油圧空気圧の作動原理は17世紀フランスの科学者パスカルによって定義されました。
パスカルの原理とは?
- 圧力は面に直角に作用する
- 圧力はあらゆる方向に等しい
- 密閉された容器内の一部に加えられた圧力は、同時に各部に等しい強さで伝わる
- シリンダーを押し下げることにより圧力が上昇します
- それによりゴム風船はゴムの面に対し垂直に均等な圧力が掛かり膨張します
- 図では書いてありませんがシリンダー内部と配管内部も同様に圧力が掛かっています
解説(上図onボタンで動作します)
このパスカルの原理を応用し少ない力で大きな力を得る技術として油圧空気圧は古くから利用されています。
- 左のシリンダーを押し下げることにより圧力が上昇します
- それにより右のピストン面に対し垂直に均等な圧力が掛かりピストンを押し上げます
- 右と左のシリンダー径に比例して左側のシリンダーは重量物を持ち上げることができます
- ただし、シリンダー径に反比例してストロークは減少します
解説(上図onボタンで動作します)
400年もの昔から使われはじめ、材質の変更や動力、制御方法が確立され今日の発展に欠かせない技術になりました。
もちろんそれよりもはるか以前より利用されているてこの原理や車輪なども利用されていますが、油圧空気圧のメリットは以下のとおりです。
- 機器をコンパクトにまとめることが出来る。(てこの場合支点からの距離が問題になりやすい)
- 過負荷における機械的な損傷が少ない(クラッチ等の磨耗や電動機の焼きつき等)
- 重力の影響が少ない(どのような方向でも均一な力を出すことができる)
- 雰囲気を選ばない(流体が密閉されているため、ほこりやチリなどに影響を受けにくい)
- 直線運動に強い(回転運動を変換して取り出す必要がない)
- 無段階の制御がしやすい(アナログ制御)
などの多くのメリットにより身近なところ(車のブレーキ)から深海、宇宙空間まで広く利用されるようになりました。しかし、メリットだけでなく。もちろんデメリットもあります。
- 電動機などの動力を流体を介してエネルギーに変換するため効率が落ちる
- 流体エネルギーを伝達するので速度に限界がある
などです。このため力(トルク)は必要だが低速での速度制御が必要なところに多く利用されています。