複動シリンダガイド：動作原理、種類、選定のヒントとよくある質問

正確で反復可能な直線運動を必要とするほぼすべての自動機械にとって、 複動シリンダ が標準的な選択です。結論は簡単です。伸長方向と収縮方向の両方で制御された力が必要な場合、複動シリンダは柔軟性、速度制御、およびプロセス全体の信頼性の点で単動シリンダよりも優れています。これは、作動媒体は異なりますが、空気圧システムと油圧システムの両方に当てはまります。

その根本的な理由は、複動シリンダはピストンの両側で加圧流体を使用するためです。給気ポートと排気ポートを切り替えることにより、ピストンをどちらの方向にも積極的に押すことができます。これは、バネ、重力、または外部負荷に依存してホーム ポジションに戻る単動シリンダとは対照的です。その結果、複動シリンダは完全に制御された移動、より高い運用の柔軟性、そして多くの場合、周期的な用途でのエネルギー効率の向上を実現します。

これは、購入および設計の観点から、シリンダのボア サイズ、ストローク、作動圧力、クッション、取り付けスタイルを評価する必要があることを意味します。シリンダーの選択が不十分だと、推力が弱くなったり、シールが早期に摩耗したり、過剰な空気消費が発生したりすることがあります。動作原理と選択基準を理解することは、これらのリスクを回避し、長期的なパフォーマンスを達成するのに役立ちます。

複動シリンダとは何ですか?

複動シリンダは、シリンダ バレルの両端に 1 つずつ、2 つの作動ポートを持つリニア アクチュエータです。加圧空気または作動油が一方のポートに入りピストンを前進させ、もう一方のポートは排気または戻りのために開いています。給排気の流れを逆転させるとピストンが後退します。この双方向の力機能により、加圧チャンバーが 1 つだけある単動シリンダーとは区別されます。

主なコンポーネントには、シリンダー バレル、ピストン、ピストン ロッド、前後エンド キャップ、ピストン シール、ロッド シール、および通常 1 つまたは 2 つの緩衝機構が含まれます。ピストンはバレルを 2 つのチャンバーに分割します。キャップ エンド (ピストンの後ろの広い領域) とロッド エンド (ピストン ロッド側に近い小さな領域) です。有効断面積の違いは、同じ圧力では伸張力が後退力よりも自然に大きいことを意味します。これはシリンダーのサイズを決定する際の重要な要素です。

空圧式複動シリンダと油圧式複動シリンダ

同じ幾何学的原理が空圧シリンダと油圧シリンダの両方に適用されますが、性能特性は大きく異なります。空気圧複動シリンダは、典型的な圧力 0.4 ～ 0.7 MPa (4 ～ 7 bar) の圧縮空気で動作し、力は低くなりますが、非常に高速に作動します。油圧複動シリンダは、多くの場合 7 ～ 35 MPa (70 ～ 350 bar) の圧力で鉱物油または水ベースの流体を使用し、よりスムーズで正確な動作制御ではるかに高い力を生成します。

複動シリンダはどのように動作するのですか?

動作原理は簡単です。加圧流体がピストンの両側に交互に作用して直線運動を生み出します。キャップエンドポートが加圧され、ロッドエンドポートがタンクまたは排気に開くと、ピストンロッドが伸びます。供給がロッドエンドポートに切り替えられ、キャップエンドポートが排気されると、ピストンロッドが後退します。この切り替えは、空圧システムの 2 位置 5 方ソレノイド バルブや油圧回路の 4 方方向バルブなどの方向制御バルブを使用して実現されます。

速度制御は、排気ポートから出る空気またはオイルの流れを調整することによって実現されます。空気圧システムでは、排気絞り弁が一般的です。油圧システムでは、圧力スパイクを回避し、スムーズな減速を実現するためにメータアウト流量制御弁が使用されます。ストロークの終わりにおける効果的なクッションは、機械的衝撃やピストンの損傷を防ぐために非常に重要です。高い慣性負荷が関係する場合は、調整可能なクッションバルブまたは外部油圧ショックアブソーバーが使用されます。

空気圧システムの場合、一般的な回路は、エア フィルター、圧力調整器、ルブリケータ、方向制御弁、および 2 つの速度制御弁で構成されます。通常、方向制御弁はダブル ソレノイド バルブであり、これにより、電源が遮断されたときにシリンダが最後の位置を保持できます。これは、安全関連のクランプ用途に特に役立ちます。

複動シリンダと単動シリンダ

主な違いは、複動シリンダは両方向に制御された力と動作を提供するのに対し、単動シリンダは一方向のみに力を提供することです。単動シリンダは、ピストンを戻すためにバネ、重力、または外部負荷を使用するため、戻りストロークを厳密に制御することができません。サイクルに押すことと引くことの両方が必要な場合、または精度が重要となる用途には、複動シリンダが適切な選択です。

実際には、一般的なオートメーションで使用される空気圧アクチュエータの 90% 以上が複動式です。これは、両方のストロークで速度調整が容易で、バルブに通電しているときに保持力を生成できるためです。単動シリンダは、スペースが限られている場合、復帰力が重要ではない場合、または安全のためにスプリング復帰が必要な場合に依然として価値があります。

複動シリンダの種類

複動シリンダはいくつかの機械的構成で利用でき、それぞれが特定の取り付け制約、ストローク長、負荷条件に合わせて設計されています。適切なタイプを選択することは、適切なボアサイズを選択することと同じくらい重要です。

標準タイロッドシリンダ

これらのシリンダーは伝統的なタイロッド構造に従っており、4 本のスチールロッドがエンドキャップを一緒に保持しています。これらは汎用オートメーションで広く使用されており、多くの場合 ISO 15552 に準拠しています。SC シリーズは典型的な例で、複数の取り付けオプションと 32 mm ～ 100 mm のボア サイズを提供しています。

コンパクト設計のタイロッドスタンダードシリンダ SCシリーズ ISO 15552タイプに比べコンパクトな長さを実現し、信頼性の高い構造と調整可能なクッションを備えたタイロッドシリンダです。一般的なオートメーションに適しており、高温シールにより最大 150°C の温度で動作できます。 製品を見る→

薄い円柱

CQ2シリーズなどの薄型シリンダは、限られた設置スペースに合わせてコンパクトな本体形状を設計しています。軸方向の長さを節約しながら、強力な力を提供します。クランプ治具、コンベアストッパー、コンパクトな機械フレームなどによく使われます。

限られた設置スペースに対応する薄型シリンダ CQ2 シリーズ このコンパクトなシリンダは軸方向のスペースを節約しながら、強力な力を発揮します。突起物のないマグネットスイッチにより安全性と操作性が向上し、さらに防水性も向上した設計により水やクーラントの使用環境にも適しています。 製品を見る→

ミニチュアシリンダー

MA、MAL、MI、CJ2 シリーズなどのミニシリンダは、重量とスペースが重要な小型精密機器に使用されます。ステンレス鋼ボディバージョンは、食品加工または腐食環境に使用できます。

ロッドレスシリンダ

CY1 シリーズなどのロッドレスシリンダは、磁気または機械的カップリングを使用して外部キャリッジに力を伝達します。ストローク長はピストンロッドの座屈の考慮によって制限されないため、マテリアルハンドリングやドア開閉システムにおけるストロークの長い用途に最適です。

滑り軸受ロッドレスシリンダ CY1Sシリーズ 磁気カップリングを使用して力を伝達するこのロッドレスシリンダは、スペースを節約し、可動子を固定子から分離します。滑りベアリング ガイドと長期間の潤滑により、ほこりの多い環境や軽く飛沫がかかる環境でも、スムーズでメンテナンス不要の動作が保証されます。 製品を見る→

多軸およびガイド付きシリンダー

CXSシリーズやMGPシリーズなどの多軸シリンダには、回転を防止し横荷重に耐えるために2本以上のロッドまたはガイドロッドが付いています。これらは、ツールが回転してはならず、高い横方向の安定性が必要とされる精密なピックアンドプレース機構で使用されます。

ロータリクランプシリンダ

MK シリーズなどのロータリー クランプ シリンダは、直線的なクランプ力と 90 度の回転運動を組み合わせます。部品の積み降ろしの干渉を避けながら部品を所定の位置に保持するための溶接治具や組立治具に広く使用されています。

複動シリンダの選び方

複動シリンダを選択する最も信頼性の高い方法は、必要な出力力、ストローク長、速度、デューティ サイクル、および利用可能な設置スペースを定義することです。その後、候補となるシリンダが使用圧力、クッション要件、アプリケーションの取り付けパターンに適合していることを確認します。

ボアサイズと出力力

力は圧力と有効ピストン面積の積として計算されます。 0.5 MPa (5 bar) の空気圧シリンダの場合、ボア径 63 mm のシリンダは約 1,558 N の伸長力を生成します。ピストン ロッドの直径が 20 mm の場合、収縮力は約 1,397 N に低下します。常に、サイクルに必要な 2 つの力のうち大きい方に合わせてシリンダのサイズを決定します。

1. 最大荷重を計算する 、摩擦力と加速力を含みます。
2. 必要推力に換算 実際の使用圧力を使用します。
3. 最小のボアを選択してください これにより、必要な力に対して少なくとも 25% のマージンが得られます。

ストローク長さ

ストロークの選択は、負荷が移動する必要がある距離に基づいて行われます。ほとんどのメーカーは、公差±1 mm の標準ストロークを提供しています。中間の位置決めには、磁気ピストンと側面に取り付けられた磁気スイッチを備えたシリンダーを使用するか、閉ループ制御用の外部センサーと組み合わせます。

スピードとクッショニング

高速動作により、移動終了時の衝撃のリスクが高まります。ほとんどの複動シリンダにはエアクッションが内蔵されていますが、重荷重または高速の場合は、機械とシリンダ自体を保護するために外部の油圧ショックアブソーバが必要になる場合があります。クッションの調整が可能かどうか、スピードコントロールバルブの排気能力がサイクルタイムに対して十分であるかどうかを確認してください。

取り付けと環境要因

取付形式にはフートマウント、フランジマウント、ロッドエンドアイボルト、リアトラニオンなどがあります。取り付けは荷重の方向と一致し、横からの力を防ぐ必要があります。過酷な環境の場合は、ステンレス鋼のロッドとボディのオプションを選択するか、ピストンロッドを埃や湿気から保護する保護ベローズを追加してください。

複動シリンダの一般的な用途

複動シリンダは、完全な制御下で押す動作と引く動作の両方を実行できるため、自動化された製造、包装、マテリアルハンドリング装置で主流を占めています。これらは、組み立て、クランプ、持ち上げ、仕分け、ロボット工学に使用されます。

たとえば、包装ラインでは、複動シリンダが伸びてカートンをコンベア上に押し出し、その後縮んで次のカートンを通過させることができます。溶接治具では、複動シリンダがクランプ力を加え、溶接サイクルが完了するまでワークピースを保持します。その後シリンダーが解放され、ロボットが部品を取り外せるようになります。

スマートファクトリーと柔軟な製造への移行により、信頼性の高い空気圧アクチュエータの需要が増加しています。で強調されているように、 空気圧シリンダー業界分析 、空気圧シリンダーと電子センサーおよび PLC 制御の統合が標準的な手法となり、スループットと再現性が向上しました。

また、ものづくりの高付加価値化、高度化の傾向が見られます。 サプライチェーンの統合 つまり、アクチュエータは数百万サイクルにわたって信頼性がなければなりません。ダウンタイムを最小限に抑えるには、堅牢なシール、正確なクッション性、容易なメンテナンスを備えた複動シリンダが不可欠です。

設置とメンテナンスのヒント

複動シリンダの寿命を延ばすには、適切な設置と定期的なメンテナンスが最も効果的です。主なリスクは、構造的なミスアライメント、圧縮空気の汚染、および不適切な潤滑です。

設置ガイドライン

• フローティングジョイントを使用する ピストンロッドと負荷の間のわずかな位置ずれを補正します。
• F.R.Lをインストールします。単位 （フィルタ、レギュレータ、ルブリケータ）上流で圧縮空気から水分や油粒子を除去します。
• シリンダーの軸を合わせる ピストンロッドへの横荷重を防ぐために、荷重の移動方向を調整します。
• スピードコントロールバルブを使用する 排気ポートで最大速度を制限し、衝撃力を軽減します。

予防保守

• ドレンドレン エアレシーバーとフィルターから毎日掃除してください。
• ピストンロッドを点検する 1,000 運転時間ごとに傷、腐食、または孔食がないかどうかを確認します。
• クッションニードルを確認してください ストロークエンドインパクトが鋭くなる場合は調整してください。
• シールを交換する 漏れが目に見えるようになったとき、またはシリンダーの力が低下したとき。一般的なシールの寿命は、速度、温度、負荷に応じて 200,000 ～ 500,000 サイクルです。

複動シリンダに関するよくあるご質問

複動シリンダとは何ですか?

複動シリンダは、加圧流体がピストンの両側に交互に作用するリニアアクチュエータです。 2 つの作動ポートがあり、伸長方向と収縮方向の両方に力を生成できます。

複動シリンダは単動シリンダとどう違うのですか?

単動シリンダには 1 つの加圧チャンバーがあり、戻りはバネまたは外部負荷に依存します。複動シリンダーには 2 つのチャンバーがあり、両方向に流体圧力を使用して戻りストロークを完全に制御します。

複動シリンダを単動シリンダとして使用できますか?

はい。 1 つのポートのみを圧力供給に接続し、もう 1 つのポートを大気または戻りラインに通気したままにすることもできますが、メリットは得られません。未使用のポートは自由に排気されたままにしておく必要があります。そうしないと、流体が閉じ込められてシリンダがロックしてしまいます。

複動シリンダの力はどのように計算すればよいですか?

拡張ストロークの場合、力は作動圧力にピストン全面積を乗じたものと等しくなります。後退ストロークの場合は、まずピストンロッドの断面積を差し引きます。 63 mm のボアと 20 mm のロッドを使用した 0.5 MPa での例: 伸長する力は約 1,558 N、収縮する力は約 1,397 N です。

空圧複動シリンダと油圧複動シリンダの違いは何ですか?

空気圧シリンダは圧縮空気を使用し、高速かつ軽量ですが、発生する力は小さくなります。油圧シリンダは高圧のオイルを使用し、より高い力とより優れた位置制御を実現しますが、油圧ポンプユニットが必要で高価です。

複動シリンダの動きが遅いのはなぜですか?

通常の原因は、空気またはオイルの供給不足、排気経路の制限、供給ラインの圧力降下、または速度制御バルブの不適切な調整などです。バルブポートサイズ、チューブ径、F.R.Lを確認してください。設定。

複動シリンダの最大ストロークはどれくらいですか？

標準的な空気圧シリンダの場合、ストロークは約2,000mmまで対応可能です。それ以上ですとピストンロッドの座屈が懸念されるため、ロッドレスシリンダまたはガイド付シリンダを推奨します。油圧シリンダは構造剛性が高いため、はるかに長いストロークを実現できます。