電磁弁のサイズ選定：シリンダーストローク時間から流量を計算 | ベプト空圧、ベプト工業の空圧製品ライン

Q: ポートサイズだけで電磁弁のサイズを選定できますか？

できません。1/4インチのポートは接続を示すだけで、内部の有効流量容量は示しません。まずシリンダーの方向別需要を計算します。次に、想定圧力で型式の空圧流量曲線、Cv方式、またはISO 6358データを確認します。最後に、接続されたチューブ、継手、速度制御、排気部品を検証してください。

電磁弁は、必要な移動時間に対して計算したシリンダーの伸長・収縮ストロークのうち、自由空気需要が大きい方を基準にサイズ選定します。次に、実際の入口圧力と出口圧力におけるメーカーの圧縮空気データを使って方向制御弁を選びます。最後に、機械上の供給経路と排気経路全体を検証します。ボア63 mm、ストローク300 mm、6 bar(g)で0.5秒伸長するシリンダーでは、チューブ容積と運転上の不確実性を考慮する前に、約777 L/min、または27.4 SCFMが必要です。

要点

63 mmの例で伸長に必要なのは27.4 SCFMであり、4桁のSCFM値ではありません。

単ロッドの伸長と収縮は別々に計算します。

需要を1社のメーカーの空圧定格方法に合わせます。

電磁弁の電気的応答とシリンダーの移動時間は異なる区間です。

動作要求を決める入力は何ですか？

Parkerが公開する1秒サイズ選定例は、シリンダー面積、12インチのストローク、80 psigの供給、圧縮係数、許容圧力降下という5つの定義値から始まります（Parker Hannifin、空圧バルブ製品エンジニアリングデータ、2026年取得）。同様に、300 mmのストロークを0.5秒で完了するなら平均ピストン速度は600 mm/sになりますが、空気需要を決めるのは残りの入力です。

バルブカタログを開く前に、運転点を書き出します。

入力	使う値	結果が変わる理由
ボア径とロッド径	実際のシリンダー図面	キャップ側とロッド側の面積を定義します
ストローク	加圧される移動量（mmまたはin）	室の容積変化を定義します
伸長時間と収縮時間	別々の生産限界	2方向で目標が異なる場合があります
最小バルブ入口圧力	コンプレッサー設定値ではなく動的圧力	利用できる圧力比を決めます
負荷と向き	ストローク中の力の方向	動き出しと必要な室圧に影響します
チューブと継手の形状	内径、長さ、曲がり、カプラ	充填容積と圧力損失を加えます
排気部品	スピードコントローラとサイレンサーの型式	入口経路と同程度に流量を制限することがあります

目標は単なるPLC指令時間ではなく、移動時間にするべきです。仕様を電気指令から終端センサ確認までとするのか、ピストンの初動から到着までだけとするのかを決めます。定義が違えば受入れ結果も変わります。PLCタイマーにバルブ切替と圧力上昇が含まれるなら、シリンダーが0.5秒全体を使えると仮定せず、それらの区間を明示的に確保してください。

用途レビューで最初に確認する質問として、通常もっとも有効なのは「シリンダーが動いている間、バルブにどれだけの圧力が残っているか」です。共通マニホールド、小さなカプラ、フィルターによってストローク中に使用可能圧力が落ちても、静止したレギュレータの表示は正常に見えることがあります。

バルブ選定前に確定すべき力と速度の入力については、空圧シリンダーピストン速度の計算ガイドを参照してください。

伸長流量と収縮流量はどう計算しますか？

NISTは標準大気1 atmを101,325 Paと定義し、1立方フィート毎分を28.31685 L/minに換算しています（NIST、圧力・気体流量の単位換算、2026年取得）。この2つの基準値により、ゲージ圧を絶対圧として使うことや、必要な時間・容積係数なしに立方インチ毎秒を直接SCFMへ換算することを避けられます。

単ロッドシリンダーでは、2つの有効面積を別々に計算します。

A_{\mathrm{ext}}=\frac{\pi D^{2}}{4}

A_{\mathrm{ret}}=\frac{\pi\left(D^{2}-d^{2}\right)}{4}

ここで、

$A_{\mathrm{ext}}$ はmm²またはin²で表すキャップ側ピストン面積です。
$A_{\mathrm{ret}}$ は同じ単位で表すロッド側の環状面積です。
$D$ はボア径です。
$d$ はロッド径です。

各面積にストローク $L$ を掛けて、幾何学的な室容積を求めます。

V=A L

基準温度と運転温度がほぼ等しい場合の分かりやすい初期見積りでは、その容積を絶対圧を使って等価自由空気量へ換算します。

Q_{N}=\frac{V}{t}\frac{p_{\mathrm{abs}}}{p_{N}}

ここで、 $Q_{N}$ は等価自由空気流量、 $V$ は室容積、 $t$ は許容ストローク時間、 $p_{\mathrm{abs}}$ は絶対基準でのシリンダー充填圧力、 $p_{N}$ は選択した基準圧力です。標準容積の慣例は異なる場合があるため、SCFMや標準L/minを報告するときは基準条件を明記してください。

等価自由空気流量とは、定めた基準条件で表した空気量で、許容区間中に室へ入る必要がある量です。この式は平均需要を見積もるもので、バルブ流量の式ではありません。実際には動作中に室圧が上がり、排気側には背圧が残り、配管容積も充填され、温度も過渡的に変化します。したがって、この結果で需要を定めた後、バルブメーカーの気体流量方法で機器を選定してください。

シリンダーが複ロッドまたはロッドレスの場合はどうでしょうか。データシートに記載された実際の有効面積と室容積を使います。製品ファミリー名だけを根拠に、両側が同じだと仮定しないでください。

実計算例：ボア63 mm、0.5秒ストロークのシリンダー

6 bar(g)では、大気基準に1.01325 barを使うと絶対圧と大気圧の比は約6.922です（NIST、2026年取得）。ボア63 mm、ストローク300 mmを0.5秒で完了する場合、この比から、配管容積を加える前の理想的な伸長需要は約776.7 L/min、または27.43 SCFMになります。

次の定義値を使います。

ボア $D=63$ mm
例としてのロッド径 $d=20$ mm
ストローク $L=300$ mm
両方向の目標時間 $t=0.5$ s
充填圧力 $p=6$ bar(g)
この初期計算では運転温度と基準温度を同じとする

伸長の計算

キャップ側の面積と容積は次のとおりです。

A_{\mathrm{ext}}=3{,}117.25\ \mathrm{mm^{2}}

V_{\mathrm{ext}}=0.9352\ \mathrm{L}

この室は、指定した圧力比で約6.473標準リットルを保持します。0.5秒で割ると12.946標準L/sとなり、776.7 L/minまたは27.43 SCFMに相当します。

収縮の計算

20 mmのロッドにより、ロッド側面積は2,803.09 mm²、室容積は0.8409 Lになります。同じ仮定では、収縮に必要なのは約698.5 L/minまたは24.67 SCFMです。需要が大きいため、最初のバルブ容量確認は伸長で決まります。

方向	有効面積	幾何学的容積	1ストローク当たりの等価自由空気量	0.5 s中の平均流量
伸長	3,117.25 mm²	0.9352 L	6.473 L	776.7 L/min, 27.43 SCFM
収縮	2,803.09 mm²	0.8409 L	5.821 L	698.5 L/min, 24.67 SCFM

ロッド径は明示した仮定であり、隠れた既定値ではありません。20 mmは実際のカタログ値に置き換えてください。バルブがシリンダーから離れている場合は、チューブと継手のデッドボリュームも加えます。この容積はピストン移動には寄与しませんが、反転のたびに加圧する必要があります。この過渡的な影響については、別のデッドボリュームとシリンダー応答時間の分析を参照してください。

ツールシリンダ選定シリンダ必要流量計算ツールボア、ロッド径、ストローク、目標時間、使用圧力を入力し、バルブ型式を選ぶ前に伸長と収縮の自由空気需要を比較します。必要流量 = シリンダ容積 / 目標時間 × 圧力比ボア径ロッド径ストローク長さ目標ストローク時間計算ツールを開く

この例は単位の落とし穴を示しています。シリンダー容積に圧力比を掛け、秒で割ると、元の容積単位での毎秒容積になります。容積が立方インチなら、SCFMへの換算には60を掛けて1,728で割る必要があります。この換算前にSCFMというラベルを付けると、答えが約29倍に膨らむことがあります。

需要をカタログ上のバルブ選定にどう変換しますか？

Parkerが公開する空圧サイズ選定例では、ボア3.25インチ、ストローク12インチ、供給80 psig、ストローク1秒から必要Cv 1.06を計算しています（Parker Hannifin、空圧バルブ製品エンジニアリングデータ、2026年取得）。空気を非圧縮性液体として扱わず、実際の圧力で選択したメーカーの空圧方法を適用して需要を換算してください。

27.43 SCFMを液体流量の近道でCvへ換算しないでください。空気は亜音速流にもチョーク流にもなり得るため、上流絶対圧、下流絶対圧、温度、試験の慣例が重要です。ISO 6358-1は、内部流路が固定または可変の空圧部品について定常状態の方法を定義しています（ISO 6358-1:2013、2022年確認）。したがって、カタログには次のいずれかが記載されます。

公開データ	使い方
L/minまたはSCFMの流量曲線	記載された入口・出口圧力と標準条件で容量を読み取ります
CvまたはKv	メーカーの空圧計算式、表、または選定ツールを使います
音速コンダクタンス $C$ と臨界圧力比 $b$	メーカーのISO 6358計算またはサイズ選定ソフトを適用します
方向別の経路定格	最大の見出し値だけでなく、実際に使う供給経路と排気経路を確認します

ポートねじは接続仕様であり、流量定格ではありません。同じ1/4インチの5/2バルブでも、スプール形状、パイロット構成、内部マニホールド、排気容量が異なることがあります。係数の基本はCvガイドで確認し、実際の型式については1社の圧縮空気方法に戻ってください。

確かなカタログ選定は4段階です。

この例では776.7 L/minという、方向別の大きい需要を使います。
動作中に想定される最小バルブ入口圧力を設定します。
カタログ方法に使う下流圧力または許容圧力損失を、根拠を持って設定します。
該当する流路が計算結果を満たすバルブを選び、コイル電圧、機能、デューティ定格、環境保護、パイロット圧力限界を確認します。

バルブ機能も回路に一致させる必要があります。一般的な複動シリンダーには4方向の方向制御機能が必要で、通常は5/2または5/3バルブで実現します。大流量の2/2プロセスバルブでは、その方向制御ロジックを置き換えられません。ポート機能については、4方向5ポートバルブがシリンダーを制御する仕組みを参照してください。

供給経路と排気経路を一緒にサイズ選定する必要があるのはなぜですか？

ISO 6358-3は、部品と配管のシステムを対象とし、亜音速およびチョーク状態の圧縮性流れを含みます（ISO 6358-3:2014、2025年確認）。各ストロークでは、1本の供給経路と反対側の排気経路を同時に使うため、両方を一緒にサイズ選定します。取付け後のチューブ、継手、速度制御、マニホールド、サイレンサーは、直列した絞りとして働きます。

バルブサイズ選定は4段階の連鎖です。カタログ容量の確認は必要ですが、測定した機上結果で検証を完了します。

5/2回路では、伸長に供給経路PからA、排気経路BからEAを使う場合があります。収縮ではPからB、AからEBを使います。カタログが経路ごとに異なる定格を掲載している場合は、両方の組み合わせを確認してください。入口経路に余裕があっても、小さな排気サイレンサーやほぼ閉じたメータアウト速度制御が、一方向を支配することがあります。

バルブ容量は製品ラベルではなく、経路の特性として考えてください。ストロークを支配する容量は、その瞬間の1本の供給経路と反対側の排気経路の組み合わせです。そのため、同じバルブボディでも、一方向のシリンダーだけが時間を外し、逆方向は合格することがあります。

抵抗負荷またはオーバーランする負荷を持つ複動シリンダーでは、通常、メータアウト制御から始めます。排気を計量し、先走ろうとする負荷に対して背圧を維持します。メータインにも正当な用途はありますが、自動的に精密位置決めを実現するわけではなく、補助する負荷では不安定になることがあります。付属の流量制御弁サイズ選定ガイドでは取付け方法を詳しく扱い、圧力降下のトラブルシューティングガイドでは流量が流れたときだけ現れる絞りの位置を調べます。

固定倍率ではなく、実際の不確実性から余裕を加える

Parkerの例の表では、1つの普遍的な割合を指定せず、許容圧力降下を2、5、10 psiに分けています（Parker Hannifin、2026年取得）。余裕は、名前を付けた運転ケースを再計算して加えます。追加容量が何を表すかを特定せず、すべての答えに1.2、1.3、1.5を掛けるよりも、こちらの方が説明できます。

シナリオを使って余裕を組み立てます。生産サイクル中に想定される最低入口圧力で選定を再計算します。チューブ容積を含めます。実際のロッド径を確認します。曖昧な平均値ではなく、許容される最悪のストローク時間を使います。別のアクチュエータが重なる場合は、その重なりをモデル化します。その後、記載したケースを満たす次のカタログサイズを選びます。

不確実性	より良い技術的対応
共通供給圧力が変動する	測定した最低動的圧力でサイズ選定する
バルブがシリンダーから離れている	加圧される両方の配管容積を加える
生産負荷が変化する	力の余裕を確認し、最大負荷を試験する
将来の高速レシピが決まっている	その記録された時間を2つ目の運転ケースとして計算する
カタログデータの標準条件が異なる	単位をそろえるか、メーカーの選定ツールを使う
アクチュエータが同時に動く可能性がある	時間的に実際に重なる需要だけを合算する

一律の係数を避けるのはなぜでしょうか。実際の問題が圧力低下なら、係数を加えても回路は小さすぎるままです。別の機械では、必要以上に大きく、高価で、滑らかな計量が難しいバルブになることがあります。名前を付けた不確実性は試験できますが、根拠のない割合は試験できません。

カタログ容量は十分に見えるのに機械が遅い場合は、バルブ流量とシステムのボトルネックガイドを使い、バルブの絞りと回路の残りを切り分けてください。

複数のシリンダーは計算をどう変えますか？

CAGIは、適切に設計されたシステムでは、コンプレッサー吐出から使用点までの総圧力降下を10%以下に抑えることを推奨しています（CAGI、圧縮空気の使用、2026年取得）。複数のシリンダーでは、時間的に重なる方向別流量需要だけを加え、そのピークを共通レギュレータ、マニホールド、供給配管に対して確認します。

すべてのストロークが同時に起こるのでない限り、全シリンダーの流量を加えないでください。PLCシーケンスから簡単なタイミング表を作ります。

時間帯	動作中のストローク	共通経路のサイズ選定に使う流量
Aだけが伸長	Aの伸長	$Q_{A,\mathrm{ext}}$
Bが収縮する間にAが伸長	2つの同時ストローク	$Q_{A,\mathrm{ext}}+Q_{B,\mathrm{ret}}$
Bが停止中にCが伸長	Cだけ	$Q_{C,\mathrm{ext}}$
全シリンダーが停止中	動作流量なし	漏れと制御空気の需要だけ

同時発生する合計の最大値を使って、共通レギュレータ、マニホールド供給、供給チューブを確認します。各分岐バルブには、個別の方向別経路確認も必要です。順番に動く場合、理論上すべてのストロークの合計で共通経路をサイズ選定すると需要を過大評価します。重なって動く場合、最大の単一シリンダーだけで選定すると過小評価します。

重なりの間にマニホールドの動的圧力が下がるなら、まず上流の絞りと蓄圧方法を確認します。ローカルレシーバーは、使用可能な圧力範囲、再充填時間、チェックバルブ構成、安全要件を計算した場合にだけ短いピークを支えられます。小さすぎるレギュレータや供給配管の代わりにはなりません。

機上でストローク時間をどう検証しますか？

CAGIは、コンプレッサー吐出圧力が2 psig余分に高くなるごとに、コンプレッサー動力が約1%増えると報告しています（CAGI、圧縮空気の使用、2026年取得）。機械上でタイムスタンプと動的圧力を使ってストロークを検証します。遅いアクチュエータ1台を救うために工場の設定値を上げると、局所的な絞りを隠し、別の場所で継続的なエネルギー損失を生むだけです。

生産負荷、実際のシーケンス、通常の供給条件で選んだバルブを試運転します。

電気指令、初動、終端センサのタイムスタンプを別々に記録します。
各ストロークでバルブ入口とシリンダー両ポートの圧力を記録します。
システムが運転温度に達した後、伸長と収縮を数回測定します。
クッションニードルと速度制御が、最短時間ではなく安定した減速になるよう設定されていることを確認します。
機械の同時空気需要が最大になるときにも試験を繰り返します。

タイミング波形では、3つの区間を分けます。

バルブ切替遅れ：電気指令から新しい流路が確立するまで。
圧力上昇遅れ：流路が変わってからピストンが動き出すまで。
移動時間：ピストンの初動から終端位置まで。

データシートのバルブ応答時間は、記載された試験条件における最初の区間を示します。長いチューブを充填する時間、負荷と摩擦に打ち勝つ十分なシリンダー圧力を作る時間、ピストンが300 mm移動する時間は含みません。したがって、バルブ応答20 msであっても、指令からセンサまで500 msという要求に合格する証明にはなりません。電磁弁応答時間の測定ガイドでは、電気と空圧のタイミング境界を詳しく説明しています。

入口圧力が維持されているのに充填ポートの圧力上昇が遅い場合は、バルブ経路、チューブ、継手内径、供給側コントローラを確認します。入口圧力が下がるなら、レギュレータ、フィルター、マニホールド供給、同時需要へ上流側に移って確認します。両室の圧力が妥当に見えるのに動作がためらう場合は、負荷、芯合わせ、シール摩擦、動き出し挙動を調べます。

動的ストローク検証は、生産負荷下で指令、初動、到着、流動中の圧力を記録する計時試験です。受入記録には、バルブ型式、コイル、ファームウェアの時間定義、チューブサイズ、コントローラ設定、負荷、温度、動的圧力波形、測定時間を残します。この記録があれば、後の保守変更を主観ではなく診断可能な形で評価できます。

電磁弁サイズ選定FAQ

Parkerの1秒例では、定義されたシリンダー、圧力、許容圧力降下からCv 1.06に達します。一方、ISO 6358は部品試験とシステム計算を分けています（Parker Hannifin、2026年取得；ISO 6358-3、2025年確認）。以下の4つの回答では、動作需要、カタログデータ、電気的応答、取付け後性能の違いを保ちます。

ポートサイズだけで電磁弁をサイズ選定できますか？

できません。1/4インチポートは接続を示すだけで、内部の有効流量容量は示しません。まずシリンダーの方向別需要を計算します。次に、想定圧力で型式の空圧流量曲線、Cv方式、またはISO 6358データを確認します。最後に、接続されたチューブ、継手、速度制御、排気部品を検証してください。

伸長流量と収縮流量のどちらでサイズ選定すべきですか？

両方を計算し、バルブの初期容量確認では支配的な方向を使います。63 mmボア、20 mmロッド、両方向0.5秒の例では、伸長が776.7 L/min、収縮が698.5 L/minです。目標時間が異なる場合や負荷が動作を助ける場合は、難しい方向が変わることがあります。

大きなバルブならシリンダーのストローク時間は必ず短くなりますか？

なりません。別の部品が支配的な絞りになると、バルブ容量を増やしてもストロークは短くなりません。チューブ内径、レギュレータの圧力降下、継手、速度制御設定、サイレンサー、クッション、負荷、摩擦が限界を決めることがあります。バルブサイズを変える前に動的圧力と、指令・動き出し・移動の各時間を測定してください。

バルブ応答時間はシリンダーのストローク時間に含まれますか？

仕様の境界によります。指令からセンサ確認までの時間には、バルブ切替、圧力上昇、ピストン移動、クッション、センサ応答が含まれます。初動から終端位置までの時間には、それより前の遅れは含まれません。要求の境界を明記し、各区間を測定して、高速なコイルを高速なアクチュエータシステムと取り違えないようにしてください。

最終選定ルール

ボア63 mm、ストローク300 mmの計算例では、6 bar(g)で0.5秒の理想的な伸長に776.7 L/min、または27.43 SCFMが必要です（NIST換算資料、2026年取得）。最終選定では、メーカーの方法と取付け後経路の試験を加えます。計算した需要は出発点であり、見出し上の流量が大きいバルブならどれでもストロークを達成できるという保証ではありません。

最終ルールは簡潔です。両方の室の需要を計算し、実際の運転圧力でバルブメーカーの圧縮空気方法を使って選定し、該当する供給経路と排気経路を確認し、動作全体を動的に検証します。未知の入力があれば測定してください。この規律により、ポートサイズだけの推測ではなく、再現可能な選定と明確な試運転試験が得られます。

特定のシリンダーストローク時間に合わせた電磁弁のサイズ選定

Eric Zhou