研究者たちは、直線位置決めシステムの精度向上、バックラッシュの低減または除去、そして装置の使いやすさ向上のための方法を模索し続けています。ここでは最近の開発状況をご紹介します。

必要な直線運動の量が少量であろうと大量であろうと、位置決め精度と信頼性は直線システムに不可欠な特性です。宇宙での使用を目的とした製品の開発を頻繁に行う2つの研究センター、アラバマ州のマーシャル宇宙飛行センターとクリーブランドのルイス研究センターは、これらの特性を改善した直線位置決め装置を開発しました。これらの装置のうち1つはもともと宇宙での使用を目的に開発され、もう1つは地上での用途向けに開発されました。しかし、どちらも電力伝送業界にメリットをもたらします。

マーシャル宇宙飛行センターのエンジニアたちは、宇宙船用のリニアアクチュエータを必要としていました。このアクチュエータは、宇宙船のメインエンジンのノズルアセンブリを動かします。同じ水平面内に90度回転した別のアクチュエータと組み合わせることで、宇宙船のピッチ、ロール、ヨーの動きを制御します。これらの動きの許容誤差は±0.050インチです。

機能的には、アクチュエータはこれらの大型物体に対して正確な増分直線移動を提供し、重い荷重に対して位置を保持する必要があります。このソリューションとして、電気機械式リニアアクチュエータが採用されました。このアクチュエータは最大6インチ（約15cm）の増分移動を提供し、最小ストロークは0.00050インチ（約1.2cm）未満です。最大45,000ポンド（約20,000kg）の荷重を保持できます。

回転運動を直線運動に変換するこのアクチュエータは、クリーンでシンプルなデバイスであり、強力でありながら制御された動作が求められる用途において、油圧アクチュエータの代替として使用できます。また、清掃や検査といったメンテナンス時間もほとんど必要ないため、飛行システムの適格性確認に必要な時間を短縮できます。

この設計では、レゾルバと比較的新しい機能であるアンチバックラッシュギア機構を採用しています。レゾルバは増分角度運動を測定し、それによって増分直線運動を制御します。精度は6 arc/minです。回転と並進の関係は、ギア比とねじピッチからわかります。

2つ目の特徴は、バックラッシュ防止ギア配置です。これにより、ギアの歯が時計回りと反時計回りのどちらの方向でも常に接触状態を保ちます。

この接触を実現するには、シャフトの中心を正確に位置合わせする必要があります。製造工程では、シャフトはアセンブリごとに機械加工されます。

アクチュエータ部品
電気機械式アクチュエータは、4つのアセンブリセクションで構成されています。1) 25馬力のDCモーター2台、2) ギアトレイン、3) リニアピストン、4) 付属のハウジングです。DCモーターはギアトレインを回転させ、回転運動をローラースクリューに伝達します。ローラースクリューはその運動を出力ピストンを介して直線運動に変換します。モーターのトルク定数は34.6 oz-in./Aです。モーターは125 Aで駆動します。スクリュー部では、ユニットは31,000 oz-in.（約162 lb-ft.）のトルクを発生します。

2つのブラシレスDCモーターがマウントプレートに固定されています。このマウントプレートはギアシステムと接続されています。小型の調整プレートにより、組み立て時にシャフトの正確な位置合わせが可能になり、ギアシステム内のバックラッシュも排除されます。

ピニオンギアはモーターシャフトにキーで固定され、モーター内部のベアリングによって支持されています。ピニオンギアは、2つのギアを含むアイドラーシャフトアセンブリと噛み合います。アイドラーシャフトは回転速度を低下させ、高いトルクを出力ギアに伝達します。前述のように、アイドラーギアの1つはシャフトに直接機械加工されています。

最初のアイドラー ギアは 2 つの部品で構成されており、システム内の回転遊びを除去するための微調整が可能です。

組み立て工程では、下側のモーターをモーター取り付けプレートに取り付け、ピニオンギアをアイドラーシャフト上の調整可能なアイドラーギアに噛み合わせます。次に、上側のモーターをモーター調整プレートを使用して取り付けます。次に、エンジニアはモーターシャフトを手動で回転させ、アイドラーギアをシャフトに対して移動させることで、回転遊びを除去します。次に、上側のモーターを取り外し、新しい調整プレートを正確な中心に機械加工します。この組み立て工程により、バックラッシュが除去されます。

各アイドラーシャフトは両端でベアリングによって支持されています。出力ギアは、ねじ付きローラースクリューシャフトにキー止めされています。シャフトとナット、そして出力ピストンアセンブリが直線運動を生み出します。出力ピストンを安定させるリニアベアリングによって、ミスアライメントが防止されます。

ロッドの端とテールストック内の球面ベアリング アセンブリには、エンジンと構造コンポーネントに接続するための取り付けアタッチメントが含まれています。

オプション
NASAのエンジニアは、ピストンのストロークごとにレゾルバローターを1回転させ、シャフトの回転数をカウントする必要をなくすために、ハーモニックドライブをレゾルバと併用できると述べています。このドライブは、ピストンの1ストロークごとにレゾルバローターが1回転する減速比を持つ必要があります。

このアクチュエータの新型飛行バージョンは、15馬力のモーターを4基搭載しています。小型モーターは重量とモーター慣性を低減します。これらのモーターのトルク定数は16.8オンス・インチ/Aで、100A、270Vで動作し、45,000ポンドの荷重を動かすのに必要な力を提供します。

別のポジショニングデザイン
この3連リードスクリューポジショナーは宇宙での使用を想定して開発されたものではありませんが、精度と信頼性の向上が実証されています。機械内での部品の正確な位置決め、プラットフォームの昇降、パッケージの正確な直角調整、レーザー機器や光熱測定望遠鏡のプラットフォームの水平維持にかかる時間を短縮します。

典型的なスクリュー位置決めシステムでは、3本または4本の固定ロッドをガイドとする中央駆動の手動制御を用いてプレートを移動させます。この設計では、トリプルリードスクリューアセンブリを主要な位置決め機構として用いています。この機構は、プレート同士を平行に保ちながら、固定プレートに近づけたり離したりします。

このアセンブリは、工場製作部品27個、ギアやベアリングなどの購入部品9個、そして各種ボルト、キー溝、ナット、ワッシャーなど65個で構成されています。すべての部品は、3点式制御ブラケットと1点式駆動ブラケットに取り付けられています。これらのアセンブリは、キャビティのベースエンドプレート上の正確な駆動制御位置に取り付けられます。

ポジショナーは、駆動ピンの一つを手動でクランクで操作するか、リモートサーボモーター駆動アタッチメントを使用して操作します。移動位置は、スケール、ポインターアタッチメント、またはLED表示で読み取ることができます。位置調整は0.1mm単位で制御できます。