単動 vs 複動 空気圧シリンダ: 自動化に最適なアクチュエータ選定ガイド

投稿: テクニカルコミュニケーションチーム · 2024年8月27日

ボタン操作なしで連続動作を行うデバイスをお探しですか？ 工場自動化、包装、輸送、自動車製造など多くの産業分野で、空気圧コンポーネントが機械設計に採用されています。空気圧システムは信頼性が高く、安価、クリーンであることで知られています。

空気圧シリンダ（エアシリンダ、アクチュエータとも呼ばれる）は、圧縮空気を用いて負荷を直線的に移動させる機械デバイスです。最も一般的な空気圧アクチュエータは、密閉シリンダ内でピストンとロッドが動く構造で、ピストンが所望の動きを実行します。空気圧システムでは、圧縮空気をエネルギー源としてシリンダ内のピストン伸縮を駆動します。

詳細はTecTalkブログ「空気圧コンポーネント: 産業ガイド」をご覧ください。

空気圧シリンダは一般に単動と複動の2タイプに大別されます。両者の主な設計差はポート数です。単動シリンダは加圧空気が入るポートが1つ、複動シリンダは2つのポートで動作します。このシンプルな違いが、動作様式と速度の差を生みます。設計選定時は、各デバイスの用途、違い、長所短所を理解することが重要です。

単動シリンダ

直線運動でクランプ、位置決め、パンチングなどを行う用途なら、単動シリンダが適しています。仕組み：単動シリンダには1つのポートから一方向に加圧空気が入ります。ピストンには通常スプリング（または負荷）が取り付けられています。清浄・圧縮された空気がポートから入り、ピストンを一方向に押し出しスプリングを圧縮します。空気が同じポートから排出されると、スプリング（または外力）がピストンを元の位置に戻します。要するに、圧縮空気が前進ストロークを、スプリングが復帰ストロークを担います。

単動シリンダにはプッシュ型とプル型の2種類があります。

• プッシュ型シリンダ: 空気が入ってピストンをシリンダ外へ押し出す
• プル型シリンダ: 空気が入ってピストンをシリンダ内へ引き込む

単動シリンダの利点:

• 構造がシンプルで設置容易
• 初期購入コストが低い
• 単一ポートと小型ハウジング
• 複動シリンダ比でバルブと配管コストを削減

単動シリンダの欠点:

• 圧縮空気の適切な前処理（清浄・乾燥）が必要
• スプリングがスペースを取り、作動領域を制限
• スプリングの反力で推力が低下
• 長期使用でスプリング疲労によりストロークが不安定になる

複動シリンダ

負荷を双方向に動かす必要がある場合、複動シリンダが有用です。単動シリンダと異なり、スプリングなしで伸縮可能です。1ポートではなく、2ポートから空気の出入りで動作します。

一方のポートから空気が入りピストンを前進させ、もう一方のポートから加圧空気を入れてピストンをシリンダ内へ退却させます。複動シリンダは、単動比でより短時間で伸縮できるため、効率的かつ精密であり、最も広く用いられる空気圧アクチュエータです。

複動空気圧シリンダは主に産業用ロボット分野で使用されます。ドア開閉、コンベアからの商品搬送・移動などを実行。その他、医療機器、建設機械、宇宙開発でも採用されています。

複動シリンダの利点:

• 加圧空気が双方向に作用し、動作制御が容易
• 高速、高推力、省エネ
• ストロークとボアサイズの設計バリエーションが豊富
• 多くがISO準拠（単動は非準拠が多い）

複動シリンダの欠点:

• 単動シリンダより高価
• 大型ハウジングが必要（フィードシリンダとして使う場合、他機械システムと連結必須）
• 状況により空気消費量が異なるレートで計算されることがある

単動 vs 複動: どちらを選ぶべきか？

両システムとも圧縮空気を主エネルギーとしますが、ポート設計により動作特性が大きく異なります。単動シリンダは主に一方向に力が必要な産業用途（コンベアからの部品排出など）で使用されます。一方、複動シリンダは多くの業界で、単動より高速・高力・高効率として広く認知されています。速度と力が必要な用途には複動、軽作業組立には単動が適します。

適切な空気圧アクチュエータ選定には予算考慮が不可欠です。メンテナンス頻度は？ システムは終日稼働するか？ これらは選定時の重要ポイントです。単動シリンダは複動よりメンテナンス頻度が高く、初期コストは低いですが、長期的にはスプリング伸びで精度低下し、交換が必要になります。動力面では複動が単動より迅速かつ強力です。コストは高いものの、優れた設計で広く採用され続けています。

補足: 空気圧シリンダには清浄・ろ過済み空気が必要です。不適切な空気供給はシステムと製品を汚染・故障リスクに晒します。アクチュエータ選定時はISO規格も考慮すべきです。単動は扱いやすくメンテナンス容易ですが、多くの複動シリンダがISO規格準拠です。

どのシリンダが用途に最適か、まだ迷われていますか？ お気軽にテクニカルセールス担当へご相談ください。