多軸ステージとテーブル

機械設計者や製造者が、独自のリニア システムをゼロから構築するか、ほとんどの場合アプリケーションに不完全に適合する限られた範囲の事前に組み立てられたシステムに落ち着くかのどちらかを選択しなければならなかった時代は終わりました。現在、メーカーは、ボールねじ、ベルト、ラックアンドピニオン、リニアモーター、空気圧などのさまざまな駆動機構に基づいたシステムを、事実上あらゆる用途、環境、またはスペースの制約に適合するガイドおよびハウジングのオプションを備えて提供しています。現在、エンジニアにとってのジレンマは、アプリケーションに適したシステムを見つけることではなく、利用可能な幅広い構成から最適なソリューションを選択することのほうが重要です。

この選択プロセスを支援するために、多くの補助者が作成されました。これらは通常、主要なアプリケーション パラメータとシステム タイプを示す表の形式をとり、各パラメータに対する各システムの適合性を評価する記号が付いています。このレイアウトでは、視覚的に素早く参照できますが、各システムの能力と弱点の詳細な点がいくつか欠けています。もう少し深く掘り下げる試みとして、次の概要では、最も一般的なタイプの事前に組み立てられた線形システムの具体的な長所と制限を検討します。

【ベルト駆動方式】

ベルトドライブシステムはおそらく、長距離を移動できる能力で最もよく知られています。また、ベルト駆動機構は再循環要素を使用しないため、高速化を実現できます。カムローラーやホイールなどの非循環ガイドと組み合わせると、ベルトは通常、最大 10 m/s の速度を達成できます。ベルト駆動システムは、転動体が破片によって損傷することがなく、ポリウレタン ベルトの素材が最も一般的な種類の化学汚染に耐えられるため、過酷な環境にも適しています。

ベルト駆動システムの主な欠点は、ベルトが伸びることです。ほとんどのシステムメーカーが使用しているスチール強化ベルトでも、最終的にはある程度の伸びが生じ、再現性や移動精度が低下します。ベルト駆動システムは、ベルトの弾性により、他のタイプのドライブよりも共振が大きくなります。ドライブを適切に調整することでこれを補うことはできますが、加速率や減速率が高いアプリケーションや負荷が重いアプリケーションでは、望ましくない整定時間が発生する可能性があります。

【ボールねじ駆動方式】

高スラスト荷重と高位置決め精度の場合、通常はボールねじ駆動システムが第一の選択肢となります。それには正当な理由があります。プリロードされたナットを使用すると、ボールねじはバックラッシュのない動作を実現し、非常に高い位置決め精度と再現性を実現できます。リードの範囲が 2mm から 40+mm であるため、ボールねじシステムは幅広い速度要件を満たすことができ、垂直用途でのバックドライブを防ぐことができます。

移動長はボールねじ駆動システムの基本的な制限です。スクリューの長さが長くなると、スクリューが自重でたわみ、むち打ちが発生する傾向があるため、許容速度が低下します。ボールねじサポートはこの影響に対抗するのに役立ちますが、スペースとシステム全体のコストが犠牲になります。

【ラック＆ピニオン駆動方式】

ラックアンドピニオン システムは高い推力を生成し、事実上無制限の移動長でそれを実現できます。また、その設計により、同じシステム上で複数のキャリッジを使用できるため、包装業界や自動車業界の大型ガントリー システムなど、キャリッジを独立して移動する必要があるアプリケーションに役立ちます。

高品質で低バックラッシュのラックアンドピニオン システムが利用可能ですが、一般に、他のドライブ オプションよりも位置決め精度が低くなります。また、歯形や加工の品質によっては、ラックアンドピニオン駆動システムは他のリニア システムと比較して高レベルの騒音を発生する可能性があります。

【リニアモーター駆動システム】

従来、ほとんどの用途には高価すぎると考えられていましたが、現在では、リニア モーターは、梱包や組み立てなどの業界で位置決めや処理作業に使用されています。コストの削減がこの傾向に貢献していますが、エンジニアにとってリニア モーターの魅力的な特性は、高速機能、高い位置決め精度、メンテナンスの必要性の低さです。リニア モーターは、ラック アンド ピニオン システムと同様に、複数の独立したキャリッジを 1 つのシステムに統合する機能も提供します。

リニア モーターには電力損失状態での負荷の落下を防ぐ機械コンポーネントがないため、一般に垂直用途での使用はお勧めできません。オープンなデザインと強力な磁石の存在により、汚染や破片、特に金属片や削りくずの影響を受けやすくなります。

【空圧駆動システム】

好ましい動力伝達源が空気である場合、空気圧リニア システムが最適です。シンプルなポイントツーポイント動作の場合、空気圧駆動システムが最も経済的で統合が簡単なオプションとなります。ほとんどの空気圧リニア システムはアルミニウム ハウジングに密閉されており、エンド ダンパーや保護カバーを組み込むことができます。

空気圧システムは、ここで説明したタイプの中で最も精度と剛性が低くなりますが、主な制限は中間位置で停止できないことです。

アプリケーションに関係なく、事前に組み立てられたリニア システムのオプションを検討するときは、ストローク、荷重、速度、精度という 4 つの主要なアプリケーション パラメータから始めます。これらの基準の大きさと重要性が決まれば、騒音、剛性、環境要因などの他のパラメータを使用してフィールドを絞り込み、最終的なサイジングと選択の時間を短縮することができます。