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機械設計歴20年以上のtsurfと言います
今回は以下に関する記事です
エアシリンダの基本的な機械的構成
⇩本記事は以下の方にオススメです⇩
未経験機械設計者
エアシリンダでわからないことがあるよ
●フローティングジョイントが必要な理由
●外部のガイドが必要な理由
⇩本記事を読むと以下が わかります⇩
結論としては 以下です
詳細は後述します
| フローティングジョイント | ➡ | エアシリンダ内部のOリング保護 |
| 外部ガイド | ➡ | 直進精度確保 |
- ①結論 エアシリンダの機械的構成
- ②フローティングジョイントと外部ガイドが必要な理由
- ③ロッドが回転してしまう
- ④ロッドがいろいろな方向に傾く
- ⑤ロッドが傾いたまま運用するとＯリングが傷む
- ⑥エアシリンダ組付け上の懸念点の対策
- ⑦フローティングジョイントと その役割
- ⑧ガイドとその役割
- ⑨まとめ
①結論 エアシリンダの機械的構成
エアシリンダには ガイド付きと ガイドなしのものがあります
ガイドなしエアシリンダの場合 ほぼ 以下の２点が必要です
●フローティングジョイント
●外部ガイド
ガイド付きのエアシリンダは
ガイドを内蔵していて かつ メーカーで調整済のため
上記が必要ありません
②フローティングジョイントと外部ガイドが必要な理由
フローティングジョイントが必要な理由ですが
ロッド付きエアシリンダを例に説明します
簡単にエアシリンダの内部を説明すると
ロッドがエアの圧力を保持するために Oリングが装着されています（図１参照）
また そのためにロッドは円柱形です
このことにより 以下の懸念点が生じます
以下の懸念点は後で詳細に後述します
●ロッドが回転してしまう
●ロッドが いろいろな方向に傾く
●ロッドが傾いたまま運用すると Oリングが痛む
これらの懸念事項の対策のために
フローティングジョイントと外部ガイドが必要なのです
③ロッドが回転してしまう
図2を参照してください
ロッドは 円柱構造をしていますので 回転してしまいます
回転により角度が変わってしまうため これでは正確な搬送ができません
もっとも Ｏリングの多少の摩擦などがある上
機械の駆動中にあきらなかな外力が加わる場合以外は
ロッド単体では 回りにくいのですが 構造的に回ります
一度 エアシリンダがあれば ロッドを回してみましょう
くるくる回ります
回りにくいとはいえ 機械の搬送中 回らないわけでは
ありませんので 回り止めが必要となります
④ロッドがいろいろな方向に傾く
図３を参照してください
特にロッドが伸びた状態では 図のように様々な
方向に傾いてしまいます
これも正確な搬送ができない上に
⑤で後述のエアシリンダの寿命に関わってきます
一度エアシリンダがあれば ロッドをを伸ばした状態で
ロッドを いろいろな方向に 倒してみましょう
傾くはずです
このエアシリンダの構造によるロッド傾きは
装置組付けの際 以下の要素で実際に傾いてしまいます
●組付け誤差
●荷重によるモーメント
（ワーク+ワーク搬送治具の重心と ロッドの重心のズレから起こる）
特に組付け誤差に関する傾きは 防ぎようがないので
傾いても問題ないような 対策が必要となります
⑤ロッドが傾いたまま運用するとＯリングが傷む
エアシリンダの寿命に関係してきます
ロッドにモーメントが掛かると④の図3で見るように
傾いてしまいます
また 傾いた状態ではＯリングの一部が強く押し付けられます
その状態でストロークの運用すると
すると当然 Ｏリングの一部に 強い摩擦が加わり 傷んでしまいます
そうしてしまうと エア漏れなどが起こり
エアシリンダの寿命が縮んでしまいます
⑥エアシリンダ組付け上の懸念点の対策
結論から説明します
詳細は後述します
| 懸念 | 対策 | |
|---|---|---|
| ロッドの回転 | ➡ | 外部ガイドの設置 |
| ロッドの傾き | ➡ | 外部ガイドの設置 |
| 組付け不良による ロッド傾き運用からの oリング破損 |
➡ | フローティングジョイントの設置 |
⑦フローティングジョイントと その役割
一般的なフローティングジョイントを説明します
簡単に表現すると 図４のようになります
そして内部に球体があるので 以下の図５のように傾きます
これを図6のようにシリンダの先端に取り付けます
すると 上記のようになります
組付け誤差があっても
まず フローティングジョイントでそれらを吸収できます
（ワーク+ワーク搬送治具のモーメントに関しては
⑦で説明するガイドによって受けます）
⑧ガイドとその役割
ここでは リニアブッシュでの例で説明します
⑦で エアシリンダ+フローティングジョイントの組み合わせを
説明しました
しかし それでも 以下が解決されません
●ロッドが回転する
●モーメントによりフローティングジョイントが傾く
上記があるので 直進精度も出ません
そこでガイドが必要になります
⑦にリニアシャフトに リニアブッシュを加えてみましょう
上記のようになり
回転と傾きは ガイドにより抑制され かつ直進精度も確保されます
⑨まとめ
●エアシリンダはエアの圧力による推力を保つために
ロッド部にＯリングを使用して エア圧を保持しています
●そのために ロッドは 円柱形をしています
●円柱形にＯリングがついている構造上 以下の懸念があります
懸念1 ロッドが回ります
懸念2 ロッドが傾きます
懸念3 Ｏリングが傷む可能性があります
●上記の懸念点を解消するために
フローティングジョイントとガイドをつけます
●結果 Ｏリングが保護でき 直進精度も出します
本記事は以上です
最後までお読み頂きありがとうございます