本稿では、構造支持システム、ガイド技術、駆動技術、シール、潤滑、および付属品を含む、リニアシステムの設計の基本について説明します。まず、リードスクリュー駆動、ボールスクリュー駆動、ベルト駆動、ボールガイド、スライドガイド、ホイールガイドといった様々な技術の長所と短所について解説します。次に、独自のリニアシステムを設計・構築する場合と、標準的な構成要素からシステムを構成する場合のメリットとデメリットを検討します。最後に、経済的な標準部品に基づいてリニアシステムのサイズを決定し、選定するための、ウェブベースのステップバイステップの手順を説明します。

リニアシステムの構成要素は、構造支持システム、駆動システム、ガイドシステム、シール、潤滑装置、および付属品です。構造支持システムの主要部品は、通常、最大12メートルまでの長さで入手可能な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、ベースの取り付け面を機械加工することができます。精度がそれほど高くない搬送用途向けのベース押出材は、通常、機械加工されていません。搬送用途で使用されるベースは、荷重下での曲げや押出成形時の歪みに対する耐性が最適化されており、システムを両端だけで支持することができます。

ガイドの主な種類は、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です。ボールガイドは、最大 38,000 ニュートン (N) の高ペイロードと最大 27.60 ニュートンメートル (Nm) の高モーメント荷重をサポートします。ボールガイドのその他の利点には、摩擦が少なく、剛性が高いことが挙げられます。ボールガイドは、シングルレール構成またはデュアルレール構成で使用できます。ボールガイドの弱点には、比較的コストが高く、騒音レベルが高いことが挙げられます。ホイールガイドの主な利点は、最大 10 メートル毎秒 (m/s) という非常に高速で動作できることです。ホイールガイドは、摩擦が少なく、非常に高い剛性も備えています。一方、ホイールガイドは、衝撃荷重に対する耐性が比較的低いです。スライドガイドは、プロファイル表面上を直接走行するプリズム形状のポリマーブッシュを使用して、非常に静かな動作を実現し、高い衝撃荷重に耐えます。スライドガイドの主な利点は、汚染された環境で動作できることです。スライドガイドは、ボールガイドまたはホイールガイドよりも速度と荷重容量が低くなっています。

最も一般的な駆動技術は、ボールねじ駆動、リードねじ駆動、およびベルト駆動です。ボールねじ駆動は、ボールねじとボールナット、およびボールベアリングで構成されています。研磨され、予圧されたボールねじは、非常に高い位置決め精度を提供します。ボールねじにかかる荷重は多数のボールベアリングに分散されるため、各ボールにかかる荷重は比較的低くなります。その結果、0.005 mm までの高い絶対精度、最大 40 KN の高い推力容量、および高い剛性が得られます。絶対精度は、期待される位置と実際の位置との間の最大誤差として定義されます。ボールねじ駆動は通常 90% の機械効率を提供するため、コストが高い分、必要な電力の削減によって相殺されることがよくあります。ボールねじの臨界速度は、ねじの根元直径、支持されていない長さ、およびエンドサポート構成によって決まります。ボールねじサポートにより、最大 12 メートルのストロークと 3,000 rpm の入力速度のねじ駆動ユニットを使用できます。リードねじ駆動は、ボールねじ駆動の絶対位置決め精度には及びませんが、0.005 mm の優れた繰り返し精度を提供します。再現性とは、位置決めシステムが動作中に同じ方向から同じ速度と減速率で接近したときに、元の位置に戻る能力として定義されます。リードスクリュー駆動は、低～中程度のデューティサイクルの位置決めアプリケーションで使用され、低騒音レベルで動作します。ベルト駆動は、最大速度10 m/s、最大加速度40 m/s2の高速、高スループットの搬送アプリケーションで使用されます。ガイドシステムと駆動システムの両方に、通常は潤滑が必要です。潤滑フィッティングに簡単にアクセスできると、予防保守が簡素化されます。効果的なアプローチの1つは、キャリッジにZerkフィッティングを使用することです。このフィッティングは、取り付け時と定期的なメンテナンス間隔で、ボールスクリュー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に接続されます。プリズムガイドシステムはメンテナンスフリーです。ポリマーの固有の潤滑性に加えて、ストロークごとに潤滑油を補充する潤滑フェルトワイパーがあります。シール技術は多くのアプリケーションで重要です。磁気ストリップシールは、張力を維持するためにバネで負荷されたステンレス鋼の磁気バンドで構成されています。両端はシステムの端板に固定され、カバーバンドまたはシーリングストリップはキャリッジ内の空洞を通って配置される。キャリッジがシステムの長さに沿って移動すると、ストリップが磁石から持ち上げられ、キャリッジが通過できるようになる。

代替のシーリング技術であるプラスチックカバーバンドは、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ており、ジップロックバッグのように機能します。嵌合する「舌と溝」の形状により、微粒子の侵入を防ぐのに非常に効果的なラビリンスシールが形成されます。フレキシブルモーターマウントは、リニアシステムを自動化されたアセンブリに簡単に統合できます。ユーザーは、標準のNEMAモーターマウントを要求するか、モーター固有の取り付け情報を提供するか、モーターメーカーの名前と部品番号を提供するだけで済みます。ハウジングとカップリングは、顧客のモーターの主要な特性（モーターフランジのボルトサイズとボルトサークル直径、モーターパイロット直径、モーターシャフトの直径と長さ）に適合するように、一般的なブランクから機械加工されます。これにより、スライドを水平、垂直、傾斜、または反転させて、ほぼすべてのモーターに簡単に取り付けることができ、位置合わせが保証されます。

すべての駆動方式とガイド方式の組み合わせが適切とは限りません。実用的な用途で使用される 7 つの技術グループには、リードスクリュー駆動とボールガイド、リードスクリュー駆動とスライドガイド、ボールスクリュー駆動とボールガイド、ボールスクリュー駆動とスライドガイド、ベルト駆動とボールガイド、ベルト駆動とスライドガイド、ベルト駆動とホイールガイドがあります。スパイダー図は、これらの各技術の相対的な長所と短所を示しています。ボールスクリュー駆動とボールガイド技術は、高い再現性、高い剛性、および大きな力とモーメントを扱う能力を提供します。これは、工作機械でギアブランクをロードおよびアンロードするために使用されるリニアシステムなど、高負荷と高デューティサイクルを伴う精密位置決めアプリケーションで使用されます。ベルト駆動のボールガイドユニットは、重いペイロードと大きなモーメント負荷を伴う高速および高加速度アプリケーション向けに設計されています。この技術グループは、ギャップをまたぎ、両端または断続的に支持されるアプリケーションに適しています。典型的なアプリケーションには、缶のパレット化があります。ベルト駆動のスライドガイドリニアシステムは、中程度の速度と加速度を提供します。スライドガイドは衝撃荷重に対応できますが、線速度には多少制限があります。この組み合わせにより、コスト効率が高く、低騒音で、メンテナンスの手間が少ないソリューションが実現します。磁気カバーバンドを追加することで、このソリューションは、金属板のスプレー処理用途など、微粒子含有量が多く、洗浄が必要な環境に最適です。ベルト駆動のホイールガイドユニットは、中程度のコスト、低騒音、比較的低いメンテナンス要件に加え、高い線速度と加速能力を提供します。典型的な用途は、包装および充填機です。

自作か購入か？ リニアシステムを自作するか購入するかを検討する際には、リニアシステムの設計に必要なエンジニアリング時間と専門知識を考慮することが重要です。システムの設計には、リニアベアリングとラジアルベアリングの寿命、ボールねじの寿命、ボールねじの臨界速度、サポートプロファイルのたわみ、潤滑剤の選択、カバー設計などのエンジニアリング計算が含まれます。設計時間を短縮するためにリニアシステムを大型化するアプローチには、コストと設置スペースが増加するという欠点があり、基本的な事項が漏れていないことを確認するために、基本的なエンジニアリングが依然として必要になります。リニアシステムを購入する場合、標準カタログ製品がアプリケーションの要件を満たさない場合があります。この場合、標準製品への大幅な変更またはホワイトシート設計が有効な代替手段となります。幅広い製品とエンジニアリング能力を備えたパートナーは、時間とコストを節約し、開発サイクルを加速しながら、お客様の問題を解決するために協力することができます。