機構の選び方。ワークの質量と載置位置の許容から決める、自動機の組み合わせ8つの型

顧客のワークが質量1kgで、受け取り位置から600mm先の載置位置へ±0.05mmでプレースする場合を考えます。この要求なら、タイミングベルトではなくボールねじから検討します。±0.05mmには軸の繰返しのほかに、ハンドのばらつきと熱の伸びも入るからです。SMCのスライダなら、ベルトは繰返し±0.06mm、ロストモーション0.1mm以下、ボールねじの高精度品は±0.01mm、0.05mm以下でした¹。同じ0.5Gなら、600mmを搬送する時間は、最高速度を1m/sから2m/sへ倍にしても0.11秒しか縮みません。

機構の選定は、ワーク仕様と要求の数字を2つか3つ当てはめると、たいてい候補が1つか2つに絞れます。公開済みの機構の記事の計算とメーカーの資料を同じ物差しにそろえると、「この条件ならこれ、超えたらこれ」の形で選べます。ワークの条件ごとに、先に決まることは次のとおりです。

ワークの条件	先に決まること
載置位置の許容±0.05mm	軸の繰返しに割ける幅。ベルトを外し、ボールねじの高精度品から検討する
質量と重心の張り出し	モーター容量、慣性比、案内の許容モーメント
上面に平らな面があり、通気しないか	吸着か把持か
幅が品種で変わるか	平行グリッパのリンク式を外す
受け取り位置のばらつき	載置位置の公差の積み上げに残る幅

受け取り位置のばらつき、上面の平らな範囲、表面が通気するかのように、モデルで決まらないワークの条件は、設計者が客先に確認する項目です。

表と図の値は、1社の1シリーズの例か机上の計算で、方式の限界ではありません。実機では試していません。最終の判断はメーカーの資料と設計基準で行ってください。

先にそろえる5つの数字

機構の名前を出す前に、次の5つを確認しておくと候補が先に減ります。

先にそろえる数字	分かれる機構
止める位置の数、途中で変わるか	エアかサーボ
縦か、押し付けるか、止まって外力を受けるか	ベルト、リニアモーターを外す
載置位置の許容と、ハンドと受け取り位置のばらつき	軸に割ける繰返し
ストロークと1回の時間	加速度と最高速度
可動部の質量、重心の張り出し	モーター容量と案内

直動は止める位置と力から聞く

直動の候補は5つで、聞く順番は止める位置、縦軸と押し付け、軸に割ける繰返し、ストロークごとの速さ、推力と長さです。次の図を上からたどると、たいていの軸はどこかの「はい」で止まります。

例に引いた機種の上限を1枚に重ねました。自分の要求の点を打ち、線の内側に入るかを見てください。線は1社1機種の例なので、外れたら別の機種を探す合図と読みます。点の型1と型6は、後で出てくる組み合わせの例です。

次の表も、どの行も1社の1シリーズの値で、方式の限界ではありません。

機構と例	長さ	速さ	繰返し	力
ボールねじSMC LEFS40	1,200mm	600mmまで1.5m/s、1.2mで0.5m/s	±0.01mm	200W、リード10で定格約360N
ベルトSMC LEFB40	3,000mm	2.0m/s	±0.06mm	可搬25kg
リニアモーターIAI LSA W21	4,155mm	2.5m/s	±0.005mm	定格200〜400N
ラックWITTENSTEIN	継ぎ足し	5.6m/s	位置決め30μm以上	5.45〜112kN
エアシリンダSMC CM2	2,000mm	0.75m/s	両端だけ	φ40で628N

エアの力は0.5MPaのとき。ラックの5.6m/sは送り力5.45kNと10.7kNの機種の値で、112kNの機種は1.85m/sです。LSAの4,155mmは定格200Nの機種、定格400Nの機種は4,000mmまでです。

表の出どころは、ボールねじとベルトがSMCのスライダ、エアシリンダが同じSMCのCM2²、リニアモーターがIAIのLSA³、ラックがWITTENSTEINのシステムです⁴。別の会社の例を並べると、1社の値が境目にならないことが分かります。

機構	この記事の値	ほかの例
ベルト	3,000mm、2m/s、±0.06mm	THK GL20 2,720mm、2m/s、±0.08mm
リニアモーター	定格200〜400N	安川 SGLF2 定格45〜2,520N
遊星	1/10まで	住友重機械 IB P2 1/4〜1/100、3分
エア	0.4J	同じCM2のエアクッション付 0.78J

出どころはTHK⁵、安川電機⁶、住友重機械工業⁷です。

いちばん大きく分かれるのは、途中で止めるかどうかでしょう。アスクルの通販価格では、SMCの基本形のφ25、ストローク100mmのエアシリンダが税込6,883円、同じ100mmのボールねじのスライダ（サイズ32）が83,158円で、12倍です⁸。スライダはモーターとドライバなし、シリンダは電磁弁と速度制御弁なしの値です。リニアモーターとラック、減速機は、公開の通販価格を確認できなかったので比べていません。

CM2の使用速度の上限は750mm/sですが、荷を載せると運動エネルギーのほうが先に制約になります。φ25のロッド先端おねじなら許容は0.4Jなので²、E＝mV²÷2から、2kgで632mm/s、5kgで400mm/sが上限です（ストロークエンドに当接するときの速さ）。超えるなら、まずエアクッション付です。許容が0.78Jになり、2kgで750mm/s、5kgで559mm/sまで上がって、差額は1,860円でした⁸。それでも足りなければ、外にショックアブソーバーを追加するか電動へ移ります。

次に外すのがベルトです。SMCのLEFBは縦に使えないとカタログにあり¹、THKのGLも、縦に付けるとキャリッジが落ちることがあると書いています⁵。

ベルトとボールねじの費用は、1m前後ではほとんど分かれません。同じSMCのモーターなしの本体で、ボールねじの900mmが111,436円、ベルトの1,100mmが112,924円です⁸。差が出るのは長さで、掲載価格の差からは1mmあたりボールねじ約34円、ベルト約19円でした。分かれるのは精度で、ACサーボならベルト±0.06mm、ボールねじの高精度品±0.01mm。ロストモーションもベルトは0.1mm以下、高精度のボールねじは0.05mm以下です。もっとも、±0.01mmは繰返しの値です。600mmのねじ軸が5℃上がると32μm伸びるので⁹、±0.05mmの幅の3割はこの伸びが使います。

ストロークが伸びると、ボールねじは危険速度で速さを失います。図の下の点線はφ20、リード10で、軸受の間隔が919mmを超えると3,000min⁻¹を保てず、1mで423mm/s、2mで106mm/s。上の点線は軸径もリードも40mmにした上限で、d·n値84,000に張り付く1.4m/sが天井です。その線も2mで845mm/s、3mで376mm/sまで落ちました¹⁰。

カタログの値は、この線よりずっと下にあります。SMCのLEFS40のリード30は、600mmまで1,500mm/s、800mmで1,140mm/s、1,001〜1,200mmで500mm/sです¹。

ストローク	LEFS25 リード20	LEFS32 リード24	LEFS40 リード30
400mmまで	1,500	1,500	1,500
500mmまで	1,200	1,500	1,500
600mmまで	900	1,200	1,500
700mmまで	700	930	1,410
800mmまで	550	750	1,140
900mmまで	なし	610	930
1,000mmまで	なし	510	780
1,200mmまで	なし	なし	500

単位はmm/s。ACサーボの値です。

長くするほど下がるので、上限は1つの数字になりません。

だから、長くて速さも欲しいなら、精度しだいでベルトかリニアモーターに移ります。リニアモーターは危険速度で最高速度が落ちません。推力は機種の差が大きく、IAIのLSAは大形で定格200〜400Nで、縦置きと押し付け動作に使えないとカタログにあります³。安川電機のコア付きのSGLF2は定格45〜2,520Nです⁶。ボールねじの推力はリードとモーターで決まり、200W、リード10なら定格で約360N、リード5なら約720Nです（効率0.9）。力が必要な軸は、リードで稼げるボールねじのままです。

SMCのベルトは3mまでですが、長いベルト軸を出すメーカーもあるので、3mを超えたら長尺のベルトとラックを並べて比べます。ラックを選ぶ理由は長さより送り力でしょう。ベルトの可搬25kgと比べて、WITTENSTEINのラックは5.45〜112kNです⁴。その代わりバックラッシが残り、0.1mmなら往復して止める軸の位置はそれだけ変わります。片寄せで入る向きをそろえるか、補正で扱うかが、次の判断です。

なお、どの方式でも、重心の張り出しが大きい軸は、カタログの速さより先に案内の許容モーメントで止まります。取り付けの順番はリニアガイドのユニットで追いました。

短い軸で見落としやすいのは、最高速度が移動時間をほとんど縮めないことです。0.5G（5m/s²）で動かすと、1m/sに届くまで200mm、2m/sなら800mmかかります。600mmの移動では、1.5m/sも2m/sもほぼ0.7秒です。短い軸で時間を買うのは、最高速度より加速度でしょう。1Gなら2m/sは0.50秒、1m/sでも0.70秒です。

最高速度	0.5Gで届く距離	0.5Gの時間	1Gの時間
1.0m/s	200mm	0.80秒	0.70秒
1.5m/s	450mm	0.70秒	0.55秒
2.0m/s	800mm	0.69秒	0.50秒

モーターから見た慣性も、機構を替えても減りません。3,000min⁻¹で速さVを出すのに必要な相当リードは60V÷3,000で決まり、負荷の慣性はm×(相当リード÷2π)²です。つまり、ねじでも、ベルトに減速機を組み合わせても同じ式になります。

たとえば10kgを1m/sなら相当リード20mmで、ロータ0.264×10⁻⁴kg·m²の200Wモーターの3.8倍。2m/sなら40mmで15.4倍となり、回転テーブルの記事で引いた許容の15倍を超えます。ねじ軸も同じ桁で乗ります。φ20、長さ800mmの鋼の軸は0.99×10⁻⁴kg·m²で、10kgのぶんとほぼ同じです。許容の倍率も機種で違い、この200Wは15倍、同じシリーズの100Wは35倍、三菱のGRを組むときの推奨は10倍以下です¹¹。定格3,000min⁻¹で置いた式なので、高い回転まで使えるモーターならリードは半分、慣性は4分の1にできます。

ベルトとラックに減速機がよく付くのも、この式で説明がつきます。直径31.83mmのプーリーに12kgを直結すると相当リードは100mmで、慣性比は115倍。1/5の遊星を挟めば4.6倍です。モジュール3、20歯のピニオンなら、409倍が1/10で4.1倍になります。THKのベルト軸も、1/3〜1/9の減速機を組んだ最高速度の表を載せています⁵。

減速は比とバックラッシで分かれる

1/10までは遊星1段、その先も1/100までは遊星の多段が最初の候補です。バックラッシが3分では足りず、1/30を超えて位置を決めるなら、波動歯車かRV、サイクロイドの精密品へ移ります。棒の長さは、カタログや自前のモデルにある減速比の範囲です。

131030100300

平歯車

2段で1/36まで計算すると直径216mm。効率は1組98〜99.5%。バックラッシは組み方しだい

遊星

三菱のGRの例。バックラッシは標準8分、高精度品3分。効率は定格付近で87%、軽い負荷で67%（図の読み）

遊星（多段）

住友重機械のIB P2は1/4〜1/100で3分

差動遊星

1段構造で全長が短い。バックラッシ15分

ウォーム

効率30〜90%。バックラッシ0.10mmはφ180のホイールで3.8分、φ72で9.5分。軸は直交する

サイクロイド

1段で1/119まで。ローバックラッシ品は1/29までで6分。精密制御用のDAシリーズは1/29〜1/119でロストモーション1分

波動歯車

ヒステリシス1〜3分、位置決め1〜2分。効率は図で約65〜80%

RV

バックラッシとロストモーションが1〜1.5分未満（RV-6Eは1.5分）。主軸受を内蔵

横軸は減速比の分母の対数。ウォームは自前のモデルの1/18〜1/90。バックラッシの定義はメーカーごとに違います。

遊星と差動遊星の数字は三菱電機のGR¹¹と住友重機械工業のIB P2⁷、サイクロイドは住友重機械工業¹²、波動歯車はハーモニック・ドライブ・システムズと米国のグループ会社の資料です¹³。RVはナブテスコ¹⁴、平歯車とウォームの効率はKHKの表によります¹⁵。

平歯車は効率が頭ひとつ高いのに、大きな比では形で負けます。1/36を作ると108歯が2枚必要で、直径216mm。同じ36をウォームなら直径72mmのホイール1枚で済みますが、入力1N·mの出力は34.6N·mから25.7N·mに減り、入力の3割近くが熱に変わります。

ウォームが本領を出すのは、止まって力を受ける軸です。回転テーブルの1/90では、切削の30N·mがモーター軸で0.33N·mになりました。ただし、セルフロックはブレーキの代わりになりません。運転中は1条でも逆効率60%で回り、減速機メーカー3社の資料はどれも別のブレーキを求めています。

波動歯車とRVは、同じトルクで比べると性格が分かれます。定格60N·m前後の比1/100級で、CSF-25-100は67N·m、ねじり剛性16.6N·m/分、0.42kg。RV-6E-103は58N·m、20N·m/分、2.5kgです。質量は、0.42kgが出力軸受のない部品の値です。クロスローラ軸受付きのユニットは同じサイズで1.5kgなので、比べるならRVの2.5kgの6割でしょう。剛性もCSFの16.6N·m/分は48N·mを超えた領域の値で、14N·mまでは9.0N·m/分です。位置を保つ軸の低いトルクではRVが2倍強く、軽さなら波動です。比を下げる余地は波動のほうが狭く、1/30のリムの曲げは1/50の1.67倍でした。

見落としやすいのは波動のカタログの注で、標準品にはオルダム継手が入り、わずかなバックラッシが加わります。ゼロのまま使うなら、Direct Drive版を選ぶことになります¹³。

間欠はカムの物差しで比べる

2つの角度を往復するだけなら、間欠機構ではなくエアの揺動で足ります。SMCのロータリテーブルMSQは0〜190°で角度を調整でき、90°に0.2〜1.0秒かけて回ります。角度の繰返し精度が必要なら、外で負荷を直接止めるようSMCは書いています¹⁶。

同じ向きに送り続ける軸は、品種で送りが変わるかどうかで先に分かれ、次に止まっている間に受ける力を聞きます。精度と費用はそのあとです。

機構	止まる割合	止まる回数	動き出し	止め方
ゼネバ	4スロットで75%	1回転に4回以上	速さ0、加速度に段	両向きにロック
間欠歯車	歯数の比で決まる	1〜3回も作れる	0から1倍へ跳ぶ	両向きにロック
ラチェット	レバーの戻りの間	1往復に1回	最大の63〜66%でかみ合う	逆向きだけ
カム	輪郭で自由	輪郭で自由	速さも加速度も0	溝カムなら両向き

ゼネバと間欠歯車はこれまで別の物差しで計算してきたので、カム曲線の記事と同じ形に直しました。VmとAmは、1回の動きの時間と移動量で無次元にした最大速度と最大加速度です。ゼネバも割り出し1回の時間と角度で割ると、同じ図に載ります¹⁷。

4スロットのゼネバはVm 2.41、Am 8.49でした。同じ時間で同じ角度を送るなら、加速度と出力軸のトルクの山は変形正弦の1.54倍、入力軸のトルクの山は2.9倍です。ゼネバの記事の60rpm、直径200mmの円板では、出力軸の約1.0N·mが約0.65N·mに、入力軸の1.84N·mが0.64N·mになる計算です。

溝を増やせば、この差は縮みます。6スロットのAmは5.65で、サイクロイドの6.28を下回り、8スロットは4.95で変形台形の4.89に並びました。ただ、止まる割合は62.5%まで下がり、動き出しの加速度の段も残ります。

間欠歯車は図の左の端にいます。動いている間の速さは一定でも、かみ始めに0から1倍へ跳ぶので、形は等速カムと同じです。立ち上がりは歯のたわみで決まり、何rpmまで使えるかの数字は確認できる資料にありませんでした。段差は回転数に比例するので、低速に限る機構と考えておくのが無難でしょう。

ラチェットの取り柄は、振れ角で送りを1歯刻みに変えられることです。サーボを置けない機械の答えで、40°で2歯送るモデルが39°で1歯に落ちる取りこぼしがあり、KHKの市販品の爪には、逆転止め用で送りや割り出しには使えないという注意が付いています。

精度で見ると、カム式のCAMCOは425RDが±47秒、800RDが±30秒で、ハースカップリングと組むパスカルのMDXは±5秒です。角度が品種で変わるなら、サーボのローラーギヤカムかDDモーターで、どちらも±30秒。外周のμmに直した比較は回転テーブルの記事にあります。ゼネバは市販の内ゼネバ式のMEGのINDEXで割り出し精度±7分、バックラッシ3分以内です¹⁸。

ただ、止まる回数が少ないからといって、間欠歯車に決まるわけでもありません。CAMCOの425RDには2ストップと3ストップの型があります¹⁹。

増力は力が必要な位置で決める

途中でも押し続けるなら、エアの直押しです。ただし0.5MPaでは、φ40で628N、φ100でも3.9kN。165kNをエアで出すと内径648mm、21kWになるので、そこから先は増力機構の出番です。

ストロークエンドの近くだけ力が必要なら、トグルが向いています。折れ角5°のリンクで約11倍。ただし上限を決めるのは倍力ではなく、部品のばね定数と押し込み量の積です。金属だけのモデルは1,702N/mmで、ワークの高さが±0.2mmばらつくと、クランプ力は511〜1,192Nまで開きました。クランプ面に300N/mmの柔らかい要素を仮に入れると800〜902Nに収まり、代わりに手の力の山が122Nまで重くなります。

連続で打つなら偏心軸のプレスです。下死点上6mmでパンチが板に接触する打ち抜きなら、偏心の上限は219kN、同じストロークのトグルは190kN。パンチが板の上に出ている時間も806msから609msに減ります。ただ、荷重が190kN以内に収まり、送りが600msより短くて済むなら、トグルのほうが21%軽いトルクで足りるので結論は逆になります。

低速の側にも境目があります。モデルのフライホイールでは、毎分35回を下回ると回転の落ちが10%を超えました。そこから下はサーボプレスの領分でしょう。

把持か吸着かはワークの面で決まる

1kgのワークを0.5Gで水平に搬送するなら、平行グリッパに必要な把持力は、SMCの目安（摩擦係数0.2、余裕率4）でフィンガ1本あたり98Nです。吸着なら、SMCの式から理論搬送荷重は1×(9.81＋5÷0.5)×1.5で29.7N。真空圧力60kPaなら有効吸着面積4.95cm²、有効径25mmのパッドで足ります²⁰。

この2つを分けるのは力より面です。上面に有効径ぶんの平らな面があって通気しないなら、吸着。通気するワークや落ちて危ないワークでは、SMCの安全率は2以上に上がります。両側にフィンガが入り、把持しながら位置も決めたいならグリッパで、ラック式のSMC MHF2は±0.04〜0.05mm（偏荷重で最大±0.15mm）でした。

ワークの幅が品種で変わるなら、リンク式は外します。モデルでは開閉幅で把持力が1.39倍変わり、フィンガ先端が11.1mm上下しました。

継手のガタと芯ずれは、送りの誤差に直して見る

継手のガタや角度のずれは、リードを掛けて送りの誤差に直すと判断できます。リード10mmの軸で計算しました。

継手	角度のずれ	送りの誤差
オルダム（片側0.1mm）	±0.58°	±16μm
ユニバーサル1組、折れ角10°	±0.44°	±12μm
ユニバーサル1組、折れ角30°	±4.12°	±114μm
ユニバーサル2組（各30°）、位相を90°誤る	±8.21°	±228μm

オルダムの±16μmは、自前のモデルのクリアランスで出した値です。±0.05mmを狙うボールねじの軸には残したくありません。位置決めの軸はメタルディスク形で直結するのが基本で、三木プーリも長期の高精度制御にはこの形を勧め、樹脂のジョー形は経年でゼロバックラッシを保てなくなることがあると書いています²¹。

オルダムを使うのは、芯を出しきれない軸です。カタログ値の例は許容偏心0.8mm、偏角1°で、偏心0.1mm以下なら軽圧入品でバックラッシをゼロにできます。ただし偏心0.1mm、3,000rpmでも1時間に72m滑るので、ずれは詰めたほうが長持ちします。

0.8mmを超えるずれや折れは、ユニバーサルジョイントです。2組のZ形なら角度の変動は消えますが、中間軸のヨークを90°誤ると表のとおり幅が倍になり、30°で組んだ軸なら、折れ角が1.5°違うだけで1組の10°ぶんの角度の変動が戻ります。ヨークの向きと2つの折れ角は、図面に書き込んでおきたいところです。

組み合わせの8つの型

実際の装置は、ここまでの機構を2つ3つ組み合わせて作ります。要求の数字が近い型から入ってください。

型1 送り＋位置決め＋把持

要求

1kg、600mm、±0.05mm、1個3.5秒、プレース高さは品種で3段

機構

Xはボールねじのリード24（SMCのサイズ32で600mmまで1,200mm/s）、Zはボールねじにブレーキ、先端は受け取り位置を治具で決めた吸着か、繰返しが一段よいハンド

つなぎ方

モーターとねじ軸はディスク形で直結。Zユニットの質量はXの負荷に入れる（10kgで慣性比5.5倍、ねじ軸を足して9.3倍）

間違えやすい

±0.05mmのXをベルトで組む。Zのブレーキを省く。Xの継手をオルダムにする（リード24で±39μm）。高さが1つでもZを電動にする（エアのスライドで足り、Xの負荷も軽くなる）

型2 割り出し＋加工

要求

30kg、φ250、90°を1.0秒、外周±25μm、止まって接線力300N

機構

角度が固定ならカムとハースカップリング。変わるならサーボのローラーギヤカムか、ウォームとテーブル側のブレーキ

つなぎ方

インポジションを見てからブレーキ、加工の順。原点復帰は片寄せと同じ向き

間違えやすい

セルフロックをブレーキの代わりにする。DDモーターで切削を受ける（定格15N·mに30N·m）。ウォームの反対側で加工する（誤差の和55.9μm）

型3 昇降＋搬送

要求

100kgを500mm上げる、一定速で5.4秒、床から台まで閉じて211mm、受け渡しの段差の許容も決める

機構

パンタグラフ2段と送りねじ、ねじ側に無励磁で効くブレーキ、台の上にコンベヤ。閉じ高さがストロークより高くてよいなら、ボールねじの直動にブレーキ

つなぎ方

上限と下限の検出でコンベヤの起動にインターロック。ねじの速さは高さで変える

間違えやすい

下限を8°から6°へ下げる（14.0kNが18.7kN）。ねじを一定速で回す（下端366mm/sは上端の8.5倍）。瞬間の359Wを平均の91Wで見積もる。ボールねじなのにブレーキを省く（100kgが下がる）

型4 打ち抜き＋順送り

要求

165kN、毎分60回、板厚2mm

機構

偏心プレスとサーボのロール送り

つなぎ方

偏心軸の角度で送りのタイミングを決め、パンチが板の上に出ている806msの中で送りを終える

間違えやすい

トグルにして送りに使える時間が609msに縮む。毎分35回を下回って回転の落ちが10%を超える。送りをラチェットにして取りこぼす

型5 1本のカム軸で同期

要求

毎分300サイクル、揚程30mm、上昇90°、等価質量2kg

機構

1本の軸に溝カム。回転数を上げたいなら変形台形、重い負荷なら変形正弦。品種で揚程やタイミングが変わるなら、各軸サーボの電子カムへ

つなぎ方

カム軸どうしは歯車かタイミングベルト。チェーンなら小スプロケットを15歯以上にして位相の調整代を残す

間違えやすい

ばね押しの負荷を落とす（トルクの山2.50N·mが6.1N·m）。12歯のチェーンで速度が3.41%変動する。伸び1.5%で位相が約4.5°遅れる。カム軸に過負荷の逃げを入れない

型6 長尺の搬送＋上下

要求

20kg、6m、2m/s、±0.1mm

機構

Xはラックと遊星減速機、Zはボールねじにブレーキ

つなぎ方

3,000min⁻¹なら相当リード40mm。モジュール2、20歯のピニオン（1回転125.7mm）に1/3の遊星を組む。慣性比はX全体の質量で見る。20kgだけで200Wの34倍、Zと台車を足して60kgなら101倍なので、ロータ1.8×10⁻⁴kg·m²以上のモーターが必要。ラックの裏で分力を受ける

間違えやすい

長尺のベルト軸と比べずに決める。6mをボールねじで組む（軸径40mm、リード40でも軸間6mで94mm/s）。分力（押す力の36%）で中心距離が開く。ラックの端面を突き当てて継ぐ

型7 圧入＋荷重の記録

要求

5kN、ストローク100mm、位置±0.05mm、全数の荷重波形を残す

機構

ボールねじの電動シリンダ、先端にロードセル

つなぎ方

5kNをリード5で出すと4.4N·m（効率0.9）で、750Wの2.39N·mでは1/2の減速が必要。反力は門形のフレームで閉じる

間違えやすい

エアで出す（0.5MPaで内径113mm、位置と波形が残らない）。反力をリニアガイドに通す。リニアモーターで押す（LSAは押し付け不可）

型8 搬送＋定点の位置決め

要求

パレット込み5kg、200mm/s、定点±0.1mm

機構

コンベヤ、エアのストッパ、リフトと位置決めピン

つなぎ方

ストッパで止め（運動エネルギー0.1J）、持ち上げてピンで位置を取る。ストッパとリフトの順はセンサの信号で

間違えやすい

ストッパへの当接だけで±0.1mmを取る。ストッパを質量と搬送速度のグラフで確認しない

型3でパンタグラフを選ぶ理由は、トルクではありません。同じ100kgをリード10のボールねじで直に上げれば1.73N·mで、パンタグラフの下端の24.7N·m（どちらも効率0.9）の14分の1です。それでも選ぶのは、閉じ高さをストロークより低くできる機構だからです。

型5の位相の遅れは、張り側252.7mmの1.5%を24歯のピッチ円半径48.65mmで割った値で、たるみ側で伸びを取る前提の見積もりです。過負荷の逃げは、カム式インデックスならオーバーロードクラッチを選べる機種があります¹⁹。

型8のストッパは、SMCのRSQなら搬送物の質量と搬送速度のグラフで選びます。5kg、12m/minはφ12の範囲に入りました（グラフの読み）²²。

型1を時間と位置に分ける

冒頭の要求を型1で組みます。ここからの数字はこの記事の前提で置いた机上の見積もりで、加速度はXもZも5m/s²、Xは1m/s、Zは60mmを300mm/sで動かします。

待ちの内訳を順に見ます。整定は位置ループゲイン40s⁻¹、Xのインポジション幅±20μmとして、回転テーブルの記事と同じ式から0.13秒。Zは幅±0.1mmとして0.09秒です。真空の立ち上がりは、配管φ4×1.5mとパッドの19.8cm³を吸込流量10L/minで引く計算で0.12秒です²⁰。

受け渡しは、Z完了から真空、吸着確認からZ、Z完了からX、X完了からZ、Z完了から破壊、破壊確認からZ、Z完了からX、X完了から次のサイクルの8回あります。バルブを通る2回は、バルブ15ms以下²³、センサ1ms以下²⁴にPLCのスキャン10msを足して約0.026秒で、ほかの6回はそれより短いので、8回とも0.02秒と置きました。真空破壊の0.1秒は仮の値です。

合計3.44秒で余裕は0.06秒。待ちは0.80秒あり、サイクルの23%を占めます。

ではXをベルトに替えて2m/sにすると、どれだけ縮むでしょうか。往復で0.21秒で、そのかわり±0.05mmを失います。時間が足りないときに先に見るのは加速度です。X、Zとも8m/s²にすれば、整定が少し延びても3.25秒で、0.19秒縮みます。LEFS32のリード24、10kgならグラフで8,000〜12,500mm/s²（デューティ比100〜50%）まで使えるので¹、0.5Gはまだ余っています。次が配管で、0.5mに縮めれば真空だけで0.08秒減ります。

載置位置の±0.05mmは、Xの繰返しだけで使い切れる幅ではありません。積み上げると次のようになります。

項目	幅	出どころ
Xの繰返し	±0.010mm	LEFSの高精度品
逆向きから入ったときの差	0.05mm以下。同じ向きで止めれば入らない	LEFSのロストモーション
ねじ軸の伸び（5K、教示のあと）	0.032mm	熱膨張の計算
ハンドの繰返し	±0.04〜0.05mm	MHF2
受け取り位置のばらつき	客先に確認する	モデルに入っていない
合計	単純和0.082〜0.092mm、二乗和0.052〜0.060mm	計算

MHF2のようなエアチャックを付けると、受け取り位置のばらつきを入れる前に、二乗和でも0.052〜0.060mmになります。±0.05mmでプレースするなら、繰返しが一段よいハンドにするか、載置側に位置決めのピンやガイドを持たせるか、吸着で受け取り位置を治具で決めることになるでしょう。

受け取り位置のばらつきのように、モデルでは決まらずに積み上げに残るワークの条件は、設計者が客先に確認します。提供前の装置設計の支援アプリ MEKARIQ では、AI が決めきれないこうしたワークの条件を、客先への確認事項として一覧にします。（MEKARIQ は、株式会社Anamorphosis Networks が開発している装置設計の支援アプリです。MANUFAC を制作する株式会社Game は、その開発を受託しています。この段落はその紹介です。）ワーク仕様などの装置の条件から3D、組立図、部品図、部品表、回路図を生成し、生成のたびに検図の結果を○▲×で示します。顧客名や図番は、AI に送る前に PC の中で伏せます。

では、機器を並べるといくらになるでしょうか。価格はアスクルの掲載で、税込の目安です⁸。

機器	仕様の例	数	価格
Xスライダ	LEFSH32S3H-600。リード24、高精度品、200Wモーター付	1	138,039円
Zスライダ	LEFS25S2A-100B。リード12、100Wモーター付、ロック付	1	118,877円
ドライバ	LECSA2-S3、LECSA2-S1	各1	78,321円、74,601円
真空の供給弁、破壊弁	SY3120-5LZ-M5。15ms以下	2	各7,627円
真空圧力スイッチ	10-ZSE30A-01-A。NPN2出力	1	11,077円
パッド	有効径25mm	1	確認できず

パッドを除いた和は436,169円です。ケーブル、PLCと位置決めユニットは入っていません。
真空は工場の配管か、吸込流量10L/min以上のエジェクタを別に見込みます。

I/Oは、入力が非常停止、扉、X位置決め完了、Xアラーム、Z位置決め完了、Zアラーム、吸着確認、破壊確認、受け取り側のワーク有無、載置側のワーク有無の10点です。出力はX起動、Z起動、供給弁、破壊弁、運転表示の5点と置きました。

機械と制御の境目では、次の4つを先に決めておきます。

1. Zの上昇は、タイマーではなく真空圧力スイッチの信号で起こす。SMCによると、タイマーだとワークの取り残しが起きます。設定圧力を高くしすぎると、吸着していても吸着エラーになります²⁰。
2. 停電と非常停止のときの姿勢を決める。Zのボールねじは逆効率が高く、電源が切れれば下がるので無励磁で効くブレーキを付け、真空の供給弁はノーマルオープンか自己保持にします²⁰。
3. Zのブレーキは、PLCではなくドライバのブレーキ出力で解除する。安川のΣ-7のマニュアルでは、この信号はサーボオフとアラームで切れてブレーキを動かし、動くまでの遅れは設定で見込みます。モーターのブレーキは止まった軸を保持するためのもので、制動には使えません²⁵。
4. 原点復帰はZを先に上げ、Xはその確認のあとで動かす。ワークを把持したまま停止したときの載置場所も、このとき一緒に決めます。

案内は、10kgのZユニットの重心がスライダから張り出す量で確認します。SMCの動的許容モーメントのグラフでは、LEFS32の上下の張り出しは、10kgなら5,000mm/s²で約700mm、10,000mm/s²で約340mmです（グラフの読み）。静的な許容はMep 46N·mでした¹。

一方で、結論が逆になる条件もあります。スカラです。繰返し±0.04mmのスカラ（腕600mm、定格2kg）なら、Z込みで0.46秒の往復の例があります²⁶。±0.1mmに緩むか、横に長い軸が不要なら、1台で済むスカラが先です。±0.05mmでは繰返しだけで使い切るので、この記事は直交で組みました。

起きることと気づき方

現場で起きることは、資料に書かれた範囲で次のとおりです。

起きること	どう気づくか	どう直すか	出どころ
ワークの取り残し	載置側のワーク無し	Zの上昇を圧力スイッチで起こす	SMC 真空用機器
吸着しているのに吸着エラー	設定圧力と実圧力の差	設定圧力を下げる	同
フィルタの詰まりで吸着確認ができない	到達圧力の低下、タクトの遅れ	フィルタとパッドを交換する	同
ウォームが振動で戻る	止まった位置のずれ	別のブレーキを付ける	椿本チエイン
ヨークの組み違い	1回転2周期の角度の変動	図面に向きと折れ角を書く	協和工業、Dana

ブレーキや落下防止の要否は、ここに書いた数字だけでは決まりません。リスクアセスメントのうえ、有資格者とメーカーの資料で判断してください。

要求の点が図の線のすぐ内側に来たら、その機構が合っているとは言い切れません。線は1社のカタログの上限で、負荷を載せれば下がるからです。1つ余裕のある機構へ移るか、要求の数字のほうを動かせないか。顧客に聞き返すのが先かもしれません。

2026年11月9日 更新：ワークの質量と載置位置の許容から機構を選ぶ流れを中心に、業界の用語で構成と表現を書き直しました。

注

1. SMC「Electric Actuators, Slider Type」と「LEF Series カタログ」「選定資料」（2026年11月1日に確認）。LEFSはACサーボでストローク1,200mmまで（LEFS40）、最大1,500mm/s、ただし最高速度はストロークで下がり、LEFS40のリード30は600mmまで1,500mm/s、1,001〜1,200mmで500mm/s。繰返し位置決め精度は高精度品±0.01mm、基本形±0.02mm、ロストモーションは0.05mm以下と0.1mm以下、最大加減速度20,000mm/s²（負荷で下がり、LEFS32のリード24、10kgはグラフの読みでデューティ比100%で約8,000、50%で約12,500mm/s²）。LEFS32の静的許容モーメントMepは46N·m、動的許容のグラフの値は目で読みました。LEFBは3,000mmまで（LEFB40）、最大2,000mm/s、可搬25kg、ACサーボで繰返し±0.06mm、ロストモーション0.1mm以下、ステップモーターで±0.08mmで、縦には使えません。 ↩ ↩ ↩ ↩ ↩

2. SMC「CM2-Zシリーズ 取扱説明書」（使用ピストン速度50〜750mm/s、φ25の許容運動エネルギーはロッド先端おねじ0.4J、めねじ0.18J、超えるときは外部にアブソーバーを設ける）と、「CM2シリーズ カタログ」の標準ストローク表（φ40の最大製作可能ストローク2,000mm）。2026年11月1日に確認。エアクッション付のφ25は0.78J（有効クッション長さは同じカタログの表）です。 ↩ ↩

3. IAI「Linear Servo Actuator LSA」カタログ（2026年11月1日に確認）。最大2,500mm/s、最大3G、繰返し位置決め精度±0.005mm。W21SSはストローク4,155mmまで、定格推力200N、可搬60kg、W21HSは4,000mmまで、400N、120kg。危険速度で最高速度が落ちないという説明、縦置きと押し付け動作に使えないという注意によります。小形の機種の定格はもっと小さくなります。 ↩ ↩

4. WITTENSTEIN「Premium Linear Systems」（2026年11月1日に確認）。送り力5.45〜112kN、最高送り速度91〜333m/min（333m/minは5,550mm/s）、1駆動の位置決め精度30μm以上です。333m/minはPLS 5とPLS 11の値で、送り力は5.45kNと10.7kN。112kNのPLS 112は111m/minです。 ↩ ↩

5. THK「LM Actuator GL」カタログ No.175-10E（2026年11月1日に確認）。GL20のベルト駆動は有効ストローク150〜2,720mm、繰返し±0.08mm、減速比1/3、1/5、1/9の最高速度が2,000、1,200、667mm/sで、タイミングベルトのGLを縦に取り付けるとキャリッジが落ちることがあるという注記があります。 ↩ ↩ ↩

6. 安川電機「SGLF2 Series Models & Ratings」（2026年11月1日に確認）。定格推力45〜2,520N、最大推力135〜7,560N。定格は周囲40℃の連続の値で、2,520Nの機種は1,400×900×40mmのアルミの放熱板の条件です。 ↩ ↩

7. 住友重機械工業「IBシリーズ P2タイプ」（2026年11月1日に確認）。サーボモータ用遊星歯車減速機で、減速比4〜100、バックラッシ3分、0.5〜37kW。段数はページに書かれていません。遊星の1段の比は遊星歯車の記事のとおり14前後が上限なので、大きい比は多段と読みました。 ↩ ↩

8. アスクルの掲載価格で、税込、直送品（2026年11月1日に確認した目安で、変わることがあります）。CM2B25-100ZとCM2B25-100AZが6,883円と8,743円、LEFS32NXH-100、LEFS32NYH-900が83,158円と111,436円、LEFB32NVS-1100が112,924円です。1mmあたりの値は、LEFS25NXAの50mmと550mm、LEFS32RNYAの650mmと750mm、LEFB25NZSの600mmと900mmの差から出しました。機器表はLEFSH32S3H-600、LEFS25S2A-100B、LECSA2、SY3120-5LZ-M5、10-ZSE30A-01-Aの掲載です。LEFSのNXとNYはモーターレスの取付記号で（SMCのモーターレス仕様のカタログ）、LEFBのNVも同じ読みとしました。 ↩ ↩ ↩ ↩

9. 熱膨張率10.7×10⁻⁶/Kは、三木プーリ「金属材料の物理的・機械的性質」の中炭素鋼の値です（2026年11月1日に確認）。600mm×10.7×10⁻⁶×5K＝0.032mm。軸全体が同じだけ上がるとした単純な計算です。 ↩

10. 式と係数はボールねじの記事の注にあるNSKのカタログによります。nc＝f×dr÷L²×10⁷、f＝15.1（固定-支持）、谷径はφ20が16.79mm、φ40は同じ比で33.58mmと仮定しました。d·n値84,000はこま式の標準仕様で、循環方式が変われば上限も変わります。 ↩

11. 三菱電機「サーボモータ用減速機 GRシリーズ」（1/3〜1/10で標準8分、精密仕様3分、差動遊星機構のGR-Sは1/15〜1/60で15分）とカタログ。効率はカタログの図（枠番□90、入力3,000r/min）を目で読んだ値で、入力トルク0.6〜2.4N·mのあいだで67〜87%です。2026年11月1日に確認。推奨の負荷慣性モーメント比は適用サーボモータの10倍以下です。効率の図は定格2.4N·m付近が87%です。 ↩ ↩

12. 住友重機械工業「サイクロ減速機」（1段で6〜119比）、「サーボモータ用 サイクロ減速機」（ローバックラッシシリーズは減速比6〜29、バックラッシ6分）、「精密制御用サイクロ減速機 DAシリーズ」（減速比29〜119、ロストモーション1.0arc min）。2026年11月1日に確認。効率の数字は、これらのページにはありません。 ↩

13. ハーモニック・ドライブ・システムズ「ハーモニックドライブ®を知る」（一段で1/30〜1/320）と、Harmonic Drive LLC「CSF and CSG」（減速比30〜160、位置決め精度1〜2分、ヒステリシス1〜3分、定格トルク、25℃、500〜3,500r/minの効率を図で読むと約65〜80%、CSF-25-100の定格67N·mは入力2,000r/min、ねじり剛性K1 3.1、K2 5.0、K3 5.7×10⁴N·m/rad、T1 14N·m、T2 48N·m、0.42kgはコンポーネントの質量、筐体付きのサイズ25は1.5kg、オルダム継手のバックラッシとDirect Drive版の説明）。2026年11月1日に確認。 ↩ ↩

14. ナブテスコ「RV-E」の製品ページの表（2026年11月1日に確認）。RV-6Eは減速比31〜103、定格58N·m（出力30r/min）、バックラッシとロストモーション1.5分未満、ねじり剛性20N·m/分、2.5kg。RV-20Eは57〜161で1分未満です。定格の回転数がCSFと違うので、トルクの比較は大きさの見当です。RVも筐体のない部品なので、1.5kgとの比も目安です。 ↩

15. 小原歯車工業「歯車の種類」の表1.1（2026年11月1日に確認）。平歯車98.0〜99.5%、円筒ウォームギヤ30.0〜90.0%。同ページは2015年当時のデータと注記しています。 ↩

16. SMC「ロータリテーブル MSQ 取扱説明書」（2026年11月1日に確認）。角度調整範囲0〜190°、アジャストボルトタイプの揺動時間調整範囲0.2〜1.0s/90°、揺動角度の繰返し精度が要るときは外部で負荷を直接止めるという注意によります。 ↩

17. ゼネバ車の回転角βをクランク角θの関数としてβ＝atan(λ sin θ÷(1−λ cos θ))とし、割り出し1回のクランク角と回転角で割って数値で微分しました。λ＝sin(180°÷n)です。4スロットのVmはゼネバの記事の2.41と一致します。加速度と速度の積の最大は4スロットが15.7、変形正弦が5.46で、比が2.9倍です。慣性だけの比で、負荷のトルクやばねは入っていません。入力軸のトルクの山は加速度と速度の積、出力軸の山は加速度で決まります。 ↩

18. MEG「INDEX」カタログ（2026年11月1日に確認）。内ゼネバ方式で、割り出し精度±7分以内、バックラッシ3分以内です。 ↩

19. DESTACO「Precision Indexing Solutions」の425RDの型式表（2ストップ、3ストップの型と、Overload Clutchの選択肢）。2026年11月1日に確認。 ↩ ↩

20. SMC「真空用機器 機種選定方法」（2026年11月1日に確認）。理論搬送荷重Fth＝m×(g＋a÷μ)×α、摩擦係数と安全率の目安（滑らかで通気のないワーク1.5、通気や落下の危険があるワーク2以上）、吸着応答時間＝配管容積÷吸込流量の概念式、吸着確認と真空圧力スイッチの設定、停電対策、フィルタの目詰まり、パッドの交換時期によります。応答時間の式は概念で、詳しい計算はSMCの算出ソフトで行います。 ↩ ↩ ↩ ↩

21. 三木プーリ「よくある質問」のSTARFLEXの項（2026年11月1日に確認）。 ↩

22. SMC「Stopper Cylinder RSQ/RSG」のModel Selectionのグラフ（丸棒、面取り、ローラ形、2026年11月1日に確認）。200mm/sは12m/minで、φ12の線はこの速度で約6.5kgです。 ↩

23. SMC「SY3000/5000/7000/9000 カタログ」の応答時間の表（SY3000の2位置シングル、0.5MPa、表示灯とサージ保護付きのZタイプで15ms以下、保護回路なしで12ms以下）。2026年11月1日に確認。 ↩

24. オムロン「E3Z 定格/性能」（動作、復帰とも1ms以下の形式。長距離透過形などは2ms）。2026年11月1日に確認。 ↩

25. 安川電機「Σ-7S SERVOPACK with MECHATROLINK-III Communications References Product Manual」の5.12 Holding Brake（2026年11月1日に確認）。保持ブレーキの用途、/BK信号がサーボオフとアラームでOFFになりブレーキを動かすこと、Pn506の遅れ時間、ブレーキは止まった軸の保持専用で制動には使えないことによります。機種が変われば信号の名前も変わります。 ↩

26. Epson「T6-B All-in-One SCARA Robot」（2026年11月1日に確認）。腕600mm、繰返しはJ1＋J2で±0.040mm、J3で±0.020mm、定格2kg、最大6kg、上下200mm、水平300mm、垂直25mm、2kgの往復で0.46秒です。 ↩