油圧シリンダは油圧システムの主要なアクチュエータであり、油圧流体圧力を制御された線形力と運動に変換します。建設掘削機から精密製造ロボットまで、過酷な条件下での高い力 / サイズ比、精密制御、信頼性の高い性能を提供できるため、業界にユビキタスです。しかし、すべての油圧シリンダが同一であるわけではありません。各タイプは、ストローク長、力の方向、スペース制約、メンテナンスアクセシビリティなどの特定の運用ニーズに対応するように設計されています。この記事では、最も一般的な油圧シリンダの種類、その設計原理、性能特性、および業界固有のアプリケーションの技術的概要と、エンジニアリングおよび調達決定の指針となる主要な選択基準を提供します。

 

 

1.基礎油圧シリンダー部品

シリンダータイプを探る前に、その機能を定義するコアコンポーネントを理解することが重要です。これらの部品はほとんどの設計で一貫していますが、タイプによって構成が異なります。

 

| コンポーネント | 機能 | 重要な設計考慮事項 |

|---------------------|--------------------------------------------------------------------------|------------------------------------------------------------------------------------------------|

| シリンダバレル|油圧流体を含み、ピストンの動きをガイドする中空チューブ。| 材料 （ 工業用炭素鋼、耐食性ステンレス鋼 ） 、壁厚 （ 内部圧力に耐えるため ） 。|

| ピストン | バレルを 2 つの流体室に分離する円筒形コンポーネント。流体圧力を直線運動に変換します。| シール互換性 （ 油圧流体との ） 、材料 （ 低摩擦のための鋳鉄、鋼、またはポリマー ） 、直径 （ 力出力を決定 ： * 力 = 圧力 × ピストン面積 * ） 。|

| ピストンロッド | ピストンを外部負荷に接続し、バレルから線形運動を伝達します。| 表面仕上げ （ Ra 0.2 〜 0.8 μ m 、シール摩耗を低減 ） 、材料 （ 耐久性のために硬クロムメッキ付き合金鋼 ） 。|

| エンドキャップ （ ヘッド & キャップ ）|バレルの端部をシールします。「頭部」にはロッドグランド （ ロッドシール用 ） が含まれており、「キャップ」は閉じた端部です。| ポートの配置 （ 流体入口 / 出口用 ） 、取付機能 （ フランジ、トリニオン、またはクリーブ ） 、シール統合 （ 漏れを防ぐため ） 。|

| シーリングシステム|コンポーネント （ ロッドシール、ピストンシール、ワイパーシール ） 間の流体漏れを防止し、圧力分離を維持します。| 材料 （ 一般使用用ニトリル、高温用 Viton ® 、耐化学性 PTFE ） 、デザイン （ U カップ、 O リング、リップシール ） 。|

| 油圧港|エンドキャップのねじ開口部による流体流動； システムの流量に合わせてサイズ設定 （ 圧力低下を最小限に抑えるため ） 。| ポートサイズ （ 例、½” NPT, M16x1.5); location (varies by cylinder type-single-acting vs. double-acting). |

 

 

2.油圧シリンダの主なタイプ

油圧シリンダは、力の方向、構造方法、またはストローク設計によって分類されます。以下は、特定のアプリケーションに最適化された最も広く使用されているタイプです。

 

 

2.1シングルアクションシリンダー （ SAC ）

単作用シリンダーは、油圧を使用して一方向のみの力 （ 通常は伸張力 ） を生成します。引き込みは外力 （ 重力、荷重、スプリング、または補助機械システム ） に依存します。

 

デザインの特徴

- 1 つの油圧ポート （ 「キャップ端」 ） 、「ヘッド端」のポートなし （ 引き込みは加圧流体を必要としないため ） 。

- オプションの内部スプリング （ 軽負荷アプリケーション用、例えば、小型ドアアクチュエータ ） または外部重量 （ 重荷の場合、例えば、ダンプトラックベッド ） 。

- 簡素化されたシールシステム （ ピストンシールのみ必要、引き込み用のロッドシールなし ） 。

 

性能特性

- 力出力 ： 伸張に制限されます （ 引き込み力は外部負荷 / スプリング強度に依存します ） 。

- コスト ： 二重作用シリンダーより 30 〜 50% 低 （ コンポーネントが少なく、設計がシンプル ） 。

- 効率 ： 低圧降 （ ポート / バルブ数が少ない ） 。低サイクルアプリケーションに最適です。

 

理想的な用途

- ダンプトラックのベッド （ 拡張がベッドを持ち上げた後、重力がシリンダーを引き込みます ） 。

- 車両のリフト （ 圧力が緩和されるとスプリングまたは重力がシリンダーを引き込みます ） 。

- クランプ装置 （ スプリングはピストンを引き込み、クランプを解放します ） 。

- 農業用具 （ 例 ：トラクター犁のリフト、重力が引き込みを助ける ） 。

 

 

2.2二重作用シリンダー （DAC）

二重作用シリンダは、油圧を使用して伸張方向と引き込み方向の両方に力を発生させ、各ストロークは加圧流体によって駆動されます。

 

デザインの特徴

- 2 つの油圧ポート （ 拡張用のキャップ端に 1 つ、引き込み用のヘッド端に 1 つ ） 。

- フルシールシステム （ ピストンシールが 2 つのチャンバーを分離し、ロッドシールは両方のストローク中に漏れを防止します ） 。

- 対称または非対称のピストン設計：

- 対称 ： 両側に等しいピストン面積 （ 伸張 / 引き込みの力に等しい； ロッド変位による引き込みの遅い ） 。

- 非対称 ： キャップ端のピストン面積が大きくなります （ 伸張力が高く、ヘッド端の流体容積が小さいため、引き込みが早くなります ） 。

 

性能特性

- 力出力： 両方向に制御可能 （ 伸張力 = 圧力 × ピストン面積； 引き込み力 = 圧力 × （ ピストン面積 — ロッド面積 ） ） 。

- 汎用性： ハイサイクル、双方向運動に適しています （ 例、ロボットアーム、コンベア · リフト ）

- 複雑さ ： 単一作用よりも高い （ 流体の流れを切り替えるために 4 ウェイ方向バルブが必要です ） 。

 

理想的な用途

- 建設機器 （ 掘削機アームジョイント、クレーンブーム延長 — 正確な双方向制御が必要です ） 。

- 製造プレス （ スタンピング、鍛造 — クランプと部品を解放するために両方向に等しい力が必要です ） 。

- マテリアルハンドリング （ フォークリフトリフトシリンダー、コンベアアクチュエータ — 滑らかで制御された上下運動が必要です ） 。

- 自動車組立ライン （ ロボット溶接機、部品位置決めシステム — ハイサイクル、双方向運動 ） 。

 

 

2.3タイロッドシリンダー

タイロッドシリンダーは、その構造方法によって定義されます。高強度のねじ付きロッド （ タイロッド ） は、溶接継ぎ手を置き換えて、ヘッドとキャップをバレルに固定します。

 

デザインの特徴

- 4 〜 12 本のタイロッド （ バレルの周りに均等に配置 ） はナットで固定され、バレルの前負荷と圧力による分離を防ぐために締め付けられている。

- モジュラー設計 ： シール交換またはメンテナンスのために簡単に分解 （ 単にタイロッドを取り外す ） 。

- メーカー間で交換可能な標準寸法 （ ISO 6022 、 NFPA T 3.6.7 準拠 ） 。

 

性能特性

- 定格圧力 ： 標準モデルでは最大 3，000 psi （ 207 bar ） 、高圧型 （ 最大 5，000 psi / 345 bar ） では厚いタイロッドを使用します。

- メンテナンス ： 低コストで高速 （ 内部コンポーネントにアクセスするために溶接する必要はありません ） 。

- サイズ ： 溶接シリンダーよりもバルク （ タイロッドは外径を追加します ） 、スペースに制約のあるアプリケーションでの使用を制限します。

 

理想的な用途

- 産業機械 （ 工場プレス、射出成形機 — メンテナンスが容易な高い稼働時間のために重要です ） 。

- 固定設備 （ 油圧リフト、材料コンベア、タイロッドのスペース制限なし ） 。

- 水処理プラント （ ステンレス製タイロッドを備えた耐食性型 ） 。

 

 

2.4溶接ボディシリンダー

溶接ボディシリンダー （ または「溶接シリンダー」 ） は、永久溶接を使用してヘッドとキャップをバレルに直接取り付け、タイロッドを排除します。

 

デザインの特徴

- 構造剛性のためのシームレスバレルからエンドキャップへの溶接 （ 通常は TIG または MIG 溶接 ） 。外部ファスナーなし。

- コンパクトなフットプリント （ 同じボアサイズのタイロッドシリンダーよりも外径が 30 〜 50% 小さく ） 。

- 重型構造 ： 溶接は応力を均等に分配し、より高い圧力定格を可能にします。

 

性能特性

- 定格圧力 ： 標準モデルでは最大 5，000 psi （ 345 bar ） 、超高圧バリエーション （ 最大 10，000 psi / 690 bar ） は重負荷使用向けです。

- 耐久性 ： 振動や衝撃に耐性 （ モバイル機器に最適 ） 。

- メンテナンス ： タイロッドシリンダーよりも複雑 （ 分解するには切断と再溶接が必要 — プロフェッショナルに任せる最善 ） 。

 

理想的な用途

- 移動機器 （ 建設用ショベル、農業用トラクター ） — コンパクト設計が要求されるスペース制約。

- オフロード機械 （ 鉱山トラック、林業機器 — 耐衝撃 / 耐振性が重要です ） 。

- 高圧システム （ 油田機器、重型リフト溶接構造は極圧を処理します ） 。

 

 

2.5望遠鏡式シリンダー （ 多段式シリンダー ）

望遠鏡式シリンダは、複数の入れ子ステージ （ 直径の減少する同心バレル ） を特徴とし、コンパクトな引き込み長さから長いストロークを供給するために順次伸びます。

 

デザインの特徴

- 2 〜 6 段 （ 各段は次のより大きな段のピストンとして機能する ） 、引き込み長は延長長の 20 〜 30% です。

- 単一または二重作用 ：

- 単一作用 ： 最も一般的 （ 圧力による伸張、重力 / 負荷による収縮 ） 。

- 二重作用 ： 稀 （ 引き込み圧力のために各ステージの内部流体通路が必要 ） 。

- 軽量素材 （ アルミニウムまたは合金鋼 ） により、ステージ重量を最小限に抑えます。

 

性能特性

- ストローク長さ： 標準シリンダーよりも最大 10 倍長い （ 例 ：1 フィートの引き込み長さから 10 フィートの延長長さ ） 。

- フォース出力 ： 拡張ステージごとに減少します （ 小段ではピストン面積が小さくなります ） 。

- 安定性 ： 注意深い位置合わせが必要です （ 長い延長長は側面荷重下で曲がりやすい ） 。

 

理想的な用途

- ダンプトラック （ コンパクトなベッド下マウントから長いストロークでベッドを 45 〜 60 ° に持ち上げます ） 。

- 車両のテールゲート （ 外部ランプなしで重い物を積載 / 降ろすために拡張 ） 。

- 建設クレーン （ 高標高に達するためにブームセクションを拡張します ） 。

- 農業用スプレー （ 広い作物列をカバーするためにブームを拡張します ） 。

 

 

3.専門 油圧シリンダー  

ユニークな動きや力の能力を必要とするニッチなアプリケーションでは、特定のニーズを満たすために特殊なシリンダーが設計されています。

 

3.1プランジャシリンダー （ ラムシリンダー ）

- デザイン：ピストンシールのない固体大径プランジャ （ ピストンの代わりに ） を使用し、力のみは伸張 （ 外部荷重による引き込み ） で発生します。

- 主な特徴 ： 大きなプランジャ面積による優れた高負荷能力 （ 最大 200 トン ） 。

- アプリケーション： 橋のジャッキング、コンクリート押し、重機械のサポート。

 

3.2ロータリーアクチュエータ （ 油圧「ロータリーシリンダー」 ）

- 設計 ： 油圧を歯車または羽根機構を介して （ 直線ではなく ） 回転運動に変換します。

- 主な特徴： 高トルク出力と制限された回転 （90 〜 360 °） 。

- アプリケーション： バルブ作動 （ 石油 / ガスパイプライン ） 、ロボットアームジョイント、コンベアの方向変更。

 

3.3差動シリンダー

- 設計 ： 非対称なピストン / ロッド領域は、同じ流体流量で異なるストローク速度 （ 急速な引き込み、遅い拡張 ） を作成します。

- 主な特徴 ： ハイスループットアプリケーションのサイクル時間を最適化します。

- アプリケーション ： 包装機械、自動組立ライン、材料取扱。

 

3.4中空ピストンシリンダー

- 設計： ピストンとロッドは、流体またはケーブルの通路 （例えば、シリンダーを通るツールまたはルーティングケーブルに冷却液を供給する ） 。

- 主な特徴 ： 外部ホース / ケーブルなしで二次機能を統合します。

- アプリケーション： 金属切断機、ロボット溶接工具、医療機器。

 

 

4.油圧シリンダの産業特有の用途

油圧シリンダの選択は、業界の要件によって大きく影響を受けます。以下は、主要セクターの一般的なユースケースです。

 

| 産業 | 典型的なシリンダータイプ | 応用例 |

|------------------------|--------------------------------------|---------------------------------------------------------------------------------------|

| 建設 | 溶接、二重作用、望遠鏡 | 掘削機アームリフト、クレーンブーム延長、ブルドーザーのブレード調整。 |

| 製造 | タイロッド、ダブルアクション、差動|射出成形機クランプ、金属プレス、ロボットアセンブリアーム。 |

| 農業 | 溶接された、望遠鏡の単一作用 | トラクター犁のリフト、ハーベースターヘッダー調整、スプレーブーム拡張。 |

| 自動車用 | 二重作用、コンパクト溶接 | 車両のサスペンションシステム、ブレーキキャリパー、リフトゲートアクチュエータ。 |

| 石油 · ガス | 高圧溶接、プランジャ | ウェルヘッド圧力試験、パイプラインバルブ作動、フラッキング機器。 |

| マリン | ステンレス製タイロッド / 溶接 | 船舶ステアリングシステム、ハッチアクチュエータ、ウインチシリンダー （ 耐食性 ） 。 |

 

 

5.油圧シリンダー選定の重要な基準

アプリケーションに適したシリンダーを選択するには、以下の技術的および運用的要因を評価します。

 

5.1力と圧力要件

- * Force = システム圧力 × ピストン面積 * を用いて必要な力を計算します （ 安全性のためにシリンダーの定格圧力がシステム圧力を 10 〜 20% 超えていることを確認します ） 。

- 双方向運動の場合は、二重作用シリンダーを優先します。一方運動の場合は、単一作用またはプランジャーのシリンダーの方が費用対効果が高いです。

 

5.2ストロークの長さとスペースの制約

- 標準的なシリンダー （ タイロッド / 溶接 ） は、短行程から中行程 （ 0.5 — 6 ft ） で動作し、狭い空間での長い行程 （ 6 ft 以上 ） では、テレスコピーシリンダーが必要です。

- スペースに制約のある移動機器には溶接シリンダーが好まれ、サイズ制限のない固定用途にはタイロッドシリンダーが優れています。

 

5.3取付スタイル

- 負荷方向と機械の形状に合わせた取り付け設計を選択します。

- クレヴィスマウント： ピボタブルモーション （ 例 ：ショベルアーム ） 。

- フランジマウント： 静止型、高力アプリケーション （ 例 ：プレス） 。

- トリニオンマウント： ミッドシリンダーマウント用 （例えば、クレーンブーム ） 。

- フットマウント： 垂直負荷 （ 例えば、エレベーター ） 。

 

5.4運用環境

- 腐食 ： 海洋、化学、食品加工用途にステンレス鋼シリンダー （ AISI 316 ） を使用します。

- 温度： 高温 （> 120 ° C / 248 ° F） 用の Viton ® シールまたは寒冷環境 （< —20 ° C / —4 ° F） 用の低温ニトリルを選択します。

- 汚染 ： 汚れた設定 （ 建設、鉱業 ） のためにワイパーシールとダストブーツを追加します。

 

5.5メンテナンス & 交換性

- タイロッドシリンダーは、頻繁なシール交換 （ 簡単な分解 ） を必要とする用途に最適です。

- 溶接シリンダーは、低メンテナンス、高信頼性のニーズ （ 緩めるタイロッドなし ） に適しています。

- 交換可能な ISO / NFPA 規格のシリンダーを選択します （ 交換が必要な場合のダウンタイムを削減します ） 。