アクチュエータ：エネルギーを制御された運動に変換する装置

基本構成と特性

一般的なアクチュエータは、エネルギー源、駆動要素（モーター、ピストン、発熱体）、伝達機構またはリンク機構（歯車、ねじ、バルブ）で構成される。フィードバックのためのセンサーやコントローラーを備えることも多い。重要な性能特性には、力またはトルク、移動量またはストローク、速度、精度、応答時間、デューティサイクル、環境への耐性がある。

主な種類

• 電動式：モーター、サーボモーター、ステッピングモーター、およびねじやベルトを用いる電動リニアアクチュエータ。
• 油圧式：高い力と剛性を得るための、流体駆動のシリンダーおよびモーター。
• 空気圧式：空気で駆動され、中程度の力で単純かつ高速な操作に適するシリンダー。
• 熱・形状記憶式：加熱により膨張または形状変化する材料やヒーターを用い、小規模または特殊な運動を生み出すもの。
• 機械式：別の動力源からの運動を変換するカム、レバー、リンク機構。

アクチュエータは、直線運動を生じるリニア型と、角運動を生じる回転型に分類できる。位置を指令値から推定する開ループ方式で動作するものもあれば、センサーが正確なフィードバックを提供する閉ループ方式のものもある。

歴史と発展

作動の概念は、単純なレバーや水力で動く製粉機にまでさかのぼる。産業化に伴い、蒸気式、空気圧式、油圧式のアクチュエータが大規模な機械を可能にした。20世紀には電動モーターと電子制御が発展し、現代のアクチュエータには、ロボット工学や高精度自動化を支えるため、パワーエレクトロニクス、組込みコントローラー、スマートセンサーがますます統合されている。

用途と選定

アクチュエータは、工作機械やコンベヤーなどの産業用自動化、関節駆動を担うロボット、スロットル、ブレーキアクチュエータ、電動シートなどの自動車システム、航空宇宙の飛行制御、プロセス制御におけるバルブとダンパー、医療機器、消費者向け製品まで、幅広い分野で使用される。選定時には、力、速度、精度、寸法、寿命、利用可能な電力、制御の複雑さ、安全性を考慮する。関連装置との違いとして、センサーは状態を測定するのに対し、アクチュエータは変化を生じさせる。モーターは回転運動に重点を置くアクチュエータの一部であり、より広範なアクチュエータ組立体の構成要素となる場合がある。