生産停止を防ぐ：不良アクチュエータがもたらすリスクと対策

アクチュエータは製造プロセスを効率化し、生産コストを削減するのに役立ちます。しかし、これらのコンポーネントに問題や欠陥があると、生産ライン全体が危険にさらされ、深刻なダウンタイムを招く可能性があります。

製造業において、ダウンタイムは莫大な財務損失に直結します。ダウンタイムにより、すべての工場が少なくとも5%、中には20%もの生産性を失っていると推定されています。

ダウンタイムを防ぎ、収益を守る一つの方法は、アクチュエータを含む機器のすべてのコンポーネントを最適な状態に保つことです。

本ガイドでは、アクチュエータの役割とアクチュエータ故障に伴うリスクについて説明します。

アクチュエータとは？

アクチュエータは、空気、電気、油圧エネルギーを機械的運動に変換する機械のコンポーネントです。本質的には、機械が物理的な動きを実現するのを助けるように設計されています。

アクチュエータは、遮断、持ち上げ、排出、クランプなど、さまざまな種類の動きを可能にします。これらは製造および産業プロセスにおいて重要なコンポーネントであり、モーター、スイッチ、ポンプ、バルブの作動を助けます。

制御コマンドが機械の変化を指示します。この信号は自動制御または人手操作のいずれかです。これにより、部品を動かしたりタスクを遂行したりするために必要な力が生成されます。

アクチュエータは、機械的動きを誘導・操作するように設計されており、回転運動、直線運動、振動運動のいずれかになります。アクチュエータの支援なしでは、あらゆる望ましい最終動作は実現不可能です。

アクチュエータの用途

アクチュエータは動作と動力源によって分類されます。基本的な動作は直線運動と回転運動の2つです。回転アクチュエータはエネルギーを回転運動に変換します。リニアアクチュエータはエネルギーを直線運動に変換し、押す・引く動作を生み出すため、位置決め用途に最適です。

これらは実質的にすべての業界で利用されており、特に工作機械製造、石油・ガス処理、鉱業、海洋、軍事、航空宇宙、道路建設で顕著です。また、バルブの遠隔操作にも使用されます。

アクチュエータは、クレーン、プレス、石炭破砕機、掘削リグ、ミサイル発射装置、マテリアルハンドリング機器、マンリフトの製造において重要な役割を果たします。電気ドアロックから航空機、自動車まで、私たちの身の回りあらゆる場所に存在します。産業プラントでは、アクチュエータはダンパー、バルブ、流体継手の操作によく使用されます。

産業用アクチュエータのタイプは、動力を生み出すために使用するエネルギーの形態によって異なります。アクチュエータは空気、油圧流体、電気を使用して機械的力を生み出します。

アクチュエータを制御するには、プログラマブルロジックコントローラ（PLC）を使用してバルブを駆動し、シリンダーを制御できます。その他のモデルは、固定された機械的・電気的システムや人手操作によっても制御可能です。

アクチュエータの基本構造

アクチュエータは通常、以下のコンポーネントで構成されます：

電源： アクチュエータの動作に必要なエネルギー入力を供給します。産業用途では、多くの場合電気または流体の形でエネルギーが供給されます。
電力変換器： コントローラーによって設定された特定の測定値に基づき、電源からアクチュエータへ電力を供給します。産業システムにおける電力変換器の例には、電気インバーターや油圧比例バルブがあります。
アクチュエータ： 供給されたエネルギーを所望の機械的力に変換します。
機械的負荷： アクチュエータによって駆動される機械システムです。
コントローラー： システムがスムーズに動作し、オペレーターが決定したセットポイントと必要な入力量と整合することを保証します。

産業用途で一般的なアクチュエータの種類

空圧アクチュエータ

空圧アクチュエータは、信頼性、効率、安全な動力源としてのモーション制御で知られています。圧縮空気または加圧ガスのエネルギーを機械的運動に変換します。着火や電気を必要としないため、燃焼や火花が許容されない用途に最適です。

油圧アクチュエータ

このタイプのアクチュエータは油圧パワーを有用な機械的機能に変換します。頑丈で高力用途に最適です。ウィンチ、掘削機、クレーンドライブなどの重機は、油圧アクチュエータによって機能します。

電動アクチュエータ

電動アクチュエータは電動モーターと減速ギアを使用して機械的トルクまたは直線運動を生み出します。クランプやより高い精度が必要な用途で主に使用されます。

機能不全のアクチュエータがもたらす危険性

品質不良

製造プラントでは、予期せぬアクチュエータ故障が組立ラインを混乱させ、不良品の製造を招く可能性があります。時間とリソースの浪費に加え、不良品は企業の評判を傷つけ、数十億ドル規模の損失をもたらすことがあります。

アプリケーション内の他の機器への損傷

アクチュエータのミスアライメントは、自動化プロセスに含まれる他のコンポーネントや機器に損傷を与え、運用効率を低下させます。損傷した機器は、日々より多くの燃料と電力を消費する可能性があり、コスト増大につながります。

アクチュエータの完全故障

アクチュエータは比較的小さな部品ですが、バルブの閉鎖やプロセスフローの保護など、故障が許されない重要な機能を果たします。

アクチュエータが故障すると、大惨事となる爆発、流出、化学物質放出、財産損害、停電、環境汚染、負傷、さらには死傷事故につながる可能性があります。アクチュエータは即時シャットダウンをトリガーし、コストのかかる生産ダウンタイムを招きます。

プラント全体の停止

製造プラントは運用機器に依存して顧客ニーズを満たし、利益を生み出しています。アクチュエータが故障し始めると、生産スケジュールが乱れ、大幅なダウンタイムと収益悪化を招きます。

アクチュエータの故障・劣化を示すサイン

十分なパワーが出なくなった
ヒス音やカンカン音などの異音
ガクガクした不安定な動作 – 不安定なスロットリングは、パッキンの噛み込み、変動するエア供給、不安定な空圧または電子信号が原因の可能性があります。
完全に収納または伸長しない – 一般的な原因には、アクチュエータへの供給エア圧が不十分になるエア漏れ、リミットスイッチの不適切な調整による動作停止、トラベルストップの不適切な設定、バルブステムとアクチュエータの不正確なカップリングなどがあります。