3ロッド空気圧シリンダとは
3 ロッド空気圧シリンダは、3 本の平行なガイド ロッドが中央のピストン ロッドに沿って走行するリニア アクチュエータで、移動プレートの移動時に完全な位置合わせを維持します。 主要な利点は単純です。負荷はピストン シールではなくガイド ロッドによって支えられるため、シリンダは標準的なシングル ロッド エア シリンダよりも回転と横荷重に対してはるかに優れた耐性を発揮します。 このため、サプライヤーのカタログではこの設計がトライロッド、トリプルロッド、またはガイド付きエアシリンダーとも呼ばれています。
従来の丸胴とは異なり、 エアシリンダー 軸方向の力のみを許容する 3 ロッド ユニットは、ブッシュ内でピストン ロッドがねじれることなく、曲げモーメントや中心からずれた押す力を吸収するように設計されています。この構造の違いが、このシリンダー タイプがグリッパー ステーション、リフティング テーブル、および完全な直線で負荷がかかることがほとんどないピック アンド プレース オートメーションで使用され続ける理由です。
レイアウト自体は断面で見るとわかりやすいです。フロントマウンティングプレートは、シリンダー本体にセットされたブッシュを通る3本のロッドに接続されています。通常、3 つのロッドのうち 1 つは空気圧によって直接駆動される作動ピストン ロッドであり、他の 2 つはそれ自身の直接的な空気圧機能を持たない専用のガイド ロッドです。彼らの唯一の仕事は機械的なものであり、サイクルごとにストローク全体を通して、アライメントがずれることなくフロントプレートをボディに対して直角に保ちます。
ガイドロッドは、ピストンシールに到達するねじれや横からの力を吸収するため、標準的なエアシリンダとは異なる方法で摩耗が分散されます。単一のシールとブッシュに応力を集中させるのではなく、荷重が 3 つの別々のベアリング ポイントに分散されます。これが、この設計が再構築せずに何年も継続的に稼働するステーションに指定される理由の 1 つです。
3 ロッド設計の仕組み
動作原理は複動式エアシリンダに近いものであり、圧縮空気が一方のチャンバーに入り、ピストンを反対側の端に向かって押し、ポートまたはバルブを通ってもう一方のチャンバーから排出されます。変化するのは、結果として生じる力が荷重にどのように到達するかです。
- 空気が後部ポートに入り、ピストンチャンバーを加圧します。
- ピストンが前方に移動し、3 本のガイド ロッドすべてにボルトで固定されているフロント プレートも一緒に移動します。
- 2 つの外側ガイド ロッドは、シリンダー本体内のブッシングまたはリニア ベアリングを通ってスライドし、ピストン シールから横方向またはねじりの力を逃がします。
- センター ロッド (多くの場合、作動ピストン ロッド自体) は、取り付けられた治具、グリッパー、またはツールに押す力または引く力を伝えます。
- 戻りストロークでは、空気は反対側のチャンバーに方向転換され、プレートは同じ誘導経路に沿って後退します。
プレートは自身の軸を中心に回転できないため、 適切なサイズの 3 ロッド シリンダは通常、全ストロークにわたって角度偏差を 0.03 ～ 0.05 度未満に抑えます。 、シリンダーがカメラブラケット、溶接ヘッド、または精密治具を位置決めするときに重要な公差です。
ストローク中の速度は、標準的なエアシリンダと同じ方法で制御されます。つまり、吸気側または排気側の流量制御バルブが、空気が各チャンバに出入りする速度を計測します。違いは、プレートが回転したりぐらついたりできないため、シリンダが摩耗しても負荷経路が変化しないため、速度調整によりストロークごとに再現性の高い結果が得られることです。
ストロークエンドでのクッションは、通常のシリンダーに見られるのと同じ調整可能なニードル機構によって機能しますが、ガイドされた動きにより、入ってくるプレートは毎回一貫した中心の経路に到着します。この一貫性により、数か月の動作後にロッドがわずかに軸からずれたときに、ガイドのないシリンダーで時々現れる不均一なクッションの摩耗が軽減されます。
3ロッド対標準片ロッドエアシリンダ
3 ロッド シリンダと標準のシングル ロッド エア シリンダのどちらを選択するかは、負荷経路が直線であるかオフセットであるかによって決まります。以下の表は、実際にマシンのパフォーマンスに影響を与える基準に沿った 2 つの設計を並べたものです。
| 基準 | 3ロッドシリンダ | 標準片ロッド |
|---|---|---|
| 横荷重許容値 | 高 | 低から中程度 |
| 回転抵抗 | 内蔵（プレート非回転） | 回転防止キットが必要です |
| 全体的な設置面積 | 胴径が大きくなる | コンパクト |
| 一般的な単価 | 高er | 下位 |
| 経時的なアライメント精度 | 長い耐用年数にわたって安定 | ロッドブッシュが摩耗するとドリフトする可能性があります |
| ベストフィット | オフセットロード、グリッパー、治具 | ストレートなプッシュまたはプルタスク |
取り付けブラケットがすでに回転を防止しており、力がロッド軸を中心に集中している場合は、通常、標準のエアシリンダがより経済的なオプションです。荷重がたとえわずかでも中心からずれると、3 ロッド構成はブッシュの摩耗が減り、アライメント不良が少なくなることで、より高い価格を取り戻すことができます。
言及する価値のある中間オプションもあります。それは、標準シリンダと外部スライド ガイドまたはリニア レールの組み合わせです。この組み合わせは、3 ロッド設計の剛性の一部に匹敵しますが、2 つの追加コンポーネント、さらに 2 セットの留め具が追加され、アセンブリ全体が長くなります。ステーションをコンパクトに保とうとしている機械製造業者にとって、通常、単体の標準シリンダよりも単価は高くなりますが、総設置面積では統合型 3 ロッド シリンダの方が有利です。
主な構造上の利点
設計者が丸胴エア シリンダに外部ガイドを追加する代わりに 3 ロッドの空気圧シリンダに手を伸ばす理由は、3 つの特性によって定義されます。
均等な負荷分散
プレートは 3 本のロッドすべてにボルトで固定されているため、下方向または横方向への押し込みは 1 つではなく 3 つのベアリング ポイントに分散されます。 これにより、ブッシュの摩耗がより広い接触領域に広がります。そのため、繰り返しのクランプ作業ではガイド付きシリンダの方が一般的にガイドなしシリンダよりも長持ちします。 同じオフセット荷重がかかるシングル ロッド シリンダでは、すべての応力が 1 つのブッシングと 1 つのシール リップに集中します。通常、これらの部品が持続的な横荷重で最初に破損します。
コンパクトな回り止めモーション
回転はロッドの配置によって機械的にブロックされるため、機械製造業者は、アセンブリの長さとコストが増加する別個の回転防止シャフト、ガイド ブロック、またはキー付きロッドを省略します。これは、隣接するステーションの設置面積に対して移動スペースを 1 センチメートル余分に確保する必要がある狭いマシン セルで特に価値があります。
安定したハイサイクル性能
たわみが減少するということは、各サイクル中のシールへの微小な影響が少なくなるということを意味します。毎分数サイクルを実行する連続作業の包装またはラベル貼り付けラインでは、これはシール交換の間隔が長くなるということになります。
予測可能なリピート位置設定
プレートは固定された 3 点ガイド経路に沿って移動するため、長期間使用した後でも、各ストロークの終わりに戻る位置は一定のままです。この予測可能性が、ビジョンガイドおよびセンサーベースのステーションが、サイクルごとにその位置を正確に繰り返す必要がある軸に 3 つのロッド シリンダーを指定する主な理由です。
補助ハードウェアの削減
ガイド機能はすでにシリンダー本体に組み込まれているため、エンジニアは別個のリニア ベアリング レールを調達、取り付け、位置合わせする必要がありません。購入する部品が少ないということは、サプライヤーの追跡にかかるリードタイムが短くなり、時間の経過とともに緩む可能性のある機械的インターフェースが少なくなるということも意味します。
代表的なボアとストロークの仕様
3 つのロッド シリンダは、ベンチトップの組み立て治具からより重いコンベア リフターまであらゆるものに適合するよう、幅広いボア範囲で製造されています。以下の参照範囲は、このエア シリンダ ファミリの一般的にリストされているカタログ サイズを反映しています。
| ボアサイズ | 一般的なストローク範囲 | 典型的な義務 |
|---|---|---|
| 12～16mm | 10～50mm | 軽い組み立て、小さな部品の搬送 |
| 20～25mm | 25～75mm | 一般自動化、クランプ治具 |
| 32～40mm | 30～100mm | 中荷重の吊り上げと位置決め |
| 50～63mm | 40～150mm | 頑丈なコンベアとパレットのハンドリング |
| 80～100mm | 50～200mm | 大型治具の吊り上げ、構造上の位置決め |
ほとんどの 3 ロッド エア シリンダの使用圧力は 0.1 ～ 1.0 MPa であり、静水圧試験圧力は一般的に約 1.5 MPa と評価されています。壁の厚さとシールの材質はメーカーによって異なるため、最終的なサイズを決定する前に、特定のモデルのデータシートに対して正確な圧力定格を必ず確認してください。
確認する価値のある変数はボアサイズだけではありません。ロッドの直径、ガイドロッドの間隔、および前後の取り付けプレート間の距離はすべて、シリンダーが特定のボアで吸収できるモーメント荷重の大きさに影響します。ボアが同じでロッド間隔が異なる 2 つのシリンダーは、大幅に異なるオフセット荷重を運ぶことができるため、横方向の力がかかる用途ではボア サイズのみよりもデータシートのモーメント定格荷重が重要になります。
材質と構造の詳細
ほとんどの 3 ロッド空気圧シリンダは同様の構造アプローチを共有していますが、正確な合金と表面処理はメーカーや対象の負荷クラスによって異なります。
シリンダー本体
メインチューブとエンドプレートは通常、アルミニウム合金から機械加工されており、スチールと比較して強度と重量の比率が有利であるために選択されています。硬質陽極酸化表面処理が一般的で、耐摩耗性酸化物層を追加することで、湿気の多い、または軽度に汚染された工場環境での耐食性も向上します。
ガイドロッドとブッシュ
ガイドロッドは通常、ブッシュとの繰り返しの接触による傷を防ぐために、硬質クロムまたは同様のメッキを施した精密研磨鋼です。ブッシングの材質は、一般的な用途向けの青銅または複合材のスライディング ブッシュと、高速性と低い走行摩擦が必要な用途向けのリニア ボール ベアリングの 2 つの大きなカテゴリに分類されます。
シール
ピストンとロッドのシールは通常、標準的な工場空気に適したニトリルゴムまたはポリウレタン化合物です。高温、オイルフリーのエアシステム、またはウォッシュダウン環境を伴う用途では、異なるシールコンパウンドが必要となる場合があるため、最終購入前にシール材料と実際のエア供給条件との適合性を確認する価値があります。
自己潤滑オプション
多くの 3 ロッド シリンダには自己潤滑ブッシュが付いており、手の届きにくい設置場所での手動潤滑の頻度が減ります。このオプションは、日常的なメンテナンスへのアクセスが制限されている密閉型マシンセルを対象としたユニットで特に一般的です。
スライディングブッシュ vs リニアボールベアリングガイド
3 ロッド シリンダに組み込まれたブッシングのタイプは、走行摩擦と予想される耐用年数の両方に直接影響するため、一般的な仕様リスト以外にも独自の比較を行う価値があります。
| 因子 | 滑りブッシュ | リニアボールベアリング |
|---|---|---|
| 走行摩擦 | 中等度 | 低い |
| 実用最高速度 | 下位 | 高er |
| 軽度の汚染に対する耐性 | より良い | より敏感に |
| 相対単価 | 下位 | 高er |
適度なペースで循環する一般的なアセンブリおよびクランプ ステーションには、通常、よりシンプルで安価で、製造現場の環境に耐えられるスライド ブッシュが適しています。一方、高速ピックアンドプレース軸は、抵抗が減少することでシリンダがストローク内でより早く目標速度に到達するのに役立つため、ボールベアリングガイドの低摩擦の恩恵を受けます。
一般的な産業用途
3 ロッド シリンダのガイド付き非回転ストロークは、ツールまたは治具がワークピースに対して完全に直角に留まらなければならないステーションに自然に適合します。
- マテリアルハンドリング: ステーション間で部品を傾けずに移動させる昇降プラットフォームとコンベア移送アーム。
- 組立自動化: プレスフィットおよび挿入ステーションでは、ツールがサイクルごとに部品の中心に留まる必要があります。
- 包装とラベル貼り付け: 高速で繰り返し押し下げるシールヘッドとラベル貼り付けアーム。
- グリッパーとクランプの統合: シリンダー自体が別個のスライドとガイド ブロックを置き換えるアーム端ツーリング。
- テストおよび検査治具: 固定された反復可能なパスに沿って部品に近づく必要があるプローブまたはセンサー。
- スタンピングおよびプレスサポート: メインのプレスストロークに加えて、二次的なクランプまたはホールドダウン機能。
- ロボットツールチェンジャー: ロック機構が作動する前にツールヘッドを正確に位置合わせするガイド付きプレート。
- 半導体およびエレクトロニクスの取り扱い: 回転すると繊細なコンポーネントの位置がずれる可能性がある、軽くて正確な搬送動作。
いずれの場合も魅力は同じです。標準的なシリンダと別個のリニアガイドを 1 つのコンパクトなエアシリンダに置き換えることで、部品表と機械の組み立て時間が短縮されます。
これらのアプリケーションのほとんどに共通するのは、オペレーターやエンジニアが動きをまっすぐに保つためだけに追加のガイドハードウェアを追加する必要がなく、毎回同じ方法でワークピースにアプローチする必要があるツールまたは治具です。
3ロッドシリンダの選び方
ガイド付きエアシリンダーのサイズを正しく設定することで、2 つの一般的な故障モードを回避できます。ユニットのサイズが小さすぎるとすぐに磨耗してしまい、サイズが大きすぎると機械に不必要な重量と空気消費が加わります。
ボアを実際の作動力に一致させる
予想される最低ライン圧力で必要な力を計算し、約 20 ～ 30% の安全マージンを追加してからボア サイズを選択してください。シリンダを定格最大値近くで運転すると、シールの寿命が大幅に短くなります。
重量だけでなくオフセット荷重も確認してください
3 つのロッド シリンダは、偏心荷重用に特別に選択されているため、データシートに直線荷重定格だけでなく許容モーメント荷重がリストされていることを確認し、それを実際の取り付け形状と比較してください。
クリアランスルームで脳卒中を確認する
計算された作動ストロークより 5 ～ 10 mm 追加すると、通常の動作中にプレートがエンド キャップに突き当たることがなくなり、クッション機構への衝撃負荷が軽減されます。
取り付け方向の確認
垂直、水平、逆さの取り付けでは、それぞれガイド ブッシュに異なる持続荷重がかかります。瞬間的に押すのではなく連続的に垂直に保持する用途の場合は、意図した向きをサプライヤーに確認してください。
ブッシングのタイプを速度要件に適合させる
スライディングブッシュは低速の汎用ステーションに適しており、リニアボールベアリングガイドはより低い走行摩擦でより高いサイクルレートに対応します。意図した速度に対して間違ったブッシング タイプを選択することは、メンテナンス チームから報告される早期摩耗の一般的な原因です。
空気品質要件の確認
シールコンパウンドの配合は条件ごとに異なるため、アプリケーションが潤滑された圧縮空気で動作するかオイルフリーの圧縮空気で動作するかを確認してください。オイルフリー定格のシリンダを潤滑空気ラインに混合したり、その逆を行うと、シールの寿命が予想よりも早く短くなる可能性があります。
ピーク負荷だけでなくデューティサイクルも計画する
時折の重い押しに快適に対応できるシリンダーでも、シフトごとに同じ負荷が何千回も繰り返されると、すぐに摩耗する可能性があります。力の計算と並行して予想される 1 時間あたりのサイクルを確認すると、単一のピーク負荷の数値よりも長期耐久性の現実的な全体像が得られます。
設置とメンテナンスのヒント
3 ロッド空気圧シリンダは機械的には単純ですが、いくつかの取り付け習慣によって耐用年数に大きな違いが生じます。
- 取り付け面を正確に位置合わせしてください。わずかな角度の不一致でも、摩耗が 3 本すべてに均等に広がるのではなく、1 本のガイド ロッドに集中します。
- ろ過され、適切に乾燥された圧縮空気を使用してください。エアライン内の湿気は、他のほとんどの故障原因よりも早くブッシュ内部の腐食を加速させます。
- ハイサイクル用途では、バッファまたはクッション シールがメイン ピストン シールよりも先に摩耗するため、数か月ごとに点検してください。
- 自己潤滑ブッシングには、メーカーが指定した種類のグリースのみを使用して再潤滑してください。適合しない潤滑剤を使用すると、時間の経過とともにブッシングの素材が柔らかくなる可能性があります。
- ストローク中にかすかな研削音に注意してください。通常、目に見える磨耗が現れる前にロッドの位置ずれを知らせます。
- 使用頻度の高いマシンセル内の振動により、取り付け中に正しくトルクをかけられたボルトが徐々に緩む可能性があるため、前後の取り付けプレートの締結トルクを定期的に確認してください。
- 一定期間にわたる走行空気圧のログを記録します。同じステーションでゆっくりと説明のつかない圧力降下が発生する場合は、初期段階のシール漏れを示していることが多く、悪化する前に調査する価値があります。
固定スケジュールで検査されるシリンダーは、完全なシールの再構築が必要になるまでに数百万サイクルに達する傾向があります。 チェックされずに放置されたユニットと比較して、ユニットは出力圧力が低下するまで気付かれない徐々に空気が漏れるため、早期に故障することがよくあります。
警告サインを早期に認識する
ほとんどの 3 ロッド シリンダの故障では、完全に停止する前に何らかの警告が表示されます。サイクルタイムのわずかな増加、ストローク音の変化、またはフィッティングで目に見える少量の空気漏れはすべて、シフト中に完全な故障が発生するのを待つのではなく、次の定期メンテナンス期間中に調査する価値のある信号です。
設置前の保管
シリンダーを取り付ける前に保管する場合は、元の梱包に入れ、ほこりや湿気を避けて保管してください。ロッド表面を長期間露出したままにしておくと、軽い表面腐食が発生する可能性があり、ユニットが最終的に使用開始されると、ブッシュの摩耗が加速します。
よくある質問
3 つのロッド設計は実際に何を防止しますか?
可動プレートの回転を防ぎ、ガイドロッドがその力を代わりに吸収するため、側面荷重がピストンシールに直接到達するのを防ぎます。
3ロッドシリンダとロッドレスエアシリンダは同じですか?
いいえ、ロッドレスシリンダは、ロッドを突き出さずにチューブの外側に沿ってキャリッジを移動させます。 3 ロッド シリンダには、さらに 2 本の追加のガイド ロッドによって支持された延長ピストン ロッドが付いています。
3ロッドシリンダはリニアガイドレールの代わりに使用できますか?
軽荷重から中荷重の用途では、内蔵ガイド ロッドがすでに回転と中程度の横荷重に耐えられるため、別個のレールとキャリッジが不要になります。
これらのシリンダーは通常どれくらいの側面荷重に耐えることができますか?
ボアサイズやロッド間隔によって異なりますので、一般的な数値から推測するのではなく、特定のモデルのデータシートに記載されている許容モーメント荷重を常に確認する必要があります。
3ロッドシリンダには特殊なバルブや継手が必要ですか?
いいえ。他のエアシリンダで使用される標準的な複動バルブ、継手、およびスピードコントローラは、3 ロッドユニットでも同様に機能します。
標準シリンダーと比較した主な欠点は何ですか?
より大きな本体直径とより高い単価が主なトレードオフであるため、この設計はオフセット荷重耐性を本当に必要とする用途に限定されています。
プレートが直角からわずかにずれた場合、ガイドロッドを調整できますか?
一般的にはノーです。ロッドの間隔とブッシュの位置は工場で固定されているため、位置ずれが続く場合は通常、現場で調整できるものではなく、取り付けブラケットの問題またはブッシュの摩耗を示しています。
温度はパフォーマンスにどのような影響を与えますか?
標準シールコンパウンドは、一般的な作業現場の温度に対して定格されています。異常に高温または低温の環境では、極端な温度が時間の経過とともにシールの柔軟性とシール性能に影響を与える可能性があるため、シール材料の定格をサプライヤーに確認してください。
3ロッドシリンダは位置センサに対応していますか?
はい。多くのモデルは、従来のエアシリンダーに取り付けるのと同じ方法で、本体に沿って取り付けられた標準の磁気リードまたはソリッドステート位置センサーを受け入れます。
ガイドブッシュはどれくらいの頻度で点検する必要がありますか?
一般的な業務アプリケーションの場合、数か月ごとの定期メンテナンス中に目視および聴覚によるチェックを行うのが一般的ですが、高サイクルまたは連続デューティのステーションではより頻繁なチェックが推奨されます。
これらのシリンダはオイルフリーの圧縮空気システムで動作できますか?
多くのモデルは、互換性のあるシールコンパウンドを使用したオイルフリー構成で利用できます。標準シール配合では空気供給に潤滑剤を使用しないと摩耗が早くなる可能性があるため、注文時にこのオプションを特に確認してください。
3 ロッドシリンダが持ち上げられる重量はボアサイズだけで決まりますか?
いいえ。リフト力はライン圧力と有効ピストン面積にも依存するため、同じボアを持つ 2 つのシリンダーが異なる作動圧力で動作すると、異なる力出力が生成される可能性があります。
