部品選定と機械設計は、システムの精度と再現性に影響を与える。

この質問に答える前に、線形システムの精度と再現性について定義しておきましょう。

【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類されます。位置決め精度とは、システムの目標位置と実際に到達した位置との差を指します。移動精度とは、移動中に発生する誤差、つまりシステムが直線的に移動するのか、それとも上下左右に揺れながら移動するのかを示すものです。

精度は、「真の」値または基準値との比較によって示されます。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（移動の水平度）と水平方向（移動の直線度）の両方における定義された移動面です。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】

再現性とは、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するものです。再現性は、一方向（同じ方向から位置に到達した場合に仕様が有効）または双方向（どちらの方向から位置に到達しても仕様が有効）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。高精度を重視すべきでしょうか、それとも再現性を重視すべきでしょうか？あるいは両方でしょうか？」

リニアシステムは、ベースまたは取り付け構造、リニアガイド（または複数のガイド）、駆動機構、モーターという4つの基本構成要素から成り立っており、これらの各要素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、取り付けプレート、センサー、フィードバック装置などの二次的な構成要素も、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、システムの精度や再現性の仕様に影響を及ぼします。

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（許容等級）によって規定される高い位置決め精度を実現する最良の選択肢として一般的に認識されています。しかし、プリロードナット付きのリードねじや高精度ラックアンドピニオンシステムも、高い位置決め精度を提供できます。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、およびコンポーネント間の接続部の剛性も重要です。

対照的に、システムの移動精度は、ほぼ完全に取付構造とリニアガイドシステムに依存します。ほとんどの循環式リニアガイドは精度クラスで規定されており、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、それが取り付けられる表面の精度に左右されるため、取付構造は重要な要素となります。「高精度」リニアガイドを未加工のベースやアルミニウム押出材に取り付けると、ガイドの移動精度性能は損なわれます。

直線システムの再現性は、主に駆動機構によって決まります。つまり、ねじのリード精度、ベルトの歯ピッチ偏差と最大伸び、またはラックアンドピニオンシステムのバックラッシュなどです。再現性を向上させる最良の方法は、駆動機構の遊び、つまりクリアランスを取り除くことです。ボールねじはバックラッシュをなくすためにプリロードが設定されていることが多く、多くのリードねじ設計ではバックラッシュがゼロになっています。ラックアンドピニオンシステムは、ギアラックとピニオン歯の間に本質的にバックラッシュがありますが、デュアルピニオンやスプリットピニオン設計ではこのバックラッシュが解消されます。

システムが著しい温度変動を経験すると、熱による部品の膨張と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組立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、塗布、切断、溶接など、移動中のプロセスの均一性と精度が重要なアプリケーションでは、移動精度を最優先すべきです。