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機械安全における空気圧安全 ダウンロード

ロス・アジア株式会社

安全に関する議論や研究のために、さまざまな情報を提供しています

本書は、ロス・アジアの親会社である米国のROSS CONTROLS 社が作成した”Fluid Power Safety for Machine Guarding”を翻訳、改編したものです。米国規格のANSIやOSHAの油空圧安全に関連した箇所を中心に記述されています。両規格とも作業者の安全確保のために詳細な記述があり、また、技術の進歩に合わせた改訂にも積極的です。

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このカタログ(機械安全における空気圧安全)の内容

Page 1:機械安全における空気圧安全Fluid Power Safety for Machine Guarding1921年設立の高品質空気圧制御機器メーカー

Page 2:Fluid Power Safety for Machine Guarding2 ROSS ASIA K.K Consider it DONE!第 1 章 ‐ 制御の完全性 ・・・・・・・・・・・・・・3 頁第 2 章 ‐ ロックアウト/タグアウト(LOTO)     およびエネルギ隔離 ・・・・・・・・・11 頁第 3 章 ‐ Z244 代替ロックアウトの手段および      シングルポイント代替ロックアウト ・17 頁第 4 章 ‐ リスクアセスメントと油空圧 ・・・・ 21 頁     補足 ‐ リスクアセスメントの検討例 ・24 頁第 5 章 ‐ Q&A よくある質問と答え ・・・・・27 頁     付録‐ 機械安全と空気圧電磁弁 ・・・・30 頁本書は、ロス・アジアの親会社である米国の ROSSCONTROLS 社が作成した”Fluid Power Safety forMachine Guarding”を翻訳、改編したものです。米国規格の ANSI や OSHA の油空圧安全に関連した箇所を中心に記述されています。両規格とも作業者の安全確保のために詳細な記述があり、また、技術の進歩に合わせた改訂にも積極的です。本書が機械安全を考える多くの方々の参考となれば幸いです。本書は、安全に関する議論や研究のために、さまざまな情報を提供しています。また、多くの規格からの抜粋もあります。しかし、本書は、既存の規格書に代わるような正式な技術資料ではありません。また、すべての適用規格を網羅してはいません。本書の内容を実践する前により詳細な調査をお勧めします。読者の皆様は、機器や用途に関連した規格を入手し熟読し、理解してください。安全は将来への投資であり、法的手段での雇用主のコスト、労働者への補償保険金訴訟、時間のロスなどを節減します。適切な安全対策は、普段は気付かないものの、事故が起きた時には認識を新たにするものです。有効な安全プログラムは、リスクの低減だけでなく、生産性も向上します。危険源を排除することで、生産運転中でも作業者がより早くより安全に機械に近づけるようになるからです。ROSS CONTROLS 社は、長年にわたってプレス業界での空気圧安全機器のリーダーであり、多くの産業に安全のノウハウを提供してきました。さらに、安全の必要性を認識し、作業者のリスクを低減し、安全規格への対応のお手伝いをするために、世界水準の安全関連製品を用意しました。安全性向上を目指すお客様は、いつでもROSS のノウハウを入手することができます。詳細は、下記までお問い合わせください。ロス・アジア株式会社〒 252-0245神奈川県相模原市中央区田名塩田 1-10-12 テクノパイル田名内TEL:042-778-7251 FAX:042-778-7256E-mail : custsvc@rossasia.co.jpURL : http://www.rossasia.co.jp安全という概念は、過去数年間で急速に変化しました。設計者や安全管理者は、最近の変化に対応し、近い将来を予測し、計画を立てる必要があります。現在、安全は、機械や企業資産の損害や環境破壊に関連する単語として再定義されています。機械安全は、保険やその他のリスクマネジメントとともに、損失防止プログラムにおける最優先課題になってきています。最新基準の採用とともに、ガイドラインの一部にはユーザーによる定義や柔軟な対応が取り込まれています。これに伴い、雇用主は、不適切な設計による潜在的なリスクの発見という新たな責任を負うことになりました。ゼロ・リスクは目標であるものの、現実的には不可能であると広く認識されています。しかし、リスクアセスメントにより、リスクを許容可能なものにできます。過去のガイドラインを緩めたようにみえますが、実際には企業の経営陣が両肩に背負えるものは何なのかを見極める責任を伴います。目  次はじめに本書に含まれる定義、用語、条件、推奨事項、意見は、機械ガードに関するあらゆる適用安全基準、規則、規制、業界慣習、手順をチェックした結果の代替手段にはなりません。労働者の安全、設備の完全性または環境条件に影響を与えるようなコンポーネント、パーツやプロセスを設置する際には、事前に適切な訓練を受けた安全専門家に必ず相談してください。

Page 3:3ROSS ASIA K.K Consider it DONE!第 1章ご使用の安全回路は本当に安全でしょうか?「冗長」、「監視」、「制御信頼性」、「カテゴリ 3」、「カテゴリ 4」、「パフォーマンスレベル」、「フェイル・トゥ・セーフ」は、制御エンジニアにとって聞き慣れた用語です。これらは、安全制御回路の設計ツールです。残念なことに、制御エンジニアの役目は、電気配線までと定義されており、システムの電気的側面しか取り扱いません。その他の機械設計の部分は機械エンジニアが担当しますが、彼らは電磁弁が電気で制御されるという程度の認識しかありません。このようなコミュニケーションの迷路により、「制御回路/システムにカテゴリや安全基準が必要である」ということが見落とされています。これらの適切な実行には、安全システムを構成するコンポーネント全体を結びつけることが必要です。本書では、単なる回路ではなく、安全「システム」を取り上げています。制御エンジニアは、IEC(国際電気規格会議)の 812 Section3.3「関連する非電気的項目への配慮」という記述に従う必要があります。この規定は、エンジニアの責任が、入力機器(押しボタン、ライトカーテン、エリア・センサ、フロア・マット)により動作する機器(油空圧バルブ)などのシステム全体にわたることを示唆しています。制御エンジニアの関わりは、システムの適切な動作に不可欠です。SRP/CS(制御システムの安全関連部)を定義する ISO13849-1 規格には、油空圧バルブに関する具体的記述があります。最近改訂された米国の ANSI 規格についても同様の記述があります。

Page 4:Fluid Power Safety for Machine Guarding4 ROSS ASIA K.K Consider it DONE!入力装置(押しボタン、ライトカーテン、フロアマット)制御ロジックシステム 出力装置フィードバック装置システム全体バルブ(Valve)油圧バルブや空気圧バルブは電気信号を油圧や空気圧信号に変換します。その機能は、電気回路におけるインターフェース・リレーと同じです。冗長(Redundant)(デュアル・チャンネルとも呼ばれる)同じ結果を達成する手段を 2 つ持つシステムは冗長性を有します。故障発生時に、安全回路で「バックアップ」システムによって安全機能が実行されるのは冗長性によるものです。監視(Monitor)コンポーネントやシステムの性能の健全性を判断する手段。監視機能は、機器に直接組み込まれるか、機械安全監視システムを経由して実現します。監視により、コンポーネントの故障を検出し、冗長性の消失を制御側に知らせることで安全性を確保します。安全コンポーネント(Safety Component)メーカーで設計されたセーフティ専用機器。この機器は、内部のサブコンポーネントの故障によって、不測の事態(ゴースト・ポジション、内部パーツの故障など)が起こらないように設計されています。カテゴリ(Categories)カテゴリは、EN 954-1 に記されているように、安全制御システムやコンポーネントの構造を定義します。ISO13849-1:2006 で は、 こ れ ら の カ テ ゴ リ を パフォーマンスレベルの判断に取り込みます。カテゴリは、B、1、2、3、4 からなり、安全機能がリスクアセスメントの要件に基づいて確実に実行できるように監視や冗長性などの機能を追加します。パフォーマンスレベル(Performance Levels)パフォーマンスレベルは、リスクレベルと制御の信頼性要件を結びつける鍵です。プロセスの SIL(SafetyIntegrity Level;安全度水準)をもとに作成され、コンポーネント・アーキテクチャ(制御カテゴリ)を含 む DC(Diagnostic coverage: 自 己 診 断 率 ) とコンポーネントの統計的な信頼性(MTTFd *)とを合 体 さ せ た も の で す。 *:MTTFd:Mean Time toDangerous Failure;危険側故障発生までの平均時間パフォーマンスレベルは、ISO 13849-1 の 2006 年改訂の際に確立されました。SRP/CS(Safety-Related Parts of ControlSystems;制御システムの安全関連部)制御システムの安全関連部は、入力、ロジック、出力の3 つの主要グループからなり、ステータス・フィードバック機器を含んでいます(図 1-1 を参照)。入力機器からの停止信号に対応した電気コンポーネント、油空圧コンポーネント、機械、装置が含まれます。安全機能は、危険状態へさらされることを排除するか、リスクを受け入れ可能な水準にまで軽減します。                       図 1-1制御信頼性の高い・・・ (Control-Reliable)カテゴリ 3、4 のシステムや機器を表します。自律した制御信頼性の高いバルブは、次のパラメータから構成されています。● 冗長機能● 自己監視とロックアウト機能(故障後、ロックアウトし、再起動させない)● 故障時に最も安全な位置へ切り替わる(フェイル・トゥ・セーフ)● 専用のリセット機能を持つ。エアや電気の入切ではリセットしない。● ソレノイドが励磁されても、運転モード状態が継続していれば、リセットしない。● 安全基準に適合した設計や認証これらにより、制御信頼性の高いバルブは、電気機器での安全リレーに相当する油空圧機器となります。注:外部監視機能によって制御信頼性の規格を満たすことのできるバルブもあります。スイッチ付バルブ(Sensing Valve)最も基本的な安全バルブです。スイッチ付バルブは、外部監視用リミットスイッチの接点を統合化しています。注:切り替え時間が重要な場合(クラッチ制御など)には、制御システムに応答性低下の外部監視機能を組み込まなければなりません。重要用語の定義

Page 5:5フェイル・トゥ・セーフ(Fail-to-Safe)単一故障が起きても、最も安全な状態に戻るように設計された機器。フェイルセーフ (Fail Safe)運転を中断できないプロセス制御業界でよく用いられる用語。フェイルセーフに向けてできる限りの努力をすべきですが、現実に 100% 達成は不可能です。故障(Fault)機器において必要な機能の実行が不可能な状態。性能低下故障(Diminished Performance Fault)油空圧バルブの場合には、切り替え時間が許容範囲以上に長くなる故障。油空圧バルブは、弁体の動きが鈍くなって、切り替え時間が長くなることがあります。ライトカーテン、インターロック・ドア、ゲート、等の停止時間/安全距離を算出する用途では、切り替え時間が長くなると、安全距離が無効となり、安全性が損なわれることがあります。EN/ISO 13849 制御システムEN ISO 13849 制御システムカテゴリは、安全な制御の設計にとって不可欠です。カテゴリ 4 は、下のカテゴリ 3、2、1、B の特徴を含んでおり、それらを向上させています。(図 1-2 を参照)。たとえば、カテゴリ 3 とカテゴリ 4 の間には、小さな技術的差異があります。カテゴリ 4 は、モニタが直ちに(または次の工程に入る前に)故障発見が必要という点で少しタフ(little tougher)にできています。カテゴリ 3 では、システムが次の工程に入るまでは故障が見逃される可能性があります。パフォーマンスレベルはカテゴリを利用しますが、MTTFd(危険側故障発生までの平均時間)と DC(自己診断率)を必要とします。MTTFd は、SRP/CS(制御システムの安全関連部)で使用されるすべてのコンポーROSS ASIA K.K Consider it DONE!カテゴリ 要求事項要約 システム挙動 DCavg CCFB(6.2.3参照)1(6.2.4参照)2(6.2.5参照)3(6.2.6参照)4(6.2.7参照)カテゴリ ENISO13849-1:2006 , JIS B9705-1: 2011安全性達成のために使用される原則各チャンネルのMTTFdコンポーネントのみならずSRP/CS及び/又は保護装置は、予想される影響に耐えるように、関連規格に従って設計、製造、選択、組立、組み合わされること。基本安全原則を用いること。Bの要求事項が適用されること。“十分吟味された”コンポーネント及び、“十分吟味された”安全原則を用いること。Bの要求事項及び“十分吟味された”安全原則の使用が適用されること。安全機能は機械の制御システムによって適切な間隔でチェックされること。Bの要求事項及び“十分吟味された”安全原則の使用が適用されること。安全関連部は次のように設計されていること。一、いずれの部分の単一障害も安全機能の喪失を招かない。かつ、一、合理的に実施可能な場合は常に単一障害が検出される。Bの要求事項及び“十分吟味された”安全原則の使用が適用されること。安全関連部は次のように設計されていること。一、いずれの部分の単一障害も安全機能の喪失を招かない。かつ、一、単一障害は、安全機能に対する次の動作要求のとき、又はそれ以前に検出される。それが不可能な場合、障害の蓄積が安全機能の喪失を招かないこと。障害発生時、安全機能の喪失を招くことがある。障害発生時、安全機能の喪失を招くことがあるが、発生する確率はカテゴリBより低い。チェック間の障害の発生が安全機能の喪失を招くことがある。安全機能の喪失はチェックによって検出される。単一障害発生時、安全機能が常に機能する。全てではないが障害の幾つかは検出される。検出されない障害の蓄積で安全機能の喪失を招くことがある。障害発生時、安全機能が常に機能する。蓄積された障害の検出によって、安全機能の喪失の可能性が低減する(高DC)。障害は安全機能の喪失を防止するために適時検出される。主としてコンポーネントの選択によって特徴づけられる。主としてコンポーネントの選択によって特徴づけられる。主として構造によって特徴づけられる。主として構造によって特徴づけられる。主として構造によって特徴づけられる。“低”∼“中”“高”“低”∼“高”“低”∼“高”“高”“なし”“なし”“低”∼“中”“低”∼“中”“高”(障害の 蓄積を 含む)関連なし関連なし附属書F参照附属書F参照附属書F参照図 1-2

Page 6:Fluid Power Safety for Machine Guarding6 ROSS ASIA K.K Consider it DONE!ネントについての nop(機械操作の回数)と B10d(10%のサンプルが危険側故障を起こすまでのサイクル数)の値から算出され、安全システムの単位時間当たりの危険側故障の平均確率の算出に用いられます。この計算値、自己診断率、および図 1-4 に示すカテゴリを使用して、システムのパフォーマンスレベルが確立されます(図1-3 を参照)。算出した PL がリスクアセスメントで必要とされる PLを満足している場合には、その解決策は問題ありません。算出した PL が低すぎる場合には、システムのカテゴリ、選定したコンポーネントの信頼性、自己診断率、およびそれらの組み合わせの変更により、必要な PL に到達するようにします。図 1-4 は、PL、カテゴリ、MTTFd、DC の関係をグラフに示したものです。このグラフからカテゴリ 2、3、4 を用いて、PLc やPLd に到達するには、いろいろなやり方があることが分かります。その主な違いは回路の構造です。カテゴリ 2システムは、高い MTTFd および DC のコンポーネントを使用できますが、安全システムの安全機能を損なう単一故障には弱いのです。このため、多くのエンドユーザーは安全システムを設計する際、カテゴリ 3 と PLd を必須とするなど最小限のアーキテクチャ (Architecture) を指定しています。このような指定により、単一コンポーネント故障が安全システムを脅かすことを防ぎ、必要な信頼性を有する冗長性を回路に確保できます。この種の設計仕様は、機械安全に関連した空気圧機器にとっては重要です。何十年にも渡り、2000 万回というサイクル寿命が多くのバルブメーカーにとって最小限の設計基準です。実際に EN ISO 13849 付録において、空気圧メーカーが値を用意していない場合、バルブに関する B10d 値として使用されています。しかし、空気圧メーカーは、自社製品の使用条件、とりわけバルブ内を流れる流体の質の管理はできません。良好な条件下(ろ過度が細かく、潤滑は十分、ウエットエア)でテストされたバルブが 2000 万、4000 万、8000 万サイクルに達することはよくありますが、実際の使用方法ではその寿命にまで達することはなかなかありません。( 訳注:日本の「JISB8374 空気圧用 3 ポート電磁弁」での耐久回数は 500 万回 )メーカーは何を危険側故障と考えるか?いくつかの危険側故障は明白です。たとえば、消磁時に排気弁が排気しないという事例です。下流側にライン圧力の 25% が残っている場合は?バルブが 50msec ではなく、500msec で切り替わる場合は?ISO 19973 は、統計的手法を使って空気圧バルブをテストする規格を提示しています。危険(Dangerous)という用語はこの規格には記されてなく、メーカーの解釈、すなわち、設計者が機器を安全システムに実装する場合に意識することを任されています。カテゴリ 2 システム使用の際には、B10d と MTTFd の値に基づく油空圧製品の選定に細心の注意を払うことをお勧めします。回路が PLd を必要とし、B10d の値が 4000 万サイクルのバルブによるカテゴリ 2 の場合、PLd システムとなります。しかし、B10d の値を 3800万に変更した場合、PL は PLc に低下し、PLr(要求された PL)を満たさなくなります。汚れたバルブがフル・ライフに達しないことは容易に推察できます。1 日 16時間、1 年 240 日間運転で設計された機械が、いきなり 1 日 24 時間、1 年 350 日間の運転となった場合の状況はさらに容易に推察できます。nop の値が 2 倍になると、MTTFd の値はそれに従って低下します。カテゴリ 3 および PLd を用いることで、システムは冗長性をもち、システム全体の完全性のレベルが向上します。PL単位時間当たりの危険側故障発生の平均確立(PFHd)[1/h]a 10-5≦PFHd<10-4b 3×10-6≦PFHd<10-5c 10-6≦PFHd<3×10-6d 10-7≦PFHd<10-6e 10-8≦PFHd<10-7注記 単位時間当たりの危険側故障発生の平均確立に加えて、PLを   達成するために、他の方策も必要とされる。Performance Levels (PL) ISO13849-1: 2006(Table3)、JIS B9705-1abcdeカテゴリ BDCavgなしカテゴリ 1DCavgなしカテゴリ 2DCavg 低カテゴリ 2DCavg 中カテゴリ 3DCavg 低カテゴリ 3DCavg 中カテゴリ 4DCavg 高各チャンネルのMTTFd=“低”各チャンネルのMTTFd=“中”各チャンネルのMTTFd=“高” カテゴリ、DCavg、各チャネルのMTTFdとPLの関係ISO13849-1;2006(E),Figure5)、JISB9705-1︵パフォーマンスレベル︶PL図 1-3図 1-4

Page 7:7故障モード、危険側故障、B10d の値に関連した制御の完全性について、以下の議論では、カテゴリを中心に取り上げます。制御エンジニアが、自動組立機の操作回路を設計しました。この機械は、エアクランプシリンダを搭載しており、挟み込み点(Pinch Point)が危険源となります。カテゴリ 4 の制御回路は、リスクアセスメントに基づいて、安全リレーを内蔵した最新の両手操作型制御システムが採用されています。機械設計者は励磁時にエアシリンダがクランプするように、シングル電磁弁を採用しました。操作員が片方の押しボタンから手をはなせば、消磁してシリンダは復帰します。(最も安全な位置へ) これは、安全でしょうか?残念ながら、安全の鎖は最も弱いリングの強さで決まります。上記の例ではカテゴリ 4 システムの想定なのに、カテゴリ 4 のバルブを採用していないため鎖が弱くなっています。標準の空気圧電磁弁はカテゴリ 1 の機器にすぎないので、機械制御システム全体ではカテゴリ 1 となります。このような状況で、参考になる ISO 12100 は、「複数の安全関連機器が安全機能に寄与する場合、これらの機器は信頼性と性能の整合性を保って選択すること」と述べています。このシステムについて分析を行なってみます。両手操作型機器の両方の押しボタンを押すとシリンダが前進し始めますが、工作物が治具に正しく取り付けられていないことに操作員が気付きます。片方のボタンから手を離し、手を伸ばして工作物の位置を直します。そのとき、バルブのリターンスプリングが故障して、バルブが動作位置(安全ではない)のままになっていたとします。ここで、この単一故障が原因で安全でない状況が生ずるかを判断する必要があります。                      図 1-5システムを見ると(図 1-5 を参照)、操作員がボタンから手を離し、電気制御が正常に働いて、バルブへの出力信号を止めますが、シリンダは前進を続けます。しかし、操作員はシリンダが戻るものと思っているため、自分の手が危険状態にさらされます。システムにライトカーテンを追加しても役に立ちません。システムの電気制御部分がいくら安全でも、カテゴリ 1 のバルブが故障する可能性に変わりがなく、それによって危険状態が生ずるからです。                      ここでは、カテゴリ 1 でなく、カテゴリ 4 のバルブを使用する必要があります。カテゴリ 4 のバルブは、冗長性と監視機能をもっており、1 本のスプリングが壊れても、安全機能は損なわれません。バルブは単一故障を検出し、シリンダを安全位置に戻します。監視機能は故障検出後の再起動を防止します。制御信頼性の高いバルブは、電気回路における安全リレーに相当する油空圧機器です。ここで疑問が湧きます。規格への準拠が簡単で、かつ必要なのに、この類のバルブはなぜこれまで採用されなかったのでしょうか? 制御信頼性の高いバルブは、空気圧のマーケットでは新製品なのでしょうか?実はこの類のバルブは何十年も前から市場にありましたが、プレス機械など制御信頼性が要求される特定の用途でしか採用されていませんでした。前述のシリンダの危険事例では、単一故障が安全機能を無効にする様子を示しました。カテゴリ 4 回路が使用されているので、PLe が必要と仮定できます。バルブにフィードバック用の DC( 自己診断率 ) を追加すると、システムの PL が改善しますが、この故障による潜在的危険はまったく変わりません。単一故障により安全機能が無効になる状況はそのままです。リスクレベルが十分高く、PLe システムが必要な場合、そのレベルの完全性には、カテゴリ 3 か 4 のシステムが必要です。PLd が選択された場合も、同じ考え方が当てはまるでしょう。カテゴリ 2 システムでも PLd に辿り着きますが、単一故障で安全機能が無効になる可能性が存在するので、カテゴリ 3 か 4 のシステムでそれを避ける必要があります。もう一つのよくある質問は、2 つの標準バルブを使用し、これらを監視しないのはどうか というものです。監視しない場合には最初の故障後、制御の冗長性が失われてカテゴリ1に低下します。(図 1-6 を参照) 監視なしでは、制御の完全性の低下を検出できません。これがROSS ASIA K.K Consider it DONE!制御の完全性(Control Integrity)カテゴリ3の制御回路ソレノイドは消磁となるON位置で固着し、復帰しなくなったバルブカテゴリ1のバルブ

Page 8:Fluid Power Safety for Machine Guarding8 ROSS ASIA K.K Consider it DONE!制御信頼性と単純な冗長性との違いです。                       図 1-6標準機器から独自のシステムを構築する場合、購入品と完成したシステムが、EN、ISO、CSA、ANSI 等の規格に準拠して組立、設計されている必要があります。また、独自の回路や監視システムを設計する必要もあります。現在、安全バルブは CE マークを付け、特定の ISO13849 のカテゴリやパフォーマンスレベルに準拠していることを宣言する必要があります。このようなシステムを自分自身で構築しないのはなぜか疑問に思うかもしれません。安全リレーやライトカーテンを自分で設計する場合を考えてみれば、複雑さと重要性の点で同様なことが分かります。真に制御信頼性の高いカテゴリ 3、4 のバルブの汎用的な回路(図 1-7)は、給気を直列に排気(大きめ)を並列に並べたものです。制御信頼性の高いバルブを購入する場合、このような回路になっていることを確認する必要があります。この回路を市販の空気圧バルブで再現するために、4 つのバルブ(2つではない)とセンサが必要です。直列に配置された 2 つの給気バルブはエアを下流に供給し、残りの 2 つの並列に配置されたバルブは、下流のエアの排気に必要です。この結果、下流に給気されるにはすべてのバルブが正常に動作する必要があり、1 つでも異常があれば下流のエアが排気されるという冗長性のあるバルブシステムが構成されます。                      次の項目についても考慮する必要があります。● バルブにはどんなクロスオーバー「ゴースト」位置が存在し、それが安全ではない状態を作り出す可能性があるか?(この情報は、通常の製品書類には記載されていません。)● 標準切り替え時間はどの程度か、また、許容範囲はどの程度か?● 自社設計の安全コンポーネントに対して、受け入れ可能な責任に関する自社の考え方● コスト・スタディ(Cost Study)の面から見た自社設計の妥当性(制御信頼性の高い安全バルブを購入する場合との比較)● バルブシステムは、国際規格を満足しているか、ENや CSA など、海外の安全組織による認証が必要か? また、これらの認証に必要なコスト (1-2 年かかり、高コスト )● 制御システムの妥当性検査(必須)● 性能低下の監視が必要かまたは簡単な故障監視で十分か の判断油空圧システムでは、制御信頼性の高い製品の用途はたくさんあります。制御信頼性の高いカテゴリ3、4 の油空圧バルブの典型的な用途では、次のような機器が関連しています。E-stop、両手起動、ライトカーテン、安全ゲート、安全ゲート用空気圧ロック機器、油圧ブレーキ、空気圧ブレーキ、空気圧クラッチ、油圧クラッチ、ロッド・ロック等重要なアプリケーションのバルブが使用される箇所として、LOTO(ロックアウト/タグアウト)に代わる機械安全の用途があります。現在、米国では、エネルギ源を隔離する電磁弁は、OSHA(労働安全衛生局)の規定を満たすために、制御信頼性が高くなければなりません。これらの用途については、第 3 章の「代替手段」を参照してください。安全バルブには、複数の種類があります。カテゴリ 3、4 には、スイッチ付タイプやセルフモニタリングモデルなどがあります。カテゴリ 3、4 に対応できるスイッチ付バルブ(図 1-8 を参照)は、フェイル・トゥ・セーフのチェック時に既存の故障条件だけを監視する冗長ユニットであり、リセット機能はなく、機械の安全ロジックにフィードバックする能力はありません。また、スイッチ付バルブは、性能測定や性能低下による故障の発生(弁体の固着)をメモリすることもありません。この種のバルブの性能低下を監視するには、スイッチからの入力を受け取る外部監視回路を用意する必要があります。監視警 告このバルブは動作位置で固着しており、配管の一部と化している。今、このバルブだけで機械を制御している。制御信頼性の高いバルブ=市販の安全バルブ(カテゴリ2)4個+監視機能空気入口 給気バルブA給気バルブB排気バルブC排気バルブDバルブA & バルブB=給気バルブC or バルブD=排気図 1-7

Page 9:9回路の用意はユーザーの責任となります。このことは、カスタムメイドの機械を多数所有する会社の場合、問題になることがあります。製造元が複数あり、それぞれ異なる監視回路を持っているからです。セルフモニタリングバルブ(図 1-9)は、安全機能をすべて本体に内蔵し、ユーザーによる設計は不要です。また、応答性低下による故障検出機能も持っています。これは、バルブメーカーがバルブの性能の許容範囲を決め、すべてのチェックを内部で行なうオンボード・システムを開発したことを意味します。これは、制御信頼性の高い用途で最もよく用いられるバルブです。セルフモニタリングバルブは、すべての機械で均一なレベルの監視を可能にし、設備全体の標準化を実現します。この種のバルブは、既存の機械ロジックを変更せずに簡単に後付けでき、安全ロジック・システムの再設計や再確認の必要(およびコスト)がありません。定義で指摘したように、制御エンジニアは故障を検出し、それを継続しなければなりません。この定義の意味は、制御設計の哲学およびバルブと電気機器との間の機能的違いについて考える必要があります。優れた電気安全エンジニアリングでは、アクセスゲートに取付けられたリミットスイッチを含む安全回路について、安全定格スイッチを使用し、それをゲートの開動作によりポジティブに作動させることで、動作遅れのスイッチを排除します。これらの規格が存在する以前は、通常のリミットスイッチが取り付けられ、ドアに押された状態を保持して定位置を示すようになっていました。ドアが開くと、スイッチの接点がばねにより閉じます。ただし、これは接点が固着していない場合です。空気圧バルブでよく起こる故障の一つはスプールの固着です。ライトカーテンなどの停止時間が重要な用途では、この故障が問題になることがあります。バルブの切り替えが遅いと機械全体の停止時間が長くなります。つまり、ライトカーテンを通過して、挟み込み点 (Pinch Point) に手が届いてしまう可能性があるということです。バルブの切り替え遅れを電気監視回路で検出するには、コストがかかります。自己監視式の制御信頼性の高いバルブ ( カテゴリ3、4) では、この基準に容易に対応できます。制御信頼性の高いバルブのもう一つの用途は、工業用ブレーキです。多くのブレーキ・システムは、カテゴリ 3、4 の制御規格を満足していません。緊急停止ブレーキは、スプリングでブレーキを掛け、ブレーキの解除には、空気圧や油圧を使用します。スプリングの故障に対しては、必要数以上のスプリングを設けますが、バルブの故障でエアや油が排出できない場合はどうなるでしょうか?答えは、固着したバルブにより、解除されたままブレーキが掛けられません!たとえ他の安全手段があるとしても、安全機能を損なう可能性のある故障を発見するには、システム全体の再評価が必要です。一般的な安全基準は、1 つのエネルギ源(通常は電気)について記述されています。OSHA と ANSI(米国規格協会)は、他のすべてのエネルギ源への適用を求めています。OSHA と ANSI に加え、ISO(国際規格化機構)、CE(欧州共同体)、state OSHA、そして、より具体的な機械類グループを対象とする ANSI 仕様も確認する必要があります。油空圧の安全システムの理解に重要なことがもう一つあります。油空圧システムやそれらのコンポーネントに関連する EN ISO 4414:2010 では、セクション 5.2.7で、どんな種類の制御、または、エネルギ供給源(例、電気、空気圧、その他)を使用する場合には、次の動作、事象(予想外か、意図的かに関わらず)でも、危険状態が生じないこととしています。● 供給源のオンまたはオフ(予想外または意図的)● 供給源の減少 (流量または圧力の低下)これは、カテゴリ 4 のバルブが故障を検出した際には、特に重要です。LOTO と供給源を隔離しても、原因を究明するためには、バルブが動作状態にリセットされてはなりません。安全制御回路を設計する際は、ISO、ANSI、OSHA 規格が、初めから終わりまで制御システム全体に適用されることを忘れず、完全性の連鎖を切らないように注意してください。(図 1-10 を参照)。ROSS ASIA K.K Consider it DONE!図 1-8スイッチ付バルブ図 1-9DM2Ⓡシリーズ E、サイズ 2

Page 10:弱い鎖カテゴリ1                    Fluid Power Safety for Machine Guarding10 ROSS ASIA K.K Consider it DONE!板金プレス機械は、一般規格、および、本用途に関する特定の規格すべてが対象となります。空気圧か、油圧かに関係なく、クラッチ/ブレーキ制御用のバルブは、カテゴリ 4 で応答性低下用モニタが必要です。(この種のモニタが無いと、バルブの動作が遅くなった時に、プレスが停止信号を受けても、停止しなかったり、停止が遅れたりすることがあります。)また、故障や応答性低下を検出した場合には、バルブはロックし、再起動防止する必要があります。適切に設計されたシステムは、少なくとも次のものが装備されています。A) エア供給タンクB) 圧力スイッチ(バルブの給気側に配置、適正圧監視用)C) 自己監視ダブルバルブ(性能低下故障検知可能)D) レギュレータ(エアタンクの給気側に設置)プレスのユーザーの中には、ブレーキ・モニタが制御信頼性の高いカテゴリ 4 のバルブの代用になると考えている方もいます。たしかにブレーキ・モニタ・システムは、ブレーキ・システム全体の性能低下を監視しますが、ダブルバルブの動作遅れや片側弁体故障は検出しません。バルブの冗長性によって、これらの故障でもブレーキ・システムは適切な停止機能をもっているからです。したがって、ブレーキ・モニタ・システムは、制御信頼性の高いダブルバルブのモニタの代わりにはなりません。BCBDAANSI B11.0ANSI B11.19ANSI Z244ANSI B11-TR6ANSI/RIA R15.06ISO 13849ISO 4414IEC-812ISO-12100NFPA 79References forControl Integrity:図 1-10

Page 11:11ROSS ASIA K.K Consider it DONE!第 2章NIOSH(米国の国立労働安全衛生研究所)は、その警告の中で、「機器やシステムを設置、整備する作業員は、制御下にない危険なエネルギの解放によって、怪我をしたり、死亡することがある」と作業員に注意を喚起しています。NIOSH は、作業員への安全防護方策実施の際には、安全に関する同じ懸念を他の作業員にも伝えなければならない と警告しています。NIOSH によると、152 件の事故のレビューで、82% がエネルギを完全に遮断、隔離、放散しなかったこと、11% は遮断後のロックアウト忘れ、7% がロックアウト後のエネルギ源の放散の未確認が原因とのことです。これらの事故の調査を通じて、危険なエネルギの包括的な制御手順が実装され、それに準拠していればすべての事故は防止可能だったことがわかりました。ロックアウトは、OSHA が挙げる違反の常に上位を占めています。

Page 12:Fluid Power Safety for Machine Guarding12 ROSS ASIA K.K Consider it DONE!LOTOロックアウト(Lock Out)およびタグアウト(TagOut)の略語。LOTO は、エネルギ隔離とロックアウトを表す一般的な用語です。現在では、ロックアウトが不可能な場合を除き、いかなるときもタグアウトを単独で使用することはありません。LOTO は「予期しない起動の防止」という語句でも表現されます。OSHA は、整備や保守作業の間、すべてのエネルギ源の隔離を要求しています。OSHAOSHA は通常の生産運転は本規格の対象ではないと述べています。通常の生産運転中に行われる整備や保守およびその両方が本規格の対象となるのは、次のような場合のみです。1910.147(a) (2) (ii) (A)従業員が防護機器や他の安全機器を取り外すか、バイパスする必要がある場合、または、1910.147(a) (2) (ii) (B)作業員が体のいずれかの部分を機械上のエリアや装置の一部に入れる必要があり、実際に作業が行われる場所が、加工される材料の上 ( 操作点 ) か、機械の運転サイクル中に存在する危険ゾーンの場合注:(a)(2)(ii) 項の例外:通常の生産運転中に行なわれる小規模なツール交換や調整、その他の小規模な整備活動は、それらが日常的、定期的な生産用機械の使用に不可欠な場合には、本規格の対象になりません。ただし、作業は効果的な防護となる代替手段を用いて行われるものとします。ロックアウト (Lock Out)一度オフモードに入ったエネルギ隔離機器の操作を禁止するために施錠すること。ロックアウト機器隔離機器の操作を禁ずるために、機器上に配置される錠(Lock) またはロック・システム(Lock System)。危険エネルギ解放されることによって、直接的、または、間接的な結果(機械類やプロセスの予期しない作動による)として、身体の傷害、機器、環境の破壊を起こす可能性がある蓄積されたエネルギのこと。危険エネルギには、電気的、機械的(ばね、はずみ車の回転、垂直負荷による重力など)、油圧、空気圧、蒸気、水、その他の液体、気体、熱、原子力、化学的なものがあります。隔離機器特定のエネルギの入力を停止するシステム内の手動操作コンポーネント。油空圧の隔離機器は、排出機器と一緒に使用されることが多い。排出機器は、隔離機器の「下流」にあるエネルギを放散するのに使用されます。空気圧機器では、隔離機器と排出機器は単一のコンポーネントにまとめられ、空気圧エネルギの供給を遮断し、下流の空気圧エネルギを排出します。BSP(最良安全作業法)BSP は安全のルール(および OSHA の要件)です。内容はシンプルです。技術は常に変化しており、その速度は法律の改正より速いので、ユーザーの責任で現在入手可能な最良のシステムを採用すべしということです。OSHA の規制は、他に利用可能な技術がない場合の最小限の基準点(ベンチマーク)として考えるべきです。代替手段日常的に繰り返され、生産にとって不可欠な小規模なツールの変更や調整、ならびに、その他の小規模な整備活動のための機械安全防護方策を意味します。生産運転ではロックアウトは必要ありませんが、作業員が機械のエリア、装置の一部、実際に加工されている材料の上に自分の身体の一部を置く必要がある場合や安全防護方策をバイパスする場合には、有効な安全防護方策となる代替手段を使用しなければなりません。この章は説明を簡略化するために、内容を空気圧の隔離に限定していますが、ルールは他の形式のエネルギにも適用されます。OSHA は、ユーザーの責任で、すべての規格を知り、それを他の同様のアプリケーションにも解釈すべしと考えています。OSHA が、例として電気システムを使用したエネルギ隔離の規格を記した場合、すべての形式のエネルギへのアプリケーションにも同様の解釈が期待されます。多くの人々は、しばしば規格を解釈することの重要性を忘れ、言及された機器に対してのみ適用しています。重要用語の定義

Page 13:13ROSS ASIA K.K Consider it DONE!ロックアウトについては、多くの誤解があります。そのため、ここでは、よく見逃されるいくつかの基本的なOSHA 要件について概観します。プラント・エリアに近づくすべての従業員や来訪者に対して、なぜ機械に錠が掛かっているか、そして、不正に開錠した場合に起こる危険状態について理解させるため、書面によるポリシーや訓練を提供しなくてはなりません。加えて、このポリシーと訓練では、施設に入る契約業者やベンダーにも、正確な手順を伝え、施設内ではそれに従うようにと指示しています。隔離バルブは手動で操作され、「オフ」モードで確実に施錠できる機能が必要です。また、ANSI 規格、および、CSA 規格では、「オフ(閉じ)位置でのみ施錠可能であること」と記されています。さらに通常入手可能なツール(ドライバー、レンチ、ペンチなど)を使用して容易に開錠されてはなりません。安全機器としての重要度の認識が失われないように、隔離バルブは通常の機械操作や他の目的で使用してはなりません。隔離バルブは、安全防護領域の外側に設置し、容易に近づけることが重要です。(ANSI Z244-2003の要件)ロ ッ ク ア ウ ト の 開 始後、すべてのエネルギ解放の確認手段が必要です。大容量のエアを蓄積しているシステムにもかかわらず隔離バルブがロックアウトされれば、すぐにエネルギが全部放散されると勘違いしている場合があります。(確認機構が組み込まれたバルブの事例は、図 2-1 および図 2-2 を参照) 排気時間に関する規格はありませ ん が、ANSI B11.0お よ び ANSI / PMMIB155.1、カナダのプレス 規 格(CSA Z142)では、フルサイズの排気口を要求しています。(訳注:入口・出口と同口径の排気口という意味 ) 現在、OSHA 要件には含まれていませんが、これらの規格に従うことは、安全の向上に役立つでしょう。直径が小さな排気口では流れが絞られ、排気時間が長くなります。この規格は、エアが完全に放出されたという勘違いを避けるのに役立ちます。BSP ではバルブの操作はシンプルで間違えようがなく、「ポジティブ・アクション」を必要としています。ポジティブ・アクションとは、バルブが 2 位置のデテント(自己保持)を意味します。エア排出時にはバルブが完全に切り替わり、半開き防止にも役立ちます。OSHA はロックアウト機器(および錠)について、組織内で次の基準の少なくとも一つを統一することを要求しています。その基準とは、色、寸法、形状、固有のマークです。この規格はエネルギ隔離機器の識別を容易にし、不正な変更を避けるなど他の用途の錠との区別を目的としています。BSP では同様の理由から当該バルブが隔離機器であると容易に識別できることを要求しています。容易な識別とは特殊な色や簡単に確認・理解できるラベルを使って、他のバルブとは異なる外観とすることです。たとえば、用途の異なる複数のボールバルブが隣接して設置されている事例を挙げます。低圧冷媒供給用が複数、高圧エア用が 1 つあり、両者が類似のバルブで供給されているとします。保守の際に高圧エアを直ちに停止する必要がある状況で、どのバルブを閉じて施錠するかは簡単には判断できません。排出口付ボールバルブ (3 方弁 ) は、排出口無しのボールバルブ (2 方弁 ) と酷似しています。冷媒ラインには排出口付のボールバルブ (3 方弁 ) は用いないでしょう。しかし、これら 2 種類のバルブは、設置後、ハンドルのある上側からはほとんど同じに見えるのです。油空圧システムでしばしば見落とされることとして、解放されずに蓄積されているエネルギの問題があります。エア隔離バルブは供給エアを遮断し、連続的な流路に接続されているエアだけを解放します。ロックアウト手順ではエアだけでなく、電力も遮断します。3 位置弁などのスプリング付き電磁弁は消磁すると、通常位置に復帰するので、機器の下流側に圧力が滞留するのが普通です。また、逆止め弁や PO チェック弁のような機器は、圧力を溜め、排気側に流出しない構造です。安全な LOTOプログラムでは、このような状況に関する詳しい文書化とトレーニングが不可欠です。たとえば、「注意:このLOTO図 2-1L-O-XⓇバルブ、ポップアップインジケータ付図 2-2L-O-XⓇポップアップインジケータの拡大図

Page 14:Fluid Power Safety for Machine Guarding14 ROSS ASIA K.K Consider it DONE!回路に残圧あり」といった警告を回路や他の解放機器や隔離バルブに取り付ける必要があります。ANSI Z244のセクション 4.7 では、「蓄積されたエネルギの放散に使用される機器は、その位置や場所を確認する手段を設計の中で用意すること」と記されています(図 2-3 を参照)。システムの制御分類を満たすように少なくとも単一チャンネル(または、必要に応じてより高いカテゴリ)で、それらの機器を手動で操作(または、監視)する必要があります。この要件に従って設計されたシステムでは機器の監視に電力が必要であり、E-stop や安全停止回路によって監視回路への電力が停止されてはなりません。安全防護機器や安全防護手段によるリスク軽減方策により、別の危険状態が生じないことが重要です。たとえば、保守のための LOTO の実行やライトカーテンの作動により、電磁弁でエア源を遮断する場合、別の安全でない状態が生ずる可能性があります。典型例としては、負荷物の落下などが含まれます。作業員がその場にいなくても、負荷が落下すると、機械やツールが損傷ことがあります。安全の定義は拡張され、機械を損傷から守ることも含まれます。3 位置のスプリング・センターブロックバルブは、LOTO 時に残圧排気をブロックするだけではなく、システムへの給気もブロックします。この場合、システムに圧力が掛かった後に、ソレノイドが励磁されると、シリンダの飛出しが起こる可能性があります。これに対する解決策の一つは、Point-Of-Use(POU) ソフト・スタートバルブがあります。システム用のソフト・スタートバルブは、この問題の解決に役立ちません。しかし、POU ソフト・スタートバルブをシリンダの近くに設置すると、ストロークの最初の部分ではメーターイン・フロー制御として動作して、シリンダ内圧をゆっくりと上げ、設定圧に達すると、フル・フローになります。シリンダの動きがぎこちない場合は、メーターアウト・フロー制御を追加します。LOTO でよく起こる誤りの一つに、エネルギ隔離とロックアウト機器、およびこれらの手順の代わりに、機械をシャットオフしてしまうことがあります。OSHA は、「単なる機械のシャットオフは、機械の安全防護方策としては認められない」と明言しています。また、同じ規格(OSHA Regulation1910.147 Lockoutand Tagout)の 中 で、OSHA は、「 い か な る場合でも、機械の作動中またはエネルギ印加中は、作業員が作業点(Point of Operation)や挟み込み点(PinchPoint)などの危険なエリア内に自分の身体の一部を置くことは許されない。ただし、通常の生産運転中の軽微な整備活動や有効な防護的代替手段が実施されている場合を除く」と述べています。代替手段については、第 3 章を参照してください。隔離バルブの回路内での設置位置は重要です。一般の空気圧レギュレータは、逆流対応構造ではないので、逆流によって破損することがあります。隔離バルブを適切に動作させるには、給気系統の中で、フィルタ、レギュレータ、ルブリケータ(FRL セット)の下流側に設置する必要があります(図 2-6 を参照)。しかし、この配置はFRL セットの保守のために FRL の上流側にも隔離機器が必要となります。隔離機器を 2 つ設置することは、大容量の配管や大口径のシリンダを持つ機械では特に有効です。つまり、FRL の保守時の LOTO 実行前に、下流側の隔離バルブから大部分のエアを排出できるというメリットがあります。偶然にも、多くの機械メーカーやエンドユーザーは、この方法で機械を設置しています。機械の電源を切ったり、E-stop( 非常停止 ) や安全回路がエアの排出を指示した時には、電磁弁で給気が自動遮断され、機械に溜まっているエネルギが放出されます。電磁弁によって大部分の空気が排出された後、FRL の上流にある手動ロックアウトバルブをシャットオフし、保守のために施錠します。 (このような自動シャットオフ機器にはどのような安全カテゴリやパフォーマンスレベルが必要かという検討は必要です。)図 2-3スイッチ付排気バルブ図 2-4リリーフ付シングルPO チェック弁図 2-5EEZ-ONⓇバルブ

Page 15:15ROSS ASIA K.K Consider it DONE!OUTここここIN フィルタ レギュレータ 潤滑装置 遮断バルブ 残圧確認装置ANSI Z244 規格 ( 以下 Z244 と略す ) は、LOTO に関係した他のいくつかの項目の確認に役立ちます。誰が機械の安全性に責任を持つのでしょうか?これに対する答えは、かつては全面的にユーザーが負うものでした。しかし、現在の Z244 および ANSIB11.0 (GSR) では、ロックアウトに対する責任がユーザー、機械製造者、インテグレーター、改造業者、再生業者の共同責任に移行しています。 Z244 では、製造者、インテグレーター、改造業者、再生業者は、機械設備の設計、統合、設置、構築の責任を負うとともに、リスクアセスメントの実行、隔離機器の提供および安全を考慮した機械設計*に対しても責任を負います。(*エンドユーザーが危険エネルギを効果的に制御して、作業員が日常的に行う整備の際に危険エネルギにさらされないようにする設計) さらに、彼らは、隔離場所、隔離手順、部分的エネルギ印加の手順や詰まり、ミスフィード、その他操作を妨げる状況に対応した安全指示や隔離機器の設置指示を記したマニュアルを用意する必要があります。Z244 では、隔離機器の設置場所として、容易に接近可能で、かつ危険エリア外の便利な場所に隣接し、通路からちょうど良い高さ(頭の上方、梯子の上、機械類の下は避ける)とすることも明確に指示しています。ユーザーは、ロックアウト・プログラムを確立することに関して責任を負います。プログラムは、次の項目からできています。● 危険なエネルギの調査、すべての隔離機器の確認● ロックアウト・ハードウエアの選択と調達● 役割と責任の割り当て● シャットダウンおよび起動シーケンスの決定● 機械機器とプロセスに関する書面による手順● 作業員のトレーニング● プログラムの監査● ロックアウト機器の配置と撤去の具体的手順● 隔離とエネルギ遮断の完了を確認する具体的要件● 各手順について、精度、完全性、エネルギ制御の効果に関する専門家による確認Z244 では、LOTO 作業の実行が必要な具体的手順を列挙しています。1. 許可を受けた担当者は、手順を理解し、必要な資材を用意しなければなりません。LOTO に関する機械安全の責任と要件図 2-6カテゴリ対応給気遮断ユニットの実例 図 2-7

Page 16:Fluid Power Safety for Machine Guarding16 ROSS ASIA K.K Consider it DONE!2. 影響を受ける人々に通知します。3. すべての隔離機器を動作させます。4. ロックアウト機器に標識を付けます。5. すべての蓄積エネルギを解放します。6. 隔離とエネルギ遮断の完了を(ゲージ、インジケータなどによって)確認します。隔離が最も確実に保証される手段を用います。しばしば見逃される要件は、そのロックアウト機器は、誰が施錠したのかが分かるようにする必要がある ということです。Z244 は、エネルギ遮断したシステムでは残留エネルギを許さず、これを安全に放散または抑制する手段の必要性も強調しています。このために使用されるバルブは、その位置と状態を示す機能を有する設計になっている必要があります。(シングルチャンネル監視バルブが最小要件です。ただし、制御システムがカテゴリ 3、4 に分類される場合を除きます)。もう一つの質問は、長期間のロックアウトはどうすればよいかということです。外部契約者の要件や誰かが建物を出る前に隔離機器をはずし忘れるという状況によって、ロックアウトが 1 シフト(1 直)よりも長い時間になることもあります。錠を誤って掛けたまま退出した場合には、具体的手順が定義され、トレーニングと文書化が実施されていれば、そのユーザーの指示に従って取り除くことができます。手順は、次の項目を踏んでいなければなりません。● 機械の状況・状態ならびにロックアウトを掛けた担当者を呼び戻すことができないのか、もしくは、建物内にいないこと を適切な監督者が確認すること● 担当者が戻った時、錠が取り除かれたことを確実に伝えることマルチシフト・ロックアウトの推奨手順として、シフトの各メンバーの間で錠を直接手渡します。契約業者は、作業を始める前に、関係、責任、義務の決定を担当する代表者を指名しなければなりません。また、全員が安全防護方策を理解し、それに合意していなければなりません。契約業者間で規格慣行が異なる場合があるため、ユーザーは、自身の工場の基準に適合する錠を契約業者に提供する必要があります。グループ・ロックアウトとは、数人からなるグループ全体で 1 つの錠が隔離機器に直接掛けられ、その錠に一人一人が自分の錠を掛ける方法で管理するシステムです。例として、キャビネットのマスター・ロックの留め金(キー)に施錠する場合があります。各メンバーは、それぞれ異なる錠をドアの留め金に掛けます。最後に、複数の機械で構成される生産ラインや複数のステーションを持つ機械は、単一のロックアウト機器で規格を満足することができます。しかし、さまざまな装置への距離が遠いため、作業員を緩慢にさせることがあります。ANSI では、このような状況の解消のために、隔離機器を追加するか、代替手段を実装することを推奨しています。これについては、第 3 章で説明します。

Page 17:17ROSS ASIA K.K Consider it DONE!第 3章安全手順に費やす時間を短縮する新しい方法が追求されています。JAM(詰まり)の除去など、いくつかの日常的な作業では、作業者が複数のエネルギ源をロックアウトする必要があります。しかし、これらの錠の掛け外しが実際の作業よりも時間を要する場合、従業員が「ショートカット(近道)」を選んだり、「急いだり」して、ロックアウトポイントを無視することがあります。必要なロックアウトポイントの数を 1 つにし、作業場所近くへ配置することは優れた安全対策であり、機械の稼働時間 ( アップタイム ) 増加の可能性があります。大きな機械では別のシナリオが考えられます。複数のエネルギ源を持つことに加えて、材料がずれたり、詰まったりする可能性のある作業エリアが複数あります。修正の際に、各ロックアウトポイントに行く時間も考えると、休止時間(ダウンタイム)が数分におよぶこともあります。この場合、複数のロックアウト「ステーション」を便利な場所に配置し、安全制御システムと接続すれば、1 か所のステーションでの操作で関連する「すべて」のエネルギ源が自動的にロックアウトされ、大幅な時間の短縮になります。操作員が面倒に思ってロックアウトポイントを無視することを避けられるという点では、このシステムはより安全といえます。しかし、これらのシステムに飛びつく前に、これらはあくまでも標準 LOTO の追加処置であるということにご留意ください。代替手段の必要条件に合致しない保守および整備作業には標準 LOTO が必要なことに変わりありません。

Page 18:Fluid Power Safety for Machine Guarding18 ROSS ASIA K.K Consider it DONE!制御回路機械へのエネルギ供給を開始または中断するための手段。また、機械の性能を指示する制御機器の回路。ただし、エネルギの流れを直接遮断することはありません。制御回路には、油圧式、空気圧式、電気式、電気機械式があります。制御信頼性機器やシステムで単一コンポーネント故障が起こった時に、危険な動きを停止するまたは危険な動きが始まるのを阻止する能力。制御システム機械の操作部や機構、装置、工程(Process)を構成するセンサ、手動入力やモード選択用のエレメント、インターロックと判断回路および出力エレメントのこと。リスクアセスメント危険な状況で起こる怪我や健康被害の確率および程度について、適切な安全防護方策を選択するための総合的な評価。ANSI Z244 の定義ANSI Z244 は、3 種類のロックアウト・シナリオを承認しています。1 番目は、従来のロックアウトです。すべてのエネルギが手動機器によって隔離されます。2 番目は、修理、トラブルシューティング、その他の作業で、ある程度のエネルギを必要とする場合があります。非日常作業、電気系統のトラブルシューティングなどの場合です。3 番目は、生産プロセス上、標準的な作業として機械へ近づくことが必要であり、標準 LOTO とは異なる方法が必要な場合です。この生産関連ロックアウトの代替手段は、標準 LOTO に加え、制御信頼性の高いシステムにより、危険なエネルギ源を自動的に隔離します。代替手段を実装するシステムは、シングルポイントロックアウト、リモート低電圧ロックアウト、またはモニタード電力システム(Monitored Power System : MPS)とよばれており、関連するエネルギ源をシャットダウンします。これらのシステムは、リスクアセスメントの結果に基づいて使用しなければなりません。詰まり(JAM)の除去、クリーニング、小さなツールの交換などは、生産に必要、かつ日常的な作業であり、ロックアウト用の代替手段を必要とします。ロックアウトが必要な複数のエネルギ源を持つ機械のリスクアセスメントの際には、ロックアウトポイントを見逃すことへの対策を考慮する必要があります。つまり、ヒューマン・エラーと誤使用は、これらの状況の下で考慮すべき要素です。ANSI では、ロックアウト機器が遠くに設置されている機械について、作業員がロックアウト操作を怠る可能性を懸念しており、その代替手段を提案しています。保全スタッフが「1 つの錠しか持っていないため」電気のみをロックアウトし、エアのロックアウトをしないという事例はよく聞きます。もう一つの弁解は、複数のロックアウトポイント同士が離れており、それぞれの箇所に行くのに時間がかかることです。いかなるエネルギ形態であっても、その放出が有害な場合や機械を動かしてしまう原因となる場合、エネルギ源を遮断しなくてよい理由にはなりません。OSHA、Z244、Z460-05 は、すべてのシステムにロックアウト用の制御手段を装備し、機械の工程に日常的、反復的、不可欠な作業の場合、代替手段は適切なリスクアセスメントの下で使用することを要求しています。また、OSHA は、ロックアウト後のエネルギ消散の確認を要求しています。( =エアの場合は、残圧が0であることの確認 )ここで、単一の錠による代替ロックアウトに関する適用要件を詳しく見てみましょう。Z244 によると、遠隔操作が可能な電磁式ロックアウト・システムは、大規模な機械や遮断機器が近づきにくい場所にある などの限定的な場合に許容される代替手段です。ロックアウト・システムでは、操作しやすい個所に設置が容易で、操作性に優れ、南京錠(Pad Lock)が使用可能なロックアウト機器を用います。また、ロックアウトを確実に行うために、複数の場所に設置することができます。このようなシステムは、デュアル・チャンネル、低電圧、施錠可能なスイッチ、デュアル冗長監視リレーなどのコンポーネントを持った専用の制御系を持つ必要があります。故障が起きた場合、システムはそれを検出し、機械の再起動防止を行います(カテゴリ 3、4)。これは、安全シ

Page 19:19ROSS ASIA K.K Consider it DONE!ステムのすべてのコンポーネントに適用されることを忘れないでください。油空圧を制御するバルブは、これらに加えて制御信頼性が高くなければなりません(カテゴリ 3、4)。必要なロックアウトの数を複数から 1 つに減らすことで、作業員がロックアウト操作を怠ることがなくなり、安全性を高めることができます。通常は、機械の稼働時間(アップタイム)に影響しないように、ロックアウトポイントは機械の近くに配置されます。このようなシステムの特長は、安全の強化に加えて、ロックアウトのための移動時間の短縮です。ある事例では、シングルロックアウトシステムにより、1 回当たり 4 分以上の時間短縮が出来ました。条件によってはエネルギを完全に取り除くと、より危険になる場合もあります。また、エネルギがない状態では実行できない作業もあります。(制御システムのトラブルシューティングではしばしば問題になります。) Z244 では代替ロックアウト手段によりこれらの状況に対処しています。エネルギを完全に取り除くと、より危険になる例としてはプレス機械があります。大型のプレス機械には、プレスの上部ラムから吊り下げられたスライドと金型の重量を支えるエアシリンダがあります。このカウンタバランス用エアシリンダ内にエアがない場合は、スライドと金型の全重量がブレーキによって支えられることになります。したがって、このエアシリンダへ近づく必要がない作業の場合には、部分的代替システムは理にかなっています。蓄積エア放出用のバルブは、少なくともシングルチャンネル設計で、ポジションと状態監視が必要です。しかし、次項で説明するように、より高いカテゴリの機器が必要な場合もあります。本書では、作業に関する言及が何回も出てきます。リ ス ク ア セ ス メ ン ト / リ ス ク 低 減 規 格 で は、 作 業に 基 づ く リ ス ク ア セ ス メ ン ト(Task Based RiskAssessment)を完了する必要があります。Z244 では次のように記しています。●「ロックアウト/タグアウトが生産プロセスで日常的、反復的、不可欠な作業に使用されていないことまたは従来のロックアウト/タグアウトではこれらの作業が完了できない場合 に代替手段による制御を使用する。(ただし、リスクアセスメントが完了のこと)」●「エネルギの出力または部分的エネルギ遮断を必要とするセットアップやトラブルシューティング、その他の作業に使用する目的で代替手段が設定される場合には、機器やシステムで単一コンポーネント故障が起きた時に、危険な動作の停止や危険エネルギ解放の停止または解放開始の中断に使用される。」この作業を行う標準的な方法には、ハードワイヤ、制御信頼性の高い安全回路(冗長性と監視機能)、または安全デュアル・チャンネル PLC システム(次頁 図 3-1、図 3-2)があります。OSHA の意見:OSHA は、1999 年 に UAW ゼ ネ ラ ル・ モ ー タ ー ズ(GM)部門への規格解釈と準拠レター(StandardsInterpretation and Compliance letter) を 通 じ て、これらのシステムの受け入れを表明しました。提案されたモニタード電力システム(Monitored Power System、以下 MPS と略す)ソリューションは、Task Based RA( 作業に基づくリスクアセスメント ) を基礎としています。システムの主要な要素は、冗長性、自己監視機能、セルフテスト機能によるフェイル・トゥ・セーフ、バイパス不可能なシステムです。それに加えて、UAW の提案は、MPS は制御信頼性規格 ANSI B11.19-1990 とともに他の適用規格を満足していることを表明したものでした。UAW は、OSHA に対して、MPS が 1910.147 を満足しているかどうかの明確化を要求しました。OSHA は、MPS は潜在的な危険の隔離が電気制御回路に依存しているので、単独では1910.147 に準拠しないだろうと回答しました。しかし、制御信頼性と制御故障対策に関する上記の ANSI 規格を満たした MPS は、効果的な作業員防護となる代替安全方策と言えます。言い換えると、MPS システムは、小さなツール交換、調整、その他の小メンテナンス作業に適用できます。これらの作業は、通常の生産運転の間に実行され、かつ日常的、定期的、不可欠な作業です。効果的な作業員防護とするためには、ケースバイケースのリスクアセスメントプロセスを経た MPS にすることが重要です。代替手段の違反事例として機械のエア供給部があります。FRL( フィルタ、レギュレタ、ルブリケータ ) の直後にエア遮断用電磁弁が設置されます。規定によると、傷害のリスクがある場合、これは、まさに代替手段の適用です。制御信頼性の低い空気圧電磁弁の使用は、OSHA と ANSI 規格の違反になるでしょう。それにもかかわらず、このようなシステムが、安全用途や安全要求への理解が不十分な人々によって販売されています。

Page 20:Fluid Power Safety for Machine Guarding20 ROSS ASIA K.K Consider it DONE!まとめ:ロックアウトは、標準と代替手段の 2 種類のみです。代替手段には、次の要求があります。● 与えられたタスクに対して代替システムが従来のロックアウトと同程度の安全性であることを証明するためにリスクアセスメントの実施が必要です。● 代替手段は通常の生産と機械操作の一部のタスクに使用されます。(ただし、従来の方式でエネルギ源をロックアウトする場合を除きます。)その制御水準は最低でもエネルギを残さない標準ロックアウトと同レベルであることが要求されます。YESNO YESNO NONOYESYES機械へのアクセスを要求するタスクタスクを実行する代替方法を適用する定期的、反復的動作ですか?出力が必要ですか?ロックアウトは実行可能ですか?危険にさらされていますか?ガードは除去されましたか?運動装置をバイパスしましたか?危険にさらされていますか?ガードは除去されましたか?運動装置をバイパスしましたか?標準のロックアウト手順を適用するリスクアセスメントを実行する代替方法は可能ですか?R Fゾーン1ロックアウトスイッチゾーン1ロックアウトDスイッチゾーン1ロックアウトスイッチ制御信頼性の高いソレノイドバルブ制御信頼性の高い電気システム電気供給へ手動のメインエア・ロックアウトバルブ閉じこめられた圧力の放出バルブメインエア機械の限度ゾーン2制御信頼性の高いソレノイドバルブゾーン2制御システム&スイッチへ(これらのタスクにおいては、電気系統を遮断しない)確認装置図 3-2図 3-1

Page 21:21ROSS ASIA K.K Consider it DONE!第 4章

Page 22:Fluid Power Safety for Machine Guarding22 ROSS ASIA K.K Consider it DONE!バルブに対する懸念が多いのはなぜですか?ANSI B11.0 および ISO13849 の定義によると、制御システムは、機械、電気的機構、電子、油空圧機器を含んでいます。機械類に関する安全上の検討は、機器や生産品の動作に関連しています。これは、次のように考えるとよいでしょう。機械関連の危険源の大部分は、機械部品の動作です。潜在的に危険な動作の制御は、油空圧システムの制御バルブや電気装置の制御リレーに託されています。最終的な制御をバルブが担っているので、バルブに関する安全基準は多く、今後も安全検討上、最も重要な位置を占めるでしょう。簡単な油空圧バルブについて考えてみます。新しい機械でリスクアセスメント実施の際に、バルブが励磁位置から復帰しない場合、危険な状況が生ずるかどうかの判断は容易でしょう。しかし、バルブが復帰しない原因はどこにあるのでしょうか?制御信頼性の高いバルブを使用しない場合は、潜在的コンポーネント故障を分析し、考えられる原因について、修正措置を決めなければなりません。図 4-1 は、「what if」プロトコルを使って、考えられる原因と修正措置を分析しています。問  題 結  果 修 正 措 置パイロット圧が低下または失われている。バルブが復帰位置に戻る。 バルブの復帰位置がフィール・トゥ・セーフ位置にあることを確認する。内部の摩耗による漏れ バルブの構造によって異なるため、事前の定義はできない。危険な状況を引き起こさないバルブ構造であることを確認する。より耐久性のあるバルブを用いる。バルブに入った異物、粉じん、錆バルブが動かなくなる可能性がある。(「バルブスプールが動かない」を参照)配管内がきれいなこと、シールテープが使われていないこと、作動油または圧縮空気はフィルタを通していること を確認する。バルブのスプールが動かない。バルブが復帰位置に戻らない。複数の状況下にある可能性がある。※バルブをもう1台回路内に取り付けて、2台で安全機能を果たすことが必要である。スプールが中間位置=「ゴーストポジション」にあることを見極める。機械的な切り替え機構の故障 バルブが機械的に安全な復帰位置に戻らない。※バルブをもう1台回路内に取り付けて、2台で安全機能を果たすことが必要である。ソレノイドコイルの故障 バルブは機械的に安全復帰位置に戻る。 バルブの復帰位置がフィール・トゥ・セーフ位置であることを確認する。過大な流量による故障 バルブが信号なしで切り替わる可能性がある。バルブが、意図せずに起こる切り替えを防ぐ構造なのかを確認する。※制御信頼性の高いバルブと考え方は同じですが、バルブの監視機能を設ける必要があります。リスクアセスメントを検討すべき領域として、過去に多くのリスクが認識されずに見逃されてきた部分があります。可能性にとどまらない真のリスクアセスメントでは、さらに多くの知識や新しい情報が必要になるでしょう。専門家の協力によりすべての危険を抽出することに躊躇する必要はありません。リスクアセスメントは文化であり、全員がリスクの抽出に真剣に取り組む必要があります。PO チェック弁(Pilot Operated check valves)を含むシステムも評価の必要があります。これらのシステムは、負荷支持用に圧力を保持するように設計されています。したがって、保持圧力を安全に解放する手段が必要です。ANSI Z244 では、保持圧力の解放に排気バルブの使用を要求しています。このバルブは、少なくとも、シングルチャンネルの監視が必要です(監視では、スプール位置とバルブ状態の表示が必要でカテゴリ 2 の制御が必要です)。しかし、傷害や損害のリスクが高い場合、バルブを含めてカテゴリ 3、4 の制御システムが必要でしょう。PO チェック弁に関する注意:シリンダのシールの磨耗によるブローバイ(Blow-by: 内部モレ)の確認方法はありません。ブローバイにより、シリンダのピストンの両側圧力が等しくなってしまいます。PO チェック弁が制御弁の流れを遮断しても、このブローバイは、力の不均衡を作り出します。特に、ロッドが太いシリンダの場合、前進方向に動くことがあります。これにより、人間がはさまれた事例もあります。また、鉛直方向の負荷が図 4-1

Page 23:23ROSS ASIA K.K Consider it DONE!掛かっているシリンダの場合、ブローバイにより降下する可能性があります。これは、負荷支持用の圧力を保持できないからです。中間停止機能が必要な場合に、3 ポジションのオールポートブロック弁がよく使われますが、エアが漏れる可能性があり、鉛直方向のシリンダの用途にはお勧めできません。ホースや樹脂チューブを持つ配管システムは、ホースやチューブの不具合によって危険状態が生ずることがあります。空気圧用ホースやチューブは壊れると、激しく動き回り危害を与えます。油圧ホースは、高温高圧の流体を噴出することがあります。これらは過去に限定的な範囲の安全基準で取り扱われていただけなので新たに対応が必要です。リスクアセスメントで明らかにすべき新しい危険源であり、次のような解決策があります。● 空気圧チューブやホースを囲うか、シールドを施す。● 空気圧チューブやホースにおける自動隔離バルブ *を使用する。(* ROSS 製品では、HOZE FUZE®、図4-2 参照)突然、異常な空気圧が掛かり、シリンダが急に動いて、機械や負荷に衝撃を与えることはありますか?はい、あります。新しいANSI B11.0:2010安全基準は、作業員に加えて、機械への安全防護方策も求めています。解決策としては、ソフト・スタート弁やサーボ制御レギュレータを使用して、圧力を徐々に上げ、最後にそのシステムの設定圧力を掛けるようにします。また、潤滑エアの場合、排気口からオイルミストが噴き出すことがあります。このオイルミストの量が OSHA要件の範囲内にあることを確認します。オイルミストの噴出を抑えるには、ルブリケータを適切な滴下量に設定し、オイル・トラップ排出フィルタを取り付けます。また、単一コンポーネント故障で、直ちにシャットダウンしない方が良いケースもありますが、作業員の安全ということよりも、機械の損傷や製品の損失に関わる問題であることが多いようです。鉄筋を製造する工場について考えてみます。機械から鉄筋が連続的に押し出され、エアシリンダで駆動する切断ユニットにより 6m の長さに切断されます。バルブが正しいタイミングで切り替わらないと、鉄筋はラインの端で一本のねじれた大きな固まりになってしまいます。この用途では、バルブを監視し、性能低下型故障の場合は、バックアップバルブに切り替ええて運転を継続しながら、問題の発生を制御側に知らせるようなユニットがあると良いでしょう。油空圧の安全に詳しい会社と関係を保つことは、自社の危険源を発見し、安全でコストに見合った解決策を作り上げる際の助けになります。油空圧の安全バルブは、電気制御機器とまったく同じカテゴリで利用可能です。本書では、危険源についての簡単な概要を示しているにすぎませんが、これによって、読者の皆様が機械の機能をより深くみつめ、機械の構成要素が予測通りに機能しない時に何が起こるかを見抜く力を養って頂ければと願っています。図 4-2HOZE FUZEⓇ

Page 24:Fluid Power Safety for Machine Guarding24 ROSS ASIA K.K Consider it DONE!油空圧機器のリスクアセスメントを検討する際に、考慮すべきことがいくつかあります。本書では、全体を通して ROSS 製品の推奨ではなく、教育資料の提供に努めてきましたが、ここでは、議論の詳細説明のため、あえて具体的な製品に言及します。空気圧の安全システムで最も重要な要因の一つは、機械の停止時間です。たとえば、固着しかけた方向制御弁では、給気が遮断されて残圧が排気されるまで、シリンダは動き続けます。このため、安全な停止時間を確保する上で、バルブの排気応答時間は不可欠な要素です。「安全な停止時間」(ISO-13849 関連部の規格では制御システムの安全に関わる部分)という用語は、機械停止に要する時間を意味します。これは、機械停止前に作業員が危険なエリアに到達しないようにするためです。システムからの排気が早いほど、機械は短時間で停止します。停止時間が短ければ、ガードをより機械の近くに設置できるため、機械にすばやく近づけます。また、貴重な床スペースを開放できます。バルブの排気時間は、応答時間と流量との関数です。Cv値が同じでも応答が遅いバルブは、排気時間がより長くなり、機械の停止時間が長くなる可能性があります。バルブメーカーは、安全バルブの通常時や故障時の流量図や Cv データを提供しています。安全システムに必要な停止時間確保のために、適切なバルブサイズを選定する際には、このデータを参照してください。重大な危険状態が存在する場合には、排気バルブの「故障時」応答時間は、特に重要な要素です。バルブの故障により排気時間が長くなり、機械の停止時間も長くなる可能性があります。バルブの故障時応答時間は、バルブの構造に依存するので、この時間が最小になる製品の選定が重要です。ROSS DM2®Series C( サ イ ズ 4 の バ ル ブ、 口 径½”)の故障時排気時間は、通常動作時の 33% より長くはなりません。しかし、他社の電磁弁では、故障時応答時間が通常動作時の 60 から 80% も長くなります。(公開データに基づく) たとえば、バルブの下流側体積が 2.0 リットルのシステムで、通常排気時間が100msec の場合、ROSS の DM2®のバルブは故障時でも 133msec を超えませんが、他社の製品では 160から 180msec にもなります。ROSS は、大流量用に口径が最大 1-½”の DM2®Series C を用意しており、通常時および故障時の排気応答時間の短縮に役立ちます。機械のリスクアセスメントを十分に行なうには、アクチュエータに注目すべきです。すなわち、アクチュエータがシリンダなのか、エアモータなのか、エアバッグなのか、クラッチ/ブレーキ機構なのかです。安全性を考える際には、アクチュエータ駆動用バルブへの給気(エネルギ)遮断の状態の想定が極めて重要です。給気遮断が必要な時に遮断弁が誤動作したら、どんな種類、どんな規模の危険状態の可能性があるのでしょうか? リスクアセスメントに当たっては、機械の損害、休止時間、けがの防止に役立つように十分な時間を掛けてこれらの潜在的なシナリオについて考えてください。ほとんどの空気圧システムの動作圧は 0.4 ~ 0.6MPaなので、この圧力範囲に限定して話を進めます。ただし、自社の設備のリスクアセスメントを行なう際は、実際のシステム圧力で考えてください。アクチュエータに供給される圧力は駆動力となります。この圧力が高いほど、ワークや挟み込み点(Pinch Point)にかかる力は大きくなります。エアシリンダ・プレスに関する ISO 規格および策定中のいくつかの ANSI 規格によると、力が 150 N を超える場合または負荷(ツールと負荷を含む)の重さが 15kg を超える場合は、人的傷害もしくは機械の損傷、またはその両方から安全防護するため、追加の安全手段を講じなければなりません。シングルチャンネルバルブは受け入れ不可能な解決策です。これは、バルブの誤動作により圧力がシリンダに掛かり続けるので、既に十分加圧されているシリンダや大重量負荷が掛かったシリンダでは、挟み込み点(Pinch Point)の力が規格の許容値を超えることがあるからです。少なくとも制御カテゴリ3 まで、引き上げるような冗長性と監視が必要です。図4-3 は、標準的なサイズのシリンダの出力を示しています。シリンダのサイズや供給圧力によっては、規格の許容値 (150N) を超える力となります。このような場合には、十分な安全防護となるような追加処置を取らなければなりません。また、ツールの形状など他の要因により、力のしきい値がリスクアセスメントの設定値よりも小さな値になることがあります。

Page 25:25ROSS ASIA K.K Consider it DONE!これらの危険状態は、どのようにすれば避けられるでしょうか?空気圧アクチュエータに関連するリスクを軽減するには、主に 3 つのソリューションがあります。1. ROSS Cross Mirror®ダ ブルバルブなどの 5 ポート /2 ポジションの制御信頼性の高い機器を使用して、シリンダを安全位置まで復帰させます。この結果、シリンダの戻りストロークで別のリスクが生じない限り、安全状態が実現できます。ヒート・シール(熱融着)の事例では、非常に良い解決策となります。2. ROSS DM2®シリーズなどの制御信頼性の高い機器(カテゴリ 3、4)で方向制御弁への給気を遮断します。この方法の利点として、1 つの安全な給気遮断弁を使用して、複数の方向制御弁やアクチュエータへの給気を遮断でき、安全システム制御の完全性の維持に役立ちます。(図 4-5 参照)3. 給気の遮断だけでは、負荷が落下したり、重力や慣性によって動き続けたりする場合があります。上のソリューション 2 に加え、負荷の重量と慣性を考慮して、負荷を定位置で停止させたり保持する解決策を用います。推進力がなくなった状態での適切な解決策は、重量、ツール、安全用機器の故障モードに依存します。解決 策 に は、PO チ ェ ッ ク 弁(Pilot Operated CheckValves) を使用した圧力保持やセーフティ・キャッチャ/ロッド・ロックのようにアクチュエータを機械的に保持する方法などがあります。これらの解決策について簡単に述べます。通常、油空圧システムの圧力は、アクチュエータの推進力となります。多くの場合、その力がなくなると、別の条件による推進力、すなわち重力に直面することになります。重力の問題に対するシンプルな解決策は、シリンダの下側に PO チェック弁を使用することです。PO チェック弁は、シリンダ内の圧力保持を目的に設計されており、エアで負荷を支え、下降を防ぎます。この機器は、動作を止め、シリンダ位置の一定時間の保持に効果的です。しかし、バルブ、シリンダシール、配管からの漏れにより、負荷は徐々にずれて行きます。このずれは、ゆっくりとしたスリップスティックのような動きになります。つまり、エアがある程度抜けると、負荷は静摩擦に打ち勝ち、シリンダロッドはわずかに下降します。すると、シリンダ室内の体積が変化し、残りのエアを圧縮して、再び負荷を支えます。システムによっては、このようなゆるやかな下降は、リスクアセスメントを行なう際に受け入れ可能なリスク、もしくは、回避可能な危険状態なのかもしれません。一方、ツールについての考慮も必要で、ツールの当たり面がギロチンや錐のように切断や貫通の可能性がある場合は、鈍い挟み込み点 (Pinch Point) と比較して、リスクが大幅に高まることは確実です。また、ツールの当たり面の危険性に関係なく、15 kgを超える重量は、重大な傷害を起こす可能性があり、欧州のシリンダ・プレス規格および米国で策定中の ANSIB11.2 で指示されているように、追加の安全機器が必要です。ここまでの検討外の項目として、PO チェック弁が正常に動作しない場合があります。つまり、PO チェック弁が閉じるべき時に開のままならば、負荷の落下を妨げるものはなく、ほとんど回避不可能です。負荷がある程度の高さから落ちる場合には、リスクは大幅に上昇します。リスクアセスメントでは、傷害のひどさ、危険状態にさらされる頻度や時間の長さ、危険源回避の可能性について考慮します。傷害のひどさや回避の可能性は議論したので、次に頻度について考えましょう。さらされる頻度が低く、危険状態があまり重要でない場合は、危険源への接近も少なく、故障も稀なため、リス(mm)断面積(mm2)圧 力(MPa)出 力(N)圧 力(MPa)出 力(N)16 201 0.4 80 0.6 12120 314 0.4 126 0.6 18825 491 0.4 196 0.6 29532 804 0.4 322 0.6 48240 1256 0.4 502 0.6 75450 1963 0.4 785 0.6 1178直 径標準サイズのシリンダ出力図 4-3図 4-4汎用電磁弁エアシリンダカテゴリ4電磁弁L-0-XⓇバルブ図 4-5

Page 26:Fluid Power Safety for Machine Guarding26 ROSS ASIA K.K Consider it DONE!クは受け入れ可能と考えられます。頻度が高い場合は、PO チェック弁の故障が問題となる可能性があり、バルブの動作監視がシステムの安全性向上に有効です。ROSS は、二極・双投式安全スイッチ付の SV27 シリーズ PO チェック弁を用意しており、この内蔵したスイッチによって、PO チェック弁の故障検出が可能となります。リスクが大きい場合、つまり、頻度が高く、傷害のひどさが大きい(リスクアセスメントに基づく)場合には、不測事態を考慮する必要があり、その対策は特に重要です。前記のスイッチによる監視は、PO チェック弁の故障に対するバックアップがあれば、非常に有効となります。すなわち、2 つの SV27 シリーズ PO チェック弁を直列に用いて統合化することで、個々のバルブの監視と冗長性が実現でき、完全な故障状態を防ぐことができます。しかし、この場合でも前述の漏れによるシリンダのずれに対応できません。つまり、配管やシリンダの漏れによるずれが時間を掛けて起こることに変わりはありません。完全な静止が必要な場合、追加の装置・機器が必要です。わずかなずれも許されない用途には、エアの圧縮性と潜在的漏れから空気圧バルブは完全には対応できません。この点については、機械力を使って動きを止めたり、シリンダ(または独立ロッド)を定位置に保持したりするのは、ロッド・ロック、ブレーキ、セーフティ・キャッチャが適しています。使用機器の設計意図と安全用途での使用条件の理解が重要です。ロッド・ロック、ブレーキ、セーフティ・キャッチャは、重力落下対策として設計されています。ロッド・ロックは、動いている負荷の停止ではなく、静止したロッドの定位置保持用です。安全目的ではないので、動く負荷を止めようとすると、ロッド・ロックやシリンダが損傷する可能性があります。よく用いられる用途は、自動治具等の位置保持です。ブレーキは、片方向に移動する垂直の重量を重力に逆らって保持します。キャッチャは、緊急停止の際に落下する負荷を捕らえるのに使用できます。負荷自身が安全に減速し、落下する負荷を保持するくさび機構を使用することにより、保持能力が生じます。このような設計によって、安全な状態を作り出し、負荷が逆方向に移動し、かつ作動信号が元に戻るまで維持されます。ロッド・ロックやブレーキは、油圧または空気圧信号によって作動します。信号が印加されている間、ロックやブレーキはフリー状態です。油圧または空気圧信号がなくなると、ロッドを掴みます。このような動作のため、安全機能への適用は、パイロット信号制御弁と同程度の信頼性しかありません。重要な用途で使用する場合は、単一故障によって安全制御システムの全安全機能が無効とならないように、制御信号の制御信頼性が高いことが絶対に必要です。これらの機器をシステム内に適切に配置するには、リスクアセスメントに基づいて、ロッドのサイズ、負荷の要件、安全機能がどの程度重要かについて考えなければなりません。シングルタイプデュアルタイプ図 4-6 PO チェック弁

Page 27:27ROSS ASIA K.K Consider it DONE!第 5章

Page 28:Fluid Power Safety for Machine Guarding28 ROSS ASIA K.K Consider it DONE!Q.フェイルセーフとフェイル・トゥ・セーフの違いは何ですか?A.フェイルセーフ(Fail-Safe)は、現実には達成することが困難な制御用語です。何かが故障したり、いくつかの故障が同時に起こっても、安全機能が動作し続けることが求められる機器やシステムのことです。フェール・トゥ・セーフ(Fail-to-Safe)は、単一の故障が起きた際に、機器やシステムを最も安全なポジションに持っていく機器やシステムのことです。両者の違いは、単一の故障(フェール・トゥ・セーフ)に対応した設計なのか、複数の故障(フェイルセーフ)にも対応可能な設計なのかということです。Q.セルフチェック、モニタ、冗長性は、何を意味しているのでしょうか?A.セルフチェックは、定期的(サイクルごと、機械の起動時など)に安全監視回路や機械が正常かどうかの確認を意味します。故障(1 つまたは複数)が検出されると、機械はシャットダウンされ、以後の動作ができなくなります。適応要件によっては、通常故障の検出だけではなく、性能低下故障の検出を求める場合があります。その適応要件が応答時間に依存している場合(ガードされた機械の停止機能など)、安全距離の見極めには、停止時間の計算が必要となり、応答性の低下が問題となります。弁体の「固着」や「鈍い動き」は珍しくありません。「両方の弁体が切り換ったかどうかをチェックする」だけの監視システムは、実質的な監視とならない場合があります。セルフモニタリングバルブは、両方の種類の故障チェックに必要なロジックを内蔵しています。冗長性は、同じ動作をする 2 つのコンポーネントをシステム内に内蔵し、一方のコンポーネントが故障しても、他方のコンポーネントの重要機能が阻害されないことを意味します。多様性冗長(Diverse Redundancy)は、冗長機能のために 2 つの異なるコンポーネントを用いて同じ結果を得るシステムのことです。Q.制御信頼性が高い (Control- Reliable) とは?A.それぞれの安全規格で表現が異なり、本書の作成時にも、いくつかの規格は変更が施されています。制御信頼性の高いシステムやコンポーネントは、たとえある 1つのコンポーネントが故障しても、その安全機能は損なわれません。また、ある故障状態から別の安全でない状態が発生することはありません。(フェイル・トゥ・セーフ状態)。冗長性と監視は、制御信頼性を達成するのに必要な主たる機能です。Q.シングルフォールト・トレランス(Single-faultTolerance)とは?A.安全回路において、通常の停止や重要な機能を妨げる単独の障害(予見可能な)が存在しないように設計されていれば、その安全回路はシングルフォールト・トレランス(Single-fault Tolerance)であると言えます。Q.マシンへの給気 / 遮断用に標準の電磁弁を使うことはできますか?A.いいえ、傷害の可能性がある場合、エネルギ隔離には使用できません。このような状況は、代替ロックアウトに関する規格に属し、OSHA 規格を満足するには、カテゴリ3、4 の制御信頼性の高いバルブ(監視と冗長性)でなければなりません。バルブの信頼性のレベルはリスクによって変わるので、生産関連の日常作業用のエア遮断用ならば、監視機能のない冗長弁で済むかもしれません。また、発生可能性が非常に低く、かつ、軽傷で済む場合は、安全上の懸念がないので、標準のバルブで済むかもしれません。エネルギ隔離用電磁弁は、たとえそれの制御信頼性が高くても、リスクアセスメントの必要があることを忘れないでください。バルブの機能が、E-stop(緊急停止)や他の安全目的で給気を遮断する場合、このバルブの安全制御カテゴリは、制御システムと同じにする必要があります。Q.MPS(モニタードパワーシステム)のようなエネルギ隔離の代替手段を用いる場合、標準的なエネルギ隔離機器を使う必要がありますか?A.はい、使用する必要があります。代替手段は、制定された厳しい規則に従うことにより使用可能で、生産に不可欠な日常的な操作に関してのみ適用されます。日常的ではなく、生産プロセスに不可欠とはみなされない修理や保守については、標準的な隔離手段を使用しなければなりません。Q.ロックアウト/タグアウト機器とは?エネルギ隔離機器とは?A.エネルギ隔離機器は、エネルギの流れを遮断するバルブや電気遮断器等の機器です。ロックアウト/タグアウト機器は、隔離機器の動作を禁止するための本物の錠

Page 29:29ROSS ASIA K.K Consider it DONE!カテゴリ3,4バルブの簡略記号マーク負荷保持モジュールです。Q.空圧機器でカテゴリ3のロードホールディングバルブ(Load Holding Valves) はありますか?A.はい、あります。監視システム用の検出機能を備え、冗長性を持つパイロット操作チェック弁(PO Check Valves )があります。このバルブは、標準バルブの故障や供給圧力の消失で負荷が落下して危険状態が生ずる鉛直負荷保持回路で使用されます。カテゴリ 3 のバルブとともに用いられる監視システムは、逆止め弁の動作不良を検出します。また、2 つの弁体を内蔵する冗長性は、負荷保持用の安全バックアップ能力を提供します。言い換えると、この種のバルブは、制御信頼性の高いバルブの逆止め弁バージョンです。各回路の特定の要件に基づいて使用できる回路が複数考えられます。その内の 1 つを図 5-1 に示します。図 5-1Q.排気音に関する規制はありますか?A.はい、あります。OSHA 29 CFR 1910.95 は、騒音低減に関する要件を設定しています。必要な防護の判断用の表がいくつかありますが、基本ルールとして、8 時間の連続曝露では、90 dBA が限度です。EU では、この曝露を 85 dBA に制限しています。Q.空気圧バルブの排気中の潤滑油に関する規制はありますか?A.OSHA は、29 CFR 1910.1000 の下で、従業員がさらされる可能性のある排気オイルミストの量を制限する規格を設定しています。空気圧バルブから排出される潤滑に対する許容量は、8 時間当たり 5 mg/㎥です。Q.機械の安全に責任があるのは誰ですか?A.米国における現在の OSHA 規制では、作業者の雇用主が責任を負います。しかし、機械のリスクアセスメントを求めている新しい規制の下では、安全を創造する責任は、雇用主と機械製造者が相互に共有する方向に移る予定です。OSHA は、主な責任者として雇用主に注視していることには変わりありません。Q.隔離後のエネルギ(空気)を放出するのに要する時間についての要求仕様はありますか?A.いいえ、ありません。しかし、ANSI B11.0 PMMIB155.1 お よ び CSA Z142( カ ナ ダ 規 格 化 協 会 )は、ゆっくり排気される圧縮空気システムの危険性を認識し、少なくとも入口と同口径の排気口を要求するように規格を変更しています。BSP(Best SolutionPractice 最良安全作業方法)によれば、システムの排気に要する時間が、充填に要する時間とほぼ同等となる排気速度の設定となります。リスクアセスメントの下では、作業員が適切と考える時間内に空気が排気されない場合、危険状態が生ずる可能性があります。Q.ANSI が規制機関ではないのに、それらを気にするのはなぜでしょうか?また、OSHA はすぐに要求を施行しないのはなぜでしょうか?A.ANSI は、米国規格協会の略で、幅広い項目について、業界から提案された規格を発表します。これらの規格は、OSHA によって検討され、ANSI が発表した規格に基づく新しい規制として、すぐに制定されるか、将来制定されます。OSHA が法律の中で規格を参照している場合、ANSI 規格は法律の一部になります。また、OSHA は、その規制の中で ANSI 規格を含むすべてのコンセンサス規格に従うことを求めています。現在、OSHA と ANSI との間には公式な関係があります。OSHA での新しい規制の採用に比べ、ANSI で新しい技術に合わせて規格を更新する方がはるかに容易です。ANSI 規格は、新しい OSHA 規制の基となる論理的原型として取り扱われます。

Page 30:1. エネルギー遮断(残圧処理)1)背景と目的● メンテナンス時の残圧による事故防止⇒ 誤操作、不意の起動に対する安全● 緊急停止時の確実なエネルギー遮断⇒ 電源遮断と連携した安全2)関連規格米国 OSHA「29CFR1910.147」では、エネルギーFluid Power Safety for Machine Guarding30 ROSS ASIA K.K Consider it DONE!国際安全規格ISO12100や制御安全規格ISO13849-1を引き合いに出すまでもなく、機械を設計する際には、ミスや故障を想定した本質的安全設計方策が必要となります。この際に有効なツールがリスクアセスメントです。リスクアセスメントにより、危険源を同定し、安全方策の制御カテゴリを決定したら、それに対応した機器で制御システムを構成することとなります。これらの機械安全、制御安全の中で、空気圧電磁弁の占める位置は、図1のように制御システム部と運転部をつなぐ重要部位です。また、電気信号をエア信号に変換するという点では制御機器の一つと言えます。リスクアセスメントを行なう際には、空気圧電磁弁も制御機器の一つとして考える必要があります。図 2 のように、ROSS®には、制御カテゴリに対応した各種の機器があります。図 1 制御と駆動図 安全技術応用研究会テキスト「基礎電気・制御安全技術 第 4 章」より抜粋、改編1B制御カテゴリ汎用電磁弁汎用電磁弁該当品ヘビーデューティ型一般用電磁弁の機能 参考写真2リミットスイッチ付電磁弁27SV シリーズ開閉検知機能付3モニタ付ダブルバルブ35 シリーズ動作監視機能付4ダイナミックモニタ付ダブルバルブDM2®シリーズ安全確認型動作監視機能付図 2 カテゴリ対応空気圧電磁弁

Page 31:31ROSS ASIA K.K Consider it DONE!遮断を規定しており下記方策によりメンテナンス時の安全を確保します。● 動力源を遮断する。(電気、空気圧、油圧、蒸気)● Lock Out: 施錠する。 ● Tag Out: タグで状態を明示する。● ダブルバルブを応用してシステム化する。2. 飛び出し防止1)背景と目的空気圧系統の圧力開放後、再び圧力供給する過程で、シリンダの飛び出し現象が生じ、災害や設備の損傷を招くことがあります。ソフトスタート機器を用いて、 ● 作業者の安全性 ● 作業者の心的安全衛生● 機械設備の損傷防止に対して、配慮することが要求されます。3. 落下防止1)背景と目的メンテナンス・緊急停止時に、空気圧エネルギー遮断と残圧処理が行われる一方で、問題となるケースがあります。空気圧シリンダ昇降装置の落下防止等で、特に、重量物やシート状金属が落下する場合、作業者の安全と設備損傷に対して配慮することが要求されます。図 4 設備での空気圧安全関連機器設置事例 ※これらの機器の詳細は、空気圧安全関連機器カタログ J510 をご参照下さい。図 3 空気圧安全回路を検討する場合の基本的フロー 実用空気圧ポケットブック <(社)日本フルードパワー工業会刊>より引用追記カテゴリ 4 対応 3 方電磁弁DM2®シリーズ(ダイナミックモニタ付ダブルバルブ)カテゴリ 4 対応 5 方電磁弁77 シリーズ鍵穴付残圧排気弁L-O-X®シリーズカテゴリ 4 対応 3 方電磁弁DM2®シリーズ(ダイナミックモニタ付ダブルバルブ)落下防止用センサ付バルブ(POCV®)SV27 シリーズホースヒューズ(Hoze Fuze)

Page 32:ロス ・ アジア株式会社ROSS ASIA K.K.〒 252-0245神奈川県相模原市中央区田名塩田 1-10-12 テクノパイル田名内TEL:042-778-7251FAX:042-778-7256E-mail : custsvc@rossasia.co.jpURL : http://www.rossasia.co.jpROSS CONTROLS INDIA Pvt. Ltd.Chennai, IndiaTelephone: 91-44-2624-9040Fax: 91-44-2625-8730E-mail : rossindia@airtelmail.inROSS CONTROLSTroy, MI, U.S.A.Telephone: 1-248-764-1800Fax: 1-248-764-1850In the United States:Customer Service: 1-800-GET ROSS(438-7677)Technical Service: 1-888-TEK-ROSS(835-7677)URL : http://www.rosscontrols.comROSS SOUTH AMERICA Ltda.São Paulo, Brazil CEP 09725-020Telephone: 55-11-4335-2200Fax: 55-11-4335-3888E-mail : vendas@ross-sulamerica.com.brROSS EUROPA GmbHLangen, GermanyTelephone: 49-6103-7597-0Fax: 49-6103-74694E-mail : info@rosseuropa.comURL : http://www.rosseuropa.comDIMAFLUID s.a.s.Saint Ouen, FranceTelephone: 33-01-49-45-65-65Fax: 33-01-49-45-65-30E-mail : dimafluid@dimafluid.comURL : http://www.dimafluid.comROSS UK Ltd.Birmingham, United KingdomTelephone: 44-121-559-4900Fax: 44-121-559-5309E-mail : sales@rossuk.co.ukROSS CONTROLS (CHINA) Ltd.Shanghai, ChinaTelephone: 86-21-6915-7951Fax: 86-21-6915-7960URL : http://www.rosscontrolschina.com2013-ATOM ※本書記載の内容は、予告なしに変更する場合がございます。予め御了承下さい。世界に展開するROSSグループ全世界でお客様の要望に応えるため、ROSS は世界中に展開しています。ROSS は、空気圧機器を初めて使用する会社から複雑な空気圧システムを設計している会社まであらゆるお客様にすべての ROSS 製品に関するご案内を提供しています。このカタログは、幅広い ROSS 製品ラインの概要を示しています。エンジニアリング、保守、整備に対応する他の資料も用意しております。ここに掲載されていない製品や仕様については、ロス・アジアへお問い合わせください。貴社の御使用方法に最適な製品の選定をお手伝いします。

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