マグネット式ロッドレスシリンダの離脱力計算と選定 | ベプト空圧、ベプト工業の空圧製品ライン

Q: 磁気保持力は空圧シリンダ推力と同じですか？

いいえ。空圧推力は圧力とピストン面積で生じます。磁気保持力は内部ピストンから外部キャリッジへ伝達できる軸方向力を制限します。ガイドの力・モーメントも別に確認します。

Q: 横荷重で磁気結合が離脱することはありますか？

横荷重を一律の磁力低下率へ換算することはできませんが、ガイド摩擦、キャリッジ傾き、走行すき間、ガイド負荷を増やし、軸方向需要が結合限界を超える原因になります。

Q: 離脱したピストンとキャリッジはどう再結合しますか？

圧力と機械エネルギーを隔離し、荷重を固定して位置を確認し、対象メーカーの再結合手順に従います。稼働中の機械でキャリッジを無理に押し込んではいけません。

Q: 離脱力は手持ちのフォースゲージで測定できますか？

管理された治具と定義済み試験状態がある場合に限ります。無加圧の組立品を引くと内部ピストンも動き、シール・軸受摩擦が測定値に加わることがあります。

磁気結合離脱力とは、マグネット式ロッドレスシリンダ内部のピストンと外部キャリッジが同期を維持できなくなる軸方向力です。Parkerはこれを磁気プルオフ力と呼び、P1Zの5つの内径で157～942 Nを示しています。SMCは磁石保持力という用語を使い、CY3B/CY3Rの9つの内径で19.6～2,256 Nを公表しています。

これらの数値はメーカーの製品データに基づきます（Parker、SMC、2026-07-23参照）。

この二つの範囲から、最初の選定原則が分かります。離脱力は製品固有の定格であり、すべてのマグネット式シリンダに共通する特性ではありません。計算には、負荷の軸方向抵抗、加速度、取付方向、ガイド摩擦、荷重オフセット、使用圧力、速度、停止エネルギーも含めます。空圧推力が十分な内径でも、磁気結合またはガイド構成が不適切な場合があります。

要点

磁気保持力が制限するのは軸方向伝達力であり、キャリッジの横荷重・モーメント定格ではありません。

必要軸方向力を計算し、対象メーカーの許容駆動力とオフセット限界を適用します。

圧力、速度、停止エネルギー、ガイド、再結合安全性は別々に確認します。

外部ガイドロッドで負荷キャリッジを支持するマグネット式ロッドレスシリンダ — 閉鎖された非磁性圧力チューブを介し、内部ピストンが磁気吸引力で外部キャリッジを駆動します。横力とモーメントの支持方法はガイド構成で決まります。

磁気結合離脱力は何を定格化しているのか？

ParkerはP1Zについて、6 bar時の理論推力と最大磁気結合力を併記しています。内径32 mm機種では483 Nと703 Nです。つまり同カタログは、空圧推力と磁気による軸方向伝達を別の技術限界として扱っています（Parker P1Zカタログ、2026-07-23参照）。

ピストン面積が空圧推力を生み、磁気組立品が閉鎖チューブ壁を越えて伝達できる軸方向力を制限します。結合部がキャリッジ側の要求力を伝達できる間、ピストンとキャリッジは整列して動きます。抵抗が限界を超えると、キャリッジが停止または遅れてもピストンだけが動き続けることがあります。

これは一般的なロッドシリンダの始動抵抗とは異なります。通常のロッドシリンダでいうブレークアウェイ力は、動き始めのシール・軸受の静止摩擦を超える力を指すことが多い一方、マグネット式ロッドレスシリンダの磁気プルオフまたは離脱は別の故障モードです。調達資料ではメーカーの正確な用語と単位を使います。

磁気保持力は、内部・外部磁石列の軸方向離脱しきい値です。許容駆動力は、選定機種の力・荷重オフセットデータから読む用途限界です。ガイド容量は、キャリッジまたは外部レールに許される横力とモーメントです。これらは相互に置き換えられません。

この定格は、キャリッジが横荷重を支えられることも証明しません。磁気力は軸方向運動を伝達します。基本キャリッジ、内蔵すべり軸受、ボールガイド、外部ガイド付き負荷では、磁気保持力が同じでも許容力・モーメントが異なります。ロッドレスシリンダの荷重支持機構ガイドで、ガイドを別に確認する方法を説明しています。

磁気力はカタログ限界であり、逆二乗則の近道ではない

現行SMC CY3Rデータには、内径6 mmの19.6 Nから63 mmの2,256 Nまで、9つの機種固有保持力があります。選定手順ではさらに、軸方向抵抗と荷重作用点オフセットに基づく許容駆動力曲線を適用します（SMC CY3B/CY3Rカタログ、2026-07-23参照）。

単純な逆二乗式では、この製品挙動を再現できません。磁気回路には複数の磁石、磁極片、非磁性チューブ壁、半径すき間があり、二つの磁石列が離れ始めると軸方向オフセットも変化します。磁石材質と温度も影響しますが、その影響は選定組立品に固有で、技術全体に共通する割合ではありません。

磁気保持力 is only the middle constraint. Pneumatic thrust and guide capacity must be checked independently.

汚染は、この区別が重要な理由を示します。露出チューブ上の異物は、すべり抵抗を増やし、ガイド動作を妨げ、表面を損傷することがあります。鉄系異物はキャリッジへ引き寄せられる場合があります。これらから磁気力が一律に10%、20%、50%低下すると決めることはできません。実際の抵抗を測定し、組立品を点検してください。

軸方向力の収支を組み立てる方法

SMC CY3B/CY3Rの機種選定入力には、負荷質量、接続金具質量、ガイド摩擦係数、使用圧力、速度、ストローク、取付方向、荷重作用距離があります。水平、傾斜、垂直で抵抗計算が異なるため、可搬質量だけでは選定できません（SMC選定カタログ、2026-07-23参照）。

機械レベルの一次確認では、必要軸方向力を次式で定義します。

F_{\mathrm{d}} = F_{\mathrm{process}} + F_{\mathrm{guide}} + m a + m g \sin\theta

ここで $F_{\mathrm{d}}$ は必要軸方向力（N）、 $F_{\mathrm{process}}$ は対向するプロセス力、 $F_{\mathrm{guide}}$ は測定または保守的に推定したガイド抵抗、 $m$ は総移動質量（kg）、 $a$ は軸方向加速度（m/s²）、 $g$ は重力加速度、 $\theta$ は水平から測った走行角度です。

単純なすべりガイドでは、一次摩擦項を次式で表せます。

F_{\mathrm{guide}} = \mu m g \cos\theta

係数 $\mu$ は、設置したガイドとその状態を表す必要があります。予圧、シール、ケーブルベア、芯ずれ、プロセス接触が抵抗を大きく変える場合に一般値を流用しないでください。シリンダから分離したガイド負荷をフォースゲージまたは電動引張試験で測定する方が、推測係数より有用なことが多くあります。

一次受入関係は次式です。

F_{\mathrm{d}} \leq F_{\mathrm{allow,model}}

右辺はカタログ表紙の保持力と自動的に同じではありません。まず対象機種、荷重オフセット、取付方法、デューティに対するメーカーの許容駆動力曲線または表を使います。その後、直接搭載質量、力・モーメント定格、使用圧力、ピストン速度、停止エネルギーを別々に確認します。

計算例：水平ガイド負荷

仮想の8.8 kg組立品を3.0 m/s²で加速し、ガイド摩擦係数0.08、プロセス抵抗10 Nとすると、一次軸方向需要は43.3 Nです。ただしCY3B/CY3Rを承認する前に、SMC方式で荷重オフセットと対象機種の許容駆動力曲線を確認する必要があります（SMC、2026-07-23参照）。

仮定条件：

可搬物と接続金具：8.8 kg
水平走行： $\theta = 0^\circ$
軸方向加速度：3.0 m/s²
例示用ガイド摩擦係数：0.08
対向プロセス力：10 N

推定ガイド抵抗は次のとおりです。

F_{\mathrm{guide}} = 0.08 \times 8.8 \times 9.81 = 6.9\ \mathrm{N}

必要軸方向力は次のとおりです。

F_{\mathrm{d}} = 10 + 6.9 + (8.8 \times 3.0) = 43.3\ \mathrm{N}

この結果は負荷側要求であり、シリンダ選定結果ではありません。次に、実荷重オフセットにおける対象機種の許容駆動力と $F_{\mathrm{d}}$ を照合します。負荷を基本CY3Rキャリッジに直接取り付ける場合、SMCは内径ごとに直接搭載質量も制限しています。外部ガイドが負荷を支える場合、接続部はシリンダのたわみを許容し、こじれを生じない構造にします。

空圧推力も、動作中にシリンダへ実際に供給される圧力で同じ負荷需要を上回る必要があります。背圧が大きい場合は両ポート圧力を使います。シリンダ推力損失ガイドで圧力側の確認を説明し、シリンダ推力計算ツールで理論推力を一次計算できます。

カタログ保持力と計算軸方向需要に大きな差があっても、そのまま同じ大きさの安全余裕にはなりません。荷重オフセットで許容駆動力が下がり、直接搭載質量が不合格になり、ストッパ衝突で許容運動エネルギーを超えることがあります。異なる限界を一つの割合にまとめず、各使用率を個別に報告します。

動的停止、圧力、速度はそれぞれ別の制約

SMCはCY3B各サイズについて0.007～5.07 Jの許容中間停止エネルギーと圧力限界を示しています。Parkerは動的力をP1Z磁気結合力未満に保つよう求めています。したがって静的保持力の比較だけでは、高速軸やハードストップを承認できません（SMC、Parker、2026-07-23参照）。

減速前の運動エネルギーは次式です。

E_{\mathrm{k}} = \frac{1}{2} m v^2

ここで $E_{\mathrm{k}}$ は運動エネルギー（J）、 $v$ はキャリッジ速度（m/s）です。対象クッション、バンパ、ショックアブソーバ、中間停止の限界と比較します。ピストンが加圧されたまま負荷が外部ストッパに当たると、静止キャリッジにピストン推力が作用して磁石が離脱することがあります。

圧力を上げても永久磁石の結合力は強くなりません。結合部へ作用するピストン推力が増えるだけです。このため、シリンダの一般最高使用圧力より低い値を、垂直運転や外部中間停止に規定するメーカーがあります。停止不良をレギュレータ圧力の増加で直そうとすると、詰まり時の離脱を起こしやすくなります。

速度にも同じ注意が必要です。負荷加速力は動作プロファイルで決まり、終端運動エネルギーは速度の二乗で増えます。磁気力だけを限界とせず、加速度を下げ、減速距離を延ばし、クッションを調整し、適切な外部ショックアブソーバを使います。エネルギー計算は外部ショックアブソーバ選定ガイドを参照してください。

以前は安定していたシリンダが離脱する理由

ParkerはP1Zの5つのプルオフ力を157～942 Nとし、超過しないよう指示しています。負荷変更なしに離脱が始まった場合は、磁石の弱化と決める前に、新たな抵抗、芯ずれ、ガイド摩耗、ストッパ接触、圧力、キャリッジとピストンの同期を調べます（Parker P1Z取扱説明書、2026-07-23参照）。

観測	考えられる原因	確認
ストロークの一位置で離脱	チューブ損傷、異物、ガイド芯ずれ、局所干渉、ケーブルベア抵抗	安全に駆動を切り離し、全ストロークの負荷抵抗を測定
加速時だけ離脱	加速力または圧力立上がりが急すぎる	動作プロファイルと両ポート圧力を記録
ストッパ位置で離脱	停止エネルギー、残留ピストン推力、ストローク調整不良	速度、質量、圧力、停止方法をカタログと比較
抵抗が徐々に増加	ガイド摩耗、汚染、潤滑不良、シール抵抗、取付ずれ	ガイド遊び、表面、金具、シリンダたわみを点検
離脱後に垂直負荷が移動	重力負荷を磁気結合で保持できない	危険を隔離し、設計された負荷保持策を追加

横荷重はガイド抵抗を増やし、キャリッジ整列を変えるため、この調査に含めます。ただし推測の磁力低下率へ換算してはいけません。荷重中心、オフセット、ピッチ・ロール・ヨーモーメントを図示し、選定ガイドの定格と比較します。

温度もアクチュエータ完成品の仕様で確認します。現行SMC CY3Rは凍結なしで-10～60°C、Parker P1Z取扱説明書は0～60°Cです。これらは製品使用限界であり、ネオジム磁石・フェライト磁石一般のディレーティング表ではありません。

現場診断と管理された再結合

Parker P1Z取扱説明書は5内径を対象とし、磁気保持力を超えるとピストンとキャリッジが離脱すると警告しています。強磁界、挟まれ動作、排気後の残圧も示しています。したがって再結合は管理された保全作業であり、稼働中の機械を押して直す作業ではありません（Parker、2026-07-23参照）。

次の診断手順を使用します。

機械を停止し、全エネルギー源を隔離し、吊り荷を固定し、機械・シリンダ説明書に従って空圧状態を確認します。
内部ピストンと外部キャリッジが実際に同期を失っているか確認します。ガイド損傷や負荷金具の緩みでも似た症状になります。
承認された接続方法でプロセス負荷を外すか駆動を切り離し、外部ガイドの全ストローク抵抗を測定します。
チューブ、キャリッジ、ガイド、金具、ケーブルベア、センサ、エンドストップ、周囲の鉄系異物を点検します。
対象メーカーの手順に従い、ピストンとキャリッジを指定再結合位置へ動かします。手を挟まれ領域へ入れないでください。
管理圧力・低速で始動し、位置検出、全ストローク動作、クッション、負荷抵抗を確認してから自動運転へ戻します。

手持ちフォースゲージは、定義済み治具と試験状態があれば有用です。無加圧組立品のキャリッジを引くとピストンも動き、磁気離脱しきい値だけでなくピストンシール摩擦を含むことがあります。メーカー試験法を使うか、同じ条件で完成品を記録済み基準と比較してください。

経験上、全ストローク抵抗波形を取る方が、別のカタログ比較より早く原因を特定できます。切り離した負荷を動かす力を記録し、抵抗変化位置を圧力・動作データと合わせます。これにより、結合部の問題と、ガイド、金具、ケーブルベア、ストッパの問題を分けられます。

選定・RFQチェックリスト

SMCはCY3B/CY3Rを9内径で提供しますが、選定には内径とストローク以上の情報が必要です。根拠あるRFQには、力、荷重オフセット、ガイド構成、取付方向、圧力、速度、停止方法、環境、故障時対応を含めます。これによりサプライヤーは正しい力・エネルギーデータを適用できます（SMC、2026-07-23参照）。

RFQ入力	重要な理由
現メーカー、シリーズ、内径、ストローク、保持力仕様	適用する磁気・寸法データを特定
治具・接続金具を含む総移動質量	重力・慣性項を設定
荷重中心と力作用点オフセット	ガイドモーメントと許容駆動力を決定
外部ガイド方式と測定または推定抵抗	軸方向結合需要と荷重支持を分離
取付方向と走行角度	軸方向重力成分を加減
動作中のシリンダ両ポート圧力	利用可能な正味推力と排気背圧を確認
目標速度、加速、減速、サイクル頻度	動的力、流量、発熱、停止エネルギーを定義
クッション、ショックアブソーバ、ストッパ、中間停止方法	運動エネルギーの吸収方法を決定
温度、洗浄、粉じん、鉄粉暴露	環境適合性と保全性を確認
空気喪失または磁気離脱後の挙動	防護、検出、負荷保持要求を定義

力計算ではなく方式選定を行う場合は、磁気結合と機械結合のロッドレス方式比較で故障モードを比較してください。マグネット式は閉鎖圧力チューブと非破壊的な離脱モードを実現できますが、機械側が離脱を検出可能で管理されたイベントとして扱う必要があります。

磁気結合離脱力に関するFAQ

SMCはCY3Rの磁石保持力を19.6～2,256 N、ParkerはP1Zのプルオフ力を157～942 Nとしています。つまり共通の磁気離脱力はありません。用途適否は、正確なシリーズ、内径、ガイド、荷重オフセット、圧力、速度、停止方法で決まります。

磁気保持力は空圧シリンダ推力と同じですか？

いいえ。空圧推力は圧力がピストン面積に作用して生じます。磁気保持力は内部ピストンから外部キャリッジへ伝達できる軸方向力を制限します。ParkerはP1Zについて両方を公表しており、別々に確認すべきことが分かります。ガイドの力・モーメントには3つ目の確認が必要です。

空気圧を上げると磁気結合力も強くなりますか？

いいえ。圧力を上げるとピストン推力は増えますが、永久磁石の保持力は増えません。詰まりや外部中間停止時には、増えた推力が静止キャリッジに作用して結合を離脱させることがあります。一般圧力定格だけでなく、垂直運転・停止条件の機種固有限界に従ってください。

横荷重で磁気結合が離脱することはありますか？

横荷重を一律の磁力低下率へ換算することはできません。横荷重はガイド摩擦を増やし、キャリッジを傾け、走行すき間を変え、ガイドを過負荷にする可能性があります。その結果、軸方向需要が増えて結合が離脱することがあります。選定ガイドの力・モーメント定格を確認し、設置抵抗を測定します。

離脱したピストンとキャリッジはどう再結合しますか？

圧力と機械エネルギーを隔離し、荷重を固定し、ピストンとキャリッジ位置を確認して、対象メーカーの再結合手順に従います。Parkerは所定の接続手順を示し、挟まれ動作、強磁界、残圧を警告しています。稼働中の機械でキャリッジを無理に押し込んではいけません。

離脱力は手持ちのフォースゲージで測定できますか？

管理された治具と定義済み試験状態がある場合に限ります。無加圧の組立品キャリッジを引くと内部ピストンも動き、シール・軸受摩擦が測定値に加わることがあります。メーカー試験法を使い、正しい部品を拘束し、残圧を管理し、再現可能な温度・整列条件で比較します。

出典と技術資料

SMC CY3Bマグネット式ロッドレスシリンダカタログ。仕様、保持力、垂直荷重限界、圧力限界、中間停止エネルギー。2026-07-23参照。
SMC CY3B/CY3R機種選定カタログ。運転入力、許容駆動力曲線、荷重オフセット、たわみ、直接荷重、取付指針。2026-07-23参照。
Parker P1Z取扱説明書。磁気プルオフ力、離脱警告、試運転、再結合、残圧、磁界安全。2026-07-23参照。
Parker P1Z製品カタログ。理論推力、磁気結合力、ストローク、圧力、速度、ガイド、クッションデータ。2026-07-23参照。

マグネット式ロッドレスシリンダの磁気結合離脱力の仕組み

Jack Chen