2022.05.31
基礎知識

小型スマート油圧アクチュエータ：Part2

スマート油圧アクチュエータ誕生の背景

前述の「ISA（インテグレーテッド・スマート・アクチュエータ）」のような小型スマート油圧アクチュエータが開発可能になるためには，構成部品の技術的な進歩が必要であった。それら主な構成部品や技術的な要素は，サーボ弁，制御基板・センサ，3D金属プリンタ加工技術及び産業用イーサネット通信である。（図3）

図3　プロトタイプの断面図

1　超小型油圧サーボ弁

サーボ弁が，航空宇宙業界での需要から，飛行機，ロケット及び人工衛星に装備されるために，堅牢性・信頼性を保ちつつ，小型・軽量を求められるようになり，小型の油圧サーボ弁が開発された。

その後，「地上の戦闘機」とも比喩されるF1カーに搭載されるために，更なる小型軽量化に加え，エンドキャップを保持するねじが200°Cの局部温度に耐えるようにアップグレードされた，耐高熱の超小型油圧サーボ弁が開発された。（図4）

図4　F1用超小型サーボ弁

2　制御基板・センサの小型化

半導体業界で有名な「ムーアの法則」に則って，半導体の微細化技術が急成長を遂げ，表面実装技術の進化により，ICチップの小型化，小型実装基板，小型センサの製造が可能になった。

制御基板や各種センサは，スマホやウェアラブル端末，車載部品の小型化のトレンドにより，小型部品の選択肢が大きく広がり入手も容易になった。

3　金属３Dプリンタ技術

もっとも重要な課題であった複雑な構造のアクチュエータ本体を製造する技術は，ここ数年で一般的になった金属3Dプリンタ技術があって初めて実現可能になった。

金型鋳造，溶接加工や削り出し加工では，これまでには絶対に製作不可能だった複雑な内部構造を持つ製品も製造できるようになった。

このような加工法を，Additive Manufacturing（付加製造）技術と呼ぶ。（図5）

図5　3D金属プリンタによるボディ形成

4　産業用イーサネット通信

2007年頃から産業用イーサネット通信規格が同時多発的に誕生した．イーサネットを使用することにより最高100mbpsの高速通信が可能となり，それらのオープンネットワーク通信規格が，10年以上経ち，多くのユーザに普及し一般化した．産業用イーサネット通信により，センサからのフィードバックやコマンド指令及び軸間同期速度が，飛躍的に高速化し，上位コントローラからの多軸制御も容易になった。

現在の課題

長い間アナログ制御のイメージのあった油圧アクチュエータであったが，このように，市場や開発者の需要と構成部品の技術的進歩により，自立ロボットの駆動にも使用可能なほど「小型」で「スマート」な油圧アクチュエータが開発可能となった。

しかしながら，まだ誕生したばかりの新たな製品であるため，いくつかの課題が残されている。

1　ハード面の課題

スマート油圧アクチュエータを限られたスペースに搭載しなければならない場合，筐体の小型化のために３D金属プリンタを使用した付加製造が必要になる．現在の金属3Dプリンタ装置では，まだまだ量産に必要な生産能力の確保が難しい。さらに金属３Dプリント加工できる筐体のサイズも300㎜以下というレベルになっている。

さらに，油圧アクチュエータは小型・スマートになったとしても，電源・ポンプ・タンクを含む油圧ポンプユニットの小型・スマート化が実現していない．これにより，小型スマート油圧アクチュエータ製品を使用・評価したいと考える新規油圧ユーザの参入のハードルを上げている。

2　ソフト面の課題

前述した産業用イーサネット通信であるが，いくつかのメジャーな通信規格があり，同じ通信規格を介して，他社製品と通信が可能となるはずである。しかしながら，このような新しい製品の場合は，同一通信規格の他社スレーブ製品やマスターコントローラとの相互運用性（インターオペラビリティ）の確認が必要になる。

また，現在，電動制御を使用しているユーザが，電動アクチュエータではどうしてもカバーできない限られたサイズでの高密度パワーを求め，スマート油圧アクチュエータのような製品を探しているが，そういった開発設計者達への，製品の認知度の向上と，油圧制御製品の選定・設置・操作方法の教育が必要とされる。