tsurfの機械設計研究室

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エアシリンダの構造と動作原理

本ブログの御訪問ありがとうございます

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⇩

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とある
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⇩

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管理人TSURF

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

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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

構造としては 以下のようになっています

 

いたってシンプルな構造なのですが 2点の解説します

●パッキンについて

●エア吸排気ポートについて

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    ロッド側にエアが供給された状態


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    ヘッド側にエアが供給された状態

 

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

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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 摺動していします

 

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

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②エアシリンダの動作原理

ロッド側に押し出す場合

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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

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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


 

 

 

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

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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

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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

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④エアシリンダの速度制御法 メーターイン

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

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●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

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⑤エアシリンダの速度制御法 メーターアウト

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

 

 

 

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