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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。
単動エアシリンダーの構造と動作原理
⇩本記事は機械設計初心者の方で以下の方にオススメです⇩
初心者機械設計者
単動エアシリンダーってなんだ？
電磁弁は何を使えばいい？
⇩本記事を読むと以下が わかります⇩
単動のエアシリンダーの
構造や特徴 使用用途
制御方法を解説します
- ①結論
- ②単動エアシリンダーの動作（単動押し出し）
- ③単動エアシリンダーの動作（単動引き込み）
- ④単動エアシリンダを駆動させるシステム
- ⑤電磁弁の注意点
- ⑥単動エアシリンダーの選定計算の基礎
- ⑦まとめ
①結論
単動エアシリンダー概要
単動エアシリンダーは、
中にスプリングが内蔵されています。
エアがない状態では、強制的にスプリングにより
初期状態に戻るエアシリンダーです。
スプリングによる強制初期状態によって
以下の2つのタイプがあります。
⇩単動押し出し型⇩
スプリングの反力により初期位置はヘッド側
⇩単動引き込み型⇩
スプリングの反力により初期位置がロッド側
―制御用の電磁弁（詳しくは後述）ー
使用電磁弁は、3方向弁となります。
上図のとおり、初期動作方向へはスプリングによるものです。
従って 単動エアシリンダーの制御用エアポートは
１ヶのみとなっています。
―動作（詳しくは後述）―
動作については以下となっています。
| エアの 供給 |
➡️ | エア圧により、 （スプリングを縮めつつ） ロッドが駆動 |
|---|---|---|
| エアの 供給 |
➡️ | スプリングにより、 ロッドが初期位置に戻る |
―速度制御（詳しくは後述）―
スピードコントローラーは
- メーターイン（吸気絞り）
- メーターアウト（排気絞り）
上記の併用です。
②単動エアシリンダーの動作（単動押し出し）
エア供給時
以下の図のように
エアを供給することで、スプリングを縮めつつ
ロッドを動かします。
この時 スプリング側のチャンバー内は、
現在あるエアが圧縮されてしまいます。
すると、圧力上昇により、ロッドが途中で止まってしまいます。
スプリング側チャンバーの圧力上昇防止のために
スプリング側のチャンバーの壁に呼吸穴があり、
エアを逃がします。
エア排気時
以下の図のように、エアを排気をすることにより、
スプリングで初期位置に戻ります
この時 スプリング側のチャンバーは、
現在あるエアが引き伸ばされます。
すると圧力低下により、ロットが途中で止まってしまいます。
スプリング側チャンバーの圧力低下防止のために
スプリング側チャンバーの壁に呼吸穴があり、
エアを吸い込みます。
③単動エアシリンダーの動作（単動引き込み）
エア供給時
以下の図のように
エアを供給することで、スプリングを縮めつつ
ロッドを動かします。
この時 スプリング側のチャンバー内は、
現在あるエアが圧縮されてしまいます。
すると、圧力上昇により、ロッドが途中で止まってしまいます。
スプリング側チャンバーの圧力上昇防止のために
スプリング側のチャンバーの壁に呼吸穴があり、
エアを逃がします。
エア排気時
以下の図のように、エアを排気をすることにより、
スプリングで初期位置に戻ります
この時 スプリング側のチャンバーは、
現在あるエアが引き伸ばされます。
すると圧力低下により、ロットが途中で止まってしまいます。
スプリング側チャンバーの圧力低下防止のために
スプリング側チャンバーの壁に呼吸穴があり、
エアを吸い込みます。
④単動エアシリンダを駆動させるシステム
システム全体図概要
以下の図のようになります。
単動エアシリンダーのポートに
メーターインとメーターアウトのスピコン併用
（デュアルスピコンでも可）
電磁弁は３ポート電磁弁を使う。
スピードコントローラー
―エア供給によるエア駆動時のエアの流れ―
エア供給によるロッド駆動時のエアの流れは、
以下のようになります。
復動のエアシリンダと違い
エア供給によるロッド駆動時に、排気が行われません。
(上述のとおり呼吸はしますが)
エア供給のみでロッドを動かすため
エア供給時の速度制御はメーターインとなります。
―エア排気によるスプリング駆動時のエアの流れ―
エア排気によるスプリング駆動時のエアの流れは、
以下のようになります。
スプリングの戻りによって行われるので、
排気をします。
エア排気時の速度制御はメーターアウトとなります。
従って、一般的にスピードコントローラーは
- メーターイン
- メーターアウト
両方使います。
一つのスピコンに
上記がが内蔵されているデュアルスピコン
というものもあり、それを使っても可です。
制御用電磁弁
―使用電磁弁―
単動エアシリンダは、ポートが一つしかありません。
電磁弁の機能としても以下のみとなります
- エア駆動のためのエア供給
- スプリング駆動のためのエア排気
従って3ポート弁を使います。
実際の３ポート弁を使用した動作は
⇩以下の記事を御参照願います⇩
―シングルソレノイドの3ポート弁の場合―
通電をoffされると、以下となります。
- ノーマルクローズ⇒エア排気
つまり、停電時は初期位置 - ノーマルオープン⇒エア供給
つまり、停電時は動作位置
―ダブルソレノイドの3ポート弁の場合―
通電をoffしても、現状の位置を保持しますので
停電時などでも 現状の状態を保持します。
⑤電磁弁の注意点
3ポート弁について
メーカーのマニホールド電磁弁によっては、
5ポート弁マニホールドに、3ポート弁を
組み込め無いものもあります。
この場合 以下の図のように
5ポート弁にプラグを使うと3ポート弁になります。
つまり、
ダブルソレノイドの5ポート弁にプラグすると
ダブルソレノイドの３ポート弁となります。
背圧に気をつける
排圧については、
以下の記事を御参照願います。
⑥単動エアシリンダーの選定計算の基礎
単動エアシリンダーの選定計算の基礎については
以下の記事を御参照お願いします。
⑦まとめ
- 単動エアシリンダは 復動エアシリンダと比較した場合
システム的には楽ですが 選定や背圧考慮などが厄介です - 単動エアシリンダとは 以下の特徴があります
- スプリング内臓しています
- 上記により エア供給でロッドが動き エア排気でスプリングにより
初期位置に戻ります - マニホールドに組む時は 背圧に気をつけてください
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。
