リニアアクチュエータは、アセンブリ、部品、または完成品などの負荷を直線的に動かします。エネルギーを運動または力に変換し、加圧された流体や空気、さらには電気で駆動できます。ここでは、一般的なリニアアクチュエータの種類、それぞれの長所と短所について詳しく説明します。

どのように機能するのでしょうか？

• 空気圧式リニアアクチュエータは、中空シリンダー内のピストンで構成されています。外部コンプレッサーまたは手動ポンプからの圧力によって、シリンダー内のピストンが動きます。圧力が上昇すると、シリンダーはピストンの軸に沿って移動し、直線的な力を生み出します。ピストンは、スプリングバック力またはピストンの反対側への流体供給によって元の位置に戻ります。

• 油圧リニアアクチュエータは空気圧アクチュエータと同様に動作しますが、加圧空気ではなくポンプからの非圧縮性液体によってシリンダーを動かします。

• 電動リニアアクチュエータは電気エネルギーをトルクに変換します。機械的に接続された電動モーターがリードスクリューを回転させます。リードナットまたはボールナットは、スクリューのねじ山と一致するねじ山を持ち、スクリューと一緒に回転するのを防ぎます。スクリューが回転すると、ナットはねじ山に沿って駆動されます。ナットの移動方向はスクリューの回転方向に依存し、アクチュエータを元の位置に戻します。

【空気圧アクチュエータ】

利点

• 空気圧アクチュエータの利点は、そのシンプルさにあります。ほとんどの空気圧式アルミアクチュエータは、最大圧力定格が150psiで、ボアサイズは1/4インチから8インチまで、これは約30～7,500ポンドの力に相当します。スチール製アクチュエータは、最大圧力定格が250psiで、ボアサイズは1/4インチから14インチまで、50～38,465ポンドの力を発揮します。

• 空気圧アクチュエータは、たとえば 0.1 インチ以内の精度と 0.001 インチ以内の再現性を提供することで、正確な直線運動を生成します。

• 空気圧アクチュエータの典型的な用途は、極端な温度環境です。典型的な温度範囲は-40°F～250°Fです。安全性と検査の観点から、空気圧アクチュエータは空気を使用することで危険物質の使用を回避します。モーターがないため磁気干渉を発生しないため、防爆および機械安全要件を満たしています。

• 近年、空気圧技術は小型化、材料開発、電子機器や状態監視との統合において大きな進歩を遂げています。空気圧アクチュエータのコストは他のアクチュエータに比べて低く、例えばBimba Manufacturingによると、平均的な空気圧アクチュエータのコストは50ドルから150ドルです。空気圧アクチュエータは軽量で、メンテナンスも最小限で済み、耐久性の高い部品を使用しているため、空気圧は費用対効果の高い直線運動方法となっています。

デメリット

• 圧力損失と空気の圧縮性により、空気圧は他の直線運動方式に比べて効率が低くなります。コンプレッサーと空気供給量の制限により、低圧での動作では力と速度が低下します。コンプレッサーは、何も動いていないときでも常に作動圧力を維持する必要があります。

• 空気圧アクチュエータを真に効率良く動作させるには、特定の用途に合わせてサイズを調整する必要があります。そのため、他の用途に使用することはできません。正確な制御と効率を得るには比例制御弁とバルブが必要ですが、コストと複雑さが増します。

• 空気は容易に入手できるものの、油や潤滑油によって汚染される可能性があり、ダウンタイムやメンテナンスの必要性につながります。企業は依然として圧縮空気の費用を負担する必要があるため、圧縮空気は消耗品であり、コンプレッサーと配管もメンテナンス上の問題となります。

【油圧アクチュエータ】

利点

• 油圧アクチュエータは頑丈で、高出力アプリケーションに適しています。同サイズの空気圧シリンダーの25倍の力を発揮し、最大4,000psiの圧力で動作します。

• 油圧モーターは、空気圧モーターに比べて馬力対重量比が 1 ～ 2 hp/lb 高くなります。

• 油圧アクチュエータは、流体の非圧縮性により、ポンプがより多くの流体や圧力を供給することなく、力とトルクを一定に保つことができます。

• 油圧アクチュエータでは、ポンプとモーターをかなり離れた場所に配置しても電力損失は最小限に抑えられます。

デメリット

• 油圧機器は作動油が漏れることがあります。空気圧アクチュエータと同様に、作動油の損失は効率の低下につながります。しかし、作動油の漏れは清浄度の問題を引き起こし、周囲の部品や領域に損傷を与える可能性があります。

• 油圧アクチュエータには、流体リザーバー、モーター、ポンプ、リリースバルブ、熱交換器、そして騒音低減装置など、多くの関連部品が必要です。そのため、直線運動システムは大型化し、設置が困難になります。

【電動アクチュエータ】

利点

• 電動アクチュエータは、最高精度の位置決め制御を提供します。例えば、精度範囲は+/- 0.000315インチ、再現性は0.0000394インチ未満です。電動アクチュエータは、あらゆる目的や力の要件に合わせて拡張可能で、静音性、滑らかさ、再現性を備えています。

• 電動アクチュエータはネットワークに接続でき、迅速に再プログラミングできます。診断とメンテナンスのための即時フィードバックを提供します。

• 動作プロファイルを完全に制御し、速度、位置、トルク、適用力を制御するエンコーダーを組み込むことができます。

• 騒音に関しては、空気圧式や油圧式アクチュエータよりも静かです。

• 液体の漏れがないので、環境への危険性が排除されます。

デメリット

• 電動アクチュエータの初期単価は、空気圧アクチュエータや油圧アクチュエータよりも高くなります。Bimba Manufacturingの事例によると、電動アクチュエータの価格は、設計や電子機器の種類によって150ドルから2,000ドル以上まで幅があります。

• 電気アクチュエータは、危険区域や可燃性区域でも安全な空気圧アクチュエータとは異なり、あらゆる環境に適しているわけではありません。

• モーターを連続運転すると過熱し、減速ギアの摩耗が進行します。また、モーターが大型化すると設置に問題が生じる可能性があります。

• 選択したモーターは、アクチュエータの力、推力、速度の制限値を固定値に固定します。力、推力、速度の異なる値が必要な場合は、モーターを変更する必要があります。