アクチュエータを持つ簡易自動機（LCA：ローコストオートメーション）の設計は、機械の寸法や重量、強度などのほかに速度、アクチュエータに必要な負荷の大きさを決めなければなりません。
　以降では、操作性・制御性・高精度に優れる電動モータと、出力/重量比が大きく速度調整が容易な空圧シリンダを例に、力学とLCAを解説します。

（1）直線運動機構と力学の関係

　【図1】は代表的な直線運動機構です。

図1

　アクチュエータは電動モータ式としていますが、電動モータとボールねじ、連結部品（カップリング）を交換すれば空圧シリンダ方式も同じ構造となります。
　静止状態では力はつりあい状態にあります。したがって剛性設計が主なテーマです。

静止状態のLCA機構設計　→　「力のつりあい」の剛性設計

　直線運動状態における力の作用状態（力学）は【図2】と単純化できます。

図2

　電動モータの回転力でボールねじを回転させ、その回転トルクを直線方向の力に変換させる機構です。この状態では、「ニュートンの運動の法則」の3つの法則が関係してきます。

運動状態のLCA機構設計　→
　移動体の重量と変動する位置、速度/加速度、慣性力への対応設計
　（「ニュートンの運動の法則」）

■ニュートンの運動の法則

運動の法則 法則 内容
第1法則 慣性の法則 物体に外力が作用しなければ運動状態は変わらない。

【例】
1.宇宙空間での人工衛星の飛行状態
2.電車内で加速度が変わると体が揺れる
第2法則 運動方程式 物体に外力が働くと加速度が生じる。加速度の大きさは外力に比例し、力が作用した方向に生じる。

【例】
エンジンの回転数を上げると加速度が大きくなる。その大きさは車の重量に反比例する。
第3法則 作用・反作用 ２個の物体間に力が作用するとき、その力の大きさと同じで反対方向にも力が作用する。一方を作用、他方を反作用という。

【例】
車の急発進時、加速度が急激に大きくなると慣性力が体に働く。このとき、体を支える座席シートが変形すると同時に、シート側からの反作用の力が体に戻ってくる。