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シャフトモーター
近年、産業機械や測定器の高性能化に伴い、高速化・高精度が求められるようになりました。そのような中、とくに注目されているのがシャフトモーターです。
シャフトモーターは磁石とコイルのシンプルな構造のモーターで、半導体製造装置や精密機器など幅広い分野で活用されています。
本記事では、シャフトモーターの原理や仕組み、選定基準やおすすめのメーカーを紹介します。
とりあえず話を聞きながら考えたい方やすぐにメーカーへ問い合わせをしたい方は、以下のボタンからお問い合わせください。担当者におつなぎいたします。
シャフトモーターとは？
シャフトモーターは、電磁力を利用して直線運動を実現するモーターです。機械式であるボールねじとは異なり非接触で駆動します。
磁力を利用するため摩耗が少なく、可動速度に優れており、さらに、長寿命でメンテナンス頻度が低くなることも特徴です。
シャフトモーターの構造・動作原理を解説
シャフトモーターはステンレスパイプに円筒状の磁石を入れたシャフト部と、それを取り囲むようにした円筒形のコイル部で構成されています。
コイル部に電流を流すことで磁場が発生し、シャフト上の磁石と相互作用して高速・等速・低振動の安定した直線運動を可能にします。シャフト部とコイル部は非接触のため、摩擦が軽減されます。
また、リニアスケールと組み合わせれば、高精度の位置決めが可能です。なお、コイル部への荷重はリニアガイドによって受け止められます。
駆動方式でシャフトモーターを4種類に分けて解説
本章ではシャフトモーターを駆動方式によって4種類にわけ、それぞれの特徴やメリットを紹介します。
単軸駆動
単一方向への直線運動をする基本的な駆動方式のシャフトモーターです。可動子を短いストロークで駆動させます。
長いストロークと比較して応答性に優れ、高精度な位置決めが可能です。微細な動きが要求される精密機器や、半導体製造装置の駆動などの高い位置精度が要求される装置に適しています。
マルチ駆動
一本のシャフト上で複数の可動子を独立してコントロールする駆動方法のシャフトモーターです。複雑な動きや長ストロークの動きに対応する場合に用いられます。
複数の作業を同時に実行できるため、生産性の向上に繋がると掃除に、設置スペースを削減できることもメリットといえるでしょう。
パラレル駆動
マルチ駆動のひとつで、複数のシャフトを並列に配置しているため、単一のモーターでは得られない高出力・高トルクな駆動が可能なシャフトモーターです。
各モーターは位置や速度を独立制御し、装置全体として動きます。重い物を高速で搬送する大型搬送装置や、プレス機などの大きな力を必要とする装置に適しています。
タンデム駆動
複数のシャフトを並べて直線上に配置し、長距離の直線運動を実現する駆動方式のシャフトモーターです。可動子同士が連結され、一体となって動作します。
長ストロークを必要とする装置や、搬送距離が長い装置、長いアームを持つロボットなどに適しています。
他モーターと比較した際のシャフトモーターの特長・メリットを紹介
シャフトモーターは従来のモーターとは異なり、シンプルな構造と高い性能を備えています。主な特徴・メリットは下記です。
構造がシンプルで高いメンテナンス性や耐久性を誇る
シャフトモーターは構造がシンプルゆえに、高いメンテナンス性や耐久性を誇ります。構造がシンプルなメリットは下記です。
高い位置精度が得られる
非接触駆動で高精度な位置制御が可能なのも、シャフトモーターのメリットのひとつでしょう。
サーボモーターでは構造上、ギアやボールねじのガタがあり精度誤差を発生させます。
一方、シャフトモーターは部品点数が少なく、サーボモーターと比較しても同程度かそれ以上の精度で運用可能です。ただ、精度はグレードによって異なるため導入前に確認が必要です。
さまざまな駆動方式に対応できる
シャフトモーターは、単軸駆動からタンデム駆動まで、多様な設計に対応しているため、用途に応じた最適な装置設計ができるでしょう。
既製のシャフトモーターを組み合わせれば、新規設備の開発期間を短縮できる可能性があります。
シャフトモーターの使用用途・応用例を確認
シャフトモーターは、サーボモーターでは実現できなかった構造が可能です。ここでは、シャフトモーターの使用用途や応用例を紹介します。
加工・製造装置
シャフトモーターは高精度の位置決め能力を活かして、さまざまな加工・製造装置に使われています。
測定・検査装置
シャフトモーターは等速性や低振動性を活かして、測定・検査装置に使われています。主に高精度な位置制御が求められるプロセスで性能を発揮します。
選定時に重要なシャフトモーターの選び方を解説
シャフトモーターは用途・環境によって選定する基準が大きく異なります。とくに、考慮したい内容は下記です。
定格推力
定格推力とは、シャフトモーターが連続して出力できる推力です。大きいほど重量物が運搬できます。
基本的にシャフト径が太くなるとシャフトモーターのサイズも大きくなります。動かす物体の重量などを考慮し、必要な推力に適したモーターを選定してください。
最大積載付加質量
最大積載付加質量は、シャフトモーターが安定して動かせる最大限の負荷質量です。
選定を誤るとモーターに過負荷をかけてしまい、寿命が短くなってしまったり、安全性が損なわれたりする原因に繋がるでしょう。
ワーク速度
ワークを運搬できる速度で、各シャフトモーターメーカーのグレードによって速さは異なります。
ワーク速度はカタログスペックには登場しない因子ですが、生産性を考慮するうえでは重要な因子です。導入前に各メーカーに最大速度を問い合わせてください。
ストローク
ストロークは、可動子が動く幅です。一般的に定格推力が大きく、シャフト径の剛性が高いモデルのほうがストロークは長くできます。
駆動範囲に応じて、必要なストロークを備えたシャフトモーターを選定しましょう。
立ち上がり時間
立ち上がり時間とは、電流をくわえてからシャフトモーターが動作するまでの時間です。
加速推力などと比較しながら検討することをおすすめします。迅速な動作が求められる場合、立ち上がり時間が短いモーターを選定してください。
シャフトモーターおすすめのメーカー7選
おすすめのシャフトモーターメーカーを7つ紹介します。メーカー選びの参考にしてください。
株式会社ジイエムシーヒルストン（GHC）
「ジイエムシーヒルストン」は、1991年に設立されたシャフトモーターの専門メーカーです。
独自の設計により高速・高精度な直線運動を実現し、精密加工機器や産業用ロボットなどさまざまな分野で採用されています。
GHCのシャフトモーターの特徴は、装置のシンプルさと高機能化です。とくに、等速性や応答性は、精密な位置決めを必要とするため高い評価を受けています。
三菱電機株式会社
「三菱電機」はシャフトモーター技術を活用し、製造業のDXを支えるソリューションを提供しています。
シャフトモーターでは、リニアモーションと回転モーションを統合する独自技術を持ち、高精度・高速な動作を実現しています。
さらに、IoTやAIを活用したデータ解析と組み合わせ、現場での生産性向上をサポートします。
三木プーリ株式会社
「三木プーリ」は伝動・制御機器のリーディングカンパニーとして、製造業のDXを推進する高性能なシャフトモーターを販売しています。
同社の「リニアシャフトドライブ」は、シャフトから発生する磁束を利用した位置検出により、外付け位置センサーを必要としません。
また、ドライバには位置決め運転機能が内蔵され、外部コントローラを必要とせずに複雑な位置決め運転が可能です。製造ラインの効率化や高精度な生産が実現し、製造業DXの推進に寄与します。
ハイウィン株式会社
「ハイウィン」は、台湾・台中市に本社を置くHIWINグループの日本法人です。機械要素部品やメカトロ製品の開発・製造をおこなっています。
同社の製造する円筒状の永久磁石とコアレス可動子を組み合わせた「円筒型リニアモーター」は高い評価を受けています。軽量で優れた動作が可能です。
日本パルスモーター株式会社
「日本パルスモーター（NPM）」は1952年の設立のメーカーです。「動かす」と「制御する」をテーマに、精密小型モーター・モータードライバー・コントローラなどの開発・製造・販売をおこなっています。
シャフトモーターでは、コアレス設計によりコギング（細かい脈動）がなく、高速・高精度な直線運動が可能です。
コムス株式会社
「コムス」は、シャフトモーター技術を活用した高精度な位置決めステージで業界をリードしているメーカーです。
精密加工や半導体製造装置で求められるミクロン単位の精度にも対応可能なシャフトモーターを製造しています。保守コストの削減や、省スペース化も見込めるでしょう。
FUJIリニア株式会社
「FUJIリニア」は、2020年2月に株式会社FUJIのロボット事業で培ったリニアモーターの開発・製造ノウハウを基に設立されたメーカーです。
円筒型コアレスリニアモーターの開発・製造・販売を専門としています。
独自のマグネット配列を採用し、超低速度の動作ができるシャフトモーターがFUJIリニアの特徴です。
高速・高加減速の制御や、精密な位置決めができます。高速な応答が求められる産業機器には最適といえるでしょう。
まとめ｜クリーンでコンパクトな生産設備を作製しよう
シャフトモーターは、クリーンでコンパクトな生産設備の構築に適した技術です。非接触構造により摩耗や汚染を最小限に抑え、メンテナンスコストも削減できます。
さらに、精密な位置制御が可能で、省スペース化や高効率な生産ラインの実現に寄与します。
シャフトモーターを活用することで、次世代のクリーンで持続可能な製造環境を構築する一歩を踏み出せるでしょう。
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