献

– JIS B 0401:2016 寸法公差及びはめあいの方式

– JIS B 1301:2016 キー及びキー溝

– JIS G 4051:2016 機械構造用炭素鋼鋼材

– ISO 9001:2015 品質マネジメントシステム

*この記事は精密加工ジャーナル編集部が作成しました。記載内容は執筆時点の情報に基づいています。*