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概要
自動化に欠かせないモノの一つに挙げられるシリンダ。シリンダにはいろいろな種類がありますが、手作業で実施していた作業を自動化する場合など、比較的小規模の自動化に使用されることが多いものにエアシリンダ、および電動シリンダがあります。今回は電気を動力として動作する電動シリンダについて紹介していきます。
電動シリンダとは
・シリンダの定義
今回登場するシリンダの定義ですが、自動装置などで使用されている、ある点からある点までの直線間のみを移動するシリンダのことを指します。
こちらはエアシリンダの例。自動で物を移動させたり、固定させたり様々な用途で使用される。
・電動シリンダ
動力源として電気を使用してモーターを動作させ、モーターの回転を直線運動に変換して動作するのが最大の特徴です。
動力源に電気を使用することで、エアー源が無い場所での使用ができる、シリンダまでのエア配管が不要になるなどエアシリンダと比較しメリットも多い。エアシリンダとの違いについては下記でもう少し詳細に記載しています。
こちらは 電動シリンダ(IAI製のエレシリンダ。2点のみの位置決めですが、簡単に使用ができる)の例。
使い方
・基本の信号
基本はPLCに接続し、地点Aから地点Bまでの移動開始信号、もしくは地点Bから地点Aまでの移動開始信号をオンにするだけです。
シリンダは動作開始信号が入力されると指定した地点までの移動を開始し、指定した地点まで到着して動作終了します。
指定した地点A,もしくはBに到達すると到達したことを知らせる信号を出力します。
電動シリンダ導入を検討されている方には、使用したいが難しいのでは、と考えている方もいるかと思いますが、基本さえ押さえてしまえば簡単ですよ👍👍👍
・応用編
電動シリンダは動作速度を自在に可変できるので、動作開始直後と目的地直前に加速度を緩めることで、運んでいるワークへのダメージを減らしたり、挙動変化を抑えることができます。
動作速度自体も正確なので、タクトタイムの安定化にもつながります。
移動途中に信号を出すこともできるので、電動シリンダの動作中に別装置を動作させるなどができ、自動装置の時間短縮が可能です。
動作開始場所、終了場所の変更も自在でプログラミングの自由度が格段に向上します。
押し付け動作も可能、かつ押し付け力も可変可能なためワーク固定用途などでも使用可能です。
これらは電動シリンダのメーカーによって、仕様が異なるため詳細は各メーカーごとに確認してください。
精度・動作スピード
・繰り返し位置決め精度 ±0.02mm～±0.05mm
単軸動作で構造を単純にすることができるため、非常に高い精度が実現できます。
・最小移動量
モーターの最小分解能(最小移動指令での回転量) 、および直進機構(アクチュエータ)でのリード量(軸1回転で移動する距離)にて最小移動量が決まってきます。これらが小さいほど微小精度での制御が可能となります。
・移動スピード
動作するスピードと最小移動量とはトレードオフの関係があり、移動スピードを速くするためには、最小移動量も大きくする必要があるため、位置決め精度は落ちます。
このため、移動スピードは製品仕様により様々ありますので参考としてですが、
1500[mm/sec]～3000[mm/sec]
くらい出るものもあります。
エアシリンダとの違い
・駆動源
エアシリンダは圧縮空気を使用するのに対して、電動シリンダは電気(AC100V,200V,DC24V等)を使用します。工場で使用することが多いかと思われますので圧縮空気、電気のどちらも使用可能であることが多いかと思いますが、圧縮空気の場合、エア配管、シリンダ位置確認用センサ(オートスイッチ等)の設置が必要になるのに対して、電動シリンダは電気配線一本のみのため設置が楽です。
・制御に必要な機器
エアシリンダは圧縮空気を制御するための電磁弁、シリンダ位置を確認するためのセンサをPLCなどで制御する必要があります。一方、電動シリンダは位置制御をするためのコントローラが必要となり、コントローラをPLCなどで制御することになります。
エアシリンダの場合、必要な能力を計算し電磁弁の選定、エア配管に使用する部品の選定などが必要となります。
電動シリンダの場合にも必要な能力から選定が必要となりますが、エアシリンダと比較して周辺部品が少ないため選定時間が削減できます。
・コスト
初期費用
エアー(圧縮空気)設備がすでに整っている場合、エアシリンダ単体の方が安いです。
電動シリンダはモーターを内蔵していること、モーターを制御するコントローラが必要なため、1台あたりの単価は高いです。
ランニングコスト
エアシリンダは、エアーを常時供給するための設備が必要で基本24時間稼働のためランニングコストが電動シリンダと比較すると高いです。
電動シリンダは動作時のみ電力を消費、設定にもよりますが動作中のコスト(必要電力)も同程度の能力を持つエアシリンダと比較して低く抑えることが可能です。
トータルとして長期間稼働させるのであれば、電動シリンダの方がコストは安く抑えることができます。実際のコストを計算する場合は、稼働率など複雑な計算が必要となるため、導入前にはメーカーと相談、導入後には実使用電力などを測定して結果を積み重ねていく必要があります。
メンテナンス費
エアシリンダの方が部品点数が少ないため、部品交換費用は安くすみます。しかし、エアシリンダはスピード制御が苦手、位置決め位置到達時の衝撃、力制御ができないといった機構的特徴から電動シリンダよりも不具合が出やすい傾向にあります。
電動シリンダは部品点数が多いため、部品交換が必要となる場合には交換費用は高くなりますが、そもそもエアシリンダと比較して、動作スピード、位置到達時の衝撃緩和などの力制御が細かく制御が可能となり、壊れにくいです。
持ち運び用のエアーコンプレッサーもある。
エアシリンダ、電動シリンダどっちがよい？
新規導入を検討されている場合、電動シリンダをおススメします。
ただし、上記に記述した特徴以外にも注意点があるので実際にはメーカーの方とよく検討することをおすすめします。（環境(防爆、温度、湿度、ホコリ、油、高所、放射線)など)
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