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エアシリンダの速度制御はメーターアウトが基本【圧縮性の制御方法】

2020年7月13日 2022年9月27日

今回は「エアシリンダ（複動形）の速度制御はメーターアウトが基本」という記事です。

エアーを扱う上で、一番最初に理解しなければならないのが「空気の圧縮性」です。そして、シリンダの制御には圧縮性が深くかかわっています。

今回はその点の解説をしよう思います。

記事の目次

1 エアシリンダの速度制御はメーターアウトが基本
2 メーターアウト制御が基本な理由
3 シリンダの動作不具合
4 メーターアウトのポイントまとめ

エアシリンダの速度制御はメーターアウトが基本

エアシリンダ（エアアクチュエータ）の速度制御（流量調整）には、スピードコントローラー（速度制御弁）を使用したメーターイン制御とメーターアウト制御があります。

＊補足　スピードコントローラーとは・・・流量調整の絞り弁（ニードル弁）と逆止弁（チャッキ弁）の2つの機能を兼ね備えた継手のことです。

この2つの制御方法の違いを説明しますと、、

＊メーターイン制御とは、

シリンダにエアーを供給したときに、シリンダの供給側の流量を制御して、シリンダの速度を調整する制御方式です。

＊メーターアウト制御とは、

シリンダにエアーを供給したときに、シリンダの排気側（反吸気側）の流量を制御して、シリンダの速度を調整する制御方式です。

このような違いがあるのですが、このうちメーターアウト制御がエアシリンダ（複動形）の速度制御としては基本となる制御方法となります。

引用抜粋：SMC　Q＆A　駆動制御機器

メーターアウト制御が基本な理由

メーターアウト制御の説明で、「エアシリンダ（複動形）の速度制御としては基本となる制御方法」と説明しましたが、それはなぜでしょうか？

私も初めは、メーターイン制御で調整するのが正しいのではないのか？エアーの供給側を調整するほうが素直ではないのか？と思っていましたが、実はそうでないと言うことなのです。

それは、「空気の圧縮性」の特性が大きく関わっているためです。

空気は容積変化によって圧縮されると「圧力」が上昇します。圧力は高いところから、低いところへ流れる性質があるので圧縮された空気は「押し出す力＝出力」となります。

しかし、裏を返せば圧縮されていない空気、つまり大気圧の空気には流れが生じないので「押し出す力」として使用することができません。

つまりそれが、「メーターイン制御の欠点」となり、「メーターアウト制御の方が優れている」と言うことなのです。

メーターイン制御の欠点

メーターイン制御の場合、「シリンダ内部のパッキンの摺動抵抗や、ロッド先端の負荷によって速度が速くなったり遅くなったりする」欠点があるのですが、それは空気の圧縮性が原因なのです。

それではイメージし易いように、メーターイン制御のシリンダの動作フローを確認してみましょう。

メーターイン制御の動作フロー

メーターイン制御のシリンダの動作イメージ

このようにメーターイン制御では安定した押し出す力（出力）を得ることができないので、速度が不安定になりやすく制御が難しいのです。

＊補足　メーターイン制御はエアークッション（排圧での減速）の制御がしにくい、効きにくい欠点もあります。

参考

エアークッションについてはこちらの記事をご覧ください。

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メーターアウト制御が優れている理由

シリンダの速度制御にはメーターアウト制御が優れているのですが、その理由には「メーターアウト制御は負荷に対して安定している」と言うことが挙げられます

こちらもイメージし易いように、メーターアウト制御のシリンダの動作フローを確認してみましょう。

メーターアウト制御の動作フロー

メーターアウト制御のシリンダの動作イメージ

このようにメーターアウト制御の場合ですと、供給側には流量が制限されていないエアーで常時満たされているので一定の押し出す力（出力）が発揮されやすく「負荷に対して安定している」と言うことになります。

メーターアウト制御の欠点

実はメーターアウト制御にも欠点があります。

それはロッドの動き始めにおいて、排気側の排圧が低いとロッドが飛び出す「飛び出し現象」が起きてしまうことです。この飛び出し現象は、ストロークが短いシリンダでは目立たないのですが、ストロークが200mm以上になってくると顕著現れ、残圧開放などで排気側のエアーが完全に大気圧の場合にはストロークに関係なくすべてのシリンダで目立っておきます。

この飛び出し現象にはメーターアウト制御にメーターイン制御を組み合わせることで、対策が可能です。

参考

飛び出し現象についてはこちらの記事をご覧ください。

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