アクチュエータの選定にあたっては、まず「空圧式か電動式か」という議論から始めてはいけません。その判断は最後にすべきです。特定のブランドやモデルについて検討を始める前に、次の3つの点を確認しておく必要があります：
- 最も過酷な運転条件下でバルブが必要とする脱離トルク
- 空気圧や電源が失われた場合にバルブがどの状態になるべきか：フェイルオープン、フェイルクローズ、あるいは制御された既知の状態
- このサイトが実際に提供できるもの：空気圧、電圧、および制御信号
これら3つの条件がすべて確認されるまでは、アクチュエータを確実に選定することはできません。配管サイズには合ってもトルクが合わないアクチュエータは、シートが固着している場合にストールしてしまいます。また、故障時の動作が不適切なアクチュエータは、停電時に配管を開放したままにしてしまう可能性があります。本ガイドでは、各決定事項を順を追って解説し、最後にサプライヤーが互換性を確認するために必要な詳細事項のチェックリストを掲載しています。.
トルクはバルブのサイズだけではない
同じサイズのバルブであっても、必要なトルクは大きく異なる場合があります。サイズはあくまで参考値の一つに過ぎません。1/4回転バルブに必要なトルクは、以下の要因によって決まります：
- バルブの種類とサイズ — 同じ公称サイズのボールバルブ、バタフライバルブ、プラグバルブであっても、アクチュエータにかかる負荷はそれぞれ異なります。.
- シート材質と弁の構造 — ソフトシート、メタルシート、そしてステムのデザインの違いによって、摩擦もそれぞれ異なります。.
- 差圧 — 閉じたバルブの両側で圧力が上昇すると、ボールがシートに強く押し付けられ、それを外すのに必要なトルクが増加する。.
- 流体と温度 — 粘性が高く、汚れやすく、あるいは堆積物が生じやすい媒体はトルクを増加させ、温度変化はシート挙動に影響を与える。.
- 動作周波数 — 何ヶ月も閉じたままの状態にあるバルブは、毎日開閉を繰り返しているバルブよりも、その状態を解除するのに大きな力が必要となる。.
また、トルクも単一の数値というわけではありません。. 脱離トルク バルブを閉止位置から動かし始め、, 運転トルク ストロークの途中まで動きを止めずに続け、そして 着座トルク ストロークの終端でシートに押し戻します。ブレークアウェイは通常、この3つのうち最も高いため、これに基づいてアクチュエータのサイズが決定されます。.
その特定のバルブについて、バルブメーカーが公表している、実際の圧力、流体、温度条件下で評価されたトルクデータを使用してください。このガイドでは、適切な余裕度はバルブ、シート、および使用条件によって異なるため、意図的に一般的なトルク値や普遍的な安全率については記載していません。 バルブメーカーがお客様の使用条件に合わせたトルクデータを提供できない場合は、その不一致を選定前に解決する必要があり、仮定の数値で誤魔化してはなりません。.
アクチュエータを選定する前に、故障位置を定義する
フェイル位置の設定は、プロセス安全上の判断事項であり、後から選択するアクチュエータの機能ではありません。まず、エアラインや動力供給が停止した際にバルブがどのように動作すべきかを決定し、その動作が確実に実現できることが確認できるアクチュエータの種類を選択してください。.
| アクチュエータの種類 | 空気や電源が失われた場合の動作 | 確認すべき事項 |
|---|---|---|
| 空圧式複動式（DA） | ばねによってあらかじめ決められた位置まで駆動されることはありません。空気が抜けた後の位置は予測できません。. | そのプロセスが、未定義の位置を実際に許容するかどうか。定義済みの失敗位置が必要な場合、DAだけではそれを提供できません。. |
| 空圧式スプリングリターン（SR） | ばねは、アセンブリが設計された位置（フェイルオープンまたはフェイルクローズ）に向かってバルブを押し込みます。. | スプリングの作用方向、バルブの回転方向、およびアクチュエータがバルブに実際にどのように取り付けられているか。向きが間違ったマウントに正しいスプリングを取り付けても、予期せぬ不具合が発生します。. |
| 標準型電動アクチュエータ | 通常、電源が切れるとその場で停止します。実際の動作は機種によって異なりますので、安全な位置にあるとは限りません。. | その特定のモデルについてメーカーが公表している電力損失の挙動、およびそのプロセスにおいて動作途中で停止しても問題ないかどうか。. |
| 検証済みのバッテリーまたは蓄エネルギー式フェイルセーフ機能を備えた電動アクチュエータ | 指定されたモデルは、適切に設定されていれば、停電時にバルブを所定の位置に移動させます。. | 当該モデルおよび構成がこの機能に対応していること、さらに周囲環境条件、バッテリーの状態、実際のバルブトルク負荷、および試運転時の文書化された試験手順が満たされていること。. |
3列目のパターンは、2列目よりも重要です。フェイルセーフに関するあらゆる主張は、特定のモデル、アセンブリ、および環境を前提としています。フェイル位置については、カタログで決まるものではなく、試運転の際に実証すべきものとして扱ってください。.
電源と制御方式を選択する
トルクと故障位置が決まれば、通常、現場にすでに備わっている設備に基づいて動力源は自然と決まります。この時点で、初めて「空圧式か電動式か」という問いが意味を持つようになります。.
- 手動操作 使用頻度が低く、作業員が手が届く場所に設置されているバルブに適しています。ユーティリティも配線も不要で、コストが最も低く抑えられます。.
- 空圧アクチュエータ すでにクリーンで安定した圧縮空気が供給されており、遠隔でのオン／オフ操作が必要な場所に適しています。.
- 電動アクチュエータ 空気の供給はないが、適切な電源が確保されており、バルブを遠隔操作する必要がある場所に適しています。.
- 変調（スロットリング）制御 これは別の要件です。単純なオン／オフ式アクチュエータは、それだけでは制御弁にはなりません。正確な位置制御を行うには、その用途に適していると確認された、指定されたポジショナまたは専用設計のモジュレーティングアクチュエータが必要です。.
この決定においては、制御信号も重要な要素となります。制御システムが送信する信号（接点閉鎖、電源供給信号、アナログ指令）や、制御システムが期待するフィードバック（リミットスイッチの接点、位置伝送器）によって、使用可能なアクチュエータが制限されます。手動、空圧、電動の各駆動方式が日常の使用においてどのように異なるかについて、より広範な比較については、当社の概要をご覧ください。 手動、空圧式、および電動式ボールバルブの操作.
ISO 5211は取り付けを容易にするものであり、完全な互換性を保証するものではない
ISO 5211は、部分回転式アクチュエータとバルブ間の取り付けインターフェースに関する規格です。この規格により、ボルト配置や駆動接続が標準化されるため、異なるメーカーの機器を組み合わせることが容易になります。ただし、ISO 5211に準拠したアクチュエータであれば、どのISO 5211バルブにもボルトで固定して正常に動作するとは限りません。.
バルブとアクチュエータの組み合わせを確定する前に、以下の各項目を確認してください：
- フランジ形状 — バルブとアクチュエータのISO 5211規格に基づくフランジサイズは、互いに一致している必要があります。.
- ステムカップリングの寸法 — ステムの高さ、形状、寸法は、アクチュエータの駆動ソケットに、直接、あるいは適切に加工されたアダプタを介して適合していなければなりません。.
- アクチュエータの出力トルク — バルブの必要トルクは、特定の1点だけでなく、ストローク全体にわたってそれを上回っていなければならない。.
- 回転角度 — アクチュエータのストロークは、ストップ調整を含め、バルブの1/4回転動作と一致していなければなりません。.
- 取り付け位置の合わせ方 — アクチュエータとステムの位置ずれは、横方向の荷重、操作の重さ、および早期摩耗の原因となります。.
- アクセサリー — 手動オーバーライド、リミットスイッチ、電磁弁、位置フィードバックは、それぞれ独自の互換性要件があります。.
共通の基準があれば、チェックリストは簡略化されます。ただし、チェックリストそのものがなくなるわけではありません。.
バッテリーバックアップ式電動アクチュエータの適用場面
上記の表で繰り返し見られる課題として、停電時に確実な動作が求められる現場でありながら、圧縮空気が利用できないため、空圧式スプリングリターンユニットは選択肢にならないというケースがあります。このような状況こそ、バッテリーバックアップ付き電動アクチュエータが想定されている場面です。.
私たちの 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バルブアクチュエータ これはオン／オフ式ユニットであり、主電源が失われた際に内蔵のリチウム電池が作動して、バルブを所定の安全位置に戻します。公表されている仕様には、広範囲の入力電圧（AC 110V／220V／380V 単相、またはDC 24V／48V）、 無接点式の開閉フィードバック、カバーを取り外さずに配線可能な航空用プラグコネクタ、過充電・過放電・過熱に対するバッテリー保護機能、および0°C～45°Cの動作温度範囲が挙げられます。.
これは万能の答えではありません。 「フェイルポジション」の表に記載されているのと同じ検証ルールが適用されます。すなわち、周囲温度が装置の公表範囲内にあること、バッテリーの状態が定期メンテナンスの対象となっていること、アクチュエータの出力がバルブの実際のトルク負荷と一致していること、そして試運転時に設置済みのアセンブリに対してフェイルアクションのテストが実施されていることを確認してください。 公表された仕様範囲外の使用条件については、仮定するのではなく、別の構成を設計する必要があります。.
見積依頼（RFQ）チェックリスト：確実なマッチングのために送るべきもの
アクチュエータの見積もりは、その根拠となる情報の質によって決まります。これらの詳細を事前に伝えることで、サプライヤーは推測に頼ることなく互換性を確認することができます：
- バルブの型式、サイズ、メーカー
- 必要な引き離しトルク、回転トルク、および着座トルク（入手可能な場合）
- 媒体、使用温度、差圧
- 稼働頻度（1日、1週間、または1か月あたりのサイクル数）
- 必要なフェイル動作：フェイルオープン、フェイルクローズ、またはフェイル位置が定義されていない
- 利用可能な空気供給（圧力、品質）または電源（電圧、相数）
- 制御信号の種類とフィードバック要件
- 使用環境：温度範囲、屋内または屋外、水洗い、腐食性雰囲気
- 取り付けインターフェースおよびステムの寸法、あるいはそれらを示すバルブの図面
- 手動によるオーバーライド、リミットスイッチ、または認証要件
提供できない項目については、単に省略するのではなく、その旨を明記しておくべきです。例えば、トルク値が記載されていない場合、単なる見積もりのやり取りから、まずバルブメーカーとデータを確認する段階へと話が移ることになります。この手順を踏むことで、容量不足のアクチュエータが実際に現場に届くことを未然に防ぐことができます。.
よくある質問
アクチュエータを選定する前に、どのようなトルクデータが必要ですか？
実際の運転条件（差圧、流体、温度、運転頻度）における、対象のバルブ固有の離脱トルク、回転トルク、着座トルクが必要です。シート材質やバルブの構造によって、一見類似しているバルブ間でもトルクが大幅に異なるため、このデータは一般的な表ではなく、バルブメーカーから入手する必要があります。 アクチュエータの出力は、全ストロークにわたって必要なトルクを上回っている必要があり、使用条件に応じた適切な余裕を持たせる必要があります。ご使用の条件におけるトルクデータが入手できない場合は、仮定の数値で代用するのではなく、選定前にそのデータを入手してください。.
複動式空気圧アクチュエータは、故障時に安全な位置に戻るのでしょうか？
いいえ。複動式アクチュエータは、開閉の両方に空気圧を使用し、ばねは備えていません。供給空気が途絶えた場合、バルブを所定の位置に駆動する力がなくなるため、故障後の位置を想定することはできません。 プロセスにおいて、バルブが所定のフェイルオープンまたはフェイルクローズの位置に到達することが求められる場合、複動式ユニットだけではそれを実現できません。スプリングリターン式アクチュエータ、あるいはその特定の組み立て構成においてフェイル時の挙動が検証済みの他の構成を使用してください。.
どのような場合に「スプリングリターン」の方が適しているのでしょうか？
設置場所にクリーンで信頼性の高い圧縮空気が供給されており、空気供給が途絶えた際にバルブを所定の位置に保持する必要があるプロセスでは、スプリングリターン方式が適しています。スプリングの作用により、バルブはアセンブリの設計上の所定の位置（フェイルオープンまたはフェイルクローズ）へと駆動されます。 この方式を採用する前に、スプリングの作動方向、バルブの回転方向、および実際の取り付け向きを必ず確認してください。正しく指定されたスプリングであっても、向きが間違ったアセンブリに取り付けられた場合、誤った位置に向かって作動してしまうからです。また、スプリングリターン式ユニットは、同等の出力を有する複動式ユニットよりも多くの空気容量を必要とします。.
ISO 5211は、アクチュエータの直接取り付けを保証していますか？
いいえ。ISO 5211は、パートターンアクチュエータとバルブ間の取り付けインターフェースを標準化しており、組み合わせを容易にしていますが、すべての組み合わせが互換性があるわけではありません。 依然として、両側の具体的なフランジ形状、ステムカップリングの寸法、バルブの要件に対するアクチュエータの出力トルク、回転角度、および取り付け位置の整合性を確認する必要があります。 手動オーバーライド、リミットスイッチ、電磁弁、位置フィードバックなどの付属品については、さらに要件が追加されます。ISO 5211は、互換性の保証ではなく、共通のボルトパターンとして扱うようにしてください。.
電動アクチュエータは、停電時にフェイルセーフ動作を行うことは可能ですか？
デフォルトではそうではありません。標準的な電動アクチュエータは通常、電源が切れた時点でその時点の位置で停止しますが、その正確な動作は機種によって異なるため、安全な位置を想定することはできません。 停電時の動作を定義するには、バッテリーまたは蓄エネルギー式のフェイルセーフ機能を備え、その用途に対して検証済みの特定のモデルが必要です。その検証には、周囲環境、バッテリーの状態、設置されたバルブの実際のトルク負荷、および実際の組立品での試運転中のフェイル動作の試験が含まれます。.