§3気圧装置

1.気圧装置の基本構成

コンプレッサー

シリンダー
エア3点セット

ル
ブ
リケ

タタ

マス
ター

レギ
ュ
レーー

フ
ィル
ター

元
バル
ブ

方
向切
換
弁

速度調整弁

速度調整弁

バル
ブ

(1)エア3点セット
フィルター、レギュレータ、ルブリケータを総称してエア3点セットという。
①フィルター (図1参照)
役

目

管内の水、錆等を除去し、清浄なエアーを気圧装置に供給する

取扱い

エレメントが詰まると圧力低下を招く
また、バルブ等の作動不良の原因にもなるエレメントの交換、ドレン抜きを定期的に実施することが必要
図1 フィルター
断面図49

②レギュレータ (図2参照)
役

目

取扱い

装置内で設定圧以上の圧力上昇を防止する自分勝手に調整しないこと

図2 レギュレータ
断面図③ルブリケータ (通称 オイラ
役

目

取扱い

図3参照)

霧吹きの原理を利用し、潤滑油をバルブ、シリンダー内に供給する

定期的に潤滑油を補給すること

図3 ルブリケータ
断面図(2)方向切換弁
シリンダー等の運動方向を切り換えるために、圧縮エアーの通り道を切り換える弁。
電磁石を用いてバルブを切り替えるソレノイドバルブと、手で操作する手動方向切換弁がある。
一般には、ソレノイドバルブが多く使用されている(※ソレノイドとは筒型コイルの意味)。
≪方向切換弁の構造≫…スプールと呼ばれる部品が左右にスライドすることにより空気の流れを切換える

スプールを動かす操作力が電磁石のものがソレノイドバルブ、手で動かすものが手動方向切換弁となる接続ポートは片側3つ、もう反対側には2つあり、3つのポートのうち、真ん中のポートは給気になる(コンプレッサーに接続)。両側2つのポートはエアーの排出口になる。
一方、反対側の2つのポートは、それぞれシリンダーの両端または他のバルブの給気側に接続する。
電線接続口

それぞれシリンダーの両端に接続(A,Bポート)

排気(サイレンサー)に接続(E1ポート)

排気(サイレンサー)に接続(E2ポート)

給気側(コンプレッサー)に接続(Pポート)

50

≪方向切換弁の記号の読み方≫(例)シングルソレノイド２ポジション(通称 片ソレ)
各ポート

ポート内の空気の流れ方向
スプリングの記号

電磁石の記号

遮蔽弁

スプールのポジション

内部のスプールと空気の流れ方向を「ポジションで」表現する≪主なソレノイドバルブと特徴≫①シングルソレノイド２ポジション(通称 片ソレ)
ソレノイド(筒型コイル)が片方に一つしかなく、ポジションが２つという意味

このタイプの方向切換弁は、作動中のポジションの位置により、非常停止をかけた時のピストンの動きに注意する必要がある。すなわち、ソレノイド作動時に非常停止をかけると、ソレノイドへの電力供給も途絶えるため、反対側のスプリングの影響を受けて、ポジションが逆転する。
結果、非常停止をかける前後でピストンの動きが反転する。
一方、ソレノイド非作動時に非常停止をかけても、スプリングによるポジションの変化はないため非常停止をかける前後でピストンが反転することはなく、そのまま動作端まで移動する。
また、非常停止をかけても、通常、コンプレッサー(エアー動力)の電源までは落ちないためエアーは給気ポートを通じて供給され続け、ピストンが動作端まで移動してもそのまま圧力がかかったままとなる。これを『生き圧』という。
異常処置を行う際は、原則としてマスターバルブを操作し、設備へのエアー供給を遮断する。

≪シングルソレノイド２ポジション特徴≫
・非常停止をかけた時に、弁の位置が切り換わり、非常停止前と反対方向にピストン等が動く場合がある
・非常停止をかけても生き圧は発生している51

②ダブルソレノイド２ポジション(通称 2ポジ)
ソレノイドが両方に計2つあり、ポジションが2つあるという意味※ソレノイドの上には、ポジション固定のためのロックの記号が付く
ロックの記号

このタイプの方向切換弁では、ロック機構により非常停止をかけた前後でポジションの移動はない。
従って、弁の位置も変わらないためピストンは非常停止前の移動方向を維持する。
なお、このタイプも、非常停止をかけた時に自動でエアーを遮断する機能が付いていないためエアーはそのまま供給され続け生き圧が発生する。
異常処置を行う際は、原則としてマスターバルブを操作し、設備へのエアー供給を遮断する。

≪ダブルソレノイド２ポジションの特徴≫
・非常停止をかけても、弁の位置はそのままのため、ピストンは非常停止前の状態を継続する
・非常停止をかけても生き圧は発生している③ダブルソレノイド3ポジション センタークローズ(通称 センターブロック)
ソレノイドが両方に計2つあり、ポジションが3つあるが、真ん中のポジションは全てが遮蔽弁のもの。
センターブロック、クローズドセンターともいう。
スプリングの記号

このタイプの方向切換弁では、両側のソレノイドに電力供給がなされない場合には、両サイドのスプリングの作用で真ん中のポジションをとる。
すなわち、ピストンがどちらの方向に動いていても、非常停止をかければポジションは真ん中になり、エアーの供給が途絶えるとともに、排出もされなくなる。
従って、ピストンはその場で停止する。
なお、エアーの供給が途絶えるので生き圧は発生しないが、シリンダーと方向切換弁との間のエアーも排出されないため、圧縮された空気はそのまま残り、シリンダーには圧力がかかっている。
これを生き圧と区別して『残圧』という。 ※但し、生き圧も残圧として扱うのが一般的である。
異常処置を行う際は、各シリンダーに付いている残圧解放弁(シリンダー用バルブ)を操作してシリンダー内の残圧を開放する必要がある。

52≪ダブルソレノイド3ポジション センタークローズの特徴≫
・非常停止をかけると、弁が中立位置に切り換わりピストンが停止する
・シリンダーと方向切換弁との間にエアーを閉じ込めるため残圧が発生する④ダブルソレノイド3ポジション センターオープン(通称 センターオープン)
ソレノイドが両方に計2つあり、ポジションが3つあるが、真ん中のポジションが開放式のもの

このタイプの方向切換弁も、両側のソレノイドに電力供給がなされない場合には、両サイドのスプリングの作用で真ん中のポジションをとる。この場合、エアーの供給はストップするとともにシリンダー内の残圧は解放されるため、非常停止をかけた場合、横方向に動くシリンダーはその場で止まる。一方、縦型のシリンダーでは自重でピストンが落下する可能性があるため十分に注意する。
なお、このタイプの方向切換弁は、非常停止をかけるとともにシリンダー内のエアーも自動解放されるため、残圧は発生しない。

≪ダブルソレノイド3ポジション センターオープンの特徴≫
・非常停止をかけると、弁が中立位置に切り換わり、原則としてピストンが停止する
・シリンダーと方向切換弁との間のエアーは解放されるため、残圧は発生しない(3)速度調整弁(通称 スピコン、フロコン等)←シリンダーへの給気側の空気の流量を調整する(上矢印の方が大きい)※図はメーターイン回路

メーターインメーターアウト

ピストンの速度調整にはレギュレーターを用いるのではなくシリンダーに接続する速度調整弁により行う①シリンダー内に供給するエアーの流量で調節するタイプをメーターイン回路という②シリンダーから排出されるエアーの流量で調節するタイプをメーターアウト回路という
コンプレッサーからのエアーの脈動が大きい場合は、②を用いる
53

2.気圧装置の危険性と対策
気圧装置はもともと圧縮されたエアーで媒介しているため、作動中は常に残圧が発生している。
従って、ワークが何らかの原因で引っかかることによりピストンが途中で停止しているとき単に非常停止をかけただけでは、引っかかりを外すとピストンが動いて非常に危険である。

【危険の原因】生き圧：コンプレッサーからのエアーがシリンダーに供給されたままでピストンに圧力がかかっている状態
残圧：方向切換弁とシリンダーの間にエアーが閉じ込められピストンに圧力がかかっている状態
非常停止をかけてもシリンダー内に空気圧が残っているものがあるから異常処置前に残圧抜きバルブで排気しよう！

(1)残圧抜きバルブの種類①ソレノイドマスターバルブ⇒非常停止と同時に残圧が抜ける・マスターバルブに電磁弁が付いたもので、非常停止をかけるとともに電磁弁が閉じてエアーの供給を遮断する。
※2ポジションで、遮蔽弁の付いていないタイプの方向切換弁には有効※3ポジションで、センターオープンの方向切換弁は同じ機能を果たす②手動マスターバルブ⇒非常停止後に、人が操作して残圧を抜く

・方向切換弁より上流側にあるバルブで、手動でエアーの供給を遮断する。
※2ポジションで、遮蔽弁の付いていないタイプの方向切換弁には有効③シリンダー用バルブ⇒各々のシリンダーごとの残圧解放弁・シリンダー内に残圧が生じる場合に、その残圧を開放するための弁※2ポジションで、遮蔽弁の付いているタイプの方向切換弁に必要※3ポジションで、センタークローズタイプの方向切換弁に必要(2)残圧抜きバルブ採用の検討順位
残 圧 対 策①ソレノイドマスターバルブ方式②手動マスターバルブ方式③シリンダー用バルブ方式

考え

方★①→②→③の順に検討して決定する★シリンダーごとの対策は、安全確保のためやむを得ない場合に限定して採用する

異常処置の際は、なるべくポカ除けを重視する観点から、非常停止を押しただけで全てのシリンダーの残圧が排気できることが望ましい。また、各シリンダーの残圧抜きバルブは、間違いや思い込みによる誤操作が生じやすいため、なるべく採用しないことが望ましい。

54

(3)残圧解放方法のまとめ

方法1：非常停止ボタンを操作して、全てのシリンダーの残圧を開放する
方法2：非常停止後、手動マスターバルブを操作して全てのシリンダーの残圧を開放する
方法3：非常停止後、シリンダー用バルブを操作してシリンダーの残圧を開放する
方法4：非常停止後、手動マスターバルブとシリンダー用バルブを操作してシリンダーの残圧を開放する
方法4は、一つの設備に様々な方向切換弁が取り付けられている場合に、エアーの遮断と残圧抜きをする方法だ。復旧も単純ではないから十分注意が必要だぞ。

これらの方法で残圧を抜くときは、残圧を抜くと「ワークが飛んでくる」とか「作動物が落下」するとか危険がないかしっかり確認が必要だ。
自重落下するシリンダーには、落下防止(メカロック)が必用だぞ！

(4)復旧時の注意点

残圧を抜いて、異常処置後復旧でエアーを入れたら、突然ワークが飛び出してヒヤッとしたよ！

残圧排気を行った後、シリンダーの排気(アウト)側の圧力がゼロのためエアーを供給すると急激に動作する。この現象を『飛び出し現象』という。
≪エアー供給開始時の「不意の起動」にも注意！≫
残圧を抜いて異常処置後、シリンダーが作動途中で止まっているとき、エアーの元バルブを開き運転準備を入れる(ソレノイドマスターバルブ方式)等、エアーを供給した途端に突然シリンダーが動き、災害を招くケースがある。
エアー供給開始時の「不意の起動」で最も危険なのは、共同作業時である。
機械内でまだ異常処置を行っているのに、他の者が段取よく作業しよう等の気持ちから、「バルブだけ開いてやろう」等といって、エアーを供給される時が最も危険である。従って、バルブ開閉動作はスイッチ入、切に等しい行為であることを認識すべきである。

55

≪飛び出し現象は、なぜ起こる？≫

残圧解放時

エアー供給再開時

シリンダー左側から大容量の圧縮空気が一気に流入するのに対し、右側はゼロだった
ため、ピストンにより左側と圧が吊り合うまで一気にピストンが押されてしまう

残圧抜きをすると両側が同じ圧力ゼロ≪飛び出し現象を防止するには≫【作業対策(ソフト面)】①処置する前に、各個で作動途中のピストンを動作端まで動かしておく②エアー供給操作(バルブ開き)はゆっくり行う③自動運転前に各個で空運転を行う【設備対策(ハード面)】①速度調整弁をメーターイン回路にする⇒給気側の流量を絞ることにより、排気側との圧力差を小さくする方法②SSC弁(セーフティ スピード コントロール)の使用⇒メーターイン回路とメーターアウト回路を合体させた方法

あらかじめ動作端まで各個で動かしておいてさらに自動運転前に各個で空運転しておけばバッチリだな！

56

§4

油圧装置

・油圧装置の基本構成
シリンダー

モーター

ストレーナー

安
全弁

ポンプ

方
向切換弁

速度調整弁

速度調整弁

作動油タンク

作動油

油圧装置も基本構造は気圧装置と変わらない。油圧装置の場合は、気圧装置のコンプレッサーの役割をモーターとポンプが担う。ポンプから送られた作動油は安全弁を通り方向切換弁へと導かれる。
方向切換弁以降の仕組みは気圧装置と同様である。
但し、作動油の場合は空気と異なり、圧縮された状態で循環するわけではない。従って、エアーのように運転を停止すると膨張するような力は働かない。つまり、油圧装置は、動作中はポンプによる循環の脈動が顕著に出やすく、また油圧ポンプを止めると圧力がゼロになり、保持物の落下等の不具合が発生しやすい。
上記のような問題点を防止するため、アキュームレータ(ACC)が使用されるケースがある。
アキュームレータの構造は、右図に示すように窒素ガスを封入し、油圧ポンプが止まっても圧力を発生させたり、油圧ポンプ吐出圧の脈動を吸収する。

アキュームレータ(様々な大きさ、形状がある)
アキュームレータ断面図

アキュームレータを設置した設備では、アキュームレータ内の窒素ガスの圧縮エネルギーにより気圧装置の残圧と同様な危険がある。従って、シリンダー前進途中で引っかかりにより止まっている場合には、引っかかりが外れると、突然シリンダーが前進する。
このような動きを防止するには、アキュームレータとの関係を断つため、適切なバルブ操作により残圧を解除しなければならない。

57