調節弁（コントロールバルブ）は、DCSや調節計の指令で開度を変え、流量・圧力・温度・液面を制御する弁です。組み立てと信号の流れ、弁の形と流量特性の選び方、Cv値の求め方と開度の目安をまとめました。数値はBaumannの訳書『計装エンジニアのためのコントロールバルブ』（以下、訳書）とメーカー資料から、出典つきで載せています。
調節弁を選ぶ順番（早見表）
| 順 | 決めること | 目安・確かめること |
|---|---|---|
| 1 | 流体の条件 | 流体・比重・温度・蒸気圧。最大・常用・最小の流量ごとの入口圧と出口圧 |
| 2 | 必要なCv値 | 先に閉塞していないかを確かめ、液体は Cv＝11.56Q√(G/ΔP)（Q：m³/h、ΔP：kPa）で最大・常用・最小の3点を出す |
| 3 | 定格Cvと開度 | 最大流量で60〜80%、最小流量で20%以上の開度（Emerson所属のMcCartyの記事）。余裕を重ねすぎない。ほかの目安は開度の目安と余裕の取り方 |
| 4 | 弁の形 | 口径・差圧・締め切りの要否・固形物の有無で選ぶ（比較表） |
| 5 | 流量特性 | 弁の差圧の比（最小流量のとき÷最大流量のとき）が2未満ならリニア、2以上ならイコールパーセント（訳書） |
| 6 | 空気が切れたときの動き | 開いて安全ならフェールオープン、閉じて安全ならフェールクローズ |
| 7 | 漏れの等級と材質 | 全閉でも漏れる。締め切りは別の遮断弁に任せる |
| 8 | キャビテーション・フラッシング・騒音 | 差圧が FL²(P1−Pv) に近ければ4に戻り、形やトリムを替える |
この記事の内容
調節弁の組み立てと信号の流れ
調節弁は、流体を絞る弁本体、弁軸を動かす操作器（アクチュエータ）、ポジショナなどの付属品でできています。
| 部分 | 役目 | 主な部品 |
|---|---|---|
| 弁本体 | 流路を絞って流量を変える。圧力容器でもある | 弁箱、上蓋、グランドパッキン、トリム（弁体＝プラグ、弁座＝シートリング、ケージ、弁軸） |
| 操作器 | 弁軸を動かす力を出す | 空気式（ばねとダイヤフラム、ピストン）、電動式、油圧式 |
| ポジショナ | 指令どおりの開度になるよう操作器の空気圧を加減する | 電空式（4〜20mA入力）、空気式（20〜100kPa入力） |
| そのほかの付属品 | 空気の調整、開度の確認、手動操作 | 減圧弁（エアセット）、電磁弁、リミットスイッチ、ハンドル |
4〜20mAの指令が開度になるまで
- DCSや調節計が、開度の指令を4〜20mAで出す（4mAが0%、20mAが100%）。
- 電空ポジショナが電流を空気圧に変え、操作器へ送る。日本では弁に載せた電空ポジショナ1台で変換と位置合わせをする形が普及している。
- 空気圧がダイヤフラムを押し、ばねの力と釣り合う位置まで弁軸が動く。元の空気は計装用空気を減圧弁で一定の圧力にしたもの。
- ポジショナは弁軸の位置を読み返し、指令とずれていれば空気圧を足し引きする。
電流と空気圧の信号の違いは電気信号と空気圧信号の違いで比べています。mAと%の換算は4-20mA信号換算ツール（別サイト）で確かめられます。
弁の形と特長の比較表
弁本体は、弁軸が上下するグローブ弁と、弁体を90°回す回転形の弁に分かれます。
| 形 | 動き | 向いている使い方 | 弱み・注意 | Cv/d²（全開） | FL |
|---|---|---|---|---|---|
| 単座グローブ弁 | 上下 | 締め切りが要るとき。標準でクラスIV（Spirax Sarco） | 差圧がそのまま弁体にかかり、高差圧・大口径では操作器が大きくなる | 0.016 | 0.9 |
| 複座グローブ弁 | 上下 | 高差圧・大口径。上下の弁座で力が一部打ち消し合う | 2か所を同時に閉めにくく、漏れはよくてクラスIII（Spirax Sarco） | 0.019 | 0.9 |
| ケージ弁 | 上下 | ケージが弁体を案内する。力平衡ケージ形なら閉める力が小さく済む（訳書 p.82）。多段で減圧するケージはキャビテーションに強い | 固形物やスラリーはガイドに詰まる | 0.022（3インチまでの高容量形） | 0.9 |
| ボール弁（制御用） | 回転 | 容量が大きい。Vノッチ形はせん断する動きで詰まりにくく、紙料・スラリー・粘い液に向く（Emerson） | 開き始めの摩擦で開度が飛ぶので、15%開度より下で使わない（訳書） | 0.039（90°開） | 0.6 |
| バタフライ弁 | 回転 | 大口径で安く、容量が大きい。固形物も通す（Emerson） | 精密な絞りには向かない（Emerson）。開くほどFLが下がる | 0.026（60°開）、0.042（70°開） | 0.68、0.57 |
| 偏心回転弁（偏心プラグ） | 回転 | 壊食性・コーキングする流体、スラリー。閉まる直前まで弁座に触れない（Emerson） | 容量は単座グローブ弁並み | 0.019 | 0.85 |
- Cv/d²は口径あたりの流しやすさです。 呼び径d（mm）の2乗あたりの定格Cvで、100mmの単座グローブ弁なら0.016×100²＝160になります（訳書の表5.4と例）。
- FLは1に近いほど閉塞しにくい値です。 0〜1の値をとり、1に近い弁ほどキャビテーションが起きにくくなります（アズビルの技術論文）。
- 表の数値は代表値です。 型式と開度で変わるので、メーカーの資料で確かめます。
- 口径でおおよそ絞れます。 訳書の著者は、一般用途なら15〜50mmはグローブ弁、50mm以上は回転形が安くつくことが多いとしています（高圧・特殊用途は除く）。
- 固形物を含む流体ではケージガイドを避けます。 原油のように固形物やスラリーを含む流体では、ケージで弁体を案内しないトリムを指定します。手で操作するバルブの形は開閉バルブの種類と使い分けで比べています。
流量特性の種類と使い分け
流量特性は開度とCvの関係で、カタログに載るのは弁の差圧を一定にして測った固有流量特性です。
| 特性 | 開度とCvの関係 | 向く使い方 |
|---|---|---|
| リニア | 開度に比例する。訳書の典型値は10%開くごとに9.8%増 | 弁の差圧が流量であまり変わらない系。水の系統（Spirax Sarco） |
| イコールパーセント | 10%開くごとに直前のCvの約1.4〜1.5倍になる。訳書の典型値は43%増、Spirax Sarcoの例はレンジアビリティ（制御できる最大と最小のCvの比）50で48%増 | 弁の差圧が流量で大きく変わる系。蒸気の系統（Spirax Sarco） |
| クイックオープン | 開き始めで急に増え、弁座の穴の径の1/4ほど上がると、あとはほとんど増えない（訳書） | オンオフ制御（Spirax Sarco） |
配管に据えると、流量が減るほどポンプの吐出圧が上がり、配管の圧損は減ります。そのぶん弁の差圧が増え、実際の開度と流量の関係（実効流量特性）は固有流量特性からずれます。リニアの弁では、開き始めで流量がよく増える丸い線になります（Spirax Sarco）。訳書の目安は、最小流量と最大流量のときの弁の差圧の比が2未満ならリニア、2以上ならイコールパーセントです。弁は大きめに選ばれやすく、定格Cvの40%で使うとリニアは開度40%、イコールパーセントは75%付近になります（訳書）。
Cv値の定義とKv値への換算
Cv値（容量係数）は、60°F（15.6℃）の水を差圧1psi（6.9kPa）で流したときの流量を、米ガロン毎分で表した数です（訳書）。Kv値は、5〜40℃の水を差圧1barで流したときの流量をm³/hで表した数です（Spirax Sarco）。全開のときの値を定格Cv（KvならKvs）と呼び、用語やサイジング式はJIS B 2005の各部が定めています。
| 換算 | 式 | 出典・確かめ方 |
|---|---|---|
| CvからKv | Kv＝0.865×Cv | Emerson（Fisher Catalog 12）。定義からも0.2271m³/h×√(100/6.895)＝0.865 |
| KvからCv | Cv＝1.156×Kv | Spirax Sarco（1.156 099） |
| 古い書き方 | Cv＝1.17Kv、Kv＝0.85Cv | 訳書 p.39。1.17は差圧をkgf/cm²で入れるCvの式の係数と同じ値（11.56÷√98.07）。今のKvとの換算には1.156を使う |
液体のCv値の求め方と例題
液体の必要Cvは次の式で求めます（訳書の式5.1。Emersonの式で定数を0.0865とした形と同じ）。
液体のCv値（流量 m³/h、差圧 kPa）
式は横にスクロールできます
Cv：容量係数［-］、Q：流量［m³/h］、G：比重（水＝1）［-］、ΔP：弁の前後差圧 P1−P2［kPa］
Kvなら差圧をbarにして Kv＝Q√(G/ΔP) です。乱流で閉塞していない流れが前提で、必要Cvが0.1以上・動粘度40cSt以下なら粘度の補正は要りません（訳書）。ガスと蒸気には別の式を使います。
例題：25℃の水を最大20m³/h・最小5m³/hで流す弁（配管は50A）
| 流量 | 入口圧 P1 | 出口圧 P2 | 差圧 ΔP | 必要Cv |
|---|---|---|---|---|
| 最大 20m³/h | 400kPa abs | 300kPa abs | 100kPa | 23.1 |
| 常用 14m³/h | 440kPa abs | 250kPa abs | 190kPa | 11.7 |
| 最小 5m³/h | 480kPa abs | 210kPa abs | 270kPa | 3.52 |
運びは、Emerson（Fisher）の手順と訳書のサイジングの章に沿っています。
- 閉塞していないかを先に確かめる。 FL 0.9のグローブ弁と仮に置きます。閉塞の目安（後述）は、最大流量で0.9²×(400−3.17)≒321kPa、最小流量で0.9²×(480−3.17)≒386kPaです。どちらも実際の差圧（100kPa・270kPa）より大きいので、差圧はそのまま使えます。蒸気圧3.17kPa absは25℃の水の値です。
- 3点の必要Cvを出す。 最大流量では Cv＝11.56×20×√(1.0/100)＝23.1（Kvなら20.0）です。常用は11.7、最小は3.52です。
- 口径と形の見当をつける。 訳書の方法では、必要最大Cvを0.8で割った28.9を口径の2乗で割ります。配管と同じ50mmなら28.9÷50²＝0.0116で、比較表の単座グローブ弁（0.016）で足ります。定格Cvはおよそ0.016×50²＝40です。40mmだと0.016×40²＝25.6で、28.9に届きません。
- 流量特性を決める。 差圧の比は270÷100＝2.7なので、訳書の目安ではイコールパーセントです。
- 開度を確かめる。 下の表で、最大流量と最小流量の開度を見ます。
口径50mmの候補と開度の目安
| 候補 | 定格Cv（概算） | 最大流量 | 常用流量 | 最小流量 |
|---|---|---|---|---|
| 単座グローブ弁・リニア | 40 | 58% | 29% | 9% |
| 単座グローブ弁・イコールパーセント | 40 | 86% | 69% | 38% |
| 高容量ケージ弁・イコールパーセント | 55 | 78% | 61% | 30% |
定格Cvは比較表のCv/d²から出した概算で、イコールパーセントはレンジアビリティ50の理想形（Cv＝定格Cv×50^(開度−1)）で計算しました。訳書の基準（最大の必要Cvが定格の85%以下、最小が5%開度以上）は3つとも満たします。ただしリニアの最小9%は、ポジショナなしの目安10%を下回ります。Emerson所属のMcCartyの記事の目安（最大60〜80%、最小20%以上）まで満たすのは、ケージ弁のイコールパーセントだけです。実際の定格Cvと開度は、メーカーの開度とCvの表で確かめます。
開度の目安と余裕の取り方
訳書の著者は、100回のうち99回は弁が大きすぎると書いています。Emersonの技術者McCartyの記事は、設計の部門ごとに余裕を重ねることを主な原因に挙げました。大きすぎる弁では、イコールパーセントで30:1ほどある調節範囲が3:1以下に落ちるとしています。5%より小さな開度では弁体が弁座に当たって空気が抜けきり、動き出しの遅れ（不感帯）が増えて制御が乱れます（訳書）。最小流量がどうしても小さいなら、小さい弁と大きい弁を並べて信号を分けます。開度の目安そのものも、資料によって数字が違います。
| 出典 | 最大流量のとき | 最小流量のとき | 余裕の取り方 |
|---|---|---|---|
| Emerson所属のMcCartyの記事（2014年） | 60〜80%開度 | 20%開度以上 | 余裕を重ねすぎない |
| 訳書（Baumann） | 必要Cvが定格Cvの85%以下 | 5%開度のCvより大きい。ポジショナなし、パッキンの摩擦が大きいときは10% | 必要最大Cv÷0.8で定格Cvを選ぶ |
空気が切れたときの動き（フェールオープン・フェールクローズ）
ばね付きの空気式操作器は、空気や信号が切れるとばねの力で決めた側へ弁を動かします。ばねの無いシリンダ形は、ロックアップ弁などで位置を保たないとフェールセーフになりません。化学工学便覧も、駆動源を失ったときに安全な方向へ移るよう、開・閉・開度保持のいずれかに設計するのが一般的としています。
| 作動 | 空気（信号）が増えると | 空気が切れると | 選ぶ例 |
|---|---|---|---|
| エア・トゥ・オープン | 開く | 閉じる（フェールクローズ） | バーナーへの燃料ガス、熱媒で過熱や発熱反応のおそれがある設備 |
| エア・トゥ・クローズ | 閉じる | 開く（フェールオープン） | モーター軸受の冷却水、原油配管の蒸気加熱 |
訳書によると、閉じる側を選ぶのは全体の75〜80%です。開く側にするなら、全開の流量を下流の安全弁が逃がせるかも確かめます。
電動式の停電時の動きは機種によって違い、アズビルの形VY51のように予備電源がなくても内蔵ばねで全閉へ戻る機種があります。必要な開・閉・保持の動きは、機種ごとの仕様書で確認してください。
単作動・複作動の考え方は自動ボールバルブの種類と使い分け、操作器の空気は計装用空気の特徴で扱っています。
弁座漏れの等級と締め切りの考え方
調節弁は全閉でもわずかに漏れます。安全のための締め切りまで調節弁に任せるのは避けます。漏れの等級は ANSI/FCI 70-2 と IEC 60534-4 にあり、下の表は ANSI/FCI 70-2 の値です（Emerson）。
| 等級 | 許される漏れ（工場での試験） | 試験の流体 |
|---|---|---|
| クラスII | 全開の容量の0.5% | 空気 |
| クラスIII | 全開の容量の0.1% | 空気 |
| クラスIV | 全開の容量の0.01% | 空気 |
| クラスV | 差圧1barあたり・弁座の穴の径1mmあたり5×10⁻¹²m³/s | 水 |
| クラスVI | 弁座の穴の径ごとの泡の数（25mmで毎分1泡、102mmで毎分11泡） | 空気 |
空気の試験は、使う差圧と3.4barの低い方、10〜52℃で行う工場試験です。運転条件の漏れ量にそのまま当てはめると大きく外れることがあります（Emerson）。クラスIVでも全開の容量の0.01%は漏れてよく、定格Cv 50ならCv 0.005ぶんです。Spirax Sarcoの資料（IEC 60534-4の等級）では、一般的な単座弁がクラスIV、複座弁はよくてクラスIIIです。操作器は、出口がゼロゲージで入口が最高圧力のときにも締め切れる大きさにします（訳書）。締め切りが要るところには、調節弁とは別に遮断弁を設けます。
キャビテーションとフラッシング
液体が弁の絞りを通ると、いちばん狭いところで流速が上がり圧力が下がります。そこで蒸気圧を下回ってできた気泡が下流でつぶれ、衝撃で騒音・振動・壊食を起こすのがキャビテーションです（アズビルの技術論文）。出口の圧力が蒸気圧より低いままなら、気泡はつぶれず気液が混じって流れ出ます。これがフラッシングで、Emersonの資料は出口圧と蒸気圧の高低で2つを分けています。
閉塞の目安の差圧（液体）
式は横にスクロールできます
ΔPchoked：差圧を増やしても流量が増えなくなる差圧［kPa］、FL：圧力回復係数［-］、P1：入口圧（絶対圧）［kPa］、Pv：液の蒸気圧（絶対圧）［kPa］
例題の最小流量（入口480kPa abs、差圧270kPa）では、FL 0.9の弁で目安は約386kPaでした。同じ条件でもFL 0.68の弁なら約220kPaで、270kPaは閉塞の側です。損傷は閉塞より小さな差圧から始まり、FLも開度で変わるので、メーカーの値で確かめます。Emerson（Fisher）の式は蒸気圧に係数FFをかけた FL²(P1−FF·Pv) で、25℃の水なら違いは0.1kPaほどです。閉塞するときのCv計算では、差圧の代わりにこの値を使います。
キャビテーションの対策
- キャビテーション対策のトリム（多段で減圧するケージなど）を選ぶ
- 弁の下流に抵抗板を入れ、弁にかかる差圧を減らす
- 同じ弁を2台直列にする
- 弁を低い位置に据えて、入口と出口の静圧を上げる
フラッシングは出口の圧力で決まるので、弁を替えても起きます。対策は、硬いトリムや、流れが弁体を閉める向きのアングル弁です。ガスや蒸気を大きく減圧する弁では、空力騒音も確かめます。訳書の目安は弁出口の流速をマッハ0.3未満にすることで、騒音の予測方法はガス・蒸気がJIS B 2005-8-3、液体が8-4にあります。
電磁弁との違い
電磁弁は、電気の信号で開と閉の2位置を切り替える弁です（電磁弁の原理と種類）。調節弁は途中の開度で止まり、流量を連続して変えます。調節弁の付属品として電磁弁を組み合わせることもあります。
| 項目 | 調節弁 | 電磁弁 |
|---|---|---|
| 弁の位置 | 0〜100%の途中で止まる | 開か閉の2位置 |
| 入力 | 4〜20mA、20〜100kPa | 電圧のON・OFF |
| 主な役目 | 流量・圧力・温度・液面の連続制御 | 流路や空気の切り替え、遮断 |
参考資料
- H. D. Baumann 著、須加寿雄・渡部剛 訳『計装エンジニアのためのコントロールバルブ』工業技術社、1996年（原著 Control Valve Primer: A User's Guide 第2版）
- Fisher Controls International「Catalog 12, Section 2」2018年（液体のサイジングの手順と式・定数、Leakage Specifications） https://www.emerson.com/is/content/emerson/en/final-control/flow-controls/documents/cat12_s2.pdf
- M. McCarty「Properly Size Control Valves」Chemical Processing、2014年12月16日 https://www.chemicalprocessing.com/automation/control-systems/article/11333308/properly-size-control-valves-chemical-processing
- Emerson「Segmented Ball Valves」 https://www.emerson.com/en-us/automation/valves/controlvalves/segmented-ball-valves
- Emerson「Eccentric Plug Valves」 https://www.emerson.com/en-us/automation/valves/controlvalves/eccentric-plug-valves
- Emerson「High Performance Butterfly Valves」 https://www.emerson.com/en-us/automation/valves/controlvalves/high-performance-butterfly-valves
- Spirax Sarco「Control Valves」 https://www.spiraxsarco.com/learn-about-steam/control-hardware-electric-pneumatic-actuation/control-valves
- Spirax Sarco「Control Valve Characteristics」 https://www.spiraxsarco.com/learn-about-steam/control-hardware-electric-pneumatic-actuation/control-valve-characteristics
- Spirax Sarco「Control Valve Capacity」 https://www.spiraxsarco.com/learn-about-steam/control-hardware-electric-pneumatic-actuation/control-valve-capacity
- 黒澤祐貴・新谷知紀・尹鍾晧「調節弁のキャビテーション抑制技術開発」azbil Technical Review 2026年4月発行号 https://www.azbil.com/jp/corporate/pr/library/review/pdf/Review2026_03.pdf
- 化学工学会編『改訂六版 化学工学便覧』丸善、1999年（25·4 安全設計と安全管理 p.1235）
- ANSI/FCI 70-2「Control Valve Seat Leakage」（表の値は参考資料2のEmerson（Fisher）の資料による）
- IEC 60534-4（BS 5793 Part 4）「Industrial-process control valves - Part 4: Inspection and routine testing」（7のSpirax Sarcoの資料が使う等級）
- JIS B 2005-1：2012「工業プロセス用調節弁－第1部：調節弁用語及び一般的必要条件」
- JIS B 2005-2-1：2019「工業プロセス用調節弁－第2部：流れの容量－第1節：取付け状態における流れのサイジング式」
- JIS B 2005-2-4：2019「工業プロセス用調節弁－第2部：流れの容量－第4節：固有流量特性及びレンジアビリティ」
- JIS B 2005-4：2012「工業プロセス用調節弁－第4部：検査及び試験」
- JIS B 2005-8-3：2025「工業プロセス用調節弁－第8部：騒音－第3節：調節弁の空気力学的流動騒音の予測方法」
- JIS B 2005-8-4：2025「工業プロセス用調節弁－第8部：騒音－第4節：調節弁の水力学的流動騒音の予測方法」
