ガントリーは、直交ロボットやXYテーブルなどの他の多軸システムとは異なり、2つの基本軸(X軸)を平行に配置し、それらを垂直なY軸で接続します。この2つのX軸配置により、広くて安定した設置面積が得られ、ガントリーシステムは高い耐荷重、長い移動距離、優れた剛性を実現できますが、同時に、一般的にラッキングと呼ばれる現象を引き起こす可能性もあります。
2つの直線軸を平行に取り付けて接続する場合、軸が完全に同期して移動しないリスクがあります。つまり、移動中に一方のX軸が他方のX軸に「遅れ」、先行する軸が遅れている軸を引っ張ろうとします。このとき、接続する(Y)軸が傾き、2つのX軸に対して垂直ではなくなります。X軸とY軸の直交性が失われる状態はラッキングと呼ばれ、システムがX方向に移動する際に引っかかりが生じたり、X軸とY軸の両方に損傷を与える可能性のある力が加わったりする可能性があります。
ガントリーシステムのラック現象は、さまざまな設計および組み立て要因によって引き起こされる可能性がありますが、最も影響力のある要因の1つは、X軸の駆動方法です。2つのX軸が並列に配置されている場合、設計者は各X軸を独立して駆動するか、一方の軸を駆動し、もう一方を「スレーブ」または従属軸として扱うかを選択できます。
2つのX軸間の距離が比較的短い(Y軸のストロークが短い)低速アプリケーションでは、一方のX軸のみを駆動し、もう一方のX軸を駆動機構のない従動軸とすることが許容される場合があります。この設計において重要な考慮事項は、軸間の接続部の剛性、つまりY軸の剛性です。
駆動軸が非駆動軸を実質的に「引っ張る」ため、両軸間の接続部が曲げ、ねじれ、またはその他の非剛性挙動を起こすと、2つのX軸間の摩擦や負荷の差がすぐに歪みや固着を引き起こす可能性があります。また、Y軸が長くなるほど剛性は低下します。そのため、X軸間の距離が1メートル未満の用途では、一般的に「駆動・追従」方式が推奨されます。
より高度な駆動方式としては、各軸に個別のモーターを使用し、コントローラーを介してマスタースレーブ方式でモーターを同期させる方法があります。ただし、この方式では、機械式駆動装置の移動誤差を完全に(またはほぼ完全に)一致させる必要があります。そうでない場合、モーター1回転あたりの各軸の移動距離にわずかなずれが生じることで、ラックや引っかかりが発生する可能性があります。
高速かつ高精度なガントリー用途では、一般的にボールねじとラックアンドピニオン駆動が駆動機構として選ばれます。これらの技術はどちらも、各軸で同様の直線誤差が得られるように選択的に組み合わせることができ、組み合わせていない駆動装置で発生する誤差の蓄積を回避できます。ベルト駆動とチェーン駆動は、ピッチ誤差のマッチングと補正が難しいため、X軸を独立して駆動するガントリーシステムには一般的に推奨されません。一方、リニアモーターは機械的な誤差がなく、長い移動距離と高速を実現できるため、ガントリーシステムの平行軸には最適な選択肢です。
もう一つの解決策は、上記の2つの選択肢の中間的な方法として、1つのモーターで両方のX軸を駆動することです。これは、モーター駆動軸の出力を距離カップリング(接続シャフトとも呼ばれる)を介してもう一方の軸の入力に接続することで実現できます。この構成では、2つ目のモーター(およびそれに伴う同期調整)が不要になります。
しかし、距離カップリングのねじり剛性は重要です。軸間で伝達されるトルクによってカップリングに「ねじれ」が生じると、ラックや固着が発生する可能性があります。この構成は、X軸間の距離が1~3メートルで、負荷と速度の要件が中程度の場合に、多くの場合有効な選択肢となります。
投稿日時:2021年9月27日





