・・・・・ 第2章 ・・・・・
空気圧の世界10． 火力発電の空気圧 ･･････････････････････････ 84

２． 空気圧と自動化 ････････････････････････････ 54

10.1 はじめに･･･････････････････････････････ 84

３． 空気圧システムの基本的動作 ････････････････ 56

10.2 ボイラーによる発電方式の概要･･･････････ 84

3.1

はじめに･･･････････････････････････････ 56

3.2

ピック動作･････････････････････････････ 56

空気圧の役割 ･･････････････････････････ 84

3.3

トラバース動作･････････････････････････ 56

10.4 おわりに･･･････････････････････････････ 86

3.4

プレイス動作･･･････････････････････････ 57

11． 応用が進む空気圧 ･･････････････････････････ 87

3.5

実際の装置･････････････････････････････ 57

11.1 非接触搬送･････････････････････････････ 87

3.6

おわりに･･･････････････････････････････ 57

11.2 空気圧人工筋の応用･････････････････････ 87

４． 空気圧機器、システムの特徴 ････････････････ 58

11.3 手術支援ロボット･･･････････････････････ 87

５． 空気圧システム ････････････････････････････ 58

11.4 ラジアルスリット型減圧機構･････････････ 87

６． 空気圧システムの構成要素 ･･････････････････ 59

11.5 介護用パワーアシストスーツ･････････････ 88

6.1

空気圧縮機･････････････････････････････ 59

6.2

エアドライヤ･･･････････････････････････ 60

6.3

空気圧フィルタ･････････････････････････ 63

6.4

ルブリケータ･･･････････････････････････ 65

6.5

空気（圧力・流量・方向）制御弁･････････ 65

6.6

空気圧シリンダ･････････････････････････ 70

6.7

その他の空気圧アクチュエータ･･･････････ 70

6.8

緩衝器･････････････････････････････････ 75

6.9

消音器･････････････････････････････････ 76

空気圧の世界１． まえがき（空気圧の歴史）･･･････････････････ 54

10.3 ボイラーによる発電方式における11.6 パワーアシスト装置･････････････････････ 88

6.10 継手・チューブ･････････････････････････ 77
6.11 真空機器･･･････････････････････････････ 77
７． 最近の空気圧要素機器の動向 ････････････････ 80
7.1

高密度化・小形化･･･････････････････････ 80

7.2

多機能化・高精度化・複合化･････････････ 80

7.3

省配線システム･････････････････････････ 80

7.4

環境対応･･･････････････････････････････ 80

８． 大型ガラス基板搬送の空気圧 ････････････････ 80
8.1

はじめに･･･････････････････････････････ 80

8.2

浮上搬送の特長･････････････････････････ 80

8.3

浮上搬送工程･･･････････････････････････ 81

8.4

おわりに･･･････････････････････････････ 82

９． 鉄道車両の空気圧 ･･････････････････････････ 83
9.1

はじめに･･･････････････････････････････ 83

9.2

ステップ装置の役割･････････････････････ 83

9.3

ステップ装置の概要･････････････････････ 84

9.4

おわりに･･･････････････････････････････ 84

Pneumatics

53

１．まえがき（空気圧の歴史）

２．空気圧と自動化

人類は、太古から空気を上手に生活の中に利用
1）

自動化システムの制御には、空気圧、油圧、電してきましたが、空気に圧力がある ことを知った

気及び機械制御等の方式がありますが、この中でのは、紀元前数百年の大昔のことです。

空気圧制御は操作性、耐環境性、経済性及び安全

空気圧の世界空気圧を利用した機械として、数学者ヘロンの性に優れていると位置付けられ、産業界の発展と発明した鍛冶屋などで使う「ふいご」が最初のもの

ともに高度に普及してきました。現在では空気圧とされています。

システムに使用する機器、技術も進歩し、自動化

圧縮空気及び圧縮機械が工・鉱業に利用されるようになったのは、空気の特質の一つである防爆性を利用した鉱山用のさく岩機、空気圧ドリル、
空気ハンマ等からと考えられています。

すなわちオートメーションの一翼を応分に担っています。
石油、鉄鋼、化学等の生産プロセスの自動化に始まった空気圧制御システムは、自動車、電気、ジェームズ・ワットが蒸気機関を発明したのが機械及び食品等のよりメカニカルな分野に移行し、18世紀中頃で、これによって産業革命が起こり、更に精密なエレクトロニクス産業に代表される先蒸気機関車も発明されました。またこれに用いる

端産業においても必要不可欠なものとして利用さ停止装置として、エアーブレーキがサムエル、Ｃ・

れています。また製造業のみならず医療、アミューリスタらによって1848年に発明され、これが大いズメント等の人間生活に関するごく身近な分野にに発達したのは、1869年ウェスチングハウス社がまでも役立っています。

実用としてのエアーブレーキを開発してからです。

さらに、空気圧システムは産業界の技術革新に日本では、鉄道車両全般にエアーブレーキが装も対応し、各種センサの組込みによる知覚化、コ着されたのが1927年頃であるといわれています。

ンピュータ制御による多機能化及び新素材の採用

また自動開閉ドアーが採用されたのは1927年からによる小形化、高性能化を図った機器及びシステ

で、その時すでに空気圧電磁弁、シリンダ等が本ムの開発により、未来を拓く空気圧機器と制御技

格的に使用されていました。このように空気圧は術を次々生みだしています。特にメカトロニクス

身近なところに利用されています。

という言葉に代表されるような、電子制御との複このようにして始まった空気圧の利用は、比較的近年になってから一般の産業へ浸透し、それま合化が著しく、空気圧機器のハイテクノロジー化が益々進む時代を迎えています。

で人が手を掛けてきた 苦労 の多くは、アクチュ

加えて、広い意味での自動化、FA：ファクトリー

エータの動きに置き換えられました。さらに人のオートメーション及びCIM：コンピュータ統合生

手・指のような繊細な運動を必要とする各種の仕産では、原材料の搬入から加工、組立、搬送並び事も、空気圧を器用に使い分け、利用することにに検査及び工場全体の管理マネジメントまで対象

よって自動化されることが多くなり、省力化のみとして拡大しますが、空気圧システムはこれらのならず高品質生産のための自動化へと発展しつつ多くの工程でも利用されると同時に、シリアル伝あります。

送等の通信機能インターフェイスとの対応により、工場内での連携にまで可能性を広げています。
このようにオートメーションを代表する空気圧

1）空気は、圧力や温度によって状態が変わります。
圧力に関する基本となる原理と法則には、パスカルの原理とボイルの法則があります。

54

Pneumatics

機器、技術はあらゆる産業分野で使用され、原材料産業では、選別装置、搬送装置に、加工産業で

は搬送、加工、組立、検査及び包装等すべての機し活躍しています。

械装置へ、第三次産業においては郵送物仕分け、

空気圧機器の動作例を図2.1に示します。

洗車、遊戯施設等に使用され、優れた効果を発揮

空気圧の世界図2.1

空気圧機器の動作例

Pneumatics

55

３．空気圧システムの
基本的動作
3.1

はじめに

空気圧システムの基本的な動作には、図3.1に示すような「ピック」、「トラバース」、「プレイス」があります。それぞれは、次のような動作を行います。
空気圧の世界ピック： 対象物を持ち上げる。

図3.1

空気圧システムの基本動作

図3.2

エアチャックによる把持

図3.3

真空パットによる吸着

トラバース： 対象物を移動する。
プ レ イ ス： 対象物を所定の場所へ置く。
（対象物を回転させることもできる。
）
この一連の動作は空気圧駆動ではよく用いられ、これを行う装置は「ピック & プレイスユニット」などと呼ばれています。

3.2

ピック動作

ピック動作では、ワークを持上げる必要があり、ワークを把持するエアチャック（図3.2）や真空パット（図3.3）が用いられます。エアチャックは、ツメの開閉によりワークをつかみます。真空パットは、エジェクタや真空ポンプなどの利用によりワークの真空吸着を行います。

3.3

トラバース動作

ピック動作により持ち上げられた物体は、トラバース動作に移ります。
トラバース動作には、メガジョイント式ロッド
レスシリンダ（図3.4）やスライドテーブル（図3.5）などがよく使用されます。
テーブルに取り付けられた空圧機器がテーブルの移動に伴い、所定の位置に移動します。

図3.5

56

Pneumatics

スライドテーブル

図3.4

メガジョイント式ロッドレスシリンダ

3.4

プレイス動作

図3.6はロータリアクチュエータを使用して対象物を回転した様子を示しています。
ロータリアクチュエータ（図3.7）により接続されたエアチャックが回転します。これにより、エアチャックのツメが把持している対象物を回転させることが出来ます。

図3.9

ピック & プレイスユニット（例2）

ロータリアクチュエータによる90°回転

図3.7

3.5

ピック & プレイスユニット（例1）

空気圧の世界図3.6

図3.8

ロータリアクチュエータ

実際の装置

3.6

おわりに

図3.8はピック & プレイスユニットの一例です。

対象物をつかむ、吸い付ける、その後移動させ、上下動シリンダ先端にロータリアクチュエータが回転させるなどの動作は、空気圧システムの基本接続され、さらに水平に延びた腕に至ります。腕動作であり、種々の産業分野において欠かせないの先端にはエアチャックを装着し、対象物の把持動作でもあります。空気圧機器は、これらの動作を行います。

を比較的簡単に行うことができ、生産設備やFA

ロータリアクチュエータおよび腕を電動にして、（ファクトリーオートメーション）をはじめとするシステム化した製品を図3.9に示します。指にあた

あらゆる設備に使用され、今日の産業の礎の一端る部分は空気圧駆動のエアチャックです。このよを担っています。さらに、ロボットや医療介護な

うに、電動および空気圧駆動を複合的に用いた製

ど比較的新しい分野を含め、あらゆるところで空品は、「ロボット」として着目されつつあります。

気圧機器が利用されていることは見逃せません。

Pneumatics

57

などと同様に機能・機械要素化されたものであり、

４．空気圧機器、システムの特徴

これらを系統的に組み合せたものが空気圧システ
ムです。
また空気圧システムを構成する要素には次のよ

空気圧を利用した空気圧機器、システムには次うなものがあり、これらを自在に組み合せること
によって、多様な用途に対して適切な自動化を達のような特質があります。
（1）人間の仕事能力（力、速度、運動形態）に近成することができます。
なお、図5.1に、一般的な空気圧システムを示しい仕事に適する。
空気圧の世界（2）出力の割に軽量であり、機器自体が激しくます。
（1）空気圧縮機

動き回るような場合でも使用できる。
（3）簡単な弁で出力、速度が任意に調節でき、調整が安全、簡便であり、かつ安価に自動（2）エアドライヤ（3）空気圧フィルタ（4）圧力制御弁（減圧弁、リリーフ弁、安全弁）化が達成できる。
（4）一箇所の圧縮機で集中して圧縮し、多数のアクチュエータに空気を分配できるので、（5）ルブリケータ（6）方向制御弁（切換弁、逆止め弁、シャトル弁）（7）流量制御弁（速度制御弁、絞り弁、急速排気弁）

複雑に密集して設置できる。
（5）圧力を抜くだけで、安全に機器、配管の脱（8）空気圧シリンダ（9）その他アクチュエータ（揺動形アクチュエー

着等の保守ができる。

タ、エアハンド）（10）緩衝器（11）消音器

５．空気圧システム（12）配管及び継手

空気圧機器は電気の変圧器、リレー及びモータ

図5.1

58

Pneumatics

一般的な空気圧システム

また、圧縮機はその機構（圧縮原理）から図6.1に示

６．空気圧システムの構成要素

すように分類されますが、容積形往復式はレシプ
ロ式に、容積形回転式はスクリュ式に代表され、
表6.2などにより小形でスクロール式、中形〜大形

6.1で、騒音・燃費・信頼性・メンテナンス性などの空気圧縮機

面から、スクリュ式が多く使用されています。
空気圧縮機により作り出された圧縮空気は、空を空気圧縮機またはエアコンプレッサといいます。

気圧機器まで送られます。しかし、圧縮空気中には、

空気圧縮機は空気圧システムの最初に位置し、電システム外部からの湿気や粉塵、機器の据付及び気エネルギーを空気の圧力エネルギーに変換する

修理時に発生するシール材の破片や溶接スケール、機器ですが、空気圧0.1MPa以上を発生させるもの

システム内部の水分や潤滑油・錆など様々な汚染であり、その発生容量により小形・中形・大形に物質が含まれています。このような汚染物質は、分類されます（表6.1参照）。また吐出圧力によって空気圧機器本来の性能を妨げるばかりか故障や寿

低圧・中圧・高圧とも分類されます。

命低下を招くため、除去することが必要です。

空気圧の世界空気圧を作り出し、圧縮空気発生源となる装置

一般的には、0.1〜1MPaを発生させるものが多く、

表6.1

空気圧縮機の発生容量小形

空冷式で出力は、0.2 kW（1/4 HP）〜 7.5 kW（10 HP）

中形

空冷・水冷式に分かれ、出力は 7.5 kW（10 HP）〜 75 kW（100 HP）

大形

水冷式が中心となり、出力は 75 kW（100 HP）以上

図6.1

空気圧縮機の分類

Pneumatics

59

表6.2

圧縮方式

空気圧の世界

メカニズム

特 長

レシプロ

シリンダ内部を往復するピストンの作用で、圧縮室の空間容積を変化させることにより圧縮。

本体吐出にバルブが必要で、構造自体トルク変動が大きく低速回転のため、音・振動が大きい。
ただし最も安価。

スクリュ

オス・メス一対二本のスクリュ
ロータのねじ溝にできる容積変化で圧縮。

工場空気圧源として最も普及している給油式の気候で、音・振動が小さく中形クラスで最も効
率が高い。

スクロール

インボリュート曲線で構成されたラップを 180°ずらした状態でかみ合わせ、両ラップに仕切られた空間の容積変化により圧縮。

バルブが不要で最もトルク変動が少なく、音・振動が飛びぬけて小さい。また小形クラスで最も効率が高い。

ダブルツースオス・メスのロータが互いに非接触で回転し、両ロータとハウジング間に閉じ込められた空間の容積変化により圧縮。

オイルフリー専用本体で、2 段圧
縮を採用し高い効率と耐久性を
実現。

6.2

形 状

圧縮方式と特長

エアドライヤ

冷却室Ⓑで冷やされた圧縮空気は、再び空気平衡器Ⓐ（再熱器）に入り、空気入口からの暖かい圧縮

エアドライヤとは、圧縮空気中に含まれる水分を除去して乾燥空気を得るための機器です。水分空気によって再加熱され、暖かい乾燥空気となって空気出口より二次側へ出ていきます。

の除去方法により、冷凍式・乾燥剤式・高分子分離膜式などがあります。
①冷凍式エアドライヤ
冷凍式エアドライヤは、圧縮空気を冷凍機によって強制的に冷却し、圧縮空気中に含まれる水蒸気を水滴に置き換えて除去し乾燥させ二次側へ送る装置です。運転費用が安価であり、小形から大形まで様々な分野で使用されています。
空気回路
図6.2に冷凍式エアドライヤの回路を示します。
暖かい湿った圧縮空気は、空気平衡器Ⓐ（予冷器）において、冷却室Ⓑ（エバポレータ）で冷却された
圧縮空気によって予冷されます。予冷された圧縮
空気は、冷却室Ⓑ（エバポレータ）へ導かれ、冷たいフロンガスの気化熱により、加圧露点10℃（最低3℃）まで冷却されます。冷却された圧縮空気中の水蒸気は凝縮し、水滴（ドレン）となって溜まり、ドレン排出器Ⓒによって外部に自動排出されます。

60

Pneumatics

図6.2

冷凍式エアドライヤの回路

冷媒回路②乾燥剤式エアドライヤ

冷凍用圧縮機Ⓓより吐出された高温・高圧のフモレキュラシーブス・活性アルミナなどの吸着ロンガスは、凝縮器Ⓚへ導かれ、凝縮器冷却ファ剤を用いて、空気圧に含まれる水蒸気を吸着する

ンⒺにより周囲温度にて冷却され凝縮し暖かい高もので、大気圧露点が−30〜−72℃までの低露点圧の液となります。暖かい高圧のフロン液は、フィが得られます。これらの乾燥剤式エアドライヤのルタⒽへ導かれ冷媒中のゴミを捕獲し自動膨張弁

用途は、半導体の生産ライン・化学薬品の搬送用（又はキャピラリチューブ）Ⓖにて、絞り膨張されエア・計装用エアなどに使用されます。
乾燥剤式は、吸着剤の再生方法の違いで加熱にます。冷却室へ入った低圧・低温の液は、暖かく湿っより再生をする加熱再生方式と、吸着式エアドラ

た圧縮空気と熱交換することにより蒸発し、ガス

イヤから発生した乾燥空気の一部を用いて、湿っとなって冷凍用圧縮機へ吸い込まれます。容量調た吸着剤を再生する非加熱再生方式（ヒートレスド

整弁Ⓕ（ホットガスバイパス弁）は、冷却室におけライヤ）に分けられます。

る熱負荷が少なくなった時に、冷媒ガスをバイパ
スし、冷凍用圧縮機の入口（又は冷却器入口）へ戻

図6.4に乾燥剤式エアドライヤの回路図、図6.5に乾燥剤式エアドライヤの外観を示します。

します。これにより、冷却室へ流れ込む冷媒量が動作説明抑えられ、過冷却による凍結を防止します。冷凍

このドライヤは、吸着剤がその周囲空気の水蒸圧縮機の吸入圧力が設定圧力以下に下がると自動気濃度と常に平衡状態になろうとする性質を利用

的に容量調整弁Ⓕ（ホットガスバイパス弁）が開き、したものです。二つの筒をもち、乾燥した吸着剤

高温・高圧のガスをバイパスし、負荷のない状態

が湿った空気中の水分を吸着する吸着工程と、乾でも冷凍圧縮機を連続運転することができるよう

燥空気によって湿った吸着剤が水分を放出する再にしています。ファンコントロールスイッチⒿは、

生工程を交互に繰り返し、装置に入ってきた湿っ凝縮器冷却ファンの運転を制御し、凝縮圧力を一た空気を常に乾燥した空気として装置出口から供定範囲に保つためのものです。

給します。入口から入ってきた湿った空気はA筒に

図6.3に冷凍式エアドライヤの外観を示します。

空気圧の世界所定の低圧・低温の液となって冷却室Ⓑへ導かれ入り乾燥した吸着剤により水分が除去され、乾燥空気となって出口から出ていきます。A筒から出た

図6.3

冷凍式エアドライヤの外観

図6.4

乾燥剤式エアドライヤの回路

Pneumatics61空気圧の世界
図6.5

図6.6

高分子膜式エアドライヤの原理

図6.7

高分子膜式エアドライヤの外観

乾燥剤式エアドライヤの外観

乾燥空気の一部は、オリフィスを通って大気圧に減圧されB筒へ入り湿った吸着剤から水分を取り除き大気へ排出されます。減圧下で吸着剤を再生す
る理由は、加圧下で乾燥させた空気を大気圧下に減圧すると超乾燥空気で非常に低い相対湿度になり、再生がよりよく行われるためです。一定時間（2〜5分）後、空気の流れは逆になり、B筒で吸着、A筒で再生をします。この動作を繰り返し行います。
③膜式エアドライヤ
水蒸気を透過しやすく、空気（酸素と窒素）は透過し難いという性質の分離膜（高分子材料）を使用
したエアドライヤで、大気圧露点が−15〜−60℃までの低露点が得られます。高分子膜式エアドラ

動作原理

イヤは、駆動部がないため信頼性が高く、電源不

湿った圧縮空気を高分子膜中空糸内部へ供給す

要のためノイズの発生がありません。また軽量・ると水蒸気が中空糸の外側へ選択的に浸透・透過

コンパクトといった特長があり、精密加工・医療し、水分の取り除かれた乾燥空気となって出てき機器・計装用など様々な分野で使用されています。

ます。

図6.6に高分子膜式エアドライヤの原理図、図6.7に高分子膜式エアドライヤの外観を示します。
また、図6.8には、これらのエアドライヤの使い分けを示します。

62

Pneumatics

乾燥空気の一部を中空糸の外側に放出することによって、透過してきた水蒸気は大気中に排出され、連続的に透過除湿が行われます。

空気圧の世界

図6.8

6.3

エアドライヤの使い分け

空気圧フィルタ①空気圧フィルタ
空気圧フィルタは、空気圧配管内のドレン、ゴミなどを取り除く機器です。空気圧フィルタに入ってきた空気はまず、内蔵しているルーバーディフ
レクタで旋回運動をし、大きいゴミ、ドレンなど
をサイクロン効果で分離します。分離できないゴ
ミは、更にフィルタエレメントでろ過され、きれいな空気にします（図6.9）。
空気圧フィルタで分離されたドレンなどは、ボウルの底に溜まります。溜まったドレンは取り付けられた排出器によって排出されます。排出は主に、手で排出器のコックを開けてドレンを排出す
る手動排出式、ドレンが一定量溜まるとボウル内

図6.9

空気圧フィルタの構造

蔵の自動排出弁が働きドレンを排出する自動排出式、空気圧を間欠的に消費したときの圧力変化を利用して排出弁を断続的に開閉する差圧排出式の3種類があります。
一般的な空気圧フィルタの選択は、次のことを考慮し、選択します。

Pneumatics

63ⅰ）圧力損失の少ないもの
ⅱ）ろ過面積の大きいもの
ⅲ）水分分離の大きいもの
ⅳ）エレメントの交換ができるもの②オイルミストフィルタ
オイルミストフィルタは、油分を専用に除去するフィルタエレメント（マントル）を内蔵したものです。タールや油分などのオイルフォグやカーボ
空気圧の世界ンは標準のフィルタ（ろ過度5μm）での除去は難しいためです。オイルミストフィルタに入った空気がマイクロファイバ層を通過すると、空気中に含まれる0.01〜1.0μmの油分粒子（エアロゾル）がマイ
クロファイバ層に衝突、捕集、凝縮され、油滴化します。さらにプラスチックフォーム層によって

図6.10

オイルミストフィルタの構造

油滴が大形化され、自重によってボウル内に落下します（図6.10、図6.11）。
使用用途として、油分の付着を嫌う精密な機器・装置の前や、脱臭フィルタの前に設置されます。
③膜式フィルタ
半導体やフラットパネルディスプレイの製造環境であるクリーンルームにも、フィルタが使用されています。静電気除去器への空気供給、ワーク

図6.11

マントルの構造の浮上搬送用の空気供給がその例です（図6.12）。
クリーンルームに使用される機器では、0.1 μm程度の微小な異物が嫌われるため、平幕式や中空糸膜のエレメントが使用されています。これらの製品は、一般的に禁油仕様のものが使用されます。
中空糸膜とは、直径3mm以下のチューブ上の膜で、膜壁に無数の微小穴を有する多孔質構造です。
このため、流体に含まれている微小な異物はここを通過することで除去されます。実際には、この中空糸膜を何本も束ねた中空糸膜の束をフィルタ●静電気除去器への空気供給●ワークの浮上搬送用の空気供給

エレメントに使用することで大きな膜面積をもち、より多くの流量を流すことができます（図6.13）
。

図6.12

64

Pneumatics

中空糸膜フィルタ及びその用途

6.5

空気（圧力・流量・方向）制御弁

図6.15に一般的な空気圧回路を示します。
電気回路などで、電圧Vと電流 I との積W＝VIを電力と称し、W（ワット）などと表示して、電気パワー（エネルギー）の指標としますが、同じようなことが空気圧回路にもあてはまります。すなわち、
電気分野

圧力p

電圧V

流量Q

電流I

中空糸膜

空気圧の世界

図6.13

空気圧分野

なるアナロジーを考えると、空気圧回路のパワー

6.4

ルブリケータ（電気分野では（エネルギー）はW＝pQ・ln（p／p0）

W=VI）ということになります。ここで、pはシステ

空気圧シリンダやバルブなどの作動を円滑に、また耐久性を良くするために潤滑用の油を霧状にして空気の流れに自動的に送り込む、空気圧機器への自動給油機器です。ただし、あらかじめ機器
内にグリースを封入し給油を不要にしたものや潤
滑剤なしで使用可能な機器もあり、中には給油を併用してもよいものといけないものがあるので、使用には注意が必要です。
ルブリケータには主に、固定オリフィスにより発生した噴霧を供給する固定オリフィス形ルブ

ム内空気の絶対圧力、p0 は標準参考空気の絶対圧力です。一般の空気圧回路の目的は「仕事をする」ということです。
図6.15において仕事をするのは、①のシリンダですが、そこに至るまでに圧縮機内の高温多湿・多塵の空気が、種々の機器を経て、室温のドライで清浄な空気に生まれ変わっています。
本項で扱う機器は①シリンダの前に位置する②圧力制御弁（レギュレータ）③速度制御弁（スピードコントローラ又はスピコン）、④方向制御弁などでリケータ、空気流量が変化しても潤滑油を安定的す。文字通り、②圧力制御弁で圧力 p を、③速度制に供給できるようにした可変オリフィス形ルブリ

御弁で流量 Q を、それぞれ決定します。さらに④ケータ、より微粒子の潤滑油を供給できるようにした油霧粒子選別ルブリケータの3種類があります。参考として可変オリフィス形ルブリケータの、構造図を図6.14に示します。

方向制御弁により供給空気の方向の切換えが行われ、①複動シリンダの駆動が可能となります。
このように本項で説明する機器類は、駆動機器に与えるエネルギー量（仕事量）を決定する役割を果たします。また⑤ 2ポート弁は、回路の空気を止めたり流したりする機能をもち、ON‑OFF弁とか遮断弁と呼ばれている2個のポートをもつ弁で、方向制御弁の一種です。

6.5.1

圧力制御弁

「室温の乾
図6.15の②圧力制御弁の直前には、いた清浄な空気」が充填されています。しかし、①シリンダに空気を供給するには、圧力が高すぎる場合が多いので、②圧力制御弁で適正な空気圧（用途によって異なりますが、通常の空気圧回路
図6.14

ルブリケータの構造では、0.4〜0.5 MPaが一般的とされています。）にPneumatics

65調整します。
図6.16に一般的な直動形減圧弁（リリーフ機構
付）の断面図を示します。ダイヤフラム下室（二次側）の圧力と弁体下室（一次側）の圧力、弁ばね、調節ばねの力の均合いによりステムとリリーフ弁
シート間及び弁体部の圧力バランスがとれるまで、空気の移動が起こり、二次側の圧力が一定に保たれます。
この減圧弁内の自動圧力調節機構を図6.17の作
空気圧の世界動原理図にて詳しく説明します。
（a）は①ハンドルをいっぱいにゆるめて、②調節ばねをフリーにした状態で、減圧弁の一次側に空気が充填された状態を示しています。次に（b）に示
すように①ハンドルを押し込んで、②調節ばねを圧縮します。すると、②調節ばね力を受けた④ダイヤフラムは下向きに変形し⑤ステムを介して⑥弁体を押し下げようとします。この力が、③弁ばね力と一次側空気力との和より大きくなると⑥弁

図6.16

体が下方に移動し、一次側の空気が二次側に流入
します。

図6.15

66

Pneumatics

一般的な空気圧回路

直動形減圧弁（リリーフ機構付）

空気圧の世界

図6.17

直動形減圧弁の作動原理

二次側に充填した空気により、④ダイヤフラム

広く普及している直動形減圧弁（リリーフ機構付）の下面に力が働き、やがて（d）のように⑥弁体は閉についてその作動原理を中心に見てきましたが、じます。この（d）の平衡状態をもって減圧弁の調節

この他に、より精度を高めたパイロット形減圧弁が完了し、シリンダを駆動する準備が整ったとい（精密式）、安全弁（機器や管などの破壊を防止する

うことができます。次にシリンダなどの駆動機器

ために、回路が何らかの原因で最高圧力以上になが運転中に空気エネルギーを使用して、減圧弁のると排気する機能をもつ弁）及びリリーフ弁（空気二次側の圧力が低下した場合には、減圧弁は（b）の圧回路内の圧力を設定値に保持するために、空気ような状態になり、一次側より二次側へ空気が流を排気する機能をもつ弁）などがあります。さらに、

れ込み、最終的に（d）のようになり再び平衡状態に電気入力信号（一般には電圧または電流）に比例しなります。また逆に、何らかの原因で減圧弁の平た圧力を得る比例制御弁や、ライン圧以上の圧力衡状態（d）から二次側の圧力が上昇した場合には、が必要になった場合に使用する増圧弁も圧力制御（c）の状態になり、④ダイヤフラムのオリフィスか弁の一種ということもできます。

ら、（d）の平衡状態に戻るまで、二次側の空気が⑦

総じて、圧力制御弁は、駆動機器に伝達する空ボンネット内にリリーフし、さらに⑧ボンネット

気圧エネルギー pQ のうちの p すなわち圧力を決定の小穴から大気へ放出します。このように減圧弁する機器であるという認識をもつことが重要です。

には、圧力設定前の状態（a）、圧力設定後の平衡状態（d）があり、更に、設定値を下回った場合あるい

6.5.2

流量制御弁

は上回った場合には、空気圧力とばね力の均合い

管路両端の圧力差が等しい場合、管路径（管路の状態を保つように自動制御され、二次側圧力が一有効断面積）の大きい方が、流量も多いことが知ら定になるようにしています。以上を踏まえると減れていますが、この原理を利用して、管路の一部

圧弁は、二次側（ひいては、駆動機器）に一定の圧分を絞ることにより、流量を制御することができ力を供給することを目的とした自動制御機器とします。例えば図6.18に示す可変絞り弁を管路の途て、捉えることができます。ただし、厳密にいう中に設置して、絞り調節ねじにより、絞り弁の有と減圧弁の二次側の圧力調整は、流量を流さない

効断面積を変化させ流量を制御します。

状態で行われるため、実際の設定圧は目標値より

次に、この絞り弁を図6.19に示すように、シリも若干小さな値となります。また、一次側の圧力ンダ駆動回路に組み込み、複動シリンダを駆動さが変動すると二次側の圧力もそれに伴い、わずか

せます。この場合、絞り弁A、Bのいずれか一方をに変動する特性をもっています。

調節しても、シリンダの往路、復路双方の速度がこれまで、圧力制御弁のうちもっとも基本的で、変化してしまい、シリンダの速度調節が困難にな

Pneumatics

67

ります。
この不具合を解決したのが、図6.20に示す絞り弁と逆止弁（一方向だけに流体の流れを許し、反対方向には流れを阻止するバルブ）とを合成した速度制御弁（スピードコントローラ

通称スピコン）です。
実際のシリンダ駆動では、図6.21に示すように（a）メータアウト回路並びに（b）メータイン回路が構成されます。
空気圧の世界

図6.18

可変絞り弁

メータアウト回路では、シリンダからの排気空気量を調節します。一方メータイン回路では、シ
リンダへの流入空気量を調節します。メータアウ
ト回路では流入側が絞られることなく、シリンダに十分な空気量が供給され、かつ排気側流量の調節が可能なため、シリンダ内部で比較的高い圧力が確保でき、負荷変動などの外乱の影響を受けにくいため、比較的安定した速度が得られます。一方メータイン回路の場合には、流入側の空気が絞られ、かつ排気側は自由流れで、素早く大気圧に

図6.19

可変絞り弁を用いた回路例なるため、徐々に増加する流入側ピストン力がシリンダ静摩擦力を上回ると動き出し、それにより流入側のシリンダ室内容積が増加し、流入側ピス
トン力がシリンダの動摩擦力を下回ると停止するという動作を繰り返します。これをスティックス
リップ動作と呼んでいます。このようにメータイン回路の場合には、制御上の不安定動作があるた
め、一般的にはメータアウト回路を使用しますが、用途によってはメータイン回路が使用される場合もあります。
上述の速度制御弁が流量制御弁の代表的なもの

図6.20

スピードコントローラ

ですが、この他、方向切換弁（後述）の排気口に接続して、空気圧シリンダの速度制御を行う排気絞
り弁や、シリンダ速度を速くする目的で使用する
急速排気弁などがあります。また、電気入力信号（一
般的には、電圧または電流）に比例した流量が得られる比例制御弁も広義の意味では、流量制御弁と考えられます。
前述の圧力制御弁が回路の圧力 p を決定したのに対して、流量制御弁（速度制御弁）は流量Qを定め、これにより、駆動機器に加えられるエネルギーpQ

図6.21

68

Pneumatics

速度制御弁を用いた回路例が確定しました。

6.5.3方向制御弁

心が電磁石の働きをする点では、2ポート弁と同じですが、鉄心一体形スプールが移動することでま量制御により作動空気のもつエネルギー量が決定ず、コイルに電流が流れていない状態（非通電時）しました。このエネルギーをシリンダ両室に分配

では、圧力口PとポートB並びにポートAと排気口（充填・排気）する働きを担うのが方向制御弁です。

RAがそれぞれ連通しているため、ポートBには空

その種類は単に空気を止めたり流したりする2ポー気が供給され、ポートAの空気は排気されます。次ト弁、空気を供給したり排気したりすることがでにコイルに電流を流す（通電時）と、コイル−鉄心

きる3ポート弁、更にこれらを組み合わせて、多方系で電磁石が構成され、鉄心は右方向へ動きます。

向の切換機能をもたせ複動シリンダ駆動用としてすると、スプール・スリーブ間の穴位置がずれ、一般的に広く使われている4・5ポート弁などがあ今度は、圧力口PとポートA並びにポートBと排気ります。ここでは、電磁弁としての2ポート弁及び口RBがそれぞれ連通するため、ポートA及びBに複5ポート弁を例にとって説明します。

動シリンダが接続されていると、電磁弁（5ポート

空気圧の世界減圧弁による圧力制御及び速度制御弁による流弁）のON（通電）−OFF（非通電）を繰り返すことに①２ポート弁

より、シリンダの往復動作が可能となります。弁

図6.22に2ポート弁の例を示します。作動原理にのON（通電）−OFF（非通電）を繰り返すことによ

ついて簡単に説明します。コイルに電流を流すと、鉄心が電磁石となりばね力に打ち勝ち移動することにより、鉄心下部の弁が開きます。コイルに電流を流すのをやめると、ばねの力により鉄心が初期位置に復帰し、弁は閉じた状態になります。
②５ポート弁
図6.23に、複動シリンダ用操作用として最も多く使用されている5ポート弁（直動形の動作図）の例を示します。圧力供給口P、ポートA及びB、更に排気口RA及びRBの五つのポートをもつため、5ポー
ト弁と呼ばれています。作動原理はコイル及び鉄

図6.23

図6.22

2ポート弁

5ポート弁（直動形の動作図）

Pneumatics

69

り、シリンダの往復動作が可能となります。4ポー

たがって、その使用方法も異なり、上手に使うたト弁の場合には、排気口RA及び排気口RBが共通とめには正しい設置方法、機器や空気圧回路の組みなります。なお、説明の便宜上、A, Bなどの文字方、制御の方法などの選定が重要なポイントになを用いましたが、現在のJISでは1, 2･･･などで各ります。表6.3に主な空気圧シリンダの分類を示し

ポートを表します。

ます。

その他、図6.24に示すように、電磁石でスプー

空気圧シリンダの構造

空気圧の世界ルを動かす代わりに、圧力口Pに接続されているパ

空気圧シリンダの多くは、シリンダチューブ、

イロット通路端の小形3ポート電磁弁を使用して、ピストン、ピストンロッド、ヘッドカバー、ロッスプール端に空気圧力をかけることによりスプー

ドカバーから構成されています。図6.25に一般的

ルを移動させるパイロット方式があります。一般

なシリンダの構造を、表6.4に一般的な取付形式を的に、パイロット形は、直動形に比べて、大流量示します。

を流すことができます。

6.7
6.6

空気圧シリンダ

その他の空気圧アクチュエータ

空気圧シリンダを含む「空気圧のエネルギーを機

空気圧を利用して仕事をする、つまり動力を得

械的な力及び運動に変換する機器」を総称して、空る場合に、最も多く利用されるのが空気圧シリン

気圧駆動機器（アクチュエータ）と呼んでいます。

ダです。

空気圧シリンダのほかに、回転運動で動作角度を

空気圧を直線運動の力に変換して仕事をするも制限して往復揺動運動に変換する揺動形のアクチュエータや、把持機能をもつアクチュエータがのを空気圧シリンダと呼んでいます。
空気圧シリンダには多種多様な使い方があり、あります。

それぞれの用途に応じ、種類も多くあります。し

図6.24

70

Pneumatics

5ポート弁（パイロット形の動作図）

表6.3

主な空気圧シリンダの分類

空気圧の世界Pneumatics

71

表6.3

つづき

空気圧の世界図6.25

72

Pneumatics

一般的なシリンダの構造表6.4

一般的なシリンダの取付形式

空気圧の世界Pneumatics73

①揺動形アクチュエータ
揺動形アクチュエータの種類を図6.26に示し

次のような特長があります。
ａ． 出力軸の回転角度がベーンで制限されているアクチュエータ。

ます。
ロータリアクチュエータまたはトルクアクチュ

ｂ． シングルベーンは揺動角度が大きくとれる。

エータとも呼ばれる揺動形アクチュエータは、コｃ． ダブルベーンは揺動角度が小さく、出力はンベアの移載部、ロボット本体や手首の旋回、ダシングルに比べて2倍になる。

ンパの開閉、ボールバルブの開閉などに幅広く用○ラック・ピニオン形揺動形アクチュエータ
ピストンに連結されたラックの直線運動をピニいられています。
○ベーン方式揺動形アクチュエータ
空気圧の世界ケーシング内に固定されているシューと揺動するベーンをもち、空気圧を左右のポートから交互

オンの回転運動に変え、出力軸やテーブルを回転させます。構造的には360°以上の角度の揺動運動も可能です。

に入れると、揺動ベーンが往復回転運動します。

次のような特徴があります。

揺動角度はシングルベーンで280°以下、ダブルベー

ａ． 出力軸の回転運動の角度が、シリンダピス

ンで100°
以下が一般的です。
（図6.27）トンで制限されているアクチュエータ。
ｂ． ラック・ピニオン方式でシングルとダブルタイプの2種類がある。シリンダピストンのストローク端にはストローク調節（揺動角度調節）や揺動端での衝撃を弱めるクッション機構も設置できる。
（図6.28）

図6.26

揺動形アクチュエータの種類

図6.28

図6.27

74

Pneumatics

ベーン方式揺動形アクチュエータ

ラック・ピニオン形揺動形アクチュエータ

②エアハンド
シリンダと組み合せて、ワークのチャッキング
やハンドリングを行うもので、チャッキングやハ
ンドリング専門のアクチュエータといえます。
ハンドの開閉のしかたによってスイングタイプとパラレルタイプがあり、単動形と複動形もある
ほか、多くの種類があります。
外観と構造を示します。
（図6.29）空気圧の世界6.8

緩衝器

一般にショックアブソーバといい、速度をもって移動する物体を、滑らかに停止させる機器です。

・パラレルタイプ複動形

シリンダなどによって移動する物体の運動方向と逆向きの抗力（ショックアブソーバ内のオイルが狭い流路を通るときの抵抗により発生する力）を作用させながらストロークすることにより、衝撃力を低減し、衝突物の運動エネルギーを熱エネルギーに変換する機器で、油圧によるものが多く用いられます。
・その他のパラレルタイプ

・スイングタイプ常時開単動形・フラットタイプ

図6.29

エアハンド

Pneumatics

75

オリフィスの方式により、一定オリフィス形とストローク依存オリフィス形に分類することができます。
ストローク依存オリフィス形は、ストロークの変位によりオリフィス面積が変化し、発生する抗力が変化することで、一定オリフィス形に比べ良好な緩衝効率（衝撃吸収特性）を得られます。
以下のように分類できます。
空気圧の世界

一定オリフィス形○単孔オリフィスタイプ
○円環オリフィスタイプ
ストローク依存オリフィス形○多孔オリフィスタイプ
○リニアオリフィスタイプ
多孔オリフィスタイプは、内筒にある複数の小さな穴を、ピストンが進むことによりひとつずつふさぐため、ストロークするに従い抗力が高まり、衝撃を吸収します。
リニアオリフィスタイプは、ストローク変位により、抗力が直線的に増加し、衝撃をスムーズに吸収します。

図6.30

緩衝器の外観と構造

図6.30に外観と構造を示します。

6.9

消音器

空気圧機器は、使用した空気を大気に開放できるところに大きな特長があります。しかし、圧縮した空気をバルブなどから排気するときには排気音を伴います。高速でシリンダを動作させるときなど、更に排気音が大きくなります。
これらの欠点を補うための機器が消音器です。
消音器は、マフラまたはサイレンサとも呼ばれ、バルブの排気ポートなどに取り付けて、エレメントの抵抗によって排気音を低減させる役割をします。
（図6.31）
その消音効果は、排気流量と消音器サイズとの関係で大きく変わります。一般的には約20dB程度
以上と考えてよいでしょう。
図6.31

76

Pneumatics

消音器

6.10

色分けできるなどの点から、ウレタンチューブが継手・チューブ

多く使用されています。
（図6.33）空気圧システムの配管の材料には、金属管（パイプ）と非金属管（チューブ、ホース）があり、鋼管、チューブの呼びは外径で示されます。寸法は「外形×内径」で表します。
（表6.5）

銅管などの金属管は工場内配管や屋外配管に用いられ、チューブやゴムホースなどの非金属管は装置内での配管に多く用いられます。
①継手
空気圧機器の配管は、ねじ込み式が一般的で、空気圧の世界管用テーパねじ、または平行ねじを加工して継手をねじ込みます。ねじ部には、空気漏れを防ぐた
めにシールテープやシール液、またはガスケットが使用されます。

図6.33

チューブ

装置内では、ワンタッチでチューブの着脱ができるクイック継手が多く使用されています。
（ 図6.32）

チューブの呼びとサイズ

表6.5

単位 mm

管の呼び

ウレタンチューブ

ナイロンチューブ

チ ュ ー ブ に は、 ウ レ タ ン チ ュ ー ブ と ナ イ ロ ン

4

4 × 2.5

4 × 2.5チューブ（ポリイミド管）があり、柔軟性があり、

6

6×4

6×4

8

8×5

8×6

10

10 × 6.5

10 × 7.5

12

12 × 812 × 9②チューブ○クイック継手のチューブの着脱チューブをチューブストッパに当たるまで差し込むとチューブが接続されます。チューブを軽く引いて接続状態を確認します。チューブの離脱
は、 空 気 圧 が 印 加 さ れ て い な い こ と を 確 認 し、チューブを一度チューブストッパに当たるまで押継手構造

し込み、その状態で開放リングを平行に押し込みながらチューブを引き抜きます。

6.11

真空機器

真空とは、大気圧より低い圧力状態のことをいいます。一般に100Pa（abs）程度の低真空領域は比較的簡単な方法で得られるため、産業用として利用しやすく、特にワークを吸着把持して固定、搬送するなどという場面では、真空機器が幅広く用いられています。
図6.32

継手類

Pneumatics

77

①真空発生機器○真空ポンプ真空の発生源としては、コンプレッサと同様のレシプロ方式やベーン方式などのポンプを利用したものが一般に使用されます。これらは、真空到
達度と排気流量に応じて、各種の大きさのものがあります。
○エジェクタ
図6.34の作動原理図で示しますが、圧縮空気を
空気圧の世界図6.34

エジェクタの作動原理ノズルから、ディフューザの間に設けられたすき
まによって、空気をディフューザ側に吸い込んで負圧を発生させる真空発生装置を、エジェクタといいます（図6.35）。エジェクタは空気の粘性を利用して真空を発生させているといえます。
電磁弁の内蔵されたものや単体のもの、スイッチやフィルタなどを内蔵したものもあります。
②真空弁
真空弁もエアバルブの一種です。一般的なエア
バルブは圧縮空気（正圧）を使いますが、真空弁は真空圧（負圧）を使う点が異なります。
真空弁の選定に必要な条件も、エアバルブと同じような注意が必要です。ただし、圧力が低いの
で流量に大きく影響されます。

図6.35

エジェクタ

図6.36

エジェクタ

真空弁は主に3ポート弁が使用されます。1（P）
ポートに真空ポンプまたはエジェクタの真空源を接続し、2（A）ポートにパッド（吸盤）やノズルを接続します。3（R）ポートは大気開放です。
真空弁OFF時には3（R）ポートより大気を送り込
みワークを離脱させ、ON時にワークを吸着するといった使い方をします。3（R）ポートより正圧を送り込むことによりワークを強制的に離脱させることもできます。
（図6.36）③バキュームパッド
パッドを利用してワークを吸着させる方法は、他の方法に比べワーク把持の構造が簡単で、コスト的にもメリットがあります。
（図6.37）78

Pneumatics

空気圧の世界

図6.37

各種のバキュームパッド④アクセサリ○真空フィルタ
パッドとバルブの間にフィルタを設けます。吸
引された空気は、ほこりやゴミも一緒に吸込むた

図6.38

圧力スイッチ／流量スイッチ

め、真空弁がゴミかみ等による漏れや作動不良を起こさないために必要です。
○圧力（真空）スイッチ（流量スイッチ）
パッドがワークを吸着し、十分な真空度になったことを検知して次の動作を行うための信号を出力します。パッドとワークとの間の漏れが多いとき、またはワークが微小なときは、真空流量の変化を検出する流量センサスイッチを用いることもあります。
（図6.38）

図6.39

真空計

○真空計
一般の圧縮空気用とは異なり、反時計回りの指示となります。アナログやデジタルのタイプがあります。
（図6.39）Pneumatics

79

７．最近の空気圧要素機器の動向

ト増大、配線スペースの増大、誤配線による各種損失等が問題となります。このような問題を解決するために各種の省配線システムの対応が進んで
います。

7.1

高密度化・小形化

7.4

環境対応

最近の機械、装置は小形・省スペースのコンパ
クトデザインが要求されています。したがって空
気圧要素機器も小形化、軽量化が要求され、更に空気圧の世界高密度実装も求められるようになりました。これ
らの要望に応じ、空気圧要素機器も超小形化され、半導体製造装置、組立ロボット、その他機械、装置でコンパクトデザイン化、経済性向上等に大きな効果をあげています。

7.2

空気圧機器も地球温暖化防止に向けてCO2削減効
果が求められるようになり、エネルギー効率を上げることが求められています。このため電磁弁の省電力化やアクチュエータの高効率化等への取組みが重要になってきています。
また、環境負荷物質に対するRoHS指令やREACHなどの環境規制に対しても対応を進めています。

多機能化・高精度化・複合化

空気圧要素機器の複合化、ハイブリット化はス
ペースセービング効果のみでなく、性能向上、メ８．大型ガラス基板搬送の空気圧

ンテナンスフリー、その他の要望から各種の製品が開発されています。
空気圧要素機器において最も多く使用されてい

8.1

はじめに

るアクチュエータは、直線往復運動を行うシリン

液晶テレビの画面は、１枚の大きなガラス基板

ダ、揺動運動を行うロータリーアクチュエータのから作られています。薄く割れ易い大型ガラス基二つがあげられます。

板を安定して搬送するために、空気圧による浮上

このシリンダ及びロータリーアクチュエータは搬送が使用されています。ガラス基板の浮上搬送単独としてもセンサスイッチ付、ショックアブソー

は、製造工程により異なっており、ここではアラ

バ付、ブレーキ付、ロック付等々、多機能化が進イメント（位置決め）工程、搬送工程、プロセス工んでいます。またガイド付シリンダ、各種ベアリ程に使用される、それぞれの浮上方法と使用されング軸受付ロータリーアクチュエータ等々によりる浮上プレートについて説明をします（図 8.1）。

高精度化が進んでいます。

液晶パネル用ガラス基板は0.7mmの厚さしかな

現在ではこのような直線往復運動のみ、揺動運

く、人間の手による取扱いは困難です。またガラ動のみでは目的が達成できない場合が多くなっ

ス基板を製造する工程においては、ガラスに傷をてきていため、それらの機能の複合化も進んでい付けない・パーテイクル（微少な粒子）の発生を軽ます。

減するなどの要求があり接触させない搬送手段として空気圧浮上が注目されて使用されてい7.3

省配線システム電磁弁を多数マニホールドに搭載して使用する
場合、高密度実装は行われています。反面、各種

80

ます。

8.2

浮上搬送の特長

機器間の信号・動力伝達用配線が複雑化し、その空気圧浮上とは、ガラス基板と浮上面のスキマ

結果、配線材料、配線工数、メンテナンスのコスにエアが溜まりガラス基板が浮上する現象を表し、Pneumatics

アライメント行程

ガラス基板

空気圧の世界

ガラス基板

搬送行程

プロセス行程

図8.1

ガラス基板の搬送工程

ガラスの自重と空間内のエア圧力分布をバランスさせて浮上させる技術です。大型化したガラス基板を安定して浮上させるためには、浮上空間を層流状態にすることが求められ、この点から多孔質材料が使用されています。多孔質材料を使うメリットとしては、 空気消費量が少ない

エアが拡散して広い面積からエアが出る 、 目詰りしにくい 、エアの流速は遅く安定した浮上ができる

ことな
図8.2

どが挙げられます。

ガラス基板の浮上量浮上したガラス基板と浮上プレートとのスキマを浮上量と呼び、約10μm〜300μmが多くみられます（図 8.2）。
浮上量10μmを安定して得るためには、精密な空気の流量制御だけでなく浮上プレートの平面度も必要なので、その表面には精密加工が行われています。浮上量が大きい場合には、少ない空気消費量で大きなガラス基板を安定して浮上させるための浮上面形状が作られています。

8.3

浮上搬送工程浮上プレートは、生産ラインの各工程の要求にあわせた種類が用意されています。アライメント
工程に使用されるタイプを図 8.3に示します。この工程では約10μmの浮上量で精密な位置決め搬送が行われるため、浮上面がガラス基板のうねりに追従して揺動します。また浮上面はガラスに傷を付けない多孔質樹脂でできていて、真空引きすることでガラスの吸着保持も可能です。

Pneumatics81空気圧の世界図8.3

アライメント工程の浮上搬送

主に搬送工程に使用されるタイプを図 8.4に示します。浮上面全体からエアを放出し広い面積を安定浮上させます。この工程では250μm以上の浮上量でガラス基板が搬送され、少ない空気消費量
とともに搬送時に発生する静電気を逃がすこのできる材料（帯電防止）が使われます。
プロセス工程では、少ない浮上量（約30μm）と浮上したガラス基板の平面精度が必要とされます。
浮上面は高精度に仕上げ加工され、表面溝レイア
ウトにより空気の抜けをよくし、ガラスがドーム状に膨らむことを防ぎます。このタイプはガラス

図8.4

搬送工程用の浮上プレート

図8.5

搬送工程用の浮上プレートを浮かせる正圧と、浮上面にガラスを押し付ける
負圧を同時に使うことで、高精度な浮上平面度を得ています（図 8.5）。

8.4

おわりに

空気圧による浮上搬送により、ガラス基板にダメージを与えることなく、安定して高速に搬送することが可能になりました。工程に必要な浮上量の制御やガラス基板の平面精度を得るために、空気圧の制御に加えて各種技術が使われています。
この様な浮上搬送技術は、太陽光パネルや機能性薄膜シート製造などの分野にも応用されており、空気圧の特長を生かした使用例といえます。

82

Pneumatics

９．鉄道車両の空気圧と車両の幅が広く、新幹線駅のプラットホームも幅広の新幹線車両に合わせて作られています。
一方、秋田新幹線車両は、盛岡駅−秋田駅間では在来線の駅やトンネルなどの設備を使って走行

9.1

はじめに

するため、在来線車両と同じ幅で製作されています。従って、在来線区間の駅ではプラットホーム

空気圧駆動は鉄道車両でも多くの用途で使用されています。JRや私鉄で使用されている例としてと車両の間に隙間はありません（図9.2）。
しかし、新幹線の広い車両幅に合わせた新幹線
駅で停車した時は、秋田新幹線車両とプラットホー（1）ブレーキの駆動

ムの間に隙間が出来てしまいます。乗客が安全に（2）乗降用ドアや防音カバーなどの開閉

乗車降車できるように、ドアの下部の車体側に開（3）車両の高さや傾斜の調整

閉するステップ（踏み板）が装備されています（図（4）東北新幹線車両と秋田新幹線車両の連結装置

9.3）
。

（5）警笛

空気圧の世界は次のものがあります。

新幹線線路上を走行するときは、ステップ部分（6）パンタグラフやワイパーの駆動が空気により発生する騒音を防止し、空気抵抗を（7）トイレの洗浄低減するために閉じられた状態となります。また、（8）リクライニングシートの調節

在来線線路上を走行するときは、在来線の設備に比較的新しく日本の環境に合わせた特徴的な用当たらないように同じく閉じられた状態となり途として、秋田新幹線車両で使用されているステッます。

プ装置があります。ここではこのステップ装置を紹介します。

9.2

ステップ装置の役割

秋田新幹線「こまち」は、東京駅と盛岡駅の間では、9.1の4項に挙げた連結装置で東北新幹線車両に連結されて走行します。
（図9.1）

図9.2

図9.1

在来線区間駅で停車状況連結された秋田・東北両新幹線車両

東京駅から盛岡駅までは新幹線線路上を走行しますが、盛岡駅から秋田駅の間は東北新幹線車両とは切り離され、在来線線路上を走行することになります。
一般的な新幹線車両は、在来線車両と比較する

図9.3

新幹線駅で開いたステップ装置

Pneumatics

83

9.3

ステップ装置の概要

10.2

ボイラーによる発電方式の概要

新幹線駅で開いたステップ装置を下方から撮影

ボイラーを使用した火力発電所には、ボイラー、した画像が図9.4です。リンク機構の一部のみです

蒸気タービン、発電機が備わっており、発電に至が、駆動部分が見えています。ステップ装置は空るまでの流れは次のとおりです。
（図10.1参照）

気圧シリンダに特殊なリンク機構を組み合わせて駆動されています。
ステップ装置が開いた位置にあるときには、リンク機構の特性によりステップに過大な荷重が作用
空気圧の世界してもシリンダが押し戻されることはありません。

① ボイラー内で燃料（石油、石炭、天然ガス）を燃焼させて、得られた熱エネルギーを利用して水を沸騰させ水蒸気を発生させる。
② 発生した水蒸気により蒸気タービンを回転させる。

また、寒冷地を走る車両であるため、冬季の氷雪③ タービンが回転することにより、蒸気タービンなどによってステップ装置の作動が妨げられないよに接続された発電機が回転し電気を発生する。

うにリンク構造などに独特な工夫がされています。
空気圧シリンダは扉の内側の床下部分に収納されています。機器の占める容積に対して、比較的大きな直線出力を得ることが出来る空気圧駆動の特性が生かされた実用例です。

9.4

おわりに

このステップ装置は、新幹線駅に停車するとき

10.3

ボイラーによる発電方式における空気圧の役割ボイラーによる発電方式では、空気圧は主にボイラーに燃料を供給し、ボイラー内で燃料を燃焼させる時に使用されます。ここでは、石油系燃料の場合の回路を図10.2に示し、石油系燃料における発電の説明を行います。

以外は、閉じられた状態です。車両の左右のステッ（1）
ボイラーに燃料を供給する（図10.3、10.4参照）

プは同時に開閉するので、隣の線路に入線する車① ボイラーに燃料を供給する配管にはボール

両のステップ装置が良く観察できる駅もあります。

弁が取り付けられており、その弁の開閉動作

空気圧は、「9.1 はじめに」の例に挙げましたようによりボイラーへの燃料の供給、停止が行わに鉄道車両のいろいろな所に利用されています。

れます。その弁の操作には空気圧が利用され新幹線に限らず鉄道を利用された時には、安全にます。

十分注意した上で、ぜひ観察してください。

② 図10.2にさまざまなボール弁が示されていますが、これらのボール弁は空気圧シリンダや空気圧ロータリーアクチュエータが登載され10．火力発電の空気圧ており、全て空気圧電磁弁の操作により開閉動作を行っています。
（2）
ボイラー内で燃料を燃焼する（図10.3、10.5参照）① ボイラー内で燃料を燃焼させますが、その燃

10.1

はじめに

料を噴出させて点火する装置をバーナーガンと呼びます。

火力発電は石油や石炭、天然ガスを燃焼させて得た熱エネルギーを利用する発電方式で、大きく分けてボイラーによる発電方式とガスタービンによる発電方式がありますが、ボイラーによる発電方式には数多くの空気圧機器が使用されているため、ここではボイラーによる発電方式の説明をします。

84

Pneumatics② 点火の際にはバーナーガンをボイラー内部に挿入しますが、その動作はバーナーガン抜差
しシリンダで行い、空気圧電磁弁の操作により点火時にはバーナーガンを挿入し、消化時にはバーナーガンを引き抜きます。

空気圧の世界

図10.1

図10.2

火力発電所の概略図

火力発電用ボイラーにおける空気圧機器の使用例（図10.1 A部詳細）

Pneumatics85図10.5空気圧の世界

図10.3

図10.4

電磁弁

① ボイラー内で燃料が燃焼するためには、空気が必要になります。その空気を供給するために、ボイラーにはダンパーが設置されています。
② ダンパーの操作はポジショナ付空気圧シリンダで行います。
③ ポジショナとは空気圧シリンダの位置を調整するための機器で、空気圧シリンダ操作用空気の供給口と、空気圧シリンダ位置調整用の信号用空気の供給口を供えています。
④ ポジショナで空気圧シリンダの位置調整を行うことによりダンパーの開度を調整し、ボイ
ラー内の燃焼に適した空気の供給量を調整す

86

Pneumatics

図10.6

ダンパー操作用ポジショナ付空気圧シリンダ

10.4

おわりに

ボール弁

（3）
ボイラー内に空気を供給する（図10.6参照）

ることができます。

バーナーガン抜差しシリンダ

空気圧は火力発電分野以外にも、原子力発電やLNG基地、又は化学プラント等の大規模な工場設
備に数多く利用されており、その用途や役割も多岐に渡ります。この度は火力発電を例に挙げて概略の空気圧利用の紹介をしましたが、少しでも空気圧の活用と重要性を理解していただければ幸いです。

11．応用が進む空気圧

11.3

手術支援ロボット

低侵襲外科手術を支援するマスタ・スレーブ型のロボットシステムにおいて、スレーブ側の駆動に空気圧アクチュエータを用いたものを研究開発
空気圧の特徴を生かした用途の研究や開発が大学の研究室、民間企業等にて行われています。ここではその一部を紹介します。

している。
鉗子先端の外力を根元に配置した空気圧アクチュエータの差圧から推定する方法を提案、実装している。これによって、滅菌洗浄が必要な鉗子

非接触搬送

先端部のセンサレス化を可能とした。
（図11.3）空気圧の世界11.1

半導体ウェハーやCD・DVDなど表面を接触させたくないワーク、紙やフィルムなどの柔らかいワー
クやせんべいなどの表面が一定でないワークを空気圧の特性を利用した非接触にて搬送する機器（ボルテックス・カップ）の研究です。
（図11.1）

図11.3
図11.1

非接触搬送

11.4
11.2

空気圧人工筋の応用

人が立ち入ることができない危険な環境で空気
圧ゴム人工筋を用いた建設用機械などの遠隔操作用空気圧ロボットアームの機構と制御方法に関する研究です。
（図11.2）

図11.2

手術支援ロボット

ラジアルスリット型減圧機構

空気圧機器の使用において空気を排気するときに消音器を使用しないと大きな排気音がします。
排気音の原因となる衝撃波をラジアルスリット型
減圧機構にて発生させないようにする研究です。
（図11.4）

空気圧人工筋
図11.4

減圧機構

Pneumatics

87

11.5

介護用パワーアシストスーツ

11.6

パワーアシスト装置

寝たきりの患者さんを抱き上げたりするときに製造業の現場において金型や金属材料などを扱

介護者の力をサポートすることを目的としての開う場合に作業者の負担を低減させるために搬送装発です。
「パワーアシストスーツ」を着用すると寝た

置や補助具が用いられる。これらの動力には電気きり人の60キロの体重が30キロの感覚で持ち上げや空気圧など使用されますが、安全性や操作性かることができます。

ら空気圧が多く使用されます。空気圧により重量

この力を生み出す部分に空気圧を利用したアクチュエータを用いた研究です。
（図11.5）

物を無重力状態に近づけ、高齢者や女性でも軽い力で安全に重量物を運ぶことのできるよう開発さ空気圧の世界れた「パワーアシスト装置」
です。
（図11.6）

図11.6

図11.5

88

Pneumatics

パワーアシストスーツ

パワーアシスト装置