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移動させます。エネルギーを運動または力に変換し、電気だけでなく、加圧された流体や空気によって駆動されます。ここでは、一般的なリニアアクチュエータとその利点および欠点について説明します。

それらはどのように機能するのですか？

・空気圧式リニアアクチュエータは、中空シリンダー内部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移動します。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に流体が供給されることによって、元の位置に戻ります。

・油圧式リニアアクチュエータは空気圧式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が動きます。

・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。リードスクリューのねじ山に一致するねじ山を持つリードナットまたはボールナットは、スクリューと一緒に回転しないように固定されています。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よって決まり、アクチュエータを元の位置に戻す役割も果たします。

【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。ほとんどの空気圧アルミニウムアクチュエータは、最大圧力定格が150 psi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250 psiで、ボアサイズは 1/4インチから14インチまで、50～38,465ポンドの力を発生させます。

・空気圧アクチュエータは、例えば0.1インチ以内の精度と0.001インチ以内の繰り返し精度を提供することで、精密な直線運動を実現します。

・空気圧アクチュエータの一般的な用途は、極端な温度環境下での使用です。一般的な使用温度範囲は-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ため、危険物の使用を回避できます。また、モーターを使用しないため磁気干渉がなく、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、材料の改良、電子機器や状態監視との統合において多くの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と比較して低く抑えられています。例えば、Bimba Manufacturing社によると、平均的な空気圧アクチュエータの価格は50ドルから150ドルです。また、空気圧アクチュエータは軽量で、メンテナンスの手間も最小限で済み、耐久性の高い部品を使用しているため、直線運動を実現する費用対効果の高い方法と言えます。

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劣ります。圧縮機と空気供給の制限により、低圧での動作では力が小さくなり、速度も遅くなります。圧縮機は、何も動いていない場合でも、常に作動圧力で稼働し続ける必要があります。

・真に効率的な空気圧アクチュエータを実現するには、特定の用途に合わせてサイズを選定する必要があります。そのため、他の用途には使用できません。正確な制御と効率性を確保するには比例レギュレータとバルブが必要ですが、これによってコストと複雑さが増します。

・圧縮空気は容易に入手できるものの、油や潤滑油で汚染される可能性があり、その結果、稼働停止やメンテナンスが必要になる。企業は圧縮空気の購入費用を負担しなければならないため、圧縮空気は消耗品であり、コンプレッサーや配管もメンテナンス上の問題となる。

【油圧アクチュエータ】

利点

・油圧アクチュエータは堅牢で、高負荷用途に適しています。同サイズの空気圧シリンダの25倍もの力を発生させることができ、最大4,000psiの圧力下でも動作します。

・油圧モーターは、空気圧モーターよりも1～2馬力/ポンド高い出力重量比を持つ。

・油圧アクチュエータは、流体の非圧縮性により、ポンプが追加の流体や圧力を供給しなくても、力とトルクを一定に保つことができる。

・油圧アクチュエータは、ポンプとモーターをかなり離れた場所に設置しても、電力損失を最小限に抑えることができます。

デメリット

・油圧システム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、作動油の漏れは効率低下につながります。しかし、油圧作動油の漏れは、清掃上の問題や、周囲の部品や領域への損傷を引き起こす可能性があります。

・油圧アクチュエータは、作動油タンク、モーター、ポンプ、リリースバルブ、熱交換器、騒音低減装置など、多くの関連部品を必要とします。そのため、直線運動システムは大型化し、設置場所の確保が困難になります。

【電動アクチュエータ】

利点

・電動アクチュエータは、最高レベルの精密な位置決め制御を実現します。精度範囲の一例として、±0.000315インチ、繰り返し精度は0.0000394インチ未満です。あらゆる用途や力要件に合わせて構成を拡張でき、静かでスムーズな動作と高い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接続が可能で、迅速な再プログラミングができます。診断やメンテナンスのためのフィードバックを即座に提供します。

・動作プロファイルを完全に制御でき、速度、位置、トルク、および印加力を制御するためのエンコーダーを組み込むことができます。

・騒音の面では、空気圧式アクチュエータや油圧式アクチュエータよりも静かである。

・液体の漏れがないため、環境への危険が排除されます。

デメリット

・電気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い。Bimba Manufacturingの例によると、電気アクチュエータの価格は、設計や電子回路によって150ドルから2,000ドル以上まで幅がある。

・電気アクチュエータは、危険区域や可燃区域でも安全に使用できる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、減速ギアの摩耗が増加する。また、モーターが大型化して設置上の問題が生じる可能性もある。

・選択したモーターによって、アクチュエータの力、推力、速度の制限値が固定されます。力、推力、速度について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。