ボールねじリニアアクチュエータの負荷、速度、ストローク要件の理解

Date: Dec 03 2025

ボールねじ式リニアアクチュエータは、精密オートメーションに不可欠なコンポーネントです。再現性と精度の高い直線運動を実現する能力から、半導体製造、LCD組立、PCB加工、医療機器、自動車システム、産業用試験プラットフォームなど、幅広い分野で利用されています。小型検査装置に組み込む場合でも、大型生産ラインに組み込む場合でも、アクチュエータの性能は、システム要件とアクチュエータの機械的性能がどの程度一致するかに大きく左右されます。

2003年の創業以来、Ruanは高品質なモーションコンポーネントを通じて産業精度の向上に注力してきました。2つの工業団地と300人以上の従業員を擁する同社のPiブランドは、アクチュエータ、位置決めモジュール、リニアモーター、電動シリンダー、ロボット拡張部品、自動化部品を専門としています。この専門知識は、実際の産業環境に最適なボールねじ式リニアアクチュエータの選定と構成に関する重要な洞察を提供します。

この記事では、アクチュエータ選定における最も基本的な3つの要素、すなわち負荷、速度、ストロークについて説明します。これらのパラメータを明確に理解することで、機械の信頼性の高い性能を確保し、早期摩耗を回避し、長期的な精度を向上させることができます。

1. 荷重要件：静的、動的、および横方向の荷重

負荷は、エンジニアが最初に考慮しなければならないパラメータの一つです。ボールねじアクチュエータは回転運動を直線移動に変換しますが、サポートできる力の量は、ねじの直径、ピッチ、ナットの構造、ベアリングの設計、レールの剛性によって異なります。

荷物の種類

静的荷重

これは、アクチュエータが位置を保持している間に作用する力を指します。垂直方向の昇降、組立治具、または長時間の保持サイクルなどの用途では、高い静的負荷容量が求められます。アクチュエータが小さすぎると、保持安定性が低下し、長期的なネジの変形の可能性が高くなります。

動的荷重

動荷重は移動中に発生します。高い加速、減速、そして急激な方向転換は、ネジとナットに応力を加えます。ピックアンドプレース、検査スキャン、高速インデックスに使用されるアクチュエータは、静荷重よりも高い動荷重定格をサポートする必要があります。

横荷重とモーメント荷重

ボールねじは横方向の力に耐えられるように設計されていません。横方向の荷重は、リニアガイドまたは外部ベアリングで支える必要があります。過度の横方向の荷重は、以下の原因となる可能性があります。

• 摩擦の増加

• 不均一な摩耗

• 再現性の低下

• アクチュエータの寿命が短い

負荷の評価方法

エンジニアは次の点を考慮する必要があります。

• ペイロード重量

• 工具力またはプレス力

• 加速時の慣性

• 垂直方向と水平方向

• 中心からずれた荷重や多軸の荷重経路

負荷要件を正確に計算することで、ユーザーは長年の動作にわたって剛性と精度を維持するアクチュエータを選択できます。

2. 速度要件：動作プロファイル、スクリューピッチ、摩擦

速度はアクチュエータがある位置から別の位置に移動する速さを決定しますが、安定した高速化を実現するには、ネジピッチ、モーターの選択、機械設計を慎重に組み合わせる必要があります。

速度に影響を与える要因

ねじピッチ

ネジピッチが大きいほど、モーターの回転あたりの移動距離が増加します。

• 高ピッチ = 速度が速い、機械的利点が低い

• 低ピッチ = 低速、高精度、高力

アプリケーションで高速移動と中程度の力が求められる場合は、高いピッチが適している可能性があります。超高精度の位置決めには、低いピッチ設計が適しています。

モータータイプ

サーボモーターは、閉ループ制御、スムーズな動作、高速安定性を提供し、動的な自動化に最適です。ステッピングモーターは、中速でコスト重視のシステムに適しています。

ストローク長とスクリューホイップ

長いネジは高速回転時に大きな振動（スクリューホイップ）を生じます。この振動により、ネジ径、支持方法、ベアリング配置に応じて、速度に実質的な制限が生じます。

積載重量

負荷が重い場合は、ネジとナットにかかるストレスを避けるために、加速を遅くする必要があります。

実際のシステムが考慮すべきこと

• 必要なサイクルタイム

• モーターのトルク曲線

• 加速とジャークの設定

• 最大許容スクリュー速度

• スムーズな低速動作の必要性（検査システムで一般的）

速度要件を正しく一致させることで、共振を防ぎ、摩耗を減らし、正確な位置決めを保証します。

3. ストローク要件：移動距離、剛性、機械レイアウト

ストロークはアクチュエータの移動距離を定義します。このパラメータは、機械設計における幅広い決定に影響を与えます。

キーストロークの考慮事項

有効ストロークと総ストローク

使用可能な移動距離（有効ストローク）はアクチュエータの全長よりも短くなります。設計者は以下の点を考慮する必要があります。

• 移動終了時の安全マージン

• モーターとカップリングの長さ

• 実装面積の制約

ロングストロークでも剛性を維持

ストロークを長くするには、より剛性の高いネジとより強固なハウジングが必要です。剛性が不十分だと、次のような問題が生じます。

• 振動

• 再現性の低下

• 位置ドリフト

• 負荷時の不安定な動き

ロングストロークのアプリケーションの場合、サポートされたスクリュー設計や、ベルトアクチュエータやリニアモーターなどの代替技術が検討される場合があります。

ストロークとサイクル周波数

長い移動距離にわたってサイクル周波数が高くなると、次のことが増加します。

• 熱の蓄積

• ナットの摩耗

• 潤滑油消費量

したがって、メンテナンス間隔もそれに応じて調整する必要があります。

4. 負荷、速度、ストロークの相互作用

これら3つのパラメータは独立してはいません。実際のエンジニアリングアプリケーションでは、相互に影響を及ぼします。

例

高負荷 + 高速

この組み合わせは強力な動力を生み出します。そのためには以下が必要です。

• より大きなネジ径

• 低バックラッシュのプリロードナット

• 強化ガイドレール

ロングストローク + 高精度

これには次のものが必要です:

• たわみを防ぐための大きなネジ

• 安定した住宅設計

• むち打ちを避けるための制御された加速

高速 + 高精度

サーボ制御の調整が重要になります。潤滑と温度安定性もさらに重要になります。

これらの要素がどのように連携するかを理解することで、アクチュエータの長期的な信頼性と産業グレードのパフォーマンスが保証されます。

5. 適切なボールねじアクチュエータの選択が重要な理由

Ruan は精密部品に関する豊富な経験を有しており、各アクチュエータは次のような設計になっています。

• 最適化されたスクリュー形状

• 高剛性ハウジング

• 精密グラウンドレール

• 安定した移動精度

• 信頼性の高い耐用年数

半導体、医療機器、LCD、PCB、オートメーションなどのアプリケーションでは、極めて信頼性の高いモーションコンポーネントが求められます。適切に選定・構成されたアクチュエータは、以下の問題を防止します。

• 不正確な組み立て

• 表面欠陥

• 検査結果が不安定

• スループットの低下

エンジニアは、負荷、速度、ストロークの要件を理解することで、すべてのアクチュエータが理想的なパフォーマンス範囲内で動作することを保証します。

結論

ボールねじ式リニアアクチュエータの選定は、サイズやストロークを選ぶだけでは不十分です。信頼性の高い動作を実現するには、負荷容量、速度性能、ストローク長を総合的に評価する必要があります。精密エンジニアリングにおける数十年にわたる経験を持つRuanは、標準化およびカスタマイズされたアクチュエータソリューションを提供することで、産業分野のユーザーが様々な分野の厳しい要件を満たすことを可能にします。

エンジニアは、機械原理に基づいた情報に基づいた意思決定を行うことで、長期的な精度、メンテナンスの削減、安定した機械動作を保証します。