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Werth装置に関わるエアー部品

発行：エスオーエル株式会社
https://www.sol-j.co.jp

連載「測定の新常識！？SOLがお伝えするノウハウ！」
2023年5月24日号　VOL.139

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皆さん、こんにちは。
営業技術の張です。

Werth社の三次元測定装置は、高精度を維持するために、
上位機種の殆どはエアーベアリングシステムを採用しています。

エアーを使うために、一定の流量と圧力が必要です。

今日はエアー流量と圧力に関わる部品について紹介します。


流体の流量は、単位時間当たりに流れる量のことを表しています。
公式で表すと、流体の断面積と流体の速度と密度の積になります。

蛇口の水を考えれば、分かりやすいかもしれません。
蛇口の断面積と水の流速と水の密度の積は
その時点の水の流量になります。


流体の圧力を考えるとき、
非圧縮流体（水など）と圧縮流体（エアーなど）の分類を考慮します。

どちらも原理上では一緒ですが、
圧縮流体は考慮すべきパラメータが多くなり、少し複雑になります。
ここでは、分かりやすい為に、非圧縮流体で説明します。


一般的に、圧力は単位面積当たり作用する力として定義されています。
流体の圧力は、流体中の壁面の単位面積に対して、
法線方向に作用する力を指します。

では、流量と圧力はどのような関係があるか？
どうやって制御するか？を説明致します。

エアーの圧力について、既に下記のメルマガで紹介したことがあります。
「2022.02.23 E-0119. X線CT装置に供給するエアー圧力の話」
復習を重ねてこちらで再度解説してみます。

流体の流量は、連続の法則に従います。
簡単に言えば、連続の流体であれば、どこで切っても同じ量が流れます。
式で表すと下記の式になります。

　　(ρ1)(S1)(v1) = (ρ2)(S2)(v2) = 定数

ρは密度、Sは断面積、vは流速です。

この式により、密度が変化しなければ、
配管が太くなると、流速が遅くなります。

逆に、配管が細くなると流速が速くなります。


流体の圧力は、ベルヌーイの定理に従います。
前回紹介したように、式は次のようにになります。

　　(ρ/2)(v1)^2 + ρg(z1) + (p1) = (ρ/2)(v2)^2 + ρg(z2) + (p2) = 定数

gは重力加速度、zは高さ、pは圧力です。


位置エネルギーρgzを無視すると、下記の式になります。

　　(ρ/2)(v1)^2  + (p1) = (ρ/2)(v2)^2 + (p2) = 定数

この式により、流速が速くなると、圧力が小さくなります。
つまり、配管が細くなると、流速が速くなり、圧力も小さくなります。

こちらは理想状態ですが、厳密に言うと、配管の断面積が急変化すると、
圧力の損失も発生し、p が更に小さくなります。

これを理解した上で、次に流体の制御を説明します。


今回はWerth装置に使われているエアー部品について解説します。

1. スピードコントローラ
　　スピードコントローラは、流体の断面積を狭くすることで、
　　流速を制御しています。
　　コントローラは中に逆止弁があり、
　　決まった方向の流れだけを絞り弁により制御します。
　　つまり方向性があり、取り扱う時注意する必要があります。

2. スロットルバルブ
　　スロットルバルブは基本的にスピードコントローラと同じですが、
　　逆止弁がないため、どちらから流しても同じように制御されます。

3. レギュレーター
　　内部のバネと力のバランスを取って、流体の圧力を制御しています。


スピコンとスロットルバルブは流速を制御する部品です。
上記式により、流速が速くなり、圧力も小さくなりますが、
圧力制御するための部品ではないです。

また、圧縮空気の流れを完全に遮断するための部品でもない為、
実際に完全に締めてもわずかに漏れることがあります。
圧力制御には使用できません。

圧力を制御したい場合はレギュレータを使います。
レギュレータは圧力を上げることはできず、
圧力を下げる為に使われています。

例えば、一次側圧力が8barで、
二次側圧が5bar必要な場合、レギュレータを使います。

レギュレータで5barに設定すると、
5barより大きい圧力のエアーが来たとき、
二次側圧力が5barになると、内部の弁体が閉じて、
二次側圧力がそれ以上は上がらなくなります。

一次側圧力が5barより小さいエアーが来ると、
そのまま通過します。

流速はある程度変化しますが、圧力を安定化する部品の為、
流量制御には向かないです。

実際のエアーシステムの内部構造は複雑で、
細かい所までの説明を図解なしでするのは難しいですが、
基本原理からこれらの部品の使い方が理解できます。

それでは、今日はこの辺で。
最後までお付き合い頂き、有難う御座いました。


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張