適切なサイズを選定するには、トルク、動作時間、使用圧力、軸荷重、停止エネルギーをすべて同時に満たす必要があります。たとえばSMCは、MSQロータリーテーブルの安定した回転時間範囲を90度当たり0.2～1.0秒としていますが、許容運動エネルギーはサイズとショックアブソーバの仕様により0.161～1.82 Jと異なります（SMC MSQカタログ、2026年7月15日参照）。
この違いは重要です。負荷を加速するだけのトルクがあっても、停止に必要なクッション能力やショックアブソーバ容量が不足する場合があります。そのため選定方法は、インデックスアームや反転テーブルなどの機械負荷と、弁メーカーが開弁トルクおよびシートトルクを提示するプロセスバルブとで分けて考えます。
要点
- 抵抗、重力、摩擦、加速の各トルクを合算してから、根拠を明記した設計余裕を適用します。
- 動作中に測定した最低圧力でのカタログトルクと比較します。
- 運動エネルギー、軸荷重、ストッパ、回転時間は個別に確認します。
- プロセスバルブ用アクチュエータは、一般的な摩擦式ではなくバルブのトルクデータから選定します。
機構と用途だけを確認したい場合は、空圧ロータリーアクチュエータの作動原理からご覧ください。本ガイドは、すでに動作方式が決まっている段階から説明します。
サイズ選定前に収集すべきデータ
製品カタログを開く前に、負荷、形状、角度、動作時間、圧力、停止方法を整理します。SMCのCRQ2カタログには公称90度仕様と180度仕様がありますが、負荷形式、回転時間、運動エネルギー、許容軸荷重も確認するよう求めています（SMC CRQ2カタログ、2026年7月15日参照）。
まず、簡潔な用途仕様書を作成してください。これらの入力値を一つでも欠くことは、ほかの項目で多少大きめに見積もることより危険です。
| 入力項目 | 記録する内容 | 選定に影響する理由 |
|---|---|---|
| 動作方式 | 限定角度の機械動作または90度回転バルブ | 適用するトルクモデルが決まる |
| 回転 | 開始角度、終了角度、方向、調整範囲 | アクチュエータ系列とストッパ構成を絞り込む |
| 負荷形状 | 質量、寸法、重心、レバーアーム | 抵抗トルクと慣性モーメントが決まる |
| 取付姿勢 | 水平、垂直、または姿勢変化あり | 重力が動作を助けるか妨げるかを判断する |
| タイミング | 総動作時間と許容停止時間 | 角加速度とバルブ流量要求が決まる |
| 圧力 | 動作中のアクチュエータ入口最低圧力 | 利用可能な出力トルクが決まる |
| デューティ | 1分当たりのサイクル数、1日当たりの運転時間、想定寿命 | 発熱、シール、軸受、ショックアブソーバの確認に影響する |
| 接続部 | 軸、キー、カップリング、フランジ、取付面 | 機械的互換性と荷重経路が決まる |
| ストローク端制御 | バンパ、エアクッション、油圧ショックアブソーバ、外部ストッパ | 許容停止エネルギーが決まる |
| 使用環境 | 温度、洗浄、腐食、粉じん、危険場所 | 材質、シール、保護構造、アクセサリ認証が決まる |
アクチュエータ方式を比較する前に、必要な動作を定義します。エアモータは連続回転用ですが、ロータリーアクチュエータは限定角度を回転して停止します。選定境界については、エアモータとロータリーアクチュエータの比較をご覧ください。
静的トルクと抵抗トルクの計算方法
Parkerは、静的アームトルクを力とアーム長の積で計算し、使用圧力での有効トルクと比較しています。同社のPRO/PRNガイドでは、安定負荷に2、変動負荷に5という機種固有の係数を使用しています。これは、余裕係数が汎用表ではなくメーカーの選定方法に属することを示しています（Parker PRO/PRN選定ガイド、2026年7月15日参照）。
最も単純な静的関係は次のとおりです。
トルク = 力 x 垂直レバーアーム
T = F x r機械負荷では、実際に存在する抵抗要素から抵抗トルクを組み立てます。
抵抗トルク = 外部負荷トルク + 重力トルク + 摩擦トルク
重力トルク = 質量 x 9.81 m/s² x 重心半径 x sin(角度)要求トルクとは、実負荷に打ち勝ち、必要な動作を行うためにアクチュエータが供給すべきトルクです。軸中心線から力の作用線までの垂直距離を使用します。たとえば0.20 mの位置に100 Nの力が作用すると20 N·mです。さらに、最も厳しい軸角度での重力、摩擦、その他の外部抵抗を加えます。垂直軸回りに回転するバランスの取れた水平テーブルでは重力トルクがほぼゼロでも、軸受摩擦と加速トルクは存在します。垂直面内で動くオフセットアームは、水平になったときに重力トルクが最大になる場合があります。Parkerの方法では、選定した設計係数を適用する前に負荷、摩擦、加速成分を分けて示すため、支配的な仮定を検証しやすくなります（Parker空圧アクチュエータ製品資料、2026年7月15日参照）。
摩擦は、測定値、軸受データ、または根拠のある機構見積もりから求めます。運転摩擦が常に起動摩擦の一定割合になるとは限りません。シール予圧、軸受方式、潤滑、温度、停止時間、横荷重によって関係が変化します。
最も安全な計算シートでは、抵抗トルクと加速トルクを分けて扱います。抵抗トルクは荷重経路と姿勢、加速トルクは質量分布と動作時間に関係します。早い段階で合算すると、どの設計変更が要求値を下げるのか判断しにくくなります。
慣性と加速トルクを加える方法
Parkerのロータリーアクチュエータガイドでは、加速トルクを計算する前に、90度、180度、270度をそれぞれ1.5708、3.1416、4.7124 radに換算します。その後、抵抗トルクと加速トルクを合算し、選定した使用圧力での有効トルクと比較します（Parker PRO/PRN選定ガイド、2026年7月15日参照）。
加速トルクは次式で求めます。
加速トルク = 慣性モーメント x 角加速度
Ta = J x alpha慣性モーメントは、負荷が角加速度に抵抗する度合いであり、質量だけでなく質量分布によって決まります。半径rにある点質量ではJ = m x r²、中心軸回りの中実円板ではJ = 0.5 x m x r²です。治具、カップリング、アーム、ワークを含むすべての回転部品の慣性を加算します。角加速度は選定した動作プロファイルから求めます。対称三角形プロファイルでは、前半で加速し後半で減速するため、alpha = 4 x theta / t²、最大角速度は2 x theta / tです。Parkerも、要求トルクをアクチュエータ出力と比較する前に、回転角度、動作時間、負荷慣性、抵抗トルクを求めています（Parker PRO/PRN選定ガイド、2026年7月15日参照）。
この対称三角形速度プロファイルでは、次の関係になります。
alpha = 4 x theta / t²
最大角速度 = 2 x theta / t水平インデックスアームの一次計算例を示します。
| 仮定 | 値 |
|---|---|
| 点負荷 | 8 kg |
| 負荷半径 | 0.25 m |
| 回転 | 90度 = 1.571 rad |
| 総動作時間 | 0.60 s |
| 測定摩擦トルク | 6.0 N·m |
| プロジェクト設計余裕 | 1.50、担当技術者が設定 |
点負荷の慣性は8 x 0.25² = 0.50 kg·m²です。仮定したプロファイルではalpha = 4 x 1.571 / 0.60² = 17.45 rad/s²となるため、加速トルクは0.50 x 17.45 = 8.73 N·mです。摩擦トルク6.0 N·mを加えると動作要求は14.73 N·mになります。文書化したプロジェクト余裕を適用したカタログ比較値は22.10 N·mです。
ただし、これだけでは機種を選定できません。アクチュエータは動作中の最低圧力でこのトルク以上を出力し、さらに後述する停止エネルギーと軸荷重の確認に合格する必要があります。
停止エネルギーを個別に確認すべき理由
SMCのMSQデータでは、すべての掲載機種で90度当たり0.2～1.0秒という同じ安定回転時間範囲を示す一方、許容運動エネルギーはサイズとショックアブソーバ仕様により0.161～1.82 Jです。したがって、トルク、時間、エネルギーを個別のカタログ項目として確認する必要があります（SMC MSQカタログ、2026年7月15日参照）。
回転運動エネルギーは次式で求めます。
運動エネルギー = 0.5 x 慣性モーメント x 角速度²
E = 0.5 x J x omega²運動エネルギーは、移動中の負荷が減速部へ持ち込むエネルギーであり、トルクだけの計算では見落とす場合があります。例題の最大角速度は2 x 1.571 / 0.60 = 5.24 rad/sです。J = 0.50 kg·m²なので、ピーク運動エネルギーは約6.85 Jです。これは各機構のクッションが6.85 Jをすべて吸収するという意味ではありません。減速プロファイル、バンパ、外部ストッパ、ショックアブソーバを公表限界と比較すべきことを示します。アームを加速できても、ストローク端でラック、ベーン、軸受、ストッパが損傷する可能性があります。Parkerは、要求トルクとクッショントルクの大きい方を設計トルクと定義し、過大なクッショントルクが減速時に損傷を招く圧力を生じる可能性を警告しています（Parker空圧アクチュエータ製品資料、2026年7月15日参照）。
エネルギー確認に合格しない場合は、動作時間を長くする、回転慣性を減らす、質量を軸に近づける、または適切な容量の外部ショックアブソーバとストッパを追加します。高トルクのアクチュエータに変更するだけで停止問題が解決すると考えてはいけません。
同じ質量でも軸側へ移動すると、慣性は半径の二乗に比例して変わるため、加速トルクと運動エネルギーの両方を低減できます。この機械的な変更は、供給圧力を上げたりアクチュエータを大型化したりするより有効な場合があります。
要求トルクとカタログトルクの比較方法
Festoの複動DFPD-20は、公称圧力で0度と90度の両方に20.1 N·mと記載されています。ただし、この一定した端位置値は当該ラックアンドピニオン機種と条件に固有のものです。ほかの機構、特にスプリングリターン式やスコッチヨーク式では、ストローク中のトルク曲線が異なります（Festo DFPD-20技術データ、2026年7月15日参照）。
想定流量で負荷を動かしている間に、アクチュエータ入口で圧力を測定します。停止時のレギュレータ圧力計では、方向切換弁、継手、チューブ、流量制御弁、排気経路での損失を確認できません。CAGIは、適切に設計された圧縮空気システムで、コンプレッサ吐出部から使用点までの圧力降下を10%以下にすることを推奨していますが、このシステム目標を理由に、すべてのアクチュエータで10%低下すると仮定してはいけません（CAGI圧力降下資料、2026年7月15日参照）。
一部の複動ラックアンドピニオン式アクチュエータでは、公表された使用範囲内で出力トルクが圧力にほぼ比例します。圧力比は一次選別に利用できます。
P2での推定トルク = P1でのカタログトルク x P2 / P1この式を使えるのは、同じ機種、動作方向、軸位置についてメーカーが関係を確認している場合だけです。最終選定にはカタログ曲線または選定表を使用します。スプリングリターン式は、エア開始、エア終了、スプリング開始、スプリング終了の各トルクを個別に確認する必要があります。
速度の問題は圧力だけでは決まりません。方向切換弁とチューブには、不安定な動きを生じさせずにアクチュエータへ素早く給気・排気できる流量が必要です。動作中に圧力が大きく低下する場合は、アクチュエータを大型化する前に流量制御弁のサイズ選定方法を確認し、使用点での圧力変動を調査してください。
90度回転バルブ用アクチュエータはバルブトルクデータから選定
Brayのボールバルブガイドでは、流体、バルブ設計、作動間隔に応じて1.0～2.0の用途係数と0～0.5の作動頻度加算値を使用しています。これらはバルブトルク要求値に適用するメーカー固有の入力値であり、すべてのロータリーアクチュエータに共通する安全率ではありません（Brayボールバルブ用アクチュエータ選定ガイド、2026年7月15日参照）。
ボールバルブ、バタフライバルブ、プラグバルブでは、実際の口径、シート材質、差圧、温度、流体、想定使用条件におけるトルク値をバルブメーカーから入手します。最低限、次の値を比較します。
- 開弁開始トルク
- 開弁中トルク
- 開弁終了トルク
- 閉弁開始トルク
- 閉弁中トルク
- シーティングトルクまたは閉弁終了トルク
これらの要求値を、90度ストローク全域のアクチュエータトルク曲線に重ねます。複動式では該当位置のエアトルクを比較します。スプリングリターン式では、必要なフェイル方向についてエアストロークとスプリングストロークの両方を比較します。
バルブメーカーがその方法を明示していない限り、配管圧力、バルブ径、一般的な摩擦係数からバルブトルクを推定しないでください。シート設計、シール材、差圧、流体の付着物、温度、停止時間により起動トルクは大きく変化します。
機械的接続部にも別の限界確認が必要です。Festoは、選定構成においてアクチュエータの作動トルクがISO 5211取付フランジおよびカップリングの許容トルクを超えてはならないとしています（Festo DFPD-20技術データ、2026年7月15日参照）。バルブステムの最大許容トルクも確認してください。ステム、キー、ブラケット、カップリングが弱点になる場合、アクチュエータトルクが大きければ安全とは限りません。
機械負荷の選定では、アクチュエータが慣性を加速・停止できるかを確認します。バルブの選定では、複数のバルブトルク点をアクチュエータトルク曲線が上回り、かつステムと取付部の限界を超えないかを確認します。同じ計算として扱うと、どちらでも支配的な制約を見失います。
機械、空圧、安全に関する最終確認
CAGIの10%圧力降下指針はコンプレッサから使用点までの経路を対象とし、SMCの低速ロータリー選定手順では、トルク、回転時間、運動エネルギー、許容荷重、空気量を個別に確認します。したがって、信頼性の高い最終審査ではアクチュエータ内径だけでなく、動作システム全体を確認する必要があります（CAGI圧力降下資料、SMC CRQ2X/MSQX選定ガイド、2026年7月15日参照）。
品番を確定する前に、次の項目を確認します。
- ストローク全域のトルク： 支配的な負荷点を、動作中最低圧力でのアクチュエータ有効トルクと比較します。
- 運動エネルギー： バンパ、クッション、ショックアブソーバ、外部ストッパで負荷を減速できることを確認します。
- 軸荷重： ラジアル荷重、アキシアル荷重、曲げモーメント、許容荷重方向を確認します。アクチュエータ軸に機械負荷を支持させない場合は外部軸受を追加します。
- 回転時間： 機種の安定調整範囲内に収めます。標準アクチュエータを公表安定速度より大幅に遅くするために流量制御弁を使用しないでください。
- バルブとチューブの流量： 給気側と排気側の両方を選定します。メータアウト制御は空圧動作を安定させやすいものの、許容回路はアクチュエータと負荷によって異なります。
- 機械ストッパ： カタログで許可されていない限り、調整ねじを構造ストッパとして使用しないでください。負荷経路が損傷しやすい内部部品を通らない位置に外部ストッパを設置します。
- カップリングと芯出し： 軸はめあい、キーのかみ合い、バックラッシ、ブラケット剛性、角度ずれを確認します。
- センサと繰返し精度： 端位置スイッチは位置到達を確認するものであり、バックラッシ、ストッパのたわみ、圧力変動、治具の動きを補正しません。
- デューティと環境： 温度、シール材、潤滑方針、防食、保護等級、洗浄、サイクル寿命を確認します。
- 安全な遮断： 機械のリスクアセスメントで、残留エネルギーの放出、防護、再起動防止、保守時の隔離を定義します。
ISO 4414:2010は、設計、設置、調整、保守、確実な作動、エネルギー効率を含む空圧システムおよび機器の一般安全要求事項を規定しています。ただし、機械固有のリスクアセスメントに代わるものではなく、ロータリーアクチュエータに共通する設計係数を示すものでもありません（ISO 4414:2010、2026年7月15日参照）。
危険場所ではアセンブリ全体を評価します。ソレノイドバルブ、位置スイッチ、ポジショナには電気規則が適用される場合があり、機械式アクチュエータには別途、着火リスクと材質の確認が必要です。OSHA 1910.307は危険場所における電気機器と配線を対象としているため、空圧アクチュエータ全体の包括的な認証根拠として使用してはいけません（OSHA 1910.307、2026年7月15日参照）。
空圧ロータリーアクチュエータのサイズ選定に関するFAQ
次の5項目は、選定サイズが変わりやすい判断事項です。90度、180度、270度の動作、複数位置でのトルク、個別のエネルギー限界を区別するメーカー手法に基づき、一つの銘板値だけに依存しません（Parker PRO/PRN選定ガイド、2026年7月15日参照）。
空圧ロータリーアクチュエータの選定にはどのトルクを使いますか？
定義した動作について、抵抗、重力、摩擦、加速の各トルクを合算し、その最大要求値を使用します。プロジェクトまたはメーカー手法で文書化された設計余裕だけを適用します。その結果を、レギュレータの静止時設定値ではなく、動作中に測定した最低入口圧力でのアクチュエータ有効トルクと比較します。
カタログトルクを空気圧に比例させてよいですか？
同じアクチュエータ、動作方向、軸位置でほぼ線形の関係をメーカーが確認している場合に限り、圧力比例を概算に使用できます。最終選定には実機種の曲線を使用します。スプリングリターン式ではエア開始、エア終了、スプリング開始、スプリング終了を個別に比較するため、一つの圧力比計算だけでは不十分です。
大きすぎるロータリーアクチュエータの方が常に安全ですか？
いいえ。トルク余裕を増やしても、過大な運動エネルギー、弱いカップリング、高い軸荷重、不安定な低速動作、バルブステムのトルク限界は解決しません。大型機種は給排気すべきチャンバ容積も増えます。文書化されたトルク、エネルギー、圧力、荷重、寿命の各確認に合格する最小機種を選定します。
ボールバルブ用ロータリーアクチュエータはどのように選定しますか？
実際の差圧、流体、温度、シート、使用条件における開閉両方向の起動、作動中、終了トルクをバルブメーカーから入手します。バルブメーカーが指定する係数を適用し、各要求値をアクチュエータのトルク曲線と比較します。さらにバルブステム、カップリング、ブラケット、フランジの限界を確認します。
サイズ計算を再確認すべき時期はいつですか？
負荷、動作時間、圧力、バルブ、チューブ、取付姿勢、サイクル頻度、温度、カップリング、停止方法が変わったときは再確認します。故障または原因不明の速度低下後にも確認してください。3年や5年といった固定間隔の再計算は、条件変化、保守所見、正式な機械リスク審査に代わるものではありません。
正しいサイズ選定は、既知の負荷、明示した動作プロファイル、測定圧力、カタログトルク、確認済みの停止エネルギー、許容軸荷重、互換性のある接続部という証拠の連鎖です。推定値がある場合は、その仮定を明記して試運転時に検証します。これにより最終品番の根拠を説明でき、性能が変化した際に保守担当者が利用できる基準値も残せます。
カタログに必要なトルク曲線、許容運動エネルギー、軸荷重限界、安定回転時間範囲が記載されていない場合は、部品を承認する前に計算シートと用途図面を技術お問い合わせページからお送りください。