水力・空気圧

工学やその他の応用科学において、流体は有用なシステムや機械の設計・構築に重要な役割を果たします。流体を研究することで、貯水池や灌漑設備から医療機器まで、さまざまな設計・施工に工学的に応用することができるのです。水力学は液体の力学的性質に、空気圧学は気体の力学的性質に着目している。

油圧の詳細はこちら

水力学は、主に流体動力（流体を用いて動力を発生・伝達すること）の基礎として用いられる。加圧された流体は、発電部品から電力消費部品に機械的な動力を伝達するために使用されます。作動流体としては、圧縮性の低いオイル（自動車のブレーキ液やトランスミッション液など）が使用される。油圧機器は、流体が非圧縮性であるため、非常に高い負荷で動作し、より大きな力を発揮することができる。油圧をベースとしたシステムは、メガパスカルの範囲の低圧から超高圧まで動作させることができます。そのため、鉱山機械などのヘビーデューティーシステムは、油圧式で設計されることが多い。

油圧システムは、圧縮が少ないため信頼性が高く、高精度である。圧縮された流体は、入力パワーの小さな変化にも反応する。供給されたエネルギーは、流体に大量に吸収されないため、効率が良いのです。

また、より高い負荷・圧力条件であるため、油圧システムの部品もより強度の高い設計になっています。そのため、油圧機器は大型化し、設計も複雑化する傾向にある。高負荷条件下では可動部品の摩耗が激しく、メンテナンスコストが高くなる。ポンプは作動流体を加圧するために使用され、駆動管や機構は高圧に耐えられるように密閉されており、漏れがあると目に見える痕跡が残り、外部部品に損傷を与える可能性があります。

ニューマティクスについて詳しくはこちら

空気圧学は、工学的な用途における加圧ガスの使用に重点を置いています。ガスは機械システムの動力伝達に利用できるが、圧縮性が高いため、最高使用圧力や負荷が制限される。作動流体は空気または不活性ガスで、空気圧システムの最高使用圧力は数百kPa（約100kPa）である。

空圧システムは、機器の耐用年数が長く、メンテナンスコストが低いにもかかわらず、信頼性や精度が低い（特に高圧力条件下）傾向があります。圧縮性のため、空気圧式は入力電力を吸収してしまい、効率が悪くなります。しかし、入力電力の急激な変化に対しては、ガスが余分な力を吸収してシステムが安定するため、システムの破損を回避することができます。その結果、過負荷保護機能が統合され、より安全なシステムが実現しました。ガスが漏れても跡形もなく、大気中に放出されるので、漏えいによる物理的な被害は非常に少ない。コンプレッサーでガスを加圧し、加圧されたガスを貯蔵することで、一定の電力入力ではなく、サイクルで動作させることができる。

• 油圧システムの作動流体が液体であるのに対し、空気圧システムの作動流体は気体である。

• 油圧式はより高い負荷と圧力（約10MPa）で、空気圧式はより低い負荷と圧力（約100kPa）で作動することができます。

• 油圧式は大型化、空圧式は小型化する傾向がある（用途によって差はある）。

• 油圧システムは、空圧システムよりも伝達効率が高い。

• 油圧システムはポンプで作動流体を加圧し、空気圧システムはコンプレッサーで作動流体を加圧する。