サーボシリンダ – metoree本番管理

サーボシリンダとは

サーボシリンダ (英: Servo Cylinder) とは、モーターの回転運動をボールネジによって直線運動に変換する電動式のシリンダのことです。

時間・位置・荷重の数値設定が可能で、油圧シリンダでは成立しなかった精密な動作が実現されます。これにより、不良率の低減や歩留まりの向上、検査工程の簡略化など、さまざまなメリットを提供します。なお、各種用途にあわせてサーボコントローラを選定することが大切です。

近年、製造現場を改善するために、サーボモーターとサーボシリンダを組み合わせたハイブリッド方式の生産設備などの導入が進んでいます。

サーボシリンダは主として、各種の産業機械で使用されています。具体的な使用事例は、ギアとプーリーを圧入するための圧入機構です。様々な機構部品との組合せで使用される場合も多くあります。

応答性に優れたモーターを採用しているため、油圧シリンダ・空圧シリンダでは実現できなかったような高精度な位置決めが可能です。一方で、サーボコントローラを通じた制御の構築が必要で、設備設計時の検討工数が増える傾向にあります。

サーボコントローラを経由してサーボシリンダに時間、位置、荷重などの情報を設定すれば、サーボシリンダを意図する形で制御可能です。

制御方式は大きく、荷重制御方式と位置制御方式の2つに分類されます。事例として、良く使用される荷重制御方式の設計フローを説明します。

サーボシリンダはモーターを通じてボールネジを回転させることで直線運動を行っており、主としてボールネジ・リニアガイド・サーボモーターで構成されています。サーボシリンダには小型、中型、大型の様々なタイプが存在しますが、基本的な構造は同じです。

ボールネジは、サーボモーターの回転運動を直線運動に変換します。動力伝達精度が高いことと位置決め精度が高いことが特長です。ボールネジは、例えばタイミングプーリおよびタイミングベルトを介してサーボモーターに連結されます。カップリングによってサーボモーターの回転軸に直接連結されるものもあります。

リニアガイドは、ボールネジの直線運動をサポートします。ボールネジは動作方向以外の方向に対する耐性があまり高くありません。そのため、ボールネジの直線運動に支障を来さないようにリニアガイドが補助的な役割を果たします。

サーボモーターは、エンコーダを備えています。エンコーダを用いた回転制御によって、モーターの回転量の制御が可能です。また、ボールネジによる直線動作距離を自在に制御できます。

サーボシリンダには大きく分けて2つのタイプがあり、ロッドタイプとスライダタイプに分類されます。

ロッドが伸縮するタイプです。押付動作などに適していますが、設置スペースは大きくなります。ラジアル荷重を受けるためには、リニアガイドを併用したり、ガイド付きのものを選定する必要があります。

ロッドタイプの場合、必要推力を超える推力を出せるものを選定すれば問題はありません。

リニアガイドのガイドレールに沿って直線移動するスライドを使用するタイプです。スライダに移動物を直接取り付けて使用できます。

スライダタイプの場合、使用条件がリニアガイドの許容範囲内に収まるものを選定します。具体的にはまず、スライダに取り付けた移動物の重心位置と重量からスライダにかかるモーメントを算出して、許容モーメント荷重を超えない型式を選定します。

その後、使用速度での可搬重量を確認し、移動物の重量が可搬重量を超えないようにします。なお、可搬重量は垂直取付と水平取付で大きく変わる可能性があるため、注意が必要です。

参考文献
https://www.orientalmotor.co.jp/products/actuator/list/