指令する変数が空気流量なら比例流量弁を、指令する変数が下流圧力なら比例圧力レギュレータを選びます。どちらの機器も、それ単体でシリンダ速度、位置、接触力を保証するものではありません。これらのプロセス結果は、圧力差、アクチュエータ面積、負荷、排気背圧、空気容積、フィードバック位置にも左右されます。
最も有用な選定の問いは「どの比例弁が最も高精度か」ではありません。負荷や供給が変わっても何を安定させるべきか、その変数をどこで測るか、コントローラは何を補正するかを確認します。電流制御オリフィス、閉ループ質量流量コントローラ、圧力レギュレータは、いずれもアナログ指令を受けられますが、役割はそれぞれ異なります。
要点
- SMCは、バルブ差圧が変わると、同じ150 mAの指令で約65または40 L/minになる例を示しています。
- 流量指令、実測流量、シリンダ速度、下流圧力、接触力は別々の変数です。
- 信号形式だけでなく、フィードバックセンサー、外乱試験、故障状態、受入限界を仕様化します。
根本的な違いは何ですか
Festoは制御する変数によって比例機器を分けています。流量制御弁は流量を調整し、圧力レギュレータは圧力を調整します。VEMD流量弁はサーマルセンサーと閉ループを備え、MPYEはアナログ入力をスプール位置へ変換します（Festo比例弁、2026年取得）。この構成の違いを、カタログ精度の比較より先に確認してください。
比例流量弁は、開口を連続的に変えるか、実測空気流量を直接調整する空圧の最終制御要素です。比例圧力レギュレータは、供給または排気の流量を調整して下流圧力の設定値を保持する、弁とセンサーのアセンブリです。閉ループ流量コントローラは流量センサーを備え、実測流量の偏差から開度を補正します。
| 機器の構成 | 指令が最終的に設定するもの | 内部フィードバック | 直接制御するもの | 外部フィードバックが必要なもの |
|---|---|---|---|---|
| 電流制御比例流量弁 | コイル電流とバルブ開度 | コイル電流、またはなし | 開口面積。流量は規定圧力条件内だけ | 実流量、シリンダ速度、位置 |
| 閉ループ流量コントローラ | 流量設定値 | 質量または体積流量センサー | 規定範囲内の実測流量 | 負荷とチャンバー条件が効く場合のシリンダ速度・位置 |
| 比例圧力レギュレータ | 圧力設定値 | 下流圧力センサー | センサー位置の圧力 | 接触力、位置、速度 |
「比例」という語は、指令範囲に対して弁がどう応答するかを示すだけで、制御する変数を特定しません。2つの型式を比較する前に、指令、センサー、弁、空圧負荷、プロセス出力をループとして描いてください。図にセンサーがなければ、その地点の調整は開ループです。
部品レベルの機構については、ロッドレスシリンダシステムの比例流量制御ガイドと電空式圧力レギュレータガイドを参照してください。
比例流量指令で速度を保証できないのはなぜですか
SMCのPVQカタログは、指令が流量そのものではないことを示しています。150 mAでは、圧力差が変わると一例の流量が約65から40 L/minへ変化します。同じカタログは、入口圧力と電流が変わらなくても出口圧力が上がれば流量が低下すると説明しています（SMC PVQ）。
開ループ比例流量弁は通常、電気指令を電流と弁開度に対応付けます。実流量は上流圧力、下流圧力、ガス温度、弁形状、チョーク流の有無に依存します。非圧縮性液体に使いやすい平方根式を、圧縮空気の一般的なサイジング法として使うことはできません。
シリンダチャンバーの一次近似の運動関係は次のとおりです。
ここで、vはピストン速度、Q_cはチャンバー条件でシリンダチャンバーへ流入・流出する実体積流量、Aはそのチャンバーの有効ピストン面積です。カタログの標準L/min流量は標準条件を基準にしているため、適切な圧力・温度換算なしにこの式へ代入できません。
この式は空気の圧縮とチャンバー充填も省略しています。加速中は、流入する質量流量の一部が動きを生む前に圧力を上げます。負荷が対抗力に勝つための圧力を決め、排気絞りが背圧を決めます。同じ開度でも、積載量の変更前後でチャンバー圧力と弁差圧が変わるため、シリンダ速度が変わることがあります。
次の3つの仕様を分けてください。
- 弁指令の再現性は、入力から開度までの挙動を示します。
- 流量精度には、流量センサーと定義された流量基準条件が必要です。
- 速度精度には、規定した負荷とストローク範囲での速度または位置測定が必要です。
速度許容差が契約要件なら、位置または速度フィードバックでループを閉じます。Festoも境界を明示しています。MPYEは位置制御スプール弁ですが、アクチュエータを精密に位置決めするには外部位置コントローラと変位エンコーダが必要です（Festo比例弁、2026年取得）。
Cv流量計算ツールで、カタログの流量係数と定義した圧力損失条件を比較してください。その後、メーカーのガス流量データと実際の入口・出口圧力範囲で圧縮空気流量を検証します。次の段階は空圧流量制御弁サイジングガイドで説明しています。
圧力設定値で力を保証できないのはなぜですか
SMCは、電空レギュレータITVについて、モデルと試験条件に応じてフルスケールに対する直線性±1%以下、ヒステリシス0.5%以下を示しています（SMC ITV）。これらは調整圧力の挙動を示す数値であり、ワークにかかる最終的な力ではありません。
比例圧力レギュレータは、圧力設定値と内部圧力センサーを比較し、偏差を減らすために給気または排気します。センサー位置の圧力を調整するのであり、配管損失、局所容積、チャンバー圧力、排気背圧、シール摩擦、機構形状、接触条件はレギュレータの圧力ループの外側に残ります。
片ロッドの複動シリンダでは、次の静的な力のつり合いがより有用です。
ここで、P_cはキャップ側チャンバー圧力、A_pはピストン全面積、P_rはロッド側チャンバー圧力、A_aはロッド側環状面積、F_resistは摩擦と外部対抗力の合計です。圧力と面積の単位はそろえてください。この式は静的な力のつり合いであり、動的加速では慣性項が加わります。
キャップ側への供給を調整しても、ロッド側の背圧はなくなりません。メータアウト弁、容量不足の排気、サイレンサ、方向制御弁によってP_rが上昇し、伸長方向の正味推力が低下することがあります。この見落とされがちな項は空圧システムの背圧ガイドで説明しています。
圧力制御は間接的な力の制御戦略です。シリンダ面積、反対側圧力、摩擦、リンク比、接触形状が十分に安定している場合に機能します。プロセスの受入基準が実接触力なら、該当する荷重経路にロードセルまたは力センサーを置き、その測定値でループを閉じてください。
シリンダ推力計算ツールで、内径、ロッド径、圧力、余裕を基に押し・引き推力を見積もれます。結果はサイジングの目安とし、力の精度が生産要件ならプロセスを計装してください。面積と圧力の関係は空圧物理における圧力差と力のガイドで確認できます。
3つの制御構成を分ける外乱
BürkertのType 8605は40～2,000 mAの出力に対応し、内部電流制御でコイル加熱を補償します。ただしプロセスセンサーが別のループを閉じない限り、流体側の結果は弁開度の効果として説明されています（Bürkert Type 8605、2026年取得）。したがって、電流安定性、流量安定性、プロセス安定性は別々の主張です。
| 外乱 | 電流制御オリフィス | 閉ループ流量コントローラ | 圧力レギュレータ |
|---|---|---|---|
| コイル温度の変化 | 電流制御でコイル電流のずれを低減できる | 流量ループが限界内で残りの流量偏差を補正 | 圧力ループが生じた圧力偏差を限界内で補正 |
| 供給圧力の変化 | 流量が通常変化する | 制御権限が残れば流量ループが開度を調整 | 供給余裕と容量が残れば出口圧力を補正 |
| 下流圧力の変化 | 流量が通常変化する | 差圧範囲内で流量ループが開度を調整 | 流量目標ではなく圧力偏差に応答 |
| シリンダ負荷の変化 | チャンバー圧力と速度が変化し得る | 実測流量が安定しても速度過渡は変化し得る | 実測圧力が安定しても動作・接触力は変化し得る |
| 排気背圧の変化 | 速度と正味推力が変化し得る | 入口流量制御では排気側外乱を補正できない場合がある | 供給圧力制御では反対側チャンバー圧力を直接除去できない |
| 漏れまたは需要変化 | 指令開度だけではプロセス変数を復元しない | 容量内で実測流量を回復するためコントローラが開度を追加 | 容量内で実測圧力を回復するため給気流量を追加 |
アクチュエータが飽和した後では、どのループも外乱を補正できません。全開の弁はそれ以上の流量を供給できず、供給圧力、入口容量、排気容量が不足すればレギュレータも出口圧力を保持できません。公称点だけでなく、最悪の運転条件で制御権限を確認してください。
応答時間も空圧容積全体の性質です。カタログ上の弁応答が速くても、長いチューブや大きなチャンバーはゆっくり充填されます。逆に局所容積が小さいと速く応答しても、コントローラ調整、センサー位置、空圧コンプライアンスの相互作用で振動することがあります。
流量、圧力、それとも両方が必要になるのはいつですか
Festoは比例圧力製品に0～10 Vと4～20 mAのインターフェースを示し、VEMDには閉ループ質量流量調整用のサーマル流量センサーを内蔵しています（Festo比例弁、2026年取得）。信号形式が共通でも機器は互換ではありません。必要な機械結果が構成を決めます。
保持したい変数を測定する、最も単純なループを選びます。
| 主な要件 | 開始する構成 | 外部フィードバックを追加する場合 |
|---|---|---|
| 調整可能なブロー、注入、パージ流量 | 閉ループ流量コントローラ | 流量そのものではなく下流プロセス品質が受入変数の場合 |
| 狭く安定した負荷範囲での再現可能なシリンダ速度 | 比例オリフィスまたは閉ループ流量コントローラ | 負荷、供給、ストローク位置、背圧の変化が速度許容差を超える場合 |
| 圧力レシピまたはコンプライアントなクランプ力 | 比例圧力レギュレータ | 実接触力または部品変形を保証する必要がある場合 |
| 位置プロファイル | 比例方向・流量弁 | 位置が契約要件なら常に位置フィードバックを使う |
| 接触時の力プロファイル | 空圧最終要素としての圧力レギュレータ | 実際の力が契約要件なら力センサーを使う |
| 高速接近と限定した接触力 | 接近は流量・位置制御、接触は圧力・力制御 | モードを連携し、安全で安定した切替条件を定義する |
「両方」の課題は、制御計画なしに2つの弁を直列に置いても解決しません。例えば搬送軸は、接近時に位置フィードバックを使い、検証済みの接触後に力ループへ権限を移せます。切替トリガー、設定値のランプ、圧力・位置・力フィードバックが不自然な場合の応答を定義してください。
選定前にデータシートを比較する
SMCはPVQ30について、0～100 L/minの流量範囲、再現性3%以下、ヒステリシス10%以下を示しています。一方、選定されたITVレギュレータは、フルスケールに対する直線性±1%、ヒステリシス0.5%を示します（SMC PVQ、SMC ITV）。これらは異なる変数と試験方法の数値なので、精度の直接比較にはなりません。
流量機器は、記載されたガス・圧力条件で次を比較します。
- 制御量：電流、開度、体積流量、質量流量
- 流量基準：標準、ノーマル、実条件。基準温度と圧力を含む
- 入口・出口圧力範囲、最小差圧、チョーク流境界
- 定格流量範囲、制御可能な最小値、漏れ、ヒステリシス、再現性、応答の定義
- 信号形式、指令インピーダンス、モニター出力、信号喪失時の動作
- デューティ比、コイル発熱、周囲温度、汚染許容度、取付方向
圧力レギュレータは、実際の空圧容積と需要に照らして次を比較します。
- 出口圧力範囲、供給圧力余裕、耐圧
- 直線性、ヒステリシス、再現性、感度、各パーセンテージの分母
- 給気・排気容量、リリービング／ノンリリービング、流量時の圧力降下
- 内部センサー位置、外部センサー選択肢、モニター出力、応答試験容積
- 指令喪失後の残圧と供給遮断後の動作
- フィルタ要件、使用可能な潤滑剤、電気インターフェース、環境定格
ISO 6358-1は、圧縮性ガスを使う空圧部品の定常試験方法を定義し、固定流路と可変流路の両方を扱います（ISO 6358-1:2013、2022年確認）。異なるカタログの最大流量を比較するのではなく、運転範囲に合った試験条件と特性曲線を仕入先に求めてください。
RFQ・受入試験チェックリスト
ISO 4414は、銘板データだけでなく、空圧システムの設計、設置、運転、保全要件を扱います（ISO 4414:2010、2021年確認）。したがって比例弁のRFQには、完全な運転範囲と、少なくとも3つの外乱試験、すなわち最小供給、最大負荷または需要、指令・電源喪失を指定します。
RFQには次の項目を含めてください。
- 契約上の変数と許容差（流量、圧力、速度、位置、力）を示す。
- 入口・出口圧力の最小、標準、最大を定義する。
- 基準条件付きで、通常、ピーク、制御可能な最小流量を定義する。
- アクチュエータ内径、ロッド径、ストローク、姿勢、可動質量、負荷範囲、チューブ寸法、排気制限を提示する。
- すべてのフィードバックセンサー、その位置、範囲、精度、更新周期、コントローラの担当を特定する。
- 指令・モニター信号、電源、通信、故障状態、リセットシーケンスを指定する。
- 周囲温度、空気品質、デューティ比、侵入保護、許容取付方向を示す。
- 仕入先の発注コード、回路記号、流量・圧力曲線、応答定義、試験条件を要求する。
受入試験では、結果を正しい位置で測る必要があります。流量制御なら指令、実流量、入口圧力、出口圧力、プロセス応答を記録します。圧力制御なら設定値、レギュレータ位置の圧力、チャンバーまたはプロセス圧力、流量需要、力が重要なら力も記録します。
変数をまたぐ外乱を意図的に試験してください。流量指令を保持したまま出口圧力を変え、次に圧力指令を保持したまま流量需要を変えます。この2つの試験で、機器が主張する変数を調整しているのか、単にオリフィスを位置決めしているのか、運転範囲の端で制御権限を失うのかが分かります。
整定時間、オーバーシュート、定常偏差、ヒステリシス方向、指令喪失後の状態を記録します。コイル温度やガス温度が性能を変える場合は、高温・低温でも繰り返します。合否基準には、アナログ出力が「安定して見えた」という主張ではなく、実測したプロセス変数を使ってください。
比例弁の選定に関するよくある質問
SMCはPVQ10で0～6 L/min、PVQ30で0～100 L/minの比例流量例を公開し、ITVシリーズはモデルに応じて最大0.9 MPaまで複数の圧力範囲を扱います（SMC PVQ、SMC ITV）。選定は「比例」という共通ラベルではなく、制御する変数と運転範囲から始めます。
1台の比例弁で速度と力の両方を制御できますか
比例弁は異なる外部制御ループの最終要素として使えますが、1つの内部ループで独立した2変数を同時に調整することはできません。接近中はモーション制御、接触後は力制御を使えます。コントローラは切替条件、ループの権限、制限値、故障時応答を定義する必要があります。
比例流量弁はマスフローコントローラと同じですか
いいえ。比例流量弁は電流を開度に対応付けるだけで、実流量を圧力と温度に依存させる場合があります。マスフローコントローラは流量センサーを備え、実測質量流量を基準にループを閉じます。データシートでセンサー、基準条件、制御範囲、応答、圧力範囲を確認してください。
比例圧力レギュレータはシリンダ推力を一定に保てますか
規定範囲内でセンサー位置の圧力を保つのであって、ワークの力を保つわけではありません。シリンダ推力は有効ピストン面積、反対側チャンバー圧力、摩擦、リンク機構、加速度にも左右されます。圧力を間接的な力の推定に使い、実際の力が契約要件ならロードセルと力ループを追加してください。
負荷が変化するとき、どの弁でシリンダ速度を制御すべきですか
まず比例流量制御を検討しますが、広い負荷範囲で速度許容差を維持する必要があれば、シリンダの動きを測定してください。負荷が変わるとチャンバー圧力と圧力差が変わり、開ループ流量と加速度が変わります。位置または速度フィードバックがあれば、流量と速度が等しいと仮定せず実際の動きを補正できます。
比例弁の受入試験で最も重要なものは何ですか
選定した構成が排除すべき外乱を加えます。流量機器では入口または出口圧力を変えながら実流量を記録し、圧力レギュレータでは下流需要を変えながら出口圧力を記録します。指令喪失、飽和、整定時間、ヒステリシス方向、実プロセス結果を合否記録に含めてください。
出典・技術資料
SMC：PVQシリーズ小形比例ソレノイドバルブ。電流と流量の関係、差圧例、流量範囲、再現性、ヒステリシス。2026年7月22日取得。
SMC：ITVシリーズ電空レギュレータ。圧力範囲、直線性、ヒステリシス、感度、流量、応答条件。2026年7月22日取得。
Festo：比例弁の概要。流量弁と圧力レギュレータの機能、VEMDの内蔵流量ループ、MPYEのスプール位置制御、VPPEインターフェース。2026年7月22日取得。
Bürkert：Type 8605デジタル制御電子回路。PWM出力、内部コイル電流制御、40～2,000 mA範囲、弁開度の挙動。2026年7月22日取得。
ISO：ISO 6358-1:2013。圧縮性ガスを使う空圧部品の定常試験方法。2026年7月22日取得。
ISO：ISO 4414:2010。空圧システムと部品の一般規則・安全要求事項。2026年7月22日取得。