第2部：電動リニアアクチュエーターの構成部品

電動リニアアクチュエーターの基本と、電動モーションシステムを選定する際の重要なポイントを解説する全6回シリーズの第2部へようこそ。

第1部を見逃した方は、「電動リニアアクチュエーターとは? 定義とタイプの説明」をぜひご覧ください。その記事では、電動リニアアクチュエーターの基本について、動作原理、さまざまなタイプ、ニーズに合ったアクチュエーターを選択するためのヒントなどを説明しました。第2部でさらに詳しく説明しますので、この重要な基礎を見逃さないでください。

電動リニアアクチュエーターは、電気エネルギーを直線運動に変換する電気機械式デバイスであり、医療、産業オートメーション、家庭用オートメーションなど、さまざまな業界で重要な役割を果たしています。これらのシステムの仕組みを真に理解するためには、その構成部品を深く掘り下げることが不可欠です。本記事では、電動アクチュエータの主要構成部品、それぞれの役割、およびアクチュエータ全体の性能への貢献について解説します。

電動アクチュエーターの構成部品を理解することのメリット

システム設計の最適化

電動アクチュエーターの構成部品を深く理解することで、エンジニアや設計者は特定の用途に最適なアクチュエータを選定することができます。モーター、スピンドル、フィードバックセンサーなどの部品の強み、制約、互換性を把握することで、アクチュエータが運用上の要求を的確に満たすことが可能になります。

コスト効率

電動アクチュエーターの構造と構成部品を理解することは、より優れた設計を支援し、長期的なコスト削減にもつながります。適切に選定された部品は、故障の可能性を低減し、アクチュエータの寿命を延ばします。

カスタマイズの可能性

アクチュエーターの構成部品に関する詳細な知識は、独自の用途要件に対応するカスタマイズされたソリューションへの扉を開きます。正確な制御のために特定のタイプのフィードバックセンサーを組み込む場合でも、限られたスペースのためにコンパクトなハウジングを設計する場合でも、カスタマイズによってアクチュエーターがシステムにシームレスに適合することが保証されます。この柔軟性は、精度と適応性が最も重要なロボット工学や医療機器などの業界で特に価値があります。構成部品の機能を理解することで、メーカーはアクチュエーターサプライヤと協力して、パフォーマンスと信頼性を最大化するオーダーメイドのソリューションを開発できます。

主要な電動アクチュエーター構成部品とその機能

A. 前部/後部クレビス

クレビスはU字型の金属片で、両端に穴があり、そこに固定装置（ピンまたはボルト）が通っています。アクチュエーターの前部と後部にあるクレビスアタッチメントにより、アクチュエーターを用途に取り付けることができます。

TiMOTIONは、使用されるアプリケーションに最適に適合するよう、クレビスをカスタマイズすることができます。

B. アウターチューブ

カバーチューブとも呼ばれるこの押し出しアルミニウムチューブは、リニアアクチュエーターの外側を保護し、アクチュエーターのすべての内部構成部品を収納します。 

C. インナーチューブ 

エクステンションチューブ、ドライブチューブ、トランスレーションチューブ、またはピストンとも呼ばれるインナーチューブは、通常、アルミニウムまたはステンレス鋼で作製されています。格納されている間、インナーチューブにスピンドルが配置されます。このチューブは、ネジ付きドライブナットに取り付けられており、ナットが回転スピンドルに沿って動くと伸縮します。   

D. スピンドル

スピンドルは、機械や工具に組み込まれる長く真っ直ぐな棒状部品です。このリニアアクチュエーターのセグメントは回転することで、ナットやインナーチューブを伸縮させ、直線運動を生み出します。スピンドルは、荷重や速度の要件に応じて、さまざまなねじ形状で加工することが可能です。詳細については、別のセクションで解説されます。

E. 安全停止

スピンドルの端部に配置されたセーフティストップは、インナーチューブの過伸長を防止し、安全な動作を確保します。

F. ワイパー

ワイパーシール部品はアウターチューブの端部に取り付けられており、粉塵や液体などの汚染物質がアクチュエーターのスピンドル部に侵入するのを防ぎます。また、インナーチューブとアウターチューブの間に適切な密閉性を確保することで、リニアアクチュエーターのIP保護等級に影響を与えます。

TiMOTIONの電動リニアアクチュエータは、IP54、IP66、IP67、IP68、IP69Kなど、さまざまな保護等級に対応可能です。

G. ドライブナット

台形ネジまたはボールネジのナットは、インナーチューブに取り付けられ、スピンドルに沿って移動します。ナットは、インナーチューブの伸縮を可能にする部品です。これは、金属またはプラスチックで作られ、インナーチューブの回転を防ぐために固定されることがあります。

H. リミットスイッチ

リミットスイッチは、モーターへの電流を電気的に遮断することにより、完全に伸長および収縮したインナーチューブの位置を制御します。これらのスイッチは、アクチュエーターが過度に伸びたり縮んだりするのを防ぎます。電流を遮断するだけでなく、リミットスイッチは、信号送信装置として使用できます。

I. ギア

ギアは鋼またはプラスチックでできており、他のギアと噛み合って、駆動機構（車両のエンジンなど）の速度と被駆動部品（車両の車輪）の速度の関係を変更します。モーターなどの動力源に接続されるギアは、「駆動ギア」と呼ばれます。

J. モーターハウジング

モーターハウジングには、ギアモーターの内部部品がすべて収納されており、外部からの損傷を受けるものはありません。TiMOTIONのモーターハウジングは、通常、高品質のプラスチック製です。

K. DCモーター

DC（直流）モーターは、電動リニアアクチュエーターのすべての動力が生成される場所です。DCモーターにはいくつかの種類がありますが、TiMOTIONは、以下から構成されるブラシ付きDCモーターを使用しています：

• ステーター

モーターの外側に固定された部分には、モーターハウジング、2つの永久磁石、およびモーターキャップが含まれます。ステーターは、ローターを囲む静的な磁場を生成します。ローター

ローター（アーマチャーとも呼ばれます）は、回転するモーターの内部部品です。主にケイ素鋼ラミネート、モーターシャフト、コミュテーター、銅巻線で構成されています。

• コミュテーター

コミュテーターは、モーターシャフトに取り付けられた一対のプレートです。これらのプレートは、電磁石コイルに2つの接続部を提供します。コミュテーターは、モーターの極性を反転させるために使用され、基本的にトルクを失うことなくモーターを回転させ続けます。

• カーボンブラシ

カーボンブラシは、滑り摩擦を利用して、ステーターからモーター内のローターに電流を伝達します。

• モーターシャフト

モーターシャフトは、ギアモーターをDCモーターのステータ下部に接続します。

注：TiMOTIONでは交流モーター（ACモーター）も製造しており、このタイプのモーターは当社のMA1モデルで採用されています。

L. 出力/フィードバックセンサー

出力（またはフィードバック）センサーは、アクチュエーターのストローク位置を伝達するために使用されます。これが与えるフィードバックは、コントロールボックスMCU（マイクロコントロールユニット）に送信されます。用途に同期やメモリ位置決めなどの高レベルの機能が含まれる場合、通常、位置フィードバック付きのリニアアクチュエーターが必要になります出力センサーのオプションは次のとおりです：

• ホール効果センサー

ホール効果センサの出力信号は、センサ周辺の磁束密度に応じて変化します。センサの磁束密度がマイコン（MCU）で設定された所定のしきい値を超えると、センサはそれを検出し、「ホール電圧」と呼ばれる出力電圧を生成します。

位置フィードバック付きのリニアアクチュエータは、信頼性と精度の面で重要であり、それこそがホールセンサが提供する特長です。

• ポテンショメーター（POT）センサー

POTセンサは、ワイパー／スライダーと両端の接続部から構成されており、電気信号の出力を変化させます。リニアアクチュエータのリードスクリュー（スピンドル）が回転すると、ワイパー／スライダーと両端接続部との間の抵抗値が変化します。各抵抗値は、アクチュエータのストローク内の位置に対応します。

• リードセンサー

リードセンサーは、磁気位置センサーです。これは、印加磁場によって操作される電気スイッチです。これは、密封されたガラス容器の中の鉄金属リードの上の一対の接点で構成されます。接点は通常は開いていますが、磁場が存在すると閉じます（回路を閉じてアクチュエーターの電力を遮断します）。

業界別部品構成

医療用途

医療分野では、電動アクチュエーターの構成部品は、厳格な衛生基準と高精度な要件を満たす必要があります。高い耐水性を備えた設計は、滅菌用薬品に耐え、清潔さを維持するために不可欠です。統合型フィードバックセンサーにより、病院用ベッドや手術台などの用途で精密な調整が可能となり、患者の快適性と安全性が確保されます。さらに、医療機器に使用される電動アクチュエーターは、静音性を重視して設計されており、音に敏感な環境での騒音を最小限に抑えることができます。

産業オートメーション

産業環境では、強い力や過酷な条件に耐えられる高耐久のアクチュエーター部品が求められます。高強度のスチール製スピンドル、堅牢なモーターハウジング、そして高度なシーリング技術により、粉塵、湿気、極端な温度から保護されます。フィードバックセンサーは、コンベヤベルトやロボットアームなどの用途において、機器の監視と制御のためのリアルタイムデータを提供します。これらの環境では、アクチュエーターが重負荷や繰り返し動作の中でも安定して性能を発揮することが重要です。

電動アクチュエーター試験規格

電動アクチュエーターは、性能、信頼性、および安全性に関する厳格な業界規格を満たすことを保証するために、包括的な試験を受けます。これらの試験は、さまざまな用途および動作条件におけるアクチュエーターの機能を検証するように設計されています。

性能

電動アクチュエーターは、さまざまな環境および動作シナリオの下で、負荷容量、速度、および精度について評価されます。これらの試験では、アクチュエーターが機能を損なうことなく、指定された能力を安定して満たすことができることを確認します。

信頼性

ストレス試験は、モーター、ギア、スピンドルなどの重要部品に対する摩耗や損傷を評価するために、長期間の使用を模擬して実施されます。この試験により、アクチュエータの耐久性が確認され、保守の必要性が最小限に抑えられるため、長期的な用途に適しています。

安全性

安全性試験では、過負荷保護、リミットスイッチの適切な動作、および水、ほこり、その他の汚染物質に対するIP定格の遵守などの重要な機能に焦点を当てています。これらの評価は、医療、産業オートメーション、および信頼性と安全性が最も重要なその他の環境での用途に不可欠です。

電動リニアアクチュエーターの構成部品を理解することは、用途を最適化するための最初のステップです。この記事が、電動リニアアクチュエーターの理解と基礎を深めるのに役立つことを願っています。

次に、アクチュエーターに追加できる安全機能オプションについて説明します。

TiMOTIONは、多様なニーズに合わせてカスタマイズ可能で高品質なソリューションを提供しています。精度、耐久性、高度なフィードバックシステムをお探しの場合でも、TiMOTIONにはお手伝いできる専門知識があります。

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よくある質問(FAQ)

Q1：電動アクチュエーターにおいてフィードバックセンサーはどのような役割を果たしていますか?

A：フィードバックセンサーは、アクチュエーターのストローク位置に関する重要なデータを提供し、正確な制御を保証します。同期またはメモリ位置決めを必要とする用途において特に有用です。

Q2：ワイパーはどのようにしてアクチュエーターの耐久性を向上させますか?

A：ワイパーはスピンドル部を密閉し、汚染物質の侵入を防ぐことでスムーズな動作を確保します。また、アクチュエーターのIP保護等級を左右する要素でもあり、過酷な環境での使用において重要な役割を果たします。

Q3：リミットスイッチが必要な理由は何ですか?

A：リミットスイッチは、アクチュエーターの過伸長や過収縮を防止し、アクチュエーター本体およびアプリケーションの保護に寄与します。また、制御システムへの信号送信により、自動化の向上にも貢献します。