ガススプリングの基礎が分かる冊子【ガススプリングとは？】

ガススプリング の 基礎がわかる冊子

ガススプリングってなに？ ガススプリングは、直訳すると「気体のばね」。 普通「ばね」というと、コイルばねや板ばねといった 機械的ばねをイメージするかもしれません。 機械的ばねは、 力を加えると変形し、力を取り除くと元に戻ろうとする、 物体の弾性を利用して伸び縮みするものです。 コイルばね ガススプリングは、 ガスとオイルの圧力によって伸縮します。 ガス・オイルの量、寸法の工夫で圧力を調節できるので、 機械的ばねより、複雑・繊細な動きを設定することができます。 あくまで「ばね」だから、 エアーサスペンションとは違うよ。 跳ね上げる動きが得意なんだ～ 2 © 2018 SUGATSUNE KOGYO

基本は、チューブとロッドで構成され、ロッドが摺動することで、 部品として機能します。種類によって、中の構造は変わりますが、 ここでは標準的なタイプを例にあげています。 圧力チューブ ガスとオイルを封入した シリンダーチューブ。 ※通常、チューブの中身は目視できません。 ガス（圧縮窒素） 加圧されたガス ピストン ロッドの先端についている。 オリフィス（孔）が空いており、 オイル ガスとオイルがその孔を通って ピストンの摩擦を弱める潤滑油であり、 2つの部屋を行き来する。 ロッドを錆にくくする効果も。 ガスが漏れにくいよう、 圧力チューブを密閉する役割も果たす。 ガイドおよびシーリング ガスとオイルを密封し、圧力 チューブの外にある常温圧力 から内部を守る。 ピストンロッド 先端のピストンがチューブに 沿ってすべって動く。 © 2018 SUGATSUNE KOGYO 3

ガスの反力が 「スプリング」になる ① ② ③ 〉〉〉 〉〉〉 ①～③、どの状態でも、 圧力チューブ内のガス量はつねに一定です。 ①のとき、ガスは チューブの容積が チューブの容積いっぱいに広がっています。 最大時のガス ちなみに取付方向は、 オイルが下にくるのが正しい向きだよ。 減衰機能やガス漏れにも影響するから、気を付けてね。 4 © 2018 SUGATSUNE KOGYO

しかし②のようにロッドを押し込むと 圧力チューブはその分狭くなります。 ロッド ガスの量は変わらないので、 ガスは圧縮され、ガス圧が上昇します。 チューブの容積が 減少してガス圧UP! ロッドを押し込むのをやめれば、 圧力の上昇したガスが ロッドを押し戻し、元に戻ろうとします。 元に戻りた～い！ このガスの反力が 「スプリング」として機能するしくみです。 復活！ 膨らんだ風船を指で押しても 跳ね返されるのと似てる…… © 2018 SUGATSUNE KOGYO 5

ロッドが「動ける」理由 中のしくみを詳しく見てみましょう。 圧力チューブの中は、ピストンを境に、 Aと B、２つの部屋に分かれます。 A ロッドを押し込むと、 ピストンがAの方に動いて、 ピストン Aにいるガスが圧縮されるんだよね。 B それじゃあ、ここでクイズ！ ロッドを完全に押し込んだとき、 Aにいたガスはどこに行くでしょう？ あれ？　Aの部屋はなくなるから…… もしかして、Bに行くのかな？ でも、どうやって？ 6 © 2018 SUGATSUNE KOGYO

実は、ピストンに 「オリフィス」という孔があるんだ。 補助力を提供するガススプリング ピストンには、細い孔（オリフィス）が空いていて、 ２つの部屋は、つねにつながっています。 導管が長い場合のオリフィスの位置（○）／導管が短い場合のオリフィスの位置（●） 正面から見たときの オリフィス 反力F オリフィス A B ストローク 伸長方向の減衰 ラビリンス 程 ッド圧 縮工 ピスト ンロ 程 ガスが両側星を型デ行ィっスたクりピ来スたトりンすリング ピストン 伸 長工 るから、 ッド プレッシャーチューブ ピスト ンロ ロッドを動かせるんだね！ 圧縮方向の減衰 そう。逆にいえば、孔がなければ、 ガスが移動できないから、 オリフィス ロッドも動かせないんだよ。 伸長および圧縮方向の減衰 図 2.3：スタビラス・ラビリンスピストンの流路（伸長動作を減衰 減衰しないピストンパッケージ させるガススプリング） ピストンリングの付いたラビリンスピストン ロック機能付軸の方向ガにス移ス動すプるリピンストグンはリ、ングは、コントロール装置としての機 図 2.4：さまざまなピストンパッケージの機能 このオリフィ能スを果のたししくますみ。をここ逆に利示用す例しでたは、もこののリでンすグは。、ピストンとプレッシャーチューブの間を通る自由流れの横断面を密封します。そして、 各適用製品で使用するピストンは、さまざまなピストンモデルから オリフィスのガ開スが閉、でラロビリッンクスを機通能っをてかコらン（ト例えロばー、ル図 2し.3ての長いいま流路すの。場合 選択可能なので、ガススプリングを圧縮させるのに必要な伸長速度 を参照）、反対側の圧室に達するようにします。ガススプリングの伸 vと反力を調整することによって適用製品を快適に使用することがで 長力および伸長速度 vは、減衰しないピストンパッケージ（ピスト きます。 ンリングのないピストン）のものよりも小さくなります。ピストン ロッドの圧©縮 20工18程 SUでGはAT、SUピNスE KトOンGYリOングは、ピニオンのような形状 伸7長速度は、0.01 ～ 0.8 m/sの範囲から選ぶことができます。ガスス をしたディスク（星型ディスク）と結合するので、ピストンとプレッ プリングのピストンパッケージにピストンリングを取り付けなけれ シャーチューブの間を通る自由流れの横断面をふさぐ要素が無くな ば、適用製品の開き（開閉動作）はほとんど減衰されません。この ります。そして、減衰しないガススプリングと同じ圧縮力を保ちな ようなケースでは、LIFT-O-MAT ® は、主に開き（開閉動作）の保持の がら、ピストンをガスが通れるようになります。このピストンパッ ために使用します。このモデルの伸長速度は、減衰するガススプリ ケージによって、ガススプリングの伸長動作が減衰されます。ガス ングよりもかなり速くなります。従って、快適な調節機能を実現さ スプリングの機能特性、伸長速度、反力特性曲線は、ピストンパッケー せるためには、ガススプリングを各適用製品に特別に適合させなけ ジの構成部品の組み合わせや配置に応じて、図 2.4 のように変わりま ればなりません。ピストンパッケージは、調節動作の減衰に加えて、 す。 ガススプリングの伸長方向のストロークを制限し、ピストンロッド のガイドとしても機能します。 2.1.2 LIFT-O-MAT ® のシールおよびガイド部 ピストンロッドを補助する他の部分としては、プレッシャーチュー ブの終点にあるガイド部があります。そのすぐ後ろには、加圧ガス の漏洩を防ぐシールがあります。加圧ガスが漏洩すると、ガススプ リングの機能が弱まってしまいます。ガススプリングの取付方向に 応じて、機能の安定性を最高の状態にするためのさまざまなシール システムがあります。 10

ピストンの動きについて 部屋がつながってるなら、 ガスはちょうど半分ずつになりそうだけど。 どうしていつも、ガスはAに行くんだろう。 なぜロッドがつねに伸びるのか、ってことだね。 それは、ピストンの形が関係しているんだ。 ガスの力は、ピストンを押してロッドを動かします。 そのピストンを見てみましょう。 Aの側の Bの側の ピストンの表面 ピストンの表面 ＞ A B B の方がロッドがつく分、面積が狭いんだね。 そう！　ガスの力は同じだけど、 面積が広いぶん、Aの方が押す力は強くなる。 だからピストンは、つねにB側に押されるのさ。 8 © 2018 SUGATSUNE KOGYO

ロッドが伸びていって最後のほう、 動きがゆっくりになるのは何でなの？ ガススプリングの油圧減衰機能だね。 ①あっという間 ノロノロ … ②ゆっくり ロッドが動くとき、 ガスとオイルでは、ピストンの孔を通る速さが違います。 ～イ んぎぎ スイス ぎ… ガス オイル 早い 遅い オイルの「遅さ」を利用して、 スプリングの勢いをやわらげているんだね！ ほかにも、ダイナミックダンピング（動的減衰）タイプがあります。 360° ピストンに孔がなく、圧力チューブに溝があり、ピストンの動きやすさで速度が変わります。 オイルと違い、取付角度の自由度が高いメリットがあります。 © 2018 SUGATSUNE KOGYO 9

ガススプリングの いいところ ガススプリングのメリットの一つは、 コンパクトなのに強い力を発揮できることです。 例えば、機械ばねと比較すると…… Φ 22 × 200 ｍｍ VS Φ 20 × 210mm 97N 500N サイズは近いのに、力は約 5倍？！ コンパクトでも大きな力を発揮するから、 色んなところで活躍してるんだ。 車とか、ATMとかね。 また、機械的ばねとくらべて、圧縮比も均一です。 圧縮比、とは……？ 実際のばねで見てみよう！ 10 © 2018 SUGATSUNE KOGYO

ちょっと 縮める ① ぎゅっと 縮める ② ①より②の方が、ばねを縮めるのに、 より強い力を必要とするよね。 ①の力を「10」、②の力を「100」だとしたら、 このばねの圧縮比は【100 ÷ 10 ＝ 10】になる。 標準のガススプリングは、圧縮比が 1.2 ～ 1.4。 縮めるストロークが長くなっても、 力の差が小さいので、反力が安定します。 それはどうしていいことなの？ © 2018 SUGATSUNE KOGYO 11

伸びる力と縮む力の変化 圧縮比が高いと、たとえば蓋を閉めるとき。 最初は指一本で蓋が動いたのに、 閉めきる直前は、両手で体重をかけないと 閉まらない…… 最初は楽に動くけど… 閉め切る直前は重たい 圧縮比が小さいほど、操作感が安定するってことか～ その通り！ ガススプリングの伸び縮みする力の変化は 右の図で見ることができるよ。 え～？　いったいどこを見ればいいんだ…… 12 © 2018 SUGATSUNE KOGYO

ピストンロッド チューブ 圧縮時の反力 伸長時 F4 圧縮時 F3 35 F1 伸長力 F2 力[N] 5 5 油圧 空気圧 ストローク[mm] ２つの青線が、ロッドの伸縮する力を示すんだ。 圧縮比が小さいほど、この線が水平に近づくよ。 この図で見るべきポイントは 4つ。 ・縮み始めて 5 ミリのときの力（F F3） 3 ・完全に縮む 5 ミリ手前の力（F ） F44 ・伸び始めて 5 ミリのときの力（F2） ・完全に伸びる 5 ミリ手前の力（F ） F21 F1 伸びる力（F2→ F1）より、 縮むときの反力（F3→ F4）が高いのは、 ロッドを押し込むときに摩擦（FR）が起きるから。 ちなみに、ガススプリングを選ぶときは、 ロッドが完全に伸びる 5ミリ手前の力、 一番弱くなる F1 を基準に考えるんだよ。 © 2018 SUGATSUNE KOGYO 13 liftd01.eps ϕd F（R 抵抗） ϕD 　 　

ガススプリングの種類 ガススプリングを選ぶときは、 まず、つくりたいものの動きや操作感をイメージし、 それに合った機能・特性の製品を探してみましょう。 ロックなし ロックあり 伸びきった 標準タイプ プッシュオープン 任意の位置で状態でのみロック ロック LIFT-O-MAT LIFT-O-MAT PTL LIFT-O-MAT BLOC-O-LIFT 標準タイプが、P.4～9で説明のあったものだよね。 そう！　重いものを持ち上げたり、押し下げたりする 操作の補助に向いていて、例えば車のボンネットや 装置のカバーなんかによく使われているよ。 装置の上カバー 建機のハッチ プッシュオープンは？ 14 © 2018 SUGATSUNE KOGYO

基本は標準タイプと同じなんだけど、 取っ手がなくて、扉を押して開ける家具があるよね？ あんな風に、押す操作でラッチを解除して使うんだ。 例えば収納式のコンセントタップ。頭部を押すと、自動でゆっくりと上昇。使用後は、押し込むことで収納できる。 ロック機能は、P.6 ～ 7のしくみの逆利用なんだよね。 うん。ただしロックといっても、 「剛性」と「弾性」の２種類があって、 ロックのかかる位置も、用途に合わせて選べるよ。 例えばテーブルを上下昇降させるなら、 しっかりロックしたいから剛性。 オフィスチェアを上下昇降させるなら、 快適な座り心地を保つために弾性、とかね。 剛性 弾性 任意の位置で ロック後の衝撃を吸収して しっかりロックする クッション性をもたせる 今回紹介したのは、スタビラス社のラインアップ。 1962 年に世界初の量産ガススプリングを開発した、 80年以上の歴史を誇るドイツのガススプリングメーカーです。 © 2018 SUGATSUNE KOGYO 15

選ぶときは WEB で！ ちなみに、ガススプリングってずーっと使えるもの？ いいや、時間が経つと反力は落ちてくるんだ。 だから、反力が落ちる前提で、 使用年数も考えた製品選びが大事だよ。 あと、いざガススプリングを使いたいと思ったとき、 どうやって選べばいいのか…… 寸法や使用環境を入力するだけで 最適な製品がわかるWEB 選定ツールがあるよ。 気になったら、「さスガくん」で検索してみて！ さすがくん ガススプリングに似た機能をもつ、 パワーアシストやフリーストップのヒンジやステーもご案内。 扉や蓋の「動き」でお困りなら、「さスガくん」で検索を！ 16 © 2018 SUGATSUNE KOGYO