産業用途向け高精度ロータリーアクチュエータの選び方

1. 構造上の特長を基準にロータリーアクチュエータのシリーズを絞り込む

皆様、こんにちは。HONPINEのテクニカルディレクター、Theodore Liです。

産業用途向けの高精度ロータリーアクチュエータを選定する際は、まず各製品シリーズの構造上の特長を理解し、設置要件に応じて候補を絞り込むことが大切です。

本日は、HONPINEで販売実績の高い精密ロータリーアクチュエータ4シリーズをご紹介し、それぞれの主な違いを説明します。

HASシリーズ – ソリッドシャフト、コンパクト設計

HASシリーズは、ソリッドシャフト構造を採用したコンパクトな設計が特長です。設置スペースが限られており、アクチュエータ内部にケーブルや空圧配管を通す必要がない用途に適しています。

HATシリーズ – ケーブルを内部に配線できる中空シャフト

HATシリーズは中空シャフト構造を採用しており、ケーブルや空圧配管をアクチュエータの中心に通すことができます。そのため、内部配線や空圧接続が必要な自動化設備に適しています。

HAMシリーズ – 大径中空穴

HAMシリーズは、より大きな中心貫通穴を備えており、ケーブル、エア配管、その他の内部接続に、より広い設置スペースを確保できます。内部配線に高度な要件が求められる装置に特に適しています。

HPGシリーズ – 工作機械向けの高精度・高剛性

HPGシリーズは、高い位置決め精度と構造剛性が重要となる工作機械用途向けに設計されています。厳しい運転条件下でも安定した性能が求められる精密ロータリー位置決めシステムに適しています。

2. 必要トルクを計算し、適切な減速比を選定する

アクチュエータのシリーズを絞り込んだら、次に負荷に必要な実トルクを計算し、適切な減速比を選定します。

アクチュエータには、運転中に負荷を支えるだけでなく、加速および減速時に発生する抵抗に打ち勝つための十分なトルクが必要です。

ステップ1：理論負荷トルクを計算する（重力トルク＋加速トルク）

起動時および停止時、アクチュエータは主に次の2つのトルクに打ち勝つ必要があります。

1. 重力トルク（TG）

重力トルクは、アクチュエータが偏心荷重を支える場合、または重力に逆らって回転運動を行う場合に発生します。

計算式：

TG = M × g × L × cosθ

各記号の意味：

M = 負荷質量（kg）

g = 重力加速度（9.8 m/s²）

L = 負荷の重心から回転軸までの距離（m）

θ = 重力の方向とレバーアームとの間の角度

負荷の重心が回転軸上にある水平回転のみの場合、重力トルク成分は無視できます。

2. 加速トルク（Ta）

加速トルクとは、負荷を停止状態から目標速度まで所定の時間内に加速するために必要なトルクです。

計算式：

Ta = J × α

各記号の意味：

J = 負荷の慣性モーメント（kg·m²）。適切な材料特性を設定したうえで、3D CADソフトウェアを使用して算出できます。座標系の原点が回転軸上に位置していることを確認してください。

α = 角加速度（rad/s²）。必要な機械サイクル時間に基づいて計算します。たとえば、アクチュエータを0.2秒以内に目標速度まで加速させる必要がある場合、それに応じて必要な角加速度を計算します。

ステップ2：起動・停止時に必要な合成ピークトルクを計算する（ΣT）

重力トルクと加速トルクを計算したら、それらを合算し、産業用途に応じた適切な安全率を掛けます。

計算式：

ΣT = (TG + Ta) × 安全率

安全率の目安：

運転条件

推奨安全率

1.2 – 一般的な搬送など、負荷変動が比較的少ない場合。

1.5 – 頻繁な正逆回転など、中程度の衝撃荷重がかかる場合。

2.0以上 – 重切削やプレス加工に伴う搬入・搬出など、重荷重または大きな衝撃が発生する場合。

精密ロータリーアクチュエータの選定手順では、初期の製品選定やトルク計算から、最終的な構成および設置上の検討事項まで確認します。

ステップ3：計算したトルクをアクチュエータの仕様と照合する

計算したΣTは、加速・減速時に必要となるピークトルクを示します。この段階では、アクチュエータのデータシートを確認し、次の2つの重要なパラメータを検証します。

1. ピークトルクの確認（起動・停止時）

要件：

ΣT ≤ アクチュエータの許容最大瞬間トルク

メーカーの仕様によって、「最大瞬間トルク」または「最大加速トルク（T2B）」と記載されている場合があります。

数秒間のみ許容される最大瞬間トルクと、起動・停止を繰り返す条件に適用される最大加減速トルクは、区別することが重要です。

アクチュエータを選定する際は、計算したトルクがメーカーの定める該当上限値を下回っている必要があります。加速・減速を頻繁に繰り返す場合は、許容トルクのうち低い方の上限値に特に注意してください。

計算したΣTがアクチュエータの間欠ピークトルク定格（たとえば、2秒未満のみ許容されるピークトルク）を下回る場合、メーカーのデューティサイクルおよび運転上の制限に従うことを条件に、短時間の必要負荷を機械的に処理できる可能性があります。

2. 定格トルクの確認（連続運転）

要件：

実際の連続運転トルク ≤ アクチュエータの定格トルク

ピークトルクが許容範囲内であっても、連続運転トルクも確認する必要があります。

アクチュエータを定格トルクを超える状態で連続運転すると、過熱やハーモニック減速機のフレクスプラインの疲労促進が発生し、耐用年数が大幅に短くなる可能性があります。

産業用機器では、設計初期の一般的な目安として、十分な運転余裕を確保するため、連続運転トルクを定格トルクのおよそ80%未満に抑えます。

重要：必要な負荷トルクは、十分な安全余裕を確保したうえで、起動・停止時の許容ピークトルクを下回る必要があります。同時に、連続運転トルクはアクチュエータの定格トルク以内に保つ必要があります。

ロータリーアクチュエータの選定では、取付構造も重要な検討事項です。

HONPINEは、さまざまな設置要件に対応するため、異なる構造構成を用意しています。

HAM – 円筒形、フランジなしの設計

HAMシリーズは、取付フランジを一体化していない円筒形ボディを採用しています。お客様が独自の取付構造を設計する場合や、より柔軟な設置方法を希望する装置に適しています。

HAMF – 取付フランジ一体型

HAMFシリーズは取付フランジを一体化しており、機械的な設置と位置決めを容易にします。

HAMとHAMFのどちらを選ぶかは、装置の機械的レイアウト、取付スペース、設置要件に基づいて判断してください。

4. 電磁ブレーキは必要ですか？

電磁ブレーキが必要かどうかは、装置の運転条件と安全要件によって異なります。

HONPINEのロータリーアクチュエータでは、保持トルク定格に対応したブレーキ仕様を用意しています。モデルを選定する際は、指定された制動トルクを確認し、負荷保持の要件を満たすことを確かめてください。

型式表記では、

Bはブレーキ付き仕様を示します。

Aはブレーキなし仕様を示します。

モーターの電源が切れた状態でもアクチュエータの位置を保持する必要がある用途では、電磁ブレーキが必要となる場合があります。

代表的な用途には、垂直位置決めシステム、昇降機構、停電後に負荷が重力で移動する可能性のある装置などがあります。

ブレーキ仕様は、実際の負荷、必要な保持トルク、装置の安全設計に応じて選定してください。

[画像：電磁ブレーキ付きロータリーアクチュエータとブレーキなしロータリーアクチュエータの比較]

5. モーターのエンコーダ分解能と種類を確認する

エンコーダの選定は、ロータリーアクチュエータのフィードバック分解能と位置監視能力に直接影響します。

HONPINEでは、次の2種類の多回転アブソリュートエンコーダを用意しています。

23ビット多回転アブソリュートエンコーダ

17ビット多回転アブソリュートエンコーダ

どちらも多回転アブソリュートエンコーダで、電源を切った後も位置情報を保持します。

電源喪失後に位置の再設定が必要となるインクリメンタルエンコーダとは異なり、多回転アブソリュートエンコーダは複数回転にわたる絶対位置情報を保持できるため、システムの起動と位置管理の簡素化に役立ちます。

適切なエンコーダ分解能は、装置の位置決め要件、制御アーキテクチャ、全体的な精度要件に応じて選定してください。

また、エンコーダ分解能と実際の位置決め精度を区別することも重要です。最終的な位置決め性能は、伝達システム全体、機械剛性、バックラッシ、制御方式などの要因に左右されます。

6. ケーブル引出方向を確認する

最後の検討事項はケーブルの引出方向です。これは、設置のしやすさや装置内部でのケーブル管理に直接影響します。

HONPINEのロータリーアクチュエータでは、次の2種類のケーブル引出仕様を選択できます。

端面引出：アクチュエータの端面からケーブルを引き出します。軸方向への配線が容易な装置レイアウトに適しています。

側面引出：アクチュエータの側面からケーブルを引き出します。軸方向のスペースが限られている場合や、側面方向への配線が望ましい場合に適しています。

ケーブル引出仕様を選定する前に、アクチュエータの設置方向、周辺の機械部品、使用可能なスペース、ケーブルの曲げ半径を確認してください。

適切なケーブル引出方向を選ぶことで、組立を簡素化し、装置の運転中にケーブルが干渉するリスクを低減できます。

産業用途向け高精度ロータリーアクチュエータの選定でお困りですか？

高精度ロータリーアクチュエータの選定では、定格トルクだけでモデルを決めることはできません。

アクチュエータの構造設計、負荷慣性、加速要件、減速比、取付構成、ブレーキの要否、エンコーダ分解能、ケーブル配線も考慮する必要があります。

HONPINEでは、さまざまな産業用モーション制御および位置決め要件に対応するため、HAS、HAT、HAM、HPGを含む複数の精密ロータリーアクチュエータシリーズを提供しています。

産業機器向けの高精度ロータリーアクチュエータを選定中の方は、HONPINEまでお問い合わせください。最新の製品データシートをご案内し、技術チームが最適なアクチュエータ構成についてご相談に応じます。