電磁弁の仕組みとは?構造・材質・仕組みによる選定方法を簡単に紹介

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電磁弁が壊れたので
急いで交換しようと思い、

新品のまま会社にあった
電磁弁を出したんですが、

若干、形状が違うんです。

ほんとですね。

交換しても大丈夫ですか?

確認しますね。

お願いします。

あっ!
これ使えないですよ。

えっ!

使えないんですか!

何がダメですか?

元々、ついていたのが、

『通電開』で、
在庫にあった電磁弁は、
『通電閉』です。

どういうことですか?

電磁弁に電気を流した時、

バルブの開閉が、

逆になってしまいます。

通電開は、通電すると
流路が開くけど

通電閉だと、通電すると

逆に閉じてしまう。

ということですね。

そういうことです。

分かりました。

既存の電磁弁と

同じものを手配します。

という、やりとりがありました。

テーマ

今回は、電磁弁について
簡単に分かりやすく
紹介していきたいと思います。

 
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電磁弁とは?

そもそも、『電磁弁』
って何ですか?

私の分かる範囲での

説明になりますが

大丈夫ですか?

よろしくお願いします。

まず、電磁弁は、
JISで

10837 電磁弁
電磁石の電磁力によって弁体を
開閉するバルブの総称。 
引用:JIS B 0100  バルブ用語

と定義されています。

弁体って何ですか?

弁体は、JISで

20104 弁体、閉止部品
流体を制御するために可動し、
弁閉止時に弁座と密着して
バルブの閉止機能を果たす部品。
引用:JIS B 0100  バルブ用語

と定義されています。

弁体って、流体の流れを

止めるための『栓』
の役割のことなんですね。

また、電磁弁は、

Point

動作の原理上、全開と全閉しかない
ON-OFF弁と呼ばれるタイプの
バルブで、開閉の切換えが早い
という、特徴があります。

 

素早く流体を、流したり
止めたりする場合に
使われるバルブで、

流量の調整はできない
ということですね。

そうなんです。

電磁弁では、流量の調整は
できません。

ただ、電磁弁は、
流路の開閉以外にも

Point

流体や流路の切換えなどに
使われることも多く、
電磁式の切換弁や方向制御弁と
呼ばれることもあります。

 

流路の切換えが目的の

電磁弁もあるんですね。

そうなんです。

Point

流れる流路の数によって
三方弁や四方弁などに分類され
広く使われています。

 

電磁石の力で
流路を制御するのが

電磁弁なんですね。

電磁弁とは?
  • 電磁弁は、JISで、
    電磁石の電磁力によって弁体を
    開閉するバルブの総称。 
    と定義されている。

  • 電磁弁は、動作の原理上、
    全開と全閉しかないON-OFF弁
    と呼ばれるタイプのバルブで、
    開閉の切換えが早い。

  • 電磁弁は、流路の開閉以外にも
    流体や流路の切換えなどに
    使われることが多く、電磁式の
    切換弁・方向制御弁とも呼ばれる。

  • 流れる流路の数によって
    三方弁や四方弁などに分類される。
 

電磁弁の種類

電磁弁の種類について

教えて下さい。

まず、電磁弁には、
大きく分けて

Point
  • 直動式電磁弁
  • パイロット式電磁弁

の2種類があります。

 

直動式電磁弁から
教えて下さい。

直動式電磁弁は、

Point

プランジャと呼ばれる可動鉄心と
弁体が一体になった構造で
ソレノイドの力によって動き
流路を開閉させる電磁弁です。

 

10838 直動式電磁弁
電磁力によって直接弁体を
開閉する電磁弁。
引用:JIS B 0100  バルブ用語

可動鉄心って何ですか?

可動鉄心は、
動かすことが出来る
磁性体のことです。

3.8 可動鉄心
プランジャ 固定鉄心に
吸引される鉄心。
引用:JIS C 4553 一般用直流ソレノイド

では、ソレノイドとは

何ですか?

ソレノイドとは、

Point

銅線に巻いたコイルに電流を流し、
可動鉄心を固定鉄心に吸引させる
電磁石のことです。

 

3.1 DCソレノイド
アクチュエータの一種で直流を
励磁コイル(以下,コイルという。)
に通電し、可動鉄心を動かすことに
よって、電磁エネルギーを機械的
直線運動に変換する無極の電磁石。
引用:JIS C 4553 一般用直流ソレノイド

ソレノイドの力で

弁体と一体になっている
プランジャを動かし

バルブを開閉させるのが
直動式電磁弁なんですね。

直動式電磁弁の特徴を

教えて下さい。

直動式電磁弁の特徴は、

Point

構造が簡単なので、
メンテナンスが容易に行えます。
ただし、ソレノイドのみの力で
バルブを開閉させるので、小口径・
低圧・小流量のものが多いです。

 

直動式電磁弁で、
口径を大きくすると
どうなるんですか?

口径や圧力を大きくすると

ソレノイドの必要電力が

大きくなってしまいます。

では、口径が大きい場合は

どうすればいいんですか?

そういった場合には、

パイロット式電磁弁を

使用します。

パイロット式電磁弁は

どのような
電磁弁なんですか?

パイロット式電磁弁は、
直動式電磁弁と違い

Point

プランジャと弁体が
分割されている電磁弁で、流体の
圧力差によって弁体を開閉させ、
その圧力をパイロット弁で制御する
電磁弁がパイロット式電磁弁です。

 

10839 パイロット式電磁弁
電磁力によってパイロット弁を
作動し、弁体上部圧力と
入口圧力との圧力差で弁体を
開閉する電磁弁。
引用:JIS B 0100  バルブ用語

パイロット弁って
何ですか?

パイロット弁とは、

流体の圧力を操作するための

補助弁のことです。

632 パイロット弁
他のバルブや機器の制御機構を、
圧力操作するために補助的に
用いる小形の切換弁。
引用:JIS W 0105 航空用語
(油圧及び空気圧系統)

パイロット式電磁弁の

特徴を教えて下さい。

パイロット式電磁弁の
特徴は、

Point

液体の圧力差で弁体の開閉を行うので
大口径・高圧・大流量といった
幅広い用途で使用されています。

 

ある程度の圧力がないと

作動できないんですね。

そうなんです。

しかも、

Point

直動式電磁弁と比べると、構造が
複雑なので動作は遅くなりますが、
電磁力はプランジャの開閉のみに
使用するので、必要電力を小さく
することができます。

 

下記のページで電磁弁の
動作原理が見れます。

■CKDからの耳寄り情報■
≫≫≫≫新入社員”未来”の
ものづくりお悩み相談 その5

参考:CKD株式会社

動画もあって違いが
分かりやすかったです。

電磁弁の種類
  • 電磁弁には、大きく分けて
    直動式とパイロット式の
    2種類がある。

  • 直動式電磁弁は、プランジャと
    弁体が一体になった構造で
    ソレノイドの力によって動き、
    流路を開閉させる電磁弁。

  • 直動式電磁弁の特徴は、
    構造が簡単なので、
    メンテナンスが容易に行えるが、
    小口径・低圧・小流量が多い。

  • パイロット式は、プランジャと
    弁体が分割された構造で、
    電磁力でパイロット弁を作動し、
    流体の圧力差で弁体を開閉する。

  • パイロット式の特徴は、液体の
    圧力差で弁体の開閉を行うので
    大口径・高圧・大流量といった
    幅広い用途で使用されている。

  • 直動式電磁弁と比べると、構造が
    複雑なので動作は遅くなるが、
    電力を小さくすることができる。
 

通電開と通電閉の違い

電磁弁を選ぶ際の

注意点はありますか?

うーん・・・。

強いて言うなら、

Point
  • 流体
  • 圧力
  • 温度
  • 流量
  • 口径
  • 接続方法

などですかね。

 

あっ!

あとは、最初に言ってた

『通電開』と『通電閉』
ですね。

それ、
聞きたかったんです。

詳しく教えてもらっても
いいですか?

まずは、通電開ですが、

他に、

Point

常時閉やノーマルクローズ(N.C.)
とも呼ばれています。

 

つまり、

どういうことですか?

つまり、

Point

電気が入ると、バルブが開いて
電気が切れると、バルブが閉じる
形式のことを言います。

 

512 常時閉、ノーマルクローズ
操作のための外力又は信号が
除かれたときにノーマル位置に
自ら復帰し、それが閉位置に
なっているバルブの形式。
引用:JIS W 0105 航空用語
(油圧及び空気圧系統)

次は、通電閉ですが、
他に、

Point

常時開やノーマルオープン(N.O.)
とも呼ばれています。

 

さっきとは
逆になるんですね。

そういうことです。

Point

電気が入ると、バルブが閉じて
電気が切れると、バルブが開く
形式のことを言います。

 

513 常時開 ノーマルオープン
操作のための外力又は信号が
除かれたときにノーマル位置に
自ら復帰し、それが開位置に
なっているバルブの形式。
引用:JIS W 0105 航空用語
(油圧及び空気圧系統)

どうやって使い分けて
いるんですか?

一般的には、

Point

停電や電気系統に異常が生じた場合、
流体を止めて流体の漏洩を
防止することが多いので、
通電開が多く使用されています。

 

なるほど。

反対に、

Point

停電や異常が生じた場合でも、
流体を流しておいた方が安全だと
いう場合は、通電閉を使用します。

 

安全を考慮して

使い分けているんですね。

あと、
他には電源ですね。

電源ですか?

電磁弁は、

Point

決められた電圧で使用する必要があり、
定格より電圧が高いと、
焼損の原因になりますし、
低いと可動鉄心が動かない
といったことが起こります。

 
 

他にも、

Point

直流電源か交流電源かの確認も
必要ですし、交流電流であった場合、
念のため、周波数も確認した方が
良いと思います。

 
 

いっぱい確認することが

あるんですね。

通電開と通電閉の違い
  • 通電開は、常時閉や
    ノーマルクローズ(N.C.)
    とも呼ばれ、電気が入ると
    バルブが開き、電気が切れると
    バルブが閉じる形式のこと。

  • 通電閉は、常時開や
    ノーマルオープン(N.O.)
    とも呼ばれ、電気が入ると、
    バルブが閉じ、電気が切れると
    バルブが開く形式のこと。

  • 電気系統に異常が生じた場合、
    流体を止めて流体の漏洩を
    防止することが多いため、
    通電開が多く使用されている。

  • 異常が生じた場合でも、
    流体を流しておいた方が安全だと
    いう場合は、通電閉を使用する。

  • 電磁弁は、決められた電圧で
    使用する必要があり、直流電源か
    交流電源かの確認も必要。

 

流体と材質

流体って一言で言いますが
色んな種類がありますよね。

そうですね。

パッと思いつくだけでも

Point
  • 空気
  • 蒸気
  • ガス

など色々な流体がありますね。

 

いっぱいありますよね。

正直、メーカーさんの

適用流体を見ても、
色んな材質があって、
良く分かりません。

確かにそうですよね。

適用流体が水でも

本体の材質に
青銅・ステンレス・

鋳鉄などがありますし、

弁体も

フッ素ゴム・NBR・
EPDMなどいっぱい
ありますよね。

そうなんですよ。

ただ正直、

Point

『適用流体○○』と記載されていても、
『その流体によく使われている。』
というだけで、この材質を選べば
間違いないということではありません。

 

どういうことですか?

通常、

Point

流体によって、接液部の材質を
選定する必要があります。
しかし、流体の圧力や温度変化・
濃度や混合比率などの情報も
考慮する必要があるからです。

 

なるほど。

代表的な材質と特徴を
簡単にまとめてみました。

ボディ本体の材質から、

紹介します。

お願いします。

青銅は、耐摩耗性、
耐食性を持っており、

低圧・中圧での使用に
向いている材質です。

 

鋳鉄は、一般的な
低温・常温で使用する
装置や設備に多く
使用されています。

 

樹脂は、金属成分の
溶出を嫌がる業界や
金属を腐食させる
化学薬品などに

使用されます。

 

アルミニウムは、

アウトガスと
重金属汚染が少ない
真空特性が高い材質です。

 

ステンレスは、

許容圧力が高く、
高温でも使用でき
腐食性が強い材質です。

 

弁体についても

教えて下さい。

次は、弁体ですが、

ニトリルゴム(NBR)は、
Oリングやガスケットなどに
多く使われている材質で
耐油性に優れています。

エチレンプロピレンジエンゴム
(EPDM)は、耐候性・
耐水性・耐薬品性に
優れた材質です。

フッ素ゴムは、

他の合成ゴムと比べて
耐熱性・耐油性・耐薬品性
耐オゾン性などが、
とても優れている材質です。

 

フッ素樹脂(PTFE)は、
ほとんどの化学薬品に対して
高い安定性をもち、
耐熱温度が高い樹脂です。

 

いっぱいありますね。

そうなんです。

使用条件と材質の相性を

確認する必要があります。

流体と材質
  • 流体には、水・油・空気・蒸気・
    ガスなど色々な種類がある。

  • 『適用流体○○』と記載されて
    いても、この材質を選べば
    間違いないというものではない。

  • 流体の種類だけでなく圧力や
    温度変化・濃度や混合割合などの
    情報も考慮する必要がある。

 

まとめ

電磁弁は、電磁石の力によって
流体の流れを高速で制御する
バルブの一種です。

しかし、電磁弁には、
作動方法や材質など
たくさんの種類があります。

そのため、流体の種類や圧力・
温度と本体材質の適合性だけでなく
作動方式も確認して選定して下さい。

ありがとうございました。