リニアステッピングモータの駆動方法と注意点

1．リニアステッピングモータとは

リニアステッピングモータは、回転型ステッピングモータと同様に「パルス信号」に同期して位置を変化させるモータですが、出力が直線運動になっている点が特徴です。

回転型ステッピングモータ

→ 回転角をステップ単位で制御

リニアステッピングモータ

→ ステップごとに一定距離だけ直線移動

エンコーダを用いなくてもオープンループで位置決めがしやすく、構造も比較的シンプルなため、搬送装置・精密位置決め機構・検査装置などで広く利用されています。

2．基本的な駆動原理

リニアステッピングモータは、固定子側（ステータ）と可動子側（ムーバ、テーブルなど）に磁極パターンを持ち、コイルに通電する位相を切り替えることで磁極を順次移動させ、直線運動を得る構造になっています。

コイルに電流を流す

→ 磁界が発生し、永久磁石または磁性体と吸引・反発力が生じる

通電する相（A相、B相…）を順番に切り替え

→ 吸引位置が少しずつ移動し、それに合わせて可動子が直線的に動く

この「通電パターンの切り替え」をどのように行うかが、駆動方法の違いになります。

「写真の由来：NEMA 14 エクスターナルリニアステッピングモータ 1.5A 14E19S1504GF5-150RS 0.2Nm ねじリード 2.54mm(0.1") 長さ 150mm」

3．リニアステッピングモータの主な駆動方法

3-1．フルステップ駆動

もっとも基本的な駆動方式です。

2相励磁（例：A相＋B相 → A’相＋B相 → A’相＋B’相…）で駆動します。

各ステップごとに進む距離は一定で、**カタログに記載された「基本ステップピッチ」**がそのまま位置分解能になります。

特徴：

駆動が単純で制御が容易

トルクが比較的大きい

反面、振動・騒音が大きくなりやすい

高いトルクを優先し、分解能よりもシンプルさが重視される用途に向いています。

3-2．ハーフステップ駆動

フルステップと比較して、位置分解能を2倍に高めるための駆動方式です。

1相励磁と2相励磁を交互に行うことで、基本ステップの中間位置にも駆動点を作り出します。

その結果、1ステップあたりの移動量が半分になります。

特徴：

フルステップよりも滑らかな動き

分解能が2倍になる

一部のステップではトルクが低下する

フルステップでは分解能が不足するときに検討されます。

3-3．マイクロステップ駆動

さらに滑らかな動きや高分解能が必要な場合には、マイクロステップ駆動を用います。

A相・B相などの励磁電流を「正弦波状」に近い形で細かく制御し、磁界の合成ベクトルの向きを連続的に変化させます。

1フルステップを、8分割・16分割・32分割などに細かく分けて駆動することが可能です。

特徴：

極めて滑らかな移動が得られる

低速での振動や共振を抑えやすい

高分解能の位置決めが可能

ドライバがやや高価・制御が複雑

精密な位置制御や、低振動が求められる装置によく用いられます。

3-4．クローズドループ駆動（位置フィードバック併用）

リニアエンコーダなどの位置センサと組み合わせて、クローズドループ制御を行う駆動方法もあります。

基本はステッピングモータとしてパルス指令で動かす

実際の位置をエンコーダで計測し、「脱調」や位置ずれを検知・補正

特徴：

サーボモータに近い安定した位置決め性能

過負荷時でも脱調を検知できる

制御系がやや複雑になる

オープンループのシンプルさを生かしつつ、信頼性を高めたい場合に検討されます。

「写真の由来：NEMA 17 エクスターナルリニアステッピングモータ 17E13S1504WF5-150RS 0.3Nm ねじリード 12.7mm(0.5") 長さ 150mm」

4．駆動時の注意点

4-1．脱調（ステップアウト）に注意

ステッピングモータは「パルス＝ステップ数」として位置を計算するため、脱調が起きると位置情報が一気に崩れます。

脱調を防ぐためには、

必要な推力・負荷質量に対して十分なトルクを持つモータを選定する

加速・減速のプロファイル（ラムプ）を適切に設定する

急激な速度変更や過大な外力を避ける

といった配慮が必要です。

4-2．共振・振動への対策

ステッピングモータは、特定の速度域で機械的・電気的共振を起こしやすく、振動や騒音、トルク低下の原因となります。

対策としては、

マイクロステップ駆動で滑らかな励磁を行う

問題となる共振速度域を避けて速度設定を行う

機械側にダンパや適切な剛性設計を取り入れる

などが挙げられます。

4-3．発熱と温度上昇

リニアステッピングモータは、通電状態が続くことでコイルや磁石の発熱が生じます。

高温になりすぎると、絶縁劣化や磁力低下につながる

周囲の機器やワークへの熱影響も考慮が必要

そのため、

ドライバの電流設定を適正値にする

必要以上の保持トルクが不要なときは電流を下げる（ホールド電流の低減）

放熱設計（ヒートシンク、取り付け面の熱伝導など）を適切に行う

といった対策が重要です。

4-4．直線ガイド・機構側の精度と摩耗

リニアステッピングモータの性能を十分に活かすためには、直線ガイドや機構側の精度・剛性も重要です。

ガイドの直進性や平行度が悪い

摩擦が大きい・局所的に噛み込みが発生する

といった条件では、必要トルクが増加し、脱調や位置ずれの原因になります。定期的な潤滑やガイド調整、摩耗部品の交換など、機構側のメンテナンスも含めて考える必要があります。

4-5．原点復帰と位置管理

オープンループで使用する場合、電源投入直後は絶対位置が不明です。そのため、

原点センサ（リミットスイッチ、近接センサ、光学センサなど）を用いた原点復帰

必要に応じて、定期的な原点再取得

を行うことで、位置の信頼性を維持します。

クローズドループ方式を採用する場合でも、初期原点合わせは重要です。

5．選定と運用のポイント

リニアステッピングモータをうまく活用するためには、以下の点を意識して選定・運用するとよいです。

必要な推力・ストローク・分解能を明確にする

→ その上で、フルステップ／マイクロステップ、オープン／クローズドループを検討します。

負荷条件・速度プロファイルを考慮する

→ 加減速を含めたトルク・推力余裕をもってモータを選びます。

機構設計と合わせて評価する

→ 直線ガイド、摺動部、取り付け剛性なども一体で検討します。

発熱・共振への対策を事前に想定する

→ 仕様の段階から、電流設定や放熱、速度域の調整を計画しておきます。

6．まとめ

リニアステッピングモータは、パルス信号で簡単に位置制御が行え、直線駆動機構をシンプルに構成できる優れたアクチュエータです。一方で、脱調・共振・発熱・機構側の摩擦といった点に注意しなければ、本来の性能を発揮できません。

フルステップ／ハーフステップ／マイクロステップなどの駆動方法

オープンループ／クローズドループの制御方式

機構全体を含めたトルク余裕と放熱設計

をバランスよく検討し、実機評価を通じて最適な条件を見つけていくことが、安定したリニア駆動システム構築の鍵となります。