はじめに
機械設計では、エアシリンダを使う場面が多くあります。
エアシリンダは、ワークを押す、部品を移動させる、ストッパを出し入れする、カバーや扉を開閉するなど、さまざまな用途で使われます。
一見すると、シリンダ本体をブラケットに固定し、ロッド先端を相手部品につなげば動くように思えます。
しかし実務では、
芯ずれ
取付剛性
ロッド先端の接続方法
ストローク端の当たり
配管やセンサーのスペース
などを考えないと、動きが悪くなったり、シリンダに無理な力がかかったりします。
今回は、機械設計初心者向けに、
「エアシリンダ取付部の設計で注意すること」
について解説します。
シリンダは真っすぐ動かす
エアシリンダで最も大切なのは、ロッドをできるだけ真っすぐ動かすことです。
シリンダは、基本的にロッドの軸方向へ押したり引いたりする部品です。
そのため、ロッドに横方向の力がかかる使い方は避ける必要があります。
たとえば、相手部品の動きとシリンダの中心がずれていると、ロッドにこじれが発生します。
こじれた状態で動かすと、シリンダの動作が重くなったり、パッキンの寿命が短くなったり、ロッドや軸受部に負担がかかったりします。
設計時には、
シリンダの中心と相手部品の動きが合っているか
押す方向と動く方向が一致しているか
ロッドに横荷重がかからないか
を確認します。
シリンダは、力で無理に動かす部品ではなく、まっすぐ案内して使う部品と考えることが大切です。
芯ずれ対策を考える
実際の装置では、加工誤差や組立誤差によって、完全に芯が合わないことがあります。
そのため、エアシリンダ取付部では、ある程度の芯ずれ対策を考えておく必要があります。
よく使われる方法として、ロッド先端にフローティングジョイントを使う方法があります。
フローティングジョイントを使うと、多少の芯ずれを吸収しやすくなります。
また、シリンダ本体の取付部や相手側のブラケットに調整代を持たせることもあります。
設計時には、
芯出しが必要な構造か
多少の芯ずれを吸収できるか
フローティングジョイントが使えるか
取付穴に調整代が必要か
を確認します。
ただし、フローティングジョイントを入れれば、どんな芯ずれでも問題ないわけではありません。
基本は、シリンダと相手部品の動きをできるだけ合わせることです。
ロッド先端の接続方法を考える
エアシリンダでは、ロッド先端を相手部品に接続します。
この部分の設計が悪いと、シリンダに無理な力がかかります。
ロッド先端には、
ナックルジョイント
フローティングジョイント
ロッド先端金具
ピン接続
直接ねじ込み
などの方法があります。
たとえば、回転するリンクを押す場合は、ピン接続やナックルが必要になることがあります。
直線的に動くスライド部品を押す場合は、フローティングジョイントが有効な場合があります。
直接ねじ込みで固定すると、構造は簡単ですが、芯ずれや角度ズレに弱くなることがあります。
設計時には、
相手部品は直線運動か、回転運動か
ロッド先端に角度変化はあるか
芯ずれを吸収する必要があるか
分解や交換はしやすいか
を確認します。
ロッド先端は小さな接続部ですが、シリンダの寿命や動作安定性に大きく影響します。
ストローク端で無理をさせない
エアシリンダを使うときは、ストローク端の扱いにも注意が必要です。
シリンダを伸び端や戻り端で強く当て続けると、シリンダ本体や取付部に衝撃がかかります。
特に、重い部品を動かす場合や、速度が速い場合は注意が必要です。
設計時には、
シリンダ端で位置決めしてよいか
別にストッパを設ける必要があるか
ショックアブソーバやクッションが必要か
ストロークに余裕はあるか
を確認します。
実務では、シリンダのストローク端だけに頼らず、外部ストッパで位置を受けることがあります。
その方が、シリンダにかかる負担を減らし、停止位置も安定しやすくなります。
シリンダは動かすための部品であり、強い衝撃を受け止める部品ではないと考えると分かりやすいです。
取付部の剛性を確保する
エアシリンダは、動作時に反力を受けます。
そのため、シリンダを取り付けるブラケットやベースには、ある程度の剛性が必要です。
取付部が弱いと、シリンダが動くたびにブラケットがたわんだり、振動したりします。
すると、停止位置が安定しなかったり、センサーの検出位置がずれたり、ボルトが緩みやすくなったりします。
設計時には、
シリンダ推力を受けられる取付部か
ブラケットが片持ちで長くなりすぎていないか
ボルト本数や座面は十分か
必要ならリブや補強を入れるか
を確認します。
エアシリンダは小さく見えても、使用圧力やシリンダ径によっては大きな力を出します。
取付部は、シリンダ本体だけでなく、発生する力まで考えて設計することが大切です。
センサー・配管スペースを忘れない
エアシリンダには、エア配管やスピードコントローラ、オートスイッチを取り付けることが多くあります。
シリンダ本体だけを見て配置すると、あとから配管やセンサーが付かないことがあります。
たとえば、
- ワンタッチ継手が周辺部品に当たる
- スピードコントローラの調整つまみに手が入らない
- オートスイッチを取り付ける溝が隠れる
- ケーブルを逃がすスペースがない
- シリンダ交換時に配管を外しにくい
といった問題です。
設計時には、
継手を付けるスペースはあるか
配管の曲げに無理はないか
スピードコントローラを調整できるか
オートスイッチの取付・調整ができるか
交換時に配管を外せるか
を確認します。
エアシリンダの設計では、本体寸法だけでなく、周辺機器まで含めて考える必要があります。
メンテナンス時に交換できるか
エアシリンダは、長く使う中で交換が必要になることがあります。
パッキンの摩耗、ロッドの傷、エア漏れ、動作不良などが起きる可能性があるためです。
そのため、シリンダを交換しやすい構造にしておくことも重要です。
設計時には、
シリンダ取付ボルトに工具が入るか
ロッド先端金具を外せるか
配管を外せるスペースはあるか
シリンダを抜く方向に障害物はないか
交換後に再調整しやすいか
を確認します。
装置の奥にシリンダを配置する場合は、特に注意が必要です。
取り付けられることと、交換できることは別です。
初心者が確認したいポイント
エアシリンダ取付部を設計するときは、次の内容を確認するとよいです。
- シリンダの中心と相手部品の動きは合っているか
- ロッドに横荷重がかからないか
- 芯ずれを吸収する構造は必要か
- ロッド先端金具は用途に合っているか
- ストローク端で無理をさせていないか
- 外部ストッパやクッションは必要か
- 取付ブラケットの剛性は足りているか
- ボルト座面と工具スペースはあるか
- 継手や配管を取り付けられるか
- スピードコントローラを調整できるか
- オートスイッチを取り付け・調整できるか
- メンテナンス時にシリンダを交換できるか
エアシリンダは、動けばよいのではなく、無理なく安定して動く構造にすることが大切です。
まとめ
エアシリンダ取付部は、機械設計でよく使う基本的な構造です。
しかし、ただシリンダを固定すればよいわけではありません。
設計では、
シリンダの芯出し
ロッド先端の接続
横荷重対策
ストローク端の受け方
取付部の剛性
配管・センサーのスペース
メンテナンス性
を考える必要があります。
良いエアシリンダ取付設計とは、ただ動作する設計ではありません。
シリンダに無理な力をかけず、安定して動き、調整や交換もしやすい設計
です。
初心者のうちは、シリンダを配置したあとに、
ロッドは真っすぐ動くか、横荷重はかからないか、配管やセンサーは付くか
を確認する習慣を持つとよいです。
次回は、
「ガイド部品・スライド部品の設計ポイント」
について解説します。
