バルブを自動化する際、最初に真剣に検討すべきことはアクチュエータのブランドではなく、 スプリングリターン式と複動式. どちらも圧縮空気を使って1/4回転のボールバルブを開閉しますが、最も重要な局面、すなわち空気の供給や電源が途絶えた際には、その挙動がまったく異なります。 この選択を正しく行えば、プロセスは安全な状態に切り替わります。しかし、選択を誤れば、バルブが「固着」し、最悪のタイミングで配管への水漏れ、過圧、あるいはラインの停止を引き起こす可能性があります。このガイドでは、各タイプの仕組みと、自信を持って選択する方法について解説します。.
空圧アクチュエータの仕組み
ほとんどの自動ボールバルブでは、ラック・アンド・ピニオン式の空圧アクチュエータが使用されています。圧縮空気が2つの対向するピストンを押し、それらのラックが中央のピニオンギアと噛み合うことで、その直線的な推力がボールに必要な90°の回転に変換されます。このアクチュエータは、標準化された ISO 5211 取り付けフランジ。これがあるおかげで、1つのアクチュエータでさまざまなメーカーやサイズのバルブに対応できるのです。スプリングリターン式と複動式をめぐる議論のすべては、このハウジング内部の1つの設計変更、すなわち、リターンストロークの駆動源が空気かスプリングかという点に帰着します。.
複動式アクチュエータ：両方向とも空気駆動
複動式（DA）アクチュエータは、圧縮空気を利用して 両方 2つのエアポートを通じて、開閉動作を行います。スプリングが空気の力を妨げることがないため、空気圧のすべてが有効なトルクとして活用されます。そのため、同じ物理的サイズであれば、DAアクチュエータはより高く、より安定したトルクを発生させ、設置面積もよりコンパクトになります。 ただし、注意点はその故障モードにあります。空気が途絶えた場合、DAアクチュエータは単にその位置に留まったままになります。内蔵の「安全」位置がないのです。そのため、DAアクチュエータは、バルブが固定された状態になっても危険とならず、かつ空気供給が安定しているバルブにおいて、経済的で高トルクな選択肢となります。.
スプリングリターン（単動）アクチュエータ：内蔵フェイルセーフ機能
スプリングリターン（SR）型、すなわち単動式のアクチュエータは、一方のストロークでは空気を、もう一方のストロークでは強力な内部スプリング群を利用します。 その最大の利点は、機械的なフェイルセーフ機能です。空気や電気信号が途絶えた場合、スプリングが自動的にバルブを予め設定された安全な位置（流量を遮断する「フェイルクローズ（常時閉）」、または圧力を逃がす「フェイルオープン（常時開）」）に駆動します。 この受動的で電子部品を必要としない安全機能こそが、化学、石油・ガス、食品、およびその他の危険に敏感なプロセスにおいて、SRアクチュエータが緊急遮断用途で主流となっている理由です。 その代償として、バネが利用可能なトルクの一部を消費するため、SRアクチュエータは同出力のDAユニットよりも大きく、重くなります。また、バネはサイクル数が非常に多いと摩耗する部品となります。.
「スプリングリターン」と「ダブルアクティング」の比較概要
以下の表には、主な違いをまとめてありますので、素早く候補を絞り込むことができます。.
| ファクター | 複動式（DA） | スプリングリターン（SR） |
|---|---|---|
| リターンストロークは、以下の技術によって実現されています | 圧縮空気 | 内部スプリング |
| 放送中断／停電時 | 最後尾をキープ | 安全な位置（FCまたはFO）へ移動する |
| 特定のサイズにおけるトルク | より高い | 低め（スプリングが手数料を差し引く） |
| サイズと重量 | よりコンパクト | 同じトルクでより大型 |
| 空気消費量 | 両ストロークでエア | 1回のストロークのみでのエア |
| 相対的なコスト | 下へ | より高い |
| 最適 | 安定した気象条件下での、危険を伴わない業務 | フェイルセーフ／緊急停止 |
選び方：スプリングリターン式とダブルアクティング式
意思決定は、ほとんどの場合、ある一つの質問から始まり、そこから徐々に具体化されていく。.
1. 失敗した場合はどうすべきか？
空気圧や電源が失われた場合に、バルブを既知の安全な状態に移動させる必要がある場合は、スプリングリターン方式を選択し、それに応じて「フェイルクローズ」または「フェイルオープン」を定義してください。バルブをその位置に安全に保持できる場合は、複動式でも問題ありませんし、コストも抑えられます。この安全に関する一点が、他のすべての要素よりも優先されます。.
2. トルク、サイズ、予算
同じトルクであれば、DAは小型で安価であり、多数のバルブを自動化する際にはこれが重要なポイントとなります。設置スペースや予算に制約があり、安全要件がない場合は、DAが適しています。フェイルセーフ機能と高トルクの両方が必要な場合は、SRユニットは物理的に大きくなることを想定し、それに応じてサイズ選定を行う必要があります。.
3. 空気供給と循環
DAは両ストロークで空気を消費するのに対し、SRは駆動ストロークでのみ空気を消費するため、サイクル数が少ないバルブでは空気消費量を削減できます。一方、サイクル数が非常に多い場合は、スプリングによる疲労がないため、DAが適しています。 無人遠隔ステーションの場合、SRの受動的安全性は通常、その割高なコストに見合う価値があります。圧縮空気が全く供給されていない場所では、 フェイルセーフ機能付きバッテリーバックアップを備えた電動アクチュエータ 電気的な方法で、同様の安全位置機能を実現することができます。.
仕様を正確に把握する
どのタイプを選んだとしても、信頼性を左右するのは、いくつかの実用的な細部です。.
バルブの初期回転トルクを上回るように、安全余裕（通常25～50%）を加えてアクチュエータのトルクを決定し、シートが経年劣化しても確実に作動するようにします。 実際の供給圧力でのトルクを算出してください。産業用システムでは通常0.2～0.8 MPaで稼働しており、標準的な選定基準として約0.55 MPa（≈80 psi）が用いられます。アクチュエータには、次のような認定された品質クラスの清浄で乾燥した空気を供給してください。 ISO 8573-1, 、というのも、水分や油分がソレノイドやアクチュエータの固着の主な原因となるからです。最後に、ISO 5211規格の取り付け方式とNAMUR規格の取り付け方式を標準化してください。 電磁弁 そのため、アクセサリーはそのまま取り付けることができます。以下の表では、よくあるケースと、その際の最初の選択肢を対応させています。.
| シナリオ | おすすめ | 理由 |
|---|---|---|
| 緊急遮断／危険な媒体 | スプリングリターン（フェイルクローズ） | 障害発生時のパッシブセーフ状態 |
| 一般的なプロセス、安定した空気 | 複動式 | 高トルク、低コスト、コンパクト |
| 遠隔／無人ステーション | 春の訪れ | オペレーターがいなくても安全に動作する |
| 非常に高サイクルな自動化 | 複動式 | 疲労によるばねの破損がない |
| 圧縮空気が利用できない | 電動（バッテリーフェイルセーフ） | 電動セーフポジションリターン |
完全な自動組立を実現するには、当社の 空気式ボールバルブの製品ラインナップ ペア ラック・アンド・ピニオン式アクチュエータ 対応するバルブ、ソレノイド、および 取り付けブラケット DA構成とSR構成の両方で。.
アクチュエータの選定におけるよくある間違い
現場で発生するアクチュエータの問題の多くは、アクチュエータ自体の故障ではなく、当初の仕様上の問題によるものです。スプリングリターン式と複動式のどちらを選ぶか判断する際には、繰り返し見受けられるいくつかの間違いを避けることが重要です。.
1つ目は、余裕を持たずにカタログ記載のトルク値だけで選定することです。シートが摩耗して経年劣化すると、始動トルクが上昇するため、余裕を持たずに選定されたアクチュエータは、最終的にはストールしてしまいます。 2つ目は、複動式バルブが「フェイルクローズ（閉止）」すると仮定することです。実際にはそうなりません。スプリングがなければ単にその位置を保持するだけなので、故障時に安全な状態を必要とする配管系統は、最初からスプリングリターン式でなければなりません。 3つ目は、「フェイルクローズ」と「フェイルオープン」を混同することです。スプリングはバルブを指定した位置に駆動させるものであり、これを逆にしてしまうと、フェイルセーフが全くないのと同じくらい危険な事態を招く可能性があります。 最後に、空気の品質を軽視することは、どちらのタイプにも静かに悪影響を及ぼします。湿気や油分を含む空気は、装置の選定がどれほど適切であっても、ソレノイドやアクチュエータを詰まらせてしまいます。仕様決定段階でフェイルセーフのロジック、トルクマージン、および空気の品質を確認しておけば、設備は長年にわたり安定して稼働するでしょう。.
よくある質問
スプリングリターンと複動式の主な違いは何ですか？
複動式アクチュエータは、空気を用いてバルブを両方向に動かし、空気が途絶えた場合でもその位置を維持します。スプリングリターン式アクチュエータは、一方向は空気を、もう一方向はスプリングを用いて動作するため、空気や動力が途絶えた際に、バルブを自動的に安全な位置（フェイルクローズまたはフェイルオープン）に戻します。 スプリングリターンと複動式の選択は、基本的にフェイルセーフの観点からの決定となります。.
スプリングリターン式アクチュエータは、複動式よりも空気の消費量が少ないのでしょうか？
1サイクルあたりであれば可能です。なぜなら、1ストローク分の動作にのみ空気が必要で、戻り動作はバネが担うからです。一方、複動式アクチュエータは両方のストロークで空気を消費します。ただし、バネがトルクの一部を負担するため、複動式アクチュエータと同等の出力を得るには、バネ戻り式アクチュエータをより大型にする必要があります。.
複動式バルブをフェイルセーフ仕様にすることはできますか？
機械的な意味ではありません。複動式アクチュエータにはバネがないため、故障時には直前の位置のままになります。真のフェイルセーフ位置を確保するには、バネ戻し式のアクチュエータ、あるいはバッテリーやコンデンサによるバックアップ機能を備えた電動アクチュエータを使用し、バルブを安全な位置に駆動させる必要があります。.
トルクの余裕はどれくらい確保すべきでしょうか？
アクチュエータの定格トルクは、バルブのブレークアウェイトルクを上回るように、安全余裕（通常は25～50%）を設けて選定し、実際の供給圧力（通常は0.55 MPa程度を基準とする）で計算してください。これにより、時間の経過とともにシートが摩耗しトルクが上昇しても、バルブを確実に動作させることができます。.
アクチュエータにとって、空気の質はなぜ重要なのでしょうか？
圧縮空気中に含まれる水分や油分は、ソレノイドやアクチュエータの固着や応答遅延の主な原因となります。フィルターレギュレーターを用いて、ISO 8573-1などの認定品質クラスに準拠した清浄で乾燥した空気を供給することで、スプリングリターン式および複動式の両方のユニットの信頼性が大幅に向上します。.
結論
スプリングリターンと複動式の選択は、本質的には、停電時にプロセスをどう動作させるかという点にかかっています。故障時にバルブを安全な位置に動かす必要がある場合はスプリングリターンを、バルブが固着しても問題のない、コンパクトで高トルク、かつ低コストの自動化システムには複動式を選択してください。 その後、トルクには余裕を持たせて選定し、清浄で乾燥した空気を供給し、取り付け方法を標準化してください。バルブ用のアクチュエータ（DAまたはSR）の選定やサイズ決定についてサポートをご希望の場合は、, お客様に合わせたお見積もりをご希望の場合は、弊社チームまでお問い合わせください.