クッショニングが空気圧シリンダーの性能と寿命を向上させる仕組み

著者：Josh Adkins プロダクトマーケティングスペシャリスト、アクチュエータ、Emerson

クッショニングは流体動力分野で新しい概念ではありませんが、機械の寿命と性能に影響を与える重要な概念です。クッショニングは通常、ピストンが動かしている負荷を減速させるためにシリンダーで必要とされます。これがないと、ピストンがシリンダーのエンドカバーに衝突します。この衝撃の力は、機械の他の部分にまで衝撃、振動、振動を伝達します。これらの悪影響はシリンダー精度を乱し、過剰な騒音を生み、シリンダーとそのコンポーネントを早期に摩耗させます。エンドクッショニングは、ピストンがエンドカバーに衝突する前にシリンダーの移動速度を低下させ、衝撃ショックとコンポーネントストレスを軽減します。

クッショニングとは？

クッショニングはいくつかの形を取り得ます。外部ショックアブソーバー、弾性バンパーによるシンプルな衝撃クッショニング、内蔵空気圧クッショニング、またはこれらのクッショニング技術の組み合わせを使用できます。

クッショニングを効果的に機能させるには、与えられたアプリケーションに対してクッショニングレベルを最適に調整する必要があります。クッショニングが不足していると、ピストンがエンドカバーに直接衝突したときの衝撃ショックが大きくなり、シリンダーとそれに取り付けられた機械部品の寿命に直接的な悪影響を与えます。クッショニングが過剰だと、ピストンがシリンダー長を移動するのに時間がかかり、サイクルタイムに悪影響を与え、機械出力を低下させます。

空気圧クッショニングが適切に調整されている場合、ピストン移動方向はクッショニングシーケンス全体で均一であり、ピストン速度は移動終端で正確にゼロになります。これは「理想的なクッショニング」と呼ばれます。

より簡単にイメージするには、ピストンが全くバウンスしないときに理想的なクッショニングが達成されます。ピストンがバウンスしないとき、最短のストロークタイムが得られ、シリンダーにストレスがかかりません。エンドカバー接触音は無視できるレベルで、総サイクルタイムが最適化されます。

理想的なクッショニングのメリット

空気圧シリンダーにおける理想的なクッショニングはいくつかの顕著なメリットを提供します。

最適調整されたシリンダーは、生産性向上とコスト・エネルギー削減を実現します。シリンダーショック、振動、システム内の振動を最小限に抑えることで、理想的なクッショニングはシリンダーとそのコンポーネントの運用寿命を延ばします。これによりメンテナンス、機械ダウンタイム、交換コストが低減します。また、オペレーターにとってより静かな作業環境を創出し、総作業サイクルタイムを改善します。サイクルタイム短縮はエンドユーザーの生産性向上につながり、OEMに競争優位性を与えます。

もう一つの重要なメリットは、より高い精度です。特に、シリンダーが終端位置に達したときに絶対的な精度を必要とするピックアンドプレースアプリケーションにおいて。

理想的な空気圧クッショニングは、絶対的な精度と穏やかな動作を必要とするアプリケーションに不可欠です。

理想的なクッショニングを達成する方法

特定のアプリケーションに対するクッショニングレベルを最適化するには、いくつかのシリンダーパラメータを確認する必要があります。これらは動作圧力、負荷質量、ピストン速度です。アプリケーションに適切にサイジングされていれば、各シリンダーは与えられた質量と動作圧力に対して1つの理想的なクッショニング設定を持ちます。これらのパラメータ測定値に加え、空気圧シリンダーメーカーのクッショニングチャートまたはオンライン計算システムも必要です。

測定値を得たら、最初のステップはピストン速度がクッショニングチャートまたはオンライン計算システムで指定されているものと一致することを確認することです。

ピストン速度はすべてのケースで正しく調整する必要があります。シリンダー端部の接続ポートに直接フローコントロールバルブを設置することで最良の結果が得られます。これにより自由な吸入フローを確保しながら、調整ネジで排気ポート面積を変更することで排出圧力を調整できます。または、内蔵リストリクター付き方向制御バルブを使用することもできます。

目視でピストン速度を検出するのは難しいため、EmersonのAVENTICS™ Velocity Time Meter（VTM）のような電子支援ツールをシリンダーチューブ外部に取り付けることができます。このメーターは、ピストンの真の速度を迅速かつ容易に決定し、空気圧シリンダーサイクルのすべてのシーケンス時間を測定できます。

動作圧力、質量、速度のいずれかの変更にはクッショニングの再調整が必要であることを覚えておくことが重要です。クッショニングが理想的になれば、これらの定常状態条件は同じままであるべきです。また、正確なエンドクッショニング調整には経験、直感、そして時には忍耐が必要であることも覚えておくべきです。

また、機械やアプリケーションの固有設計により、理想的なクッションが達成できないケースもあることを念頭に置いてください。しかし、ほとんどのケースでは、上記の手順に従うことでクッション性能を改善できます。

理想的なクッショニングをより速く、より簡単に達成する方法

理想的なストロークエンドクッショニングの推測を減らす、役立つクッショニング調整ツールもあります。AVENTICS Cushioning Adjustment Tool（CAT）のようなセンサー電子ツールは、エンドクッショニング調整をより速く、シンプルに、より精密にします。わずか数ステップで、空気圧シリンダーのエンドクッショニングが正しい設定に調整されていることを確認できます。追加のメリットは、外部影響に関わらず調整が再現可能なことです。

CATを使用するには、センサーをシリンダーに固定してスイッチオンするだけです。その後、大型LEDディスプレイで全機能を確認し、調整できます。オプションのAVENTICSアプリ（Android/iOS）では、ピストン速度とクッショニング特性に関する追加情報をグラフィカルに提供することもできます。クッショニングが理想的になると、グリーンライトが点灯します。ディスプレイには赤→黄→緑と移動する信号灯が表示され、クッションネジをどの方向に調整すればクッション性能が向上するかも示します。

空気圧クッショニングについてご質問がある場合、またはさらに学びたい場合は、emerson.com/aventics をご覧ください。

EmersonのAVENTICS™シリーズCushioning Adjustment Tool（CAT）とオプションのAVENTICSアプリにより、空気圧シリンダーのエンドクッショニング調整が簡単、速く、正確になります。