リニア アクチュエータを選択する前に、エンジニアと設計者が尋ねるべき質問がいくつかあります。

特定のデバイスまたはマシン用のリニア アクチュエータを選択する準備をしている設計者は、それらのデバイスのサプライヤーやメーカーに尋ねられる質問のリストを用意しておく必要があります。これらのリストには通常、FAQ (よくある質問) が含まれており、アクチュエータを販売するほとんどの企業が FAQ を用意しています。しかし、これらのサプライヤーは多くの場合、潜在的な購入者が他の、おそらくより詳しく、明らかにする質問、いわゆる「まれに聞かれる質問 (iFAQ)」を尋ねることを期待しています。

リニア アクチュエータの仕様を検討する際にエンジニアが尋ねるべき 2 つの質問を次に示します。

Q. 長い距離でのスピードと正確性が必要です。どのような種類のアクチュエータを使用すればよいですか?

A. それは賢い質問ですね。多くの設計エンジニアは、従来のモーターやアクチュエーターが長い移動距離でどれほど正確であるかを過大評価しています。彼らは、アクチュエータが短い走行でうまく機能すれば、長い走行でも同様にうまく機能すると誤って信じています。多くの種類のリニア システムは、エンジニアが通常必要とする 3 つの要件 (長い移動距離、高速、および高い位置決め精度) のうち 2 つを満たしていますが、妥協することなく 3 つすべてを満たしているのはリニア モーター アクチュエータだけです。これらは、半導体製造、家庭用電化製品の検査、医療およびライフサイエンスの用途、工作機械、印刷、およびパッケージングの用途でよく使用されます。

少し背景を説明するために、リニア モーターを定義しましょう。基本的に、リニア モーターは、巻き戻されて平らに配置された回転モーターです。これにより、モーターを線形負荷に直接結合できます。対照的に、他の設計では回転モーターを使用し、機構を介してモーターを結合するため、バックラッシュ、効率損失、その他の不正確さが生じる可能性があります。また、リニアモーターは、同じ移動長のボールネジと比較して最大速度が高くなる傾向があります。

現在、主に 3 種類のリニア モーターが使用されています。1 つ目は鉄心で、鉄材料で作られた歯の周りにコイルが巻かれ、ラミネートで包まれています。これらのモーターは、サイズあたりの出力が最も大きく、熱伝達が良好で、一般に最も安価です。ただし、モーター内の鉄によりコギング (モーターの磁石間の相互作用によるトルク) が増加するため、多くの場合、2 番目のタイプの鉄を使用しないリニア モーターよりも精度が若干劣ります。

名前が示すように、無鉄リニアモーターは内部に鉄を使用していません。フォーサーは本質的にエポキシ プレートであり、しっかりと巻かれた銅コイルが挿入されています。向かい合った 2 列の磁石の間をスライドします。(これは、U チャネル磁気ウェイとも呼ばれます。) 磁石の片側にあるスペーサー バーが磁石を結合します。アイアンレスモーターの主な利点は、吸引力が低く、コギングがないことです。これにより、鉄心モーターよりも精度が高くなります。ただし、磁石が 2 列あるため、鉄なしユニットは鉄心バージョンよりも高価になります。熱伝達の管理も難しい場合があるため、特定のアプリケーションに過熱のリスクがあるかどうかを早期に理解することが重要です。最新の鉄なしモーターは、熱放散のためのより多くの表面接触を提供する重複コイルを備えています。この設計により、モーターの力密度も向上します。

3 番目と最後のタイプはスロットレス リニア モーターで、基本的に最初の 2 つのタイプのハイブリッドです。スロットレスモーターには鉄心のような磁石が1列に配置されているため、価格を抑えることができます。ラミネートされたバックアイアンにより、良好な熱伝達が保証されるだけでなく、鉄心モーターよりも低い吸引力とコギングが保証されます。スロットレスモーターには、低価格に加えて、アイアンレスモーターよりも高さが低いという利点もあります。マシン内のコンポーネントをできるだけ小さくすることを優先する設計者にとって、スペースを 1 ミリメートル単位で節約することは非常に重要です。

Q. 特定のアクチュエータが特定の環境での使用に適しているかどうかを確認するにはどうすればよいですか?

A. 設計エンジニアはアクチュエータを単独で選択し、使用される場所を考慮していないことがよくあります。リニア アクチュエータには、設計および製造された環境内でのみ適切に動作する重要な可動部品があります。不適切なリニア アクチュエータを使用すると、不適切な動作からアクチュエータ自体の修復不能な損傷に至るまで、さまざまな問題が発生する可能性があります。粒子やスクラップを飛ばす切削工具などの「汚れた」用途の場合、アクチュエータを汚染物質から保護するためにシールとシールドが必要になります。

逆の観点から見ると、アクチュエータが適切に保護されていないと、クリーンな環境に汚染が入り込み、アプリケーションが損なわれる可能性があります。通常の磨耗により、時間の経過とともにリニアステージから粒子が発生します。クリーンルームや真空環境では、微粒子を放出しない機器の使用が制限されることが多いため、これらの環境で使用されるアクチュエータには、微粒子が環境に侵入するのを防ぐためのシールとシールドが装備されていることが重要です。半導体プロセスなど、直線運動を行う機械デバイスの中には、一度に数ミクロンしか動かないものもあります。そのため、たとえ少量の汚染でもアプリケーションが損なわれ、台無しになる可能性があります。

シールとシールドは重要なコンポーネントを過酷な環境への曝露から保護し、リニア アクチュエータが設計どおりに動作できるようにします。クリーンな環境の場合、シールとシールドは、アクチュエータ自体ではなく、アクチュエータによって生成される可能性のある汚染物質からアプリケーションの環境を保護します。シールとシールドに加えて、カスタム リニア アクチュエータは、ユニット内の汚染物質を除去する正圧ポートを備えた設計が可能で、性能とライフサイクルを最大限に維持します。

リニアアクチュエータを選択するときは、さまざまな環境要因を考慮する必要があります。これらには、周囲温度、湿気の存在、化学薬品およびガス (室内空気以外) への曝露、放射線、気圧レベル (真空中で実行されるアプリケーションの場合)、清浄度、および近くの機器が含まれます。たとえば、リニア ステージの性能に影響を与える振動を伝達する可能性のある機器が近くにありませんか?

リニアステージの侵入保護 (IP) 評価は通常仕様で提供され、特定の環境から適切に保護されているかどうかを示します。IP 定格は、異物 (塵や埃) やさまざまなレベルの湿気からの侵入に対するエンクロージャのシールの有効性レベルを定義したものです。

エンクロージャの定格は、「IP-」の後に 2 桁の数字が続く形式になります。最初の桁は、可動部品や異物からの保護の程度を示します。2 番目の桁は、さまざまなレベルの湿気 (水滴からスプレー、完全な水没まで) への暴露に対する保護レベルを示します。

選択プロセスの早い段階で時間をかけてアクチュエータの IP 定格を確認すると、環境に適さないユニットを迅速かつ簡単に除外できます。たとえば、IP30 定格のアクチュエータは湿気に対する保護を提供しませんが、指サイズの物体の侵入を防ぎます。湿気からの保護が不可欠な場合は、ほこりや水しぶきを保護する、IP54 などのより高い定格のアクチュエータを探してください。ただし、侵入や湿気に対する保護のないアクチュエータは、汚染物質が懸念されない環境向けに経済的な代替手段を提供できます。