産業用空気圧システム・コンポーネント完全ガイド：Trimantec

産業用空気圧システムとそのコンポーネントは、複雑な概念に聞こえるかもしれません。しかし、各デバイスタイプを分解して理解すれば、その機能と構成はシンプルです。多くの産業が空気圧機器を好み、機械に統合するのは、メンテナンスコストを低く抑え、機械を長く稼働させる簡単な方法だからです。

本ガイドでは、産業用空気圧システムの仕組み、メリットと制限、主要コンポーネントの理解を助けます。故障したバルブの交換から、産業オートメーションシステムのゼロからの設計まで、このガイドは完璧な出発点となります。

目次：

産業用空気圧システムの仕組み

空気圧システムの利点

空気圧システムの制限

空気圧システムのメンテナンス

空気圧コンポーネントのネジ規格

産業オートメーションにおける空気圧コンポーネント

空気圧シリンダとアクチュエータ

空気圧制御バルブ

エア準備（エアプレパレーション）コンポーネント

空気圧ロジックシステム

空気圧アクセサリ

産業用空気圧システムの仕組み

自転車の空気入れを使ったことがあれば、空気圧の基本的な応用を見たことになります。今日、多くの企業が産業用空気圧を機械に取り入れています。ネイルガンや掃除機など日用品にも見られるほど普及しています。

空気圧システムとは、加圧空気を用いて、保持、移動、材料成形などの動きを制御する機械です。空気圧機器は主に大量の圧縮空気を動力源とします。多くの機械にとって、一定の空気生産を維持・供給することが重要です。

一般的に、ほとんどの空気圧システムは以下で構成されます：

1. コンプレッサ（圧縮機）
2. レシーバ（受気タンク）
3. バルブ
4. アクチュエータ

コンプレッサ

エアコンプレッサは、呼吸する空気を圧縮空気へ変換する空気圧ツールです。圧縮空気は空気圧システム全体で使用されます。通常、コンプレッサはガスタンクで燃料供給され、空気をシステムに押し込んで圧縮空気を生成します。目的の圧力と流量に合わせて、ピストン式、ロータリー式、遠心式、軸流式など多くのタイプのエアコンプレッサが利用可能です。

レシーバ

レシーバはその名の通り、コンプレッサから空気を受け取り、エアレシーバと呼ばれる大きなタンクに蓄えます。レシーバは空気の流れを平滑化し、タンクへの流入時に冷却します。大型タンクは小型タンクより熱を速く放散できます。空気損失を補うため、レシーバは必要なエネルギー供給を確保するため、より高圧で圧縮空気を貯蔵します。

エアバルブ

エアバルブは空気を止め、方向を変える重要な空気圧コンポーネントです。アクチュエータを動かすために気流方向を制御します。空気圧システムは1つまたは複数のバルブを持ちます。これらはフットバルブのような手動式、またはソレノイドバルブのような電気式があります。

空気圧アクチュエータ

アクチュエータは空気圧システムの「動かすもの」、つまり必要な動きを実現する出力デバイスです。エアシリンダや、材料やドリルビットを移動・持ち上げるロボットアームなどの形を取ります。ほとんどのアクチュエータは直線的な直線パスで動きます。

エア準備（エアプレパレーション）

産業用空気圧システムの性能を最大化するには、エア準備が必要です。システム全体で清浄で乾燥した空気を維持することで、耐用年数を延ばせます。クランピング、位置決め、リフティングなどの産業用途では、システム全体に高品質な空気が常時流れる必要があります。適切なエア準備には、フィルタ、レギュレータ、場合によってはルブリケータが含まれます。

産業用空気圧システム図

空気圧システムの利点

前述の通り、産業用空気圧を使用すればメンテナンスコストを低く抑え、機械を長く稼働させられます。しかし、これらは空気圧機器のメリットのほんの一部です。

空気圧コンポーネントを使用する主な利点：

1. 設計と制御のシンプルさ – 標準シリンダなど標準コンポーネントで機械を容易に設計でき、シンプルなオン/オフ制御で運転可能
2. 信頼性 – ガスは圧縮可能なため、空気圧機器は衝撃ダメージを受けにくい。ガスが過剰な力を吸収するのに対し、油圧の流体は力を直接伝達する。圧縮ガスは貯蔵可能なため、停電時もしばらく機械が稼働可能
3. 安全性 – 油圧オイルと比較して火災リスクが極めて低い。また、新しい機械は通常過負荷安全設計

空気圧システムの制限

産業用空気圧システムは油圧システムより多くの利点がありますが、いくつかの制限もあります。

1. 漏れしやすい：定期的な予防メンテナンスチェックで多くの悩みを解決できます。定期メンテナンススケジュールを守れば、漏れを深刻化前に発見可能
2. メンテナンスと修理：産業用空気圧は長期間配管内に圧力を保持することが多く、修理を少し困難にします。修理開始前にシステムを正しく減圧する必要があります
3. 感度：空気圧機器は、温度と振動変化に敏感なため、無干渉で動作できるスペースが必要

空気圧システムのメンテナンス

空気圧システムの予防メンテナンスは、機器から最高のパフォーマンスを引き出すために重要です。空気圧機器の状態を定期的にチェックすることで、摩耗を問題化する前に発見できます。

産業用空気圧の一般的なメンテナンス問題はエア漏れです。早期発見で、システム過負荷、圧縮空気の浪費、運転コスト増大、品質低下を防止できます。漏れは、システム内のエア抜け音を聞くだけで検出できることもあります。あるいは水と石鹸の溶液をスプレーし、気泡を探す方法もあります。漏れ修正は継手締め付けで済むこともあれば、重大な場合は部品交換が必要です。

空気圧機器の予防メンテナンスについて詳しく知りたい方は、当社の予防メンテナンスブログが参考になります。

空気圧コンポーネントのネジ規格

様々な空気圧機器タイプに入る前に、まずネジ規格について触れておきます。エアバルブやエアシリンダなどのコンポーネントには、多くの場合ネジ付きポートがあります。多くのブランドで3つのオプションがあります：NPT、PT、またはG（BSPP）ネジタイプ。機器が中国製なら、10回中9回はPTネジが必要です。北米製ならNPTネジで大丈夫でしょう。ユーザーマニュアルを参照するか、元の機器メーカーに問い合わせて確認してください。

別の選択肢として、異なるフィッティングやシールテープを使用する方法もあります。ネジタイプを正確に識別する方法は、ネジ識別ガイドをご覧ください。

産業オートメーションにおける空気圧コンポーネント

空気圧システムはエンドユーザー、技術者、エンジニアに多くのメリットを提供します。したがって、産業用空気圧システムをオートメーションソリューションに統合することを推奨します。空気圧コンポーネントを活用したカスタムオートメーション構築例をご覧ください。

空気圧シリンダとアクチュエータ

空気圧シリンダとアクチュエータは、ピストンまたはダイヤフラム内に蓄えられた加圧空気を用いて負荷を動かします。負荷方向により、エアシリンダまたはロータリーアクチュエータが必要です。

エアシリンダ

エアシリンダはピストンロッドを用いて直線的に負荷を動かします。圧縮空気がピストンロッドをシリンダチューブ内で押し出したり引き込んだりします。エアシリンダの2つの重要パラメータはストロークとボアサイズです。ストロークとは、作動時にシリンダピストンまたはロッドが伸びる距離を指します。ボアとは空気圧シリンダの内径です。ボアサイズが大きいほど、シリンダが出せる圧力や力が大きくなります。

ガイド付きシリンダの動作例

エアシリンダの種類：

• 単動シリンダ：1つの圧縮空気ポートでロッドを一方向に押すか引くかのみ。ロッドはスプリング作用で戻る
• 複動シリンダ：シリンダ両端に圧縮空気ポートがあり、ロッドの伸長と収縮の両方を制御

アプリケーションに合わせてさらにカスタマイズできるオプションがいくつかあります。例えば、クッション機能でピストン動作を静かにできます。また、当サイトの多くのシリンダモデルには様々な取り付けオプションがあります。

ロータリーアクチュエータ

ロータリーアクチュエータは物体を軸周りに回転させます。連続トルクを生み出す圧縮空気を使用します。

多くのロータリーアクチュエータはダブルラック・アンド・ピニオン設計です。ポートから空気が入りピストンを直線的に押し、接続されたラックのギア歯が円形ピニオンの歯と噛み合い、ピニオンシャフトを最大360度回転させます。

ロータリーアクチュエータにもクッション機能があり、静かな動作を実現します。

右側のロータリーアクチュエータにより、機械のプラットフォームが回転可能

空気圧制御バルブ

空気圧バルブ（エアバルブとも呼ばれる）は、産業用空気圧で空気の流れを止めたり開始したりします。フットバルブのような手動式、ソレノイドバルブのような電気式があります。

空気圧ソレノイドバルブ

これらの電気方向制御バルブは、ソレノイドに電気を通じて空気の流れを止め、開始、または方向変更します。ソレノイドバルブの種類について詳しくは、「ソレノイドバルブ101」ブログ記事をご覧ください。

ソレノイドバルブの種類：

• 直動式バルブ：「直接」電磁石の電源を使ってバルブを開閉
• パイロット操作式バルブ：電磁力と流体（空気/液体/ガス）圧力を組み合わせてバルブを開閉

流体制御バルブ

流体制御バルブは、空気、ガス、水、油、蒸気、その他液体の重要な流れを制御します。ソレノイドに電気を通じて、流体の流れを素早く止め、開始、または方向変更します。

手動バルブと機械式バルブ

手動・機械式バルブは、手動または機械的作動により空気の流れを開始、停止、方向変更します。例：ペダルを踏んで作動する手動フットバルブ。

逆止弁と流量制御バルブ

特殊目的バルブの例には、逆止弁と流量制御バルブがあります。逆止弁（チェックバルブとも呼ばれる）は流体を一方向のみに流します。流量制御バルブは流体の流量または圧力を調整します。

エア準備（エアプレパレーション）コンポーネント

エアプレパレーション製品は、産業用空気圧の空気を清浄かつ乾燥した状態に保ちます。エアフィルタ、レギュレータ、ルブリケータの組み合わせ使用で、システムの長寿命化を支援します。

空気圧エアフィルタ

空気圧エアフィルタは最初の空気供給を受け、圧縮空気タンク内の汚染物質と水分を低減します。機械ニーズに合わせて様々なサイズがあります。0.3ミクロンまでの汚染物質を除去可能。エアフィルタは4〜6ヶ月ごとに交換し、予防ケアが必要です。

エアプレッシャーレギュレータ

エアプレッシャーレギュレータは、エアフィルタで空気が清浄・乾燥された後の下流圧力を制御します。レギュレータは下流圧力調整のみに使用すべきです。

エアルブリケータ

空気圧ルブリケータは圧縮空気ストリームに少量のオイルを添加し、摩擦を低減します。ルブリケータは機械を効率的に稼働させるための重要な追加コンポーネントです。様々なポートサイズとネジタイプで利用可能です。

フィルタ・レギュレータ・ルブリケータ複合ユニット（FRLユニット）

フィルタ、レギュレータ、ルブリケータを一体化したFRL複合ユニットのようなエア準備システムも利用可能です。この3点セットユニットで、正確な圧力調整、水分除去、適切なオイル量の添加を実現し、適切なエア準備を確保します。このような複合ユニットはコスト削減と省スペースに貢献します。

空気圧ロジックシステム

空気圧ロジックシステムは「エアロジック制御」とも呼ばれます。これらのシステムは産業プロセス制御と機械データ取得に使用されます。

エアロジックは、リレー、圧力/真空スイッチ、タイムディレイ、カウンタ、リミットスイッチなどが通常担うほぼ全機能を実行できます。設計は似ていますが、制御媒質が電流ではなく圧縮空気です。

最も一般的な用途の一つは空気圧カウンティングです。空気圧カウンタは貴重な機器データを提供します。用途により、機械的または電気的デバイスが非実用的または不便な場合があります。

例えば、Control LineのAC-6空気圧カウンタは、イベント記録、個数/部品カウント、完全サイクルカウントを提供可能。データは監視され、生産目的や予防メンテナンス計画の立案に活用できます。空気圧ロジックシステムの使用ガイダンスについては、エアロジックブログでより詳細な情報を提供しています。

空気圧アクセサリ

空気圧アクセサリは、空気圧機器をシステム要件に合わせてカスタマイズ・適応させるのに役立ちます。以下に一般的なアクセサリと、空気圧パーツとの組み込み例を示します。

空気圧サイレンサ（排気消音器）

排気消音器は、動作中の空気圧機器の騒音レベルを低減します。ユーザー快適性向上と、異物混入からシステムを保護します。

エアシリンダ位置センサ

位置センサはエアシリンダと共に一般的に使用されます。物体の動きを検知し、処理・伝送・制御に適した信号に変換します。

エアプレッシャーゲージ

空気圧システムでは、システム内の多くの場所で圧力測定が行われます。空気圧プレッシャーゲージは、産業・商業用途の圧力読み取り値を提供します。

ドリップレッグドレイン（凝縮水ドレイン）

ドリップレッグ（凝縮水ドレインとも呼ばれる）は、圧縮空気システム内の凝縮水と水分を捕捉します。

エアバルブマニホールド

エアマニホールドは、流体やガスの分配に便利な接合点を提供します。複数の場所に空気圧動力を供給し、複数ツールへの給気を行います。

ソレノイドコイル

損傷コイルの交換や、既購入ソレノイドバルブの電圧レベル変換にスペアコイルを使用します。

分配ブロック

空気圧分配ブロックは、エア準備パーツ、トランスデューサー、その他コンポーネントのための便利なポート位置を提供します。

本ガイドが、様々なタイプの空気圧機器の違いを明確にする一助となれば幸いです。シリンダとバルブは、多様な用語があるため特に混乱しやすい分野です。お客様の機器に適した空気圧パーツ選定でお困りの際は、(336) 767-1379までお電話、またはinfo@trimantec.comまでメールでご連絡ください。