ほとんどの直線運動アプリケーションでは、従来のベルト駆動またはネジ駆動システムが適切に機能します。しかし、より長い直線距離が必要な場合は、問題が発生する可能性があります。

ベルト駆動システムは、長い直線運動が必要な場合に最適な選択肢です。この比較的シンプルなシステムは、プーリー駆動によってベルトに張力を発生させ、高速まで素早く加速できます。しかし、ストロークが長くなると、ベルトのたるみの問題が発生する可能性があります。システム全体にわたって張力を維持できないためです。

また、ゴムまたはプラスチックベルト自体のシステム自体に、本質的に大きな柔軟性が存在します。システム全体にわたるこの柔軟性は、振動やバネ性を引き起こし、キャリッジに鞭打ち効果をもたらす可能性があります。特定のプロセスでこれを処理できない場合は、スクリュー駆動システムの方が適している可能性があります。スクリュー駆動システムは固定された機械要素を備えているため、キャリッジを常に完全に制御し、正確な停止と位置決めを実現します。

安全性もスクリュー駆動システムのもう一つの利点です。ベルト駆動システムは、ベルトが切れる可能性があるため、安全性が低くなります。このような故障は制御不能となり、垂直方向の用途では荷が落下して機械や人体に損傷を与える可能性があります。スクリュー駆動システムにはそのような問題はありません。万が一故障した場合でも、スクリュー駆動システムは荷の落下を阻止し、安全を確保します。

従来、スクリュー駆動システムの課題は、ストローク長を長くすることが難しいことでした。スクリュー駆動システムは、一般的にベアリングブロックをペアにしてスクリューを支え、高速回転時のホイッピング効果を抑えることで、最大6メートルの長さまで提供できます。低速回転時でも、長いスクリューは自重によるたわみに対する支持が必要です。このベアリングブロック支持システムは、従来、ロッドまたはワイヤーで接続されたブロックのペアで構成されます。これらのブロックは、直線運動システムに沿って一緒に動きます。

システムのストロークが長くなる場合は、ベアリングブロックのペアを追加して、長さに沿って等間隔でスクリューを支えることができます。3組、あるいは4組のベアリングブロックを連携させるのも現実的ですが、それ以上の数になると、ブロック間のロッドやワイヤーの接続が困難になります。

より長いストローク

ストロークを長くするための最初の課題は、長いねじに対してより多くの支持点を提供できるシステムを構築することです。一つの解決策は、ブロックの連結システムを廃止し、必要に応じてブロックが互いに折り畳み、分離できるシステムを採用することです。ブロックは設定位置に到達すると、そこに留まり、ねじをガイドして支持します。このようなシステムでは、ベアリングブロックのペアを使用することで、10点、12点、あるいは13点の支持点を実現できます。このボールねじまたはリードスクリューの支持システムにより、曲がりやホイッピングのない長距離移動が可能になります。

6メートルを超える長さを実現するためには、より長いネジを作ることが次の課題となります。しかし、入手可能な原材料の制約により、通常、ネジは6メートルまでしか製造できません。では、どうすれば10メートルを超えるストローク長を実現できるのでしょうか？その答えは、2本のネジを接合し、精密な製造技術を駆使することにあります。

リードスクリューとボールねじは圧延ラインで製造されるため、各部品のリード偏差はわずかに異なります。そのため、2つの部品を接合するには、リード偏差の差を克服する必要があります。2つのねじをうまく接合するには、偏差が可能な限り小さい、最高精度のボールねじを使用する必要があります。ボールねじは精密に機械加工され、部品への熱の侵入を防ぎ、直径やリード形状を変化させないようにする必要があります。0.01ミリメートル、あるいは0.001ミリメートルといった小さな偏差でさえ、最終システムに問題を引き起こす可能性があります。

機械加工後、タップと穴を用いて、2つのリード間のずれを最小限に抑えながらネジを接合します。最後に、高強度接着剤を使用してネジを固定します。（ネジを溶接すると、形状が変わってしまい、問題が発生します。）

折りたたみ式サポートブロックシステムと精密製造されたスクリューを備えたスクリュー駆動システムは、10.8メートル以上の長さまで製作可能です。ストローク長が2～3メートルのシステムでは、最高回転速度は約4,000rpmです。通常、これより長いシステムでは、ホイッピング（振動）を避けるため、回転速度を大幅に下げる必要があります。しかし、サポートを追加することで、最大10メートルの長さのスクリュー駆動システムを4,000rpmで動作させることができます。

長文アプリケーション

ストローク長の長いスクリュー駆動システムは、幅広い産業において、精密な直線位置決めを実現するために使用されています。例えば、金属パイプやチューブの自動溶接システムでは、長い移動距離にわたって溶接ノズルを正確に位置決めする必要があります。チタンなどの高品質材料を溶接する用途では、金属の酸化を防ぐため、真空中で作業が行われます。

自動車産業の多くのアプリケーションでは、長い移動距離が求められます。例えば、6軸ロボットは、溶接や機械のメンテナンス作業のために、ストロークの長いリニアアクチュエータを搭載することがよくあります。ロボットアームの移動において速度はそれほど重要な要素ではないかもしれませんが、長い移動距離と非常に正確な位置決めが求められます。

光ケーブルの製造は高速かつ連続的な作業であり、生産される光ファイバーの品質を損なうことなく停止することはできません。ケーブルは大型のリールに巻き取られます。リールが一杯になったら、製品の損失を最小限に抑えるため、速やかに交換する必要があります。プロセス効率には、精度と速度が不可欠です。この用途において、長尺スクリュー駆動システムは、リールの高負荷にも対応できる能力に加え、精度と速度の両方を実現します。

垂直面での重量機器の移動を必要とするあらゆる用途において、リニアスクリューの剛性とフェイルセーフ機能は大きなメリットをもたらします。例えば、航空機業界では、高精度カメラが上下に駆動されます。スクリューは重量物を安全かつ正確に支持します。このような用途では、大径ボールを備えた特殊なボールガイドシステムが動荷重モーメントを吸収するために用いられます。

既存システムの改善

多くの長尺直線運動アプリケーションでは、ボールねじは完全に開いた状態になっています。このようなシステムには、2つの共通の問題があります。システムが所定の速度で動作できない、または開いたねじが埃やゴミを吸着するためメンテナンスが困難で、ボールナットの早期故障を防ぐために定期的な清掃が必要になる、という問題です。

このような用途では、積層ベアリングブロック構造による追加の支持力により、スクリューははるかに高速で動作できます。清掃と信頼性の問題は、スクリューを保護するカバー付き密閉システムによって解決され、メンテナンスの必要性が大幅に軽減されます。密閉されたスクリューは埃や異物の侵入を防ぎ、定期的な清掃なしでも最適な性能と信頼性を維持できます。

このシステムでは、キャリッジにグリースニップルを接続できる穴あけ加工が施されています。これにより、ケーシングを開けることなく、一点からの潤滑が可能になります。ユニットを開ける必要がないため、システムへの粉塵や水の浸入は最小限に抑えられます。極めて汚れた環境でも保護されます。