油圧シリンダー作動原理と種類

油圧シリンダは油圧システムのアクチュエータであり、その機能は油圧エネルギーを機械エネルギーに変換することである。油圧シリンダへの入力は液体の流量と圧力であり、出力は直線速度と力である。油圧シリンダのピストンは往復直線運動を行い、限られた直線変位を出力することができる。

I.油圧シリンダーの作動原理

複動形シングルピストンロッド油圧シリンダを例にとり、油圧シリンダの作動原理を説明する。図 1 に示すように、油圧シリンダは主にシリンダバレル 1、ピストン 2、ピストンロッド 3、エンドカバー 4、ピストンロッドシール 5 から構成される。

1シリンダーバレル
2ピストン
3ピストンロッド
4-エンドカバー
5-シール

シリンダバレルが固定され、作動油が左室に連続的に入力される場合、ピストンロッドにかかるすべての荷重に打ち勝つのに十分な油圧がかかると、ピストンは速度vで連続的に右方向に移動する。 ₁ そして、ピストンロッドは外部環境に働きかける。

逆に、右室に作動油が入ると、ピストンは速度v ₂ そして、ピストンロッドは外部環境にも働きかける。このようにして往復運動が完成する。このタイプの油圧シリンダは固定シリンダ・バレルシリンダと呼ばれる。

ピストンロッドを固定し、左室に作動油を連続的に入力するとシリンダバレルは左方向に移動し、右室に作動油を連続的に入力するとシリンダバレルは右方向に移動する。このタイプの油圧シリンダをピストンロッド固定シリンダという。

本章で取り上げる油圧シリンダは、特に断りのない限り、すべて固定シリンダバレルおよび移動ピストンロッド油圧シリンダの例である。

油圧シリンダに入力される油は、圧力 p と流量 q が必要である。圧力は負荷に打ち勝つために使われ、流量は一定の移動速度を形成するために使われる。油圧シリンダに入力される圧力と流量はシリンダに入力される油圧エネルギであり、ピストンが負荷に作用する力と移動速度は油圧シリンダが出力する機械エネルギである。

したがって、油圧シリンダに入力される圧力 p、流量 q、出力力 F、速度 v が油圧シリンダの主な性能パラメータとなる。

II.油圧シリンダーの分類

油圧シリンダには、さまざまな機械の用途や運動形態の違いから、多くの種類があり、一般に油の供給方法、構造、機能特性、用途などによって分類される。

油の供給方向によって、単動シリンダーと複動シリンダーに分けられる。単動シリンダは、シリンダの片側にのみ高圧の油を入れ、ピストンの戻りは他の外力に頼る。複動シリンダはシリンダの両側に作動油を入力する。ピストンの前進と後退は油圧によって行われる。

構造形式によって、ピストンシリンダー、プランジャーシリンダー、スイングシリンダー、伸縮スリーブシリンダーに分けられる。

ピストンロッドの形状によって、シングルピストンロッドシリンダーとダブルピストンロッドシリンダーに分けられる。

シリンダーの特殊な用途によって、タンデムシリンダー、ブースターシリンダー、増速シリンダー、ステップシリンダーなどに分けられる。これらのタイプのシリンダーは単一のシリンダーバレルではなく、他のシリンダーバレルおよび部品と結合されるので、構造の観点から、これらのシリンダーはまた結合されたシリンダーと呼ばれる。油圧シリンダの使用圧力によって、低圧油圧シリンダ、中圧油圧シリンダ、高圧油圧シリンダ、超高圧油圧シリンダに分けられる。

工作機械用には定格圧力2.5～6.3MPaの中低圧油圧シリンダーが、建設機械、土木機械、航空機用には定格圧力10～16MPaの中高圧油圧シリンダーが、油圧プレスなどの機械用には定格圧力25～31.5MPaの高圧油圧シリンダーが主に使用されている。

油圧シリンダーの分類を表1に示す。

表1 油圧シリンダーの分類

名称			シンボル	作業特性
単動油圧シリンダー	ピストンシリンダー			一方向油圧駆動、自重、バネ、その他の外力による復帰
	プランジャーシリンダー			プランジャーは厚く、力によく耐え、油圧によって一方向に駆動される。
	伸縮式スリーブシリンダー			油圧で駆動され、大から小へとセクションごとに押し出され、自重で小から大へとセクションごとに収納される。
複動油圧シリンダー	シングルピストンロッド	標準シリンダー		ピストンは油圧で両方向に動き、ストロークの終わりでは減速せず、両方向の力と動く速度は異なる。
		調整不可能なクッション・シリンダー		ピストンは油圧で両方向に動き、ストロークの終わりに減速し、減速値は調整できない。両方向の移動力と移動速度は異なります。
		調節可能なクッションシリンダー		ピストンは油圧で両方向に動き、ストロークの終わりに減速し、減速値は調整可能です。両方向の力と移動速度は異なります。
		デフシリンダー		ロッドレスチャンバー内のオイルの吸入を早めることができるが、推力はそれに応じて減少する。
	ダブルピストンロッド	標準シリンダー		ピストンは油圧で両方向に動き、ストロークの終わりで減速することはなく、両方向の力と移動速度は同じである。
		倍速シリンダー		2つのピストンが同時に反対方向に動く。
		調整不可能なクッション・シリンダー		ピストンは油圧で両方向に動き、ストロークの終わりに減速します。両方向の力と移動速度は同じです。
		調節可能なクッションシリンダー		ピストンは油圧で両方向に動き、ストロークの終わりに減速します。両方向の力と移動速度は同じです。
	伸縮式スリーブシリンダー			複動式油圧駆動で、伸縮手順は単動式伸縮スリーブシリンダーと同じ。
コンビネーション・シリンダー	ブースターシリンダー			A室のオイル吸入で駆動し、B室に高圧オイルを出力。
	タンデムシリンダー			シリンダーの直径は制限されるが、長さは制限されない場合に使用され、より大きな推力を可能にする。
	マルチポジションシリンダー			必要に応じて異なるオイルインレットを開くことで、ピストンAは3つのポジションを持つことができる。
	ステッピングシリンダー			複数のピストンストロークが二進法で配置されている。必要に応じて異なるオイルインレットを開くことで、ピストンは異なる距離を移動できる。
	ラック＆ピニオンシリンダー			ピストンの往復直線運動をギアの往復回転運動に変換する。