機器選定 #19：FRLエア処理 — 流量と清浄度で選ぶ
FRLユニットは、使用点でのエア需要から選ぶべきです。同時流量、作動圧力、清浄度の水準、ドレンの量、取付環境、排出・保守の方法です。フィルタ、レギュレータ、ルブリケータは異なるタスクを持ちます。三つの部分を組み合わせても、エア系が自動的に適切になるわけではありません。エア源から各機械の分岐までの図から始め、どの部分がろ過を、どの部分が減圧を、どの部分が実際に潤滑してよいかを決めます。
早見比較
| 要素 | 主な機能 | 選ぶとき決めるべき点 | よくある誤り |
|---|
| フィルタ・水分離器 | 機器の等級まで粒子とドレンを除く | ろ過等級、流量、ボウル、ドレン、圧力損失 | ねじサイズで選び、ろ過水準と流量を無視 |
| レギュレータ | 分岐へ調整圧を減圧・維持 | 調整範囲、流量、安定性、ゲージ | 異なる圧力需要に一つの共通レギュレータ |
| フィルタレギュレータ | 使用点でろ過と減圧を統合 | フィルタ・レギュレータと同じ条件 | 誤った順序で取付、またはドレン計画なし |
| ルブリケータ | 要求する機器へ測った量の油を送る | 機器の実際の要求、油、取付位置 | すべての回路に既定で使い、油が系全体へ回る |
| ロックアウト・排気弁、ソフトスタート、センサ | 分離、圧力排出、制御された圧力立上げ、監視 | リスクレビュー、運転順序、保守 | FRLをロックアウトや安全機能の代わりとみなす |
FRLは空圧アーキテクチャの一部
FRLは通常、フィルタ・レギュレータ・ルブリケータの三語から名付けられますが、実際のエアステーションには、ロックアウト弁、排気弁、ソフトスタート、水分離器、微細フィルタ、圧力ゲージ、圧力センサ、マニホールド、局所減圧の分岐もあり得ます。その順序と数は、エア源、湿度、負荷で必要な清浄度、機器の形式、保守の要求に依存します。したがって正しい選択は、あらゆる機械に再利用されるコンボコードではなく、パラメータを持つ機能図です。
工場のコンプレッサ・ドライヤから機械へ、そして使用点へのエア経路を描きます。方向切替弁、シリンダ、真空エジェクタ、ブロワ、エア工具、測定機器です。その経路に沿って、チューブサイズ、長さ、源圧、使用点で必要な圧力、推定流量、同時に動作する負荷の数を記録します。多くのシリンダを使うセルは、平均流量と大きく異なるピーク流量を要し得ます。エジェクタは吸着のまさにそのときに十分な供給圧を要します。エア工具は大きな変動流量を作り得ます。FRLは、この定められた不利な条件を満たす必要があります。
ろ過等級を選ぶ前に清浄度の要求を分ける
「清浄なエア」だけではフィルタを発注できません。下流の機器が何に敏感かを問う必要があります。粒子、液体の水、油のエアロゾル、油の蒸気、または微生物・特別な材料条件です。弁、シリンダ、真空発生器、エア工具、プロセス機器のデータシートが、要求を定める場所です。分岐が異なる要求を持つなら、機械入口の一つの共通処理段は、不十分か、または全流量に対して過剰かもしれません。
標準フィルタは通常、系列が示す水準で粒子とドレンの分離に役立ちます。微細フィルタやミストセパレータは別の用途です。ねじが同じだからといって、一つのろ過等級を別の等級で置き換えないこと。効率、メーカーが示す粒子径・汚染物の種類、試験条件での公称流量、エレメントが新しいときと交換間近のときの圧力損失を照合します。油・エアロゾルのある環境では、誤ったろ過連鎖を選ぶと、センサ、シール、製品表面に影響し得ます。
ドレンは運転上の要素であり、脚注ではありません。ボウルは見える・点検できる必要があり、エレメントを外して交換でき、排出の方法は取付位置に適する必要があります。手動ドレンは点検の予定を要します。半自動・自動ドレンは独自の作動条件を持ち、適切に処理された排出ラインを要します。ドレンを、滑り、腐食、汚染を起こす所へ導かないこと。Festoは、ソフトスタートの位置が、常時開・半自動のドレンの上流に、エアが連続してドレンから逃げる形で置かれるのを避けるべきだと記します。機器の順序は、正確な構成の資料に従って読む必要があります。
レギュレータは、レシーバの圧力ではなく負荷での圧力から選ぶ
レギュレータは、その条件の限界内で、使用ゾーンの圧力を減圧・維持します。選ぶとき、最低源圧、必要な設定圧の範囲、ピーク流量、サイクルで変わる流量、望む安定性、負荷での実際の圧力を知る必要があります。調整範囲は、妥当な余裕をもって設定値を覆う必要があります。高い範囲だが低圧でよく制御しにくいレギュレータを選ぶと、小さな力の機構に適さないことがあります。
レギュレータポートでの圧力は、シリンダやエジェクタでの圧力と等しくありません。弁、チューブ、エルボ、継手、フィルタエレメント、消音器は、いずれも圧力を失います。機械が速く走るときにシリンダの力が足りないなら、すぐに設定値を上げるのではなく、実際のサイクルでシリンダ・弁の近くの圧力を測ります。一つのボトルネックを補うために圧力を上げると、別の機構がより強く走り、ストローク終端で衝撃し、または機器の限界を超え得ます。測定したあと、実際の原因に対処します。汚れたエレメント、小さすぎるレギュレータ、小さすぎるチューブ、過負荷のマニホールド、過小に見積もったエア需要です。
負荷が異なる圧力を要するとき、圧力変動に敏感な負荷があるとき、一つの分岐のピーク流量が他方に影響するときは、減圧ゾーンを分けるべきです。各ゾーンは図で名付け、有用な位置にゲージ・センサを持ち、明確な圧力限界を持つべきです。クランプ、昇降、真空の組立では、機械を走らせる人の感覚で調整するのではなく、計算した力・吸引の要求に圧力水準を結び付けます。
流量と圧力損失：ねじは小さな一部にすぎない
ねじやポートのサイズでは、FRLのサイズを結論できません。同じG1/4の二つのユニットでも、公称流量、ボウル構造、圧力損失が異なり得ます。Festoは、サイズと構成により異なる標準公称流量の範囲を持つMSの組合せを公表し、同じフィルタ・レギュレータ・ルブリケータの機能でも、具体的なモデルでサイジングする必要があることを示します。読むべき仕様は、正確な構成の流量、圧力条件、接続サイズ、温度範囲、調整範囲、ドレン形式です。
各機構ごとに需要表を作ります。サイクルあたりの容積・消費、サイクル数、運転時間、同時率、圧力要求です。シリンダでは、内径・ストローク・圧力とサイクルが入力です。真空エジェクタでは、正確なノズルの供給圧と圧縮空気の流量を見ます。ブローオフでは、開き時間とオリフィスが大きなピークを作り得ます。最悪シナリオで集計し、メーカーの特性曲線・サイジングの指針と照合します。理論値は、機械に敏感な負荷があるとき、試験で確認すべきです。
FRLから負荷への経路も計算する必要があります。機械入口の大きなFRLは、その後の分岐が長い、チューブが小さい、エルボが多いなら、あまり役立ちません。逆に、一つの分岐が詰まっているためにユニット全体を大きくすると、空間を浪費し、完全には解決しません。目標は、各使用点で十分な圧力・流量を分配し、保守しやすいことであり、最大の機器サイズではありません。
ルブリケータは、機器が本当に要求するときのみ使う
ルブリケータは、調整可能な量の油をエアへ供給します。メーカーの指針に従って潤滑を要する機器に、正しい油の種類と制御された取付位置で有用です。しかし、現代の空圧機器は通常、適切なグリス潤滑をすでに持ちます。Festoは、ルブリケータは現代の系には通常不要で、油が部品内のグリスを洗い流し得るため、いったん油を供給すると継続して維持する必要があると記します。したがって、ルブリケータをBOMの既定の構成要素として加えないこと。
分岐が潤滑を要するなら、油が必要な機器にのみ届くよう配置します。Festoは、可能なら、油を系全体へ運ばないよう、消費する機器の近くにルブリケータを置くことを推奨します。微細・マイクロフィルタやフローセンサの前に置かないこと。この分岐を、無油エア、真空、敏感なセンサ、清浄を要するプロセスを要求する回路から分けます。メーカーが許す油の種類、供給水準、補充位置、あふれ防止の対策、油切れの検知方法を明記します。
ボウル、ドレン、レイアウト、取付環境
樹脂・金属のボウル、ガード、ボウルのサイズ、レベル表示、温度範囲、耐薬品性は、いずれも選択の一部です。Festoは、一部のMSユニットが金属またはガード付きポリカーボネートのボウルの選択肢を持つと記します。一つのボウル形式があらゆる位置に適すると推論できません。衝撃、光、溶剤、熱のリスク、または水位を見る要求があるなら、メーカーが許す選択肢を使い、適切な遮蔽・ガードを配置します。
水分離・ドレンの機能が正しく働くよう、カタログが示す向きと位置でFRLを取り付けます。エレメントを外すためにボウルの下に隙間を残し、観察できる排出ラインを置きます。機械フレームでゲージを覆わない、閉じたパネルの後ろにドレンを置かない、レギュレータのつまみをチューブに触れさせないこと。気流の方向、IN/OUTのラベル、補助ポート、取付ブラケットの位置は、組立図に示す必要があります。振動環境では、ブラケット、センサコネクタ、継手の緩みのリスクも確認します。
FRL、エネルギー分離、機械の起動
FRLはエアの状態を安定させますが、既定でロックアウト・タグアウトの機器や安全排気ではありません。保守中は、機械の手順に従ってエネルギー源を分離し圧力を排出する方法が要ります。再起動時、可動機構を持つ機械は、制御された圧力立上げ、位置・ガードの確認を要し、その後にサイクルを許すことがあります。ロックアウト弁、排気弁、ソフトスタート、圧力センサは、習慣で置くのではなく、リスク評価と運転論理から決める必要があります。
停電、圧力低下、エア遮断、E-stop後のリセット、フィルタ交換の状況を列挙します。すべてを排気する必要のある回路があり、制御された設計で別のゾーンを維持する必要のある回路があります。この判断は、シリンダ、方向切替弁、機械的な負荷に直接関係します。2/3/5ポート電磁弁の選定の記事とエアシリンダの選定の記事は、エア図とともに見直すべき二つの接続点です。
機器を選ぶ日から保守を計画する
ボウルが満たされたり、シリンダが遅く走ったりするまで保守を考えないこと。仕様は、エレメントの部品番号、予備数、圧力の確認方法、ドレン点検の予定、エレメント交換の基準、責任者を記録する必要があります。環境と流量が変わるなら、予定を日付だけに基づけないこと。差圧、低下する流量、運転時間の数が、系によってはより適した信号かもしれません。各エレメントについてメーカーの推奨に従います。
立ち上げ時にベースラインを記録します。源圧、設定圧、重いサイクル下の負荷での圧力、ボウルの状態、モデル・フィルタ等級、レギュレータの設定です。不具合があるとき、ベースラインとの比較は、各部を無作為に交換するより速く原因を追うのに役立ちます。清浄で密封された正確なコードの予備エレメントを保管します。誤ったフィルタ等級を取り付けると、目で気づきにくい形で、系が要求を満たさなくなり得ます。
FRLの選定手順
- 各使用点、必要な圧力、清浄度の水準、同時流量のシナリオを列挙する。
- 源の条件を決める。最低圧力、湿度・油・粒子、ドライヤ、上流の配管。
- 下流の要求でフィルタ・水分離器・微細段を選び、等級、ボウル、ドレンを確定する。
- 圧力範囲と実際の流量でレギュレータを選び、負荷や必要圧力が異なるときゾーンを分ける。
- 下流メーカーが要求する分岐にのみ、定めた油と位置でルブリケータを加える。
- 経路全体の圧力損失、取付位置、エレメント交換の空間、ドレン、ゲージを確認する。
- リスクレビューから分離・排気・ソフトスタートの弁を決め、試験し、運転のベースラインを記録する。
BOMを確定する前のチェックリスト
- [ ] ピーク流量、同時負荷の数、各使用点での圧力の表を得たか。
- [ ] ろ過等級は、下流の機器が制御を要する汚染物に合うか。
- [ ] フィルタエレメント、ボウル、ドレンを、正確なモデル、環境、保守計画で選んだか。
- [ ] レギュレータは、実際の負荷で適切な設定値範囲、流量、安定性を持つか。
- [ ] 最悪サイクル下で、FRL、チューブ、継手、弁、消音器を通じた圧力損失を確認したか。
- [ ] ルブリケータは、機器が本当に要求し、清浄エアが必要な分岐から分けられているか。
- [ ] ロックアウト・圧力排出・ソフトスタートの位置と、エレメント交換を、レイアウトと手順に示したか。
MINATAは、BOMを確定する前に、機械チームとともにエア需要、FRL図、保守位置、実際の圧力データを見直せます。技術・製造チームに相談する。
参考
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