油圧は産業革命の原動力の多くを提供してきましたが、その機能にはコストが伴いました。油圧システムは複雑で扱いにくく、労力とスペースを消費し、運用と保守に費用がかかります。
しかし、今日では、高度な電動アクチュエータが、油圧式よりもシンプルでクリーン、かつ制御性に優れた、高出力でメンテナンス不要の価値を提供しています。機械設計に通常油圧シリンダーを指定している場合、電動式を検討する十分な理由がいくつかあります。

油圧システムは複雑になることがある

油圧システムでは、ほとんど圧縮できない油圧流体が電気エネルギーを増幅して負荷を動かします。一般的なデュアルアクションシステムでは、電気モーターがポンプを駆動し、非圧縮性の油圧オイルを、ピストンロッドに取り付けられた移動できるピストンを含むシリンダーに送ります。吸入流体がリザーバーから到達すると、ピストンロッドに圧力がかかり、負荷が移動します。ピストンが動くと 、流体がシリンダーの反対側からリザーバーに押し出され最終的にチャンバーに戻ります。この複雑なプロセスをサポートするには、ホース、コネクタ、フィルター、スイッチ、バルブ、ポンプなどの外部システムが必要です。これらのシステムによって、シリンダーとの間で流体を循環させ、動きを可能にします。
これは、すべての動作軸で繰り返されます。最小のシステムでも、スペースを占有する可動コンポーネントが必要であり、システム障害のリスクが通常よりも高くなります。一定の圧力を維持することは重要であり、それは適切なバルブ設定、接続、切り替えに依存します。
オイルがシステム内をポンプで送られると、フィルターが詰まったり、オイルレベルが低下したり、ベアリング、シール、ギアが劣化したりします。これらはすべて、漏れ、 騒音、その他の問題の原因となります。油圧システムには 、バルブが適切に開閉しない、オイルの粘度が変化する、 オイルが過熱するなど、他にも数多くの問題があり、対処は可能ですが、信頼性を脅かします。多数の可動部品を同期させてパフォーマンスを最大化するためにかかる労力に加えて、油圧システムは貴重なスペースを消費します。モバイル型と固定型の両方の機器はますます小型化しています。騒音も問題です。 システムが最高のパフォーマンスで動作している場合でも、モータ ー、ポンプ、その他のコンポーネントから、 気を散らす騒音が絶えず発生します。騒音を減らすために、一部のユーザーは騒音軽減製品やサービスに頼っていますが、これにより設計上の課題とコストがさらに増加します。騒音の多い内燃エンジンで駆動する油圧システムの場合、油圧システムを待機状態で待機させる必要があるため、エネルギーの消費効率が悪くなり、運用コストが増加します。ほとんどのアプリケーションでは、複数の油圧シリンダーが使用されます。使用するシリンダーの数が増えるほど、複雑さ、 周囲の騒音、エネルギー消費、および関連コストが増加しま す。

電動アクチュエータとは対照的に、油圧システムは、動作にホース、コネクタ、バルブ、 フィルター、スイッチが必要なため複雑です。

油圧システムは扱いにくく、潜在的に危険である

油圧システムの複雑さは、スペースの利用、騒音の緩和、エ ネルギー消費の面でコストがかかる可能性がありますが、油 圧流体自体の特性に関連する追加のメンテナンス層があります。使用される流体にはいくつかの異なるタイプがありますが、いずれも汚れ、臭い、滑りやすさ、危険性があるため、 特別な取り扱いが必要です。以下は、特定されている油圧流体の取り扱いに関する潜在的な問題の一部です：
毒性：米国毒性物質疾病登録局は、一部の油圧作動油は皮膚や目を刺激し、特定の種類を摂取すると肺炎、腸出血、また は人間が死亡する可能性があると報告しています。また、特定の種類の油圧作動油を飲み込んだり吸入したりすると、動物に神経損傷が発生することがあるとも述べています。
油圧作動油が高濃度で含まれる空気を呼吸した場合の影響は不明ですが、一部の国では油圧作動油の暴露限度を設定しています。汚染：油圧作動油は、人体に対して潜在的に有毒であるだけでなく、環境にも有害です。たとえば、米国環境保護庁 ( EPA) は、油圧作動油を特別な取り扱いを必要とするオイル のリストに含めています。
転倒：システムから漏れた液体やメンテナンス中にこぼれた 液体は、滑って転倒する危険があります。漏れた液体の水たまりで滑ったり、手や靴に油が付いたまま機械に登っているときに転倒して負傷した作業員の事例が多数報告されています。
火傷の危険：油圧システムは、通常の操作中に80 °Cまで上昇することがありますが、一部のシステムではそれよりも大幅に高温になり、重度の皮膚火傷を引き起こす温度に達するとともに、金属部品も危険なレベルまで加熱されます。
清掃：屋内でのこぼれは、地域の規制の対象となる場合があ り、吸収剤やその他の清掃サービスへの追加投資が必要にな る場合もあります。
可燃性：石油系油圧作動油は、ジェット燃料、灯油、ディー ゼル燃料などの石油中間留分燃料よりも可燃性が低いですが高圧漏れにより流体がエアロゾル状態になった場合に発生する可能性があり、噴霧すると火災の危険があります。
これらの要因により、油圧作動油は保管中および交換中に注意が必要です。

油圧システムの制御能力には限界がある

これまで述べてきたことはすべて、油圧の従来の使用に関するものですが、何らかのシステム最適化や近代化戦略に油圧を統合する場合、必要なインフラストラクチャの複雑さによって状況が悪化し、コストが増加します。油圧シリンダーは手動制御用に設計されており視覚的な位置フィードバックのみを提供するため、特定の位置で停止したり、場所を変更したり、指定された速度に到達したりするように指示するには、制御コンポーネントを追加する必要があります。同様に、速度を上げたり下げたり、一定の動作プロファイルに従うには外部コンポーネントが必要となり、統合、運用、保守にコストがかかる可能性があります。たとえば、正確な位置の読み取りには、ロータリーエンコーダなどの外部測定デバイスが必要になります。速度制御には、高度なバルブ アセンブリが必要になります。
図1は、電動シリンダーと油圧シリンダーを往復させ る簡単な方法を比較したものです。電動アクチュエータは設計がシンプルでコンパクトなため、汚染のリスクがありません。一方、油 圧シリンダーはより複雑で 、外部のサポートインフラ ストラクチャと、システム全体の重量を増やすスペースを必要とします。

電動アクチュエータと油圧システムを比較した詳細図

エネルギー効率

電動アクチュエータは、電力を直接使用するため、エネルギー効率が高いです。油圧システムではポンプを使用して油を循環させる必要があり、その過程でエネルギー損失が生じます。これに対し、電動アクチュエータは必要なときに必要なだけの電力を消費します。

精密な制御

電動アクチュエータは、高度な制御技術を用いることで、非常に精密な動作が可能です。これにより、特定の位置や速度での制御が容易になり、自動化されたシステムにおいて特に有用です。

電動アクチュエータは欠点なしで同等のパフォーマンスを発揮します

油圧システムは、運用、保守、 清掃コストが高く、安全上のリスクがあり、エネルギー消費が非効率的で制御能力が最小限であることから、電動アクチュエータに比べると、新世代のインテリジェントリニアマシンには適していません。
電動アクチュエータは、油圧の高負荷、コンパクトという利点を備えながら、油圧の制約を解消するように進化しました。今日の電動アクチュエータは、面倒なオイルや複雑なホース、バ ルブ、ポンプ、その他のアセンブリを必要とせずに、16kN以上の負荷を処理できます。
さらに、電動アクチュエータの設計者は、かつては油圧でしか利用できなかった機能をますます取り入れるようになっています。これまでの軌跡を大幅に拡大することなく、衝撃緩和や手動ブレーキ解除などの機能が含まれます。
電動アクチュエータでは、すべての機能をアクチュエータハウジング自体に組み込むことができ、わずか数本の配線で電子制御ユニット (ECU) に接続できます。この機能を活用するのは、位置を報告したり、パフォーマンスを向上させる診断フィードバックを提供したり、複数のアクチュエータを同期させるなどの複雑な機能を処理したりするようにプログラムできる組み込みマイクロプロセッサです。
電動アクチュエータはコマンドを受け取り、それに応じて位置や速度などのステータス情報や、負荷や温度などの安全関連データを提供します。また、機能は瞬時にオンにできるため、騒音やコストのかかるシステムのアイドリングは発生しません。これらすべての要素を考慮すると、電動アクチュエータは、シンプルで強力かつスマートな直線運動が求められる次世代のモバイル機器、産業機械、航空宇宙システム、その他多くのアプリケーションにますます採用されるようになっています。