単動シリンダーと複動シリンダー：どちらの設計がより良い性能を発揮するか？

エンジニアは、アプリケーションに適した空圧シリンダを誤って選択することが多く、不適切な性能、過剰なエネルギー消費、適切な初期選択によって回避できたはずの高価なシステム修正につながります。

単動式空気圧シリンダーは、スプリングまたは重力リターンによる一方向のみの移動に圧縮空気を使用しますが、複動式シリンダーは伸長と収縮の両方に空気圧を使用し、ほとんどの産業用アプリケーションに優れた力制御、位置決め精度、および操作の柔軟性を提供します。

先月、ウィスコンシン州の食品加工工場のサラが、単動シリンダーでは包装ラインに十分な引込力が得られず、当社の複動シリンダーに切り替える前に$35,000ドルの生産損失を出してしまったため、私に連絡してきた。 ロッドレスシリンダー¹ は完全な作戦統制を回復した。

目次

• 単動シリンダーと複動シリンダーの基本的な設計の違いは何ですか？
• これらのシリンダータイプの運転特性はどのように比較されますか？
• 単動式と複動式では、どのような用途に最もメリットがあるか？
• これらのシリンダータイプ間のコストと性能のトレードオフとは？

単動シリンダーと複動シリンダーの基本的な設計の違いは何ですか？

単動式と複動式の空気圧シリンダーの設計上の主な違いを理解することは、システムの性能と費用対効果を最適化するために、十分な情報を得た上で選定を決定するために不可欠です。

単動シリンダーは1つのエアポートを備え、圧縮空気を使用してスプリングリターンにより一方向に動きますが、複動シリンダーは2つのエアポートを備え、ピストンの反対側に交互に空気を供給することで両方向に動きます。

単動シリンダー構造

コア・コンポーネント

単動シリンダーには、これらの不可欠な要素が含まれている：

• シングル・エア・ポート:エア供給用の一端に配置
• リターンスプリング:戻り動作に力を与える
• ピストンアセンブリ:一方向空気室付き密閉ピストン
• 排気ポート:スプリングの戻り時に空気を逃がす
• スプリングチャンバー:住宅用リターンスプリング機構

スプリング・リターン機構

リターンスプリングには複数の機能がある：

• リターンフォース:引き込み動作にエネルギーを供給
• ポジション保持:伸縮位置を維持
• フェイルセーフ動作:エアロス時にシリンダーを安全な位置に戻す
• スピードコントロール:スプリングレートはリターンスピードに影響する

複動シリンダー構造

デュアル・チャンバー・デザイン

複動式シリンダーの特徴

• 2つのエア・ポート:双方向給気用ポートAおよびポートB
• 分割ピストン:シリンダーを2つの独立した空気室に分離
• 密閉式チャンバー:伸長側と収縮側の空気の混合を防ぐ
• ロッド・シーリング:外部ロッドとの圧力整合性を維持

制御システム要件

複動動作が必要：

コンポーネント	単動	ダブルアクション	機能
方向弁2	三方弁	4方弁または5方弁	エアフロー制御
空気接続	供給ライン1本	供給ライン2本	圧力デリバリー
排気ポート	1 排気	2本排気	空気排出
フロー制御	1コントロール	2コントロール	速度規制

内圧ダイナミクス

単動圧力プロファイル

単動シリンダーの経験：

• エクステンション:ピストン面への全圧供給
• 撤回:バネの力のみによる大気圧
• ホールディング:供給圧力がスプリングに抗して位置を維持
• 空気消費量:伸展時のみ

複動圧力プロファイル

複動式シリンダーが提供する：

• エクステンション:供給圧はキャップエンドへ、排気はロッドエンドから
• 撤回:ロッドエンドに供給圧、キャップエンドから排気
• ポジション保持:アクティブ・チャンバーの圧力維持
• フォース・モジュレーション:さまざまな力要件に対応する可変圧力

ベプトでは、単動式と複動式のロッドレスシリンダーの両方を製造しており、複動式の設計は、その優れた制御能力と操作の柔軟性により、85%の顧客選択の多くを占めています。

これらのシリンダータイプの運転特性はどのように比較されますか？

単動式と複動式の空気圧シリンダーの操作上の違いは、さまざまな産業用途や性能要件への適合性に大きく影響する。

複動シリンダーは、限られた力と制御でスプリング・リターンに頼る単動シリンダーに比べ、3～5倍の引込み力、50-80%より優れた位置決め精度、両方向の可変速度制御、優れた荷重処理能力を提供します。

力の出力比較

エクステンション・フォースの能力

どちらのシリンダータイプも、伸長時に定格の力をフルに発揮できる：

• 単動式:力＝圧力×ピストン面積
• 複動式:力＝圧力×ピストン面積
• パフォーマンス:同等の伸長力

引き込み力分析

引き込み力には大きな違いがある：

シリンダータイプ	引込力源	標準的な力の範囲	負荷能力
単動式	リターンスプリングのみ	延長の10-25%	軽荷重のみ
複動式	空気圧	延長の60-80%	高荷重に対応
スプリング・リターン	スプリング＋エアアシスト	延長の30-50%	中荷重

スピードと制御特性

スピードコントロール機能

スピードコントロールのオプションは大きく異なる：

単動速度制御：

• エクステンション:メーターインまたはメーターアウト流量制御
• 撤回:スプリングレートと排気制限のみ
• 一貫性:負荷変動に応じた可変速
• 精密:制御精度に限界

複動式スピードコントロール：

• エクステンション:メーターイン/アウト・オプションによるフルフロー制御
• 撤回:独立した流量制御システム
• 一貫性:負荷に関係なく速度を維持
• 精密:高精度位置決め能力

ポジショニング精度

ポジショニングのパフォーマンスは大きく異なる：

パフォーマンス・ファクター	単動	ダブルアクション	改善
再現性	標準 ±2-5mm	±0.1～0.5mm標準	90%の方が良い
負荷感度	高いバリエーション	最小限のバリエーション	80%の方が良い
温度効果	重要	最小限	70%の方が良い
摩耗補償	貧しい	素晴らしい	85%の方が良い

エネルギー効率分析

空気消費パターン

エネルギー使用量は設計によって異なる：

単動消費：

• エクステンション:全風量消費
• 撤回:空気消費なし（スプリング式）
• ホールディング:連続空気供給が必要
• 全体:総空気消費量の低減

ダブルアクション消費：

• エクステンション:キャップエンドまでフルエアボリューム
• 撤回:ロッドエンドまでフルエアボリューム
• ホールディング:適切なバルブのパイロットエアのみ
• 全体:空気消費量は多いが効率は良い

サイクルレートと生産性

最高動作速度

サイクルレート能力には明確な違いが見られる：

単発の制限：

• 延長速度:エアフロー容量による制限
• 引き込み速度:バネの特性により固定
• サイクルレート:通常毎分20～60サイクル
• 生産性:戻り速度に制約される

ダブルアクションの利点：

• 延長速度:フロー制御による最適化
• 引き込み速度:独立制御
• サイクルレート:毎分最大300サイクル以上可能
• 生産性:スピードの最適化により最大化

環境適応性

温度効果

動作温度の影響は異なる：

• 単動式:スプリングレートの変更がパフォーマンスに影響
• 複動式:最小限の温度感度
• 寒さ:スプリングが硬くなり、戻りに影響
• 暑いコンディション:バネの弛緩が戻り力を低減

取り付け方向感度

重力効果はデザインによって異なる：

• 単動式:取付角度により性能が異なる
• 複動式:あらゆる方向で安定したパフォーマンス
• 垂直マウント:単動薬に関する重要な考察
• 反転操作:バネの補助が必要な場合がある

ミシガン州の自動車工場でメンテナンスを担当するマイケル氏は、単動式から当社の複動式ロッドレスシリンダーに切り替えたことで、組立ラインがどのように変わったかを説明しました：「毎分45サイクルから毎分120サイクルになり、位置決め精度が大幅に改善されたので、二次調整ステーションを廃止し、年間$42,000の人件費を節約することができました」。

単動式と複動式では、どのような用途に最もメリットがあるか？

さまざまな産業用途には、単動または複動の空気圧シリンダを性能、コスト、信頼性の面で最適な選択肢とする特定の要件があります。

単動シリンダーは、単純なリフト、クランプ、およびスプリング・リターンがフェイルセーフ動作を提供する安全アプリケーションに優れており、複動シリンダーは、双方向の力と制御を必要とする精密位置決め、マテリアルハンドリング、および高速オートメーションに不可欠です。

理想的な単動用途

安全性とフェイルセーフ・システム

単動シリンダーには、固有の安全上の利点がある：

• 緊急停止:スプリングリターン フェールセーフ動作³ 空気損失について
• 安全ガード:空気圧が下がると自動的に収納
• ブレーキシステム:スプリング式、エアリリース式ブレーキ機構
• バルブアクチュエータ:プロセス制御のためのフェイルセーフポジショニング

簡単なリフトとクランプ

基本的なマテリアルハンドリングは、単動式設計の恩恵を受けている：

アプリケーション・タイプ	なぜ単発が効くのか	標準的な力の範囲	サイクルレート
部品排出	重力が復帰をアシスト	50～500ポンド	30～80 CPM
シンプルなリフティング	負荷がリターンを助ける	100-2000ポンド	20-60 CPM
基本クランプ	春にリリース	200～1500ポンド	10-40 CPM
ゲート操作	ウェイトがクロージングをアシスト	300～3000ポンド	5-30 CPM

コスト重視のアプリケーション

単動シリンダーは経済的な利点がある：

• イニシャルコストの低減:よりシンプルな構造で価格を低減
• 空気消費量の削減:エクステンションのみ圧縮空気を使用
• 簡易コントロール:4方バルブの代わりに3方バルブ
• メンテナンスの節約:シールや可動部品が少ない

最適な複動式アプリケーション

精密製造と組立

複動シリンダーは精密な用途に優れています：

• コンポーネント組立:正確な位置決めと制御された力
• 品質検査:プローブの正確な位置決めと移動
• 材料加工:制御された切断、成形、接合
• 梱包作業:正確な製品ハンドリングと位置決め

高速オートメーション

高速サイクル用途には複動式が必要です：

包装ラインの用途

• 製品プッシュ:制御された加減速
• カートン成形:精密な折り畳みと折り目加工
• ラベル貼付:正確な位置決めと圧力制御
• 品質不合格:迅速で正確な製品除去

マテリアルハンドリングシステム

複雑なマテリアルハンドリングには双方向制御が有効です：

タスクの処理	エクステンション機能	リトラクト機能	パフォーマンス・ベネフィット
ピック＆プレース	ピックまで伸ばす	荷重による引き込み	どちらも全力
コンベア搬送	製品を前に押し出す	次のサイクルに備える	正確なタイミング
仕分け作業	製品の転用	ポジションに戻る	高速運転
ローディングシステム	ポジション	次のロードのために戻る	一貫したサイクリング

特殊なアプリケーションに関する考察

ロッドレスシリンダーの用途

ロッドレスシリンダーは通常、複動式である：

• ロングストローク:スプリング・リターンはロングストロークでは実用的でない
• 正確なポジショニング:ストロークのどの位置でも正確にストップ
• 双方向負荷:両方向で同等の能力
• スペース効率:コンパクトな設計で、電源のリターンが必要

過酷環境アプリケーション

環境要因が選択に影響する：

単動型の利点：

• 耐汚染性:少ないシールとポート
• 温度安定性:過酷な条件下でのスプリング性能
• シンプルさ:苛酷な環境でも故障が少ない

ダブルアクションの利点：

• 密閉運転:適切なシーリングでより優れた汚染防止
• フォースの一貫性:温度変化に影響されない
• 信頼性:コンディションに左右されない予測可能なパフォーマンス

業界特有の嗜好

自動車製造

自動車用途では通常、複動式シリンダーが好まれる：

• 組立ライン:部品の正確な位置決めと取り付け
• 溶接治具:制御されたクランプと位置決め
• マテリアルハンドリング:ステーション間の正確な部品移動
• 品質管理:精密な検査・試験作業

食品・飲料加工

食品加工の用途は機能によって異なる：

• パッケージング:正確なコントロールとスピードのための複動式
• 安全システム:フェールセーフのための単動式
• 洗浄作業:制御された動きのための複動式
• 製品の取り扱い:要件に基づく用途別選択

医薬品製造

医薬品用途では、精密さと清潔さが重視される：

• タブレットプレス:精密な力制御のための複動式
• パッケージング:正確な位置決めのための複動式
• マテリアルハンドリング:クリーンルーム対応ダブルアクションデザイン
• 品質管理:検査システムの精密位置決め

ベプトでは、お客様が特定の用途に最適なシリンダータイプを選択できるようサポートします。当社のアプリケーションエンジニアは、力要件、サイクルレート、位置決め精度、環境条件を分析し、性能要件を満たす最も費用対効果の高いソリューションを提案します。

これらのシリンダータイプ間のコストと性能のトレードオフとは？

を理解する 総所有コスト⁴ 単動と複動の空気圧シリンダの設計を選択する際に、エンジニアが十分な情報を得た上で決定を下すことができます。

単動シリンダーは初期費用が20～40%安く、圧縮空気消費量が30～50%少ないのに対して、複動シリンダーは生産性が200～400%向上し、位置決め精度が80～95%向上し、メンテナンス費用が40～60%安くなり、通常、ほとんどの用途で6～18ヶ月以内にROIがプラスになります。

初期投資分析

購入価格の比較

部品コストは設計によって大きく異なる：

コスト・コンポーネント	単動	ダブルアクション	価格差
シリンダーボディ	$150-800	$200-1200	25-50%より高い
コントロールバルブ	$50-200（3ウェイ）	$80-350（4ウェイ）	60-75%より高い
フロー制御	$30-100（1台）	$60-200（2台）	100%より高い
インストール	$100-300	$150-450	50%より高い
トータルシステム	$330-1400	$490-2200	30-60%より高い

システム複雑性の要因

複動式システムには追加の部品が必要である：

• 追加エアライン:第2供給ラインと継手
• より複雑なバルブ:4ウェイまたは5ウェイ方向制御
• デュアル・フロー・コントロール:各方向に独立した速度制御
• 強化されたコントロール:より高度な制御システム

営業コスト分析

圧縮空気消費量

エネルギーコストは設計によって大きく異なる：

単動空気使用：

• エクステンションのみ:伸展ストローク中の空気消費量
• ホールディングポジション:連続空気供給が必要
• リターンストローク:空気消費なし（スプリング式）
• 典型的な消費量:0.5～1.5SCFM/サイクル

ダブルアクティング・エアの使用：

• 両方向:伸縮のために消費される空気
• ポジション保持:適切なバルブ設計によるパイロットエアのみ
• 高流量:より速いサイクリングはより多くの空気を必要とする
• 典型的な消費量:1.0～3.0SCFM/サイクル

エネルギーコスト計算例

1日16時間、年間250日稼動する典型的なアプリケーションの場合：

パラメータ	単動	ダブルアクション	年間の差
空気消費量	1.0 SCFM	2.0 SCFM	1.0SCFM以上
営業時間	4000時間/年	4000時間/年	同じ
航空運賃	$0.25/1000 scf	$0.25/1000 scf	同率
年間エネルギーコスト	$60	$120	$60 詳細

生産性とパフォーマンスの向上

サイクルタイムの改善

複動式シリンダーにより、より迅速な操作が可能：

サイクルタイムの比較：

• 単動式:スプリングの戻り速度によって制限される（通常2～5秒）
• 複動式:両方向で最適化された速度（0.5～2秒）
• 生産性向上:150-400% サイクルレート向上
• 収益への影響:大幅な増産が可能

品質と精度のメリット

ポジショニングの精度は製品の品質に影響する：

品質係数	単動インパクト	複動インパクト	事業価値
測位精度	標準 ±2-5mm	±0.1～0.5mm標準	不合格品の削減
再現性	負荷により変動	安定したパフォーマンス	より良い品質
フォースコントロール	限られた能力	正確な力制御	プロセスの最適化
スピードの一貫性	負荷依存	負荷に依存しない	予測可能なアウトプット

メンテナンスと信頼性コスト

メンテナンス要件

メンテナンス費用は設計によって異なる：

単動型メンテナンス：

• スプリング交換:スプリングの経年疲労
• シール交換:シールは少ないが重要
• クリーニング:メンテナンスしやすいシンプルなデザイン
• 標準的な間隔:500,000～2,000,000サイクル

複動式メンテナンス：

• シール交換:シール数は多いが、摩耗は予測可能
• システム・クリーニング:より複雑だが、より優れた診断
• 予防メンテナンス:サイクルカウントに基づくスケジュール
• 標準的な間隔:1,000,000～5,000,000サイクル

故障モード解析

異なる故障パターンがコストに影響する：

故障の種類	単動	ダブルアクション	インパクト
シール不良	機能の即時喪失	徐々にパフォーマンスが低下	DA：より良い警告
バネの故障	リターンの完全喪失	該当なし	SA：致命的な故障
汚染	簡単なクリーニング	複雑なクリーニング	SA: より簡単なサービス
摩耗パターン	スプリングの不均一な摩耗	予測可能なシール摩耗	DA：計画的メンテナンス

投資収益率分析

ROI計算方法

ROI分析にはこれらの要素を考慮する：

コスト要因：

• 初期設備投資
• 設置・設定費用
• 営業エネルギーコスト
• メンテナンスと交換費用

利益要因：

• 生産能力の向上
• 製品品質の向上
• 人件費の削減
• ダウンタイムの減少

典型的なROIシナリオ

大量生産の用途

• 追加投資:複動式用$800
• 生産性向上200% サイクルレート上昇
• 品質向上:50%の不合格品削減
• 年間貯蓄額: $15,000-25,000
• ROI期間2～4ヶ月

中容量精密アプリケーション：

• 追加投資:複動式：$1,200
• ポジショニングの改善90% より優れた精度
• メンテナンス軽減:40%はサービスコールが少ない
• 年間貯蓄額: $8,000-12,000
• ROI期間6-12ヶ月

選考のための決定マトリクス

アプリケーション・スコアリング・システム

このマトリックスを使用して、シリンダータイプの選択を評価する：

評価基準	重量	単発スコア	ダブルアクト・スコア
イニシャルコスト感度	20%	9/10	6/10
精度の要求	25%	3/10	9/10
サイクルレートの必要性	20%	4/10	9/10
戦力コントロールの必要性	15%	3/10	9/10
メンテナンスの簡素化	10%	8/10	6/10
エネルギー効率	10%	7/10	5/10

コロラド州の電子機器メーカーで調達を担当するジェニファーは、自身の経験を語った：「当初、組み立てラインで$3,000を節約するために単動シリンダーを選びました。当初は、組立ラインで$3,000を節約するために単動シリンダーを選びましたが、6ヶ月以内に、サイクルタイムの遅れと位置決めの問題により、$18,000の生産性が失われました。Beptoの複動式ロッドレスシリンダーに切り替えてからは、4ヶ月で投資を回収し、効率改善により毎月$2,500の節約を続けています。"

結論

単動空圧シリンダーは初期費用が安く、操作が簡単ですが、複動空圧シリンダーは優れた性能、精度、生産性を提供し、運転効率の向上と総所有コストの削減により、通常、高い投資を正当化します。

単動シリンダーと複動シリンダーに関するFAQ

1. マテリアルハンドリングやオートメーションでよく使用されるロッドレス空圧シリンダーの設計と操作上の利点についてご紹介します。 ↩

2. 複動空圧シリンダーを制御するために使用される4方弁と5方弁の回路図と操作について調べる。 ↩

3. フェイルセーフ設計の原則を発見する。フェイルセーフ設計とは、故障が発生した場合にシステムが安全な状態に戻るように設計することである。 ↩

4. TCO（総所有コスト）とは、製品のライフサイクルにおける直接的・間接的なコストを評価するための財務上の見積もりです。 ↩