機械自動化は、産業自動化において非常に重要な部分です。機械自動化は、ボトル充填機、包装機、ラベリング機など、実際の生産活動を迅速かつ正確に行うプロセスを扱います。製品の実際の計数を扱うプロセスは、機械自動化プロセスと呼ばれます。

モーション制御は機械自動化において重要な部分です。モーション制御とは、機械部品の動きを連続的に直接制御することであるためです。機械部品の制御により、目的の出力を正確に生成できます。モーション制御は、主に直線制御と回転制御の2つのカテゴリに分けられます。

直線運動とは何ですか?

名前が示すように、直線運動とは機械部品が直線的に動く動作です。例えば、切断機を例に考えてみましょう。工場にチョコレートケーキがあるとします。生産ラインでは、ケーキを定期的に切り分けて小さなピースにしたいとします。カッターは垂直方向に連続的に切断するように制御されます。これが直線運動です。

他にも、リニアモーター、ガイド、ベアリング、アクチュエーターなどが広く使用されています。リニアモーションのコンセプトをより深く理解するために、実際に使用されている様々な製品を見てみましょう。

リニアモーションデバイス

アクチュエータとは、空気圧で作動する装置です。電気が供給されると、空気の吸入口から空気を取り込んで自らを押し、所定の動作を行います。電気が遮断されると、空気の吸入口が遮断され、元の位置に戻ります。これがアクチュエータの最も基本的な定義です。

リニアアクチュエータ

リニアアクチュエータは、その名の通り直線的に移動し、トリガーされると必要な動作を実行します。直線移動に関して考慮すべき点の一つは、XY軸の動きです。アクチュエータはX方向またはY方向のいずれかに移動できます。したがって、リニアアクチュエータを設計および使用する際には、この要素を考慮する必要があります。これら2つの方向に加えて、リニアアクチュエータにはZ方向の動きもあります。

リニアアクチュエータをプログラミングする際には、単方向への移動が必要なのか、それとも複数方向への同時移動が必要なのかを把握しておく必要があります。これは、アクチュエータの機械的な堅牢性、信頼性、そして精度を決定する上で重要です。リニアアクチュエータは主にキャリッジまたはレール上を移動します。そのため、アプリケーションに応じてこの点も考慮する必要があります。

ボールねじアクチュエータ

ボールねじアクチュエータは、循環ボールベアリングを介して機械ねじに作用します。ねじは循環しながら連続的に回転し、これにより迅速かつ効率的に直線方向に回転します。

アセンブリ全体はねじ付きシャフト上を移動し、回転運動を直線運動に変換します。高いトルクを発生し、低摩擦で動作します。これにより、ダウンタイムが短縮され、動作中の熱放散も低減されます。

ベルトドライブアクチュエータ

ベルト駆動アクチュエータは、直線運動技術におけるもう一つの革新です。2つの円形プーリー間に接続されたタイミングベルトを介して、コンベアベルトシステムと同じように動作します。

コンベアベルトが2つの位置の間を直線的に移動する様子を思い浮かべると、この技術はベルト駆動アクチュエータでも同じように機能します。ベルト駆動はアルミニウム製の本体に収められており、その上にレールに沿って荷重を運ぶキャリッジが配置されています。

直線運動において考慮すべき要素 – 重要な要素のいくつかを以下で説明します。

力

前述のように、直線運動は単軸または複数軸で移動できます。物体は荷重を運ぶことも、自由に移動して別のタスクを実行することもできます。

いずれにせよ、適切なデバイスを選択する上で、力は非常に重要な要素です。荷物の重量（ある場合）や目的地に到達するのに必要な速度に基づいて、力は非常に重要な役割を果たします。また、力は、そのタスクを実行するために必要な摩擦力を決定する際にも役立ちます。

スピード

機械の自動化において、時間は非常に重要です。何かを生産している以上、生産速度が遅いと機械は役に立ちません。したがって、速度と力の組み合わせは、装置が動作するために必要な電力を示します。十分な重量を扱えるにもかかわらず、動作が遅い場合、生産活動に深刻な支障をきたします。

また、速度を考慮する場合、加速時間と減速時間という2つのタイミングを考慮する必要があります。急減速が必要な場合、当該装置はジャークや摩擦損失なしに速やかに減速できなければなりません。加速時間についても同様です。

基本的に、どの時間設定でもデバイスが誤動作しないように注意する必要があります (すべてのマシンには時間設定の制限がありますが、少なくとも指定された範囲内で適切に動作する必要があります)。

ストロークの長さ

リニアアクチュエータを使用する場合は、その移動距離を把握しておく必要があります。直線運動装置の種類ごとにストローク長が異なります。ストローク長が長いほど、機械の自由度が高まります。

これは、最終製品に届きやすくなり、機械をある程度の距離を置いて設置することを広く検討できるため、他のものを配置する領域が増えるためです。

デューティサイクル

直線運動装置をオン・オフを繰り返しながら連続的に動作させる場合、耐久性と堅牢性にも寿命があります。機械を1日または1年間に何度、問題なくストロークできるかがデューティサイクルを決定します。つまり、機械の動作頻度のことです。