複動式 vs スプリングリターン式 空気圧アクチュエータ 主要バルブ制御の選択肢

自動化生産ラインでは、危険物の漏洩を防ぐため、停電時や空気供給停止時にバルブが自動的に閉じる必要があります。この重要な要件は、さまざまな種類の空気圧アクチュエータ間の基本的な違いを浮き彫りにしています。この記事では、ダブルアクティング（DA）およびスプリングリターン（SR）空気圧アクチュエータの機能特性、制御方法、およびアプリケーションシナリオを包括的に分析し、エンジニアが適切なバルブ制御システムを選択するのに役立ちます。

1. はじめに：バルブ制御における空気圧アクチュエータの役割

空気圧アクチュエータは、圧縮空気を動力源としてバルブを開閉または調整するために、産業オートメーションで広く使用されているバルブ駆動装置です。作動原理に基づいて、空気圧アクチュエータはダブルアクティングまたはシングルアクティング（スプリングリターン）タイプに分類できます。適切なアクチュエータを選択することは、バルブ制御システムの性能、安全性、および信頼性を確保するために不可欠です。この記事では、ダブルアクティングとスプリングリターン空気圧アクチュエータの違いに焦点を当て、対応する制御戦略の推奨事項を提供します。

2. ダブルアクティング（DA）空気圧アクチュエータ：原理、特性、および制御

ダブルアクティング空気圧アクチュエータの決定的な特徴は、バルブを開閉する両方に圧縮空気が必要であることです。これは、バルブの動きの両方に外部空気圧が必要であることを意味します。

作動原理

ダブルアクティングアクチュエータには、バルブの開閉に対応する2つのエアチャンバーが含まれています。圧縮空気が開口チャンバーに入ると、ピストンがバルブステムを回転させてバルブを開きます。空気が閉鎖チャンバーに入ると、ピストンは逆方向に移動してバルブを閉じます。これらのチャンバーの交互の加圧と排気により、往復バルブの動きが可能になります。

主な利点

• 高い制御精度： 開閉の両方が圧力制御されているため、正確なバルブ位置決めと調整が可能です。
• 高速動作： スプリングリターンアクチュエータと比較して、ダブルアクティングモデルはより速い応答時間を提供します。
• 幅広い適用性： 流量調整や圧力制御など、頻繁な切り替えと正確な制御が必要なアプリケーションに最適です。

標準的な制御方法

ダブルアクティングアクチュエータは、通常、4方2位置電磁弁によって制御されます。これらのバルブは、4つのポート（1つの空気入口、2つの出口、および1つの排気口）と2つの作動位置を備えています。電磁弁の位置を切り替えることにより、圧縮空気の流れの方向が変わり、アクチュエータの動作が制御されます。

• バルブの閉鎖： 電磁弁は最初の位置に切り替わり、空気をアクチュエータの「B」ポートに送り、バルブを閉じると同時に「A」ポートから空気を排気します。
• バルブの開放： 電磁弁は2番目の位置に切り替わり、空気を「A」ポートに送り、バルブを開くと同時に「B」ポートから空気を排気します。

3. スプリングリターン（SR）空気圧アクチュエータ：原理、特性、および制御

スプリングリターンアクチュエータは、圧縮空気を使用してバルブを開き、内部スプリングに依存してバルブを閉じます。空気圧が失われると、スプリングの設計に応じて、バルブは自動的に閉じたり開いたりします。

作動原理

スプリングリターンアクチュエータには、1つのエアチャンバーと1つのスプリングが含まれています。チャンバーに入る圧縮空気は、スプリングの抵抗を克服してバルブを開きます。空気圧がなくなると、スプリングはエネルギーを放出してバルブを閉じます。このフェイルセーフメカニズムにより、空気供給障害時にバルブが自動的に再配置されます。

主な利点

• 安全性の向上： 空気圧障害時にバルブをあらかじめ設定された安全な位置（通常は閉鎖）に自動的に戻し、事故を防止します。
• メンテナンスコストの削減： よりシンプルな構造により、メンテナンス要件が削減されます。
• 高い信頼性： スプリング機構により、さまざまな条件下での一貫した動作が保証されます。

標準的な制御方法

スプリングリターンアクチュエータは、通常、3方2位置電磁弁によって制御され、3つのポート（1つの空気入口、1つの出口、および1つの排気口）と2つの作動位置があります。

• バルブの閉鎖： 電磁弁は通常閉（NC）のままで、入口を排気口に接続し、アクチュエータの「A」ポートから空気を排出し、スプリングリターンでバルブを閉じます。
• バルブの開放： 電磁弁は開位置に切り替わり、入口を「A」ポートに接続してスプリングの抵抗を克服し、バルブを開きます。

4. Namur電磁弁の直接取り付け

設置とメンテナンスを簡素化するために、多くの空気圧アクチュエータは、追加の配管なしでNamur電磁弁を直接取り付けることができるNamurインターフェースを備えています。この標準化された空気圧インターフェースは、漏れのリスクを軽減し、システムの信頼性を向上させます。

5. スプリングリターンアクチュエータの故障モードの選択

標準的なスプリングリターンアクチュエータは、通常、空気圧が失われると閉じるように構成されています。ただし、特定のアプリケーションでは、フェイルオープン構成が必要になる場合があります。これらの特殊な構成は、注文時に指定する必要があります。

6. スプリングリターンアクチュエータの「B」ポート

スプリングリターンアクチュエータには、標準的なアプリケーションでは使用されない「B」ポートが含まれていることがよくあります。このポートは、補助排気や独自の制御要件など、特殊な目的を果たします。標準的な使用では、このポートは適切な動作を確保するために妨げられないようにする必要があります。

7. アプリケーション分析と選択ガイドライン

ダブルアクティングアクチュエータとスプリングリターンアクチュエータのどちらを選択するかを検討する際には、次の要素を考慮してください。

• 安全要件： 危険物の取り扱いには、障害時に自動的に閉じるスプリングリターンアクチュエータを優先してください。
• 制御精度のニーズ： ダブルアクティングアクチュエータは、より正確な位置決めと調整を可能にします。
• 動作速度： ダブルアクティングモデルは、より高速な切り替え機能を提供します。
• メンテナンスの考慮事項： スプリングリターンアクチュエータは、一般的にメンテナンスコストが低くなります。
• 電力の信頼性： ダブルアクティングアクチュエータは、安定した電源を備えた環境に適しており、スプリングリターンモデルは、信頼性の低い電源に適しています。

8. 結論

ダブルアクティングおよびスプリングリターン空気圧アクチュエータは、それぞれ異なるアプリケーションに独自の利点を提供します。選択には、安全要件、制御精度、動作速度、メンテナンスコスト、および電力の信頼性の慎重な評価が必要です。この分析により、エンジニアは、バルブ制御システムの性能、安全性、および信頼性を最適化する情報に基づいた意思決定を行うことができます。