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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
複動エアシリンダの動作原理
⇩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
エアシリンダーの
以下のことについて教えてよ
- エアシリンダの構造って？
- エアシリンダが どのようにして 動作をするのか？
- エアシリンダの 速度制御法って？
⇩本記事を読むと以下が わかります⇩
以下を なるべく
わかりやすく説明します
- エアシリンダーの構造
- エアシリンダーの動作原理
- エアシリンダーの速度を制御するスピードコントローラー
- ①エアシリンダの構造
- ②エアシリンダの動作原理
- ③エアシリンダの速度制御に使うスピードコントローラー
- ④エアシリンダの速度制御法 メーターイン
- ⑤エアシリンダの速度制御法 メーターアウト
- ⑥エアシリンダーの制御とスピードコントローラー
- ⑦まとめ
- ⑧その他関連記事
①エアシリンダの構造
概要
今回はロッド付きのエアシリンダーを例に解説します。
詳しくは後述しますので、概要として以下の図を御参照ください。
構造としては、以下のように いたってシンプルな構造です。
ロッド側にエアが供給された状態
ヘッド側にエアが供給された状態
構造の説明として 主に以下の２点について解説します。
- パッキンについて
- エア吸排気ポートについて
解説1 パッキンについて
エアシリンダは、非常にシンプルな構造をしています。
図にもあるようにロッドと 外筒で構成されています。
そして内部にパッキンがあります
パッキンの役割
このパッキンは、充填されたエアをシールして、
圧力を保持するためのものです。
このパッキンがないと 圧力が逃げてしまい、動作しなくなります
パッキンの注意点
このパッキンは、エアをシールするために
エアシリンダー外筒に接しています。
つまり パッキンは摺動しています。
なので 経年劣化や、摺動摩擦により 次第に傷んできます。
このパッキンが傷むと、圧力を保持することができず
推力が落ちていき、最悪 動作しなくなります。
＜解説1 補足＞パッキンの保護のための機械的構成
上記の構造から、
内部のパッキンを傷めない機械的構成が必要です。
くわしくは、以下の記事を参照してください。
解説2 吸排気ポートについて
この吸排気ポートは エアシリンダを駆動させるための
エアを供給したり 排気したりするポートです。
ここに、スピードコントローラーを装着します。
これについては 後述します。
②エアシリンダの動作原理
ロッド側に押し出す場合
電磁弁より、ヘッド側にエアが供給されます。
同時にロッド側のエアが排気されます。
このことにより、ロッドは エアシリンダ動作方向とある
矢印方向に動きます。
この時のエアシリンダの出力は
エアシリンダの内径面積ｘ供給エア圧となります
ヘッド側に引っ込む場合
電磁弁より、ロッド側にエアが供給されます。
同時にヘッド側のエアが、排気されます。
このことにより、ロッドはエアシリンダ動作方向とある
矢印方向に動きます
この時のエアシリンダの出力は
（エアシリンダの内径面積－ロッド径の面積）ｘ供給エア圧となります
よってロッド付きエアシリンダの場合は
ロッド引っ込み時は出力が小さくなります
＜補足＞エアシリンダの選定計算
動作の説明中 エアシリンダの出力について軽くふれていますが、
詳しい計算方法は、以下の記事を参照願います。
⇩エアシリンダの選定計算⇩
③エアシリンダの速度制御に使うスピードコントローラー
概要
先述の解説のとおり、
エアシリンダの吸排気ポートに、スピードコントローラー
というものを装着します。
スピードコントローラーの概要は以下のようになります。
この調整用つまみで、エアの流量を手動調整することにより
エアシリンダーの速度を、調整することになります。
エアシリンダーの速度調整法には、以下があります。
メーターイン
エアシリンダに供給するエアの流量を、制限して速度を制御します。
メーターインの特性については後述します。
メーターアウト
エアシリンダから排気するエアの流量を、制限して速度を制御します。
特に理由が無い場合は、基本的にはこちらにします。
メーターアウトの特性については、後述します。
④エアシリンダの速度制御法 メーターイン
概要
供給エアを制限することにより速度を制御します。
排気エアは制限なしに一気に排気します。
メリット
- 供給エアを絞って制限しているので 出だしが多少ゆるやか
スロースタートをしたい場合は若干有利
デメリット
- 動作が不安定
以下の図3のように まず ロッドが動き出します
従って ある程度動くと体積が膨張します
しかし 供給エアをしぼっているので 体積膨張に間に合わない場合
圧力が降下し 動作が遅くなったり 止まったりします
結論として シリンダ内のエア圧が安定しない場合があるのです。
この場合 対策として低速専用のエアシリンダを選定します。
- 垂直姿勢の下降動作の場合落下してしまう
図4のように 垂直姿勢の場合で電磁弁が下降動作用の供給 排気に
切り替わった際に 下降側のエアが一気になくなることにより、
落下してしまいます。
この場合 対策としてメーターアウトも併用します。
⑤エアシリンダの速度制御法 メーターアウト
概要
排気エアを制限することにより速度を制御します。
供給エアは制限なしに一気に流入します。
メリット
- 動作が安定
排気を絞っても 供給エアは制限なしに流入するので
シリンダ内の内圧が安定します
つまり エアシリンダーの動作が安定します - 垂直姿勢の下降動作にデメリットがない
排気エアが 一気に排気されず 排気エア量を絞ることで
速度を制御しているからです
デメリット
- 供給エアが一気に流入するので 出だしの勢いがすごい場合がある
スロースタートをしたい場合は若干不利
⑥エアシリンダーの制御とスピードコントローラー
エアシリンダーを駆動させるための電磁弁は
5ポート弁です。
- ５ポート弁とエアシリンダのエアの流れ
- エアシリンダとスピードコントローラー
のエアの流れ
上記は以下の記事で詳しく解説します。
⑦まとめ
- エアシリンダは エアの圧力を利用し駆動する
- ロッド付きエアシリンダの場合 ロッド引き込み動作時の出力は低下する
- エアシリンダの速度制御には スピードコントローラーを用いる
- 速度制御には メーターイン と メーターアウトの２種類がある
- メーターインは供給エア絞り メーターアウトは排気絞り
- エアシリンダとして 動作が安定するのは メーターアウト
⑧その他関連記事
エアシリンダーの電磁弁による動作の解説や、
エアシリンダーの種類、機種の選定、出力選定計算など
あらゆる学習記事を掲載しています。
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。