クローズドセンタでは、5ポート3位置バルブは給気ポート、2つの作動ポート、2つの排気ポートを遮断して複動シリンダを一時停止できます。ただし、ゼロドリフト、無期限の圧力保持、安全な荷重保持は保証できません。SMCは、空気が圧縮性を持ち、空圧部品にゼロ漏れの保証がないため、正確な中間停止は難しいと注意しています（SMC VQ100ガイダンス、2026年参照）。
クローズドセンタ状態は、実際の荷重、姿勢、漏れ、温度、チューブ容積、再起動挙動を試験した後に、管理された生産停止のためだけに使います。動作によって人が負傷したり垂直荷重が落下したりする可能性がある場合は、専用の保持装置を追加し、機械のエネルギー管理手順を適用してください。
要点
- 5/3バルブには5つのポートと3つのスプール位置があり、クローズドセンタでは中立時に5つすべてを遮断します。
- 閉じ込めた空気は漏れ、圧縮するため、シリンダがクリープしたり跳ね返ったりすることがあります。
- より強い空圧保持にはパイロット作動チェック弁を使い、動作が危険を生む場合は機械式ロックを使います。
5ポート3位置バルブはどのようにシリンダを一時停止するか
5/3方向切換弁には5つのポートと3つのスプール位置があります。Festoは、5/2バルブと同じ5ポート配置に、1つの中間位置を加えたものとして説明しています（Festo空圧バルブガイド、2026年参照）。シリンダの保持は、その3番目の位置が何を接続し、何を遮断するかで決まります。
5/3方向切換弁とは、2つの駆動流路状態と1つの中間スプール状態を持つ5ポートバルブです。クローズドセンタは中間機能の1つにすぎません。別の5/3仕様では、両方の作動ポートを加圧したり、排気へ接続したりできます。そのため、機械図面とRFQには完全な記号を記載します。
ポート機能は通常、次のように識別します。
| ポート | 一般的な表示 | 機能 |
|---|---|---|
| 1 | P | 圧縮空気の供給 |
| 2 | B | 一方のシリンダ室への作動接続 |
| 3 | EB、R、またはR2 | 一方の流路の排気 |
| 4 | A | 反対側のシリンダ室への作動接続 |
| 5 | EA、S、またはR1 | もう一方の流路の排気 |
ポート番号と文字の慣例はメーカーによって異なるため、バルブまたはマニホールドに印刷された記号に従います。スプール機能を本体形状やコネクタ数から推測しないでください。2つの駆動位置については、4方向5ポートバルブの配管ガイドで各流路を詳しく説明しています。
ソレノイド14を励磁すると、一般的なスプールはPをAへ接続し、Bを排気します。ソレノイド12を励磁すると、PをBへ接続し、Aを排気します。両方の指令をオフにすると、センタリングスプリングがスプールを3番目の位置へ戻します。クローズドセンタ仕様では、その時点でP、A、B、EA、EBを遮断します。
電気設計でもセンタ状態を考慮する必要があります。ばねセンタリング式ダブルソレノイドバルブは通常、両コイルをオフにすると中立へ戻ります。しかし、コイルの重なり、スプールの固着、手動オーバーライド、パイロット圧の喪失、PLC出力の競合によって、別の結果になる可能性があります。「5/3バルブ」という呼び方に頼らず、対象バルブの非励磁状態を確認してください。
クローズドセンタバルブでゼロドリフトを保証できない理由
SMCは、3位置クローズドセンタ回路が正確な停止を保証できない理由を2つ挙げています。圧縮空気にはコンプライアンスがあり、バルブとシリンダにはゼロ漏れの保証がないためです（SMC VQ100ガイダンス、2026年参照）。5つのポートを遮断して止められるのは、指令された流れであって、起こり得るすべての圧力変化ではありません。
クローズドセンタによる位置保持とは、方向切換弁がポートを遮断し、シリンダが閉じ込めた空圧で支持されている状態です。確実な機械的拘束ではありません。この違いは、安全状態の説明を書くときに重要です。「バルブがセンタにある」ことと「可動部材が物理的に固定されている」ことは、検証可能な別の条件だからです。
閉じ込めた容積には、両方のシリンダ室、両方のホース、継手、センサーアダプター、バルブ内部の流路が含まれます。チューブが長いほど空気ばねは大きくなります。荷重が変わると、その空気が圧縮または膨張してから圧力が新しい釣り合いを作ります。スプールが完全にセンタにあっても、キャリッジは動く可能性があります。漏れは同じ結果に至る遅い経路です。空気はスプール、ピストンシール、ロッドシール、チューブ継手、付属品を通過する可能性があります。Festoの安全ガイダンスは、停止したシリンダが個々の部品の漏れに応じて動く可能性を示し、再起動時にこの挙動を考慮するよう設計者へ警告しています（Festo安全エンジニアリングガイドライン、48ページ、2026年参照）。各容積を隔離し、実際の位置と並べて室圧を記録すれば、圧力低下の経路を測定できます。
温度も重要です。暖かい工程、洗浄区域、炉、日光の当たる筐体のそばに閉じ込めた空気は、絶対温度が変化すると圧力も変わります。2つの室の容積または温度が異なると、圧力変化は対称になりません。リリーフと安全な排気の手段は、使用圧力に対する任意の割合として後付けするのではなく、選定した回路のために設計します。さらに、ピストンの両側で有効面積が同じとは限りません。片ロッドシリンダでは、キャップ側がピストン全面積、ロッド側が環状面積です。したがって、両室の圧力が同じでも力は同じになりません。回路図に2本の遮断配管が描かれていると、この点を見落としやすくなります。外部漏れが明確になる前に、この不均衡が軽荷重のロッドを一方向へ偏らせることがあります。
閉じ込めたシリンダ内部の力の釣り合い
片ロッドシリンダには2つの有効面積があります。Festo Didacticは、ロッド側の環状面積をピストン全面積からロッド面積を引いたものと定義しています。そのため、室圧が同じでも対向力は同じになりません（Festo Didactic、2026年参照）。残る圧力差による力は、圧力にロッド面積を乗じた値です。
加速度を無視すると、軸方向の圧力による力は次のようになります。
2つの有効面積は次のとおりです。
とは、同じ基準で表した絶対圧またはゲージ圧の室圧、はピストン全面積、はロッド側環状面積、はボア径、はロッド径です。静的な正味推力を求めるには、正しい方向の外部荷重と摩擦を差し引きます。
ボア63 mm、ロッド25 mmのシリンダを考えます。両室が一時的に6 barゲージである場合、荷重と摩擦を含める前でも、圧力差だけで伸長方向へ約となります。これは形状を示す計算例であり、許容保持荷重の定格ではありません。
ピストンが動くと各室の容積が変わるため、この値もすぐに変化します。小さな変位でも一方が圧縮され、他方が膨張し、空気ばねの応答が生じます。シール摩擦が最初は動きを隠し、その後スティックスリップとして解放することもあります。そのため、受入れ試験ではバルブが中立へ入った瞬間だけでなく、停止時間全体の位置を測定しなければなりません。初期の荷重側確認には、空圧シリンダ推力計算機で押出し推力と引込み推力を個別に見積もれます。ただし、長期的な閉じ込め圧力の低下は予測できません。その判断には、測定した漏れ、実際のチューブ容積、荷重方向、メーカーの保持装置仕様を使います。
クローズドセンタによる位置保持が適する場面
SMCは、3位置クローズドセンタバルブが正確な中間停止や長時間保持を保証できないと注意していますが、センタ状態が役に立たないという意味ではありません（SMC VQ100ガイダンス、2026年参照）。測定した一時的な移動量が許容でき、危険な荷重が閉じ込めた空気に依存しない場合に適しています。
適した用途には、通常、次の条件があります。
- 軸が吊り下げ荷重を落とさない。
- 短く、時間を定義した生産停止である。
- 予想される最悪荷重の下でも、測定した移動が文書化された製品および治具の公差内に収まる。
- 位置センサーが軸を許容窓内に保っていることを確認してから、工具、コンベヤ、後工程が自動動作を継続できる。
- 再起動ロジックが圧力不均衡と起こり得る跳ね動作を考慮している。
- 空圧エネルギーが閉じ込められている間も、機械がガード内に保たれる。
製品確認のために停止する包装ガイドは、測定したドリフトが工程窓内に収まるなら、この分類に適する可能性があります。リフト、作業者の上で荷重をクランプする装置、吊り下げ治具、保全時の支持に使う軸は適しません。違いを決めるのはシリンダのボアやバルブサイズではなく、結果の重大さです。
バルブを選ぶ前に受入れ試験を定義します。開始位置、室圧、供給状態、荷重、姿勢、温度、停止時間を記録します。次に、停止中の最大変位と再励磁後の最初の動きを測定します。ベンチ上の無負荷シリンダだけでなく、予想される最小荷重と最大荷重で繰り返してください。「精密位置決め」と呼ばないでください。ディスクリート5/3バルブが指令するのは3つの空圧状態であり、測定座標ではありません。複数の中間設定値へ再現性よく移動する必要がある場合は、機械式ストッパ、多位置アクチュエータ、または連続フィードバックを備えたクローズドループ比例位置決めシステムを使います。
リスクと停止時間に合う保持方式
Parkerは、通常閉の3/2流路を2つ組み合わせたデュアルパイロット作動チェックモジュールを説明し、シリンダの近くに取り付けると3位置クローズドセンタバルブより正確な位置決めが得られるとしています（Parker Moduflexバルブシステム、2026年参照）。それでも、この空圧保持が自動的に機械安全ロックになるわけではありません。
パイロット作動チェック弁とは、通常閉の遮断要素で、一方向には自由流れを許し、逆方向の流れを解放するにはパイロット圧を必要とするものです。クラッキング圧、パイロット比、定格流量、逆方向漏れ、取付位置がすべて性能に影響します。これらの選定変数は、パイロット作動チェック弁のエンジニアリングガイドで個別に説明しています。
| 方式 | 制御するもの | 適した用途 | 主な制限 |
|---|---|---|---|
| 5/3クローズドセンタバルブ | 方向切換弁で供給と両方の作動ポートを遮断 | 短時間で危険のない生産停止 | ホース、継手、バルブ、シリンダの漏れは閉じ込め容積に残る |
| デュアルパイロット作動チェック弁 | アクチュエータ近くで各シリンダ配管を遮断 | より長い空圧保持、または配管側漏れの低減 | 空気は圧縮性を持ち、シリンダシールと継手からも漏れる可能性がある |
| ロッドロックまたは機械式ブレーキ | ロッドまたは可動部材を物理的に拘束 | 垂直荷重、意図しない動作が危険な用途 | 正しい保持力定格、解除ロジック、芯出し、妥当性確認試験が必要 |
| 機械式ストッパまたはピン | 確実な物理支持を作る | 保全時の支持、固定されたインデックス位置 | 係合、確認、荷重定格が必要 |
| フィードバック付き比例弁 | 測定した位置誤差を連続的に補正 | 複数の指令位置、制御された動作 | センサー、コントローラ、調整、故障処理、別の安全戦略が必要 |
チェック装置をシリンダ近くに取り付けると、遮断要素とアクチュエータの間の容積と継手数を減らせます。ただし、ピストンシールの漏れや空気のコンプライアンスはなくなりません。SMCのダブルチェックに関するガイダンスも、配管、継手、チューブガスケット、ピストンパッキン、ロッドパッキンからの漏れによって長時間保持が妨げられる可能性を注意しています（SMC VQZカタログ、2026年参照）。重力荷重の軸では、閉じ込めた圧力を最終的な障壁とみなす前に、シリンダロッドロックの安全ガイドを確認してください。ロッドロックにも、確認済みの定格、解除圧、制御シーケンス、芯出し、保全試験が必要です。ロッドロックはリスク低減を補完しますが、ガードやロックアウト／タグアウトの代わりにはなりません。
回路のコミッショニングと受入れ試験
FestoのISO 5599-1バルブファミリーの1つは、特定の5/3クローズドセンタ構成について、励磁18 ms、消磁55 ms、切替32 msを示しています（Festoバルブ資料、2026年参照）。これらの値は、一般的な応答時間の範囲ではなく、選定したモデルのデータを使ってコミッショニングすべき理由を示します。
回路図と部品表から始めます。正確なセンタ記号、パイロット構成、コイル電圧、コネクタ、手動オーバーライド、排気構成、圧力範囲、流量データ、許容取付姿勢を確認します。ダブルソレノイド本体だからといって、クローズドセンタスプールとは限りません。注文コードとメーカー記号が管理すべき証拠です。
次に空気経路を確認します。
- バルブ記号に従ってP、A、B、EA、EBを接続します。
- 保持用付属品が正しくパイロット作動または排気できなくなる位置には、メータアウト流量制御を設置しません。
- パイロット作動チェック弁はシリンダの近くに置き、閉じ込め配管の継手を最小限にします。
- マフラーと排気マニホールドが予期しない背圧を作らないことを確認します。
- 選定したバルブ、シリンダ、付属品の仕様内に供給圧力と空気品質を設定します。
バルブ流量は通常のストローク性能も決めます。ボア、ストローク、目標時間、荷重、供給圧力、チューブ長、許容圧力降下から作動経路と排気経路をサイジングします。バルブの制限を比較するにはCvサイジングガイドを使い、目標ストローク時間に必要な流量はシリンダ流量要件計算機で見積もります。その後、エネルギーを下げて制御を試験します。各駆動位置を個別に指令し、動作方向を確認し、両方の指令を解除すると意図した中立状態になることを検証します。PLCの出力重複を確認し、電源喪失後とパイロット圧喪失後にスプールがセンタへ戻ることを確認します。正しいソレノイドバルブ制御シーケンスは、表示LEDから推測せず、アクチュエータで証明します。両方向の実ストローク時間を記録します。
最後に、保持試験を記録します。結果が工程受入れに関係する場合は、校正済みの位置測定と圧力測定を使います。最小荷重と最大荷重、両方向の動作、予想温度範囲、供給隔離、最大停止時間、振動、再起動を試験します。許容移動量をmmで、許容する再起動過渡を明記します。「目に見えるドリフトなし」は測定可能な受入れ基準ではありません。
再起動試験は停止時間試験と同じ重みを持ちます。停止中に、一方の室だけがより多く圧力を失う可能性があります。スプールが供給と排気を再接続すると、蓄積した不均衡によって通常の速度制御が働く前に跳ねることがあります。機械が自動生産を再開する前に、位置確認と管理された復旧状態を要求してください。
ドリフト、跳ね返り、予期しない再起動動作の原因
SMCは、長時間保持回路で少なくとも5つの漏れ箇所を挙げています。配管、継手、シリンダチューブガスケット、ピストンパッキン、ロッドパッキンです（SMC VQZカタログ、2026年参照）。方向切換スプールだけが動作源だと仮定せず、これらの経路を切り分けてトラブルシューティングします。
| 症状 | 可能性の高いメカニズム | 診断確認 | 是正の方向 |
|---|---|---|---|
| 一方向へゆっくりドリフトする | 不均等な漏れまたは継続する外部荷重 | 停止時間全体で両室圧と位置を記録 | バルブ、チューブ、継手、シリンダの漏れを個別に隔離 |
| センタに入った直後に動く | スプールが中立に到達していない、指令が重複、空気のコンプライアンス | 両コイルの出力とA・Bの圧力を監視 | ロジック、パイロット供給、スプール選定、機械荷重の釣り合いを修正 |
| 高速停止後に跳ね返る | 圧縮空気と移動質量がエネルギーを交換 | 複数の速度と荷重で停止距離を比較 | 進入速度を下げ、クッションを追加、または停止方式を変更 |
| 再起動時に跳ぶ | 保持中に室圧が不均等に低下 | 再励磁の直前と直後に圧力を記録 | 管理された圧力均等化と再起動シーケンスを追加 |
| 温度で位置が変わる | 閉じ込め空気の温度または外部工程熱が変化 | 室圧と温度を同時にトレンド記録 | 閉じ込め容積を減らし、実際の熱条件に対するリリーフまたは隔離を設計 |
| 供給喪失後に軸が落ちる | 閉じ込めた圧力が抜けた、または確実な機械的拘束がない | 管理されたガード内条件で定義した故障を試験 | 定格ロッドロック、ブレーキ、ストッパ、その他のリスク評価済み保持手段を追加 |
漏れのない万能バルブを探さないでください。メーカーのカタログは特定製品の許容漏れと用途限界を定めており、継手も固有の漏れを持つ可能性があります。よりよいトラブルシューティングの境界は、バルブポートとシリンダポートで回路を分割し、隔離した各容積の圧力低下を測定し、その結果を工程公差と比較することです。保全間隔も、部品の取扱説明書、サイクル数、汚染、観測された漏れ、機械のリスクアセスメントから決めます。すべてのバルブファミリーに固定の週次、月次、年次スケジュールを正当化することはできません。シール、継手、バルブ、シリンダ、ソフトウェアを変更した後は、回路の境界が変わっているため、保持試験と再起動受入れ試験を繰り返します。
シリンダの位置保持に関するFAQ
OSHA 1910.147は、対象となる保全作業の前に、空気圧を含む蓄積エネルギーまたは残留エネルギーを放散または拘束することを求めています。この要件によって、生産中の位置保持と危険エネルギーの隔離が分かれます。バルブの3番目の位置は動作を一時停止できますが、それだけで機械へ立ち入ったり保全したりできる安全状態にはなりません（OSHA、2026年参照）。
5/3クローズドセンタバルブはシリンダを無期限に保持できますか?
いいえ。一時的に空気を閉じ込められますが、バルブ、継手、チューブ、シリンダの漏れによって時間とともに室圧が変わります。SMCも、クローズドセンタバルブとシリンダにゼロ漏れの保証はないと明確に注意しています。無期限またはゼロドリフトの保持を主張するのではなく、試験した停止時間と許容移動量を定義してください。
クローズドセンタバルブで垂直シリンダの落下を防げますか?
動作を遅らせる可能性はありますが、危険な吊り下げ荷重に対する唯一の安全対策にしてはいけません。圧力喪失、シール漏れ、チューブ故障、スプール故障によって荷重が解放される可能性があります。確認済み保持容量を持つ、リスク評価済みの機械式ロッドロック、ブレーキ、ストッパ、ブロック装置、または同等の対策を使います。
位置保持にはデュアルパイロット作動チェック弁のほうが適していますか?
通常は方向切換弁を通る漏れを減らし、シリンダの近くで使うと最も効果的です。Parkerは、この構成が標準の3位置クローズドセンタバルブより正確だと説明しています。ただし、圧縮性のある空気を閉じ込めることに変わりはなく、シリンダシール、継手、チェック装置自体の漏れをなくすことはできません。
5/3バルブでシリンダに複数のプログラム位置を設定できますか?
いいえ。3番目のスプール位置が定義するのは中立の流れ状態であり、座標ではありません。再現性のあるプログラム位置には、フィードバックと比例制御またはサーボ制御、あるいは個別の機械式ストッパと多位置ハードウェアが必要です。バルブ指令が報告するのは要求した空圧状態だけなので、センサーで実際のアクチュエータ位置を確認してください。
保持の受入れ試験には何を含めるべきですか?
荷重、姿勢、供給状態、両室圧、初期位置、温度、停止時間、最大変位、再起動時の動作を記録します。予想される最小荷重と最大荷重で試験を繰り返します。意図しない動作が危害につながる可能性がある場合は、独立した機械的拘束と機械のエネルギー管理手順を別々に妥当性確認します。
出典および技術資料
SMC: VQ100 Cleanシリーズの用途上の注意、中間停止、漏れ、圧力保持、残留圧力の解放。2026-07-22取得。
Festo Didactic: Mechatronics Pneumatics、ピストン面積、ロッド側環状面積、シリンダ推力の基礎。2026-07-22取得。
Festo: 空圧バルブガイド、5/2および5/3バルブの定義とセンタ位置の挙動。2026-07-22取得。
Festo: 安全エンジニアリングガイドライン、48ページ、チェック弁による停止、蓄積空気、漏れ、再起動時の注意。2026-07-22取得。
Festo: ISO 5599-1準拠バルブ、機種別5/3センタ機能、流量データ、切替時間。2026-07-22取得。
Parker: Moduflexバルブシステム、デュアルパイロット作動チェックモジュールとシリンダ位置決めのガイダンス。2026-07-22取得。
SMC: VQZ1000/2000/3000カタログ、ダブルチェックブロック、漏れ経路、配管上の注意、製品固有の限界。2026-07-22取得。
OSHA: 1910.147付録A、サービス作業中の危険エネルギーと残留エネルギーの管理。2026-07-22取得。
OSHA: エネルギー管理と制御回路の禁止事項、物理的隔離、残留圧力、ブリード弁、確認。2026-07-22取得。