高効率、高精度、高剛性。

2点間の最短経路は直線です。しかし、直線運動システムを設計する場合は、A点とB点の間の構造支持、ガイド、駆動装置、シール、潤滑、および付属品を考慮する必要があります。

標準部品を使ってシステムをゼロから設計・構築するにせよ、自分向けに設計されたシステムを購入するにせよ、最初から適切な選択をすることで、長期的にシステムを円滑に運用できるはずです。

サポートとガイダンス

直線型システムを構築するということは、文字通り基礎から、つまり構造支持システムから始めることを意味します。支持システムの主要構成要素は、通常、アルミニウム押出材です。

高精度な位置決めが求められる用途では、ベース押出材の取付面とリニアガイドの取付面を機械加工することができます。一方、それほど高い精度を必要としない搬送用途では、荷重がかかった際の曲げに強く、押出成形時の歪みを防ぐようにベースを最適化してください。

頑丈なベースがあれば、システムは端部の支持部だけで支えられます。軽量の押出成形品の場合は、長手方向に沿って断続的な支持部が必要になる場合があります。

ガイドはベースに取り付けられ、動作を容易にする。主な種類としては、ボールガイド、ホイールガイド、スライドガイドまたはプリズムガイドなどがある。

ボールガイドは最も重い荷重を支え、最も高い剛性を備えています。シングルレールまたはデュアルレール構成で、摩擦が少なくスムーズに動作します。欠点は、コストが高いことと、発生する騒音が大きいことです。

ホイールガイドは、低摩擦かつ高剛性で最大10m/秒の速度で動作します。ただし、衝撃荷重によって損傷する可能性があります。

スライドガイドでは、プリズム状のポリマー製ブッシングがプロファイル表面上を摺動します。ポリマー素材により、ブッシングは静かに動作し、高い衝撃荷重にも耐えることができます。汚れ、砂利、埃、油、化学薬品などで汚染された環境にも耐えられますが、ボールガイドやホイールガイドに比べて動作速度は遅く、負荷も軽くなります。これは、ブッシングが耐えられる圧力と速度の積であるPV値によって示されます。

原動力

駆動装置は、キャリッジを所望の位置に移動させる。最も一般的な駆動技術は、ボールねじ駆動、リードスクリュー駆動、およびベルト駆動である。

ボールねじ駆動では、ボールベアリングがねじ付きシャフト（ボールねじ）の溝に沿って移動し、ボールナットを通して循環します。ベアリングが荷重を分担するため、ボールねじ駆動は比較的高い推力容量を備えています。

その結果得られるのは、期待位置と実際位置の最大誤差として定義される絶対精度であり、最小0.005mmまで抑えられます。研磨済みで予圧されたボールねじを備えたシステムは、最も高精度です。

これらのシステムは最大40kNの推力容量と高い剛性を備えています。臨界速度は、ねじの根元径、支持されていない長さ、および端部支持構成によって決まります。斬新なねじ支持機構により、ねじ駆動ユニットは最大12mまで移動でき、3,000rpmの入力速度に対応できます。ボールねじ駆動は90%の機械効率を実現するため、コストは高くなりますが、必要な電力が少ないことで相殺されることがよくあります。

ベルト駆動方式は、最大速度10m/秒、最大加速度40m/秒²の高スループット搬送用途で機能します。

リニアデバイス用潤滑剤およびシール

ほとんどのガイドシステムと駆動システムには潤滑が必要です。潤滑継手に容易にアクセスできるようにすることで、今後の予防保全を簡素化できます。例えば、キャリッジに取り付けられたグリスニップルは、設置時および定期メンテナンス時に、ボールねじとリニアベアリングシステムの両方に潤滑油を供給するネットワークを構築できます。

プリズムガイドはメンテナンスフリーです。スライドのポリマー素材自体が潤滑性を備えており、潤滑されたフェルトワイパーがストロークごとに潤滑剤を補充します。

シールは潤滑油を内部に保持し、異物の侵入を防ぎます。その一つが磁気ストリップシールです。これは、チャンネルの一端からもう一端まで伸びるステンレス鋼製の磁気バンドです。バンドはエンドキャップに固定され、バネで張力が維持されます。バンドはキャリッジ内の空洞を通っており、キャリッジがシステム内を移動する際に、キャリッジのすぐ前と後ろで磁石から持ち上げられるようになっています。

代替の密封技術として、プラスチック製のカバーバンドを使用する方法があります。これは、ジッパー付き冷凍保存袋のように、ベース押出成形品と噛み合う柔軟なゴムストリップを使用します。舌と溝の形状が互いに嵌合することで、微粒子の侵入を防ぐ迷路状のシールが形成されます。

もう一つ考慮すべき点は、モーターの取り付け方法です。モーターハウジングとカップリングは、モーターフランジのボルトサイズとボルトサークル径、モーターパイロット径、モーターシャフト径と長さに適合する必要があります。

多くのモーターはNEMA規格に適合する寸法を備えていますが、メーカーや機種によって寸法が異なるものもあります。いずれの場合も、一般的な素材から削り出されたフレキシブルモーターマウントを使用すれば、ほぼすべてのモーターに簡単に、かつ確実に位置合わせされた状態で取り付けることができます。

組み合わせる

駆動装置とガイド装置の組み合わせがすべて適切とは限りません。実際の用途では、リードスクリューがボールガイドやスライドガイドを駆動する構成、ボールスクリューがボールガイドやスライドガイドと組み合わされる構成、そしてベルトがボールガイド、スライドガイド、またはホイールガイドを駆動する構成が最もよく見られます。

ボールねじ駆動機構は、ボールガイドと組み合わせることで、再現性の高い動作と、大きな力やモーメントにも耐えうる剛性の高いシステムを実現します。このようなシステムは、工作機械における歯車ブランクの積み下ろしなど、高負荷かつ高頻度な動作を伴う精密位置決め用途に最適です。

ベルト駆動式ボールガイドユニットは、高速・高加速度で、重いペイロードと大きなモーメント荷重がかかる用途向けです。これらのユニットは、隙間をまたぐベース上で動作し、両端または断続的に支持されます。缶のパレット積みはその一例です。

ベルト駆動式スライドガイド型リニアシステムは、低コストで静音性に優れ、メンテナンスもほとんど不要です。中程度の速度と加速度で動作しますが、衝撃荷重の処理に優れています。磁気カバーバンドを追加することで、このタイプのシステムは、金属板のスプレー塗装など、微粒子が多く洗浄が必要な環境にも適しています。

ホイールガイドはボールガイドよりもメンテナンスの手間が少ないものの、スライド式よりはメンテナンスの手間がかかるため、ベルト駆動のホイールは、コスト、騒音、メンテナンスの面で優れた選択肢となります。これらのシステムは高い線速度と加速度を実現し、包装機や充填機によく用いられています。