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機械設計エンジニアの基礎知識 | 設計・3DCAD・製図・金型等

圧力の基礎

私たちの生活の中には、圧力を活用した様々な製品が存在します。

 

例えば、ポンプ、シリンダー、コンプレッサー、タービンなどは、圧力を原理とした機械製品です。ここでは、機械設計で必ず理解が必要となる圧力に関する基礎を解説します。

 

圧力とは

 

圧力とは、単位面積に対して垂直に働く力のことです。
床の上に置かれた荷物によって働く圧力は、「かかる力」を「受ける面積」で割って求めることができます。

 

 

例えば、下図のように同じ重量を持つ荷物であっても、受ける面積が異なると、圧力も異なります。

 

 

圧力の単位

圧力の単位には、Pa (パスカルと読みます) が使われます。
Pa(パスカル)と言われても、ピンと来ないですよね。

 

昔の圧力の単位は、kgf/cm2 であったため、感覚的に理解しやすかったのですが、1982年に計量法改正があり、日本でも、国際単位系である Pa が一般的に使われるようになりました。
「圧力計」の単位も、Pa表示が標準となっていますのでPaに慣れる必要があります。

 

 

1Pa とは、1平方メートル (m2) の面積あたりに1ニュートン (N) の力が作用したときの圧力となります。

 

1 Pa = 1 N/m2

 

 

Pa(パスカル) や N(ニュートン)は、国際単位系であり、イメージしにくいですね。
そこで、以前に使用されていた工学単位系である、kgf に換算すると、9.8 N = 1 kgf であるため、
1 Pa = 1 N/m2 ≒ 0.1 kgf/m2 となります。

 

1 Paは、1 m2の床の上に「卵が2個(約100g)」おかれているくらいの力がかかっていることを示しています。

 

 

このように表現してみると、1Paとは非常に小さな圧力であることがわかります。そして、実際の設計では、もう少し大きな圧力が使われるケースが多いです。

 

例えば、

 

  • 自動車のタイヤの空気圧は、240 kPa
  • 水道の圧力 1 MPa
  • 蒸気機関車の蒸気圧は、1.6 MPa

 

のように、kPa やMPa と大きな圧力が加わります。

 

1 [kPa] = 1,000 [Pa]
1 [MPa] = 1,000,000 [Pa]

 

以上のように、実際の設計ではMP(メガパスカル)が良く使われますので、「1 MPa」という圧力を感覚的に理解しておくと良いでしょう。

 

1MPaを昔の圧力の単位である kgf/cm2 に換算すると、途中の計算式は割愛しますが、以下のようになります。

 

1 MPa = 10.197 kgf/cm2

 

1cm2の面積に約10kgfの力がかかったときが、1MPaとなります。

 

MPa から kgf/cm2に換算する場合、約10倍 となります。これはよく使うため記憶しておきましょう。

 

 

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