空気圧

空気圧（ギリシャ語のπνεῦμα pneuma 「風、呼吸」に由来）は、機械システムにおけるガスまたは加圧空気の使用です。

産業界で使用される空気圧システムは、一般的に圧縮空気または圧縮不活性ガスで駆動されます。中央に配置された電動コンプレッサーが、シリンダー、エアモーター、空気圧アクチュエータ、およびその他の空気圧デバイスに電力を供給します。手動または自動のソレノイドバルブで制御される空気圧システムは、電気モーターや油圧アクチュエータよりも低コスト、柔軟性、または安全性が高い場合に選択されます。

空気圧は歯科、建設、鉱業などの分野 にも応用されています。

工場などの固定設備の空気圧システムでは、大気を圧縮することで持続的に供給できるため、圧縮空気を使用します。通常、空気は水分が除去されており、腐食を防ぎ、機械部品を潤滑するために、コンプレッサーで少量のオイルが追加されます。

工場で配管された空気圧動力のユーザーは、ガスは通常空気だけなので、有毒ガスの漏れを心配する必要はありません。空気以外の圧縮ガスは窒息の危険があり、空気の 78% を占める窒素もこれに含まれます。圧縮酸素(空気の約 21%) は窒息の危険はありませんが、火災の危険があり、高価で、空気に比べて性能上の利点がないため、空気圧動力のデバイスでは使用されません。小型またはスタンドアロン システムでは、窒息の危険がある他の圧縮ガス (たとえば窒素) を使用できます。シリンダーで供給される窒素は、OFN (酸素を含まない窒素) と呼ばれることがよくあります。

ロボットウォーズマシンやその他の趣味の用途などのポータブル空気圧工具や小型車両は、圧縮二酸化炭素で駆動されることが多い。これは、ソーダストリームのキャニスターや消火器など、二酸化炭素を入れるために設計された容器が容易に入手可能であり、液体とガスの相変化により、圧縮空気が必要とするよりも軽い容器から大量の圧縮ガスを得ることができるためである。二酸化炭素は窒息性があり、不適切に排出すると凍結の危険がある。

空気圧の初期の歴史は不明瞭であるが、この分野の創始者は伝統的にアレクサンドリアのクテシビオスに遡るとされている。「彼は紀元前3世紀初頭に活動し、圧力をかけた空気、水、蒸気で動く機械玩具を数多く発明した」。クテシビオスが書いた文書は残っていないが、ビザンツ帝国のフィロンの著書『機械論』やウィトルウィウスの『建築について』に大きな影響を与えたと考えられている。^[1]紀元前1世紀、古代ギリシャの数学者アレクサンドリアのヘロンは著書『空気圧』の中で数十の装置のレシピをまとめた。この研究の多くはクテシビオスの手によるものだと推測されている。^[2]これらの古代文書に記載されている空気圧の実験は、後にルネサンス期の発明家であるサーモスコープや空気温度計に影響を与えた。これらは空気の加熱と冷却を利用して管内の水柱を上下に動かす装置である。^{[3] : 4–5}

ドイツの物理学者オットー・フォン・ゲーリケ(1602-1686) は、取り付けられた容器から空気やガスを吸い出すことができる真空ポンプを発明しました。彼は、空気圧を利用して銅製の半球を分離する真空ポンプを実証しました。空気圧の分野は、長年にわたって大きく変化してきました。小型の携帯用デバイスから、さまざまな機能を果たす複数の部品を備えた大型の機械へと移行しました。

空気圧と油圧はどちらも流体力の応用です。空気圧は空気や適切な純ガスなどの容易に圧縮できる気体を使用しますが、油圧は油などの比較的圧縮できない液体媒体を使用します。ほとんどの産業用空気圧アプリケーションでは、約 80 ～ 100ポンド/平方インチ(550 ～ 690  kPa ) の圧力を使用します。油圧アプリケーションでは、一般的に 1,000 ～ 5,000 psi (6.9 ～ 34.5 MPa) を使用しますが、特殊なアプリケーションでは 10,000 psi (69 MPa) を超える場合があります。^{[引用が必要]}

• 設計と制御のシンプルさ- マシンは標準のシリンダーやその他のコンポーネントを使用して簡単に設計でき、シンプルなオン/オフ制御で動作します。
• 信頼性— 空気圧システムは一般に動作寿命が長く、メンテナンスもほとんど必要ありません。ガスは圧縮可能なので、機器が衝撃による損傷を受ける可能性が低くなります。ガスは過剰な力を吸収しますが、油圧の流体は力を直接伝達します。圧縮ガスは貯蔵できるため、電源が失われても機械はしばらくは動作します。
• 安全性- 油圧オイルに比べて火災の可能性が非常に低くなります。新しい機械は通常、一定の限度まで過負荷に対して安全です。

• 流体は供給されたエネルギーを一切吸収しません。
• 非圧縮性により、はるかに高い荷重を移動し、はるかに低い力を提供することができます。
• 油圧作動流体は実質的に非圧縮性であるため、スプリング動作は最小限に抑えられます。油圧流体の流れが停止すると、負荷のわずかな動きによって負荷の圧力が解放されます。負荷の圧力を解放するために加圧空気を「放出」する必要はありません。
• 空気圧式に比べて応答性に優れています。
• 空気圧よりも多くの電力を供給します。
• 潤滑、冷却、動力伝達など、一度に多くの目的を果たすこともできます。

空気圧ロジック システム (空気ロジック制御と呼ばれることもあります) は、次のような主要なロジック ユニットで構成され、産業プロセスの制御に使用されることがあります。

• そしてユニット
• またはユニット
• リレーまたはブースターユニット
• ラッチユニット
• タイマーユニット
• 空気以外の可動部品を持たない流体アンプ

空気圧ロジックは、工業プロセスにおける信頼性が高く機能的な制御方法です。近年、これらのシステムは、小型、低コスト、高精度、デジタル制御の強力な機能により、新規設備では電子制御システムに大きく置き換えられています。アップグレードコストや安全要因が優先される場所では、空気圧デバイスが依然として使用されています。^[4]

• 圧縮空気
• オゾンクラッキング- 空気圧シールに影響を及ぼす可能性がある
• 肺疾患
• 空気圧の歴史

• Brian S. Elliott、「圧縮空気操作マニュアル」、McGraw Hill Book Company、2006年、ISBN 0-07-147526-5。 
• Heeresh Mistry、「空気圧工学の基礎」、Create Space e-Publication、2013 年、ISBN 1-49-372758-3。 

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