推力は圧力と受圧面積の余裕から選定し、速度はバルブと空気流路全体から選定します。どちらの計算も、もう一方の代わりにはなりません。 Parker は、40/16 mmの片ロッドシリンダ1台について、6 bar時の押出し力を754 N、戻り力を633 Nと記載しています（Parker Hannifin『P1F ISO 15552空気圧シリンダ』、2026年参照）。選定の順序が重要です。
この例は、圧力と流量が相互に置き換えられる設定値であることを意味しません。負荷と利用可能な圧力から、必要最小限のシリンダ受圧面積を決めます。次に、内径、ストローク、目標時間、圧力条件、チューブ、継手、方向切換弁の流路、スピードコントローラ、排気部品から必要流量を決めます。大流量のバルブでも、内径不足のシリンダは補えません。圧力を上げても、目詰まりしたサイレンサや細いチューブは解消できません。
圧力と流量は、それぞれ異なる課題を解決します。
要点
- Parker は、40/16 mmシリンダ1台について、6 bar時の押出し力を754 N、戻り力を633 Nと記載しています。
- まず負荷と最低動圧からシリンダ内径を選定します。
- ピストン面積、環状面積、チャンバ容積、方向切換弁の流路が異なるため、押出し時と戻り時の流量は別々に計算します。
- 負荷時の両方向のストローク時間と、3か所すべての動圧を検証します。
推力と速度を二つの独立した限界として選定する必要があるのはなぜですか？
Parker のシリンダ・バルブ選定指針は、負荷、最高速度、最低圧力を収集し、シリンダを選定し、バルブまたはマニホールドを選定してから、型式を指定するという4段階の手順を採用しています。先に推力から内径を決め、次に速度から空気流路を決めます（Parker Hannifin『空気圧アクチュエータ製品』、2026年参照）。
停止中で考えると違いが明確です。閉じたバルブは、有効流量がゼロでも上流圧力を保持できます。バルブが開くと、空気の流れによって各絞り部で圧力損失が発生します。動作中のシリンダは、変化する容積へ給気・排気するだけの空気を流しながら、負荷を加速・移動させるのに十分なチャンバ圧力差を維持しなければなりません。
| 設計上の問い | 主な変数 | 選定する部品 | 実稼働での実証 |
|---|---|---|---|
| シリンダは動き始め、動作を継続できるか？ | 負荷、方向、チャンバ圧、ピストン面積、ロッド面積、摩擦 | シリンダ内径と圧力範囲 | 動作中の両ポート圧力 |
| 所定時間内にストロークを完了できるか？ | 内径、ストローク、目標時間、バルブ定格、チューブ内径、排気容量 | バルブと空気流路全体 | 負荷時の押出し・戻り時間 |
| 損傷せずに停止できるか？ | 移動質量、速度、クッションエネルギー、姿勢 | クッション、ショックアブソーバ、制御方式 | ストローク端速度と衝撃 |
圧力計1個だけでは、両方のゲートを実証できません。
Parker がシリンダとバルブを別段階で選定していることを分析すると、推力と速度は一つの調整量の両端として扱うより、二つの合否ゲートとして扱う方が合理的です。静止状態で推力ゲートに合格しても、流路で圧力が低下し、動作中に不合格になることがあります。また、無負荷で速度ゲートに合格しても、実稼働負荷によって必要チャンバ圧が高まると停止する場合があります。
推力ゲートでは、利用可能なチャンバ圧力差と有効面積で抵抗に打ち勝てるかを確認します。速度ゲートでは、給気・排気流路が目標時間内に必要な空気量を移動できるかを別途確認します。どちらか一方に合格しても、もう一方の合格を意味しません。
圧力を実用的なシリンダ推力に換算するには？
Parker のP1Fカタログには、40/16 mmの片ロッドシリンダについて、6 bar時の理論押出し力754 N、戻り力633 Nと記載されています。この差はロッド面積によるものです（Parker Hannifin『P1F ISO 15552空気圧シリンダ』、2026年参照）。
複動片ロッドシリンダの押出し時には、次の静的な力の釣合いを使用します。
ここで、 はヘッド側チャンバ圧、 はピストン全面積、 はロッド側チャンバ圧、 はロッド側環状面積、 はシール摩擦、外部摩擦、重力、その他の対向負荷です。圧力と面積の単位は統一してください。戻り時には、作動側と対向側のチャンバ項を入れ替えます。
ピストン全面積と環状面積は次式で求めます。
はピストン径、 はロッド径です。これらの式は静的能力の推定値です。加速時には慣性項が加わり、始動摩擦は動摩擦を上回ることがあり、排気絞りによって対向圧力が上昇することもあります。そのため、レギュレータ設定圧を、動作中にシリンダポートで測定した または の代わりに使用することはできません。
両ポートを測定してください。
シリンダ推力計算ツールでは、内径、ロッド径、使用圧力、摩擦余裕、安全率から押出し力と戻り力の推定値を比較できます。有効ピストン面積の解説では、片ロッドシリンダの理論推力が方向によって異なる理由を説明しています。原因不明の絞りを補うために圧力を上げてはいけません。まず、シリンダ、バルブ、チューブ、継手、レギュレータ、スピードコントローラが計画圧力に対応していることを確認します。その後、両チャンバを測定してください。圧力差による推力の解説では、この両ポートの読み方をさらに詳しく説明しています。
目標ストローク時間にはどの程度の流量が必要ですか？
Parker のバルブ選定例では、面積8.30平方インチ、ストローク12インチ、80 PSI時の圧縮係数6.4、圧力降下定数0.048、時間1秒を組み合わせています。この方法ではCv 1.06となり、ストローク時間と圧力条件がバルブ容量に結び付けられています（Parker、2026年参照）。
まず、動作側チャンバの幾何学的な容積変化率を推定します。
はチャンバ条件での平均体積流量、 は作動するピストン面積または環状面積、 はストローク、 は許容ストローク時間です。これはノーマル条件または標準条件での流量定格ではありません。カタログの計算方法に換算するには、チャンバの絶対圧力、温度、記載された基準条件、メーカー指定の計算式が必要です。
これは初期検討用の平均値であり、過渡シミュレーションではありません。チューブのデッドボリューム、漏れ、変化するチャンバ圧、加速、クッション絞り、バルブ切換遅れ、平均流量とピーク流量の差は含まれていません。作動面積と必要推力が異なるため、押出し時と戻り時は別々に計算してください。
次に、実際のバルブ流路を確認します。
算出した必要流量は出発点にすぎません。実際の上流・下流圧力範囲に対して、バルブメーカーの空気圧用計算方法で照合します。次に、方向切換弁で最も流れやすい流路だけでなく、給気と排気の両定格を確認します。空圧流量制御弁の詳細な選定ガイドでは、Cv、Kv、ISOコンダクタンス、メータアウトの向き、立上げ方法を詳しく説明しています。
ポートサイズだけでは信頼できる流量定格にならないのはなぜですか？
ISO 6358-1:2013は、固定または可変流路を持つ空気圧機器の定常気体流量試験を規定しており、現在も有効です。2026年の追補では測定の不確かさが扱われています。シリンダやレギュレータなどのフィードバック機器は適用範囲外です。したがって、この規格によるバルブデータは試験対象部品を表すものであり、アクチュエータ全体の速度を表すものではありません（ISO『ISO 6358-1:2013』、2022年確認、2026年追補）。
ポートねじは接続インターフェースを示します。ねじサイズだけでは判断を誤ります。内部の絞りは、スプール流路や弁座である場合があります。マニホールド流路、継手内径、排気流路が絞りとなる場合もあります。同じG1/4のバルブでも、Cv値や音速コンダクタンスは異なります。臨界圧力比や方向別の定格が異なる場合もあります。バルブ自体が十分でも、異径継手やワンタッチ継手が最も狭い部分になることがあります。
| カタログ情報 | 判断できること | 単独では実証できないこと |
|---|---|---|
| ポートサイズ | 機械的な接続と継手の選択 | 内部コンダクタンスまたはシリンダ速度 |
| CvまたはKv | 明示された選定方法内での容量比較 | 圧力条件と基準条件を含まない気体流量 |
| ISO 6358コンダクタンスデータ | 試験対象部品の圧縮性流れ計算 | チューブ、アクチュエータ、レギュレータ、排気を含む全体挙動 |
| 定格ノーマル流量 | 公表試験条件での型式比較 | 異なる圧力比または温度での流量 |
ねじ部が絞りとは限りません。
Parker の技術カタログでも、正確な型式を選ぶ前にCv、バルブシリーズ、流路構成、作動方式を決める必要があります。この順序は調達時の確認にも有効です。3/2、5/2、5/3の各機能について、排気を含むすべての作動流路の定格を確認してください。ポートサイズと内部オリフィス径の違いでは、接続口径だけでは支配的な絞りが見えない理由を説明しています。
資料を比較すると、カタログの各流量値には必ず適用境界があることが分かります。まず、対象部品と流れ方向を記録します。次に、上流・下流の絶対圧力、気体、温度、基準条件を加えます。一つでも欠けている場合、同一カタログ方式内で型式を比較する用途には使えても、保証されたシリンダ速度として扱うべきではありません。
高速ストローク中、圧力はどこで低下しますか？
CAGI は、コンプレッサ吐出口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。シリンダ分岐では、動作中のピストンに圧力が届く前に、フィルタ、レギュレータ、チューブ、継手、方向切換弁、スピードコントローラ、排気でその許容値の一部を消費することがあります（CAGI『よくある質問―圧力降下』、2026年参照）。
空気が静止している間、圧力は失われません。流れ始めると絞り部で低下します。要求流量が増えると流速が上がり、一般に損失も増加します。その結果、アクチュエータが速度のための流量と推力のための圧力差を同時に必要とする瞬間に、供給圧力が低下します。コンプレッサ設定圧を上げれば症状が隠れることはありますが、ボトルネックを特定したことにはなりません。
動圧とは、回路に実稼働流量が流れているとき、特定位置で測定した圧力です。フィルタ、レギュレータ、バルブ、チューブ、継手、スピードコントローラ、サイレンサの損失は空気が流れているときだけ生じるため、静止時の圧力計表示とは大きく異なることがあります。
排気側も試験してください。
排気側は給気側と同じくらい重要です。押出し時には、ロッド側背圧がヘッド側推力に対抗します。この背圧を計算に含める必要があります。絞り過ぎたメータアウトコントローラ、小型マフラ、汚れたサイレンサ、絞られたバルブ排気は、速度と正味推力の両方を低下させます。背圧ガイドではこの影響を、サイレンサ目詰まりの分析では一般的な排気側故障を説明しています。バルブ入口に圧力計を1個、シリンダ両ポートに仮設圧力計を取り付けます。静止時だけでなく、動作が遅い、または停止するストローク中に記録してください。バルブ入口圧が正常で作動側ポート圧が低ければ、バルブまたは給気流路が疑われます。対向側ポート圧が高ければ、メータアウト、排気、サイレンサの絞りが疑われます。圧力低下を捉えられる応答速度のセンサを使用してください。表示の遅い計器では、ストロークを実際に制限している事象が平均化され、見えなくなることがあります。
二つのゲートによるバルブ選定手順
算出したバルブ容量だけでは、選定は完了しません。Parker のカタログでは、容量計算後もバルブシリーズ、ポートサイズ、流路構成、作動方式という4項目を決める必要があります。次の手順では、これらのカタログ選択に負荷状態での立上げ検証を加えています（Parker『技術データ』、2026年参照）。
- 機械的な使用条件を定義します。 負荷の大きさと方向、重力、外部摩擦、ストローク、姿勢、必要な押出し・戻り時間、ストローク端エネルギー、最も厳しい実稼働サイクルで利用可能な最低供給圧力を記録します。
- 推力ゲートからシリンダを選定します。 両方向について、対向チャンバ圧と抵抗を含めて計算します。公称レギュレータ設定圧ではなく、最低動圧でも文書化された余裕を維持できる標準内径を選びます。
- 各ストロークの流量を計算します。 押出しにはピストン面積、戻りには環状面積を使用します。目標に実質的な影響がある場合は、圧力基準の換算、チューブ容積、切換遅れ、クッション時間を含めます。
- バルブサイズより先にバルブ機能を選びます。 3/2、5/2、5/3機能、常態、故障時状態、作動方式、電圧、手動操作、パイロット構成、および中間位置でシリンダポートを閉止、排気、加圧のいずれにするかを確認します。
- 空気流路全体を確認します。 必要な作動点で、給気・排気定格、チューブ内径と長さ、継手内径、マニホールド流路、フィルタレギュレータ容量、クイックカプラ、スピードコントローラ、サイレンサ、シリンダポートを比較します。
- 実稼働条件で検証します。 実負荷で両方向の時間を測定し、入口圧と二つのチャンバ圧を記録します。最も低い供給条件、同時空気需要、想定温度範囲、調整済みクッションで試験します。
次に、不具合のパターンを比較します。
| 観察結果 | 最初に確認すべき項目 | 理由 |
|---|---|---|
| 静的推力は十分だが、両方向とも遅い | 動作中のバルブ入口圧 | 共通給気、レギュレータ、バルブの絞りが両流路を制限する可能性がある |
| 無負荷では速いが、負荷時に停止または減速する | シリンダ両ポート圧 | 動的な圧力差が負荷に対して不足している可能性がある |
| 一方向だけ著しく遅い | 方向別のバルブ、スピードコントローラ、排気流路 | 給気Cvと排気Cvは流路によって異なる場合がある |
| 大きいバルブにしてもほとんど改善しない | チューブ、継手、シリンダポート、クッション、サイレンサ | 別の絞りが支配的になっている |
| 別の機械が動作すると速度が変わる | ヘッダ圧と使用点圧の波形 | 共通需要によって想定した圧力余裕が失われる可能性がある |
必要なバルブ流量は分かっていても、カタログ係数が分からない場合は、圧力降下条件を定めてCv流量計算ツールを使用し、その後メーカーの圧縮空気曲線またはISO 6358データに戻って確認してください。液体用Cvの簡易計算値と、別の試験方法による気体コンダクタンス値を混用してはいけません。
立上げおよびRFQ受入試験
AutomationDirect の理論速度表には、バルブ圧力降下2%、5%、10%の条件が示されていますが、これらの値はバルブのみを対象とし、チューブ、継手、オリフィス、負荷、実用速度限界を含まないとも警告しています。この注意事項が受入戦略を明確にしています。まず計算し、次に組み立てた回路を試験します（AutomationDirect『シリンダ速度』、2026年参照）。
RFQは、一つの最大値ではなく作動点を中心に作成します。
- シリンダ使用条件： 内径、ロッド径、ストローク、取付け、負荷、姿勢、移動質量、クッション、各方向の必要時間。
- 圧力境界： 共通需要が最悪となるときの最低入口圧、最大許容供給圧、レギュレータのドループ、シリンダ定格、圧力基準の前提、アクチュエータの加速、移動、クッション、戻りの各段階で許容される使用点圧力損失。
- 流量境界： 方向別の必要ノーマル流量、基準条件、採用する定格方法、給気流路、排気流路、チョーク流れが生じ得る領域。
- 回路機器： バルブ機能と中間位置、マニホールド流路、すべてのチューブ内径と長さ、継手内径、クイックカプラ、メータアウトコントローラ、サイレンサ、パイロット給気・排気、シリンダポート、クッション、分岐給気を共有する機器。
- 電気・安全： 電圧、コネクタ、応答要件、手動操作、停電時状態、ロックアウト対策、再始動時の動作、適用する機械リスク低減策。
- 証拠資料： 正確な品番、現行データシート、流量曲線、圧力定格、温度範囲、シール材質、構成別の認証。
合格基準は数値で定めてください。
立上げ時には、再現可能な試験マトリクスを記録します。
| 試験 | 記録項目 | 合格条件 |
|---|---|---|
| 静的推力確認 | 両チャンバ圧と印加負荷 | 定格を超えずに必要な保持条件または始動条件を満たす |
| 負荷時の押出し | バルブ入口、ヘッド側ポート、ロッド側ポート、ストローク時間 | 時間と圧力差の限界を満たす |
| 負荷時の戻り | 同じ3か所の圧力と戻り時間 | 環状面積を考慮して戻り要件を満たす |
| 共通需要試験 | 他の使用機器が動作中のヘッダ圧とストローク時間 | 機械が実稼働限界内に維持される |
| 流量調整範囲 | 文書化した設定値でのストローク時間 | 必要な調整範囲が安定し、再現できる |
| 排気絞り確認 | 対向側ポート圧とマフラ状態 | 背圧が設計限界内に維持される |
バルブRFQを検討した経験では、バルブを選定する前に受入判定点を記載しておくべきです。要件がストローク時間なら、ストローク時間を測定します。クランプ力なら、推力を測るか、既知の幾何形状に対して両チャンバ圧を測定します。最大流量、公称圧力、ポートサイズは設計を支える情報ですが、どれも機械レベルの受入結果ではありません。ここが重要です。
流量と圧力によるバルブ選定FAQ
Parker は、40/16 mmシリンダについて、6 bar時の押出し力を754 N、戻り力を633 Nと記載しています。この差は、推力と流量を別々の選定ゲートとして扱う必要性を示しています（Parker P1F、2026年参照）。
大きい空圧バルブにするとシリンダ推力は増えますか？
直接は増えません。大きいバルブは流路抵抗を減らし、動作中にシリンダ圧を高く維持できる場合がありますが、理論推力はチャンバ圧力差と有効面積で決まります。既存バルブですでに十分なポート圧を維持できている場合、Cvを大きくしても推力はほとんど変わらない可能性があります。バルブサイズを変更する前に、シリンダ両ポートを測定してください。
供給圧力を上げれば、遅い空圧シリンダを改善できますか？
圧力余裕を一時的に増やすことはできますが、細いチューブ、小さ過ぎる継手、絞られた排気、目詰まりしたサイレンサは解消できません。CAGI は使用点までの推奨圧力降下を10%以下としています。まず動的損失を特定し、レギュレータ設定を変更する前に、すべての部品の圧力定格を確認してください。
ポートサイズだけで空圧バルブを選定できますか？
できません。ポートサイズは接続口を示すもので、内部流路を示すものではありません。ISO 6358は、規定された気体試験条件で空気圧機器の流量特性を評価しますが、バルブカタログにはCv、コンダクタンス、定格ノーマル流量が記載される場合があります。すべてのG1/4バルブが同じ性能だと仮定せず、実際の圧力比で作動する給気・排気流路を比較してください。
押出しと戻りを別々に計算する必要があるのはなぜですか？
片ロッドシリンダは、押出し時にはピストン全面積、戻り時にはより小さい環状面積を使用します。Parker の40/16 mmの例では、6 bar時の理論押出し力は754 N、戻り力は633 Nです。チャンバ容積、必要流量、対向圧、バルブ流路、負荷方向も異なります。両方のストロークを計算し、試験してください。
バルブとシリンダの選定には、どの程度の安全率が必要ですか？
すべての回路に適用できる一律の割合はありません。最低動圧、負荷の不確かさ、摩擦、加速、温度、共通需要、摩耗、故障時の影響、メーカー指針から余裕を設定します。前提条件を文書化し、次に適した標準サイズを選び、部品定格を超えずに負荷時推力とストローク時間を実証してください。
出典・技術資料
- Parker Hannifin『空圧バルブ製品技術データ、カタログ0600P-13』：シリンダ面積、ストローク時間、圧力係数、許容圧力降下、Cv 1.06の計算例。2026-07-22参照。
- Parker Hannifin『P1F ISO 15552空気圧シリンダ技術カタログ』：理論押出し・戻り推力およびノーマル空気消費量表。2026-07-22参照。
- Parker Hannifin『空気圧アクチュエータ製品』：シリンダ・バルブ選定の4段階手順。2026-07-22参照。
- ISO『ISO 6358-1:2013』：定常圧縮性流れ特性、適用範囲の制限、2020年の有効コンダクタンス追補、2026年の測定不確かさ追補。2026-07-22参照。
- CAGI『よくある質問―圧力降下』：使用点圧力降下の指針および配管損失の考慮事項。2026-07-22参照。
- AutomationDirect『シリンダ速度』：バルブ圧力降下条件、実回路の損失限界、負荷時速度確認。2026-07-22参照。