エアシリンダのチューブ内径の選定（必要な推力から選ぶ例）

負荷率・使用圧力・向きを決め、推力が負荷以上になるチューブ内径を選びます。

チューブ内径の選定の手順（SMC）

SMC の「エアシリンダの機種選定手順」の手順1 は、チューブ内径を次の順で求めます。

1. 目的に合わせて、負荷率を決めます（静的作業 0.7 以下・ガイドに乗った負荷の水平作動 1 以下・負荷の垂直～水平作動 0.5 以下）。
2. 使用圧力を決めます。一般的には、レギュレータ（減圧弁）で空気源圧力の 85% に設定します。
3. シリンダ出力を使う方向（押し側・引き側）を決めます。「水平で押、引とも同負荷の場合は引き側で選定してください。」とあります。
4. グラフ1（押し側）かグラフ2（引き側）で、負荷率・使用圧力・シリンダ出力（負荷質量）の交点からチューブ内径を読みます。

グラフの代わりにこの計算を使うときは、チューブ内径を変えながら推力を計算し、推力が負荷以上になるいちばん小さいチューブ内径を選びます。下の例1〜3 は、SMC の資料の例を、この計算で確かめたものです。

負荷（必要な推力）の見積もり

ダイキン テクニカルサービスデータ T-2「油圧装置の実際計画」・油圧シリンダの選定は、シリンダに必要な最大出力を F ＝ Fs ＋ fd（N）としています。Fs は抵抗負荷、fd は加速力で、fd ＝ m・V／t（m は質量 kg、V は速度 m/s、t は加速時間 s）です。抵抗負荷は、上下運動なら荷重 W、水平運動なら μW（μ は静止摩擦係数）で、動いている間は u'W（u' は動摩擦係数）です。

例えば、質量 100 kg の負荷を垂直に持ち上げ、0.1 秒で 0.3 m/s まで加速するなら、Fs は 100 × 9.80665 ＝ 980.7 N、fd ＝ 100 × 0.3 ÷ 0.1 ＝ 300.0 N で、F ＝ 1,281 N です。物を動かすには、抵抗負荷に加速力が必要になります。

例1: ワークを 1,000 N で押し付ける（押し側・負荷率 0.7・0.5 MPa）

SMC の例1 は、「ワークを押し付けておくために、最低1000Nの出力が必要な場合」に、押し側のグラフ1 で負荷率 0.7・使用圧力 0.5 MPa から、チューブ内径 63 mm を選んでいます。押出し側の推力 F1 ＝ 0.7 × A1 × 0.5 を計算すると、次のとおりです。

1,000 N 以上になるいちばん小さいチューブ内径は 63 mm で、SMC の例と同じです。

例2: ガイドに乗った 30 kg を水平に動かす（引き側・負荷率 1・0.4 MPa）

SMC の例2 は、押し・引きとも同じ負荷なので、出力の小さい引き側のグラフ2 で、負荷率 1・使用圧力 0.4 MPa・負荷質量 30 kg から、チューブ内径 40 mm を選んでいます。グラフにはシリンダ出力（N）と負荷質量（kg）の目盛りが並び、その下に重力単位への換算（1 kgf ≒ 9.8 N）が書いてあります。ここでは 30 kg を 30 × 9.80665 ＝ 294.2 N として、引込み側の推力 F2 ＝ 1 × A2 × 0.4 を計算すると、次のとおりです（D/d はチューブ内径とピストンロッド径 mm・ピストンロッド径は SMC の表-1 の組）。

チューブ内径 32 mm では足りず、40 mm ならどちらのピストンロッド径でも負荷以上になります。SMC の例と同じ 40 mm です。

例3: 100 kg を垂直に引き上げる（引き側・負荷率 0.5・0.5 MPa）

SMC の例3 は、負荷質量 100 kg を垂直に引き上げるので、引き側のグラフ2 で、負荷率 0.5・使用圧力 0.5 MPa から、チューブ内径 80 mm を選んでいます。100 kg は 100 × 9.80665 ＝ 980.7 N です（D/d はチューブ内径とピストンロッド径 mm）。

63 mm では 700.8 N で足りず、80 mm で 1,134 N になります。SMC の例と同じ 80 mm です。

チューブ内径を決めたあとに確かめること

SMC の機種選定手順は、チューブ内径を求めたあとに、ストローク終端の衝撃（クッションの吸収能力）、ピストンロッドに掛かる横荷重、長いストロークでの座屈、空気消費量と所要空気量を確かめるとしています。この計算は推力だけなので、これらは SMC の資料のグラフと表で確かめてください。

出典

• SMC「エアシリンダの機種選定」技術資料（資料1 チューブ内径の選定・資料3 理論出力表）
• ダイキン テクニカルサービスデータ T-2「油圧装置の実際計画」・油圧シリンダの選定