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機械設計歴20年以上のtsurfと言います。
今回は以下に関する記事です。
電磁弁の知識
直動式と内部パイロット、
外部パイロット
⇩本記事は機械設計初心者の方で
以下の方にオススメです⇩
初心者機械設計者
電磁弁って
いろいろ種類あるんだな
⇩本記事を読むと以下が
わかります⇩
今回は
直動式と
内部/外部
パイロット
について解説します
本記事は以下の知識があることを
前提としています。
①結論：直動式とパイロット式の使いわけ
直動ポペット式
直動ポペット式はその性質から
２ポート弁がメインとなります。
直動ポペット式については詳しく後述します。
直動ポペット式は以下の場合に使用します。
- 小口径のエアブロー
- 小口径の真空ライン
上記が前提で、かつ
- 長期通電ではない
という条件を満たしている場合です。
内部パイロットスプール式
パイロットスプール式は、その特性から
３ポート弁 5ポート弁が
メインとなります。
内部パイロットスプール式については
詳しく後述します。
内部パイロットスプール式は以下の場合に
使用します。
- 大口径の高圧エアブロー
上記が前提で、かつ
- 短期～長期通電のエアブロー
またエアシリンダーは必然的に
高圧、大口径になりがちで、
場合によっては長期通電になるので
- エアシリンダーの動作制御
にも適しています。
外部パイロットスプール式
外部パイロットスプール式については
詳しく後述します。
内部パイロットスプール式は以下の場合に
使用します。
- 大口径の低圧エアブロー
- 大口径の真空ライン
上記で、かつ
- 短期～長期通電
また、
- エアベアリングアクチュエーター等の
超低圧駆動制御
にも用いられます。
使い分けは特性から
まずは、直動式とパイロット式の
使いわけから解説しましたが、
使い分けというのは、
それぞれ弁駆動方式の特性によります。
では、
なぜそのような使い分けとなるのでしょうか？
次章から解説していきます。
②直動ポペット式
直動ポペット式解説
２方向弁に多く見られる構造です。
２方向弁は
- エアを流すか
- エアを止めるか
の選択です。
基本的にプランジャーの上下動で弁の開閉を
行いますが、
そのプランジャーの上下動を
直接ソレノイド（+スプリング）
プランジャーの動作により、
弁の開閉を操作します
詳しくは、
先述の記事を御参照願います。
直動ポペット式の特性と
メリット/デメリット
直動ポペット式は、プランジャーの上下動を
直接ソレノイドの電磁力で行うので
- 電磁弁が大きくなる
- 消費電力が大きい
という特性となり
メリット/デメリットをまとめると
以下となります。
| メリット |
|
|---|---|
| デメリット |
|
なので、冒頭で述べた通り
- 長期通電ではない小口径エアブローライン
- 長期通電ではない小口径真空ライン
が適切な使用用途となります。
③内部パイロットスプール式
概要
３ポート弁と５ポート弁の電磁弁に
多く見られます。
３ポート弁と５ポート弁は
- エアを流す
- エアと止める
という単純な動作でありません
弁の状態を切り替えないといけません。
それを可能にするのがスプールの切り替えです。
以下は３ポート弁での解説となります。
３ポート弁は以下のようにスプールの
切り替えを行います。
ですが、このスプールの移動は直接ソレノイド
では行っていません。
以下の図は パイロット式３ポート弁の
内部の回路図となります。
内部パイロット３ポート弁は
スプールの構造体に
３ポート電磁弁が組み込まれた製品となります。
この内部の回路図を見るとわかるのですが
メインの使用流体エアーを分岐して ３ポート電磁弁
の加圧ポートにつながっています。
そこから
スプールを動作室につながっていますね。
また ３ポート電磁弁の排気は
メインの排気につながっています。
パイロット動作：通電時
まずこの電磁弁に通電されます。
もともと回路的にメインのエアから
3ポート電磁弁に分岐されています。
ですので、３ポートパイロット弁から
スプールの動作室にエアが供給されます。
そして上図のようにスプールが移動して
弁が３ポート弁自体が供給に切り替わります。
パイロット動作：非通電時
では次は非通電時です。
３ポートパイロット弁が排気に
切り替わります。
すると、スプールの動作室から
エアが抜けてメインのエア排気ポートから
操作エアがぬけていきます。
すると、上図のように
弁がスプリングにより切り替わり
メインより接続機器からの排気がなされます。
パイロットスプール式の特性と
メリット/デメリット
パイロットスプール式は、スプールの移動を
強大なエアの力で行います。
3ポート弁パイロット電磁弁自体は
エアの出入りのみなんですね。
ということは・・・
- 電磁弁が小さくなる
- 消費電力が小さい
という特性となり
メリット／デメリットをまとめると
以下のようになります。
| メリット |
|
|---|---|
| デメリット |
|
なので、冒頭で述べた通り
- 大口径の高圧エアブロー
上記が前提で、かつ
- 短期～長期通電のエアブロー
内部パイロット3ポート弁を
エアブローに使用する場合は以下の記事を
御参照願います。
またエアシリンダーは必然的に
高圧、大口径になりがちなので、
- エアシリンダーの動作制御
にも適しています。
④外部パイロットスプール式
外部パイロットとは、スプールの操作エアを
内部の使用流体エアを使用するのではなく、別ラインのエアを使用します。
大口径で長期通電になるが
低圧や真空を扱いたい場合内部パイロットでは
対応できません。
なぜなら真空や低圧では
スプールを動かせないからです。
ですので
- 大口径
- 長期通電
- 低圧/真空
を扱いたい場合は
外部パイロットを使用します
以下、内部の回路図を見てもらえば一目瞭然です。
この場合、外部パイロットのポートに
高圧のエアラインから分岐した配管をつなぐ必要があります。
ですので、外部パイロットの場合
外部パイロットポートが存在します。
⑤まとめ
- 電磁弁には直動式とパイロット式がある
- 直動式は２ポート弁に多い
- パイロット式は３、５ポート弁に多い
- 直動式はプランジャーをソレノイドで直接操作
- パイロット式はスプールを内部の流体を利用して操作
- 直動式は小口径、短時間通電であれば
真空～エアブローまで様々なエアを扱えるが
電磁弁自体が大きく消費電力も大きい - パイロットは内部のエアを利用するので
電磁弁が小さく作成でき、消費電力も小さい - 内部パイロット式は大口径かつ、場合によっては
長期通電も可能だが スプールを内部の流体で
操作する都合上 ある程度の高圧が必要で
真空や低圧を扱えない - パイロット式で低圧や真空を扱いたい場合は
外部パイロットを使用する
本記事は以上です。
最後までお読みいただきありがとうございます。
