直線運動システムを設計するためのいくつかの簡単なガイドラインに従うことで、システムのパフォーマンスとアクチュエータの寿命を向上させることができます。

多くの自動化機械は、装置の可動部をガイドおよび支持するために、プロファイルレール、丸レール、その他の転がり軸受または滑り軸受構造などの直線ガイド部品に依存しています。さらに、これらの可動部は、多くの場合、何らかの直線アクチュエータ装置によって駆動されます。

あらゆる種類のリニアシステムにおいて最も一般的な問題の一つは、ミスアライメントです。ミスアライメントは、直線運動の一貫性のなさ、リニアベアリングシステムの寿命の短縮、アクチュエータシステムの早期摩耗や故障、速度変動やぐらつきなどの不規則な動作など、多くの問題を引き起こす可能性があります。

ただし、リニアガイドとアクチュエータの位置合わせを最適化することで、システム全体のパフォーマンスを向上させる一般的な方法がいくつかあります。

アクチュエータとガイド

ガイドされる機械部材に動きを与える方法は数多くありますが、最も一般的なものは2つのカテゴリーに分けられます。1つ目はロッド型アクチュエータです。ロッド型アクチュエータは、油圧や空気圧などの流体駆動式と、リードスクリューやボールスクリューなどの電動式があります。

2つ目はロッドレスアクチュエータです。こちらも流体駆動式、またはリードスクリュー、ボールスクリュー、ベルト、リニアモーターによる電動式があります。どちらのタイプのアクチュエータもガイドシステムで使用されます。しかし、システムの性能と寿命を最大限に高めるための最適な使用方法には、それぞれ微妙な違いがあります。

ガイド要素自体は、プロファイルレール、丸レール、その他の転がり・滑りシステムを問わず、設計段階で適切なサイズと選択を行い、メーカーの推奨に従って設置する必要があります。特にアライメントプロセスには細心の注意を払ってください。これにより、選択したガイドシステムの性能が特定の用途において最大限に発揮されます。

コンプライアンスメンバーの重要性

ピストンロッドまたはアクチュエータロッドがサイクルごとに伸縮するロッド型アクチュエータは、通常、複数の取り付けオプションを備えています。デバイスへのドリル穴やタップ穴、取り付け脚、球面ロッドジョイント、アライメントカプラ、クレビス、トラニオンなどの取り付けオプションは、ほとんどのロッド型アクチュエータサプライヤで一般的に提供されています。ガイド機構と併用する場合は、各サブシステム、アクチュエータ、ガイドアセンブリがスムーズに動作できることを確認してください。駆動要素と従動要素を強固に結合しようとするシステムは、サブシステムの一方または両方に能力を超える負荷がかかった状態で、これら2つの要素が別々の平面で動作しようとするため、パフォーマンスが不安定になる可能性があります。

このようなシステムでは、ロッド型アクチュエータは、駆動側（アクチュエータ）と従動側（ガイドシステム）の間に何らかのコンプライアンス部材を設けることで最適に機能します。例えば、アクチュエータロッドに球面ロッドエンドを取り付けることで、取り付け部が球面ジョイントを中心に回転できるようになります。ガイドにおけるこのタイプの接続は、アクチュエータの反対側の端部（機械フレーム要素への接続部）にトラニオンまたはクレビスを併用することで最適に機能します。このような取り付け構造により、駆動側（アクチュエータ）と従動側（ガイドシステム）のどちらにも過度の応力を与えることなく、接続部のコンプライアンスを確保できます。

ロッドレス型アクチュエータは、ストロークが全長内に収まるという特徴があり、アクチュエータにガイドシステムが組み込まれている場合もあります。ロッドレスアクチュエータを別体のガイドシステムと組み合わせて使用​​する場合は、駆動部と従動部の接続部にコンプライアントメンバーを含める必要があります。ほとんどのアクチュエータサプライヤーは、フローティングブラケットなど、このタイプの設置に適した様々なマウントを提供しています。

ガイドシステムを備えたロッドレスアクチュエータは、別個のガイドシステムの代わりに、装置のガイドと支持の役割を果たします。この機能は特に有用であり、多くの場合、機械メーカーの時間とコストを節約します。一体型ガイドを備えたロッドレスアクチュエータは、様々な動作ニーズに合わせて組み合わせて機械に組み込むことができます。適切なサイズを選択すれば、XY軸やXYZ軸などの多軸構成やガントリー構成も可能です。一体型ガイドを備えたロッドレスアクチュエータの設置においては、アライメントも同様に重要です。

接合要素の平行度と垂直度

単軸構成で使用される一体型ガイド付きロッドレスアクチュエータは、位置決めの要件を満たすだけで済みます。アクチュエータは単独で動作し、外部からのガイドなしに負荷を所定の位置に導くため、アライメントプロセスは簡単です。このタイプのセットアップの例としては、作業点間のアライメントや、装置上の固定具へのアライメントなどが挙げられます。

多軸構成におけるロッドレスアクチュエータのアライメントは、複数のアクチュエータが連携して動作する必要があるため、より困難になります。そのため、これらのアクチュエータを取り付ける際には、最適な性能と最大限の耐用年数を実現するために、接合されたすべてのデバイスの平行度と垂直度を考慮する必要があります。

結合要素の平行性

リニアアクチュエータの取り付け時に平行度に影響を与える可能性のある変数は3つあります。これらの質問に回答することで、平行度とシステム性能を最大限に高めることができます。

1. アクチュエータはキャリッジと同じ高さに設置されていますか？この平面の位置ずれは、片方または両方のユニットのベアリングシステムに、Mx軸の曲げモーメントに悪影響を及ぼします。

2. アクチュエータは、端から端まで一定の間隔で取り付けられていますか？この平面でのずれは、ベアリングシステムのFy軸に不利な横荷重を加え、深刻な場合はユニットが固着する可能性があります。

3. アクチュエータは互いに水平に設置されていますか？角度のずれがあると、両ユニットのベアリングシステムのMy軸に不利な曲げモーメントが発生します。

結合要素の垂直性

リニアアクチュエータを取り付ける際に垂直性に影響する変数は 2 つあります。

1. XYZシステムにおいて、Z軸はY軸に対して垂直に設置されていますか？この平面における位置ずれは、Y軸アクチュエータのベアリングシステムにおいて、一部またはすべての軸に不利な曲げモーメントを与えます。

2. 2つのアクチュエータがX軸またはY軸で同時に移動する必要があるガントリーシステムでは、アクチュエータは同時に動いていますか？位置ずれやサーボ性能の不足により、ベアリングシステムのMz軸に望ましくない曲げモーメントが発生します。

アライメントの推奨事項と取り付けに関連する実際の許容範囲は、アクチュエータのメーカーとベアリングの種類によって異なります。ただし、一般的な目安としては、ベアリングシステムのタイプを考慮することが挙げられます。プロファイルレールシステムなどの高性能ベアリングタイプは剛性が高く、アライメントがより重要になります。ローラーやホイールを使用する中性能システムでは、クリアランスが広く、アライメントにある程度許容範囲があることがよくあります。滑り軸受けやスライドシステムでは、クリアランスが大きくなることが多く、さらに許容範囲が広くなる場合があります。

リニアアクチュエータのマウントシステムを設置する際には、ゲージからレーザーシステムまで、適切なアライメントを確保するための測定ツールが数多くあります。どのようなツールを使用する場合でも、必ずXY平面とZ平面の基準となる軸を1つ作成し、他のデバイスをその基準軸を基準に取り付けてください。そうすることで、アクチュエータシステムの性能を最大限に引き出し、寿命を延ばすことができます。