リニアモーターとアクチュエータは、ボールねじやベルト駆動と比べてコスト競争力が高まり、高度な位置決めアプリケーションにおいて、はるかに優れた機敏性と帯域幅を提供します。新しいマイクロモーターとアクチュエータは、これまで不可能だったタスクの自動化に貢献しています。ダイレクトリニアドライブは、サーボ制御の空気圧シリンダーに取って代わることが多くなり、空気圧縮機のコスト、騒音、メンテナンスの負担から解放され、信頼性と制御性が向上しています。

半導体業界の要求に応えるべく、リニアモーターメーカーは着実に精度の向上、価格の引き下げ、多様なモーターの開発、そして自動化機器への統合の簡素化を実現してきました。最新のリニアモーターは、最大加速度20G、速度10メートル/秒を実現し、比類のない動的機敏性、メンテナンスの最小化、そして稼働率の大幅な向上を実現します。半導体業界特有の用途を超えて、幅広いアプリケーションにおいて高度な性能を提供しています。

ボールねじの 10 倍の速度と動作寿命を備えたリニア ダイレクト ドライブ テクノロジーは、生産性を向上させる自動化の唯一のソリューションとなることがよくあります。

ダイナミックな優位性

従来の位置決め機構の動的性能は、リードスクリュー、ギアトレイン、ベルトドライブ、フレキシブルカップリングによって制限され、ヒステリシス、バックラッシュ、摩耗が生じます。同様に、空気圧アクチュエータは、ピストンの質量、ピストンとシリンダー間の摩擦、そして空気の圧縮性といった問題を抱えており、サーボ制御の複雑さを招きます。リニアモーターとアクチュエータは、従来のポジショナーの質量と慣性を排除し、これらの根本的な制約から解放されることで、比類のない動剛性を実現します。

直接駆動力生成により、リニアモーターとアクチュエータは、他の位置決め機構では実現できない閉ループ帯域幅を実現できます。モーターとアクチュエータは、最新のコントローラを最大限に活用できます。これらのコントローラは、高ループゲイン動作向けに調整されており、広帯域制御、高速セトリング、過渡外乱からの迅速な回復を実現します。

リニアモーターとアクチュエータは、静摩擦領域で動作するミリメートル単位の移動に優れています。質量が小さく静摩擦が最小限に抑えられているため、移動開始に必要な駆動力が最小限に抑えられ、停止時のオーバーシュート防止という制御システムのタスクが簡素化されます。これらの特性により、ダイレクトドライブモーターとアクチュエータは、例えば顕微鏡のスライドをスキャンし、わずかミリメートル間隔で離れた標本のXY座標位置を計測することが可能になります。

高速反復動作を必要とするアプリケーションでは、リニアアクチュエータの高い帯域幅を活用することで、ボールねじやベルト駆動のスループットを2倍に高めることができます。ロール状の材料（紙、プラスチック、さらにはおむつなど）を所定の長さに切断する機械は、材料の流れを止めることなく動作することでスループットを最大化します。このような機械では、オンザフライ切断を行うために、切断刃を材料の流れに合わせて加速し、材料と同じ速度で切断位置まで移動させ、切断を開始します。切断後、刃は開始位置に戻り、次の往復切断サイクルを待ちます。

リニアモーターの種類

リニアモーターには、フラットベッド型、Uチャンネル型、チューブラー型の3つの基本的な構成があります。それぞれのモーターには固有の利点と限界があります。

フラットベッドモータは、無制限の移動量と最大の駆動力を提供する一方で、負荷支持部とモータの永久磁石トラックとの間に、大きな磁気吸引力（望ましくない）を及ぼします。この吸引力に耐えられるよう、ベアリングは追加の負荷を支える必要があります。

Uチャンネルモーターは鉄心レス構造のため慣性が低く、機敏性を最大限に高めます。しかし、負荷を支える磁気コイルはUチャンネルフレームの奥深くまで入り込んでいるため、放熱性が制限されます。

チューブラー型リニアモーターは、堅牢で熱効率が高く、設置が最も簡単です。ボールねじや空気圧式ポジショナーの代替として使用できます。チューブラー型モーターの永久磁石はステンレス鋼製のチューブ（スラストロッド）に収められており、両端で支持されています。追加のスラストロッド支持がない場合、負荷の移動距離はスラストロッドの直径に応じて2～3メートルに制限されます。

3種類のモーターの中で、チューブラーモーターは主流の産業用途に最も適しています。チューブラーリニアモーターは、根本的なエンジニアリング革新により、大きなメリットを得ています。Copley Controlsのリニアモーターは、従来の外付けリニアエンコーダを内蔵ホールセンサーに置き換えます。特許取得済みの磁気回路により、ホール効果センサーの分解能と再現性がほぼ10倍向上します。

リニアエンコーダのコストはリニアモーター本体とほぼ同程度になる場合があり、これを廃止することで大幅なコスト削減が実現します。また、扱いにくいエンコーダを支えたり調整したりする必要がないため、オートメーションシステムへのリニアモーターの統合も容易になります。その他の利点としては、堅牢性、信頼性、そしてエンコーダ特有の保護された環境を必要としないことなどが挙げられます。

チューブラーリニアモーターは、強力で汎用性の高いダイレクトドライブリニアアクチュエーターへと変換できます。アクチュエーター構成では、フォーサーは固定（機械フレームにボルト固定）され、負荷位置決め用のスラストロッドはフォーサー内に搭載された低摩擦・無潤滑のベアリング上を移動します。リニアアクチュエーターは、ボールねじやベルト駆動よりも優れた性能を発揮するだけでなく、プログラム可能なサーボ空気圧式位置決めシステムよりも高性能な代替手段となります。

チューブラーリニアモーターは、1本の推力ロッドで2つの独立したフォーサーを動作させることで、生産性を2倍にするアプリケーションに最適です。各フォーサーはそれぞれ独自のサーボドライブを備え、完全に独立して移動できます。例えば、一方のフォーサーで荷物を積み込み、もう一方のフォーサーで荷物を降ろすことができます。この技術により、高速で移動するコンベアから一度に2つのアイテムを持ち上げ、2つ目のコンベアに正確に配置することで、スループットを2倍にすることができます。

同様に、1本の推力ロッドに複数のフォーサーを接続すれば、駆動力を2倍、3倍、さらには4倍に増強できます。フォーサーは1つのコントローラで操作できます。

リニアモーターの荷重支持機構は、長寿命のシングルレールベアリング上で動作します。一方、ボールねじの回転-直線変換機構には、追加の摩耗源が伴い、性能を低下させ、寿命を縮めます。

リニアアクチュエータのスラストロッドは、フォーサーに搭載された長寿命・無潤滑のベアリング上で摺動します。このシンプルな構造により、アクチュエータは1,000万回の動作サイクルを実現しています。アクチュエータのベアリングは自動調心構造のため、取り付けが容易です。アクチュエータの駆動力はスラストロッドに直接伝達されるため、加速性と応答性が向上します。

外付けエンコーダをフォーサーに内蔵されたソリッドステートセンサーに置き換えることで、ダイレクトドライブモーターとアクチュエータは非常にシンプルな2部品構成のデバイスになります。フォーサーとスラストロッドはどちらも本質的に非常に堅牢な部品であるため、モーターとアクチュエータは国際規格IP67の洗浄保護等級に適合しています。

研削ギアや回転するリードスクリューがないため、リニアモーターとアクチュエーターは低騒音動作という要件をますます重要視しています。OSHAは、職場の騒音に関する規制をますます厳格化している欧州の産業規格に追随しています。静かな動作は、研究室や病院の環境ではすでに非常に重要ですが、OSHAの規制が他の生産環境にも適用されるにつれて、この問題はますます深刻化するでしょう。