空気圧ソレノイドバルブとは何か、そして最初に行う必要がある決定
空気圧ソレノイド バルブは、電気コイルを使用して圧縮空気の開閉、または方向転換を行う電気機械式方向弁です。ほとんどの自動化プロジェクトに対する最も直接的な答えは、まずバルブ機能を選択し、次に流量サイズを選択し、次に電圧と取り付けスタイルを選択することです。
複動シリンダを制御している場合、 5/2パイロット弁 が従来の出発点です。単動シリンダを制御している場合、 3/2バルブ 通常は十分です。空気を遮断または放出するだけの場合は、 2/2バルブ 仕事をするだろう。
実際の選択プロセスには、バルブ機能の定義、必要な流量の計算、電気条件と設置条件の一致という 3 つのステップが含まれます。以下のセクションでは、信頼性の高いマシンと慢性的なメンテナンスの問題の違いを生み出す特定の技術的なポイントとともに、各ステップを詳細に説明します。
空気圧ソレノイドバルブはどのように動作しますか?
動作原理は概念的に単純です。電気コイルが磁場を生成し、その磁場がプランジャーまたはアーマチュアを動かし、その動きによってバルブ本体内のスプールまたはポペットが移動します。シフトされた要素はさまざまなポートを接続し、空気が一方向または別の方向に流れることができます。
- コイル – 電気エネルギーを磁力に変換します。
- プランジャーまたはアーマチュア – 磁場に反応して動きます。
- コアチューブ – 可動部分をガイドし、保護します。
- リターンスプリング – 電源が遮断されると、バルブは通常の位置に戻ります。
- スプールまたはポペット – ポート間の接続を変更します。
- バルブ本体 – 吸気ポート、排気ポート、排気ポートを備えています。
- シールとシート – 内部通路を分離し、漏れを制御します。
直動式電磁弁
直動式バルブは最低作動圧力を必要としません。コイルは、リターン スプリングやシステム圧力に抗してスプールやポペットを動かすのに十分な強度がなければなりません。直動式バルブは磁力に限界があるため、小流量、小口径の場合に使用されるのが一般的です。単動シリンダ、パイロット制御回路、エアブローオフ用途に適しています。ゼロ圧力からの信頼性の高い切り替えが必要な低流量サービスの場合、 CKT VT307 直動式シートバルブ 3方電磁弁 はその典型的な例です。
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パイロット操作バルブは、小さなソレノイドを使用して空気を大きなスプールの一端に送ります。すると空気圧によってスプールが動きます。この設計は、バルブが大流量を処理しながらコイルを小さく保つことができるため効率的です。トレードオフとして、パイロット操作バルブには最小圧力 (通常は約 0.1～0.15MPa 、確実にシフトします。 0.4 ～ 0.8 MPa の一般的な工場用空気の場合、 CKT 4Vシリーズ パイロット式5方電磁弁 複動シリンダ制御の標準ビルディングブロックです。
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空気圧ソレノイドバルブは通常、動作ポートの数とポジションの数という 2 つの数字で表されます。 3/2 バルブには 3 つのポートと 2 つのポジションがあります。 5/2 バルブには 5 つのポートと 2 つのポジションがあります。最初の数値は、圧縮空気の供給と排気の方法を定義するため、回路を計画する際にはより重要です。
2/2方バルブ
2ポート2ポジションバルブは本質的に空気のオン/オフバルブです。これらは、空気準備ユニットの後、真空回路内、またはラインを単純に開閉する必要がある場所で使用されます。バルブは1ラインを遮断するだけなので、構造がコンパクトです。細い線の場合、 CKT 2V025 直動式2方電磁弁 は代表的なオプションであり、通常はノーマルクローズ構成で提供されます。
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3 つのポートと 2 つのポジションを備えたこのバルブは、単動シリンダ用の古典的なバルブです。ポート 1 は供給、ポート 2 はシリンダーに接続され、ポート 3 は排気です。常閉 3/2 バルブでは、コイルに通電するとポート 1 からポート 2 に空気が送られます。通電を解除すると、ポート 2 からポート 3 に排気されます。三方弁は、より大きなバルブを操作したり、真空発生器を操作したり、部品を吹き飛ばしたりするためにも使用されます。
5/2方バルブ
複動シリンダの標準的な選択肢は 5 ポート 2 ポジションです。バルブには供給ポートが 1 つ、シリンダポートが 2 つ、排気ポートが 2 つあります。ある位置では、供給が第 1 シリンダ ポートに接続され、第 2 シリンダ ポートが排気されます。他の位置では、供給は第 2 シリンダーポートに切り替えられ、第 1 ポートは排気されます。この交互の接続により、シリンダーロッドが伸縮します。
5/3方バルブ
5 ポート 3 ポジション バルブは、5/2 バルブにセンター ポジションを追加します。中心位置はクローズドセンタ、エキゾーストセンタ、圧力センタのいずれかになります。クローズドセンタはシリンダを中間位置で確実に停止させるのに人気があります。排気センターはシリンダーを浮かせることができます。プレッシャーセンターが両方のポートを加圧状態に保ちます。センタータイプは両方のソレノイドが非通電時のシリンダの動作が変化します。
| 構成 | ポート | ポジション | 代表的な用途 |
|---|---|---|---|
| 2/2 | 2 | 2 | エア供給のON/OFF、真空切替が簡単 |
| 3/2 | 3 | 2 | 単動シリンダ、パイロットバルブ |
| 5/2 | 5 | 2 | 複動シリンダ |
| 5/3 | 5 | 3 | 複動シリンダ with intermediate stop |
直動式とパイロット式: 実際の比較
直動式バルブとパイロット操作式バルブの選択は品質ではありません。それは動作範囲に関するものです。直動バルブはゼロ圧力でも動作しますが、流量は低くなります。パイロット操作バルブは、より小さなコイルでより大きな流量を処理できますが、必要な圧力は最小限です。以下の表は、機械設計者がこれらについて考慮すべき方法の違いをまとめたものです。
| 基準 | 直動式 | パイロット操作 |
|---|---|---|
| 最低圧力 | 0MPa | 通常0.1～0.15MPa |
| コイル force needed | 流量に比べて高い | 空気がシフトをアシストするため、低くなります |
| 流量能力 | 特定のボディサイズに対して低い | 特定のボディサイズに対してより高い |
| 一般的なポートサイズ | 1/8～1/4インチ | 1/4 ～ 3/8 インチ以上 |
| 最適な用途 | パイロット回路、小型シリンダー、低流量サービス | メインアクチュエーター供給、ハイサイクルシステム |
実際には、同じポートサイズの直動式バルブでは流量要求が大きすぎるため、ほとんどの生産機械はメインシリンダーの供給にパイロット操作式バルブを使用しています。直動式バルブは、パイロット制御や空気供給が遮断される用途に使用されます。
通常閉、通常開、または双安定?
ソレノイド バルブのデフォルト状態によって、コイルへの通電が遮断されたときに何が起こるかが決まります。停電後のバルブの位置によって動作が停止したり、圧力が解放されたり、プロセスが継続したりする可能性があるため、これは機能上の決定であると同時に安全上の決定でもあります。
ノーマルクローズバルブ
常閉バルブでは、コイルがオフのときに供給ポートがブロックされます。一般的な用途は単動シリンダです。電源が遮断されるとシリンダの空気が排出され、シリンダはバネの位置に戻ります。通常、これは垂直リフティングまたはクランプ装置にとって最も安全な選択です。
ノーマルオープンバルブ
常開バルブでは、コイルがオフのときに供給がバルブを通って流れます。これは、機械が意図的に停止されない限り、冷却空気の流れや潤滑油の供給を継続する必要がある場合に役立ちます。停止時に開いたままのダンプバルブとしても使用できます。
双安定バルブまたはラッチバルブ
双安定バルブには 2 つの安定状態があり、コイルに連続電力が供給されなくても最後の位置を保持します。コイルはスイッチング中にのみ通電されるため、消費エネルギーが少なくなり、より低温で動作します。制限は、フェールセーフ位置が定義されていないため、制御システムは電力損失状態を明示的に処理する必要があることです。
購入前に確認すべき主な仕様
ソレノイド バルブは、見た目は同じでも、動作は大きく異なる場合があります。以下の仕様表は、新しい機械用のバルブを注文する前に確認する必要がある最小限のチェックリストです。
| 仕様 | なぜそれが重要なのか | 代表的な範囲 |
|---|---|---|
| 接続口径 | 継手の接続を定義し、最大流量を制限します。 | 1/8、1/4、3/8、1/2 インチ PT、NPT、または G ネジ |
| 履歴書流量係数 | バルブが通過できる空気の量を示します。 Cv が高くなると、シリンダーの動きが速くなります。 | ほとんどのソレノイドバルブでは 0.2 ～ 3.0 |
| 使用圧力 | 直動式バルブは多くの場合 0 MPa から開始します。パイロット操作バルブには最小限の圧力が必要です。 | 0～1.0MPa 直流、 0.15～0.9MPaパイロット |
| 電源電圧 | PLC 出力、リレー、または電源と一致する必要があります。 | DC24V、AC110V、AC220V |
| 消費電力 | 熱上昇と、PLC カードがバルブを直接駆動できるかどうかに影響します。 | 2～5W 小型工業用バルブ用 |
| 応答時間 | 高速マシンのサイクル タイムと同期に影響します。 | バルブのサイズに応じて 10 ～ 50 ミリ秒 |
| 温度範囲 | シールとコイルの材質によって動作限界が設定されます。 | 典型的には 0 ～ 60 °C。特別なバリエーションは範囲を拡張します |
| エンクロージャの定格 | ホコリや水しぶきからコイルを守ります。 | IP65（洗浄環境向け） |
この仕様のうち、 Cv エンジニアが最も過小評価することが多いパラメータです。小さな 3/2 バルブの Cv は約 0.3 です。これは小口径のシリンダーには問題ありませんが、63 mm の口径のシリンダーが高速で移動するには小さすぎます。大まかなサイズ設定のルールとして、Cv 以上のバルブを選択してください。 20 ～ 30% 高い 計算された要件よりも。これにより、ラインの損失、フィッティング、およびシールの劣化に対するマージンが残されます。計算はシリンダー容積と必要なストローク速度に基づいており、シリンダーメーカーのデータで確認する必要があります。
取り付けの問題は、多くの場合、圧力の不一致やシールのフィット感の悪さが原因で発生します。ポート接続とシール材料がどのように相互作用するかについて詳しくは、こちらをご覧ください。 圧力マッチングと取り付けシーリングの技術概要 .
取り付けスタイル: インライン、マニホールド、サブベース
インライン実装
インライン取り付けとは、通常は各ポートにチューブ継手を使用して、バルブがエアラインに直接取り付けられることを意味します。置き換えも簡単で分かりやすいです。これは、1 つまたは 2 つのシリンダを備えた機械、またはスペースが重要ではない改造作業に適しています。
マニホールドの取り付け
マニホールド取り付けでは、複数のバルブを共通のベース上に配置し、供給ギャラリーと排気ギャラリーを共有します。チューブが減り、配線がすっきりし、トラブルシューティングが簡素化されます。ほとんどの 5/2 ソレノイド バルブ ファミリでは、2、4、6、またはそれ以上のステーション用のマニホールド プレートが提供されています。マニホールド レイアウトを決定する前に、必要なバルブ シリーズがマニホールド マウント バージョンで入手可能であることを確認してください。まず、空気圧制御コンポーネントの範囲を確認することから始めます。 CKTの製品カタログ .
サブベースまたはモジュラー取り付け
サブベース取り付けにより、バルブ本体がベースから分離されます。配管を乱すことなくバルブを取り外すことができます。これは、大型のバルブや、迅速な交換が重要なメンテナンス頻度の高い用途では一般的です。
アプリケーション主導の選択と実用的なチェックリスト
単動シリンダ
単動シリンダの場合は3/2バルブをご使用ください。シリンダがスプリングリターン式の場合、電源が遮断された後にシリンダを収縮させたい場合は、常閉バルブを選択してください。ストローク速度を一方向に制御する必要がある場合は、シリンダポートに速度制御バルブを追加します。
複動シリンダ
複動シリンダの場合は5/2バルブをご使用ください。シリンダを中間位置で停止させる必要がある場合は、クローズドセンタの5/3バルブをご使用ください。ストロークが長い場合やサイクル レートが高い場合は、より大きな Cv を選択し、応答時間を確認してください。また、圧力が不均等だとドリフトが発生する可能性があるため、両方のシリンダー ポートの力のバランスも考慮してください。
真空処理
多くの真空システムでは、真空発生器の直前に 3/2 または 2/2 ソレノイド バルブを使用して、真空のオンとオフを切り替えます。ワークピースをリリースするには、クイック排気バルブまたは真空安全バルブを使用すると、パーツがより速くリリースされます。真空発生器が流れを処理するため、ソレノイド バルブのサイズを大きくする必要はありません。ベンチュリへのパイロット流のみを切り替える必要があります。このような場合には、小型直動バルブが特に役立ちます。
ソレノイドバルブの長年の実績を持つメーカーであれば、この選定プロセスを簡素化できます。 CKT Pneumatic は、2002 年に 4V ソレノイド バルブからスタートし、それ以来、幅広い社内製造の空気圧コンポーネントの製品範囲に拡大してきました。この分野で実践的なエンジニアリングの歴史を持つサプライヤーの一例です。
注文する準備ができたら、次のチェックリストを使用してください。
- アクチュエータのタイプを定義します: 単動、複動、パイロット、または真空。
- 必要な流量を計算または推定し、それを最小 Cv に変換します。
- ポート構成を選択します: 2/2、3/2、5/2、または 5/3。
- 動作電圧を選択し、PLC が突入電流と保持電流を供給できるかどうかを確認してください。
- 最低パイロット圧力に対して使用圧力範囲を確認してください。
- 取り付けスタイルを選択します: インライン、マニホールド、またはサブベース。
- 周囲温度とシール材質の適合性を確認してください。
- バルブが洗浄エリアまたは塵埃エリアの近くにある場合は、エンクロージャの定格を確認してください。
トラブルシューティングとメンテナンス
一般的な障害と修正
| 症状 | 考えられる原因 | 実用的な修正 |
|---|---|---|
| バルブが動かない | パイロット圧力はありません。スプールが固着している | 供給圧力とパイロット圧力を確認します。クリーンスプール |
| コイル overheats | 電圧が間違っています。継続勤務 | 電圧を一致させます。負荷を減らすか冷却を改善する |
| シリンダークリープ | 内部漏れ。シールの摩耗 | シールを交換するかバルブを交換する |
| ブザー音 | ルーズコア。 ACコイルのエアギャップ | 取り付けをしっかり締めます。コイルが損傷している場合は交換してください |
| 作動が遅い | 低い Cv;サイレンサーまたは排気管の詰まり | 履歴書を確認してください。排気サイレンサーと配管をきれいにします |
予防メンテナンスのヒント
- 圧縮空気を清潔で乾燥した状態に保ち、エアフィルターを定期的に点検してください。
- 入口圧力はバルブタイプの定格範囲内に保ってください。
- スプールの固着を防ぐために、少なくとも月に 1 回はアイドルバルブをサイクルしてください。
- 高温用途では、コイルとシールをより頻繁に検査してください。
- バルブの仕様で必要な場合を除き、潤滑剤を追加しないでください。最新のバルブの多くは潤滑済みです。
- 排気が詰まっているとバルブが小さなバルブのように動作する可能性があるため、損傷したサイレンサーを交換してください。
空気圧ソレノイドバルブに関するよくある質問
2/2 ソレノイドバルブと 3/2 ソレノイドバルブの違いは何ですか?
2/2 バルブには 2 つのポートと 2 つのポジションがあります。単に 1 つの空気ラインを開閉するだけです。 3/2 バルブには 3 つのポートと 2 つのポジションがあります。デバイスに空気を供給し、同じラインから排気することができます。シリンダーまたはパイロットチャンバーの加圧と排気を交互に行う必要がある場合は、3/2 バルブを使用します。
直動式電磁弁はゼロ圧力でも動作できますか?
はい。直動式バルブは、シフトするために最小限の圧力を必要としません。 0 MPa から定格圧力まで動作します。このため、メインラインが完全に遮断される可能性があるパイロット制御回路や小流量アプリケーションに適しています。
必要な Cv はどのように計算すればよいですか?
シリンダーボア、ストローク、希望のサイクルタイムから始めます。 1 分あたりの空気消費量と使用可能な圧力を使用して、必要な Cv を見つけます。計算ソフトウェアをお持ちでない場合は、単純なルールを使用してください。計算された数値より 20 ～ 30% 高い Cv を持つバルブを選択し、シリンダー メーカーのデータで検証します。
電磁弁が過熱するのはなぜですか?
最も一般的な原因は、間違った電圧、断続定格のコイルでの連続通電、またはコイル周囲の放熱不良です。コイル定格、供給電圧の安定性、アプリケーションのデューティ サイクルを確認してください。
どのような電圧を選択すればよいですか?
DC24V は、安全かつシンプルで、ほとんどのコントローラーと互換性があるため、PLC 制御のマシンにとって最も一般的な選択肢です。 AC110V と AC220V は、より単純な回路やレガシー パネルで今でも使用されています。短い過電圧でもコイルが焼損する可能性があるため、電圧を正確に一致させてください。
ノーマルオープンまたはノーマルクローズのバルブを選択する必要がありますか?
必要なフェールセーフ動作に基づいて選択してください。非通電状態で空気の流れを停止したり、シリンダを後退させたりする必要がある場合は、ノーマルクローズを使用してください。圧力損失を防ぐため、または冷却を維持するために、非通電状態でも空気の流れを維持する必要がある場合は、ノーマル オープンを使用します。
