機械設計 #13：基本のエア回路 – 各記号を読む前に全体像をつかむ

自動機の設計で、空気圧は最も多く使われるシステムの一つです。

製品を押すシリンダ。ワークをクランプする機構。パレットを止めるストッパ。 NG 品を外へ払い出す機構。

外から見ると比較的単純ですが、図面に入ると多くの部分が直列に並んでいるのが分かります。コンプレッサ、レシーバタンク、空気処理機器、制御弁、スピードコントローラ、そしてシリンダです。

本稿は基本空気圧シリーズの導入です。目的は各弁の種類や力の計算式に深入りすることではなく、基本のエア回路が何で構成されるか、そしてエア回路図を左から右へどう読むかをつかむことです。図1 – 基本のエア回路システム

1. 基本のエア回路はどんな部分で構成されるか

自動機で使うエア回路は、通常4つの主なグループに分けられます。

圧縮空気の発生源
→ 空気処理機器
→ 制御機器
→ 駆動機器

内訳：

簡単に言えば、空気はコンプレッサで作られ、清浄化と圧力調整をされ、制御弁を通ってシリンダを前進または後退させます。

基本回路では、空気は通常この順で流れます。

外気
→ コンプレッサ
→ クーラ／ドレンセパレータ
→ エアレシーバタンク
→ エアドライヤ
→ FRLユニット
→ 方向制御弁
→ スピードコントローラ
→ エアシリンダ
→ 作業機構

ここで注意すべき点は、圧縮したあとの空気をそのままシリンダに入れるべきではないということです。

圧縮空気は、配管中の水分、粉塵、油、異物を含むことがあります。処理しないと、長期的には弁の固着、シリンダの不安定な動作、機器寿命の低下を招きえます。

そのため、空気が弁やシリンダに達する前に、通常は空気処理機器を通す必要があります。

エア回路では、FRL ユニットが非常によく現れます。

F = Filter     = フィルタ
R = Regulator  = レギュレータ（減圧弁）
L = Lubricator = ルブリケータ（給油器）

実際には、すべてのシステムが3つの部分をすべて使うわけではありません。今日の多くの機器は追加の給油を必要としないため、給油器の部分は使わないこともあります。

それでも、フィルタ と レギュレータ はほぼ常に非常に重要な部分です。

フィルタは空気中の水分と異物を除去します。レギュレータは機械や各機構グループへの供給圧を調整します。

圧力が低すぎると、シリンダは力が足りないことがあります。圧力が高すぎると、機構は強く当たり、うるさく、早く摩耗することがあります。

空気が処理され減圧されたあと、空気は制御弁へ行きます。

方向制御弁は、空気がシリンダのどちら側に入るかを決めます。複動シリンダでは、弁が状態を切り替えると、シリンダの片側に空気が供給され、もう片側は外へ排気されます。こうしてシリンダは前進または後退できます。

スピードコントローラは、シリンダの動作速度を調整するために使います。

実際の機械では、スピードコントローラは小さな部品ですが、機構の走行の「感触」にかなり大きく影響します。開けすぎるとシリンダは速く走り強く当たります。絞りすぎるとシリンダは遅く、または不安定に走ります。

機械図面では、エア回路は機器の実際の形状としては描かれないのがふつうです。代わりに標準記号が使われます。図2 – JIS記号のエア回路図

たとえば：

日本の機械設計の環境では、これらの記号は通常 JIS 規格に基づきます。

最初は少し難しく見えますが、空気の流れ方を理解すれば、図の読み取りははるかに容易になります。

エア図を見るときは、まずこの順で読みます。

空気源はどこか？
空気はどう処理されるか？
どの弁がどのシリンダを制御するか？
シリンダはどのエア経路で前進／後退するか？
速度はどこで調整されるか？
空気はどこで排気されるか？

これらの点を読めるだけで、基本のエア回路の骨格はつかめています。

本稿は、エア回路を全体として見るための導入にすぎません。

機械設計では、空気圧は「シリンダを付ければ終わり」ではありません。空気を作り、処理し、減圧し、方向を制御し、速度を調整し、シリンダが作業するまで、空気の経路全体を見る必要があります。

次の記事では、読みやすいように各部分を分けて扱います。たとえば：

先に全体をつかめば、各詳細に入るのがはるかに容易になります。