結論：エア供給が失われたときに配管を既知のポートへ移行させたい場合は、スプリングリターン（SR）を選びます。バルブに最後の位置を保持させたい場合は、複動（DA）を選びます。二つの出口の間で流れを切り替えるにはLポート、流れを混合または分流するにはTポートを選びます。組立済みパッケージとは、ISO 5211パッドにラックアンドピニオン式アクチュエーターを取り付けたバルブに、ご注文があればNAMUR電磁弁とリミットスイッチボックスを加え、出荷前に工場で組み立てて試験したものです。
空圧式三方ボールバルブは、三つのポートを持つボールバルブの上にエアアクチュエーターを取り付けたもので、人がレバーまで歩いていく代わりに、制御盤からの一つの信号で二本の配管を切り替え、分流し、または混合します。仕様を決めることは、三つの判断に帰着します。エアが失われたときにバルブが何をすべきか（複動かスプリングリターンか）、ボール内部のボアが流れに何をすべきか（LポートかTポートか）、そしてバルブ、アクチュエーター、パイロットバルブが試験済みの一つのユニットとして届くのか、現場で合わせる部品として届くのか、です。
本ガイドでは、この順序で判断を進め、当社のMV-3DM自動三方ボールバルブを例として使います。その位置にアクチュエーターがそもそも必要ないかもしれない場合や、取付パッドとブラケットについてさらに詳しく知りたい場合は、アクチュエーターより先にISO 5211取付パッドを選ぶべき理由から始めてください。
要点
- 複動（DA）は両方のストロークにエアを使い、エア供給が落ちても最後の位置を保持します。スプリングリターン（SR）は一方向にエア、反対方向にスプリングを使うため、エアが失われると、注文時に指定したポートへ移動します。アクチュエーターの種類とフェイル位置は工場で作り込まれ、後から変更できません。
- Lポートは、底面のポートを左右どちらかのポートにつなぐため、流れを切り替えます。Tポートは、直進させる、分岐へ分流する、二つの入口を一つの出口に合流させる、のいずれもできます。どちらのボアにも全閉の位置はないため、三方ボールバルブは流れを切り替えますが、遮断はしません。90°のストロークでどの二つの流れのパターンが得られるかは、ボアとアクチュエーターのストップ位置で決まります。
- パイロットバルブはアクチュエーターに従います。複動には5/2電磁弁、スプリングリターンには3/2です。機能を取り違えて注文することは、空圧式バルブのパッケージで最もよくある間違いです。
- MV-3DMでは、同じバルブサイズに対して、スプリングリターンは複動より一段大きなアクチュエーターのフレームになります。スプリングがエアトルクの一部を使うためです。Brayのアクチュエーター選定に関する技術資料は、スプリングリターンのストロークは両端ともバルブのトルクに対して確認する必要があると述べています。
- MV-3DMは、二つのISO 5211パッドにアクチュエーターを取り付けた状態で出荷します。ブラケットとカップリングはありません。サイズは1/4″から2″までの八種類で、ねじはご注文に記載されたねじに応じてPT、NPT、PFです。各組立品は、出荷前にストローク試験、トルク試験、漏れの確認を行っています。
空圧式三方ボールバルブとは何か、パッケージに何が含まれるか
空圧式三方ボールバルブは、三つのポートを持つ1/4回転式のボールバルブで、バルブ上部のパッドにラックアンドピニオン式のエアアクチュエーターを取り付けたものです。圧縮空気がボールを二つの端の位置の間で90°回転させます。ボールを貫くボアの形が、各端の位置でどのポートがつながるかを決めます。アクチュエーターに直接ボルトで取り付けた小型の電磁弁が通常は切り替えを行い、リミットスイッチボックスがバルブの位置を制御システムへ返すことができます。
当社のMV-3DMのバルブは、手動三方ボールバルブと同じ、ロストワックス精密鋳造のA351 CF8M（316）ボディで、CF8（304）は受注生産です。シートはPTFE（ポリテトラフルオロエチレン）、定格は1000 WOG（水・油・ガス用の常温の使用圧力であり、蒸気用の定格ではありません）、バルブの温度範囲は−20°Cから180°Cで、第三のポートはボディの底面にあります。サイズは1/4″、3/8″、1/2″、3/4″、1″、1-1/4″、1-1/2″、2″で、ねじはご注文に記載されたねじに応じてPT（テーパ）、NPT（米国のテーパねじ）、PF（平行ねじ）です。アルミ製ラックアンドピニオン式アクチュエーターは、4〜8 barの清浄な乾燥空気（約60〜116 psi）で作動し、複動とスプリングリターンの形式があります。
MV-3DMは、アクチュエーターを取り付けたバルブとして販売しています。電磁弁、リミットスイッチボックス、ポジショナーは、そのパッケージに追加するオプションです。電磁弁とリミットスイッチボックスを同時に注文された場合は、バルブ、アクチュエーター、電磁弁、スイッチボックスを出荷前に組み立て、一緒に試験します。
複動かスプリングリターンか：エアが失われたときに何が起きるべきかで決める
エアが失われたときにバルブがそのままの位置にとどまってもプロセスが許容できるなら、複動で十分です。タンク、ポンプ、製品バッチを守るために、エア喪失時にバルブが定められたポートへ到達しなければならない場合は、スプリングリターンを指定し、どのポートへ戻るかを書き留めてください。アクチュエーターのサイズ、パイロットバルブ、価格は、すべてこの一つの答えから決まります。
複動（DA）：両方向にエア、フェイル位置なし
複動アクチュエーターには、二つのエア室があります。片側にエアを送るとバルブは一方向に回り、反対側にエアを送ると戻ります。エアがなくなると、ピストンをどちらの方向にも押すものがなくなるため、バルブは最後の位置を保持します。配管が不意に動いてはならない場合には便利ですが、バルブに定められたフェイル位置がないことも意味します。バルブは最後に到達した端にとどまり、ストロークの途中でエアが失われた場合は途中の位置にとどまります。
両方のストロークがエア駆動であるため、アクチュエーターの出力トルクは両方向で同じで、ストロークを通して一定です。そのため、複動のユニットは、同じバルブに対してスプリングリターンのユニットより小さくできます。
スプリングリターン（SR）：一方向にエア、反対方向にスプリング、指定したポートへフェイル
スプリングリターンアクチュエーターは、片方のストロークにのみエアを使います。一組のスプリングが戻りのストロークを駆動するため、エア供給が失われると、スプリングがバルブを事前設定された位置へ動かします。二方弁では、その事前設定は開または閉です。三方ボールバルブには全閉の位置がないため、事前設定はポートになります。エアが失われると、ボールはご注文時に指定された側のポートへ戻ります。当社のMV-3DMと、Tri-Clamp接続のMV-3M-TCは、いずれもこの構造で、注文時に指定されたポートへ戻るようにスプリングが設定されています。
そのポートは、後からのメールではなく、お問い合わせに記載しなければなりません。アクチュエーターの種類とフェイル位置は工場で設定され、後から変更できません。ポートAへフェイルするように注文したスプリングリターンのユニットを、現場でポートBに切り替えることはできず、複動のユニットをスプリングリターンに変換することもできません。
スプリングリターンでアクチュエーターが大きくなる理由
スプリングリターンアクチュエーターでは、エアのストロークがバルブを回すと同時にスプリングを圧縮しなければならないため、エアトルクの一部がスプリングに使われます。その後のスプリングのストロークでは、蓄えられたスプリングの力だけでバルブを回すことになり、その力はスプリングが伸びるにつれて低下します。Brayのボールバルブ用アクチュエーター選定の技術資料はその規則を述べています。スプリングリターンのユニットでは、エアのストロークの終端でのトルクと、スプリングのストロークの終端でのトルクの両方が、バルブの必要トルクを上回らなければなりません。その計算例では、複動アクチュエーターで足りる同じバルブに、スプリングが三本または四本の、より大きなスプリングリターンのフレームが必要になります。
MV-3DMでは、同じバルブサイズに対して、スプリングリターンは複動より一段大きなアクチュエーターのフレームになります。スプリングがエアトルクの一部を使うためです。バルブとアクチュエーターのトルク値はご要望に応じて提供できます。配管の圧力と媒体をお問い合わせとともにお送りいただければ、工場でパッケージのサイズを決めます。
パイロットバルブはアクチュエーターに従う
複動アクチュエーターにはエアポートが二つあり、両方に供給しなければならないため、5/2電磁弁を使います。片側を加圧している間、もう片側を排気します。スプリングリターンアクチュエーターは一つのポートにのみエアを入れるため、3/2で足ります。当社の空圧式アクチュエーター用NAMUR電磁弁は、両方の機能を用意しており、コイルはIP67で24V DC、110V AC、220V AC、試運転用の手動オーバーライドが付いています。機能を取り違えることは、空圧式バルブのパッケージで最もよくある注文の間違いであり、電磁弁を別々にではなくアクチュエーターと一緒に注文する十分な理由になります。
| 確認事項 | 複動（DA） | スプリングリターン（SR） |
|---|---|---|
| バルブの駆動方式は？ | 両方のストロークにエア | 一方向にエア、反対方向にスプリング |
| エアが失われると？ | 最後の位置を保持；定められたフェイル位置なし | スプリングがボールを注文時に指定したポートへ戻す |
| フェイル位置 | 設定するものなし | 工場で指定したポートに設定 |
| MV-3DMの同じサイズでのアクチュエーターのフレーム | 標準フレーム | 一段大きい（スプリングがエアトルクの一部を使うため） |
| 電磁弁の機能 | 5/2 | 3/2 |
| エア供給 | 4–8 bar（60–116 psi） | 4–8 bar（60–116 psi） |
| 選ぶ場合 | エアが失われてもバルブをその位置に保ちたい | エアが失われたら配管を既知のポートへ移行させたい |
LポートかTポートか：ボアが「切り替え」の意味を決める
二種類のボールは、外から見ると同じです。内部では、Lポートのボアは底面のポートを一度に一つの側面ポートにつなぐため、バルブは流れを切り替えます。タンク1かタンク2か、ポンプAかポンプBか、製品ラインか戻りループかといった切り替えです。Tポートのボアは三つのポートすべて、または任意の二つをつなげるため、直進させる、一つの入口を分岐へ分流する、二つの入口を一つの出口に合流させて混合する、のいずれもできます。Pumps & Systemsは、三方弁の概説で同じ区別を述べています。Lポートは流れを一度に一方向へ切り替え、Tポートは主に混合に使われるパターンです。
図面上で見落としやすい帰結が一つあります。どちらのボアにも全閉の位置がないことです。Tポートは常にいずれかの経路が開いており、Lポートは常に底面のポートを左右どちらかにつなぐため、どちらも配管の遮断弁としては使えません。三方ボールバルブは流れを切り替えるものであり、止めるものではありません。分岐を確実に閉じる必要がある場合は、三方弁の上にどのアクチュエーターが付いていても、下流に二方弁を追加してください。
当社のバルブでは、どちらのパターンも標準ではありません。TポートとLポートは、手動のMV-3Mでは両方とも在庫品で、自動のMV-3DMでは両方とも用意しています。価格をお問い合わせの際に、ボアをご指定ください。流路を図に描けるなら、お問い合わせに添付していただければ、ポートの構成を確認します。
90°アクチュエーターがボアにどう対応するか
標準的な1/4回転アクチュエーターは、90°離れた二つの端の位置を与えます。Lポートのボールでは、その二つの位置は「底面ポートから側面A」と「底面ポートから側面B」であり、切り替え用途の多くが必要とする切替えです。Tポートのボールでは、90°で隣り合う二つの流れのパターンの間を移動します。どの二つになるかは、穴あけ配置とアクチュエーターのストップ位置によります。バルブのフロー図で180°離れている二つのTポートのパターンは、90°のストロークでは両方に到達できないため、注文前に、そのバルブのメーカーのフロー図で必要な組み合わせを確認し、バルブにどの二つのパターンを持たせるかをお問い合わせに記載してください。
二つの判断の組み合わせは次のとおりです。
| ボア | アクチュエーターの二つの位置の動作 | エア喪失時の複動 | エア喪失時のスプリングリターン |
|---|---|---|---|
| Lポート（切り替え） | 底面ポートから側面A、または底面ポートから側面B | 最後に選んだ側にとどまる | 注文時に指定した側面ポートへ戻る |
| Tポート（混合または分配） | 隣り合う二つのパターン；穴あけ配置とアクチュエーターのストップ位置で決まる；フロー図で確認 | 最後のパターンにとどまる；常にいずれかの経路が開いている | 注文時に指定したパターンへ戻る；常にいずれかの経路が開いている |
組立済みパッケージに含まれるもの、そしてこの形で出荷する理由
当社の組立済み空圧式三方ボールバルブパッケージは、ラックアンドピニオン式アクチュエーターをすでに取り付けたMV-3DMバルブで、ご注文があれば、電磁弁とリミットスイッチボックスもアクチュエーターに取り付けます。これらの部品は、出荷前に組み立てて一緒に試験します。各組立品はストローク試験とトルク試験を行い、各ユニットは出荷前に漏れを確認しているため、現場で合わせるものはありません。トルク値はご要望に応じて提供できます。ユニットは、配管にそのまま接続できる状態で届きます。
ISO 5211とNAMUR：二つのインターフェースが定めるもの
MV-3DMのボディには、二つのISO 5211ボルトパターンが加工されているため、アクチュエーターはブラケットもカップリングもなく、バルブに直接載ります。ISO 5211は、部分回転アクチュエーターの取付けに関する規格で、アクチュエーターとバルブの間のフランジ寸法、駆動部品の寸法、各インターフェースサイズの基準トルクを定めています。その概要には、バルブへの中間サポートの取付けは適用範囲外であると記されています。当社のブラケットとカップラーのページで説明しているとおり、ステム上の高さとステムの駆動形状は依然として合わせる必要があります。そのため、どちらもISO 5211を謳う二つの部品でも、接続にブラケットが必要になることがあります。MV-3DMでは、その合わせ込みは工場で一度だけ行われ、アクチュエーターは直接ボルトで取り付けられます。ブラケットとカップラーが答えになるのは、配管が高温でアクチュエーターをステムから離す必要がある場合や、バルブとアクチュエーターの調達先が異なる場合です。
他社のアクチュエーターを合わせる場合に尋ねておく価値のある点が一つあります。ISO 5211のフランジにはFコード（F03、F04、F05など）があり、メートル系のボルト締めです。米国では、アクチュエーターがMSS FAフランジで作られている場合があります（MSSはManufacturers Standardization Societyです）。Valve Manufacturers Associationの機関誌は、アクチュエーターとギアボックスのフランジ規格に関する記事で、この二つは同じサイズでボルトピッチ円は共通でも、ボルトのねじと芯出し用のスピゴットが異なると説明しています。そのため、部品を別々に購入する場合は、フランジ規格を明記しなければなりません。組立済みパッケージでは、その合わせ込みは工場で行われます。
電磁弁とリミットスイッチボックスは、どちらもNAMURインターフェースで取り付けます。NAMUR NE 19の推奨事項はVDI/VDE 3845を参照しており、電磁弁を空圧式アクチュエーターに、両者の間に配管なしで取り付けるための標準インターフェースを説明しています。当社が製造するすべての空圧式アクチュエーターには、このインターフェースがあります。当社の4V310-08B電磁弁は、継手なしでそこに平らに載り、LSB-01リミットスイッチボックスも同じ方法で取り付けます。二つのSPDT機械式スイッチ（単極双投の接点）が開側と閉側の端の位置で作動し、プラントのPLCまたはDCS（プログラマブルロジックコントローラーまたは分散制御システム）へ返します。三方弁では、この信号がどのポートが有効かを確認するもので、タンク切替やサンプリングラインのインターロックに必要なものです。
空圧式三方ボールバルブの仕様の決め方
お問い合わせの八項目で、上記の判断を網羅できます。ボアも、フェイルポートを含むアクチュエーターも、納品後に変更できないため、その二項目は注文前にもう一度確認する価値があります。順に示します。
- サイズと数量：MV-3DMでは1/4″から2″。
- ボディ材質：CF8M（316）、または受注生産でCF8（304）。
- ねじ規格：PT、NPT、PF（ご注文に記載されたねじに応じて）。配管の他の部分と同じ規格を使ってください。
- ボア：LポートまたはTポート。流路の図があれば添付してください。Tポートの場合は、バルブに持たせる二つの流れのパターンを明記してください。
- アクチュエーター：複動またはスプリングリターン。スプリングリターンの場合は、エア喪失時にバルブが戻るポートを明記してください。
- バルブ位置で利用できるエア供給。4〜8 barの範囲内でパッケージのサイズを決められるようにするため。および、バルブの動作頻度。
- アクセサリー：電磁弁（機能はアクチュエーターに従います。コイル電圧を明記してください）、リミットスイッチボックス、ポジショナー。
- 使用条件と書類：媒体、圧力、温度。および、ボディ材質のミルテストレポート（ご要望に応じて提供できます）が必要かどうか。
自動三方バルブの注文でよくある間違い
注文を出す前に確認する価値のある仕様上の間違いが五つあります。五つとも、お問い合わせの段階で決まるものであり、ボアもアクチュエーターも納品後に修正できません。
電磁弁の機能を取り違えること。スプリングリターンアクチュエーターに5/2、複動に3/2を組み合わせると、バルブは正しく動きません。機能はアクチュエーターに従うだけで、他では決まりません。お手持ちのアクチュエーターがどれか分からない場合は、型式をお送りいただければお知らせします。
フェイルポートなしでスプリングリターンを指定すること。スプリングリターンは、エア喪失時にバルブが既知のポートへ到達するように購入するものです。ポートを明記せずに「スプリングリターン」とだけ書いた注文では、誤った側に設定されて届くことがあります。お問い合わせにポートを書いてください。
三方弁で遮断できると期待すること。LポートのボアにもTポートのボアにも、全閉の位置はありません。分岐を確実に閉じる必要がある場合は、その役目には二方弁を使ってください。
二方弁のトルク表でアクチュエーターのサイズを決めること。上で引用したBrayの技術資料は、多ポートバルブ用に別のトルク表を掲載しており、同じサイズで、その値は二方弁の表より高くなっています。当社のパッケージでは、アクチュエーターは工場で三方バルブに合わせてサイズが決められます。ご自身で部品を組み合わせる場合は、二方弁の数値を読むのではなく、三方弁のトルクを問い合わせてください。
後から自動化できない三方弁を購入すること。当社の手動MV-3Mには、ISO規格に準じた上部パッドがあるため、アクチュエーターを追加できます。当社の手動Tri-Clamp接続のMV-3Nなど、パッドが全くない三方弁もあります。その場合は、上にリンクしたISO 5211の記事で解説しています。ある位置が将来、信号で切り替わる必要が生じる可能性があるなら、最初から空圧式仕様を注文してください。
よくあるご質問
エアが失われたとき、空圧式三方ボールバルブのLポートとTポートはどう動作しますか？
エア喪失時の動作はアクチュエーターで決まり、ボアはその結果の形を決めるだけです。複動アクチュエーターでは、どちらのボアも最後の位置を保持します。Lポートは最後に選んだ側にとどまり、Tポートは最後の流れのパターンにとどまります。スプリングリターンアクチュエーターでは、スプリングがボールを注文時に指定したポートまたはパターンへ戻します。どちらのボアにも全閉の位置はないため、エアが失われると、バルブはフェイル位置へ移動しますが、配管を遮断はしません。
スプリングリターン式三方弁のフェイル位置はいつ設定されますか？
工場で、注文に基づいて設定されます。アクチュエーターの種類とフェイル位置は、パッケージの組立時に作り込まれ、後から変更できません。ポートAへ戻るように設定されたスプリングリターンアクチュエーターを、現場でポートBへ反転させることはできず、複動のユニットをスプリングリターンに変換することもできません。お問い合わせにフェイルポートを明記してください。後からプロセスが変わる場合は、調整ではなく、新しいアクチュエーター仕様として扱ってください。
空圧式三方ボールバルブには5/2と3/2のどちらの電磁弁が必要ですか？
アクチュエーターに合わせます。複動アクチュエーターには5/2電磁弁を使います。二つのエアポートの両方に供給する必要があるためです。スプリングリターンアクチュエーターには3/2を使います。エアを入れるポートは一つだけで、戻りのストロークはスプリングが担うためです。当社の4V310-08B NAMUR電磁弁は、どちらの機能でも用意があり、コイルは24V DC、110V AC、220V ACです。バルブと一緒に注文すれば、正しい機能のものが工場で取り付けられ、試験されます。
三方ボールバルブには別の遮断弁が必要ですか？
配管で確実な遮断が必要であれば、必要です。どちらのボアにも全閉の位置はありません。Tポートのボールは常にいずれかの経路が開いており、Lポートのボールは常に底面のポートを左右どちらかにつなぎます。その役目のために、三方弁の下流に二方弁を追加し、三方弁は本来の切り替え、混合、分流の作業に使ってください。
組立済み空圧式三方ボールバルブパッケージには何が含まれますか？
ロストワックス精密鋳造のCF8MでPTFEシートのMV-3DMバルブ、複動またはスプリングリターンのラックアンドピニオン式アクチュエーター（バルブの二つのISO 5211パッドに直接取り付け）、そしてご注文があればNAMUR電磁弁とリミットスイッチボックスです。ポジショナーも追加できます。バルブ、アクチュエーター、電磁弁、スイッチボックスは、出荷前に組み立てて一緒に試験します。各組立品はストローク試験とトルク試験を行い、各ユニットは出荷前に漏れを確認しています。ボディ材質のミルテストレポートは、ご要望に応じてご提供できます。
まとめ
サイズ、ボディ材質、ねじ規格、ボア、フェイルポートを含むアクチュエーターの種類、エア供給と動作頻度、アクセサリー、使用条件をお送りいただければ、MV-3DMを一つの項目としてお見積りできます。バルブ、アクチュエーター、パイロットバルブが、試験済みの一つのユニットとして届きます。エア喪失時の動作がアクチュエーターを決めます。位置を保持するなら複動、指定したポートへ到達させるならスプリングリターンです。流れの用途がボアを決めます。切り替えるならLポート、混合または分流するならTポートです。どちらのボアも完全には閉じないため、分岐を確実に閉じる必要がある箇所には、下流に二方弁を追加します。