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【初級編】シングルソレノイドとダブルソレノイドの違いとは?動作原理について解説します

2020年3月27日


この記事ではシリンダを制御するのに欠かせないソレノイドバルブで、シングルソレノイドとダブルソレノイドの違いや動作原理について解説します。

ソレノイドバルブとは

 

ソレノイドに電流を流して、電磁力を使って開閉する弁のことです。

 

ソレノイドバルブを直訳すると”電磁弁”になります。確かに周りで「電磁弁」と言っているのもよく聞かれますが、ソレノイドバルブの事ですね。

 

どういったところで使われているの?

実際の使用用途はこんな感じです。

  • 産業装置の空圧シリンダなど
  • 全自動洗濯機の給水弁
  • お風呂の給湯機(自動でお湯をためてくれるもの)
  • 農園にある自動制御タイプの散水スプリンクラー

上記以外にも用途はありますが、ソレノイドバルブって前に紹介したリレーと同じく身近な存在なんです。

 

実はソレノイドバルブにはホントにたくさんの種類があります。

 

その中でも代表的な物は

2方向弁

3方向弁

4方向弁

です。それぞれどのような物か簡単に解説します。

 

2方向弁

例えば全自動洗濯機の給水弁に使用されているソレノイドバルブはこの方式です。

水を「流すか、止めるか」です。

 

エアーの場合も同様に「流すか、止めるか」です。主にエアブローなどの用途で使用されています。

 

エアーや流体が通過するための道が、入口と出口で合計2つあることからそのように呼ばれています。

 

3方向弁

エアーや流体の行先を切り替える場合に使用されます。

A側で流すか、B側に切り替えて流すかです。

 

このように経路切替の用途で使用されることが多いのが3方向弁です。

 

エアーや流体が通過するための道が、入口と出口で合計3つあることからそのように呼ばれています。

 

4方向弁

エアーや流体が通過するための道が、入口と出口で合計5つあり、5方向弁とも呼ばれたりします。

 

実際に仕事をするポートは常に5つ中うちの4つです。

 

ここからは少し構造が複雑になってくるので、次に解説するシングルソレノイドとダブルソレノイドの章で一緒に解説します。

 

シングルソレノイドとダブルソレノイド

ソレノイドバルブでエアーの経路を切り替えたり、エアーを遮断したりすることが出来ますが、それはバルブ内で””のようなものを動かして制御します。

 

ソレノイドバルブは「ソレノイドに電流を流して、電磁力を使って開閉する弁」です。つまりその壁をソレノイドの電磁力で動かして切り替えているわけですね。

 

弁を切り替える方式から、ソレノイドバルブは主にこの2種類に分かれます。

・シングルソレノイド

・ダブルソレノイド

それぞれどのような物かを、4方向弁を使って解説します。

 

シングルソレノイド

1つの出力で弁を切り替える方式のソレノイドバルブです。

 

実際には弁を切り替えるためのソレノイドが1つ搭載されているバルブです。

実際にはこのような形で接続します。シングルソレノイドバルブをシンク出力で接続した場合の例です。ソレノイドが1つなので、出力ユニットへの接続も1点です。

 

それでは、具体的にどのように弁を切り替えて、シリンダを駆動させるかを見て行きましょう。まずはアニメーションからご覧下さい。

 

それぞれ各動作ごとに解説します。

4方向弁を使用して、シリンダに接続させた場合のモデルです。

 

ソレノイドバルブの中身には壁がこのようにあって、この壁を左右に動かすことで弁の切り替え制御をしています。

 

ソレノイドに電流が流れていないときは、スプリングに押されて左側に押されています。

 

この時シリンダ右側のポートから給気し、左側のポートから排気します。この状態でシリンダは""の状態となります。

注意

ソレノイドバルブから電磁弁へどのようにエア配管を接続するかで、シリンダの"出"と"戻"の状態は変わります。今回は例として図に示す場合について説明します。

 

次にソレノイドへ電流を流して弁が切り替わるとどうなるかを見て行きましょう。

 

ソレノイドの電磁力により、ソレノイド左側のプレートが引き寄せられてオレンジ色の壁全体が右側へ移動し、弁が切り替わります。

 

ソレノイドの電磁力による力は右側のスプリングよりも強くなっています。

 

このように弁が切り替わることで、シリンダ右側のポートから排気し、左側のポートから給気します。この状態でシリンダは"出"の状態となります。

 

ここでシングルソレノイドの制御的なメリットとデメリットについてまとめます

メリット

ソレノイドが1点なので、出力も1点しか占有しない

 

デメリット

・ソレノイド通電中に停電などで電源がOFFしたら、ソレノイドの電磁力もOFFしてしまい、弁が切り替わってしまう。

・出力をソフトでラッチ(停電保持)してしまうと、電源ONと同時に動き出してしまう。

特に「出力をソフトでラッチ(停電保持)してしまうと、電源ONと同時に動き出してしまう」は初心者の方は結構やりがちなので注意して設計しましょう。

 

ダブルソレノイド

2つの出力で弁を切り替える方式のソレノイドバルブです。

 

弁を切り替えるためのソレノイドが2つ搭載されているバルブです。

実際にはこのような形で接続します。ダブルソレノイドバルブをシンク出力で接続した場合の例です。ソレノイドが2つなので、出力ユニットへの接続も2点となります。

 

シリンダ駆動の例を見て行きましょう。まずはアニメーションからご覧下さい。

 

それぞれ各動作ごとに解説します。

右側のソレノイドに電流を流すと、図のように弁が切り替わり、シリンダが"戻"の位置へ動作します。

 

 

次に左側のソレノイドに電流を流します。先ほどと反対に弁が切り替わって、シリンダが"出"の位置へ動作します。

 

ここで少し気になることが出てきました。

 

出力を両方ON、両方OFFした時はどうなるのか??これについてまとめました。

・出力を両方ON・・・最悪コイルが焼けます。同時通電と言い、基本的にはタブーとされています。インターロックを取りましょう

・出力を両方OFF・・・ラッチ(出力保持)するので、最後に出力させた方の位置で停止します

 

kazuki
出力している間だけ動いて、途中で止められるクローズドセンター・エキゾーストセンターなどの方式については別の記事で解説したいと思います。

 

結論として、ダブルソレノイドの制御的なメリットとデメリットについてまとめます。

メリット

ラッチ(出力保持)するので、最後に出力させた方の位置をキープして停止してくれる

 

デメリット

・ソレノイドが2点あるので、出力も2点占有してしまう

・出力を両方ONしてしまうと、最悪コイルが焼けます

特に、出力を両方ONさせないためのインターロックを初心者の方は結構忘れてしまいがちなので、忘れないようにしましょう。

 

まとめ

今回の記事を要約するとこんな感じです。

ポイント要約

①ソレノイドバルブの種類には「2方向弁」「3方向弁」「4方向弁」がある

②弁を切り替える方式は「シングルソレノイド」と「ダブルソレノイド」がある

③シングルソレノイドとダブルソレノイドにはそれぞれメリットとデメリットがあるので使い分けが必要

 

kazuki
私の経験から、上下駆動にエアシリンダを使う機構の場合は、ほぼダブルソレノイドが選ばれています!

 

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kazuki

電気設計・PLCソフト設計業務を主にやっています。20歳新卒で搬送装置メーカーに就職。その後転職し半導体製造装置メーカーに勤務。13年間PLC漬けの毎日を送る。

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