アクチュエータは、例えばバルブを開くことによって、機構またはシステムの移動および制御を担う機械の構成要素である。 簡単に言うと、それは「ムーバー」です。
アクチュエータは、制御信号およびエネルギー源を必要とする。 制御信号は、比較的低いエネルギーであり、電圧または電流、空気圧または液圧、さらには人間の力であってもよい。 その主なエネルギー源は、電流、油圧流体圧力、または空気圧であってもよい。 制御信号を受信すると、アクチュエータは信号のエネルギーを機械的運動に変換することによって応答する。
アクチュエータは、制御システムが環境に作用するメカニズムである。 制御システムは、単純なもの（固定式の機械式または電子式のシステム）、ソフトウェアベースのもの（例えば、プリンタドライバ、ロボット制御システム）、人間、または他の任意の入力とすることができる。
歴史
空気圧作動システムと油圧作動システムの歴史は、第二次世界大戦（1938年）の時代を迎えます。 それは、自動車のブレーキが最大限の力を発揮し、摩耗が最小限であることを確実にするための新しいソリューションを考案するために、エンジンとブレーキシステムの知識を使用したXhiter Anckeleman（「Ziter」と発音）によって初めて作成されました。
油圧
油圧アクチュエータは、機械的動作を容易にするために油圧力を使用するシリンダまたは流体モータからなる。 機械的運動は、直線運動、回転運動または振動運動の出力を与える。 液体はほとんど圧縮できないので、油圧アクチュエータは大きな力を発揮することができる。 このアプローチの欠点は、加速度が制限されていることです。
油圧シリンダは、ピストンが摺動することができる中空円筒形の管からなる。 単動という用語は、流体圧力がピストンの片側だけに加えられるときに使用される。 ピストンは一方向のみに動くことができ、ばねはピストンに戻りストロークを与えるために頻繁に使用される。 二重作用という用語は、ピストンの両側に圧力が加えられるときに使用される。 ピストンの2つの側面の間の圧力差によって、ピストンが一方の側または他方の側に移動する。
空気圧
空気圧アクチュエータは、比較的小さな圧力変化からかなりの力を生成することを可能にする。 空気圧アクチュエータは、高圧または圧縮空気によって形成されたエネルギーを直線運動または回転運動に変換する。 空気圧エネルギーは、動力源が運転のために予備の状態で貯蔵される必要がないので、始動および停止において迅速に応答することができるので、主エンジン制御には望ましい。 さらに、空気圧式アクチュエータは、他のアクチュエータよりも安全で安価であり、しばしばより信頼性が高く強力である。 これらの力は、ダイヤフラムを動かして弁を通る空気の流れに影響を及ぼすために弁と共に使用されることが多い。
電気の
電気アクチュエータは、電気エネルギーを機械的トルクに変換するモータによって駆動される。 電気エネルギーは、マルチターン弁などの装置を作動させるために使用される。 さらに、モータの上には、一般的にブレーキが取り付けられており、メディアがバルブを開けないようにしています。 ブレーキが取り付けられていない場合、アクチュエータは開いているバルブを開けて、閉位置に戻します。 これが続けば、モータとアクチュエータは最終的に破損します。 それは石油または他の化石燃料を直接的に伴わないので、最もクリーンで最も容易に利用可能なアクチュエータの形態の1つである。
電気アクチュエータの構造は、エネルギー源としてのみ電力を必要とするため、油圧アクチュエータおよび空気圧アクチュエータの構造に比べて単純である。 電気ケーブルは電気と信号の伝送に使用されるため、汎用性が高く、電源とアクチュエータの間の距離にはほとんど制限がありません。
多数のモデルがあり、用途に応じて標準化された電動機で簡単に使用できます。 ほとんどの場合、モーターは連続運転であるため、減速機を使用する必要があります。
小さなバルブを駆動するための電気ピストンの使用。
ピストンを備えた駆動装置の最も簡単な形態は、駆動ピストンの軸線およびねじ山の入口に平行な表面に取り付けられたヒンジと一体のレバーの設置である。
MuscularWires®があり、モータなしで静かな動きが可能です。 これは、ロボット工学および自動化、ならびに小型アクチュエーターの実現のための最も革新的な技術です。
電場によって刺激されたときに通常形状またはサイズが変化するポリマーである電気活性ポリマー、PEA（スペイン語の略語の場合）またはEAP（英語の略語の場合）もある。 それらは主に、ロボット、人工器官に使用されるアクチュエータ、センサー、または人工筋肉の生成として使用されます。
ツイストおよびコイル状ポリマー（TCP）またはスーパーコイルポリマー（SCP）
スーパーコイルドポリマー（SCP）アクチュエータとしても知られているねじりコイルド（TCP）アクチュエータは、電力によって作動することができるコイル状ポリマーである。 TCPアクチュエータは、コイルばねのように見える。 TCPアクチュエータは、通常、銀被覆ナイロン製である。 TCPアクチュエータは、金のような他の電気コンダクタンスコートから作ることもできる。 TCPアクチュエータは、筋肉を伸ばすために負荷の下にあるべきです。 電気エネルギーは、ジュール加熱、オーム加熱、および抵抗加熱としても知られている電気抵抗による熱エネルギーに変換される。 ジュール加熱によってTCPアクチュエータの温度が上昇すると、ポリマーが収縮し、アクチュエータの収縮が引き起こされます。
圧電アクチュエータ
運動（変位）を生じるデバイスは、圧電性の物理現象を利用していますか？ この効果を利用するアクチュエータは、約20年間使用可能であり、位置付けの世界を変えました。 電場が材料に印加されたときに生じる正確な動きは、ナノパーティショニングにとって非常に重要である。
次のタイプを区別することができます。
スタックタイプ
タイプ “屈曲”
高位電動位置決めシステムと組み合わせる
熱または磁気
熱エネルギーまたは磁気エネルギーを印加することによって作動させることができるアクチュエータは、商業的用途に使用されている。 熱アクチュエータは、小型で、軽量で、経済的で、高出力密度である傾向がある。 これらのアクチュエータは、形状記憶合金（SMA）または磁気形状記憶合金（MSMA）などの形状記憶材料（SMM）を使用する。 これらのデバイスの人気メーカーには、Finnish Modti Inc.、American Dynalloy、Rotorkがあります。
機械的
機械的アクチュエータは、回転運動のようなある種の運動を直線運動のような別の種類に変換することによって運動を実行するように機能する。 一例がラックアンドピニオンである。 機械式アクチュエータの動作は、歯車およびレール、プーリーおよびチェーンなどの構造部品の組み合わせに基づいています。
電子アクチュエータ
電子アクチュエータは、ロボットのようなメカトロニクス装置にも広く使用されている。 ブラシレスACサーボモータは、今後、原子力エネルギーの保守時間をほとんど必要としないため、精密位置決めアクチュエータとして使用される予定です。
油圧アクチュエータ
最も古い油圧アクチュエータは、作動形態に応じて分類され、加圧流体に基づいて作動する。 3つの主要なグループがあります：
油圧シリンダ
油圧エンジン
油圧スイングモーター
油圧シリンダ
その機能によれば、油圧シリンダをシンプルエフェクトとダブルアクションの2種類に分類することができます。 第1のタイプでは、油圧力が押し付けられ、異なる外力が作用して収縮する。 第2のタイプは、油圧力を使用して両方の動作を実行するタイプです。 操舵制御は、ソレノイドを用いて行われる。 内部には、電流が流れると弾性定数が変化するバネがあります。 つまり、電流が電気ピストンを通って流れると、それは容易に伸ばすことができる。
動圧シリンダ
シリンダの基部に荷重をかける。 シリンダー内で滑る部品がないため、製造コストは一般に低い。
シングルエフェクトシリンダー
バーはピストンの一端にのみあり、スプリングや同じ重力で収縮します。 荷重はシリンダの一端にのみ置くことができます。
ダブルエフェクトシリンダー
負荷はシリンダの両側に配置できます。 ピストンの端部の間の圧力差によって水平パルスが発生する
テレスコピックシリンダ
多段チューブ型バーは、加圧油シリンダーに適用されるときに連続的に押されます。 シリンダの長さに比べて比較的長いストロークを達成することができる
油圧モータ
油圧モータでは、圧力によって回転運動が発生する。 これらのエンジンは、2つの大きなグループに分類することができる。第1は、ギアが加圧されたオイルによって直接駆動されるロータリータイプであり、第2は、振動タイプであり、回転運動は、ピストンまたはハンマーの振動作用によって生成される。 このタイプは、そのより高い効率のためにより高い需要を有する。 以下は、このタイプのエンジンの分類です
歯車モーター
ベーン型回転モータ
プロペラモータ
油圧モータ偏心カムモータ
アキシャルピストン
傾斜軸を有する振動型モータ
歯車モーター：各歯車の歯面に作用する入口から矢印の方向に発生する圧油が流れる。 モーター構造はシンプルなので、高速動作での使用を強く推奨します。
傾斜軸ピストン付きモータ
入口から流れる加圧されたオイルは、ピストンをフランジに押し付け、その結果生じる半径方向の力により、シャフトおよびシリンダブロックが矢印の方向に回転する。 このタイプのモーターは、高圧および高速用途に非常に便利です。 軸の傾き角度を変更することによって、その容量を変更することができます。
アキシャルピストンを有する振動モータ
その機能は、加圧された一定量の液体を吸収し、必要なときに回路に戻すことです。
空気圧アクチュエータ
圧縮空気のエネルギーを機械的な仕事に変換するメカニズムは、空気圧アクチュエータと呼ばれます。 本質的には油圧アクチュエータと同一であるが、圧縮レンジは、電源（空気）の要素に動機付けられた、使用に関して、および構造に関する小さな差異に加えて、この場合にはより低い。油圧シリンダに使用されるものとは異なる。
この分類では、圧縮空気を使用し、単純な効果アクチュエータと見なされる蛇腹およびダイヤフラム、ならびに近年注目されている人工ゴム筋が現れる。
シンプルな効果
空気圧シリンダー
ダブルエフェクト空気圧アクチュエータ
シャンクなしのダブルエフェクトのリニアアクチュエータ
ギアとラック付き
ギアとダブルジッパー付き
ベーン付き空気圧モータ
ピストン付き
同時に天気の羽根で
マルチバルブ
ピストン付きロータリーエンジン
垂直スロットから
プランジャ
ベローズ、ダイヤフラムおよび人工筋肉
シングルエフェクトシリンダー
回転パレット
これらは、出力軸の回転を制限するように設計されたモータ要素です。 空気圧は、回転運動を印刷する1つまたは2つのブレードに直接作用する。 これらは270°を超えず、ダブルパレットのものは90°を超えない。
アクチュエータの部品
「安全キー」システム：アクチュエータカバーを保持するための安全キーのこの方法は、機械加工された摺動グルーブ内の可撓性円筒形ステンレス鋼テープを使用します。 これにより、カバーとヘリコイルのネジを中心とする荷重によって引き起こされる応力の集中が排除されます。 安全キーは、アクチュエータアセンブリの強度を大幅に向上させ、危険な脱結合に対して安全ロックを提供します。
スロット付きピニオン：ピニオンの上部にあるこの溝は、ポジションインジケータとポジションスイッチのための自己センタリング、ダイレクトトランスミッションを提供し、カップリングフランジの使用を排除します。 （ナミュールの基準の下で）。
スプライスベアリング：これらのスプライスおよびスレッドスプライスベアリングは、上部に取り付けられるフィッティングの結合を簡素化するのに役立ちます。 （ISO 5211およびVDI標準の下で）。
大きな空気通路：大型の空気通路のための内部ダクトは、迅速な操作を可能にし、それらをブロックしないようにします。
Muñoneras：新しい設計と最大耐久性、永久潤滑、耐腐食性、交換が容易で、最も厳しい用途でのアクチュエータの寿命を延ばします。
構造：凹み、衝撃、疲労に対して最大限の力を与えなければなりません。 そのラックアンドピニオンは偉大なものでなければならず、高精度の機械で機械加工されなければならず、正確な位置を得るためにゲームが不要になる。
Ceramigard：腐食に強い、セラミックに似た強い表面。 アクチュエータのすべての部品を摩耗および腐食から保護します。
コーティング：ダブルコーティングで、攻撃的な環境に対して特別な保護を提供します。
カップリング：スプリング式交換モジュールのカップリングまたはアンカップリング、または空気圧の不具合の場合の安全性。
ストローク調整ネジ：両方の方向のピニオンの回転を調整します。 四分の一回転弁には何が不可欠ですか？
ピニオンのラジアルおよび耐力スプロケット：垂直荷重から保護する交換可能なトラニオン。 ラジアルマフラーはすべてのラジアル荷重をサポートします。
ピニオンシール – 上部と下部：ピニオンシールは、腐食から保護するために、可能なすべての隙間を最小にするように配置されています。
故障の場合の不安定な安全スプリング：これらのスプリングは、決して破損しないように設計され、製造され、その後腐食から保護されます。 バネは、各バネが対象とするメモリの損失を補うために、特定の方法で分類され、割り当てられます。 空気供給の失敗の場合の真の信頼性のために。
最も一般的なアクチュエータは次のとおりです。
空気圧シリンダと油圧シリンダ。 彼らは直線運動を行う。
モータ（回転アクチュエータ）空気圧および油圧。 それらは、油圧または空気圧エネルギーによって旋回運動を行う。
バルブ。 直接制御、電動、電空などがあり、ガスや液体の流れを調整するために使用されます。
加熱抵抗器。 彼らは熱に慣れています。
電気モーター。 最もよく使用されるのは誘導、連続、ブラシレス、ステップバイステップです。
ポンプ、コンプレッサー、ファン。 電気誘導モータによって一般的に移動。
3Dプリントソフトアクチュエータ
ソフトアクチュエータは、農業における果物収穫や、ロボット工学にとって常に困難な課題であった生物医学における内部器官の操作のような脆弱な物体を処理するために開発されている。 従来のアクチュエータとは異なり、ソフトアクチュエータは、分子レベルの微視的変化をアクチュエータ材料の巨視的な変形に統合するため、柔軟な動きを生成する。
既存のソフトアクチュエータの大部分は、マイクロモールディング、固体自由形状製造、マスクリソグラフィなどの多段階低歩留まりプロセスを用いて製造される。 しかしながら、これらの方法は、製造の成熟が達成されるまで、デバイスの手動製作、後処理/組立、および長時間の反復を必要とする。 現在の製造プロセスの退屈で時間のかかる側面を回避するために、研究者らは、ソフトアクチュエータの効果的な製造のための適切な製造アプローチを検討している。 したがって、3D印刷などのラピッドプロトタイピング方法によって単一のステップで製造することができる特殊なソフトシステムを使用して、ソフトアクチュエータの設計と実装の間のギャップを狭め、プロセスをより迅速に、より安価に、より簡単にする。 また、すべてのアクチュエータコンポーネントを1つの構造に組み込むことができ、外部ジョイント、接着剤、ファスナーを使用する必要がありません。 これらの結果、ディスクリート部品の数、後処理ステップ、および製造時間が減少する。
3D印刷ソフトアクチュエータは、「セミ3D印刷ソフトアクチュエータ」と「3D印刷ソフトアクチュエータ」の2つの主要なグループに分類される。 そのような分類の理由は、3D印刷プロセスによって全体的に製造された印刷されたソフトアクチュエータと、3Dプリンタによって作られた部分とその後に処理されるポストとを区別するためである。 この分類は、3D印刷されたソフトアクチュエータの、セミ3D印刷されたソフトアクチュエータに対する優位性を、それ以上のアセンブリを必要とせずに動作することができるために明確にするのに役立つ。
形状記憶ポリマー（SMP）アクチュエータは、筋肉に最もよく似ており、光、電気、磁気、熱、pH、湿度の変化などの刺激の範囲に対応します。 スマート材料の導入や先進の製造技術によるさまざまな材料の組み合わせによって、疲労や応答時間の改善などいくつかの欠点が改善されています。 3Dプリンタの登場により、低コストで高速応答のSMPアクチュエータを製造するための新たな道が開かれました。 熱、水分、電気入力、光または磁場のような外部刺激をSMPによって受け取るプロセスは、形状記憶効果（SME）と呼ばれる。 SMPは、低密度、高ひずみ回復、生体適合性、および生分解性のようないくつかの有益な特徴を示す。
フォトポリマー/光活性化ポリマー（LAP）は、光刺激によって活性化される別のタイプのSMPである。 LAPアクチュエータは、即座の応答と、物理的な接触なしに、光周波数または強度の変化のみで遠隔制御することができる。
ソフトロボティクスにおけるソフトで軽量で生体適合性のあるソフトアクチュエータの必要性は、その固有のコンプライアンス性と筋肉張力を生成する能力のために、空気圧ソフトアクチュエータを考案する研究者に影響を与えている。
誘電性エラストマー（DE）、イオン性ポリマー金属複合体（IPMC）、イオン性電気活性ポリマー、高分子電解質ゲル、およびゲル金属複合体などのポリマーは、ソフトアクチュエータとして機能するように調整することができる3D積層構造を形成する一般的な材料である。 EAPアクチュエータは、形状の変形として電気的励起に応答する3Dプリントソフトアクチュエータとして分類される。
例とアプリケーション
工学において、アクチュエータは、動きを導入する機構として、または動きを防止するように物体をクランプする機構として、しばしば使用される。 電子工学では、アクチュエータはトランスデューサのサブディビジョンです。 これらは、入力信号（主に電気信号）をある種の動作に変換するデバイスです。
アクチュエータの例
櫛駆動
デジタルマイクロミラーデバイス
電気モーター
電気活性ポリマー
油圧シリンダ
圧電アクチュエータ
空気圧アクチュエータ
スクリュージャック
サーボ機構
ソレノイド
ステッパーモーター
形状記憶合金
熱バイモルフ
油圧アクチュエータ
円形から線形への変換
モータは、円運動が必要な場合に主に使用されますが、リードスクリューまたは類似の機構を使用して円形から直線運動に変換することによって、線形用途にも使用できます。 一方、いくつかのアクチュエータは、圧電アクチュエータなどの本質的に線形である。 円運動と直線運動との間の変換は、一般に、以下のようないくつかの単純なタイプのメカニズムを介して行われる。
スクリュー：スクリュージャッキ、ボールネジ、ローラースクリューのアクチュエーターはすべて、スクリューとして知られている簡単な機械の原理で作動します。 アクチュエータのナットを回すと、スクリュー軸が一列に移動します。 スクリュー軸を動かすことにより、ナットが回転する。
ホイールとアクスル：ホイスト、ウインチ、ラックアンドピニオン、チェーンドライブ、ベルトドライブ、リジッドチェーン、リジッドベルトアクチュエータは、ホイールとアクスルの原理で動作します。 ホイール/アクスル（例えば、ドラム、ギア、プーリーまたはシャフト）を回転させることによって、線形部材（例えば、ケーブル、ラック、チェーンまたはベルト）が移動する。 線形部材を動かすことによって、車輪/車軸が回転する。
バーチャル計測
バーチャル計測では、アクチュエータとセンサはバーチャル計測器のハードウェア補完物です。
パフォーマンスメトリック
アクチュエータの性能メトリックには、速度、加速度、力（または角速度、角加速度、トルク）、エネルギー効率、質量、容積、動作条件、耐久性などの考慮事項が含まれます。
力
アプリケーションでアクチュエータの力を考慮する場合は、2つの主なメトリックを考慮する必要があります。 これらの2つは静的および動的負荷です。 静的荷重は、動作していないときのアクチュエータの力の能力です。 逆に、アクチュエータの動的負荷は、運動中の力の能力である。
速度
速度は負荷量が増加するにつれて常に減少するため、速度は主に無負荷ペースで考慮する必要があります。 速度が低下する速度は、力の量および初期速度と直接相関する。
操作条件
アクチュエータは一般的に、標準IPコード評価システムを使用して定格されます。 危険な環境で評価されたものは、個人的または一般的な産業用のものよりも高いIP評価を有する。
耐久性
これは、使用方法と品質に応じて、個々のメーカーによって決定されます。