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装置と同等のコスト競争力を持ち、高度な位置決め用途において、はるかに優れた俊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作業の自動化に貢献しています。ダイレクトリニア駆動装置は、サーボ制御式空気圧シリンダに取って代わりつつあり、空気圧縮機のコスト、騒音、メンテナンスといった問題から解放され、信頼性と制御性を向上させています。

半導体業界のニーズに後押しされ、リニアモーターメーカーは精度向上、価格引き下げ、多様なモータータイプの開発、自動化機器への統合簡素化を着実に進めてきました。最新のリニアモーターは、最大加速度20g、速度10m/秒を実現し、比類のない動的な俊敏性、メンテナンスの最小化、稼働時間の最大化を提供します。半導体業界特有の用途にとどまらず、幅広いアプリケーションで高度な性能を発揮します。

ボールねじの10倍の速度と動作寿命を持つリニアダイレクトドライブ技術は、生産性向上を実現する自動化において、しばしば唯一の解決策となる。

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、ベルト駆動、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、摩耗が発生します。同様に、空気圧アクチュエータは、ピストンの質量とピストン・シリンダ間の摩擦、および空気の圧縮性によってサーボ制御が複雑化します。リニアモータとアクチュエータは、従来の位置決め装置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ため、比類のない動的剛性を実現します。

直接駆動による力発生により、リニアモータとアクチュエータは、従来の位置決め機構では実現できない閉ループ帯域幅を達成できます。モータ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に調整されており、広帯域幅制御、高速な整定、および過渡的な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、静止摩擦領域で動作するミリメートル単位の移動において優れた性能を発揮します。質量が小さく静止摩擦が最小限であるため、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を防ぐ制御システムの負担も軽減されます。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、例えば顕微鏡スライドをスキャンし、わずか数ミリメートルしか離れていない物体のXY座標を正確に記録することが可能になります。

高速かつ反復的な動作を必要とする用途では、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倍増させることができます。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、材料の流れを止めずに動作することでスループットを最大化します。このような機械は、材料の流れに合わせて切断刃を加速させ、材料の速度で切断位置まで移動し、切断を開始します。切断後、刃は元の位置に戻り、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字型、チューブ型という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、固有の利点と欠点があります。

フラットベッドモーターは、無制限の移動距離と最高の駆動力を提供する一方で、負荷を支える駆動装置とモーターの永久磁石トラックとの間に、相当な、そして望ましくない磁気引力を生じさせます。この引力を支えるためには、余分な負荷を支えるベアリングが必要となります。

鉄心のないU字型モーターは慣性が低く、そのため最大限の機敏性を発揮します。しかし、駆動装置の負荷を支える磁気コイルがU字型フレームの奥深くまで移動するため、放熱が制限されます。

管状リニアモーターは、堅牢で熱効率が高く、設置も非常に簡単です。ボールねじ式および空気圧式ポジショナーの代替品としてそのまま使用できます。管状モーターの永久磁石は、両端が支持されたステンレス鋼製のチューブ（スラストロッド）に収められています。スラストロッドに追加の支持がない場合、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って大きなメリットを得ています。コプリーコントロールズのリニアモーターは、従来の外部リニアエンコーダーを内蔵ホールセンサーに置き換えています。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約10倍向上しています。

リニアエンコーダはリニアモーター本体とほぼ同等の価格になる場合があるため、エンコーダをなくすことで大幅なコスト削減につながります。また、調整やサポートが必要なエンコーダがなくなるため、リニアモーターの自動化システムへの統合も容易になります。さらに、堅牢性、信頼性の向上、保護された環境を必要としないといった利点もあります。

管状リニアモーターは、強力で汎用性の高いダイレクトドライブ式リニアアクチュエータに変換できます。アクチュエータとして構成した場合、フォース部は固定されたまま（機械フレームにボルトで固定）、負荷位置決め用のスラストロッドは、フォース部内部に取り付けられた低摩擦で潤滑不要のベアリング上を移動します。リニアアクチュエータは、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、プログラマブルサーボ空圧位置決めシステムよりも高性能な代替手段となります。

管状リニアモーターは、1本の推力ロッド上で動作する2つの独立したフォーサーを備えた、生産性倍増用途に適しています。各フォーサーは独自のサーボドライブを備えており、互いに完全に独立して動作できます。例えば、一方のフォーサーが積載作業を行っている間に、もう一方が荷降ろし作業を行うことができます。この技術により、高速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、スループットを倍増させることが可能です。

同様に、1本の推力ロッドに複数のフォース装置を作用させることで、駆動力を2倍、3倍、あるいは4倍に増幅できる。これらのフォース装置は1つのコントローラーで操作可能である。

リニアモーターの負荷伝達機構は、長寿命のシングルレールベアリング上を移動する。一方、ボールねじ式の回転-直線変換機構は、摩耗の原因となる箇所が増え、性能低下や寿命短縮につながる。

リニアアクチュエータのスラストロッドは、アクチュエータ内部に搭載された長寿命で潤滑不要のベアリング上を滑動します。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ます。アクチュエータベアリングは自動調心式のため、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、加速性能と応答性が向上します。

外部エンコーダをフォース部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。フォース部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的なIP67防水規格に適合します。

ギアの研削音やリードスクリューの回転音がないため、リニアモーターやアクチュエーターは、ますます重要になっている低騒音動作という特長を備えています。OSHA（米国労働安全衛生局）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基準に追随しています。静かな動作は、すでに研究室や病院環境では不可欠ですが、OSHAが規制を他の生産環境にも拡大するにつれて、この懸念はますます広がるでしょう。