油圧シリンダとは
油圧シリンダはエネルギーを機械的な運動に変換するアクチュエータの一種で、直線運動を行う機械です。内部のオイルの量を制御することによって圧力を変えてピストンの運動を制御します。油圧シリンダには単動型と複動型があり、バルブの数や位置、内部形状によって種類が異なります。油圧シリンダは低騒音で出力を大きくすることができるため、車のブレーキやエレベーター、建設機械など様々な場面で用いられます。
油圧シリンダの使用用途
油圧シリンダは、小さい力でも大きな力に変形することができるので、多くの製品に使用されています。最も代表的に使用されている製品は車のブレーキシステムで、足で押すという小さい力で車を停止させるという大きな力を生み出すことができています。また、エレベーターや建設機器など大きな力を必要とする機会に多く搭載されており、使用の幅が広いことが分かります。選定の際には、使用する圧力や大きさ、ストロークの幅、周期などを考慮して行う必要があります。
油圧シリンダの原理
油圧シリンダにはピストンが入っており、バルブからシリンダ内に油を注入したり、シリンダから油を吸引することでピストンを動かします。バルブの位置や数、種類によって油圧シリンダの動作原理は異なります。
単動型の油圧シリンダではバルブが1個、複動型の油圧シリンダではバルブが2個つけられており、動作油の量を変えることでシリンダ内の圧力を変更させてピストンの動きを制御します。ボトム側のバルブの油を減らして圧力を下げたり、逆側のバルブの油を増やして圧力を上げることでピストンを押し出します。また、ピストンを引くときは動作油の増減を逆にします。なお、単動型の油圧シリンダでは自重やスプリングによってピストンを戻します。
油圧シリンダの種類
上記の通り、油圧シリンダには単動型と複動型があります。単動型にはラム形、ピストン形、両ロッド形、単動テレスコピック形に分けられます。複動型にはピストン形、両ロッド形、ダブルシリンダ形、テレスコピック形に分けられます。
油圧シリンダを選ぶとき、まずは必要な推力、供給可能な圧力を明確にして、適切な受圧面積を決定します。シリンダの受圧面積を大きくするか、供給する圧力を大きくすると出力を上げられます。また、油圧シリンダの設定圧力の最大値である「呼び圧力」の値によって用いるものが変わります。代表的なものとして7MPa、14MPa用などが挙げられます。 シリンダの材質として一般的に使われるのは鉄ですが、ストローク検出用の磁気スイッチを取り付ける場合はステンレス製のシリンダを使用します。
油圧シリンダの使い方
油圧シリンダで用いる作動油には石油系、合成系、水成形が挙げられます。基本的にはいずれの作動油も使用可能ですが、選定時には各油圧シリンダの仕様を確認することが望ましいです。なお、作動油に異物が混入すると正常な動作を妨げる要因になるので油はフィルターを通すことを推奨します。
油圧シリンダの速度を調整したい場合、油圧回路に流量調整弁を取り付けてシリンダ内の油の流量を制御します。なお、一般的にはシリンダに入る油の量を調節します。
また、油圧シリンダを運転させるときはシリンジ内の空気を抜く必要があります。空気がシリンダの中に混入した状態で加圧すると断熱圧縮によって空気が高温になり、シールが焼損する恐れがあります。
参考文献
https://www.jstage.jst.go.jp/article/jjspe1933/46/6/46_6_734/_pdf
https://www.jstage.jst.go.jp/article/jjspe1933/49/10/49_10_1372/_pdf
https://www.nachi-fujikoshi.co.jp/tec/pdf/27D1.pdf