成功するリニアモーションシステムの構築は、適切なアクチュエータの選択から始まります。サイズ、テクノロジー、品質など、数百もの選択肢があります。重要なのは、最良の結果をもたらすアクチュエータを絞り込むことです。幸いなことに、これは思ったほど難しくありません。アプリケーションの要件によってアクチュエータの選択肢は絞り込まれ、プロジェクトの制約によって最適なソリューションが決まります。

このプロセスは、ここにリストされている一連の重要な要素を考慮することから始まります。

スピード

アクチュエータを選定する際には、速度が重要な要素となります。スクリュー型アクチュエータは効率的で経済的な部品ですが、非常に高速になると、スクリューが回転時に外側に曲がる「スクリューウィップ」と呼ばれる現象が発生します。スクリューウィップは振動や早期摩耗の原因となります。

スクリューホイップの閾値は臨界速度と呼ばれ、スクリューの寸法と材質によって異なります。臨界速度は、よく知られた式を用いて解析的に計算できます。速度が高すぎてスクリュー型アクチュエータを使用できない場合は、リニアモーターまたはベルト駆動式アクチュエータの使用をご検討ください。

負荷

アクチュエータは負荷に対して適切なサイズに設計することが重要です。負荷容量の選定にあたっては、ガイドベアリングのラジアル荷重容量、支持キャリッジのモーメント容量、支持ベアリングとボールねじのアキシャル荷重容量など、考慮すべき要素がいくつかあります。アプリケーションによって発生する負荷に対応できるよう設計されたアクチュエータを選択することが重要です。

よくある誤解として、荷重容量だけが重要だというものがあります。確かに、荷重容量があれば、特定の荷重下におけるアクチュエータの耐用年数を計算できます。しかし、様々な荷重方向におけるアクチュエータの剛性など、他の要因も考慮する必要があります。設計チームは、アクチュエータがアプリケーションで正常に動作するかどうかを判断するために、荷重-たわみ計算を実行する場合があります。

考慮すべきもう一つの要素は、負荷の配置です。アクチュエータの軸に沿って移動するキャリッジ上に載置された質量は、オーバーハングした負荷が転倒モーメントを与える場合とは全く異なる力を発生させます。アクチュエータが適切なサイズで適切に支持されていることを確認してください。

垂直方向のアプリケーションでは、負荷の位置を維持するために特別な注意が必要です。特定の設計パラメータにおいて、リードスクリューはセルフロック機構を備えています。つまり、モーターが故障した場合でも、ねじが逆回転することはありません。スクリューのセルフロックを確実にするためには、ねじの効率が50%未満である必要があります。効率は、リード角とナットとスクリュー間の摩擦係数の関数です。ラック＆ピニオンアクチュエータも使用できます。

近年、ベルトは著しく進化しました。堅牢で高度な設計により、かつてのように定期的な張力調整は不要になりました。速度とストロークの要件がボールねじやリードスクリューの能力を超える場合、ベルト駆動は良い選択肢です。ベルト駆動を垂直方向の用途で使用する場合は、特別な注意が必要です。安全のため、負荷の減速、停止、支持のために、カウンターウェイトまたはブレーキを適切に使用することをお勧めします。

ストロークの長さ

次に考慮すべき要素はストローク長です。スクリュー式アクチュエータは効果的で、場合によっては最大5フィート（約1.5メートル）以上のストロークにも使用できます。ストローク長が非常に長いスクリュー駆動式アクチュエータを使用する場合は、危険速度を超えないよう注意が必要です。ストローク長が長い場合は、ベルト駆動の方が適しています。今日のベルトは高度に設計された素材で、メンテナンスの手間がほとんどかかりません。最大50フィート（約15メートル）の距離まで使用できます。

長いストロークを実現するもう一つの選択肢は、リニアモーターです。基本的にはロールなしのサーボモーターであるリニアモーターは、固定された磁気トラックに沿って移動する力によって構成されます。理論上、トラックの長さは必要なだけ長くすることができます。しかし、実用面では、リニアモーターは、水平かつ慎重に調整された磁気トラックを提供する必要性と、磁石のコストという2つの制約があります。また、非常に長いストロークにわたるモーターケーブルの取り回しも困難です。

再現性

あらゆるアプリケーションには再現性の要件があります。適切なアクチュエータを選択することで、これらの要件を満たすだけでなく、プロジェクトの予算と組立時間の目標達成にも貢献するシステムを実現できます。ネジ式アクチュエータは±0.0001～±0.003インチの再現性を実現します。これは、ベルト駆動の場合の±0.002～±0.010インチに相当します。

最適な選択はアプリケーションのニーズによって異なります。ベルト駆動はスクリュー式アクチュエータほどの性能は得られませんが、許容誤差が比較的小さいアプリケーションでは、ベルト駆動は大幅なコスト削減につながります。より要求の厳しいアプリケーションでは、リニアモーターアクチュエータがサブミクロン単位の再現性を実現します。

デューティサイクル

デューティサイクルは機器の寿命に大きな影響を与えます。アプリケーションの要件を満たすリニアアクチュエータを選択することが重要です。例えば、リードスクリューは摺動接触をベースとしており、通常はステンレス鋼とプラスチックが用いられます（アプリケーションに応じて様々な選択肢があります）。このため、デバイスの寿命を通じて大きな摩耗が発生します。そのため、高負荷と高デューティサイクルが組み合わさったアプリケーションでは、リードスクリューの使用は避けるべきです。

代わりに、循環式ボールねじアクチュエータを選択してください。これらのデバイスは滑り摩擦ではなく転がり摩擦であるため、寿命が長く、寿命がより予測しやすくなります。ただし、ボールは損傷を受ける可能性があり、特に高負荷がかかると損傷が大きくなります。故障を許容できない用途には、遊星ローラースクリューをお試しください。これらの装置は重量を分散させることで摩耗を最小限に抑えるため、軍事・航空宇宙用途などに適しています。予算が限られた用途であれば、ベルト駆動も適しているかもしれません。

環境

アプリケーションの動作環境もアクチュエータの選択に影響します。クリーンルーム環境では、リードスクリュー式アクチュエータの使用は避けてください。金属とプラスチックの接触により微粒子が発生し、クリーンルーム定格が損なわれる可能性があります。

逆に、極度に汚れた環境ではアクチュエータが損傷する可能性があります。ロッド型アクチュエータでは、ネジがハウジング内に密閉されているため、汚染物質や液体が存在する環境でも比較的安全です。ロッドレスアクチュエータでは、負荷はネジに接続するキャリッジ上に載るため、アクチュエータが汚染物質にさらされる可能性があります。.

そのため、ロッドレスアクチュエータには、ベース技術がネジ式アクチュエータであろうとリニアモーターであろうと、特別な対策が必要です。IP保護等級の部品をお探しください。また、スリットを下向きに設置して、異物の侵入を防ぐことも検討してください。潤滑油は粒子を捕捉・保持し、時間の経過とともに表面を損傷する可能性があることに注意してください。

環境に関して考慮すべきもう一つの要素は、利用可能なスペースの量です。どんなに優れたアクチュエータでも、手元の筐体に収まらなければ役に立ちません。十分なスペースを確保するために、設計段階の早い段階でアクチュエータを指定してください。ベンダーと緊密に連携し、コンパクトなフォームファクタで必要な特性を実現できる要素を最大限に活用しましょう。

予算

常に価格目標を念頭に置くことが重要です。リニアモーターは最も高価で、次いでねじ式アクチュエータ（遊星ねじ、ボールねじ、リードねじ）が続きます。ベルト駆動は最も経済的です。

エンジニアリングには常にトレードオフが伴います。上記のリストはアクチュエータ選定の第一段階です。特定のアプリケーションでは、特別な制約により、例えば予算が性能よりも優先されたり、デューティサイクルが速度よりも重要になったりする場合があります。アクチュエータの選定プロセスは、設計段階のできるだけ早い段階で開始してください。標準部品を使用するようにしてください。それでもニーズを満たさない場合は、ベンダーにご相談ください。カスタム製品の開発でニーズを満たすことができるかどうかご検討ください。