EN
紹介
巨大な産業用プレス機、繊細な包装機、そして自動洗車機に共通するものは何でしょうか？ それらはすべて、1つのコアコンポーネントによって提供される、正確で強力かつ信頼性の高い動作に依存しています。それは 空気圧シリンダー です。 よく「自動化の筋肉」と呼ばれるシリンダーは、圧縮空気エネルギーを直線的な機械的動力に変換する働きをする主要な機械部品です。しかし、すべてのシリンダーが同じように作られているわけではありません。間違ったタイプを選択すると、効率の低下や早期故障、高額なダウンタイムを招く可能性があります。 この包括的なガイドでは、空気圧シリンダーの主な3つの種類について詳しく説明し、アプリケーションに最適なシリンダーを選定し、システムの性能を最適化し、長期間にわたって信頼性を維持するために必要な知識を提供します。
なぜ シリンダ の種類を理解することがシステムに重要なのか
適切なシリンダーを選定することは、運用のほぼすべての側面に影響を与える基本的なエンジニアリング上の決定です：
性能と効率： 適切なシリンダーを選ぶことで、作業に必要な正確な力、速度、ストローク長を得ることができます。不適切なシリンダーを使用すると、動作が遅くなったり、クランピング力が不足したり、エネルギーを無駄にしたりする可能性があります。
保有コスト： 過剰に仕様を設定すると初期コストが無駄になり、逆に仕様が不十分な場合は早期に故障し、メンテナンスや交換費用が増加します。正しい選択とは、性能と予算のバランスを取ることです。
スペースの最適化と設計： シリンダーの種類によって設置スペースが大きく異なります。これらの違いを理解することで、エンジニアはよりコンパクトで効率的な機械を設計できます。
信頼性と稼働時間： 特定の作動サイクルおよび環境条件（清潔、汚損、洗浄）に適したシリンダーを選定することは、長寿命化および予期せぬ生産停止を最小限に抑える鍵です。
空気圧シリンダーとは？その基本概念
空圧シリンダーとは、圧縮空気を使用して直線的な往復運動で力を生み出す機械装置です。この力は、シリンダーバレル内部のピストンに圧縮空気が作用することによって生成されます。ピストンはロッドに接続されており、ロッドは伸びたり縮んだりして、負荷を動かすための押す力または引く力を提供します。
主要な構成要素は以下の通りです。
バレル： 圧力を封入するチューブ。
ピストン： バレル内部で移動し、2つの圧力領域を分離する部品。
ロッド： 硬質で高精度に研削されたシャフトであり、力を機械に伝達する役割を果たす。
エンドキャップ： バレルの端部を密封する。
シール： 空気の漏れを防ぎ、効率的な作動を確実にするために重要。
空圧シリンダーの主な3つの基本タイプ
多くの特殊設計が存在するものの、ほとんどの空圧シリンダーは次の3つの基本カテゴリのいずれかに属します。
1. 単動式シリンダー
それらは何ですか？
単動式シリンダー（SAC）は、圧縮空気を使用して一方向にのみ力を発生させます。通常はピストンロッドを押し出すために使われ、戻り行程（収縮）は内部のスプリング機構によって行われます。つまり、空気ポートが1つしかありません。
働き方
押し出し： 単一の空気ポートに圧縮空気が供給され、スプリングに抗ってピストンを押し出しロッドを延長します。
引き込み： 空気供給が遮断されると、スプリングに蓄えられたエネルギーによってピストンが戻り、ロッドを引き込み、空気をポートから押し出します。
利点と欠点
-
利点：
シンプルな設計と低コスト： 部品点数が少なく、空気接続が1か所だけのため、購入および設置コストがより経済的です。
安全側への自動引き込み機能： 電源や空気圧の故障時、スプリングが自動的にロッドを引き込みます。これは、クランプなど安全性が重要な用途において特に重要です（例：電源が切れるとクランプが自動的に解放されます）。
コンパクト： バネが内蔵されているため、同程度の二動式シリンダと比較してコンパクトな場合が多い。
-
欠点：
出力およびストロークの制限： バネがスペースを占めるため、ストローク長が制限される。また、出力も外向きストロークでは一定ではなく、バネが圧縮されるにつれて減少する。
バネの摩耗： バネは機械部品であるため、特に高いサイクル速度で使用すると疲労し、完全に引き込めなくなるおそれがある。
エネルギー効率の悪さ： 外向きストロークでバネを圧縮するためにエネルギーが消費され、復帰ストロークでは熱として無駄になる。
2. 二動式シリンダ
それらは何ですか？
二動式シリンダ（DAC）は、ピストンロッドを伸長および収縮させる両方向に圧縮空気を使用して出力を生み出す。二つの空気ポートがあり、一方は伸長用、もう一方は収縮用である。これは産業用途で最も一般的で汎用性の高いシリンダタイプである。
働き方
押し出し： 圧縮空気はポート「A」に供給され、ポート「B」は排気されます。この圧力差によりピストンが押し出され、ロッドが延長されます。
引き込み： 圧縮空気はポート「B」に供給され、ポート「A」は排気されます。これによりピストンが反対方向に押し出され、ロッドが収縮します。
利点と欠点
-
利点：
フルコントロール： バルブおよび流量制御装置を通じて、双方向の動作を正確に制御することが可能です。
一定の力： 理論上、双方向の出力力は等しくなります（ロッドがある収縮側の小さな面積差を除く）。力はバネではなく、空気圧とピストンの面積によって決まります。
長いストロークと豊富なサイズ展開： 内部にバネがないため、ボア径やストローク長の選択肢がはるかに広がります。
高効率： バネを圧縮するためのエネルギーを無駄にしません。
-
欠点：
高いコスト: ポートが2つあり、やや複雑で価格も高めです。
デフォルトのフェールセーフ機能なし： 電源が切れると、シリンダーは最後の位置に留まります。フェールセーフ状態を実現するには、特定の制御システム（例えばパイロット式弁など）を使用する必要があります。
やや大型： 同じ内径とストロークの場合、単動シリンダーよりも長くなる場合があります。
3. ロッドレスシリンダー
それらは何ですか？
ロッドレスシリンダーは省スペースの代替製品です。一般的なシリンダーとは異なり、バレル内で動くピストンによって直線運動を発生させますが、このピストンは外部のキャリッジに連結されており、突出したロッドを持ちません。荷重はこのキャリッジに直接取り付けられます。 それなし 突出したロッドの代わりに、外部のキャリッジに荷重が直接取り付けられます。
働き方 主な内部メカニズムは以下の3種類です：
磁気カップリング: ピストンには強力な磁石が取り付けられています。外部キャリッジにも別の磁石が組み込まれており、シリンダーワールを介して非接触で力を伝達します。リークの心配はありませんが、伝達可能な力が限られています。
機械的カップリング（スロットシール）： バレルの長さにわたってスロットが設けられている。ピストン駆動機構がこのスロットを通って突出し、キャリッジに接続されている。柔軟なステンレス鋼バンドによって、キャリッジの移動中もスロットがシールされる。
ケーブルまたはベルト： ピストンは両端のプーリー上を走行するケーブルまたはベルトに接続されており、外部のキャリッジと連結されている。
利点と欠点
-
利点：
スペースの大幅な節約： 全長はストローク長さとほぼ同等であり、収縮時にストローク長さの2倍の長さとなることがあるロッド式シリンダーとは異なり、コンパクトなスペースで非常に長いストロークが可能である。
曲がりおよび座屈に抵抗： 座屈するロッドがないため、より高いモーメント荷重に耐えることができ、側面からの荷重がかかる用途に最適である。
均一な力および速度： 一方の側に充填すべきロッド容積がないため、ストローク全体にわたって力および速度が一貫している。
-
欠点：
高いコスト: 製造工程が複雑になるため、初期コストが高額になる。
漏洩の可能性： 機械的に結合されたモデルは、スロットシールを介して小さな漏洩の可能性がある。
負荷容量が限られている（磁気式）： 磁気結合式モデルは最大出力容量が小さい。
選び方：ステップバイステップの選定ガイド
選定プロセスを進める際にこのチェックリストを使用してください：
-
動作条件の定義：
負荷を一方向にのみ移動させ、自動的に元の位置に戻す必要があるか？ - 単動式
負荷を両方向に動力で移動させる必要があるか？ - ダブルアクション
特に動作軸方向において、設置スペースが非常に限られているか？ - ロッドレス
必要な力を計算します： 次の式を使用します： 力（ポンド）＝圧力（PSI）×ピストン面積（平方インチ） 伸長と収縮の両方について計算してください（DACの場合）。常に安全係数を適用してください（例：1.5〜2倍）
ストローク長さを決定します： 負荷はどのくらい移動する必要がありますか？これにより、長いストロークの場合にはSACが除外され、ロッドレスシリンダーが適した選択肢となります。
動作環境を検討します： 清潔ですか？汚れていたり、腐食性がある、または洗浄エリアですか？これにより、必要な材質（例：ステンレススチール製のシリンダーボディとロッド）やロッドシールの種類が決まります。
取り付け方法を分析します： シリンダーをマシンにどのように取り付ける予定ですか？一般的な取り付け方法には、フット、フランジ、トランニオン、およびクレビスがあります。取り付け方法は、シリンダーが負荷をどのように吸収するかに大きく影響し、応力を最小限に抑えるように選ぶ必要があります。
ボアサイズを選択します： ご入力いただいた力と使用可能な空気圧をもとに、標準の内径サイズを選定してください。
結論：適切なモーションに動力を供給
それぞれの明確な役割を理解する 単動式、双動式、ロッドレス リンダー は、効率的で信頼性が高くコスト効果の高い空気圧システムを設計するための第一歩です。一つの「最良」タイプは存在せず、あくまで「特定の用途に最適な」タイプがあるだけです。 特定の用途に合わせて 。発生力、動作、設置スペース、安全性について要件を丁寧に評価することで、自動化ニーズに最適な「筋肉」となるシリンダーを自信を持って選択できます。