ボア径を大きくすると受圧面積が増えるため、一般に空圧ロータリーアクチュエータのトルクは上がります。ただし、出力トルクはボア径だけでは決まりません。 ラックアンドピニオン式の理論トルクは、ピストン面積、使用圧力、ピニオンのピッチ半径で決まります。実際に使用できるトルクは、シール、軸受、ラック構成、機械効率による損失分だけ小さくなります。
「ボア径を2倍にするとトルクが4倍になる」という説明が成立するのは、圧力、ピニオン半径、ラック数、損失がすべて同じ場合だけです。実際の製品系列ではボア以外も変わります。たとえば Parker VRS/VRA カタログでは、6 bar における 40 mm ボアが 15 N·m、80 mm ボアが 81 N·m です。増加率は4倍ではなく5.4倍で、ピニオンのピッチ径も 40 mm から 54 mm へ変わっています（Parker VRS/VRA カタログ、2026年7月17日参照）。
要点
- ボア径はピストン面積を増やしますが、回転トルクは圧力と機構形状にも左右されます。
- 直径の二乗則は同一条件での比較であり、どのカタログにも使える近道ではありません。
- 必要トルクは、動作中の最低圧力におけるメーカー公表の実効トルクと比較します。
- 運動エネルギー、軸荷重、回転時間、停止方法はトルクとは別に確認します。
- ベーン式、シングルラック式、ダブルラック式は、サイズ表記が似ていても別の機構として扱います。
ロータリーアクチュエータ内部でボア径は何を変えるのか？
ボア径はピストンを押す受圧面積を変えます。Parker はラックアンドピニオン式の理論トルクを M = A x p x rp と表しています。A はピストン面積、p は圧力、rp はピニオンのピッチ半径です（Parker ロータリーアクチュエータ適用ガイド、2026年7月17日参照）。
円形ピストンでは次の式を使います。
ピストン面積: A = pi x D² / 4
ラックアンドピニオン式の理論トルク: M = A x p x rpD はボア径です。他の項がすべて一定なら、面積は直径の二乗に比例します。50 mm ピストンの面積は約 1,963 mm²、100 mm ピストンは約 7,854 mm² で、正確に4倍です。同じ圧力なら、ラックを押す直線力も4倍になります。
この面積計算がボア径の重要な物理的理由です。ただし、近似を使えるのはここまでです。回転トルクは力と有効半径の積なので、ピストン力を実機の機構で軸トルクへ変換する必要があります。ラックアンドピニオン式はピニオン半径を使い、ベーン式はベーンに作用する圧力と固有の有効形状を使います。両者のトルク式と損失を同じものとして扱うことはできません。
ボアという用語も、見かけほど共通ではありません。通常のラック式ではピストン径を指しますが、ロータリーテーブルやベーン式ではフレーム番号やサイズコードが主表記になる場合があります。2つの値を比較する前に、カタログのサイズ番号が実際に何を示すかを確認してください。
直線推力側の関係は、シリンダのボア径、推力、速度の実務ガイドを参照してください。回転用途では、その推力を実機構でトルクへ変換する工程が加わります。
ボア径を2倍にするとトルクが4倍になるのはいつか？
ボア径を2倍にして理論トルクが4倍になるのは、機構形状が同じ条件で比較した場合だけです。6 bar で、仮想的な 40 mm ピストンが固定 20 mm のピニオン半径に作用すると約 15.1 N·m、同一条件の 80 mm ピストンでは損失前に約 60.3 N·m となります。
有効な技術確認は「ボア径が2倍になったか」ではなく、「M = A x p x rp のどの項が同じままか」です。次表では、条件を固定した比例計算と Parker VRS/VRA 系列の実データを分けて示します。
| 6 barでの比較 | ボア径 | ピストン面積 | ピニオンのピッチ半径 | 理論トルク | 40 mm比 |
|---|---|---|---|---|---|
| 同一機構条件 | 40 mm | 1,257 mm² | 20 mm | 15.1 N·m | 1.0x |
| 同一機構条件 | 80 mm | 5,027 mm² | 20 mm | 60.3 N·m | 4.0x |
| Parker VRS/VRA カタログ | 40 mm | カタログ基準 | 20 mm | 15 N·m | 1.0x |
| Parker VRS/VRA カタログ | 80 mm | カタログ基準 | 27 mm | 81 N·m | 5.4x |
同一条件の値は理論式と丸めたメートル換算から求めています。Parker の行は 6 bar のカタログ値です。40 mm では仮定したピッチ半径がそのモデルと一致するため、値も一致します。80 mm の製品ではピニオン半径が大きく、トルクは面積比だけから予測する値より大きくなります。
逆の場合もあります。大型ボアモデルの有効半径が小さい、シール荷重が異なる、または効率をより保守的に見積もったカタログ値を使っている場合、トルク増加率は面積比を下回ります。したがって、ボア径は定義された同一設計内では有用な予測値ですが、トルク表の代わりにはなりません。
計算で必要量を求めた後、選定モデルのカタログ曲線または表と比較してください。当社のロータリー計算ツールでは、負荷トルク、慣性、加速、効率、余裕率を一つの見積もりで確認できます。
ラックアンドピニオンの形状は結果をどう変えるか？
Parker の 32〜125 mm VRS/VRA 系列は、6 bar で 7.2〜276 N·m を示しますが、ピニオンのピッチ径も 20〜75 mm に広がります。系列内ではボア径とピニオン形状が同時に変わります（Parker VRS/VRA カタログ、2026年7月17日参照）。
同じラック推力なら、ピニオン半径が大きいほどトルクは増えますが、所定角度を回すために必要なラック移動量も変わります。設計者はトルク、本体長、角度、軸受構成、歯面荷重、パッケージ寸法のバランスを取ります。完成品は単なる筒内ピストンではなく、一つの機構です。
ラック数も重要です。ダブルラック式はピニオンの両側に力を加え、歯面力の釣り合いを取りながらトルクを高められます。ボア径だけでシングルラック式と比較できません。ロータリーテーブルでは、内蔵軸受やテーブルの許容モーメント荷重が軸トルクと同じくらい重要になることもあります。
機械損失はメーカーの基準に従って扱います。Parker の旧適用ガイドはラックアンドピニオンの平均効率を85〜90%と説明していますが、VRS/VRA 製品カタログは機能損失に対して最大効率80%を確保するよう指示しています。これは普遍定数の矛盾ではなく、異なる製品文書と前提に基づく指針です。
選定には、可能ならカタログ公表の実効トルクまたは許容トルクを使います。理論トルクしかない場合は、メーカー指定の効率またはサービス計算法を適用してください。別系列の理論値と、他製品から借りた効率を混在させないでください。
シングルラック、ダブルラック、ベーン構造の詳細は、ラックアンドピニオン式とベーン式ロータリーアクチュエータの比較を参照してください。
ベーン式とラック式に同じボア則を使えないのはなぜか？
SMC CRB2 ベーン式カタログでは、サイズ10を除き、外形寸法が同じでもダブルベーン仕様はシングルベーン仕様の約2倍のトルクを発生すると説明しています。この差はピストンボアを2倍にした結果ではなく、機構構成によるものです（SMC CRB2 カタログ、2026年7月17日参照）。
ベーン式は、圧縮空気が1枚以上のベーンに作用してトルクを発生します。ラック推力やピニオン半径をラック式の式へ代入する構造ではありません。ハウジング径、ベーン高さ、ベーン数、受圧面積、内部半径のすべてが結果に関与します。
ここにカタログ上の落とし穴があります。サイズ40のベーン式と 40 mm ボアのラック式は「40」という数字を共有しても、受圧面積、トルク、取付外形は同じではありません。サイズ40と表示されたベーン式同士でも、シングルベーンとダブルベーンでは異なります。
サイズ表記はメーカー資料を引くための索引であって、他機構へ転用できるトルク仕様ではありません。機構をまたいで比較する唯一の安全な方法は、同一圧力で公表されたトルクを使い、角度、バックラッシ、終端停止、軸荷重、運動エネルギーを別々に確認することです。
ボア径を最適化する前に機構を選びます。ラックアンドピニオン式は精密で反復性のあるインデックス用途に適し、回転角を調整できる製品もあります。ベーン式は角度に対してコンパクトなことが多いですが、どちらも用途データなしには適否を判断できません。選定前の動作原理は、空圧ロータリーアクチュエータの仕組みを参照してください。
カタログのトルクデータはどう読むべきか？
SMC は低速 CRQ2X/MSQX カタログの運転トルク値を保証値ではなく代表値としています。また、外部ストッパがない場合、回転端での保持トルクは表の値の半分になると記載しています（SMC 低速ロータリーアクチュエータカタログ、2026年7月17日参照）。
まず、表が示すトルクの種類を特定します。
- 理論トルク：実用上の損失をすべて差し引く前の、圧力と理想形状から求めた値です。
- 実効トルクまたは運転トルク：メーカーが定義した内部損失や運転挙動の余裕を含みます。
- 保持トルク：停止位置で抵抗できるトルクで、動作中トルクとは一致しない場合があります。
- 許容トルク：受圧面積ではなく、軸、キー、継手、ストップ、軸受で制限される場合があります。
次に、カタログ圧力を負荷が動作している間のアクチュエータ入口最低圧力へ合わせます。コンプレッサ設定が 7 bar でも、加速中にアクチュエータへ 7 bar が届くとは限りません。長い配管、小さすぎるバルブ、絞られた継手、同時需要、排気背圧によって使用可能な差圧が低下します。CAGI はコンプレッサから使用点までの圧力損失を10%以下に設計するよう推奨しています（CAGI 圧力損失技術資料、2026年7月17日参照）。
可能なら問題が起きるサイクル中に、アクチュエータ両ポートの圧力を測定します。供給側圧力だけでは排気抵抗を見落とします。圧力が不安定なら、大型アクチュエータを購入する前に配管またはバルブの問題を直してください。システム側の確認は圧力損失トラブルシューティングを参照してください。
最後に、カタログトルクが回転全域の軸出力か、特定試験点の値かを確認します。回転速度、クッション、ストップ、温度、潤滑、デューティの注記を読みます。条件のない太字のトルク値は、まだ選定値ではありません。
ボア径を大きくすると、どのトレードオフが増えるか？
大型アクチュエータは空気消費量と質量を増やします。Parker VRS/VRA 系列では、40 mm ボアの 2.2 kg から 80 mm ボアの 6.2 kg へ質量が増え、6 bar の理論トルクは 15 から 81 N·m へ増えます（Parker VRS/VRA カタログ、2026年7月17日参照）。
ボア面積が大きいほど、ラック移動量が同程度なら1ストロークで充排気する容積も増えます。大型モデルはピストン移動量、ピニオン、ラック数も増える場合があります。必要時間内にその容積を給排気できるバルブと配管が必要です。流路を変えずに大型化すると遅くなり、減速能力を変えずに流量だけ増やすと衝撃が強くなります。
主なトレードオフは単純比例ではありません。
| 確認項目 | 大型化で変わる理由 | 確認内容 |
|---|---|---|
| 空気消費量 | 充排気する内部容積が増える | 実圧力とサイクル数におけるカタログ排気量または消費量 |
| バルブ流量 | 瞬間流量が増えて圧力損失が大きくなる | バルブ流量曲線、チューブ長、継手抵抗、消音器状態 |
| 可動質量 | ピストン、ラック、ハウジング、テーブルの慣性が増える | 加速時間、取付剛性、必要ならロボット可搬質量 |
| 停止エネルギー | 大きなトルクで負荷を強く加速できる | 許容運動エネルギー、クッション、ショックアブソーバ、外部ストップ |
| 軸・軸受荷重 | 本体が大きくても、すべての張出し荷重を許容できるとは限らない | 実取付点における軸方向、径方向、モーメント荷重限界 |
| 設置面積・コスト | 外形、取付パターン、付属品サイズが大きくなる | CAD干渉、保全アクセス、総設置コスト |
停止エネルギーは別計算が必要です。SMC は必要負荷トルクが小さくても運動エネルギーが内部部品を損傷すると警告し、低速系列の許容運動エネルギーをシリーズとサイズに応じて 0.00025〜0.081 J としています。Parker XR ガイドも運動エネルギーとトルクの両方を検討するよう求めています（Parker XR カタログ、2026年7月17日参照）。
ボア径拡大でトルク不足を解消しても、停止問題が生じる場合があります。現行機が終端へ激しく衝突しているなら、トルクを増やす前に速度制御、負荷慣性、クッション能力、ストップ位置を診断してください。
ボア径からトルクを選定する手順
Parker PRO/PRN の方法は抵抗トルクと加速トルクを加算し、使用圧力での実効トルクと比較します。SMC は回転時間と許容運動エネルギーを別途確認するよう求めています。信頼できる手順では、これらを一つの安全率に隠さず、個別の要件として扱います（Parker PRO/PRN ガイド、2026年7月17日参照）。
- 動作を定義する。 開始・終了角度、方向、移動時間、停止時間、毎分サイクル数、位置決め挙動を記録します。
- 負荷モデルを作る。 外部抵抗、重力、摩擦、治具質量、ワーク質量、重心半径、慣性モーメントを含めます。半径が大きい質量は、総質量から想像する以上に加速を支配します。
- 必要トルクを計算する。 抵抗トルクと
J x alphaを加えます。プロセスバルブはハンドル力から推定せず、バルブメーカーの起動、運転、着座トルクを使います。 - 最低動作圧力を定める。 最速または最大負荷区間のアクチュエータ圧力を測定または保守的に見積もり、重要なら排気背圧も含めます。
- 機構系列を選ぶ。 サイズ比較の前に、回転角、外形、バックラッシ、取付、軸接続、環境、負荷支持で候補を絞ります。
- カタログのトルク基準を使う。 最低動作圧力で必要量と実効・運転トルクを比較します。メーカー指定のサービスファクタや効率計算法を記録します。
- エネルギーと荷重を別に確認する。 許容運動エネルギー、回転時間範囲、径方向・軸方向・モーメント荷重、ストップ、クッション、寿命を確認します。トルク合格は他項目の合格を意味しません。
- 機械上で検証する。 最悪生産条件で両ポート圧力、サイクル時間、終端挙動、再現性、温度を確認し、承認したレギュレータ、バルブ、チューブ、継手、速度制御器をBOMへ固定します。
本記事はボア径と出力の関係に焦点を当てています。負荷、慣性、バルブ流量、試運転まで含む全工程は空圧ロータリーアクチュエータの技術選定ガイドを参照してください。別の計算例はロータリーアクチュエータの必要トルク計算にあります。
当社がロータリーアクチュエータ用途を確認する際、最も有用なのは「63 mm ロータリーアクチュエータを見積もる」という依頼ではありません。負荷形状、移動時間、角度、動作中圧力、取付、停止方法を記載した短いワークシートです。ボア表記だけで用途全体が決まると仮定せず、機構とカタログサイズを比較できます。
RFQに何を記載すべきか？
Parker は VRS/VRA に 32〜125 mm のボア径と 96、186、366 deg の回転仕様を用意しています。これらは RFQ にボア径とトルク以上の情報が必要な理由を示します。回転、圧力、接続、停止条件で実際の構成が決まるからです（Parker VRS/VRA カタログ、2026年7月17日参照）。
選定前提を再現できるよう、供給者へ次を送ります。
- 用途と負荷の説明
- 必要回転角と調整範囲
- 必要サイクル時間と毎分サイクル数
- 負荷質量、寸法、重心、慣性モーメント
- 静的抵抗、重力、摩擦、必要ならプロセストルク
- 動作中の最低実測供給圧力と想定排気背圧
- 必要出力トルクと使用した計算法
- 軸、キー、フランジ、カップリング、取付要件
- 軸から実距離における径方向、軸方向、モーメント荷重
- 内部クッション、ショックアブソーバ、外部ストップ構成
- 温度、汚染、洗浄、腐食、危険場所条件
- 位置検出、ソレノイド電圧、速度制御、故障時位置
提案トルクが理論、実効、運転、許容のどれかを明記してもらいます。圧力基準、効率またはサービスファクタ、許容運動エネルギー、軸荷重限界、空気消費量、推奨バルブ流量も依頼してください。曖昧な「ボア径」問い合わせが、検証・試運転可能な選定へ変わります。
結論：ボア径で計算を始め、カタログデータで仕上げる
Parker の 40 mm と 80 mm VRS/VRA モデルは中心的な要点を示します。ボア径が2倍になったとき、ピニオン半径も変わるため、6 bar のトルクは5.4倍になります。ボア径は受圧面積を予測しますが、使用可能な回転出力はカタログ形状と運転条件で決まります（Parker VRS/VRA カタログ、2026年7月17日参照）。
直径の二乗則は同一設計を理解するために使い、製品系列をまたぐ近道には使わないでください。実機では抵抗・加速トルクを計算し、最低動作圧力を定め、機構を選び、モデル固有の実効トルクと比較します。その後、停止エネルギー、軸荷重、回転時間、流量、デューティを確認します。
負荷形状、角度、移動時間、圧力、取付条件をお送りいただければ、より大きなボア、異なるギア、ダブルラック・ダブルベーン、流量改善、減速改善のどれが必要かを整理できます。正解は「次のボア径」より具体的なことが少なくありません。お問い合わせページから用途確認をご依頼ください。
ロータリーアクチュエータのボア径に関するFAQ
SMC CRB2 カタログでは、外形寸法がほぼ同じでもダブルベーン仕様がシングルベーン仕様の約2倍のトルクを出すことが示されています。したがって、以下では同一条件の比例則とモデル固有の選定を分けて回答します（SMC CRB2 カタログ、2026年7月17日参照）。
ロータリーアクチュエータのボア径を2倍にすると、トルクは必ず4倍になりますか？
いいえ。圧力、ピニオン半径、ラック数、効率が一定の場合に限り、ピストン面積と理論トルクが4倍になります。実際の製品系列では、サイズとともにこれらの変数も変わります。二乗則は同一条件の比較に使い、選定モデルの公表トルクを確認してください。
ベーン式とラックアンドピニオン式をボア径だけで比較できますか？
信頼できる比較にはなりません。ラック式はピストン推力をピニオン半径でトルクに変え、ベーン式はベーン形状に作用する圧力を使います。サイズ表記が同じ物理寸法を示すとも限りません。同じ使用圧力のカタログトルクを比較し、角度、バックラッシ、軸荷重、回転時間、運動エネルギーも確認します。
選定には理論トルクと実効トルクのどちらを使いますか？
メーカーが指定条件で実効トルクまたは運転トルクを公表している場合は、それを使います。理論トルクしかない場合は、そのメーカーの文書に記載された効率、サービスファクタ、選定方法を適用します。他系列の一般的な損失率を流用しないでください。
ボア径を大きくしてもアクチュエータが停止するのはなぜですか？
レギュレータ計器が示す値より動作中圧力が低い可能性があります。バルブ抵抗、長い・細いチューブ、継手、同時需要、排気背圧は差圧を下げます。負荷、重力、摩擦、加速トルクの過小評価も原因です。サイズ変更前に現象発生時の両ポート圧力を測定してください。
ボア径は大きいほど安全ですか？
いいえ。大型アクチュエータは空気消費量、質量、加速、終端衝撃、バルブ流量要求、設置面積、コストを増やします。運動エネルギー、軸荷重、クッション、ストップ、回転時間、デューティも個別に合格させる必要があります。メーカー指定の余裕を含め、全要件を満たす最小モデルを選びます。
出典
- Parker VRS/VRA ロータリーアクチュエータカタログ：ボア、トルク、ピニオン、圧力、質量、回転データ。2026年7月17日参照。
- Parker ロータリーアクチュエータ適用ガイド：ラックアンドピニオンのトルク関係と効率。2026年7月17日参照。
- Parker PRO/PRN 空圧ロータリーアクチュエータガイド：抵抗・加速トルクによる選定手順。2026年7月17日参照。
- Parker XR ロータリーアクチュエータカタログ：トルク、排気量、摩擦、運動エネルギー。2026年7月17日参照。
- SMC CRB2 ロータリーアクチュエータカタログ：シングルベーン、ダブルベーン設計。2026年7月17日参照。
- SMC 低速 CRQ2X/MSQX カタログ：運転・保持トルク、回転時間、運動エネルギー。2026年7月17日参照。
- CAGI 圧力損失技術資料：圧縮空気配管の圧力損失。2026年7月17日参照。