電動アクチュエータ故障の主な原因と予防策：ダウンタイムを最小化するために

製造機械、農業機器、電気自動車、ロボットまで、電動アクチュエータは現代社会を文字通り、そして比喩的にも駆動しています。この依存関係は当面変わらないでしょう。つまり、電動アクチュエータの仕組みをより深く理解することがますます必要になります。

この理解を深める上で、電動アクチュエータの一般的な問題を学ぶことは不可欠です。特に産業事業に関わる方々にとって、電動アクチュエータがピークコンディションで機能していない理由を知ることは、ダウンタイム削減と生産性向上に直結します。

本記事では、電動アクチュエータの性能に影響を与える最も一般的な問題について説明します。

電動アクチュエータの構成部品

故障した電動アクチュエータの問題を理解する第一歩は、特に問題が発生しやすい部品について学ぶことです。

電動アクチュエータの基本部品には、「電気系」（ドライブとモーター）と「機械系」（カップリングとアクチュエータ）の2つの主要カテゴリーがあります。

モーター

電動アクチュエータを駆動するモーターは、スピンドルまたはローターの回転により回転運動を生成します。モーターはドライブシャフトを通じてヘリカルスクリューに接続され、それがボールスクリューナットで回転します。スピンドルが回転するとボールスクリューナットが前後に駆動され、それに取り付けられた中空ピストンに従ってリニアアクチュエータが動作します。

モーターの出力と発生トルクが動作推力を決定します。より強力なモーターは、トルクの小さいモーターとは異なる用途を持ちます。

ドライブ

電動ドライブはモーターを制御します。回転速度とトルクの変化を生み出し、これがリニアアクチュエータの速度と推力の変化につながります。これらの変化は、アクチュエータを異なるアプリケーションに適応させるために不可欠です。

フィードバック機構（通常はエンコーダーまたはリゾルバー）が位置情報をドライブに提供し、アクチュエータを指令位置に操作します。ドライブは移動、停止、原点復帰などをプログラム可能です。

カップリング

カップリングは回転モーターと電動アクチュエータのボールスクリューを接続します。

アルミニウム、ステンレス鋼、その他金属など様々な材料で作られます。適切なカップリングは精密動作に必要です。加速の滑らかさ、速度制御と変動、荷重限界、衝撃と振動のアイソレーションに影響し、複数アクチュエータの同期にも必要です。

アクチュエータ（リニアアクチュエータ）

アクチュエータ（リニアアクチュエータとも呼ばれる）は、モーターからの回転運動を、推力、速度、荷重容量、摩擦抵抗などの要因に応じて様々なアプリケーション向けの直線運動に変換します。

アクチュエータはモーターから提供される速度とトルクを、ネジ、ベルト、ラックアンドピニオンなどの動力伝達機構に伝達します。リニアアクチュエータの基本構成要素は、アクチュエータ本体、動力伝達方式（ネジ、ベルト、ラック&ピニオン）、ネジを支持するベアリング、負荷を支持するベアリングシステム、関連コンポーネントを取り付けるキャリッジで構成されます。メーカーは一般的に動力伝達方式とベアリング構造を変えることで、アプリケーション要件に基づいた異なる速度と負荷搬送特性を提供できます。

電動アクチュエータの一般的な問題

問題：片持ち荷重（カンチレバー荷重）

一般的原因： アクチュエータが負荷に対してアンダーサイズ。

カンチレバー荷重問題の最も可能性の高い原因はアンダーサイズのアクチュエータです。コスト効率を優先してアクチュエータの適切なサイジングが疎かにされることがよくありますが、アンダーサイズのアクチュエータは動作できません。多くのメーカーが、アプリケーション基準を満たす適切なアクチュエータ選定を支援するソフトウェアベースのサイジングツールを提供しています。

正しいアクチュエータサイズを見つけるには、以下を満たす必要があります：

• 動的・静的負荷を一貫して支持できること
• 可動範囲全体でアプリケーションを支持する十分な速度とトルクを発生できること
• メーカーまたはエンドユーザーが定めるサービス係数と安全係数を満たすこと

問題：ベルトが動かない

一般的原因： 過剰なモータートルクでベルトの歯が剥がれた、またはベルトテンションが不適切。

ベルトが動かない最も一般的な原因は、モーターが過剰なトルクを生成し、ベルトの歯を剥がしてしまうことです。モーターのトルク仕様がアクチュエータの最大トルク入力仕様を超えていないか確認し、必要に応じて調整することで対処できます。

ベルトサイズが適切でない、またはベルトテンションが適切でないことも原因となります。ベルトには許容張力と引張強度の定格があり、産業用途で使用する際はこれらを考慮する必要があります。ロッドレスアクチュエータでは、製造不良がベルト不動の原因となることもあります。

問題：アクチュエータ内に微粒子が混入

一般的原因： ベルトが露出している、または微粒子を除去するための正圧がない。

微粒子がアクチュエータシステムに混入する原因は、露出したベルトである可能性が最も高いです。露出したベルトは環境から微粒子を引き寄せます。これらがアクチュエータ内部に入ると、動作が損なわれる可能性があります。

もう一つの一般的原因は、微粒子を除去するために必要な正圧がシステムに不十分または存在しないことです。

問題：モーター焼損

一般的原因： モーターのデューティサイクルが不適切、または電圧が間違っている。システムに汚染がある可能性も。

焼損は、モーターが動作可能な時間と休止時間の割合を表す不適切なデューティサイクルによって引き起こされることがあります。メーカーがデューティサイクル制限を提供しており、異なるアプリケーション向けモーター選定時に考慮すべきです。

間違った電圧もモーター焼損の原因です。推奨値より高い電圧がモーターに供給されると焼損する可能性があります。

微粒子の汚染は抵抗を増大させ、モーターにより多くのトルクを要求させます。十分な量の微粒子がシステムに入れば、最終的に焼損を引き起こす可能性があります。

問題：コンポーネント故障

一般的原因： 経年劣化、不適切なサイジング、コンポーネントの持続的な酷使

電動アクチュエータコンポーネントが故障する原因は複数あります。一つはコンポーネントの経年劣化。時間とともに摩耗し、交換が必要になります。二つ目は持続的な酷使。推奨定格を超えて使用されると故障しやすくなります。

不適切なサイジングもコンポーネント故障の一般的原因です。アクチュエータは精密な測定で動作します。わずかな差異でも最終的にはコンポーネント故障を招く可能性があります。

結論

電動アクチュエータは様々な業界で多用途に使用されています。日常的な問題を把握し、ダウンタイムを最小限に抑えることが重要です。基本部品とそれらがどう故障するかを理解することは、問題予防の最も本質的なステップの一つです。電動アクチュエータは、サイジング、摩耗、汚染、互換性などの問題に直面する可能性があります。

電動アクチュエータの理解を深めることは良いことですが、診断、修理、交換はJHフォスターのような専門家に任せるのが最善です。当社は1938年以来、ビジネスを支えてきました。産業オートメーションと圧縮空気システムのエキスパートです。

電動アクチュエータの問題やその他のお悩みについて、当社チームまでお気軽にお問い合わせください。