ほとんどの直線運動用途では、従来型のベルト駆動式またはねじ駆動式システムで十分です。しかし、より長い直線距離が必要な場合には問題が生じ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。これら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、ベルトのたるみなど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することが困難になるのです。

ゴムベルトやプラスチックベルト自体に、システム全体に大きな柔軟性があります。この柔軟性によってシステム全体が振動したり、跳ね返ったりすることがあり、キャリッジに鞭のような動きが生じます。特定のプロセスでこの現象に対応できない場合は、スクリュー駆動システムの方が適しているかもしれません。スクリュー駆動システムには固定された機械要素があり、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。

スクリュー駆動システムのもう一つの利点は安全性です。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、安全性が劣ります。ベルト切れが発生した場合、制御不能となり、垂直方向の用途では、荷物が落下して機械や作業員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。スクリュー駆動システムは、故障が発生した場合でも荷物の落下を阻止し、安全性を確保します。

従来、ねじ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点にありました。ねじ駆動システムは、ベアリングブロックのペアを使用してねじを支え、高速回転時に発生する振動を抑制することで、最大6メートルまでの長さを実現できます。低速回転時でも、長いねじは自重による曲げを防ぐための支持が必要です。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一対のブロックで構成されています。これらのブロックは、直線運動システムに沿って一緒に移動します。

システムでより長いストロークが必要な場合、ベアリングブロックのペアを増やして、ねじの長さに沿って一定間隔でねじを支えることができます。最大3つ、あるいは4つのペアを組み合わせるのが実用的ですが、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難しくなります。

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、より長いねじを支えるための支持点を増やすシステムを構築することです。一つの解決策は、ブロックを連結するシステムを廃止し、代わりにブロック同士が折り畳まれ、必要に応じて分離できるシステムを採用することです。ブロックが所定の位置に達すると、そこに留まり、ねじをガイドして支えます。このようなシステムでは、ベアリングブロックのペアで10、12、あるいは13もの支持点を実現できます。このボールねじまたはリードねじの支持システムにより、ねじが曲がったり、しなったりすることなく、長距離の移動が可能になります。

長さ6メートルを超えるには、次の課題はより長いネジを作ることです。しかし、入手可能な原材料の制約により、ネジは通常6メートルまでしか製造されません。では、10メートルを超えるストローク長を実現するにはどうすればよいのでしょうか？その答えは、2本のネジを連結し、精密な製造技術を用いることにあります。

リードスクリューとボールスクリューは圧延ラインで製造されるため、各部品のリード偏差にわずかなばらつきが生じる可能性があります。そのため、2つの部品を接合するには、リード偏差の差を補正する必要があります。2つのスクリューを確実に接合するには、可能な限り偏差の小さい、最高精度のボールスクリューを使用しなければなりません。ボールスクリューは精密に加工され、熱が部品内部に入り込んで直径やリード形状が変化しないようにする必要があります。0.01ミリメートルや0.001ミリメートルといったわずかな偏差でも、最終的なシステムに問題が生じる可能性があります。

機械加工後、タップと穴を用いてネジ同士を接合し、2本のリード間のずれを最小限に抑えます。最後に、高強度接着剤で固定します。（ネジを溶接すると、形状が変わって問題が生じるため、この方法は採用しません。）

折りたたみ式支持ブロックシステムと精密加工されたねじを用いたねじ駆動システムは、10.8メートル以上の長さで製造可能です。ストローク長が2～3メートルのシステムの場合、最大回転速度は約4,000rpmとなります。通常、より長いシステムでは、振動を防ぐために回転速度を大幅に下げる必要があります。しかし、追加の支持構造を用いることで、最大10メートルの長さのねじ駆動システムでも4,000rpmで動作させることができます。

長尺アプリケーション

ストローク長の長いねじ駆動システムは、精密な直線位置決めを実現するために、幅広い産業分野で使用されています。その好例として、金属パイプやチューブの自動溶接システムが挙げられます。溶接ノズルを長い移動距離にわたって正確に位置決めすることが求められます。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に真空中で作業が行われます。

自動車産業における多くの用途では、長い移動距離が求められます。例えば、溶接や機械操作などの作業では、6軸ロボットが長ストロークのリニアアクチュエータに取り付けられることがよくあります。ロボットアームの搬送において速度は必ずしも重要な要素ではありませんが、長い移動距離と非常に高い位置決め精度が求められます。

光ケーブルの製造は、高速かつ連続的な工程であり、製造される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。ケーブルは大型リールに巻き取られます。リールがいっぱいになったら、製品の損失を最小限に抑えるために迅速に交換する必要があります。工程効率には、精度と速度が不可欠です。長尺のスクリュー駆動システムは、この用途において、リールの重い負荷を処理できる能力に加え、精度と速度の両方を提供できます。

垂直方向における重量物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、航空機産業では、高精度カメラが上下に動かされます。スクリューは、その重量物を安全かつ正確に支えます。このような用途では、動的な負荷モーメントを受け止めるために、大径ボールを用いた特殊なボールガイドシステムが採用されています。

既存システムの改善

多くの長尺直線運動用途では、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つの一般的な問題があります。1つは、システムが所望の速度で動作できないこと、もう1つは、開いたねじに埃やゴミが付着しやすく、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となるため、システムのメンテナンスが困難になることです。

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により、ねじをはるかに高速で動作させることができます。洗浄と信頼性の問題は、ねじを保護し、メンテナンス要件を大幅に削減する密閉型システムを使用することで解決できます。密閉されたねじは、粉塵や異物の侵入から保護され、定期的な洗浄を行わなくても最適な性能と信頼性を維持できます。

このようなシステムでは、キャリッジにドリル加工された溝を設け、グリースニップルを接続することができます。これにより、ケーシングを開けることなく、一点から潤滑を行うことができます。ユニットを開ける必要がないため、システム内部への粉塵や水の侵入を最小限に抑えることができます。最も汚れた環境下でも保護されます。