コンポーネントの選択と機械の設計は、システムの精度と再現性に影響します。

この質問に答える前に、線形システムの精度と再現性を定義しましょう。

【正確さ】

直線運動における精度は、一般的に位置決め精度と移動精度の2つのカテゴリーに分けられます。位置決め精度は、システムの目標位置と実際に到達した位置の差を表します。移動精度は、移動中に発生する誤差を表します。つまり、システムは直線的に移動するのか、それとも移動中に上下左右に移動するのかを表します。

精度は、「真の」あるいは許容値、あるいは基準値に対する相対的な値として与えられます。位置決め精度の場合、基準値は目標位置です。移動精度の場合、基準値は垂直方向（移動の平坦度）と水平方向（移動の真直度）の両方向における定義された運動面です。精度は、どちらの方向から接近した場合でも、目標位置にどれだけ近づくかに関係することに注意してください。

【再現性】

再現性は、システムが複数回の試行において、どれだけ正確に同じ位置に戻るかを定義します。再現性は、単方向（同じ方向から位置へ近づく場合に仕様が有効）または双方向（どちらの方向からでも位置へ近づく場合に仕様が有効）のいずれかで指定できます。

質問：「新しい直線運動システムを設計しています。高精度と再現性のどちらを重視して設計すべきでしょうか？それとも両方でしょうか？」

リニアシステムは、ベースまたは取付構造、リニアガイド（1つまたは複数）、駆動機構、モーターという4つの基本コンポーネントで構成されており、それぞれがシステムの精度や再現性に何らかの役割を果たします。カップリング、コネクタ、取付プレート、センサー、フィードバック装置などの二次コンポーネントもシステムの性能に影響を与えます。さらに、温度変動や機械の振動など、容易に制御できない要因も、システムの精度と再現性の仕様に影響を与えます。

位置決め精度を最大限に高めるには、通常、駆動機構に重点を置く必要があります。ボールねじは、リード誤差、つまり公差等級によって規定される高い位置決め精度を実現する上で、一般的に最適な選択肢とされています。しかし、ナットにプリロードをかけたリードスクリューや高精度ラック＆ピニオンシステムも、高い位置決め精度を実現できます。システムのたわみや振動は位置決め精度を低下させる可能性があるため、高い位置決め精度が求められるシステムでは、取り付け構造、リニアガイド、そしてコンポーネント間の接続部の剛性も重要です。

一方、システムの移動精度は、取り付け構造とリニアガイドシステムにほぼ完全に依存します。ほとんどの循環式リニアガイドは精度クラスで指定されており、これは移動中の高さ、平行度、および真直度の最大偏差を定義します。しかし、リニアガイドの「精度」は、取り付け面の精度に左右されるため、取り付け構造は重要な要素となります。「精密」な精度のリニアガイドを未加工のベースやアルミニウム押し出し材に取り付けると、ガイドの移動精度性能が損なわれます。

リニアシステムの再現性は、主に駆動機構、つまりネジのリード精度、ベルトの歯ピッチ偏差と最大伸長、あるいはラック＆ピニオンシステムにおけるバックラッシュによって決まります。再現性を向上させる最善の方法は、駆動機構の遊び、つまりクリアランスをなくすことです。ボールネジは、バックラッシュを排除するためにプリロードが設定されていることが多く、多くのリードネジ設計ではバックラッシュゼロを実現しています。ラック＆ピニオンシステムでは、ギアラックとピニオン歯の間にバックラッシュが本質的に存在しますが、デュアルピニオンとスプリットピニオンの設計では、このバックラッシュを排除できます。

システムが大きな温度変動を経験すると、熱の影響による部品の膨張・収縮によってシステムの再現性が低下する可能性があります。位置決め精度や移動精度とは異なり、システムの再現性はフィードバック制御によって改善することはできません。リニアシステムの再現性を向上させる唯一の方法は、より高い再現性を持つ駆動装置を使用することです。

設計者やエンジニアが精度と再現性のどちらを重視すべきかは、アプリケーションの種類によって異なります。ピックアンドプレースやアセンブリなどの位置決めアプリケーションでは、位置精度と再現性が最も重要な要素となることがよくあります。しかし、ディスペンシング、カッティング、溶接など、移動中のプロセスの均一性と精度が重要となるアプリケーションでは、移動精度を最優先に検討する必要があります。