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空圧式平行グリッパは現代の自動化システムでどのように動作するのか？

2爪式空圧平行グリッパがバルブ圧力を同期運動へ変換する仕組みと、把持力、フィンガ長、バックラッシ、エア喪失時の状態を確認します。

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Eric Zhou, 空圧制御システムエンジニア, ベプト空圧

著者について

Eric Zhou

空圧制御システムエンジニア

Ericです。ベプト空圧の空圧制御システムエンジニアとして、見積前の空圧製品要件、部品用途、技術詳細の確認を支援します。

著者の記事Eric@bepto.com

空圧式平行グリッパは、圧縮空気でピストンを動かし、その運動を機械式伝達機構によって、ガイドされた2つのベースジョーの大きさが等しく向きが反対の移動へ変換します。 ワークに接触するのは、ベースジョーに取り付けたフィンガです。バルブが開閉動作を制御し、センサがジョー位置を通知します。さらに、ばねや圧力保持装置によって、エア喪失時の挙動を定められる場合があります。圧力だけでは2つのジョーを同期できません。ウェッジ、ラック・ピニオン、傾斜面などの強制駆動機構が、全ストロークで両ジョーの関係を維持します。そのため、ピストン推力とワークに作用する実用把持力は同じではありません。フィンガ突出量、接触位置、摩擦、加速度、ジョー荷重が、両者の間に影響します。

要点

  • 圧力がピストンを駆動し、伝達機構が2つのジョーを同期させます。
  • SMCの実効把持力は、規定圧力および把持点距離におけるフィンガ1本当たりの値であり、すべてのフィンガ構成に共通する本体推力ではありません。
  • 繰返し精度、バックラッシ、フィンガ突出量、モーメント荷重、センサ状態、エア喪失時の挙動は、それぞれ別の仕様として確認します。

平行、アングル、求心、ロングストロークの各方式を比較する場合は、まず空圧グリッパの種類に関するガイドをご覧ください。本稿では、内部の運動伝達系と、そこから導かれる設計確認事項に焦点を当てます。

バルブ信号が平行ジョー運動に変わるまで

現代の2爪式平行グリッパは、1つの空圧指令を4段階の機能によって同期直線運動へ変換します。Zimmerの2026年版GPP5000取扱説明書には、複動空圧駆動部、ピストン、ウェッジフック式伝達機構、対向する2本のガイドレールが記載されています（Zimmer Group、2026年）。

指令は通常、方向制御弁から始まります。PLCが一方のバルブ状態を励磁すると、供給エアがグリッパの片側チャンバへ入り、反対側は排気されます。この圧力差でピストンが移動します。バルブを切り替えると圧力経路とピストンの移動方向が逆転します。単動式では、一方向をエア、反対方向をばねで動かすため、通常状態はばねの配置によって決まります。

通常、ピストンがワークへ直接触れることはありません。ピストンは内部伝達機構を押す、または回転させます。伝達機構は2つのベースジョーを反対方向へ動かし、ガイドが直線移動に拘束します。ベースジョーにボルトで固定した専用フィンガが、実際の接触形状を決めます。

なぜベースジョーとフィンガを区別するのでしょうか。カタログのストローク、繰返し精度、許容荷重は、通常グリッパ本体またはベースジョー基準の値です。用途専用フィンガを取り付けると、本体が受け持つ長さ、質量、接触パッド、オフセット、モーメントが追加されます。

SCHUNKも、公表されている開閉時間はベースジョーの移動時間だけを表し、バルブ切替時間、ホース充填時間、PLC応答時間は含まれないと説明しています（SCHUNK MPG-plus 32、2026年閲覧）。設備全体の時間を評価するには、ピックアンドプレースのサイクルタイムガイドを使用し、電磁弁による流量制御も確認してください。

2つのガイド付きベースジョーを備えたXHF薄形空圧平行グリッパ
濃色の2つのベースジョーが対向ガイド上を摺動し、ねじ穴のあるジョー面へ用途専用フィンガを取り付けます。

どの伝達機構が両ジョーを同期させるのか？

ジョーの同期は機械的に行われ、2つの独立したジョーへ同じ空気圧を加えることで実現するわけではありません。Zimmerの2026年版説明書では、ピストン推力を1つのウェッジフック機構に伝えて両ジョーを同時に動かします。一方、SMC MHL2の部品表では、2つのピストンがラックとピニオンを介して結合されています（Zimmer Group、2026年、SMC、2026年閲覧）。

平行運動を生み出す機構には複数の方式があります。実装は異なりますが、同じ運動学上の課題を解決します。

伝達方式 ジョーの動かし方 設計上の影響
ウェッジフック 軸方向のピストン移動で、両ジョーにつながる傾斜面を押す 小型で力を伝達できるが、ガイドとウェッジの状態がバックラッシに影響する
ラック・ピニオン 対向ラックが1つのピニオンとかみ合い、一方のジョー運動を他方へ反転伝達する 強制同期できるが、歯車のすきまがロストモーションになる
傾斜面 ピストン移動を傾斜した駆動面に作用させる 全長を短くできるが、開側と閉側で力が異なる場合がある
リンク付き二重ガイドスライド 1つの駆動要素で2つのガイド付きジョーキャリアを連結する ロングストローク化できるが、リンクとガイドの荷重に注意が必要

この機構の違いにより、開側と閉側の力が異なる場合もあります。Festo HGPM-12の現行データシートでは、当該単動モデルについて、6 bar時のフィンガ1本当たりの力を開側27 N、閉側13.5 Nとしています（Festo、2026年）。これは特定設計の値であり、すべての平行グリッパに当てはまるものではありません。

したがって、選定時に確認すべきなのは単に「両ジョーが駆動されるか」ではありません。伝達機構が両ジョーを強制的に連結しているか、そのすきまがフィンガ先端でどの程度の変位になるか、カタログの力曲線が内径把持、外径把持、またはその両方を対象にしているかを確認します。分解図でピストン数を数えるより、この区別の方が不具合診断に役立ちます。

把持力が単純な「圧力 × ピストン面積」にならない理由

ピストン面積と圧力の積は理論アクチュエータ推力の目安になりますが、ワークで使える力を示すものではありません。SCHUNK MPG-plus 32では、閉側把持力80 N、開側把持力70 N、ジョー片側ストローク4 mm、最大フィンガ長40 mmをそれぞれ別の仕様として示しています（SCHUNK、2026年閲覧）。

グリッパ内部では、基本的なピストン関係式が引き続き有効です。

理論ピストン推力 = ゲージ圧力 × 有効ピストン面積

その後、伝達比、シール摩擦、ガイド摩擦、形状によってベースジョー推力が決まります。取り付けたフィンガは接触点をジョー面から離すため、突出量によるモーメントがガイドへ作用します。公称把持力に余裕があっても、許容運転範囲が狭くなることがあります。

次の3種類の力を区別してください。

  1. ピストン推力は、空圧駆動部内部の圧力と面積から得られる力です。
  2. ベースジョー推力は、内部伝達機構と摩擦を経た後の出力です。
  3. 接触力は、実際のフィンガ位置とワーク表面で利用できる力です。

選定計算にはどの値を使うべきでしょうか。実際の圧力と把持点距離におけるメーカーの実効把持力曲線を使用します。次に、利用可能なフィンガ1本当たりの力を、滑りを防ぐために必要な力と比較し、同時にジョーの許容軸力と許容モーメントも確認します。

したがって、圧力を上げれば必ず解決するわけではありません。圧力を高くすれば駆動力は増えますが、過大なフィンガ突出、摩擦係数の低いパッド、偏心したワーク、過負荷のガイドは改善されません。製品の最高使用圧力と荷重曲線を守る必要があります。

各フィンガの実際の力は何で決まるのか？

SMCはMHL2の実効把持力を、すべてのフィンガとアタッチメントがワークに接触したときのフィンガ1本の推力と定義しています。計算例では、把持点70 mm、圧力0.5 MPaで73 Nとなり、圧力、接触距離、フィンガ1本当たりの力を一緒に読む必要があることが分かります（SMC、2026年閲覧）。

対称な摩擦把持では、次の式を予備計算に利用できます。

ジョー1本当たりの必要力 = m × (g + a) × S / (mu × n)

ここで、mはワーク質量、aは滑り方向の加速度、Sは安全率、muは保守的な摩擦係数、nは荷重を分担するジョー数です。この式は、フィンガが摩擦でワークを挟む場合を想定しています。段差やポケットを抱え込む形状拘束フィンガでは、別の荷重経路評価が必要です。

2 kgのワークを上向きに3 m/s²で加速し、ジョー2本、mu = 0.30、安全率2とすると、計算値はジョー1本当たり85.4 Nです。これは必要接触力であって、カタログ上の本体サイズではありません。選定するグリッパは、実際のフィンガ長と使用圧力で少なくともこの力を発生し、モーメントも許容範囲内でなければなりません。

ツール真空と把持空圧グリッパ把持力計算ツールメーカーの把持力曲線を確認する前に、ワーク質量、摩擦係数、ジョー数、加速度余裕、安全率からジョー1本当たりの必要力を見積もります。爪 1 個当たり把持力 = 荷重 × (g + a) × 安全率 / (摩擦係数 × 爪数)負荷質量摩擦係数爪数加速度余裕計算ツールを開く

把持力に余裕があっても、接触圧力でワークを損傷するなら安全とはいえません。軟包装、薄肉部品、ガラス、表面処理部品では、空圧力を増やすより、パッド面積を広げるか形状拘束フィンガを使う方が適切な場合があります。保持力計算と表面圧力確認は、別の問いに答えるものです。

長い対向フィンガプレートを備えたXHLロングストローク空圧平行グリッパ
ロングストローク本体で移動量を確保しても、長いフィンガプレートは突出量とガイドモーメントを増加させます。

繰返し精度、バックラッシ、ジョーの遊びは何を意味するのか？

Festo HGPM-12の現行資料では、繰返し精度0.05 mm以下、ジョーバックラッシ0.03 mm未満、最大互換性0.2 mmを分けて記載しています。3つは異なる誤差を表すため、いずれも全ストロークにわたるジョー平行度と言い換えることはできません（Festo、2026年）。

繰返し精度は、規定条件でサイクルを繰り返したとき、ジョーが以前の位置へどの程度近く戻るかを示します。SCHUNKは100回の終端位置から算出しています。絶対寸法精度を証明するものではなく、グリッパ本体を交換した際に同じ位置へ来ることも保証しません。

バックラッシは、駆動・ガイド系のすきまによるロストモーションです。移動方向を反転すると、そのすきまが現れます。長いフィンガ先端では、小さな角度または直線すきまが、より大きな接触位置変化になります。

ジョーの遊びは、ベースジョーにおける直線または角度方向の自由度です。一方、互換性は個体交換時のばらつき、芯出し精度は対向ジョーが公称中心を決める精度を表します。平行度は該当するジョー面またはフィンガ面同士の幾何学的整列です。これらの値がすべて掲載されているとは限りません。

仕様 予測に役立つこと 証明できないこと
繰返し精度 過去のジョー位置への復帰 ワークの絶対位置やジョー平行度
バックラッシ 方向反転後のロストモーション フィンガ突出が長い場合の負荷能力
互換性 本体交換時の位置ずれ 据付済み1台の繰返し精度
芯出し精度 把持中心の位置 表面損傷や保持力
許容ジョー荷重 軸力およびモーメントの許容値 ワークがパッド間で滑らないこと

精密設備では、完成したフィンガを実際の接触位置で測定します。本体の繰返し精度が優れていても、細いフィンガのたわみ、高加速度によるパッド内のワーク移動、治具公差が最終位置を支配することがあります。

センサ、ばね保持、安全状態はどのように機能するのか？

Zimmerの2026年版GPP5000説明書では、センサによるジョー位置検出と、把持力安全装置としてばねを使用する仕様が示されています。この機能は無加圧時の状態を変えますが、吊り下げたワークを必ず安全に保持できることを単独で証明するものではありません（Zimmer Group、2026年）。

位置検出では通常、ピストンまたは駆動部に連結した磁石と、本体に取り付ける1個以上の磁界センサを使用します。設計によって、開端、閉端、中間位置を通知できます。ただし「閉」信号が、ワークに触れずフィンガが終端へ到達した状態を意味する場合があるため、別途ワーク有無センサが必要になることがあります。

ばね補助グリッパは、エアを抜いたときに開または閉となるよう構成できます。機械式把持力保持や空圧式圧力保持弁も選択肢です。ただし、ばね力は有限であり、封入圧力は徐々に漏れ、逆止弁を付けても下流のホース、継手、シールからの漏れはなくなりません。

フェール状態を決める前に、非常停止、停電、バルブ非励磁、緩やかな圧力低下のそれぞれで機構がどう動くべきかを検討します。ワークを落とす危険と、把持を継続する危険のどちらが大きいでしょうか。この判断は、一般的な「ノーマルオープン」の好みではなく、機械リスクアセスメントで行います。

空圧回路も重要です。バルブの通常状態と非励磁状態、排気経路、残圧、手動操作時の挙動、再起動手順を確認します。単動式と複動式の比較ガイドはアクチュエータ挙動の理解に役立ちますが、完全な安全状態は組立済み機械で検証しなければなりません。

ISO 4414は、空圧システムおよび構成機器に関する一般規則と安全要求事項を示しています（ISO 4414、2010年）。グリッパの取扱説明書、機械の安全防護設計、該当する地域法規と併せて適用してください。

不均一な動きと把持力低下をどう診断するか？

保守間隔は機種ごとに異なります。Zimmerの2026年版説明書では、GPP5000/GPD5000は最大3,000万回、AL仕様は最大1,500万回のメンテナンスフリーサイクルとしています。この数値を根拠に、すべての空圧グリッパへ日次、週次、月次の共通保守周期を適用することはできません（Zimmer Group、2026年）。

習慣的にシールを交換するのではなく、症状を起点に運動伝達系をたどって診断します。

症状 最初に確認する項目 切り分ける主な要因
両ジョーが両方向とも遅い バルブ部の動圧、スピードコントローラ、排気抵抗、チューブ径 エア供給またはバルブ流量
速度は正常だが力が低下する 接触中の圧力、漏れ、レギュレータ挙動、接触点距離 供給圧力、シール、選定余裕
片側ジョーが先行または固着する フィンガ干渉、ガイド汚染、工具の緩み、駆動バックラッシ ガイドまたは同期機構
位置信号が変わるがワークがない センサ位置、ワークなし閉端、フィンガ摩耗 検出ロジックまたはフィンガ形状
エア遮断後もジョーが動く 封入圧力、ばね方向、バルブ漏れ、残留エネルギー 回路と定義した安全状態

機械を運転しながら圧力を測定してください。レギュレータの静圧が正常でも、複数機器の同時需要時に使用点圧力が低下することがあります。この違いは圧力降下のトラブルシューティングガイドで説明しています。

必要な空気品質は選定製品の仕様に従います。ISO 8573-1は粒子、水分、油分の等級を定めますが、すべてのグリッパに1つの清浄度等級を指定するものではありません（ISO 8573-1、2010年）。たとえば、参照したMPG-plusについてSCHUNKは[7:4:4]を指定しています。水分が疑われる場合、すべてのジョー固着に給油が必要と決めつけず、機械使用点の圧力露点を確認してください。

ジョーの不均一な動きが、必ずしも空圧力の不均等を意味するわけではありません。強制駆動式伝達機構はジョーを機械的に連結しているため、非対称動作は外部フィンガの干渉、ガイド汚染、工具の緩み、内部すきまを示すことがよくあります。可動部を確認する前に、安全な手順でエネルギーを遮断してください。

よくある質問

以下の5つの回答では、一般規則と個別カタログ値を区別します。参考として、SCHUNK MPG-plus 32は使用圧力2～8 bar、ジョー片側ストローク4 mm、繰返し精度0.02 mmとされていますが、別のグリッパでは限界値が異なります（SCHUNK、2026年閲覧）。

空圧式平行グリッパのジョーは独立して動きますか？

通常は動きません。強制駆動式では、1つのウェッジ、ラック・ピニオン、またはリンクが2つのベースジョーを機械的に同期させます。Zimmerの2026年版GPP5000説明書では、1つのウェッジフック機構で両ジョーを動かします。ただし、工具の緩み、ガイドの固着、片側フィンガが先に治具へ接触することで、フィンガが不均一に見えることはあります。

空圧グリッパの力は圧力とピストン面積の積ですか？

いいえ。圧力と有効ピストン面積の積は理論ピストン推力の目安です。実際の圧力、開閉方向、フィンガ位置に対応するメーカーの実効把持力を使用してください。SMCはMHL2の力をフィンガ1本当たりで定義し、把持点距離ごとに0.1～0.6 MPaの曲線を示しています。

グリッパにはどの程度の安全率が必要ですか？

すべてのワークと動作に共通する安全率はありません。参照したMPG-plusのSCHUNKによるワーク質量推定は、摩擦係数0.1、安全率2、重力のみを仮定しています。実際の選定では、機械加速度、衝撃、フィンガ突出、表面ばらつき、姿勢、ワーク落下時の影響も考慮します。

繰返し精度0.02 mmなら、ジョーは0.02 mm以内で平行ですか？

いいえ。SCHUNKは100回連続の終端位置から繰返し精度を定義し、Festoは繰返し精度、バックラッシ、互換性を別々に記載しています。平行度は幾何学的な仕様です。ワーク位置決めに影響する場合は、該当する平行度公差を入手または測定し、完成フィンガのたわみとジョーモーメントも含めて評価します。

ばね閉式グリッパはエア喪失後も必ずワークを保持しますか？

いいえ。ばね付き設計は圧力消失時に規定の閉力を発生できますが、保持の可否は、ばね力、フィンガ形状、摩擦、姿勢、加速度、ワーク公差によって決まります。Zimmerは一部仕様のばねを把持力安全装置としていますが、機械全体についてエア喪失時と非常停止時のリスクアセスメントが必要です。

出典と取得メモ

上記の技術解説では、Zimmerの2026年版運用説明書を含む、メーカー資料および規格の主要資料6件を使用し、すべて2026-07-17に取得しました。機種固有の数値は例として扱い、2件のISOページは一般要求事項を示すもので、グリッパのサイズ、圧力、ろ過等級、保守周期を一律に指定するものではありません。