古典物理学では、4つの基本的な運動の種類が直線運動、回転運動、往復運動、振動運動として定義されています。これらの運動を機械装置に適用すると、この自然な物理的挙動によって運動が力に変換されます。この力または動力は、何らかの出力運動を生み出すために使用され、機器や機械を駆動します。産業オートメーションでは、これらの異なる種類の運動システムを採用した多種多様な機器が使用されています。通常は回転運動または直線運動のいずれかですが、両方が組み合わされている場合もあります。

直線運動

直線運動は、最も単純かつ基本的な運動形態であり、一方向に位置を変えることを特徴とします。人が直線上を歩いたり、泳いだり、走ったりする様子、あるいは車両のような機械物体が直線軌道上を走行する様子を想像してみてください。直線運動システムは、単軸に沿って荷重を移動させる何らかの機構に基づいています。空気圧では、リニアモーター、スライド、アクチュエーター、ボールねじアセンブリなどの装置によって荷重が直線的に駆動されます。このタイプの運動システムは、マテリアルハンドリング、CNC加工、包装、パレタイジング、ロボット工学などの用途で最も一般的に見られます。

リニアドライブの種類

さまざまな駆動技術が直線運動を採用しており、それぞれに利点がある。

1. リニアモーター直接的な直線運動を生み出します。機械的な変換を必要とせず、高速まで急速に加速できます。ピックアンドプレース用途に非常に適しています。

2. リニアガイドローラーガイドやレールガイドなどは、低摩擦で滑らかな直線運動を実現します。自動化や工作機械において、重い荷重を支えるためによく使用されます。

3. ボールねじ回転運動を直線運動に変換します。非常に正確で効率的であり、ロボット工学やCNC工作機械などの用途で広く使用されています。

4. ラックアンドピニオンシステム歯車を用いて回転運動を直線運動に変換し、高い駆動力と長い移動距離を実現します。このタイプの駆動装置は、ガントリーシステムや大型機械に使用されています。

回転運動

回転運動の最も基本的な形態は車輪であり、中心軸または旋回点を中心に、物体がいずれかの方向に回転または公転します。この運動は、竜巻や地球の自転のように自己発生する場合もありますが、自動化システムでは、回転アクチュエータ、ギア駆動システム、または回転テーブルによって生成されます。

ロータリーアクチュエータは、円の一部の角度、または完全な連続回転の半径で動力を生成します。回転モーションシステムを使用するアプリケーションには、風力、水力、蒸気からエネルギーを生成するタービン、工作機械のスピンドル、掘削工具や研削工具、ロボットの関節、インデックステーブルなどがあります。

回転駆動の種類

回転装置は、手動、電気、流体ベース（油圧または空気圧）など、動力またはエネルギーの供給源によって分類されます。

1. 手動運転ギアシステム（通常は手動操作のホイール）を用いて回転運動を生み出し、ギアを介して回転エネルギーを駆動部に伝達します。この機械的なトルクにより、大きな負荷を動かすのに必要な労力を軽減します。

2. 電動回転駆動装置通常、ギアシステムを制御するモーターで駆動されます。一般的に可逆回転が可能で、角度回転または振動を発生させることができます。電気制御装置はモーターへの入力電流を調整することで、加速度と速度を変化させます。

3. 流体ベースの回転駆動加圧空気または流体を用いて運動を発生させます。これには様々な方法があり、ラックとピニオンの歯車、ベーンまたはダイヤフラムへの圧力、ピストンとスコッチヨークと呼ばれる回転カップリングシステムなどを用いる方法があります。

コンビネーションモーションシステム

より複雑なタスクでは、複数の動作タイプ（最も一般的なのは直線動作と回転動作）の組み合わせからシステムを構築します。ピックアンドプレース操作やロボット工学などのアプリケーションでは、様々な種類のロボットや一部のロボットアームにこれらの動作が使用されています。また、多軸動作制御や複雑な電子プログラミングのためのソリューションにおける技術の進歩も見られます。

複合モーションドライブ

複合モーションドライブによる高精度な動作を実現するための主なソリューションは、ギア、ベルトドライブ、リードスクリューです。それぞれのソリューションには、再現性、位置決め速度、精度、コストなど、それぞれ長所と短所があります。

1. ギア歯車は、歯を連結することでトルクを伝達する機械装置です。歯車機構の歯は、他の歯車または駆動装置の歯と噛み合い、回転力を生み出します。歯車は通常、円周上に歯を持つ円形ですが、歯車の内径に歯を設けることも可能です。このような設計は、スペースと重量が重要となる用途で使用され、高度なトルクと速度制御を実現します。2つ以上の歯車が噛み合うことで、歯車列として連続的に動作し、回転運動を伝達することもできます。通常はモーターやエンジンによって駆動されます。

2. ベルトドライブ通常、ベルトは柔軟な円形のバンドまたはベルトで構成され、一対のプーリーを連結しています。モーターによって駆動され、その周期的な動きによって回転力をある場所から別の場所へ伝達します。ギアよりも軽量、静音、低コスト、高効率であるため、長距離移動が必要な用途に非常に便利です。ベルトドライブの最も一般的な用途は、コンベアシステムとエンジンのカムベルトです。

3. ボールねじのように、リードスクリューまたはパワースクリューは、スクリューまたはナットの回転運動を直線運動に変換します。リードスクリューとナットは、らせん状のねじ山設計を使用して運動を変換するため、トランスレーションスクリューとも呼ばれます。さまざまなサイズと値が用意されているため、スクリューの1回転でどれだけの運動が可能かを決定できます。そのため、ディスクリーダーヘッドのように高精度と高速性が求められるドライブにも、ベンチバイスのように低速かつ高トルクが求められるドライブにも適しています。リードスクリューは、高い荷重伝達や正確な動作が求められる用途にも適しており、趣味の機械やロボット工学でよく使用されています。

どのようなタイプのモーションを選択すべきでしょうか?

どのようなタイプのモーションシステムを使用するかは、アプリケーションとその動作環境によって大きく異なります。設置スペースはどれくらいありますか？移動距離はどれくらいですか？他に考慮すべき要素としては、必要な精度と速度、そしてタスクを実行するために必要な力などがあります。直線運動システム、回転運動システム、あるいは複合運動システムの選択には、複雑な計算が必要になる場合があります。ご不明な点やサポートが必要な場合は、FUYU Motionの専門家までお気軽にお問い合わせください。