リニアアクチュエータに関しては、速度、精度、サイズの点で、電気機械式デバイスが空気圧式デバイスよりも選択される選択肢になりつつあります。

近年、工場や会社の管理者から、ファクトリーオートメーション機器で電気ロッド型アクチュエータの使用を増やし、空気圧アクチュエータの使用を減らしたいという要望が高まっています。この転換を促進する要因はいくつかありますが、最も重要なものとしては、次のようなニーズの増加が挙げられます。

• より高い精度が可能な電気機械式アクチュエーターにより、機械のパフォーマンスが向上します。
• 電気機械式アクチュエータを使用すると、空気圧式アクチュエータと同じ推力を供給するのに必要なスペースがわずか約 4 分の 1 になり、機器のサイズが削減されます。
• 電気機械式アクチュエータは圧力を維持しながら 24 時間年中無休で稼働するエアコンプレッサーを必要としないため、エネルギーをより効率的に利用できます。
• 電気機械式アクチュエータは使用する部品が少なく、コンプレッサーが不要で、空気漏れが発生しないため、メンテナンスと総所有コストが削減されます。

空気圧アクチュエータを電気機械式に置き換えることを決定したら、次のステップは、多くのブランドの中から適切な電気機械式アクチュエータを選択することです。基本的な推力仕様は似ていますが、ライフサイクル性能、メンテナンス性、耐環境性の領域には大きな違いがあります。

一般に、ボールねじの直径が大きくなると、推力の可能性が大きくなります。ただし、これを達成するには、スラストベアリングと、延長チューブ、内側ボールナット、ベアリングハウジング、ワイパーハウジングを含むすべての固定ポイントが適切に嵌合する必要があります。そうしないと、推力の増加はシステムの寿命を犠牲にすることになります。コンポーネントが負荷に耐えられないほど弱すぎると、磨耗がはるかに早くなったり、損傷したりすることもあります。

それぞれ 16 mm のボールネジを取り付けて 750 N の推力を提供する 2 つのアクチュエータを使用すると、たとえば、1 つのアクチュエータの移動寿命は 2,000 km、もう 1 つのアクチュエータは 8,000 km の移動寿命を実現できます。違いは、ボールねじと他の部品がどの程度うまく嵌合しているかにあります。

さらに、ボールねじの直径が大きくなり、コストと設置面積に相関関係があるため、ボールねじとその他のコンポーネントを適切に嵌合することで、両方のコストが削減されます。 3,200 N の力というアプリケーション要件を満たすために、あるベンダーは直径 20 mm のボールねじを使用するかもしれませんが、別のベンダーは適切に嵌合されたコンポーネントを使用して、直径 12 mm のねじで同じ推力を達成するかもしれません。したがって、後者のボールねじは、性能を犠牲にすることなく小型化することができる。

ボールねじと他のコンポーネントの適切な嵌合はアクチュエータの寿命に大きく影響し、キャリアの設計と組み合わせると、この 2 つの要素が精度と耐荷重に最大の影響を与えます。アクチュエータ設計のもう 1 つの目標は、半径方向および横方向の遊びを減らすことです。これに影響する要因は、キャリア本体の直径、接触表面積、サポートレッグの使用です。たとえば、より大きなキャリアボディは、側面荷重の状況で表面積を最大化することにより、より大きな外部ラジアル荷重をサポートします。電動アクチュエータをサイドロードできる機能により、性能、精度、コンパクトさが空圧または油圧アクチュエータでは達成できないレベルにまで高まります。

表面積を最大化するとラジアル荷重と横荷重の耐力が向上しますが、必ずしも安定性に役立つわけではありません。これは多くの場合、高くした脚を溝のあるチャネルにロックすることで解決されます (上の画像の 3 つ)。これらの支持脚は、騒音を増大させたり、摩耗の原因となる可能性がある振動を軽減します。ほとんどの設計では、このようなリッジを 1 つまたは 2 つ使用し、ある程度の遊びを取り除きますが、システムが時間の経過とともに摩耗し始めると、クリック音が発生する可能性があります。ただし、2 つの脚の代わりに 4 つの脚を使用すると、摩耗と騒音が軽減され、より効果的で耐久性のある回転防止保護が提供されます。さらに、追加の脚により、しがみつきのない戻り動作が保証され、摩耗による遊びがさらに軽減されます。

さらに、これらのキャリアレッグを外側に湾曲させると半径方向の予圧が生じ、スラストチューブの遊びが減少します。また、キャリア本体とボールナットが中心に配置されるため、キャリアを押出成形品にシム調整する必要がなくなり、デバイスの寿命にわたる摩耗が補償されます。すべての位置を揃えることで、一定のアイドルトルクを得るためにアクチュエータを校正する必要がある回数が削減されます。

摩耗を低減し、騒音を低減するには、厳密な公差が重要です。しかし、エアギャップがまったくない場合、アクチュエータが高速で動作するときに圧力が増大します。これにより過熱が発生し、潤滑の問題やその他の耐久性の問題が発生します。これに対処するには、キャリア脚の主要な雄型機能のうち 2 つを残りの 2 つよりも低くします。これが、トムソン社が多くのアクチュエータで採用しているアプローチです。これにより、圧力の蓄積を防ぐのに十分な隙間が確保されます。上の画像に見られるように、キャリアの脚上に直角に位置する 2 つの雄型キー フィーチャは、残りの 2 つよりも低くなります。

保守性

メンテナンスの容易さはライフサイクルのパフォーマンスに影響を与え、生産性の向上に貢献します。電気機械式アクチュエーターは、潤滑とモーターの取り扱いが異なります。ほとんどのアクチュエータは、潤滑のために後退して部品を 60% ～ 70% 部分的に露出させます。技術者はキャップを取り外し、潤滑が必要な部品を見つけてグリースを追加し、場合によってはこのプロセスを繰り返す必要があります。

ただし、より良いアプローチは、チューブを完全に伸縮させて、すべてのコンポーネントを露出させて露出を最大限にすることです。これにより、企業は自動潤滑を使用できるようになります。また、注油ニップルを使用するとキャップを外す必要がなくなり、メンテナンスが容易になります。

モーターと機械式アクチュエータの嵌合に必要な時間を排除できれば、メンテナンスも迅速化できます。従来、モーターを並列構成で取り付けるには 20 ～ 25 分かかりました。モーターを取り付けたら、技術者はさまざまなツールを使用してベルトの張力と位置が適切になるように調整する必要があります。これには少なくとも 12 の手順が必要です。

ただし、アクチュエータに事前に組み立てられたパラレル ソリューションが付属している場合は、組み立て中にベルトに事前に張力を加えることができるため、複数段階の張力調整が不要になります。モーターはボルトで固定され、わずか 3 段階で使用可能になります。インライン実装の場合、事前に組み立てられたソリューションの利点は、それほど劇的ではありませんが、同様です。

さらに、ストラドルマウントベアリングを使用することで、位置ずれのリスクを排除します。また、モーターシャフトをラジアル荷重から保護するため、騒音が低減され、アクチュエーターの寿命がさらに延長されます。

耐環境性

電気機械式アクチュエータは、過酷な条件、環境、頻繁な高圧洗浄に耐える能力が異なります。これは、外部プロファイル、材料の選択、およびシーリング方法によって異なります。

滑らかな表面のプロファイルは、ほこりや液体が蓄積しないため、溝のある表面よりもきれいです。したがって、頻繁な洗浄が必要な過酷な環境により適しています。ただし、スタイリッシュな外観にはマイナス面もあるかもしれません。センサーの取り付けが必要なアプリケーションで使用する場合、センサーを取り付けるために追加のプラスチック製のアドオンが必要になる場合があります。

耐環境性は延長チューブの材料組成にも依存します。ほとんどのシステムではクロム鋼が使用されていますが、過酷な環境にはステンレス鋼の方がはるかに優れた選択肢です。

環境に対する耐性を示す重要な指標は、侵入保護 (IP) コードです。たとえば、IP 等級 65 は、デバイスが防塵性であり、食品および飲料業界の洗浄作業で見られるようなあらゆる方向からの低圧水流から保護されていることを意味します。この定格を満たす電動アクチュエータはほんのわずかですが、腐食環境では非常に重要です。 IP 等級 54 は、飛沫に対してはある程度の保護を提供しますが、塵に対しては 100% 未満の保護を提供するため、一部の洗浄用途には許容されますが、圧力がかかる場合は許容されません。リニアアクチュエータに一般的な IP 等級 40 は、防塵または液体からの保護がないことを意味します。

より高い IP 定格は主に、より優れたシールの使用に依存します。たとえば、トムソン社は、電気機械式アクチュエータのモーター マウントを含むすべてのコンパートメントを密閉しています。すべてのガスケットも密閉し、取り付けプレートで止まるのではなく、モーターまでずっと伸びる必要があります。

次世代のモーションコントロール

生産性の向上、切り替え時間の短縮、信頼性の向上、エネルギーの大幅な節約、メンテナンスおよび運用コストの削減に対する市場の要求が高まるにつれ、ますます多くの設計者やエンドユーザーが空気圧アクチュエータから電気機械アクチュエータに切り替えています。高度なモーション制御を必要とする機械の場合、電気機械式アクチュエータが事実上唯一の代替手段となります。しかし、単純な直線運動タスクであっても、メンテナンスの軽減および/または容易化、エネルギー節約の向上、クリーンな操作などの理由から、モーション制御の設計者やユーザーは電動作動に傾いています。

さまざまなブランドの電動アクチュエータを注意深く比較することで、さらに大きなメリットが得られます。 「耐荷重能力」は常に、主張されているシステム寿命とスペース要件を考慮して解釈してください。これらの領域では実際のトレードオフが存在します。キャリアの設計は、精度だけでなく、横方向および回転方向の耐荷重能力にも影響するため、キャリアがチャネル内にどのように固定されるか、また誘導機構の形状とサイズには細心の注意を払ってください。

支持脚や脚のデザインなどの機構や部品が改良され、グリップを向上させるために湾曲させることができ、精度と摩耗が改善されます。また、適切な外部プロファイル、材料の選択、およびシーリング戦略が耐環境性の重要な要素となります。より滑らかなプロファイル、ステンレス鋼素材、およびより高い IP 定格は、最大の保護を提供する傾向があります。