有効断面積について

ここでは、空気圧機器における「有効断面積」について解説しています。有効断面積は空気圧機器の「管内抵抗」によって生じる現象で、管の実断面積よりも小さいのが特徴です。有効断面積は空気圧機器を選定する際に確認しておきたい数値の1つです。しっかりと把握しておきましょう。

有効断面積とは？

有効断面積について、まず初めに簡潔に説明すると、空気圧機器において発生する抵抗をのぞいた実際に有効な面積のことです。

例えば丸太をイメージしてみてください。それを横に切断すると、断面積には大概空洞もなく、木の繊維がぎっしりと詰まっているはずです。このとき、この丸太の断面積は実断面積と呼ばれます。枯れ木などの例外はあるかもしれませんが、丸太の断面積が実際よりも小さいことはあまりありません。

しかし、空気圧機器には管内抵抗があるために、実断面積の全てを使って空気が流れるというわけではありません。
イメージとしては管に入り込んだあとに空気の流れが抵抗によって狭まり、細くなるという状態です。

そのため空気駆動ポンプのパイプなどでは実際の断面積より有効に働く面積が小さいという現象が起こります。このときの空気の流れなどの断面積が「有効断面積」です。

断面積の求め方は？

有効断面積は空気圧機器の取扱説明書などに記載されていることもありますが、計算から導き出すこともできます。
しかし、そのためにはまずパイプや管の実断面積を求めなければなりません。パイプや管の断面は円形ですので「半径×半径×円周率（3.14）」で簡単に導き出すことができます。
ただし、エア配管の実断面積にパイプや管の厚みは含まれませんから、内径を計測する必要があります。
こうしたことから「内径×内径×円周率（3.14）」が空気圧機器のエア配管における実断面積となります。

空気圧機器は有効断面積を求めることが必要

実断面積が判明したら、次に有効断面積を求めてみましょう。

有効断面積（S）は、その管内の実際の断面積（A）へとその機器が持つ固有の係数をかけたものと考えられており、次のような式によって導き出すことができます。

直列接続の場合、以下の式が成り立ちます。

ここで表す「S」は合成有効断面積、「Si」は個々の有効断面積としています。

1/S²＝1/S₁²＋1/S₂²＋…＋1/Si² (a)

並列接続の場合、次の式が成り立ちます。

S＝S₁＋S₂＋…＋Si (b)

各管内の有効断面積を調べるためには、特定のサイズの空気タンクに機器を直結し、圧縮した空気を外に放出して計算します。
その際には、放出した前後の圧力と時間を測り、JISの規定による計算式を使用して求めます。
機器ごとの有効断面積の数値は、メーカーが提供したカタログなどに記されていますので参照すると良いでしょう。

適切な空気圧機器の選定の目安となる有効断面積

空気圧機器とひと口に言ってもサイズや種類などはさまざまです。目的や用途によっても合うものや合わないものがあるために、選定する際には入念な比較や検討が必要となります。
特に有効断面積は、適切な空気圧機器を正しく選定するために目安となる大切な数値です。
空気圧機器が正しく選定されなければ、不具合の原因になる可能性もあります。有効断面積を含め、空気圧機器を選ぶ際にはしっかりと測定・計算した上で決定しましょう。
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