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シャフトモーターとは？ おすすめメーカーや動作原理・構造などを解説
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。
目次
シャフトモーターとは？ 動作原理や構造を解説
シャフトモーターとは、シャフト（円柱状の軸）とステーター（固定子）によって構成されるリニアモーターの一種です。
シャフトの周囲に設けられたコイルとマグネットの相互作用で推進力を得る仕組みであり、ロータリー型モーターのような回転運動ではなく、直線運動を直接得られることがシャフトモーターの特徴です。
一般的なロータリーモーターの場合、回転運動をリードスクリューやベルトなどを介して直線運動に変換します。しかしシャフトモーターでは、モーター自体が直線方向の力を発生させるため、機構がシンプルになります。
また、構造上、摩耗部分が少ないため、メンテナンス性の向上や長寿命化が期待できる点も特徴のひとつです。
シャフトモーターの基本的な動作原理としては、シャフト内部に配置されたマグネットとステーターコイル間の電磁力を制御することで、シャフトを前後に動かします。
高精度な位置決めや高速応答が求められる用途に広く活用される一方、コイルや磁気回路の設計・選定が重要となるため、最適化には専門的な知識が必要です。
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。
他のモーターと比較した際のシャフトモーターのメリット・デメリット
シャフトモーターを他のモーター（例えばサーボモーターやステッピングモーターなど）と比較した場合、以下のようなメリットが挙げられます。
一方でメリットとしては、以下のような点があります。
このようにシャフトモーターは、他のリニアモーターと比較しても高精度・高速・メンテナンス性を兼ね備えた優れた選択肢となり得ます。一方で、導入コストや設計の複雑さもあるため、用途や必要な性能に合わせた選定が重要です。
使用用途・応用例を確認
シャフトモーターは、以下のような多様な分野で活用されています。
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。
長いストロークでも推力と精度を両立できる磁極設計を重視する
シャフトモーター特有の長いストロークでも推力と精度を維持するためには、磁極設計を重視するという選び方があります。
ステータとマグネットスライダの組み合わせやエンコーダの分解能といった要因によって、その設計が変動し、シャフトモーターにおけるストローク性能や位置決め精度が左右される点が重要です。
もし適切に磁極設計を考慮しない場合、行程端で推力や制御精度が著しく低下し、生産性の低下が避けられないばかりか、高速・高精度かつ長い移動が必要とされる生産ラインや検査工程では装置全体の効率が落ちる可能性が高まります。
逆に、この選び方をしっかり検討してシャフトモーターを選定すれば、装置全域で安定した推力を確保でき、長行程でも高精度を保ちながら稼働することが可能となり、長ストロークを要求される現場での生産性を向上させられるでしょう。
放熱特性を考慮した冷却機構の有無を基準にする
シャフトモーター内部のコイル配置やボディ設計による放熱特性を見極め、冷却機構の有無を基準に選ぶ方法もあります。
連続稼働による温度上昇や使用環境の熱的負荷といった要因が影響し、シャフトモーターのパフォーマンスは変動するため、設計段階での放熱対策の有無は慎重に確認する必要があります。
もし熱管理を軽視すると、磁石の磁力低下やコイルの断線リスクが高まり、最終的には装置停止や寿命短縮に直結してしまうだけでなく、多シフト連続運転や高サイクル生産の現場では稼働率が低下するでしょう。
しかし、優れた放熱設計を持つシャフトモーターを選定すれば、高負荷条件下でも温度上昇が抑えられ、長時間連続運転でも安定した性能を維持できるようになり、メンテナンスも少ないコストと労力で行えるようになります。
高精度位置決めのために振動抑制設計の有無を確認する
高精度位置決めを重視する際は、シャフトモーター特有のガイドレス構造やエンコーダ精度を踏まえ、振動抑制設計の有無を確認するという選び方が求められます。
シャフトモーター特有の磁気吸引力とガイドレス構造に加え、エンコーダの分解能や取り付け精度といった要因が複合的に影響し、高精度制御の成否を左右するため、導入時の設計段階で振動対策を含めて検討することが重要です。
もしそうした対策を考慮せずにシャフトモーターを採用してしまうと、微細加工や厳密な測定を行う工程において位置ズレや歩留まりの低下が起こり、サブミクロン単位の制御が要求される半導体や光学部品の生産では損失を招く恐れがあります。
しかし、適切に振動抑制設計を施し、高分解能エンコーダを活用できるシャフトモーターを選択すれば、微細な振動を抑えながら高繰り返し精度を実現し、要求精度の厳しい製造工程においても高品質な成果を期待できるようになります。
シャフトモーターおすすめのメーカー4選を比較
おすすめのシャフトモーターメーカーを4つ紹介します。メーカー選びの参考にしてください。
日本パルスモーター / Nippon Pulse Motor
日本パルスモーターは、精密モーターとモーション制御機器を手がけています。コアレス構造のリニアシャフトモーターを展開し、非接触で滑らかに動く直線駆動を実現。半導体製造装置や検査装置などで、必要な推力や移動距離に合わせた高精度な位置決めを支援します。
ジイエムシーヒルストン / G.M.C. Hilston
ジイエムシーヒルストンは、リニアモーターなどの精密駆動機器を提供しています。円筒形のコアレス構造を持つシャフトモーターを展開し、非接触で滑らかな直線運動に対応。半導体製造装置やFA機器への組み込みに向け、推力や装置の寸法に応じた機種を選べます。
三木プーリ / Miki Pulley
三木プーリは、伝動機器やモーション制御関連の製品を手がけるメーカーです。リニアシャフトドライブでは、磁束を利用した位置検出により外付けの位置センサーを省く構成を採用。半導体関連装置や検査装置などで、駆動部の小型化と位置決め機構の構築を支援します。
金田工業 / Kaneta Kogyo
金田工業は、冷間鍛造などの加工技術を活用し、精密シャフトを製造する企業です。完成した駆動装置ではなく、長尺・大径形状やスプライン、深穴加工などに対応する部品を提供。自動車や建設機械などの用途で、図面や要求精度に応じたシャフトの製造を支援します。
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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