ベルト駆動、ボールねじ駆動、ラックアンドピニオン駆動、リニアモーター駆動、空気圧駆動システム。

機械設計者や製造業者が、独自のリニアシステムをゼロから構築するか、限られた種類の既製システムで妥協するかの選択を迫られた時代は終わりました。これらのシステムは、ほとんどの場合、アプリケーションに完全に適合しませんでした。今日のメーカーは、ボールねじ、ベルト、ラック＆ピニオン、リニアモーター、空気圧など、様々な駆動機構をベースにしたシステムを提供しており、ガイドとハウジングのオプションにより、事実上あらゆるアプリケーション、環境、またはスペースの制約に適合します。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の中から最適なソリューションを選択することです。

この選定プロセスを支援するために、多くの補助ツールが開発されています。これらのツールは通常、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対応させた表形式で、各パラメータに対する各システムの適合性を示す記号が付いています。このレイアウトは視覚的に分かりやすいものの、各システムの詳細な機能や弱点が欠けています。そこで、より深く掘り下げるために、以下では、最も一般的なプレアセンブリ型リニアシステムの具体的な長所と短所について概説します。

ベルト駆動システム

ベルト駆動システムは、長距離搬送能力で最もよく知られています。また、ベルト駆動機構は循環部品を使用しないため、高速搬送も可能です。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ことで、ベルトは通常10m/sの速度を達成できます。ベルト駆動システムは、破片によって損傷を受ける転動部品がないため、過酷な環境にも適しています。また、ポリウレタン製のベルト素材は、一般的な化学汚染物質のほとんどに耐えることができます。

ベルト駆動システムの主な欠点は、ベルトの伸びです。多くのシステムメーカーが採用しているスチール補強ベルトであっても、最終的にはある程度の伸びが生じ、繰り返し精度と移動精度が低下します。また、ベルト駆動システムは、ベルトの弾性により、他の駆動方式よりも共振が大きくなります。適切な駆動調整を行うことで共振を補正することは可能ですが、加減速率が高い場合や負荷が大きい場合には、整定時間が長くなる可能性があります。

ボールねじ駆動システム

高いスラスト荷重と高い位置決め精度が求められる場合、ボールねじ駆動システムは一般的に第一選択肢となります。それには十分な理由があります。ナットにプリロードをかけることで、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します。また、2mmから40mm以上までのリードにより、ボールねじシステムは幅広い速度要件に対応でき、垂直方向のアプリケーションにおけるバックドライブを防止できます。

ボールねじ駆動システムにおいて、移動距離は根本的な制約となります。ねじの長さが長くなると、ねじが自重でたわみ、ホイッピング現象が発生するため、許容速度が低下します。ボールねじ支持部はこの影響を軽減するのに役立ちますが、設置スペースとシステム全体のコストが増加します。

ラックとピニオン駆動システム

ラック＆ピニオンシステムは、高い推力を生み出し、事実上無制限の移動距離でその性能を維持します。また、複数のキャリッジを同一システムで使用できる設計のため、包装産業や自動車産業における大型ガントリーシステムなど、キャリッジを独立して動作させる必要がある用途に適しています。

高品質で低バックラッシュのラック＆ピニオンシステムは利用可能ですが、一般的に他の駆動オプションに比べて位置決め精度が低くなります。また、歯形や加工品質によっては、ラック＆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騒音レベルが高くな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たリニアモーターですが、現在では包装や組立といった産業における位置決めやハンドリング作業に利用されています。コストの低下もこの傾向の一因となっていますが、エンジニアにとってリニアモーターの魅力的な特性は、高速性、高い位置決め精度、そしてメンテナンスの容易さです。また、リニアモーターはラック＆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備えています。

リニアモーターは、停電時に負荷の落下を防ぐ機械部品がないため、垂直方向の用途には一般的に推奨されません。また、開放型設計と強力な磁石の使用により、特に金属片や削りくずなどの汚れや異物の影響を受けやすくなります。

空気圧駆動システム

空気を動力伝達源として使用する場合、空気圧式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は最も経済的で統合が容易な選択肢となります。ほとんどの空気圧式リニアシステムはアルミニウム製のハウジングに収納されており、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、中間位置で停止できないことが主な制限です。

アプリケーションに関わらず、プレアセンブリ直動システムの選択肢を検討する際には、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てください。これらの基準の重要性と重要性を決定したら、ノイズ、剛性、環境要因などの他のパラメータを検討することで、選択肢を絞り込み、最終的なサイズ決定と選定にかかる時間を短縮できます。