ピーアイ・ジャパン株式会社（ドイツ Physik Instrumente GmbHの日本法人、以降PI）は優れたピエゾ技術を持ち、ナノメートル精度の精密位置決め技術分野のリーディングカンパニーとして知られており、モーションコントロール分野とポジショニング分野のトータルソリューションサプライヤーである。
先般PIは、製品ポートフォリオの拡充を図るため、製品ラインナップに電動リニアステージV-817、V-855、V-857、L-812の4製品を追加した。強みであるピエゾ製品に加え電動リニアステージ製品を充実させることで、さらにユーザーの利便性を向上させ、市場を広げる戦略を展開する。新製品は、高速かつ高精度でありながら、コストパフォーマンスに優れることを特長としている。
コストパフォーマンスに優れた高速・高精度リニアステージ
今回、新しくラインアップに追加になった、V-817、V-855、V-857、L-812の4製品は、モータと位置センサが搭載されたリニアステージで、高速かつ高精度でありながらコストパフォーマンスに優れるのが特長となっている。PIの強みの1つである高度なピエゾ技術によるピエゾアクチュエータやステージなどの製品ラインアップに加えて、これら4製品は電動リニアステージのラインアップを拡充し、ユーザーのアプリケーションに適した幅広い選択肢を提供する趣旨のもとに開発された。
V-817、V-855、V-857の3製品はリニアモータドライブ、L-812はボールスクリュードライブで、必要とする精度や速度、連続動作か断続動作など、アプリケーションの要求仕様による使い分けに対応する。
ステージ
全製品に堅牢な循環式ボールベアリングが採用され、各複数のトラベルレンジが用意されている。 リニアモータドライブのV-817、V-855、V-857は高性能コアレスリニアモータと、高精度リニアエンコーダを搭載している。V-817はインクリメンタルリニアエンコーダを、V-855とV-857はインクリメンタルリニアエンコーダかアブソリュートリニアエンコーダを選択可能である。
ボールスクリュードライブのL-812は、ステッピングモータ、サーボ（ブラシレスDC）モータが選択でき、インクリメンタルタイプまたはアブソリュートタイプのロータリーエンコーダ、さらにセンサなし仕様も用意されている。また、ブレーキ保持オプションにより垂直実装が可能である。L-812はトラベルレンジ、モータ、センサ、オプションの組み合わせにより、40種近くにおよぶ豊富なバリエーションを持つ。
設計
全製品に採用した循環式ボールベアリングにより、同等クラスの既存品と比較して非常に高い荷重容量と動力を実現している。また、高分解能のエンコーダとACSコントローラを併用することによりトラッキング性能が向上し、トラッキングエラーの低減やセトリング時間の改善が期待できる。アブソリュートエンコーダを選択することで（V-817は選択不可）即時の位置測定が可能になり、さらに作業効率や安全性を高めることが可能となる。
モータ
V-817、V-855、V-857に採用されたコアレスリニアモータは、回転力伝達機構に機械部品を使用せずにモーションプラットフォームを直接駆動することから、高速・高加速を実現している。また、速度にかかわらず円滑な動作が可能で制御性に優れることから、特に高い精度要求のある位置決め動作に適した選択肢となる。
L-812に選択可能なステッピングモータと同期サーボモータ（ブラシレスDCモータ）は、広範な回転速度範囲にわたり高い位置精度と過負荷耐久性を持ち、高トルクで低慣性であることが特長となる。これらのモータの性能と堅牢性は、産業自動化分野において高い実績を持つことで知られている。前述の通り、L-812には垂直実装用にブレーキ保持のオプションが用意されている。
以下に、各製品の主な仕様を示す。冒頭に記したように、これらの4製品の大きな特長はコストパフォーマンスにある。表が示す仕様と同程度の仕様を持つ市場の既存品に対して、競争力が高い価格が設定されている。
| 仕様 | V-817 | V-855 | V-857 | L-812 |
|---|---|---|---|---|
| Motor Drive | コアレスリニア ダイレクト | コアレスリニア ダイレクト | コアレスリニア ダイレクト | ステッピング、サーボ ボールスクリュー |
| センサ | インクリメンタルリニア | インクリメンタルリニア アブソリュートリニア | インクリメンタルリニア アブソリュートリニア | インクリメンタルロータリー アブソリュートロータリー なし |
| トラベルレンジ (mm) | 204/407/610/813 | 400/800/1200 | 400/800/1200 | 102/204/407/610 |
| 最大耐荷重 (kg) Z軸最大耐荷重 (kg) | 60 - | 60 - | 100 - | 60 25 |
| 双方向繰り返し精度 (µm) | ±1～±1.5 | ±1 | ±1 | ±5 |
| 最大速度 (m/s) | 3 | 3 | 3～5 | 0.1～0.3 |
| 最大加速度 (m/s2) | - | 100 | 100 | - |
| 参考標準価格 (万円) | 72～ | 39～ | 51～ | 29～ |
高精度電動リニアステージと高機能ACSコントローラによるトータルソリューション
PIは、ユーザーがシステムを構築するためのトータルソリューションを積極的に提供している。高性能なモーションコントローラやドライバで知られるACS Motion Control社（以下ACS）の製品とPI製品を組み合わせたシステムレベルでのサポートを行っている。ACSはPIの傘下にあり、多軸ドライブシステム用の高性能EtherCAT®ベースコントローラおよびドライブソリューションを開発している大手メーカーで、特にレーザ加工機、半導体やFPDの製造・検査装置の分野で高い評価を得ている。
以下に、V-8xxリニアステージとACSコントローラによるレーザ加工システムのイメージを示す。SPiiPlusESは最大64軸対応のユニバーサルコントローラ、UDMntはEtherCATベースで高い接続性を特長とするユニバーサルドライバ、LCMはコントローラとドライバとの同期動作が可能なレーザコントロールモジュールである。
ACSコントローラの特長
- 最大64軸までの多軸完全同期制御が可能
- EtherCATベースの通信接続
- ダイナミックエラーマッピング補正機能
- サンプリングアップデート20KHz(サーボサイクル50μs)
- 独自アルゴリズムServoBoost機能による、静定時間低減、ノイズ低減、コギング補正、共振補正
- カスケード制御ループ構造
リニアステージV-8xxとACSコントローラによるレーザ加工システムのイメージ
リニアステージにかかわらずモーションコントロール全般に言えることだが、システムとしての精度や性能はステージ単体の精度や性能がそのままシステムの性能に表れるわけではなく、コントローラなどを含めたシステム全体を調整して行く必要がある。そのためには、コントローラの性能はもちろん、設定や調整に関するノウハウも重要となる。PIでは高精度リニアステージと親和性の高いコントロールシステムを自社内で構築し完結させることが可能で、トータルソリューションとして高度な総合的サポートを提供できることが強みとなっている。
まとめ
PIはピエゾ位置決め分野でトップクラスのシェアを持つが、電動リニアステージ製品のラインアップ拡充を図っている。この目的としては、電動リニアステージ市場でのビジネス拡充に加え、既存のPIユーザーがなじみのあるPI製品やACSコントローラで使って、幅広いポジショニングシステムの構築やアプリケーションの開発ができるよう利便性を向上させる目的が含まれる。
今回の新製品は、高速かつ高精度でありながら、コストパフォーマンスに優れることを特長としている。各製品の参考価格が提示されているので、同程度の仕様を備えた既存品と比較していただくことで確認可能である。ただし、ステージ単品の価格も重要であるが、システム構成のためのコントローラなどを含めたトータルソリューションの質とコストが最終的なポイントになる。
PIでは、高精度なリニアステージと、その性能を十分に引き出し最適化するACSコントローラおよびソフトウェアによるトータルソリューションの提供に重きを置き、それにともなう総合的な技術サポートを積極的に行っている。