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最終更新日:2020/06/12

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【資料】空気・配管基本知識

【資料】空気・配管基本知識

【資料】空気・配管基本知識 製品画像

当資料では、空気と配管の基本知識について解説しております。

「圧縮空気の利用」では、タイヤやエアマットレスなど、身近に使われている
空気圧について、図を用いて詳しくご紹介。

現在、当資料を無料進呈しております。
PDFダウンロードよりご覧頂けますので、ぜひご一読ください。

【掲載内容(抜粋)】
■空気と圧縮
■圧縮と圧力
■圧縮空気の流れ
■圧縮空気の利用
■空気圧の特徴

※詳しくはPDF資料をご覧いただくか、お気軽にお問い合わせ下さい。
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資料『空気・配管基本知識』『半田付け基本知識』

資料『空気・配管基本知識』『半田付け基本知識』 製品画像

株式会社ヒットは、射出成形機の取出しロボット及び製品ストッカーの
部品加工製造組立や、省力化、自動機器の部品加工、製造組立、
過熱水蒸気を用いた熱分解炉の開発を行っております。

現在、当社より「空気・配管」と「半田付け」の基本情報ををまとめた
資料2点『空気・配管基本知識』と『半田付け基本知識』を進呈しております。

本資料は、PDFダウンロードよりご覧いただけます。
お問い合わせもお気軽にどうぞ。

【空気・配管基本知識 掲載内容(抜粋)】
■空気と圧縮
■圧縮と圧力
■圧縮空気の流れ
■圧縮空気の利用
■空気圧の特徴

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【空気・配管基本知識】空気と圧縮

【空気・配管基本知識】空気と圧縮 製品画像

わたしたちが生活している地球の回りは、空気の層でおおわれています。

これは大気と呼ばれ、“地球の重力が空気という物質をつかまえている”と
考えられますが、そんなことを意識させないほど、空気は身近な存在です。

実際には、空気はいろいろなガスの混合体で、これらのガス分子は、
自由に運動をしています。
ガスの分子の数を一定にして、空気の体積を変化させると、分子の密度が
変わります。

空気は圧縮性をもっているため、大気より圧縮された状態の空気を
“圧縮空気”と呼びます。

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【空気・配管基本知識】圧縮と圧力

【空気・配管基本知識】圧縮と圧力 製品画像

空気を構成するガスの分子は自由に運動していますので、ある容器を
考えた場合、一定の状態で容器の壁にぶつかり、力を発生します。

壁は空気により一定の力を受け、この力を“圧力”という数値で捕らえます。

圧縮によってガス分子の密度が変化すれば、壁にぶつかる状態が変化して、
圧力は高くなったり低くなったり変化します。

空気の状態を判断するときには、圧力の高低で表します。
圧力が高いということは、圧縮の状態が強くて分子の密度が高く、空気が
大きな力を発生している状態と考えられます。

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【空気・配管基本知識】圧縮空気の流れ

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空気は、圧力の高い状態から圧力の低い状態に通路が開かれると、
威勢よく吹き出して行きます。

そして同じ圧力になって止まることで、空気に流れが発生します。

逆の面から考えてみると、空気に流れが発生している場合、
必ず圧力の差が生じているのです。

PDFダウンロードより図を用いた詳細をご確認頂けます。
ぜひご覧ください。

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【空気・配管基本知識】圧縮空気の利用

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空気圧は、工場の中だけではなくわたしたちの身近にいろいろ使われています。

たとえば、タイヤやエアマットレスでは力を、カメラのブロワーは流れを利用。
またドアの開閉では、エアシリンダを使ってカと流れを合わせて“動き”を
利用しています。

エアシリンダは、円筒の容器の中に、圧縮空気の作用を受けて動作する
“ピストン”があり、ピストンに固定された“ロッド”により動作を外部に
取り出します。

これがエアシリンダ で、圧縮空気に仕事をさせる場合、活躍している機器です。

このように、空気圧は人間に替わって力仕事などを行うため、いろいろな
工場の生産工程で、自動化や省力化のためにたくさん利用されています。

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【空気・配管基本知識】空気圧の特長

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圧縮空気は空気圧縮機(エアコンプレッサ)で作られます。
これは、大気の空気を吸い込んで圧縮を行い圧縮空気を作る機械です。

作られた圧縮空気は配管やチューブの中を、作業場所まで流れて行き
使用されますが、その後に再び大気へ放出され元の大気の状態に戻ります。
このため、空気圧システムは資源としての空気を減らしてしまうことが
ありません。

もちろん、圧縮されても空気そのものの性質は変わらないため、
エネルギーとしては安全性が高く、公害とも無縁。

また、圧縮空気はエネルギーの保存性がよく、容器の中に閉じ込めておくだけで
力のエネルギーとして保持され続けます。

このように、空気圧はエネルギー源としていくつも優れた特長があるため、
今後ますます利用範囲を拡げていくものと期待されています。

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【空気・配管基本知識】圧力の表示

【空気・配管基本知識】圧力の表示 製品画像

空気の圧縮の状態はわたしたちの目には見えませんが、圧力を使って
表すことができ、圧力を判断する基準を“圧力単位”と言います。

皆さんの回りにある大気も、実は圧力をもっています。空気は、それ自体の
重さで圧縮されて力を発生しており、これを“大気圧”と呼びます。

大気圧を考えずに0とする圧力表記を“ゲージ圧力”、大気圧を考慮する
圧力表記を“絶対圧力”と呼びます。

空気の体積や量を表す場合には、絶対圧で考えることが必要ですが、
工場の中では、圧力をゲージ圧で表示しています。

「ゲージ圧カ」は、圧縮空気の力でものを支えたり、ものを持ち上げたりする
通常の空気圧の目的にはたいへんに便利で、工場の中では圧力は、
何も指示がない場合ゲージ圧力と考えられます。

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【空気・配管基本知識】圧力に関する2つの基本法則

【空気・配管基本知識】圧力に関する2つの基本法則 製品画像

圧力に関連する2つの基本的な法則についてご紹介します。

まず、力について考える「パスカルの原理」です。

空気の圧力は、閉じ込められている容器のすべての方向、すべての面に
同じように作用して行きます。このため、圧力と面積と発生する力の関係は、
いつも比例し、この場合には圧力はゲージ圧で考えます。

また、体積について考える「ボイルの法則」があります。

空気の体積や流量(単位時間当たりの処理される体積)を表示する場合、
必ず大気圧の状態(標準状態 ANR)に直します。

これを大気圧換算と呼び、ボイルの法則を利用します。
流量の単位は、L/min(ANR)を使用します。

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【空気・配管基本知識】空気弁システムの構成

【空気・配管基本知識】空気弁システムの構成 製品画像

空気圧を有効に利用して行くためには、大気を圧縮するところから、
最終端で仕事をするエアシリンダまで、いろいろな機器を組み合わせて
ラインを構成します。

代表的なラインは構成は、空気圧縮機(エアコンプレッサ)、アフタークーラ、
空気タンク(エアタンク)などがあり、たくさんの機器が直列に並んでいます。

これらの機器は機能別に「圧縮空気発生」「圧縮空気中の不純物を処理」
「機器の動作を補助」などのグループに分類でき、直列に並ぶことで
全部が影響しあっています。

【代表的なライン構成(抜粋)】
■空気圧縮機(エアコンプレッサ)
■アフタークーラ
■空気タンク(エアタンク)
■メインラインフィルタ
■エアドライヤ

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【空気・配管基本知識】空気圧清浄化機器

【空気・配管基本知識】空気圧清浄化機器 製品画像

圧縮空気は地球上の大気を圧縮して作り、大気の中に含まれている物質を
すべて一緒に取り込んでしまいます。

また、圧縮空気を作る空気圧縮機では、自動車のエンジンのようにオイルを
潤滑に使用しているため、これらの変質したもの(オイルカーボン)も一緒に
取り込んでしまいます。

このようにできたばかりの圧縮空気はかなり不純物の多い汚いもので、
目的に応じてを取り除き、きれいな空気にする作業を“清浄化”と呼びます。

圧縮空気を清浄化する機能、空気圧フィルタ類が行う「フィルトレーション」
「水分分離」と、エアドライヤが行う「除湿」の3点です。

これらを組み合わせて、むだのないシステムを構成することが重要です。

【圧縮空気を清浄化する機能】
■固形の物や油分を除去する機能:フィルトレーション
■発生した水分を除去する機能:水分分離
■水蒸気状の水分を除去する機能:除湿

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【空気・配管基本知識】空気圧補助機器

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「減圧弁」は、レギュレータと呼ぶ場合もあり、名前の通り圧縮空気の圧力を
入り口側より低い設定圧力に下げて調整します。

メインラインの圧力の変動に対して、設備に供給する圧力を安定させる
効果があり、作動方法により、一般的な変動タイプと大容量が得意な
パイロットタイプに別れます。

ほとんどの減圧弁では、出口側の圧力が設定より高くなった場合、
リリーフ機能が働き出口側のエアを排出して圧力を設定値に戻すことが可能です。

【特長】
■圧縮空気の圧力を入り口側より低い設定圧力に下げて調整
■設備に供給する圧力を安定させる
■出口側のエアを排出して圧力を設定値に戻すことが可能

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【空気・配管基本知識】エアシリンダ

【空気・配管基本知識】エアシリンダ 製品画像

圧縮空気で動作・仕事をする機器をエアアクチュエータと呼んでいますが、
このなかで直線運動を行うのがシリンダです。

動作方法には、両方向ともエアで動作する「複動シリンダ」と、片側の動作は
スプリングが行う「単動シリンダ」があります。

また、シリンダの主な部品に、円筒状のシリンダチューブ、チューブの中を
動作して行くピストン、ピストンの動きを外部に取り出すピストンロッド
などがありますが、全部金属製のため、圧縮空気をシールできません。

ピストンパッキンとロッドパッキンはシールを行ったまま動きますので、
潤滑が必要で、これを組付時のグリスで行うのが無給油シリンダです。

【複動形エアシリンダ 構造(抜粋)】
■クッションバルブ
■ヘッドカバー
■シリンダチューブ
■ピストン
■クッションリング

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【空気・配管基本知識】スピードコントローラ

【空気・配管基本知識】スピードコントローラ 製品画像

シリンダのスピード制御は、空気の流れる量を調整して行います。

スピードコントローラは、調整を片側ずつ行うため、一方の流れに対して
バイパス回路を作り、制御を解除し、このために、チェック弁を使用します。

スピードコントローラに対して、調整(制御)できる方向の流れを“制御流れ”、
調整(制御)できない方向の流れを“自由流れ”を呼びます。

シリンダは、圧縮空気の供給(IN側)を制御しても、排気(OUT側)を制御しても
スピードの調際が可能。供給の制御を"メータイン制御”、排気の制御を
“メータアウト制御”と呼びます。

一般には、調整がしやすくシリンダ動作の安定するメータアウト制御を使用。

空気圧は速いスピードは得意ですが、遅いスピードは圧縮性があるために
制御しにくくなり、安定性を欠いてしまいます。メールアウト制御の場合でも、
50mm/sec以下では使用が難しく、一般的には、50~1000mm/sec程度で使用します。

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【空気・配管基本知識】方向制御弁

【空気・配管基本知識】方向制御弁 製品画像

「方向制御弁」は、圧縮空気の流れ方向を制御する弁(切り替える弁)です。

機器に圧縮空気を作用させたり(給気)、解除したり(排気)することが可能。
機能は、「配管接続口の数」「弁が作れる流れの状態の数」「弁体の動作」の
3つの性質により決定されます。

目的に合わせてお選びください。

【機能詳細】
■ポート数の種類
・2ポート
・3ポート
・5ポート(4ポート)
■位置数の種類
・2位置
・3位置

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【空気・配管基本知識】ポート数とシリンダの組み合わせ

【空気・配管基本知識】ポート数とシリンダの組み合わせ 製品画像

ポート数とシリンダの組み合わせのご紹介です。

「2ポート弁とシリンダ」では、エアが作用してシリンダが上昇する
“Aの状態”と、エアが閉じ込められ、シリンダの力はそのままの“Bの状態”
があります。

この他にも、「3ポート弁とシリンダ」「5ボート弁とシリンダ」についても
図を用いて解説しています。

PDFダウンロードより詳細をご確認頂けますので、ぜひご覧ください。

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【空気・配管基本知識】方向制御弁の切り換え操作

【空気・配管基本知識】方向制御弁の切り換え操作 製品画像

方向制御弁を切り換えるためには、弁を切り換える外力が必要です。

これには、手の力によって切り替える「人力操作」をはじめ、「機械操作」
「空気圧操作」「電気操作」の4つに種類があります。

またこれとは別に、外力が直接弁体を切り換えるタイプ(直接経作) と、
圧縮空気の力を利用して切り換えるタイプ(間接動作)があります。

カの種類と力のかけかたを総合して“操作力”と呼んでおり、
ソレノイドバルブでは、間接動作(パイロットタイプ)が主流です。

【切り換え操作】
■人力操作
・手の力によって切り替え:ハンドバルブ
・足の力によって切り替え:フートバルブ
■機械操作
■空気圧操作
■電気操作

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【空気・配管基本知識】真空ってなーに

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わたしたちの回りには、“大気圧”という状態の空気があり、真空という
状態を作れば案外簡単に利用できます。

大気より空気分子の密度が小さい空気の状態を“真空”と呼び、
圧力は(ゲージ圧で考えた場合)大気より低い状態のため“負圧”となります。

真空を利用する目的は、「圧力差を利用」と「真空空間を利用」の
大きく二つに分けて考えることができます。

【真空を利用する2つの目的】
■圧力差を利用する
・大気と真空の圧力差を利用して力を取り出し、ワーク搬送などの仕事を行う
・特につかみにくいワークに有効
■真空空間を利用する
・じゃまなガスの分子を取り除き、純粋な空間で物理現象や科学現象を発生させる
・酸素などによって生じるトラブルを防止

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取扱会社 【資料】空気・配管基本知識

株式会社ヒット

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