「LOSTPED」はどのように役立つのか？

包装や資材搬送から半導体製造、自動車組立に至るまで、事実上すべての製造工程には何らかの直線運動が組み込まれており、製造業者がモジュール式直線運動システムの柔軟性と簡便性を理解するにつれて、これらのシステム（1軸、2軸、または完全な3軸直交ロボットシステム）は生産現場に導入されつつある。

エンジニアや設計者がリニアモーションシステムのサイジングや選定を行う際によく犯す間違いは、最終システムの重要なアプリケーション要件を見落とすことです。最悪の場合、これは高額な再設計や再作業につながる可能性がありますが、多くの場合、過剰設計のシステムとなり、コストがかさみ、期待よりも効果が低くなることもあります。考えられる解決策が非常に多いため、リニアモーションシステムの設計を任されたときに圧倒されてしまうのはよくあることです。システムはどれくらいの負荷を処理する必要があるのか​​？どれくらいの速度で動く必要があるのか​​？最もコスト効率の良い設計は何か？

ボッシュ・レックスロスのリニアモーションおよびアセンブリ技術グループは、これらの疑問点をはじめとする多くの点を考慮し、「LOSTPED」というシンプルな頭字語を開発しました。これは、エンジニアや設計者が、あらゆる用途において適切なリニアモーションコンポーネントやモジュールを指定するために必要な情報を収集する際の指針となるものです。

Lostpedとは何ですか？

LOSTPEDは、Load（負荷）、Orientation（方向）、Speed（速度）、Travel（移動）、Precision（精度）、Environment（環境）、Duty cycle（デューティサイクル）の頭文字をとったものです。LOSTPEDの各文字は、リニアモーションシステムのサイズ決定と選択時に考慮すべき要素を表しています。例えば、負荷は、加速時と減速時では、一定速度での動作時とは異なる負荷をベアリングシステムにかけます。リニアモーションソリューションが個々のコンポーネントから完全なリニアモジュールまたは直交座標系システムへと移行するにつれて、システムコンポーネント（リニアベアリングガイドとボールねじ、ベルト、またはリニアモータ駆動装置など）間の相互作用はより複雑になり、適切なシステムを設計することがより困難になります。LOSTPEDという頭文字は、システム開発と仕様策定の際に、相互に関連するすべての要素を考慮するよう設計者に促すことで、設計者がミスを回避するのに役立ちます。

Lostpedの使い方

以下に、LOSTPEDの各要素の説明と、リニアモーションシステムのサイズ決定および選定基準を決定する際に考慮すべき重要な質問を示します。

負荷

負荷とは、システムに加わる重量または力のことです。すべての直線運動システムは、マテリアルハンドリング用途における下向きの力や、穴あけ、プレス、ねじ締め用途における推力など、何らかの負荷を受けます。半導体ウェハハンドリング用途のように、一定の負荷がかかる用途もあります。この用途では、FOUP（フロントオープニング統合ポッド）がベイからベイへと運ばれ、ドロップオフとピックアップが行われます。3つ目のタイプは、負荷が変化するもので、例えば、薬剤分注用途では、試薬がピペットに次々と分注されるため、各ステップで負荷が軽くなります。

負荷を考慮する際には、アームの先端に取り付けられる、負荷をピックアップまたは運搬するツールの種類も検討する価値があります。負荷に直接関係するものではありませんが、ここでのミスは大きな損失につながる可能性があります。例えば、非常に繊細なワークピースをピックアンドプレースでピックアップする場合、不適切なグリッパーを使用するとワークピースが損傷する可能性があります。

尋ねるべき重要な質問：

• 負荷の発生源は何ですか？また、その向きはどうなっていますか？
• 特別な取り扱い上の注意点はありますか？
• どの程度の重量または力を制御しなければならないか？
• その力は下向きの力ですか、離陸力ですか、それとも横方向の力ですか？

オリエンテーション

力が加えられる方向、つまり相対的な位置関係も重要ですが、しばしば見落とされがちです。一部のリニアモジュールやアクチュエータは、モジュール設計に使用されているリニアガイドシステムのおかげで、横方向の荷重よりも上下方向の荷重の方が大きく対応できます。一方、異なるリニアガイドを使用しているモジュールは、あらゆる方向で同じ荷重に対応できます。

例えば、レックスロス社のコンパクトモジュールCKKは、デュアルボールレールシステムを採用してガイド機構を備えており、側面取り付けや軸方向荷重を必要とする用途で頻繁に使用されています。高品質なリニアモーション機器メーカーの多くは、様々な状況に対応できるモジュールやアクチュエータを製造しているため、用途に応じて必要な荷重要件を、適切な向きで満たすモジュールを選ぶことが重要です。

尋ねるべき重要な質問：

• リニアモジュールまたはアクチュエータは、どのような向きに取り付けられていますか？
• 水平ですか、垂直ですか、それとも逆さまですか？
• 荷重は線形モジュールに対してどの方向に向けられていますか？
• 負荷によってリニアモジュールにロールモーメントまたはピッチモーメントが発生しますか？

スピード

速度と加速度も、直線運動システムの選定に影響します。負荷が加わると、加速時と減速時では、一定速度での移動時とで、システムに作用する力が大きく異なります。また、移動プロファイルの種類（台形または三角形）も考慮する必要があります。必要な速度またはサイクルタイムを達成するために必要な加速度は、必要な移動の種類によって決まるからです。台形移動プロファイルとは、負荷が急速に加速し、一定期間比較的一定の速度で移動した後、減速することを意味します。三角形移動プロファイルとは、ポイントツーポイントのピックアップおよびドロップオフアプリケーションのように、負荷が急速に加速および減速することを意味します。速度と加速度は、適切な直線駆動装置（通常はボールねじ、ベルト、または直線モーター）を決定する上でも重要な要素です。

尋ねるべき重要な質問：

• どの程度の速度またはサイクルタイムを達成する必要があるか？
• 一定速度ですか、それとも可変速度ですか？
• 負荷は加速と減速にどのような影響を与えるでしょうか？
• 移動プロファイルは台形ですか、それとも三角形ですか？
• 速度と加速のニーズに最も適したリニアドライブはどれでしょうか？

旅行

移動とは、動作距離または可動範囲を指します。移動距離だけでなく、オーバートラベルも考慮する必要があります。ストロークの終端に一定の「安全移動量」、つまり追加のスペースを設けることで、緊急停止時のシステムの安全性が確保されます。

尋ねるべき重要な質問：

• 距離（可動範囲）はどれくらいですか？
• 緊急停止時には、どの程度のオーバードライブが必要になる可能性がありますか？

精度

精度とは、移動精度（システムがA地点からB地点へ移動する際の挙動）または位置決め精度（システムが目標位置にどれだけ正確に到達するか）を定義する際によく用いられる、幅広い用語です。また、再現性を指す場合もあります。移動精度、位置決め精度、再現性というこれら3つの用語の違いを理解することは、システムが性能仕様を満たしていること、そして不必要なほど高い精度を過剰に追求していないことを確認する上で非常に重要です。

精度要件を慎重に検討する主な理由は、駆動機構の選定にあります。ベルト駆動、ボールねじ、リニアモーターなど、それぞれの方式には精度、速度、耐荷重能力のトレードオフがあり、最適な選択は主に用途によって決まります。

尋ねるべき重要な質問：

• アプリケーションにおいて、移動精度、位置決め精度、再現性はどの程度重要ですか？
• 精度はスピードやその他のLOSTPEDの要素よりも重要ですか？

環境

環境とは、システムが稼働すると予想される周囲の状況を指します。例えば、極端な温度はシステム内のプラスチック部品の性能や潤滑に影響を与える可能性があり、また、汚れ、液体、その他の汚染物質はベアリングの軌道面や荷重支持部材に損傷を与える可能性があります。

これは見落とされがちな性能要因ですが、リニアモーションシステムの寿命に大きな影響を与える可能性があります。シーリングストリップや特殊コーティングなどのオプションは、これらの環境要因による損傷を防ぐのに役立ちます。さらに、特殊潤滑や正圧などのオプションにより、モジュールやアクチュエータをクリーンルームでの使用に適したものにすることができます。

尋ねるべき重要な質問：

• どのような危険物や汚染物質が存在しますか？（極端な温度、汚れ、ほこり、液体など）
• 逆に、直線運動システム自体が環境汚染物質（静電気放電、潤滑剤、微粒子など）の発生源となる可能性はあるのだろうか？

デューティサイクル

デューティサイクルとは、動作サイクルを完了するのにかかる時間のことです。すべてのリニアアクチュエータにおいて、最終的なシステムの寿命は一般的に内部コンポーネントによって決まります。たとえば、モジュール内のベアリングの寿命は、印加される負荷とベアリングが経験するデューティサイクルによって直接影響を受けます。リニアモーションシステムは、前述の6つの要素を満たすことができるかもしれませんが、24時間365日連続稼働すると、1日8時間、週5日間稼働する場合よりもはるかに早く故障します。使用時間と休止時間の割合は、リニアモーションシステム内部の熱蓄積に影響を与え、システムの寿命と所有コストに直接影響します。これらの問題を事前に明確にしておくことで、ベルトなどの摩耗部品を簡単に交換用に在庫できるため、後々の時間と手間を省くことができます。

尋ねるべき重要な質問：

• ストロークや動作間の休止時間を含め、システムはどのくらいの頻度で使用されていますか？
• システムはどのくらいの期間稼働する必要がありますか？

最後にいくつかアドバイスを

LOSTPEDに加え、設計者は信頼できる販売代理店またはメーカーのアプリケーションエンジニアリング部門に相談すべきです。これらの担当者は通常、数百ものアプリケーションに関する経験を有しており、その多くは今回のアプリケーションと類似しています。そのため、潜在的な問題を予測することで、大幅な時間短縮とコスト削減につながる提案をしてくれる可能性があります。最終的な目標は、可能な限り最高の直線運動システムを最小限の所有コストで実現することです。LOSTPEDに精通した熟練のアプリケーションエンジニアは、顧客がまさにそれを実現できるようサポートしてくれるでしょう。