タイミングベルトリニアモジュールの種類を解説

タイミングベルトリニアモジュール多くの場合、1 つの製品カテゴリとしてグループ化されますが、実際の構造は大きく異なる場合があります。ロングストローク搬送用のオープンベルト軸、粉塵の多いオートメーション用の完全密閉型モジュール、限られた機械スペース用のコンパクトなベルトステージ、および二軸ガントリーシステムはすべて、まったく異なる機械要件に対応しながらタイミングベルトを使用する場合があります。

主要なものを理解するタイミングベルトリニアモジュールの種類エンジニアはストロークと速度以上のものを比較するのに役立ちます。エンクロージャのスタイル、ガイドの配置、キャリッジの構造、ベルトの経路、モーターの位置、取り付け方向はすべて、剛性、耐汚染性、メンテナンスのアクセス、システムの統合に影響します。

このガイドでは、最も一般的なタイミングベルトモジュールの構成について説明し、各設計をアプリケーションに適合させる方法を示します。

タイミングベルトリニアモジュールはいくつかの方法で分類できます

単一の普遍的な分類システムはありません。実際には、ベルト駆動リニアモジュールは通常、いくつかの構造的側面から同時に比較されます。

開放型または密閉型構造
単軸または二軸配置
標準またはコンパクトなボディデザイン
単一キャリッジまたは複数キャリッジ構成
モーターの位置とベルトの取り回し配置
水平、垂直、側面、または逆さの取り付け
単一モジュールまたは多軸直交アセンブリ

選択原則:「タイミングベルトモジュール」は伝達方式を表します。エンクロージャ、ガイド構造、システム構成は個別に選択する必要があります。

オープンタイミングベルトリニアモジュール

オープンベルトモジュールでは、より多くの内部ベルトまたはガイド領域にアクセスできます。構造は比較的単純で、多くの場合、検査や保守が容易です。

一般的な利点は次のとおりです。

シンプルなメカニカルレイアウト
簡単な目視検査
便利なメンテナンスアクセス
コスト削減の可能性
清潔で管理された工場環境に優れた適合性

オープンモジュールがうまく機能する場合

オープン設計は、ほこり、切り粉、液体が制限されている一般的な搬送、ピックアンドプレース、治具の位置決め、およびオートメーションセルに適していることがよくあります。

主な制限事項

露出したベルトとガイド領域は汚染されやすい可能性があります。微細な塵、金属粒子、繊維、またはプロセスの破片が動作経路に入ると、ベルトやガイドの寿命が短くなる可能性があります。

密閉型タイミングベルトリニアモジュール

密閉またはカバーされたモジュールでは、ベルトとガイド機構の周囲に保護ストリップ、トップカバー、または統合ハウジングが追加されます。

主な目的は見た目だけではありません。エンクロージャは、汚染への直接曝露を軽減し、可動コンポーネントを周囲のプロセスから隔離するのに役立ちます。

共通のメリット

埃や破片からの保護の向上
すっきりとした外観
内部可動部品との偶発的な接触を軽減
空気感染による汚染のある生産環境への適合性の向上
より制御されたケーブルとセンサーの統合

トレードオフ

密閉された構造物の保守はより複雑になる可能性があります。カバー、シーリングストリップ、およびアクセスポイントにより、時間の経過とともに検査が必要になる可能性のあるコンポーネントが追加されます。

重要：密閉型モジュールは自動的に防塵、防水、またはクリーンルーム向けに認定されるわけではありません。最終的な保護レベルは、実際のシーリング設計と機械環境によって異なります。

オープンベルトモジュールと密閉ベルトモジュール

比較	オープンモジュール	密閉型モジュール
メンテナンスアクセス	通常は簡単です	カバーの取り外しが必要な場合があります
汚染防止	より低い	一般的には良い
構造の複雑さ	よりシンプルに	より多くのコンポーネント
アプリケーション環境	クリーンで制御されたオートメーション	より粉塵の多い生産エリア、またはより保護された生産エリア
検査の可視性	高い	より低い

標準プロファイルのタイミングベルトモジュール

標準プロファイルのベルトモジュールは、統合リニアガイドと移動キャリッジを備えた比較的従来型のアルミニウムビームまたはハウジングを使用します。

これらは汎用軸として設計されており、幅広い自動化タスクをカバーできます。

典型的なアプリケーションには次のようなものがあります。

材料の移送
選んで配置する
包装設備
組立ライン
検査治具
デカルト座標系

コンパクトタイミングベルトモジュール

コンパクトな設計により、モジュール全体の高さ、幅、またはモーターのエンベロープが削減され、小型の機械に適合します。

設置スペースが積載量よりも制限されている場合に便利です。

コンパクトな設計が役立つ場合

3C電子機器
デスクトップオートメーション
検査システム
小型ピックアンドプレースユニット
軸間隔が狭い機器

コンパクト化で何が変わるのか

ボディが小さくなると、構造セクションが少なくなり、ガイド間隔が小さくなったり、より大きなベアリングやベルトを配置するためのスペースが小さくなったりする場合があります。したがって、設計のモーメント荷重、剛性、保守アクセスについても引き続きチェックする必要があります。

シングルキャリッジタイミングベルトモジュール

最も一般的な構成では、1 つの可動キャリッジを 1 つのキャリッジに使用します。リニアモジュール.

これは、1 つのツール、治具、または負荷が軸に沿って移動する必要がある場合に適しています。

利点は次のとおりです。

簡易荷重計算
シンプルなケーブル配線
標準化されたキャリッジインターフェイス
XY または XYZ システムとの簡単な統合

マルチキャリッジベルトモジュール

一部のベルトステージでは、同じ軸上で 2 つ以上のキャリッジを使用します。

設計に応じて、キャリッジは機械的にリンクされたり、別個のドライブを通じて独立して配置されたり、1 つの幅広の固定具をサポートするために使用されたりする場合があります。

なぜ複数のキャリッジを使用するのでしょうか?

長い荷物や幅広い荷物をサポート
モーメント荷重に対する耐性の向上
1 つのビームで 2 つの治具を運ぶ
同期処理メカニズムを構築する

正確な動作はベルトの配線とドライブの設計に大きく依存するため、システム設計の前にキャリッジ間の機械的関係を確認する必要があります。

単軸タイミングベルトモジュール

単軸モジュールは 1 つの線形自由度を提供します。搬送、位置決め、機械調整の基本的な構成要素です。

一般的な用途には次のようなものがあります。

コンベア側搬送
トレイの移動
カメラの位置
工具調整
供給と荷降ろし

2軸タイミングベルトシステム

2 軸構成では通常、2 つの平行なベルトモジュールを使用して、より広い可動構造またはガントリービームをサポートします。

これは、1 つのモジュールだけでは十分なスパンまたはモーメントの安定性を提供できない場合によく発生します。

代表的な用途

ワイドガントリーシステム
大型ピックアンドプレースフレーム
パレットハンドリング
長いクロスビームの動き

同期が重要

両側が駆動される場合は、2 つの軸が揃った状態を維持する必要があります。同期は機械的または電子的で行うことができます。

同期が悪いとクロスビームがねじれ、ガイド負荷が増加する可能性があります。

二重軸ルール:2 つの強力なモジュールを使用しても、自動的に良好なガントリーが作成されるわけではありません。平行度、同期、クロスビームの剛性は一緒に設計する必要があります。

XYシステムのタイミングベルトモジュール

XY システムは、2 つの直交する直線軸を組み合わせます。 1 つの軸が 2 番目の軸とペイロードを運びます。

タイミングベルトモジュールは、システムが以下を必要とする場合によく使用されます。

長距離旅行
高速
中程度のペイロード
高速二次元位置決め

下軸は、上軸、モーター、ケーブル、工具、ワークピースの質量に合わせてサイズを決定する必要があります。

XYZシステムのタイミングベルトモジュール

XYZ システムは、垂直軸または 3 番目の方向の軸を追加して、完全なデカルト運動を作成します。

一般的な配置では、X 軸と Y 軸の長い移動にタイミングベルトモジュールを使用しますが、より優れた垂直方向の保持や推力が必要な場合は、Z 軸にボールネジやその他の構造を使用することもあります。

この混合駆動アプローチは、各軸をそれぞれのジョブに合わせて最適化できるため、一般的です。

水平取り付け構成

水平設置は、タイミングベルトモジュールの最も一般的な方向の 1 つです。

一般的な用途には、搬送、ガントリー移動、位置決めテーブルなどがあります。

重要なチェックには次のものが含まれます。

ペイロード
重心オフセット
ピッチ、ヨー、ロールの瞬間
加速度
サポート間隔

縦型タイミングベルトモジュール

タイミングベルトモジュールは垂直方向でも使用できますが、垂直方向の動きにより荷重ケースが変化します。

モーターは重力に逆らって動作する必要があり、システムは電力損失時に何が起こるかを考慮する必要があります。

アプリケーションに応じて、設計には次のものが必要になる場合があります。

モーターブレーキ
カウンターバランス
機械的保持機構
安全性の高い落下防止対策

ベルトは吊り下げられた荷重を継続的に支えているため、ベルトの垂直軸は慎重に選択する必要があります。

側面取り付けおよび反転構成

一部の機械では、スペースを節約したり、特定の工具配置を実現したりするために、モジュールを横向きまたは逆さまに取り付ける必要があります。

これらの方向は次のように変更される可能性があります。

ガイドの荷重分散
許容モーメント荷重
潤滑剤の分配
汚染挙動
ケーブルキャリアの配線

必ず実際の取り付け方向に対応した荷重とモーメントのデータを使用してください。

モーターの配置も構成の選択肢のひとつです

モーターは必ずしもモジュールに沿って取り付ける必要はありません。

一般的なレイアウトには次のようなものがあります。

インラインモーター
サイドマウントモーター
折返しまたは並列モーター配置
ギアボックス付きモーター

インラインモーター

シンプルかつダイレクトですが、軸全長が長くなります。

折返しモーター

モーターをモジュールの横に配置することで全長を短縮します。これはコンパクトな機械では便利ですが、設計に応じてプーリー、ベルト、またはその他の伝達要素が追加されます。

ガイド構造はモジュールタイプも定義します

タイミングベルトは駆動力を提供しますが、リニアガイドは負荷を担い、運動形状を制御します。

ベルトモジュールでは、次のようなさまざまなガイド概念が使用される場合があります。

循環リニアレール
統合された軌道システム
ローラーベースのガイド
特殊な低摩擦ガイド構造

ガイドの種類は剛性、耐荷重、走行抵抗、メンテナンス、コストに影響します。

ワイドボディおよび高モーメント設計

一部のベルトモジュールでは、モーメント荷重に対する耐性を向上させるために、より幅広のプロファイルまたはより大きなガイド間隔を使用しています。

これらのデザインは、以下のものを持ち運ぶときに便利です。

大型取付プレート
オフセットグリッパー
ロボットエンドエフェクター
幅広の器具
クロスアクシスアセンブリ

実際の制限がガイドモーメント容量である場合、単に重いモーターを選択するよりもワイドボディモジュールの方が適切な場合があります。

ロングストロークベルトモジュール

ベルトドライブの主な利点の 1 つは、長距離移動に適していることです。

長いボールねじとは異なり、ベルトは 1 本の長いシャフトとして回転する必要がないため、重要なねじ速度が制限要因になりません。

ロングストローク設計でも次の点に注意が必要です。

ベルトの張力
ベルトの伸び
プロファイル剛性
サポート間隔
ケーブル管理
熱の影響

高速ベルトモジュール

高速設計では、通常、低い移動質量、適切なプーリー直径、正しいベルト張力、および十分な剛性のガイドシステムが組み合わされます。

最大速度だけでは実際のパフォーマンスは決まりません。加速、減速、整定、負荷はすべて有効サイクルタイムに影響します。

タイミングベルトモジュールのタイプを選択する方法

アプリケーションの必要性	評価する構成
クリーンな屋内搬送	オープン標準モジュール
粉塵の多い工場環境	密閉または保護されたモジュール
限られたマシンスペース	コンパクトまたは折り畳まれたモーター設計
荷重が広いまたはモーメントが大きい	ワイドボディまたはデュアルキャリッジ設計
ワイドガントリー構造	2軸同期システム
長時間の高速移動	ロングストロークベルトモジュール
二次元位置決め	XY組み合わせ
フルデカルト運動	XYZまたは混合駆動システム