空気流量とは、シリンダ、バルブ、または機械セルが 1 分あたりに必要とする自由空気量です。シリンダのサイズを決めるには、ボアとストロークからチャンバー容積を計算し、絶対圧力比を掛け、さらに 1 分あたりのストローク数を掛けます。その後、バルブ Cv、チューブ、FRL 容量、レシーバ容量、使用点の圧力降下を確認します。
最後のステップが重要です。バルブ、チューブ、排気マフラー、フィルターがストローク中に必要な空気を通過できない場合、シリンダーは紙の上で正しく計算できますが、それでもゆっくりと動きます。
有用な切り分けは単純です。圧力は力を生み、流量は速度を生み、圧力降下は空気経路がその両方を同時に供給できるかを示します。空圧流量計算は、シリンダ容積の式としてだけでなく、供給経路の確認として扱います。
重要なポイント
- シリンダー SCFM は、ボア、ストローク、サイクルレート、および絶対圧力比から始まります。
- CAGI の 10% 圧力降下ルールにより、流量のサイジングは実際の使用点圧力に関連付けられます。
- Parker の Cv の例は、シリンダーの空気を使用した後にバルブ容量をチェックする必要がある理由を示しています。
空気流量は実際に何を計算するのですか?
空気流量は、機器が一定時間内に消費または要求する自由空気量を表します。AutomationDirect は、シリンダ空気消費量をシリンダ容積、サイクル時間、入口圧力の関数として定義し、70 °F・海面標準大気での自由空気 SCFM として表しています（AutomationDirect 空気消費量、2026）。
シリンダ回路では、流量は速度の問題に答えます。つまり、システムがチャンバーを十分な速さで充填し、排気できるかという問題です。流量だけでは推力の問題には答えられません。推力は、ピストンの作動圧力と有効面積に依存します。
これらの用語は慎重に使用してください。
SCFM は標準条件に換算した自由空気流量です。Cv は、定義された流路でバルブが通過させられる空気量を比較するためのバルブ容量係数です。
| 用語 | 意味 | なぜ重要か |
|---|---|---|
| SCFM | 標準立方フィート/分の自由空気量 | コンプレッサー能力とシリンダ空気消費量の比較に使う |
| CFM | 現地条件での実流量 | 圧力と温度に依存する |
| SLPM | 標準リットル/分 | SCFM に相当するメートル系の一般的な指標 |
| Cv | バルブ流量係数 | バルブが必要流量を通せるか確認する |
| 使用点圧力 | 動作中にアクチュエータ付近で測定した圧力 | 空気が流れている間も推力を出せるか確認する |
機械が ロッドレスシリンダ を使う場合も、同じ自由空気の考え方を適用します。違いは主に、ストローク長、キャリッジ負荷、チューブ容積、シール摩擦、バルブ配置にあります。
数式を使用する前にどの入力が必要ですか?
流量を計算する前に、ボア、ストローク、該当する場合はロッド径、サイクル速度、作動圧力、ストローク時間、バルブ Cv、チューブ長、使用点圧力を集めます。CAGI は、適切に設計された圧縮空気システムでは、コンプレッサー吐出から使用点までの圧力降下を 10% 以内に抑える必要があると述べています（CAGI、2026）。
良いワークシートは、シリンダ形状の計算と空気経路の確認を分けます。形状はチャンバー容積を示します。圧力比はその体積を自由空気量へ変換します。サイクルレートは、ストロークあたりの自由空気量を SCFM または SLPM に変換します。バルブと圧力降下の確認によって、その空気が実際にシリンダへ届くか分かります。
コンプレッサー、バルブ、レシーバーを選択する前に、次の値を収集してください。
| 入力 | ユニット | 測り方や選び方 |
|---|---|---|
| 穴径 | インチまたはミリメートル | シリンダーカタログまたは実測ピストン径 |
| ストローク長さ | インチまたはミリメートル | 機械ピッチだけでなく実際の移動長 |
| ロッド径 | インチまたはミリメートル | 片ロッドシリンダの後退側容積に必要 |
| 使用圧力 | psig または barg | レギュレータおよびシリンダポート付近で測定 |
| ストローク時間 | 秒 | 伸長または後退に許容される時間 |
| サイクルレート | 1分あたりのサイクル数 | 平均生産量だけでなく、ピーク生産率を使用する |
| バルブ Cv または ISO 流量定格 | カタログ値 | 給気・排気経路の確認 |
| チューブの長さと内径 | フィートまたはメートル | バルブとシリンダー間のデッドボリュームを含む |
| 同時シリンダー | カウント | 同じ時間枠内で移動するシリンダーを数える |
私たちの経験では、最も高くつくミスは、アクチュエータポートでの動的圧力という入力を取り忘れることから始まります。動作中にキャップ側ポート圧力が下がっていても、レギュレータゲージだけを見ると正常に見えることがあります。
シリンダーの空気消費量はどのように計算しますか?
シリンダーの空気消費量はチャンバー容積から始まり、絶対圧力を使用してそのチャンバー容積を自由空気容積に変換します。 NIST では、1 atm を 14.6959 psi、1 psi を 6,894.757 Pa としてリストしているため、ゲージ圧の計算では、比率を使用する前に大気圧を加算する必要があります (NIST, 2025).
インチベースの SCFM 推定には、次のシーケンスを使用します。
ピストン面積 = ボア径 x ボア径 x 0.7854
ロッド面積 = ロッド径 x ロッド径 x 0.7854
伸長側容積 = ピストン面積 x ストローク長さ
後退側容積 = (ピストン面積 - ロッド面積) x ストローク長さ
圧力比 = (ゲージ圧 + 14.7) / 14.7
1 ストローク当たり自由空気量 = チャンバ 容積 / 1728 x 圧力比
SCFM = 1 ストローク当たり自由空気量 x 毎分ストローク数
80 psig で 12 インチのストロークを持つ 2 インチのボアのシリンダーの場合:
ピストン面積 = 2 x 2 x 0.7854 = 3.14 in2
伸長側容積 = 3.14 x 12 = 37.7 in3
圧力比 = (80 + 14.7) / 14.7 = 6.44
伸長 1 回当たり自由空気量 = 37.7 / 1728 x 6.44 = 0.140 SCF
30 毎分伸長回数 = 0.140 x 30 = 4.2 SCFM
その 4.2 SCFM は伸長のみです。複動サイクルでは後退時にも空気を消費します。ロッド側の面積がほぼ同じ場合、1 分あたり 30 サイクルでの完全な伸縮サイクルは、チューブ容積、漏れ、バルブ損失、安全マージンを考慮する前に 8.4 SCFM に近づく可能性があります。
複動シリンダとロッドレスシリンダでは何が変わりますか?
複動シリンダは両方向で空気を消費します。単動シリンダは一方向で空気を消費します。Parker のバルブサイジング例では、ボア 3-1/4 インチ、ストローク 12 インチ、ストローク時間 1 秒、80 psi を使い、必要 Cv を 1.06 と計算しています（Parker Hannifin、2026）。
シングルロッドシリンダの場合、ロッドがチャンバの一部を占めるため、後退側の有効面積が小さくなります。これにより、同じ圧力でのリトラクトエアの使用量とリトラクト力が減少します。全サイクルを計算している場合は、伸長側自由空気量と後退側自由空気量を加算します。
ロッドレスシリンダでは、若干異なる判断経路が必要になります。多くのロッドレス設計には、1 つのチャンバーを縮小する外部ピストンロッドがないため、2 つのチャンバー容積はシングルロッドシリンダよりも近くなります。しかし、長いストローク、外部キャリッジ負荷、シールバンドの摩擦、チューブ容積、およびクッションにより、ピーク流量の需要がより明確になる可能性があります。
この分割を使用します。
| シリンダータイプ | 流量計算メモ | 関連チェック |
|---|---|---|
| 単動式 | 1 つの動力ストロークとスプリングまたはロードリターン | バネ力と排気タイミングの確認 |
| 複動片ロッド | エクステンドボリュームとロッド側リトラクトボリュームを追加 | リトラクト時にロッド領域を差し引く |
| ロッドレスシリンダ | チャンバー容積とロングストロークデッドボリュームの両方を確認してください | ガイドの荷重、シールの摩擦、バルブの配置を確認します。 |
| マルチポジションアクチュエータ | 各パワードチャンバーイベントを計算する | 平均サイクルだけではなく、タイミング図を使用する |
推力と空気使用量の関係を広く確認するには、関連記事 空圧シリンダの出力 を参照してください。力と流量は関連していますが、同じ設計変数ではありません。
サイクルレートとストローク時間はどのように SCFM に変わりますか?
サイクルレートはストロークあたりの自由空気量を平均 SCFM に変換し、ストローク時間はバルブとチューブがその空気をどれだけ速く供給する必要があるかを示します。SMC によれば、空気消費量と必要流量の計算は、減圧弁やその他の空圧コンポーネントの選定に使われます（SMC 機種選定ソフトウェア、2026）。
平均的な SCFM はピークフローの問題を隠すことがあります。伸長ごとに 0.14 SCF を使用し、1 分あたり 30 回移動するシリンダーは、平均 4.2 SCFM になります。同じ伸長を 0.4 秒で終えなければならない場合、バルブはその時間枠内ではるかに高い短時間の流量を供給する必要があります。
2 つの層で考えてください。
平均流量 = 1 ストローク当たり自由空気量 x 毎分ストローク数
ストローク時の瞬時需要流量 = 1 ストローク当たり自由空気量 / ストローク時間
2 番目の数値は、必ずしもコンプレッサー容量そのものを意味しません。これはバルブ、ポート、チューブ、レシーバ容量の問題です。コンプレッサーとレシーバは平均需要と繰り返しピークを支え、ローカル回路は実際のストローク中に必要な空気を通せなければなりません。
これが、同じ SCFM の 2 台の機械でも動作が異なる可能性がある理由です。低速のインデクサーと高速リジェクトシリンダでは、1 分間に使う自由空気量は似ていても、高速シリンダははるかに短い時間で空気を要求します。
ピーク需要に合わせて複数のシリンダーのサイズをどのように設定する必要がありますか?
複数シリンダのシステムは、機械上のすべてのアクチュエータを単純に合計するのではなく、タイミング図に基づいてサイズを決める必要があります。CAGI によれば、過剰な運転圧力が 2 psig 増えるごとにコンプレッサー出力が約 1% 増えるため、圧力を上げて過大サイジングする方法は、実際のピーク需要分析の高価な代替になってしまいます（CAGI、2026）。
まず、マシン サイクル内の各シリンダー イベントをリストします。同じ時間枠内でどのシリンダーが伸縮するかをマークします。これらの重複するイベントをピーク需要として合計し、その数値をコンプレッサー容量、レシーバーストレージ、レギュレーター容量、マニホールド流量、バルブ Cv、およびチューブ直径と比較します。
このワークシートを使用します。
| ステップ | 質問 | 出力 |
|---|---|---|
| 1 | この時間枠内でどのシリンダーが移動しますか? | 同時動作グループ |
| 2 | 各ストロークでどれくらいの自由空気が使用されますか? | イベントごとの SCF |
| 3 | イベントはどれくらいの期間続きますか? | ピークフロー時間 |
| 4 | イベントはどのくらいの頻度で繰り返されますか? | 平均 SCFM |
| 5 | どの程度の圧力低下が許容されますか? | レシーバとレギュレータの目標 |
| 6 | 最悪の生産率はどれくらいですか? | ピーク需要設計ケース |
空圧サイクルを確認せずに電気系の多様率表を借用しないでください。包装機、ピックアンドプレイスガントリ、治具バンクはすべて、異なる重複パターンを持つことがあります。可能な場合は、実測したシーケンスタイミングを使用します。
短いイベント中の圧力挙動については、関連記事 空圧システムの圧力変動 を参照してください。このページでは、ログ取得、貯蔵、局所的な圧力低下、動的な圧力パターンを扱っています。
バルブ Cv と圧力損失の検証
バルブ Cv は、選択したバルブが給気経路と排気経路に必要な空気を通せるかを検証するために使います。ISO 6358-1:2013 は、圧縮性流体を扱う空圧部品の流量特性に関する規格です（ISO 6358-1、2013）。
最初にシリンダの空気使用量を計算します。次に、バルブ Cv、ポートサイズ、チューブ内径、継手、FRL 容量、排気マフラーを確認します。小さなバルブでは伸長が不十分になる可能性があります。マフラーが詰まると、縮みが遅くなる可能性があります。シリンダ自体のサイズが適切であっても、長くて細いチューブは容積と圧力降下を増加させる可能性があります。
Parker の例は、形状、圧力、ストローク時間、バルブ Cv を関連付けているため便利です。すべての 80 psi シリンダーに Cv 1.06 が必要だという意味ではありません。この例から分かるのは、必要なバルブ容量がボア面積、ストローク、圧力、時間、そして計算方法に含まれる圧力降下の前提で決まるということです。
「流れがどのようにして圧力損失になるのか」という質問がある場合は、別の記事を参照してください。 空気流量から圧力への変換。このトピックはシリンダーの空気消費量の計算とは別にして、両方のページが役立つようにしてください。
設置済みの回路では、次の点を確認します。
- 動作中の FRL の前後の圧力。
- ストローク中のバルブの上流および下流の圧力。
- 流量制御とマフラーによる排気制限。
- チューブの内径とバルブからシリンダーまでの長さ。
- ピークイベント前後のレシーバ圧力。
損失に備えてどのくらいの追加フローを追加する必要がありますか?
損失分の余裕は、ランダムな倍率ではなく、空気システムの状態から決めるべきです。ENERGY STAR によれば、圧縮空気の漏れはコンプレッサー出力の 20 ～ 30% を無駄にすることが多く、産業施設ではシステム総流量の 5 ～ 10% を漏れ削減目標にするのが一般的です（ENERGY STAR、2000）。
新しいマシンセルの場合、私は通常、許容値を漏れ、圧力降下、将来の拡張、および応答マージンの 4 つのバケットに分けます。そうすることで見積もりが正直に保たれます。また、設置後にシリンダーの動作が遅い場合に何を測定するかをメンテナンス チームに指示します。
データを測定できている場合は、余裕を小さめにします。システムが古い、漏れがある、または文書化が不十分な場合は、より大きな余裕を取ります。ただし最初にプラント圧力を上げないでください。CAGI と DOE はどちらも、コンプレッサー容量を追加する前に、制限部を取り除き、圧力降下を診断することを重視しています。
流量容量を追加する前の一般的なチェック:
| 問題 | 先に確認する項目 | なぜ重要か |
|---|---|---|
| シリンダが両方向で遅い | バルブ、チューブ内径、排気マフラー | 速度は充填流量と排気流量に依存する |
| 動作中のシリンダ推力が弱い | 負荷時の使用点圧力 | 局所圧力が落ちると推力も落ちる |
| ピーク時に 1 ステーションだけ不具合が出る | 同時需要とレシーバ圧力 | 平均 SCFM だけでは問題が隠れる場合がある |
| コンプレッサーが常にサイクルする | 漏れ調査と人工需要 | 余分な圧力は漏れ流量を増やす |
| レギュレータゲージは正常に見える | 動作中のシリンダポート圧力 | 静圧は動圧ではない |
基本的なシリンダ動作を復習するには、関連記事 自動化における空圧シリンダの仕組み を参照してください。この記事では、空気使用量の数値と関係する推力、バルブ、シール、センサー、RFQ の文脈を説明しています。
最も一般的な空圧流量の間違いは何ですか?
最も一般的な間違いは、コンプレッサー SCFM が自動的にアクチュエータに届くかのように扱うことです。DOE によると、大きな圧力降下は、30 フィート以内の小さすぎるホース、チューブ、クイックディスコネクト、フィルタ、レギュレータ、FRL など、使用点付近で発生することがよくあります（DOE ソースブック、2016）。
ほとんどの不適切な推定を防ぐチェックは次のとおりです。
間違い 1: ゲージ圧を絶対圧として使用する
自由空気の計算には絶対圧力比が必要です。海面では、80 psig は約 94.7 psia です。比率は 94.7 / 14.7、つまり約 6.44 です。 80 / 14.7 を使用すると、空気の使用量が少なくカウントされます。
間違い 2: サイクルは数えますが、ストロークは数えません
複動サイクルには通常、空気を消費する 2 つのストロークがあります。サイクル速度が 1 分あたり 30 サイクルの場合、式が 30 回の伸長、30 回の完全サイクル、または 60 回の動力ストロークを想定しているかどうかを確認します。
間違い 3: チューブの体積を無視する
AutomationDirect は、チューブのサイズと長さに応じてチューブの空気消費量が大幅に増加する可能性があると述べています（AutomationDirect 空気消費量、2026）。ロングストロークのロッドレスシステムでは、チューブとバルブの配置がチームの予想以上に重要になる可能性があります。
間違い 4: 平均需要のみからサイジングする
平均需要はコンプレッサー負荷の判断に役立ちます。アクチュエータが時間通りに動くかどうかは、ピーク需要で決まります。0.5 秒の時間枠内で 6 本のシリンダが同時に動くなら、ローカル回路はそのイベントを支えられる必要があります。
間違い 5: 圧力降下を取り除くのではなく、コンプレッサーの圧力を加えてしまう
圧力を上げると、汚れたフィルター、過小なバルブ、または制限されたマフラーが隠れる可能性があります。また、漏れ流量とコンプレッサー出力も増加します。まずドロップを測定します。
結論
信頼できる流量計算は、シリンダ容積から始まり、圧力降下チェックで終わります。CAGI の 10% 圧力降下目標と NIST の 14.6959 psi の大気圧値は、同じルールを示しています。つまり、まず空気使用量を計算し、次に供給能力を検証するということです（CAGI、2026；NIST、2025）。
Parker の Cv 1.06 の例は、同じ教訓をバルブ側から示しています。シリンダの空気使用量は、バルブと排気経路が必要流量を通せると確認できるまで完了しません。
式を使って SCFM または SLPM を見積もります。タイミング図でピークイベントを見つけます。Cv と圧力測定値を使って、設置済みの空気経路を検証します。この手順により、実際の修理対象がバルブ、チューブ、フィルタ、レシーバ、または漏れである場合に、大きすぎるコンプレッサーを買わずに済みます。
空圧流量計算に関するよくある質問
これらの FAQ には、式の背後にある現場確認事項をまとめています。AutomationDirect はシリンダの空気消費量を容積、サイクル時間、入口圧力に関連付け、ENERGY STAR は漏れによってコンプレッサー出力の 20 ～ 30% が無駄になる可能性があると警告しています（AutomationDirect、2026；ENERGY STAR、2000）。
空圧シリンダの流量はどうやって計算するのですか？
ボアとストロークからチャンバー容積を計算し、立方インチを 1728 で割り、絶対圧力比を掛けて、1 分あたりのストローク数を掛けます。複動シリンダでは、伸長側と後退側の空気使用量を加算します。ピストンロッドがある場合は、後退側チャンバーからロッド面積を差し引きます。
SCFM と CFM の違いは何ですか?
SCFM は標準条件での自由空気流量であるため、コンプレッサーとシリンダーの空気消費量を比較するのに役立ちます。CFM は、局所的な圧力および温度における実際の流量です。AutomationDirect では、圧縮空気プロジェクトには標準の比較値が必要であるため、シリンダー空気消費量に SCFM を使用します。
圧力が高くなると必要な流量は減少しますか?
圧力を高くすると力は増加しますが、シリンダーのストロークに必要な空気量がなくなるわけではありません。実際、ゲージ圧力が高くなると、同じチャンバー内の自由空気相当量が増加します。NIST の圧力変換表は、レギュレーターのゲージ圧力だけでなく絶対圧力を使用するよう注意するものです。
損失のためにどのくらいの追加流量を追加する必要がありますか?
まずは測定された損失から始めます。ENERGY STAR は、漏れによりコンプレッサー出力の 20 ～ 30% が無駄になることが多いと述べていますが、CAGI はコンプレッサーの吐出から使用点までの圧力降下を 10% 以内に抑えることを推奨しています。きれいな新しいセルには、適度なマージンが必要な場合があります。漏れのある古いプラントでは、容量を追加する前に測定が必要です。
ロッドレスシリンダには別の流量式が必要ですか?
同じ容積と圧力比のロジックを使用しますが、ロッドレスシリンダの実際のチャンバーレイアウト、長いストローク、バルブの位置、チューブ容積、シールの摩擦、クッション、およびガイド荷重を確認してください。ロッドレスシリンダでは、長い移動距離と外部キャリッジ負荷によって空気経路の損失が感じられやすくなるため、ピークフローの限界が現れる可能性があります。
シリンダーの式だけからコンプレッサーのサイズを決定する必要がありますか?
いいえ。シリンダ式は、アクチュエータイベントの空気使用量を示すだけです。コンプレッサーのサイジングには、同時需要、デューティサイクル、レシーバ容量、漏れ負荷、人工需要、圧力降下の制限、将来の増設余地も必要です。完全な圧縮空気システムチェックでは、この式をワークシートの 1 項目として使います。
出典
この記事では、公式機関、標準化団体、政府機関、メーカー資料を含む 8 件の情報源を参照しています。主要な数値確認には、CAGI の 10% 圧力降下目標、NIST の 1 psi = 6,894.757 Pa 換算、Parker の Cv 1.06 の例、ENERGY STAR の 20 ～ 30% の漏れ損失範囲を使っています（CAGI、2026）。
- CAGI: 圧縮空気の使用、圧力降下、過剰圧力、圧縮空気システムの効率に関するガイダンス。 2026 年 6 月 4 日に取得。
- 米国エネルギー省: 圧縮空気システムの性能向上、第 3 版、圧縮空気需要、圧力降下、使用点の制限、貯蔵、およびシステムアプローチ。2026 年 6 月 4 日に取得。
- NIST: 圧力とガス流量の単位変換、psi、Pa、atm、および関連単位を含む圧力単位変換表。 2026 年 6 月 4 日に取得。
- ISO: ISO 6358-1:2013、圧縮性流体を使用する空気圧コンポーネントの定常状態の流量特性。 2026 年 6 月 4 日に取得。
- Parker Hannifin: 空圧バルブ製品のエンジニアリングデータ、バルブ Cv 選定式とシリンダー例。2026 年 6 月 4 日に取得。
- AutomationDirect: 空気消費量、シリンダー空気消費量変数およびチューブ空気消費量のメモ。2026 年 6 月 4 日に取得。
- SMC：機種選定ソフトウェア、空圧コンポーネントを選定するための空気消費量と必要空気量の計算文脈。2026 年 6 月 4 日に取得。
- ENERGY STAR: 圧縮空気の漏れを最小限に抑える、圧縮空気漏れの損失範囲と漏れ削減目標。2026 年 6 月 4 日に取得。
- AutomationDirect ビデオ: 空圧シリンダの選定方法、推力マージンとシリンダ選定の文脈。2026 年 6 月 4 日に取得。