ライフサイエンス、医療、バイオメディカル機器メーカーは、競争圧力と市場成長を追求するために、先進技術、ワークフロー、そしてプロセスの改善を絶えず追求しなければなりません。しかし、進歩は成功の拡大だけに焦点を当てるのではなく、運用中の精度、信頼性、機能性、つまり使用中の故障の防止も確保しなければなりません。

工程内直線運動システムにおける一見些細な部品の一つの改善や安全対策を怠ると、不都合な事態から壊滅的な事態に至るまで、様々な結果を招く可能性があります。製造業者だけでなく、ユーザーも常に注意を怠ってはなりません。

適切な焦点を当てることで、次世代のリニアモーションシステムを指定、設計、設置、保守し、生命科学、医療、生物医学機器の重要な用途や人命救助用途における利点を向上させ、確実にすることができます。

結果

信頼性の高い直線運動は運用上不可欠であるため、装置メーカーと装置は、直線運動部品またはシステムにおける比較的稀な故障リスクであっても、プロセス全体にわたって監視する必要があります。この懸念事項には、DNAシーケンシングからバイオプリンティング、原子間力顕微鏡（AFM）に至るまで、幅広い装置が含まれます。

賭け金は莫大だ。

単一の部品またはシステムの故障は、たとえ比較的短時間のダウンタイムであっても、機器ユーザーに数十万ドルの損害をもたらす可能性があります。場所、深刻度、修理または交換の対応時間によっては、コストははるかに高額になる可能性があります。

人員の安全リスクもまた、極めて重要な懸念事項です。稀ではありますが、設計上の欠陥や運用上の安全対策の不遵守は、挟み込みから暴走まで、あらゆる事態につながり、圧挫傷から感電に至るまで、様々な損害を引き起こす可能性があります。

仕様と設計

リニアモーションの製造施設は、すべての主要プロセスにおける一貫性を確保するために、ISO認証を取得する必要があります。さらに、綿密なプロトタイプ製作は、完成したモーションコンポーネントまたはシステムの性能と信頼性を維持するために重要なステップを明らかにするのに役立ちます。組み立てやテストにおける多くの小さな重要なステップのいずれかが欠落したり、正しく実行されなかったりすると、最終的に現場でシステムが故障する可能性があります。

多くのメーカーは、機器のアップグレード前に、長年にわたる信頼性の高いサービスを保証する目標を設定しています。そのため、部品の耐用年数を適切に計算することが重要です。デューティサイクルはアプリケーションによって異なるため、多くのリニアモーションコンポーネントの耐用年数は走行距離で表されます。リニアモーションメーカーは、この計算結果を製品に関する様々な決定に反映させる必要があります。

例えば、広く使用されているあるケーブルは、50mm以上の曲げ半径を維持すれば1,000万回以上の屈曲サイクルに耐えられると規定されています。しかし、曲げ半径が適切に設定されていない場合、ケーブルから粒子が落下したり、ケーブルトラックやコネクタにストレスがかかったりすることで、プロセスの初期段階で故障が発生する可能性があります（特にメンテナンススケジュールが厳密に遵守されていない場合）。

カスタマイズを検討する

既製部品は多くの装置の組み立てにおいて重要な役割を果たします。例えば、既製の直線運動ステージ部品は、サプライヤーが組み立てる他の部品や構造物と正確に組み合わせて動作するように設計・製造されていない可能性があります。予期せぬ非互換性が生じる可能性があります。

問題は、メーカーが日常の設計、品質管理、検査手順の中で問題を発見できるかどうかだ。おそらく発見できるだろう。しかし、確実ではない。

多くの場合、特定の性能および設計要件を満たすには、カスタマイズされた製品のみが不可欠です。これにより、メーカーはアプリケーションに必要なステージの設計面、特に速度、加速、安定性といった要素の調整に集中できます。既製ステージに標準装備されている不要な機能を排除することで、コスト削減も実現できます。さらに、隠れた非互換性のない統合ソリューションを実現します。

サプライヤーは、リニアモーションメーカーに対し、真の「仕様書から試作、製造まで」の一貫した管理体制を求めるべきです。このようなインテリジェントなカスタマイズは、製品の欠陥を予測・排除し、統合における障害を回避し、製品全体の不具合を防止するために不可欠です。

作業に必要な正確なサイズ、形状、コーティング、または材質の製品を指定してください。また、精度、速度、平坦度、プリロード（内部クリアランスをなくすことで剛性を高める）、耐用年数、メンテナンスレベル、価格といった独自の目標を満たすソリューションを要求してください。

場合によっては、より革新的な素材が、特定のカスタム設計におけるリスク軽減に役立つこともあります。例えば、カーボンファイバー構造は、軽量化と薄型化を実現しながらも、構造強度、剛性、安定性を最適化できます。また、セラミックベアリングは、特定の潤滑問題に対する有効なソリューションとなる可能性があります。

取り扱いにはご注意ください

特定の用途向けの直線運動部品が装置メーカーの工場に到着すると、他のリスクが発生する可能性があります。

リニアモーションメーカーは、この中間段階で生じるさまざまな問題を解決するために呼び出されることがあります。たとえば、リニアモーターでは、モータートラック内を移動するコイルが移動中にトラックに擦れるという拘束問題が発生することがあります。これは、コイルまたはトラックがわずかにずれる衝撃による取り扱い上の問題が原因である可能性があります。サドル（可動ステージセグメント）がぶつかって変形する可能性もあります。大型ツールを組み立てる際に、長すぎるネジが追加され、リニアモーションプレートが別のプレートに押し込まれて傷が生じ、動作中に予期しない力が発生するリスクがあります。また、追加ケーブルを配線できるようにするためにコイルがマウントから外され、その後誤ってネジ止めされる可能性もあります。

このような事故は、工程中の性能のわずかな低下から、モーターの焼損、さらには大規模なダウンタイムに至るまで、さまざまなリスクを伴います。表面処理にも細心の注意を払う必要があります。あらゆる点で公差が一致していなければなりません。

場合によっては、これらのプロセス用のツールを製造するメーカーが、例えば0.0005インチの移動平面度で設計された直線運動部品を調達することがあります。しかし、ツールメーカーはその後、その部品をわずか0.005インチの平面度を持つより大きなアセンブリにボルトで固定します。その結果生じるステージのねじれは、ほとんど感知できないほどです。例えば、ベアリングが固着してベアリングの早期摩耗を引き起こしたり、ボールねじに余分な力がかかったり、リニアモーターの電力要件が過剰になって過熱や故障につながる可能性があります。

地に足をつけよう

リニアモーションシステムのすべてのコンポーネントが適切に電気的に接地されていることを確認することは、将来の問題を防ぐためにメーカーが実施できるもう一つの予防策です。このような見落としは、作業者に感電の危険をもたらす可能性があります。また、システムのパフォーマンスにも影響を与える可能性があります。

システム内のグラウンドループがグラウンドパスを介してフィードバックすると、エンコーダの読み取りに誤りが生じる可能性があります。その結果、部品の移動距離が1mmであるにもかかわらず、コントローラは100mmの移動量として記録することがあります。例えば、この見落としがあると、位置精度の誤差によって計測器の読み取り値に誤差が生じ、分析結果が不正確になる可能性があります。

輸送と設置

直線運動システムの衝撃荷重に対する耐性が比較的低いことは既に述べました。最も重大なリスクが発生するのは、当然ながら以下の3つの期間です。

• リニアモーションサプライヤーから装置ツールメーカーへの輸送中。
• システムが到着し、機器ツールに組み込まれている間;
• 完成した装置アセンブリをプロセスフロアに輸送し、設置する間。

信頼性が高く経験豊富なリニアモーションサプライヤーは、初期段階における衝撃による損傷の可能性を大幅に低減できます。サプライヤーの専門家は製造スペースの制約を早期に把握できるため、クリーンルームや製造現場で容易に組み立てられないほど大きすぎたり重すぎたりするステージを設計することはありません。また、ステージを木箱からツールに安全に搬送できるよう、輸送機器（クレーン、台車など）の使用を計画することで、現場作業員の負傷リスクや損傷を引き起こす衝撃の可能性を最小限に抑えます。

最後に、設置時に、直線運動システムまたはツールの関連部分に必要な受動的な絶縁手段（エラストマー製の脚やパッドなど）または能動的な絶縁ダンパー（センサー調整式エアバッグシステム）を装備して、その後の操作中に過度の衝撃や振動が発生する可能性を減らすことができます。

クリーンルームで

第一段階と第二段階の両方において、リニアモーションサプライヤーは輸送用木箱と梱包システムの構築においてベストプラクティスに従う必要があります。例えば、ある大手サプライヤーは、システムを2つの梱包箱で包み、1つは窒素雰囲気下で、もう1つはクリーンルーム内で梱包して輸送しています。さらに、繊細な輸送作業のために、専用のリギングとカートも提供しています。

第三段階では、システムをツールアセンブリの上から設置する場合は、ツールメーカーのクレーンで十分です。しかし、より困難な側面からの荷重操作が必要な場合は、サプライヤーが提供する専用のチャンバークレートをツールの側面にボルトで固定し、取り付けが完了するまで固定しておくことができます。

潤滑

直線運動システムは通常、トラブルや特別なメンテナンスなしにサイクルを繰り返して動作しますが、定期的なメンテナンスは不可欠です。効果的なメンテナンスには、潤滑、潤滑、そして潤滑という3つの鍵があります。

すべてのリニアモーションシステムサプライヤーは、指定された再潤滑サービスサイクルを製品に組み込んで出荷しています。しかし、人間の性というものは、多くの問題の原因が、推奨サイクルを遵守しなかったことに起因することがあります。必要な潤滑がなければ、摩擦応力が増大し、最終的にはシャットダウンやモーターの焼損といった極めて望ましくない事態を引き起こします。

その他の潤滑の問題としては、ベアリングの早期故障が挙げられ、その結果、真直度、平面度、ピッチ、ロール、ヨーなどの性能が低下します。

各機械には適切なグリースのみを使用することが重要です。適合しないオイルやグリースを混ぜないよう、細心の注意を払ってください。例えば、機械のメンテナンス時に、サイクルごとに異なるグリースを使用することは避けてください。異なるグリースを使用すると必要な粘度が変化し、しばしば粘着性のあるセメント状の物質が蓄積されます。これは繊細な機器には避けるべきものです。また、その物質に、過度に曲げられたケーブル、ケーブルキャリア、あるいはその他の場所から発生する微粒子が含まれていると、すぐにレールの破損につながります。

パフォーマンスロードマップ

装置メーカーからの要求に応えるため、リニアモーション装置メーカーは性能の限界に挑戦し続けています。しかし、まず第一に、いかなる改良もリニアモーション装置の故障リスクを意図せず増大させないことを保証しなければなりません。

優れたリニアモーションサプライヤーは、現在の要件だけでなく、次世代の用途にも対応できる性能を備えたシステム要素を強調した「パフォーマンスロードマップ」を提供します。このコミットメントは、高度なライフサイエンス、医療、バイオメディカル技術の製造において特に重要です。

リニアモーションプロセスシステムは、最先端の技術機器において最も重要な要素ではないかもしれませんし、多くのユーザーにとって最優先事項でもありません。しかし、リニアモーションシステムの故障は、関係者全員に深刻な影響を及ぼす可能性があります。幸いなことに、設計、設置、運用、保守に適切な注意を払うことで、リニアモーションシステムは、最先端のライフサイエンス、医療、バイオメディカル機器の重要な、そして場合によっては人命を救うほどの継続的な運用において、重要な役割を果たすことができます。