油圧シリンダーは、手頃な価格で高い作動力を発揮することで知られ、数十年にわたり工場自動化機器やその他の特殊自動化機器に広く使用されてきました。油圧システムは堅牢で、比較的簡単に導入でき、単位力あたりのコストも低く抑えられます。近年、電動ロッドアクチュエータ（サーボシリンダー）は、より柔軟で高精度かつ信頼性の高いものとなり、作動力もますます大きくなっています。こうした技術革新により、油圧シリンダーと電動アクチュエータのどちらが総合的に見て最適なソリューションなのかという議論が続いています。

1. 電動ロッドアクチュエータと油圧シリンダーの比較：システムコンポーネント

油圧シリンダーシステムに必要な部品点数と設置スペースは、電気システムよりもはるかに大きい。油圧システムに必要なもの：

• 円筒

• 油圧を供給する動力ユニット

• 制御弁および補助弁

• フィルター

• ホース

• 付属品

• 追加コンポーネント

油圧シリンダーは、作業点（高い動力密度が求められる場所）においてコンパクトな設置面積を実現しますが、これらのアクチュエータやその他のコンポーネントへの流量と圧力を調整する油圧パワーユニット（HPU）は、床面積を大きく占有する場合があります。HPUは小型ではなく、通常はシリンダー本体の近くに配置されるため、システム全体の設置面積がさらに大きくなります。HPUが遠隔設置された非常に大規模なシステムでは、長いホースによって油圧システム全体の剛性と効率が低下する可能性があります。

電動ロッドアクチュエータは、設置面積が小さくて済みます。これらのシステムは、機械式アクチュエータ、モーター（サーボモーターなど）、オプションのギアボックス、ケーブル、そして通常は制御盤内に設置される駆動装置／増幅器で構成されています。

電動アクチュエータは、パワースクリューとベアリングシステムを一体化した設計のため、油圧シリンダよりも長さが長くなりますが、システム全体の設置面積を考慮すると、この長さの差は、HPUと機能的に同等のサーボドライブの設置面積の小ささによって十分に相殺されます。一般的に、自動化機器は制御盤を使用し、追加のドライブを組み込むように設計できます。サーボドライブのサイズ要件は、通常、HPUのサイズ要件のほんの一部です。

新しいシステム設計において、作業点における追加スペースを電動アクチュエータの作動ストロークと全長に対応できるように確保できれば、大型の動力装置が不要になるため、機械全体の設置面積を大幅に縮小できる。

2. 電動ロッドアクチュエータと油圧シリンダーの比較：モーションコントロール機能

エンジニアが油圧シリンダシステムよりも電動アクチュエータシステムを選択する主な理由は、そのモーション制御機能の柔軟性にあります。位置制御（複数の位置、高精度）、速度制御、加減速制御、出力力制御、そしてこれらすべてのモーション変数をリアルタイムで複雑に制御することが可能です。サーボドライブとモータシステムを組み合わせた電動アクチュエータは、位置を無限に制御できます。位置の精度と再現性は、油圧システムの能力をはるかに凌駕します。

標準的な油圧システムは、エンドツーエンドの位置決め用途には最適ですが、中間ストローク位置決めはより複雑で、制御弁とオペレーターの補助が必要です。中間ストローク位置決めはオープンループ制御であり、どの位置が許容できるかをオペレーターが判断する必要があります。さらに、速度制御は制御弁を介して監視され、ここでもオペレーターが用途に適した速度を設定する必要がありますが、正確な速度設定に到達することはしばしば困難です。速度設定が調整されると、油圧シリンダから必要な圧力出力は圧力弁を介して調整されます。最後に、油圧シリンダの位置、速度、および力の再現性は、シールの摩耗、漏れ、ポンプからの圧力低下とスパイク、およびその他のメンテナンス要因の影響を受けます。温度変化によって油質と粘度が変化する生産環境では、日ごと、月ごと、年ごとに再現性のある性能を得ることは困難です。望ましい性能レベルを得るには、オペレーターによる継続的な介入が必要になります。

サーボ油圧システムと呼ばれるより高度な油圧システムは、位置、速度、力を精密に制御できますが、サーボコントローラ、電気油圧サーボバルブ、リニアトランスデューサなどの位置フィードバック装置といった追加コンポーネントが必要となり、システムの複雑さ、設置スペース、コストが大幅に増加します。これらのコンポーネントは、サーボドライブがサーボモーターへの電流を制御するのと同様に、油圧シリンダへの圧力と流量を制御します。油圧システムには、複数の軸を協調制御できるさらに高度なコントローラも存在します。しかし、これは油圧システムの実装では稀であり、これらのコントローラはシステム全体の複雑さとコストを著しく増加させます。さらに、これらのコントローラは非常に敏感な場合があり、望ましい性能を確保するためには、綿密なメンテナンスが必要です。

サーボ制御システムと組み合わせることで、電動アクチュエータは無限以上の制御性と優れた精度および再現性を提供します。多軸サーボコントローラは、今日のほとんどの最新制御システムで市販されています。コントローラと電動アクチュエータは、限られた種類の油圧式アクチュエータよりも、複雑な構成でより簡単かつ費用対効果の高い方法で連携できます。1つまたは複数の電動アクチュエータの速度は常に正確かつ精密に制御され、停止したり位置をオーバーランしたりすることなく、ある速度から別の速度へ容易に移行できます。加速および減速制御により、電動アクチュエータはハードストップに「ぶつかる」ことや、急激に動作を開始することはありません。これにより、フレーム要素へのストレスが軽減され、衝撃荷重に耐えるための構造の過剰設計が不要になります。すべての動作はスムーズになるため、機械の振動が許容されない、またはプロセス速度が影響を受けるミッションクリティカルなプロセスで電動アクチュエータを使用できます。力はサーボモータへの電流によって制御されます。サーボコントローラは電流を精密に制御できるため、ほぼすべての電動アクチュエータは、作業点における力出力の正確かつ再現性の高い制御を提供します。

最後に、電動アクチュエータの重要な特徴は、すべての動作プロファイル変数をプログラム制御できることです。そのため、オペレーターの操作は、必要な性能変数をPLCなどのコントローラのプログラミング環境に組み込むための事前設計時間のみで済みます。一度設定すれば、その動作は日ごと、月ごと、年ごとに繰り返されます。さらに、HMI（ヒューマンマシンインターフェース）画面を使用することで、位置、速度、加減速、力といった変数をいつでも簡単に変更でき、最大限の柔軟性を実現します。OEM環境では、流体システムに比べて電動システムの方が一貫性が高いため、システム性能の制御が容易になります。

3. 電動ロッドアクチュエータと油圧シリンダーの比較：戦力能力

油圧シリンダーシステムは、作動圧力が高いため、非常に大きな力を発生させるのに優れています。一般的な圧力は1800～3000psi（124.1～206.8bar）です。一部の高圧油圧システムでは、出力密度をさらに強調するために、最大5000psi（344.7bar）の圧力定格が使用されます。油圧シリンダーは、力＝圧力×面積の流体動力原理に基づいて動作するため、高圧により、小型のシリンダーでも非常に大きな力を発生させることができます。たとえば、2200psiの圧力で3インチと5インチのボアのシリンダーは、それぞれ約15,000lbf（66,723.3kN）と43,000lbf（191,273.5kN）の力を発生させることができます。ただし、油圧シリンダーは通常、その最大出力力能力で使用されることはなく、制御性を向上させるために、一般的には大きめのサイズで使用されます。

電動アクチュエータを検討する際には、必要な作動力を決定することが重要です。電動アクチュエータに必要なおおよその力を推定するには、通常、作動ができなくなるまで油圧作動ポートまたはシステム圧力を調整します。電動アクチュエータシステムは、サーボモーターを流れる電流によって機械システムにトルクを発生させ、そのトルクによってパワースクリューが回転して力を発生させます。これは大きな利点です。力が瞬時に発生します。システムの剛性が最適化されていない油圧システムでは、油圧アクチュエータは力が得られるまで圧力が上昇するのを待たなければなりません。電動システムのもう1つの大きな利点は、サーボコントローラが電流を自動的に制御することです。電動アクチュエータシステムは基本的に「オンデマンド」で電流を使用します。調整はすべて自動的に行われます。油圧パワーユニットは、油圧シリンダを作動させるためにシステム内に常に圧力を維持する必要があり、これは非常に困難な場合があります。

電動アクチュエータシステムを選定する際には、モーターの回転数（RPM）とトルク性能に加え、電動アクチュエータのリードスクリューの寸法を考慮することが重要です。サーボモーターの速度とトルクをリードスクリューの機械的出力に合わせることは、複雑な作業となる場合があります。油圧システムで実現できるような極めて大きな力は、電動技術でも十分に可能ですが、一般的に、採用される電動アクチュエータは本体直径が大きく、電動アクチュエータシステムの最大速度には制限があります。しかし、アクチュエータおよびサーボコンポーネントメーカーは、これらのすべての変数を考慮した使いやすいモーションコントロールサイジングソフトウェアパッケージを提供しているため、システムのサイジングにおける複雑さは容易に克服できます。

4. 電動ロッドアクチュエータと油圧シリンダーの比較：速度性能

高負荷で高速を実現することは、油圧技術と電気技術の両方にとって課題となります。油圧では、力を得るために圧力、速度を得るために流量が必要です。高負荷で高速を実現するには、システム内に十分な加圧油があり、必要な量の油を必要な時間（流量として定義される）内にシリンダーに押し込む必要があります。通常、加圧油を保持するための蓄積システムが必要になります。ストロークの長いシリンダーでは、この問題はさらに深刻化します。アキュムレータが未充填の場合、システムへの油の供給が不足する可能性があります。最終的に、油圧アキュムレータシステムに容量を追加することで、高負荷で高速を実現できます。この方法の欠点は、油圧システムにサーボ油圧制御がない場合、余剰エネルギー（力×速度）が実質的にオープンループ制御方式で利用されることです。

前述のとおり、電動アクチュエータシステムの力の発揮能力は、サーボモーターの回転数（RPM）、トルク、ねじリードからの機械的利点、そして場合によってはギアボックスの適切な組み合わせによって決まります。サーボモーターのサイズが大きくなるにつれて、トルクは通常大幅に増加しますが、回転数は減少します。力と速度が極めて重要な用途では、電動アクチュエータシステムが望ましい性能を達成できる唯一の方法は、システムを大幅に過剰に大型化することですが、これはコスト的に大きな負担となる可能性があります。一方、電動アクチュエータシステムは動作プロファイルを完全に制御できるため、各サイクルの全長にわたってストロークする必要はありません。さらに、加減速を制御できるため、電動システムはより迅速に安定し、サイクルタイムが短縮され、効率が向上します。最後に、電動アクチュエータ技術は、よりインテリジェントで短い動作を実行できるため、必要なピーク速度の一部を緩和できる可能性があります。