ロータリー vs リニア電動アクチュエーター：最適な選び方を解説

産業オートメーションと多くの製造プロセスは運動（モーション）に依存しています。モーションシステムは部品を機械の内外に移動させ、工具をワークに接触させ、加工機械の主要部分を動かします。

この運動を提供するのがアクチュエーターです。電力が供給されると特定の方法で動くデバイスです。モーション制御システムの責任者であるエンジニアなどにとって、利用可能なアクチュエーターの種類とそれぞれが適している場面を理解することは重要です。間違った産業用電動アクチュエーターを使用すると、モーション制御の問題、機器信頼性の低下、ダウンタイムにつながります。

過去のブログ記事では、空圧アクチュエーターの適切な用途や、電動アクチュエーターがなぜ精密で再現性が高いのかを扱いました。今回は、ロータリー（回転）とリニア（直線）電動アクチュエーターの違いを明確にします。

運動経路

リニアアクチュエーターは直線的な前後運動を提供します。主要な性能パラメータは移動距離、速度、加速度です（その他には荷重容量などの要因も含まれます）。電動リニアアクチュエーターについて重要なポイントは、運動が回転する電動モーターによって提供されることです。つまり、電動リニアアクチュエーターは回転運動を直線運動に変換します。

補足として、従来の電動モーターを使用しない他の形式のリニア電動アクチュエーターもあります。圧電アクチュエーター、ボイスコイルアクチュエーター、リニア誘導モーターなどです。これらは作動範囲が非常に短く、今回の議論の範囲外です。

ロータリーアクチュエーターは軸を中心とした円運動を提供します。ほとんどのロータリーアクチュエーターは、1度未満から多回転まで無制限の距離を移動できます。主要な性能パラメータは角度移動距離、トルク、速度、加速度です。

電動リニアアクチュエーターの詳細

モーターの回転から直線運動への変換は、2つの方法で実現されます。モーターがモーターシャフト端のプーリーにかけられたベルトを駆動するか、モーターがリードスクリューに直接連結されます（どちらの構成でも、間にギアリングが入ることは珍しくありません）。

リードスクリューシステムでは、ナットがネジに取り付けられます。モーターが回転するとナットがネジに沿って移動します。プラットフォームやキャリッジがナットに取り付けられ、ガイドレールで保持されます。モーターを回転させるとプラットフォームがネジに沿って移動します。

ナットがネジの端に衝突しないよう、両端にリミットスイッチがあります。作動するとモーターへの電源が遮断され、損傷を防止します。

小型・軽負荷の電動リニアアクチュエーターは12Vまたは24V DCモーターを使用します。120V ACモーターも一般的ですが、多くの産業用電動アクチュエーターは230Vまたは460Vの三相電源を使用します。これらは重負荷に対応し、高い力を発揮できます。

電動リニアアクチュエーターと空圧シリンダーの主な違いは、前者が移動範囲の任意のポイントで正確に停止できることです。空圧シリンダーはストロークエンド間で正確に停止するのが困難です。

正確な位置制御はモーターで実現され、2つのオプションがあります。ステッピングモーターは回転時にパルスをカウントします。各パルスは角度移動に対応し、リードスクリューが距離に変換します。指定位置へ移動するには、モーターに移動パルス数を指示します。

もう一つはサーボモーターで、エンコーダーとコントローラーが位置を追跡します。サーボモーターはステッパーより高価ですが、より精密な制御が可能です。高精度が必要な用途では、産業用電動アクチュエーターはほぼ常にサーボモーターを使用します。

電動ロータリーアクチュエーターの詳細

リニアアクチュエーターと同様に、運動は電動モーターから生まれます。ただし、シャフトの回転はギアセットを通じてプラットフォームを回転させます。ギア比によって達成されるトルクと速度が決まり、両方とも高レベルが可能です。

一部のロータリーアクチュエーターではモーターがハウジングまたはプラットフォームサポート内に搭載され、他では外部にあります。モーターはDCまたはACです。必要な精度レベルに応じてステッパーおよびサーボモーターアクチュエーターが利用可能です。リニアアクチュエーターとは異なり、機構自体を保護するためのリミットスイッチは不要です。ただし、オーバートラベルを防ぐためにアプリケーション側でリミットスイッチが必要な場合があります。

リニアおよびロータリー産業用電動アクチュエーターの用途

リニアアクチュエーターは、ある場所から別の場所への並進運動を提供するために使用されます。電動リニアアクチュエーターは、空圧式と異なり移動途中で停止できるため、マテリアルハンドリング作業や、短距離を直線的に移動させる用途に適しています。

ロータリーアクチュエーターは、ロボット関節など精密な角度運動が必要な用途で使用されます。バルブ駆動やコンベアゲートの動作も例です。

産業用電動アクチュエーターを選定する際、仕様とオプションの検討は複雑になりがちです。JH Fosterのスペシャリストがお手伝いします。