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シリンダの推力計算ガイド

エアシリンダの推力計算ガイド｜シリンダ選定に役立つ計算式と早見表

エアシリンダの推力（押し・引き）は、空気圧とピストンの有効面積から求められます。単位は SI 単位系（N, mm, MPa）で統一します。

$F_{\text{out}} = P \cdot A = P \cdot \frac{\pi D^2}{4}$

$F_{\text{in}} = P \cdot \left( \frac{\pi D^2}{4} - \frac{\pi d^2}{4} \right) = P \cdot \frac{\pi (D^2 - d^2)}{4}$

収縮時は、ロッドがある分だけ有効断面積が小さくなり、押し動作よりも推力が小さくなります。この差は、ロッド径が大きいほど顕著になります。

ボア径 D [mm]	ロッド径 d [mm]	押し推力 F_out [N]	引き推力 F_in [N]
4	1.5	6.28	5.52
6	2.5	14.14	12.27
10	3.0	39.27	35.74
16	5.0	100.53	90.63
20	6.0	157.08	140.79
25	8.0	245.44	214.52
32	10.0	402.12	344.31
40	12.0	628.32	553.58
50	16.0	981.75	779.29

※推力はすべて理論値（摩擦・圧力損失を無視）です。

ここでは「1kgのワークを搬送する用途」において、φ10シリンダ（ロッド径φ6）を使用する場合の推力を計算します。

伸長時の推力：

$F_{\text{伸長}} = 0.5 \times \frac{\pi \cdot 10^2}{4} = 39.3 \, \mathrm{N}$

収縮時の推力：

$F_{\text{収縮}} = 0.5 \times \left( \frac{\pi \cdot 10^2}{4} - \frac{\pi \cdot 6^2}{4} \right) = 31.6 \, \mathrm{N}$

必要推力（9.8N）を大きく上回っており、搬送用途としては安全率を十分確保できることが確認できます。

エアシリンダの推力は方向によって補正が必要です。特に垂直方向に使用する場合、重力の影響を加味する必要があります。以下に方向別の考慮ポイントと計算式を示します。

必要な推力 $F_{\text{必要}}$ は、搬送負荷に対する摩擦抵抗を加えたものです：

$F_{\text{必要}} = F_{\text{負荷}} + F_{\text{摩擦}} \quad [\text{N}]$

摩擦力は以下で求めます：

$F_{\text{摩擦}} = \mu \cdot N \quad [\text{N}]$

重力の影響を加味した必要推力は次式で求められます：

$F_{\text{必要}} = F_{\text{負荷}} + m \cdot g \quad [\text{N}]$

$F_{\text{必要}} = 0 + 5.0 \cdot 9.8 = 49.0 \, \text{N}$

この49N以上の引き／押し推力が必要となります（使用方向に応じて）。摩擦や安全率を考慮し、余裕を持ったシリンダ選定が重要です。

エアシリンダの正確な推力を把握することは、装置の信頼性・選定の妥当性に直結します。本記事で紹介した「シリンダ計算式」と「推力早見表」を活用し、設計の初期段階から適切なシリンダ選定を行いましょう。