複動式空圧シリンダは、ピストンの両側に圧縮空気を使って動作します。一方のポートが給気される間、反対側のポートは排気され、その後、方向制御弁が戻り行程のために流れを反転します。これにより、ばねや重力だけの戻りではなく、動力による伸長と動力による後退が得られます。
100 psiでは、ボア2インチのシリンダは約3.14 in2のピストン面積を持ち、摩擦、圧力低下、背圧を差し引く前で約314 lbfの理想伸長推力を発生します（AutomationDirect Cylinder Sizing、2026）。この単純な数値が、複動式シリンダが今でもクランプ、プッシャ、ストッパ、リフタ、搬送ステーション、試験治具で広く使われる理由を説明しています。
重要ポイント
- 複動式シリンダには2つの作動ポートがあり、空気で伸長と後退の両方を駆動できます。
- 100 psiでは、ボア2インチで損失前に約314 lbfの理想伸長推力が得られます。
- 単ロッドシリンダでは、ロッド面積がピストン面積から差し引かれるため、後退推力は低くなります。
- 速度は圧力だけでなく、空気流量と排気制限に左右されます。
- 発注前に、ボア、ロッド、弁流量、チューブ、クッション、センサ、使用点圧力を確認してください。
何がシリンダを複動式にするのか？
シリンダは、2つの作動ポートを持つと複動式になります。AutomationDirectは、複動式空気シリンダを両端にポートがあり、高圧空気がそれらのポート間で交互に供給されることでピストンが前後に動くものと説明しています（AutomationDirect Pneumatic Air Cylinders、2026）。
単動式シリンダでは、圧縮空気が一方向だけを駆動します。ピストンはばね、重力、または外部負荷で戻ります。軽いクランプ、エジェクタ、リリースピン、フェイルリターン動作なら十分な場合がありますが、戻り力が制限され、速度制御も不均一になりやすくなります。
複動式シリンダでは、圧縮空気が両方向を駆動します。伸長と後退にはそれぞれ制御された給気経路と制御された排気経路があります。これが実務上の違いです。弁制御の下で、押す、引く、クランプする、解除する、持ち上げる、下げる、割り出す、排出する、または機構を戻すことができます。
一般的な部品はなじみのあるものです。シリンダチューブ、ピストン、ピストンシール、ロッド、ロッドシール、ワイパ、エンドキャップ、ポート、クッション調整ねじ、取付金具、場合によってはセンサです。変わるのは空気のロジックです。両方の室が能動的に働くため、機械設計者は供給側と排気側の両方を適切にサイズ選定しなければなりません。
「複動式」という言葉は、両方向で同じ使用可能推力があるという意味ではありません。両方向が動力で駆動されるという意味です。単ロッドシリンダでは後退時にロッド側面積が減るため推力は異なり得ますし、2つの室の容積が異なるため速度も変わり得ます。
シリンダ全体の概要には、関連ガイドの自動化における空圧シリンダの動作をご覧ください。この記事では範囲を絞り、2ポート動作、弁の流路、推力差、選定確認に集中します。
弁はどのように伸長と後退を作るのか？
5/2方向制御弁は、一方のシリンダポートへ給気し、もう一方を排気することで伸長と後退を作ります。Tamesonは、この構成に1つの供給ポート、2つのシリンダポート、2つの排気ポートがあると示しており、そのため弁は指令に応じてピストン方向を反転できます（Tameson Directional Control Valves、2026）。
伸長時、弁は供給空気をキャップ側室へ接続します。ロッド側室は弁とマフラを通して排気されます。弁が切り替わると、供給空気はロッド側室へ入り、キャップ側室が排気されます。この反転した圧力差によってロッドが後退します。
単純に聞こえます。現場経験では、多くの問題は回路図で十分に描かれていない部分、つまり排気から起こります。小さすぎるマフラ、長いチューブ、サイズ不足の継手、締め過ぎた速度制御弁は、本来空になるべき室に背圧を残すことがあります。
シリンダが2つの端位置だけを必要とする場合は、4/2または5/2弁を使います。閉センタ保持、圧力センタ保持、排気センタ解放など、機械が明確な中立状態を必要とする場合は5/3弁を使います。選択は安全機能、負荷挙動、電源喪失時に何が起きるべきかによって決まります。
弁関連の制御が課題で、速度を手動の速度制御弁ではなくPLC信号で変える必要がある場合は、関連するロッドレスシリンダシステムの比例流量制御弁の記事が役立ちます。
単ロッドシリンダで後退推力が低くなるのはなぜか？
単ロッド複動式シリンダで後退推力が低くなるのは、ロッドが圧力の作用面積を占有するためです。AutomationDirectのサイズ表では、ボア2インチの面積は3.14 in2です。100 psiでは損失前に314 lbfの伸長推力になりますが、後退側ではまずロッド面積を差し引く必要があります（AutomationDirect Cylinder Sizing、2026）。
伸長側は通常、ピストン全面積を使います。
伸長推力 = 圧力 x ピストン面積
単ロッドシリンダの後退側は環状面積を使います。
後退推力 = 圧力 x (ピストン面積 - ロッド面積)
実務的なメートル法の例を示します。
1 bar = 0.1 N/mm2
6 bar = 0.6 N/mm2
63 mm ボア径 ピストン面積 = pi x 63^2 / 4 = 3,117 mm2
20 mm ロッド面積 = pi x 20^2 / 4 = 314 mm2
伸長推力 = 0.6 x 3,117 = 1,870 N 損失考慮前
後退推力 = 0.6 x (3,117 - 314) = 1,682 N 損失考慮前
ロッド面積だけで、理論推力は約10%低下します。摩擦、圧力低下、横荷重、排気背圧、加速度は、使用可能推力をさらに減らします。機械が後退時にばねに逆らってクランプを引く場合や、後退時に持ち上げる場合は、最初に後退計算を行ってください。
後退が弱いという苦情を確認すると、ボア自体は十分なことがよくあります。見落とされているのは、ロッド側面積、排気制限、または伸長と後退で変わる負荷方向です。解決策は、より大きなボア、異なるロッドサイズ、より適切な弁、または回路変更かもしれません。
より詳しい公式の説明は、空圧システムのシリンダ公式と、専用ガイドの空圧シリンダのロッド面積をご覧ください。
流量制御、速度、クッションの確認
負荷を動かせる圧力が確保された後、シリンダ速度は主に流量の問題になります。SMCは、推力は圧力に依存し、シリンダ速度は空気流量に依存すると説明し、SCFMとピストン面積からインチ毎秒の速度を求める式として`s = 28.8q / A`を示しています（SMC Control Air Flow of Cylinders、2026）。
圧力は負荷を動き出させます。流量は、サイクルタイムを満たす速さで室を満たし、空にします。機械に十分な静圧があっても、弁、継手、チューブ、速度制御弁、マフラが行程中に十分な空気を通せなければ、動作は遅くなります。
空圧シリンダでは、メータアウト速度制御が最初の選択として安全なことが多いです。排気を絞り、動くピストンに背圧を維持できるためです。メータインも場合によっては使えますが、オーバーラン負荷では、シリンダが供給空気より先に走ることがあります。
シリンダを疑う前に、この簡易制御表で確認してください。
| 症状 | 確認すべき回路要素 | 重要な理由 |
|---|---|---|
| 両方向とも遅い | 動作中の供給圧力、FRL、弁Cv、チューブ内径 | 両方の室が空気不足、または排気が制限されています。 |
| 伸長は速いが後退が弱い | ロッド側面積、ロッド端圧力、排気マフラ | 後退面積が小さく、背圧の影響も大きくなります。 |
| 動きがぎくしゃくする | 横荷重、乾いたシール、不十分なガイド支持、不安定なレギュレータ | 摩擦変化が圧力の安定より速く起こっています。 |
| 端部衝撃が強い | クッション設定、外部ストッパ、移動質量、ストローク速度 | ピストンがエンドキャップに達する前に、端部エネルギーを減速させる必要があります。 |
クッションは飾りではありません。ピストンが静かにエンドキャップへ到達するのか、繰り返し衝突するのかを決めます。内蔵空気圧クッションは役立ちますが、重い治具、高速、短い減速距離、偏心負荷では、外部ショックアブソーバや低速接近が必要になることがあります。
流量、速度、コンプレッサ需要をつなげて考えたい場合は、空圧流量の計算方法の記事がより適切な補足になります。このページは複動式シリンダのサイクルそのものに焦点を当てています。
単動式ではなく複動式を選ぶべきタイミング
両方向で制御された推力、速度、またはタイミングが必要な場合は、複動式シリンダを選びます。ISO 15552:2018は、最大1,000 kPa、つまり10 bar、ボア32 mmから320 mmまでの着脱式取付空圧シリンダを対象としており、標準的な両ロッドおよび単ロッドシリンダの互換性がどれほど広くなっているかを示しています（ISO 15552:2018、2025）。
単動式シリンダにも役割があります。空気配管が少なく、配管が単純で、リリース、排出、フェイルリターン機能に役立つばね戻り動作を提供できます。その代わり、戻り動作は弱くなり、独立した制御も制限されます。
機械が押すのと同じ確実さで引く必要がある場合、複動式シリンダが適しています。例として、ゲート、ストッパ、クランプジョー、搬送プッシャ、排出ステーション、ドアアクチュエータ、リフトテーブル、割出機構、負荷を持ったまま戻る必要がある治具があります。
次の選定分岐を使ってください。
| 判断点 | 単動式が合う場合 | 複動式が合う場合 |
|---|---|---|
| 戻り力 | ばねまたは重力で十分。 | 戻りにも動力が必要。 |
| ストローク長 | ばね戻りが実用的な短いストローク。 | 長いストローク、または再現性のある双方向動作。 |
| 速度制御 | 主な制御動作が一方向に集中している。 | 両方向で別々の速度設定が必要。 |
| 負荷方向 | 外部負荷が戻りを助ける。 | 負荷がどちらの方向にも抵抗する可能性がある。 |
| 安全動作 | ばね戻りが望ましいフェイル状態。 | 弁の中立状態と安全排気ロジックがフェイル状態を決める。 |
「複動式のほうが強そうだから」という理由だけで選ばないでください。戻り行程が機械機能の一部だから選ぶべきです。戻り行程が軽い機構をリセットするだけなら、単動式シリンダのほうが単純かもしれません。戻り行程が製品、治具、安全関連部材を動かすなら、複動式制御は通常、検討時間をかける価値があります。
圧力選定には、関連ガイドの空気シリンダの作動圧力を使ってください。圧力はコンプレッサ銘板圧力だけではなく、推力、弁、チューブ、カタログ上の制限から選ぶ必要があります。
複動式シリンダRFQの選定チェックリスト
RFQの前に、推力を計算し、空気経路を確認してください。AutomationDirectは25%の追加推力を推奨し、CAGIは適切に設計された空気システムでは通常、圧力低下を10%未満に抑えると述べています（AutomationDirect Cylinder Sizing、2026、CAGI Pressure Drop Technical Brief、2026）。
サプライヤがシリンダと回路を一緒に確認できるよう、十分な情報を提供してください。
- ボアとストローク、または必要負荷と使用可能圧力。
- 押し推力と引き推力、および各行程の負荷方向。
- ロッド側推力が重要な場合は、ロッド径またはシリンダシリーズ。
- 伸長と後退の目標ストローク時間。
- コンプレッサ圧力だけでなく、弁またはシリンダ付近で測定した作動圧力。
- 弁形式、弁サイズ、チューブ長さ、チューブ内径、継手、マフラ形式。
- 取付方式、ガイド支持、横荷重、想定モーメント荷重。
- クッション要件、端部停止方式、移動質量、衝撃リスク。
- センサ、PLCタイミング、必要なフェイル状態。
- 空気品質、温度、洗浄、粉じん、化学物質への曝露。
最短の実用手順は次の通りです。
- ピストン全面積から伸長推力を計算します。
- ピストン面積からロッド面積を差し引いて後退推力を計算します。
- 摩擦、圧力低下、負荷変動のための推力余裕を加えます。
- 目標ストローク時間を弁とチューブの流量に照らして確認します。
- クッションエネルギーまたは外部停止を確認します。
- 弁の中立状態と安全動作を確認します。
- 推測圧力ではなく、測定圧力を送ります。
必要負荷は分かっているがボアが分からない場合は、シリンダボアサイズ計算ツールから始めてください。ボアが既知で押し推力と引き推力が必要な場合は、上のツールカードを使います。
複動式空圧シリンダに関するFAQ
このFAQは、ピストン面積から得られる100 psiの推力と、空気システムにおける10%の圧力低下に焦点を当てています。上記の公式と一緒に使い、その後シリンダと弁のカタログで確認してください（AutomationDirect Cylinder Sizing、2026、CAGI Pressure Drop Technical Brief、2026）。
単動式と複動式空圧シリンダの主な違いは何ですか？
単動式シリンダは一方向だけを空気で動かし、ばね、重力、外部負荷で戻します。複動式シリンダは伸長と後退の両方を空気で動かします。違いは推力だけではありません。速度、タイミング、戻り動作を含め、両方のストローク方向を個別に制御できることです。
複動式シリンダはどのように後退しますか？
方向制御弁が供給空気をロッド側室へ送り、キャップ側室を排気します。ロッド側の圧力がピストンを押し戻します。単ロッドシリンダでは、ロッド面積が有効ピストン面積から差し引かれるため、後退推力は低くなります。
複動式シリンダが後退時に弱くなるのはなぜですか？
ロッド側の有効面積が小さい、動作中に使用点圧力が落ちる、または反対側の室に排気背圧が残ると、後退は弱くなります。ロッド面積計算、チューブと弁のサイズ、マフラ抵抗、速度制御弁の設定、シリンダが動いているときのシリンダポート圧力を確認してください。
圧力を上げると複動式シリンダは速くなりますか？
高い圧力は、シリンダが負荷と摩擦を克服する助けになりますが、速度は主に空気流量と室容積に依存します。SMCは圧力と推力、流量と速度を分けて説明しています。弁、チューブ、継手、マフラが小さすぎる場合、圧力だけではサイクルタイムは改善しません。
複動式空圧シリンダには通常どの弁を使いますか？
2位置の伸長と後退には、4/2または5/2方向制御弁が一般的です。圧力保持、ポート閉止、または両方のシリンダ室を排気するなど、中立状態が重要な場合は5/3弁を使います。最も安全な選択は、負荷と機械リスクによって決まります。
複動式シリンダの見積もりには何を送るべきですか？
ボア、ストローク、既知であればロッド径、両方向の負荷、作動圧力、ストローク時間、弁形式、チューブ長さ、取付方式、横荷重、クッション要件、センサ要件、フェイル状態要件を送ってください。機械がすでに存在する場合は、測定した使用点圧力も含めます。
出典
- AutomationDirect: Pneumatic Air Cylinders、単動式と複動式シリンダの定義。2026-06-04取得。
- AutomationDirect: Cylinder Sizing and Force、ピストン面積表、推力関係、25%推力余裕の指針。2026-06-04取得。
- NASA Glenn Research Center: Aerodynamic Force、圧力による力は圧力に面積を掛けたものに等しい。2026-06-04取得。
- Tameson: Directional Control Valves in Pneumatic Systems、複動式空圧シリンダの5/2弁接続。2026-06-04取得。
- SMC: Control Air Flow of Cylinders、空気流量とピストン面積の関数としてのシリンダ速度。2026-06-04取得。
- CAGI: Technical Brief on Pressure Drop、圧縮空気システムでの10%圧力低下指針。2026-06-04取得。
- ISO 15552:2018、着脱式取付空圧シリンダ、1,000 kPaシリーズ、ボア32 mmから320 mm、2025年に現行規格として確認。2026-06-04取得。
- AutomationDirect: What is a Pneumatic Cylinder?、視覚的背景として使用した空圧シリンダ解説動画。2026-06-04取得。