プランジャーとは
プランジャーとは、スプリング、ボール、ピンなどの力を利用して、主に加工用機械にとりつけるワークの位置決めと固定のために用いる円筒形状の機械要素部品のことです。
先端にボール又はピンがついており、荷重により本体内部に沈み込みます。荷重を解くとスプリングの力で戻ります。ピンやスプリング、押さえなどを個別に設計製作しなくても、プランジャーを用いることで容易に機器や装置に組み込みが可能です。
プランジャーは、さまざまな種類や形状、特徴を有する製品が取り扱われているため、使用用途に応じた形状を選定し、荷重やサイズを確認することが重要です。
プランジャーの使用用途
プランジャーは、主に加工用部品であるワークを加工機械へ固定するために用いられています。ただし、ワークの固定といっても、対象となる産業分野は、食品・包装・印刷・半導体など非常に多岐に渡ります。
装置や器具の位置決め、ワークの押し出し、ドリル穴の位置決め、レバーの位置決めなど、用途は幅広いです。
プランジャーの原理
プランジャーは、内部にスプリングやピン等の固定するばねの機構を有することで、円筒形状のプランジャー本体を加工機械に差し込むだけで、ワークの位置を決められます。差し込む手法は円筒形状の本体の側面にねじ山が形成されており、ピンの逆側の山にドライバ用の溝や六角穴が掘ってあることで、ドライバやレンチなどの工具で簡単に加工機械に取り付けることが可能です。
ねじ山ではなく、円筒形状で圧力により差し込むタイプのプランジャーもあります。プランジャーの材質は、スチールとステンレス製のものが主ですが、さび止め加工で黒く染められているものも多いです。
内部のスプリングは本体とは別の材質であるSWP-Bなどが使用され、押さえの箇所のピンには摩耗耐性に優れた鋼材が用いられています。鋼材のほかに、絶縁用途や傷を防止する目的で、ピンの箇所に樹脂を用いたタイプもあります。
プランジャーの種類
1. ボールプランジャー
先端がボール形状のプランジャーです。ボールなので滑りやすく、位置決めなどが簡単にできます。レバーやノブの位置決め、ピラーのストッパーなどに使用されます。荷重により先端のボールが本体内部に沈みこみます。ノッチ (切り欠き) 部分のプランジャー荷重が解けることでスプリングの力が働き、ボールが元の位置に戻ります。
2. ピンプランジャー
先端のピンに荷重を加えると内部に沈み込み、荷重を解くと元に戻るタイプのプランジャーです。先端がピン形状で動作するため位置調整も可能で、ボールプランジャーよりストロークが長く設定できます。プレスワークの突き出しや偏心円レバーのストッパー、交換治具の位置決め用途が使用事例です。
3. インデックスプランジャー
穴・溝にピンの先端を入れ、内蔵ばねで位置決めを行うタイプのプランジャーです。ノブなどの操作で位置決めを解除でき、部品着脱時の位置決め、ノズル着脱位置の固定、裁断機の位置調整などに用いられています。
リターンタイプとレストポジションタイプがあり、前者はピンを引っ込める場合にノブを引っ張っておかなければなりません。後者はノブを放してもピンの保持が可能です。先端形状にはテーパ面と球面があります。テーパ面では設置個所に穴をあけるため、穴とピンの隙間量に応じてがたつきが発生します。球面では設置個所にV溝加工を施すため、がたつきは発生しません。
プランジャーのその他情報
1. プランジャーの性能指標
プランジャーの特性を表す代表的な性能指標には、ストロークと最小荷重、最大荷重があります。ストロークとは、ボール又はピンが円筒形のプランジャー本体内部に完全に沈み込むまでの最大の長さを指します。
最小荷重は、ピンやボールが沈み込み始める際に必要な最小の荷重です。反対に、最大荷重はボールやピンが完全にプランジャー本体内部へ沈み込んだ状態になる荷重のことを指します。ここでプランジャーの荷重を表す圧力表示は、力の単位を表す N (ニュートン) です。
2. プランジャーのばね定数
プランジャーのばね定数は最大荷重から最小荷重を引きストロークで割った値です。ばね定数が小さいプランジャーは軽荷重用途、ばね定数が大きいプランジャーは重荷重用途と理解することもでき、実際に用いるワークの必要荷重を考慮して、適切なばね定数を選ぶことが大切です。
参考文献
https://www.nbk1560.com/resources/machine_element/article/plunger-about
https://jp.misumi-ec.com/tech-info/categories/technical_data/td06/x0142.html
https://www.imao.co.jp/introduce/plunger.html