tsurfの機械設計研究室

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エアシリンダの基本的な機械的構成(フローティングジョイントや外部ガイドの役割)

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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⇩

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とある
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⇩

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管理人TSURF

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エアシリンダの機械的構成

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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

ガイドなしエアシリンダに必須な構成

●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)

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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

 

ロッドが円柱であることの懸念

●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

 

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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

 

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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

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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

 

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これを図6のようにシリンダの先端に取り付けます

 

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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

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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