イントロダクション
プッシュプルソレノイドは、電気エネルギーを高速かつ制御された直線的な機械的動きに変換する必要がある場合に、産業機器で広く使用されています。ロック機構、解放装置、スイッチ、ゲート、ディスペンサー、安全機構、自動化機器など、その他多くの電気機械装置として機能します。
プッシュプルソレノイドは比較的単純な装置と思われがちだが、その適切な選定は重要な工学的課題である。
ソレノイドの性能は、力、ストローク、電圧、デューティサイクル、温度、動作周波数、利用可能なスペース、寿命、動作環境条件などの要因に依存します。
そのため、産業機器のOEMメーカーや設計者にとって、プッシュプルソレノイドのサプライヤーを選ぶ際には、価格だけでなく、より多くの要素を考慮する必要があるのです。
供給業者は用途を理解し、必要なソレノイドの選定、あるいは開発に関する推奨事項を提供するべきである。
このガイドでは、プッシュプルソレノイドのサプライヤーを選定する際に考慮すべき主要な技術的および商業的な事項の概要を説明します。
1. 動作原理 プッシュプルソレノイド
プッシュプルソレノイドは、直線運動を生み出す役割を担う電磁アクチュエータである。
コイルを流れる電流によって磁場が発生する。この磁場が可動プランジャーまたは電機子に作用する。
機械的な構造上、その動作は引く動作と押す動作の両方が可能となる。
これは、比較的単純で高速な直線運動が必要な場合に、プッシュプルソレノイドが産業用途において有用である理由を説明するものです。
この技術は、以下のような用途で広く利用されています。
- 産業の自動化
- 包装機
- 選別装置
自動販売機
- ロックシステム
- 安全機構
- 入退室管理機器
- 繊維機械
- 農業機械
- 試験装置
- 自動ディスペンサー
- 産業用制御システム
しかし、一般的な説明が用途に合致するからといって、単にソレノイドを選ぶべきではありません。
力と運動の真の要求を評価する必要がある。
資格のあるプッシュプルソレノイドのサプライヤーは、推奨事項を提供する前に、アクチュエータの使用目的についてお客様に質問します。
2. 定義 産業用アプリケーション
まず最初にすべきことは、ソレノイドの使用目的を明確にすることです。
例えば、次のようなことが起こるでしょうか？
- 電源を入れる？
- ロックピンを解除しますか？
- バネ仕掛けの機構を解放しますか？
- ゲートを操作する？
- スイッチを作動させますか？
- 機械的なリンク機構を操作する？
- 小型部品の配置？
- 安全機構を作動させますか？
用途によって必要な力とストローク値は異なります。
エンジニアリング部門は、供給業者に対し、機構全体に関する情報をできる限り多く提供すべきである。
少なくとも以下の事項は定義されるべきである。
動作電圧：12VDC、24VDC、またはその他。
ストローク：プランジャーはどれくらい移動しますか？
力：作動点において必要な力はどれくらいですか？
押すか引くか：有効な動作は押すか引くか？
デューティサイクル：ソレノイドが通電される時間はどれくらいですか？
頻度：1分あたり、または1時間あたり、どのくらいの頻度で動作しますか？
寿命要件：総サイクル数？
利用可能なスペース：設置可能な最大スペースはどれくらいですか？
環境：部品はどのような温度、粉塵、振動、湿度にさらされるのでしょうか？
この情報があれば、プッシュプルソレノイドのサプライヤーは標準モデルを推奨するか、カスタムデバイスを設計する必要があることを理解することができます。
3. 必要なストロークにおけるプッシュプルソレノイドの力を測定する
工業用ソレノイドには多くの特性があるが、最も重要なのは力である。
力は、ソレノイドの特性の中でも最も誤解されやすいものの1つでもある。
ソレノイドの力はプランジャーの位置によって決まります。例えば、「20Nソレノイド」という表記は、その装置がストロークのある特定の位置でのみ20Nの力を発生させることを意味します。
あなたの工業プロセスには次のような要件があるとします。
ストローク：10 mm
始動に必要な力：15 N
最終的な力の要件：25 N
ソレノイドがストロークの終端で25Nの力しか発生できない場合、プロセスを開始することはできません。
そのため、エンジニアはプッシュプルソレノイドのサプライヤーから、力とストロークの関係に関するデータを要求すべきなのです。
プッシュプルソレノイドのサプライヤーを比較検討する際は、複数のプランジャー位置における力データの入手可能性について確認してください。
また、機構全体によって発生する力も考慮に入れる必要があります。これには以下が含まれます。
- ばねの剛性
- 摩擦
- 重力
リンク機構の形状
- 閉鎖
- 機械的なクリアランス
- 加速
汚染
- また、生産量の変動や運転条件の変化を補償するために、妥当な設計上の余裕を考慮する必要がある。
4. 正しいストロークを選択します
ストロークが長いほど、必ずしも性能が良いとは限らない。
ストロークが長くなるほど、特定のサイズと出力のソレノイドから高い力を得るための要求は高くなる。
そのため、エンジニアは必要以上に移動距離を設定すべきではない。
アプリケーションで5mmの移動が必要な場合、15mm程度のストロークで設計すると、アクチュエータのサイズ、電力、またはコストが増加する可能性があります。
機構全体を分析し、最小の信頼できるストロークを見つけ出す。
資格のあるプッシュプルソレノイドのサプライヤーは、電磁性能を大幅に向上させる可能性のある機械的リンケージの変更に関する推奨事項も提供できます。
5. システムを電圧、電流、電力に適合させる
産業用DCソレノイドのほとんどは12VDCと24VDCの電圧で入手可能ですが、その他のコイル電圧も設計可能です。
しかし、考慮すべきは電圧だけではない。
また、エンジニアは以下の要素も考慮する必要があります。
- コイル抵抗
- 消費電流
- エネルギー消費
- 電源供給状況
- 耐電圧
配線
- ドライバー電子
- 切り替え方法
- 電気系統は、アクチュエータを確実に作動させるために十分なエネルギーを供給しなければならない。
しかし同時に、コイルの電力過剰は不必要な熱の発生につながる。
プッシュプルソレノイドの供給業者には、機器の電流および電力制限について事前に通知してください。
資格のあるプッシュプルソレノイドのサプライヤーは、コイルの巻線、磁気構造、またはアクチュエータの機械設計を変更することで、限られた電気エネルギーで所望の力を得ることができます。
6. デューティサイクルに注意する
産業用ソレノイドを選定する際には、デューティサイクルが非常に重要です。
30秒ごとに200ミリ秒間通電されるソレノイドは、数分間通電されるソレノイドとは全く異なる熱要件を持つ。
具体的な例を挙げますと、以下の通りです。
オン時間：2秒
オフ時間：8秒
合計サイクル：10秒
使用率：20パーセント
ソレノイドが「断続的に」使用されると供給業者に伝えるだけでは、ON時間とOFF時間を伝えるよりも情報量が少なくなることが多い。
高出力のコイルは、短時間の用途において強力な力を発生させるために利用できる場合がある。
しかし、同じコイルを連続運転すると、過剰な熱が発生する。
プッシュプルソレノイドのサプライヤーと話をする際は、現実的な最悪の動作条件を提示してください。
最大サイクル条件：産業機械は、設計の初期段階でエンジニアが想定するよりも速く動作できる可能性がある。
7. 熱性能とコイル温度の評価
熱はソレノイドの性能と寿命に影響を与える。
コイルを流れる電流は熱を発生させる。コイルの温度上昇はコイルの電気抵抗の増加につながり、電流特性や電磁気特性にさらなる変化をもたらす。
また、過熱は次のような部品でも発生します。
- コイル絶縁
- 接続配線
- プラスチックの部品
- スプリング
- 電子機器に近い
- 潤滑剤
- 製品のライフサイクル
供給業者に、温度上昇がどのように測定されているかを尋ねてください。
良い質問:
- 想定される周囲温度は何度ですか？
コイルの温度上昇はどれくらいですか？
- テストではどのデューティサイクルが使用されましたか？
どのような断熱システムが使用されましたか？
- 推奨される最高使用温度は何度ですか？
- ソレノイドは空気中でテストされましたか、それとも密閉された空間でテストされましたか？
優れたプッシュプルソレノイドのサプライヤーは、電圧や力の仕様を提供するだけでなく、熱的な制限についても説明できるはずです。
8. 産業用途における耐用年数を考慮する
その産業機器は数年間稼働させることができる。
1日に1,000回作動するソレノイドは、1年間で約365,000回作動することになる。
高速な自動化により、さらに多くの作業が可能になる。
そのため、アクチュエータを選定する前に、期待寿命を決定する必要があるのです。
ソレノイドの耐久性は以下に依存します。
ロッド材
- 表面処理
- ガイドデザイン
- 機械的停止
- 春のデザイン。
- 潤滑
- 動作速度
- 横方向の荷重
コイル温度
汚染物質
- 組み立て公差
- プッシュプルソレノイドの販売業者に、寿命試験が実施されたかどうか、また実施された場合はどのような条件下で実施されたかを問い合わせてください。
「100万サイクル」といった表現は、試験中の負荷、ストローク、電圧、デューティサイクル、周波数、および環境条件が分かっている場合にのみ意味を持ちます。
特定の用途における重要な産業機器については、寿命試験が必要となる場合があります。
9. 応答時間とアクチュエータ速度の分析
プッシュプル型ソレノイドは、迅速な直線動作を実現できるため、好ましい場合がある。
ただし、必要な応答時間はアプリケーションによって異なります。
1秒間に数回動作する装置の要件は、1日に数回動作する産業用安全ラッチの要件とは異なる。
応答時間に影響を与える要因：
- プランジャーの重量
- ストローク
- コイルの電力
- ロード
- バネの力
- 機械的摩擦
- ドライブ回路
- 電源電圧
- 応答時間が重要な場合は、許容される最大作動時間を決定してください。
経験豊富なサプライヤーは、無負荷の実験室条件に基づいた速度推定値を提供するだけでなく、機械システムと電気システム全体を分析します。
10. プッシュプルソレノイドの騒音と機械的衝撃の影響を評価する
工業環境は騒音が多いものだが、アクチュエータの騒音の影響も考慮に入れるべきである。
金属部品への繰り返しの衝撃は、機械的ストレスを示し、摩耗の一因となる可能性がある。
さらに、騒音発生に対する要求が高まる研究室、オフィス、医療機器、自動販売機、またはオペレーターが操作する機械などの用途もある。
騒音は、以下の要因によって発生する可能性があります。
- プランジャー衝突
- 機械式エンドストップ
- クリアランスが大きすぎる
- 春のアクション
- つながり
- 取り付け構造
- 振動
- 騒音や衝撃が問題となる場合は、開発プロセス中にプッシュプルソレノイドのサプライヤーに相談してください。
「この問題を解決するための考えられるアプローチとしては、プランジャー速度の制御、機械的ストッパーの変更、クリアランス調整、適切な減衰機構の適用、および駆動パルスの最適化などが挙げられる。」
11. 産業環境分析
ソレノイドは実験室では問題なく動作するが、産業環境では異なる挙動を示す可能性がある。
工業環境では、部品に以下のような負荷がかかる可能性があります。
- 気温、高低
- 石油
- 湿度
- 振動
- 機械的衝撃。
- 腐食性環境
- 金属片
- サプライヤーに対し、実際の運用環境を説明してください。
ソレノイドが機械内部に収容されている場合は、熱管理が重要になります。粉塵の多い環境下では、プランジャーの動きと機械的なクリアランスを分析する必要があります。
経験豊富なプッシュプルソレノイドのサプライヤーは、設計段階における環境分析において支援を提供できます。
環境保護は、ソレノイド、機器の筐体、またはその両方によって実現できる。
12. 標準型 vs. カスタム型プッシュプルソレノイド
場合によっては、標準製品を使うのが最も手っ取り早い方法となる。
利点は
- 迅速なサンプル配送
- 開発コスト削減
- ツールの利用可能性
- 実績のある生産プロセス
- 交換の容易さ
- しかし、産業機器には特定の機械的要件がある。
アプリケーションに特注ソリューションが必要な場合、特注ソレノイドの使用は正当化されます。
- 電圧、
- 力/
- 心筋梗塞
- ピストン
- プッシュロッド
- 春
- 取り付け用ブラケット
- リンクス
- ワイヤーの長さ
- 住まい
- オペレーティング温度。
- ● 運転サイクル
- プッシュプルソレノイドのサプライヤーを評価する際には、カスタマイズに対応できるエンジニアリング能力の有無について問い合わせてください。
カスタマイズのためのカスタマイズは、採用すべきアプローチではありません。
13. プッシュプルソレノイドのサプライヤーの製造能力と品質管理能力を確認してください。
最高の試作品であっても、製造された製品にばらつきがあれば役に立たない。
産業用OEMの購買担当者は、サプライヤーの製造品質分析を実施すべきである。
主な特徴としては、
- コイルの抵抗
- 巻きの一貫性
- 心筋梗塞
- 強制
- サイズ測定
- プランジャーの移動
- バネの特性
- 分離
- 電気機能
- 組立品質
- これらの特性の管理と報告について、供給業者に問い合わせてください。
プッシュプルソレノイドの専門サプライヤーは、設計および材料に関する変更管理プロセスも備えているはずです。
ソレノイドの性能は、コイル線、磁性材料、表面処理、バネ特性、または製造公差の変化によって影響を受ける可能性があります。
生産量が多いほど、製造の一貫性が重要になる。
14. 開発およびプロトタイプエンジニアリングサポート
技術サポートは開発期間を大幅に短縮できる。
新しい産業プロジェクトの最初のサンプルからは、予期せぬ問題が明らかになることがある。
具体的な例を挙げますと、以下の通りです。
- 始動力が弱すぎる可能性がある。
- ストロークが長すぎる。
- コイルの温度が高すぎます。
- プランジャーは強い衝撃で衝突する可能性がある。
- 取り付け位置によっては、横方向の荷重がかかる場合があります。
- ―現在の消費電力は電源の制限を超えています。
- 経験豊富なサプライヤーは、単に別のサンプルを提供するだけでなく、根本原因の分析にも協力してくれるでしょう。
理想的な開発プロセスは以下のとおりです。
要件 → エンジニアリング分析 → 選定 → プロトタイプ → テスト → 最適化 → 検証 → 試作 → 量産。
プッシュプルソレノイドのサプライヤーから迅速な技術サポートを受けられることは、豊富なカタログを持っていることよりも価値がある場合がある。
15．単価だけでなく、総コストを比較する
単価は、産業界の購買部門が常に比較する指標である。
しかし、単価は総コストの一部に過ぎません。
低コストのアクチュエータは、以下のような場合、非常に高価になる可能性があります。
- 生産のダウンタイム
- 組み立ての問題
- エンジニアリングの再設計
- 過剰な検査
- 初期の失敗
- 保証請求
- フィールドサービス
- 顧客のクレーム
- 交換費用
- ソレノイドが機械の奥深くに設置されていて、交換費用が高額な場合は、信頼性が特に重要となる。
プッシュプルソレノイドのサプライヤーの技術力、製品の一貫性、納期遵守状況、品質管理、エンジニアリングサポート、および価格を分析する。
最良の購入決定とは、製品全体のリスクとライフサイクルコストを削減できる決定である。
16. 詳細な見積依頼書を提出する
詳細な見積依頼書（RFQ）があれば、供給業者は適切な提案と見積もりを提供できます。
以下の内容のみを投稿しないでください：
「24Vのプッシュプルソレノイドの見積もりをお願いします。」
以下をせよ：
用途：産業用自動化システム
機能：ロックレバーを引いて放します。
電圧：24 VDC
ストローク：8 mm
開始力：8 mmで18 N
最終力：30 N オン時間：1秒 オフ時間：4秒
動作周波数：12サイクル/分
周囲温度：-10〜60°C
（1,000,000サイクル）平均寿命
使用可能なスペース：45 x 30 x 25 mm
取り付け：2穴フランジ
年間販売量：80,000台
可能な場合は、機械図面、CADファイル、写真、ビデオ、または荷重情報を含めてください。
提供された情報により、プッシュプルソレノイドのベンダーは、一般的な説明に基づいて推測するのではなく、特定の用途を分析することができる。
17．最終サプライヤー選定チェックリスト
工業生産における購入決定を行う前に確認すべき事項は以下のとおりです。
- ソレノイドは必要なストロークで十分な引き込み力を発揮しますか？
- 電圧は産業用制御システムと一致していますか？
- 現在の消費量は許容範囲内ですか？
- デューティサイクルは明確に定義されていますか？
- 気温上昇は評価されましたか？
- その設計は、要求される耐用年数に適合していますか？
- 機械の応答時間は許容範囲内ですか？
- 動作環境はソレノイドの性能範囲内ですか？
- 機械的および電気的なパラメータはカスタマイズ可能ですか？
- サプライヤーは試作品や設計変更に対応できますか？
- 製品の耐用期間全体を通して、総コストは許容範囲内でしょうか？
結論
産業機器に適したプッシュプルソレノイドを選ぶには、電圧、サイズ、価格の比較だけでは不十分です。
力は実際の動作ストロークで測定する必要があります。デューティサイクルと温度は独立していません。コイルは使用可能な電力に合わせて調整する必要があります。機械設計は想定される動作寿命に適合している必要があります。アクチュエータ全体は実際の産業環境で動作する必要があります。
適切なプッシュプルソレノイドのサプライヤーは、部品メーカーであると同時に、エンジニアリングパートナーでもあるべきです。
OEMプロジェクトの初期段階からサプライヤーと協力して作業を進めます。力、ストローク、電圧、デューティサイクル、温度、寿命、環境要件、設置要件を定義します。選定したソレノイドを実機で検証します。
適切なプッシュプルソレノイドのサプライヤーは、技術データを提供し、プロトタイプのテストをサポートし、アプリケーションにおける潜在的な問題を特定し、適切なカスタマイズを提供し、量産における製品の製造品質を保証します。
エンジニアリング能力と製造信頼性を分析することで、産業界の購買担当者は開発リスクを低減し、機器の性能を向上させ、信頼性の高い長期的な供給ソリューションを実現できる。
19. プッシュプルソレノイドサプライヤーに関するよくある質問
1. プッシュプルソレノイドはどのような働きをしますか？
プッシュプルソレノイドは、電気エネルギーを機械的な直線運動に変換する電磁アクチュエータです。構造や取り付け方法によっては、その運動を利用して機械要素を押したり引いたりすることができます。
2. プッシュプルソレノイドのサプライヤーはどのように選べばよいですか？
適切なエンジニアリング能力、力とストロークのデータ、コイル設計、熱性能、動作寿命、製造品質、カスタマイズ能力、プロトタイプサポート、および生産能力を備えたプッシュプルソレノイドのサプライヤーを選定してください。
3. 仕入先にどのような情報を提供する必要がありますか？
電圧、使用可能電流、必要ストローク、ストローク位置での力、ON/OFF時間、デューティサイクル、動作周波数、使用可能な寸法、温度範囲、期待寿命、環境条件、取り付け要件、および年間数量。
4. ソレノイドに必要な力はどのように計算すればよいですか？
まず、機械的負荷を推定します。次に、ばね抵抗、摩擦、重力、リンク形状、加速度、その他の抵抗力を加算します。さらに、エンジニアリングマージンを加算します。そして、ストローク時に必要な力を計算します。
5. プッシュプルソレノイドの力がストロークによって変化するのはなぜですか？
ソレノイドの力は、磁気回路と磁気部品間のエアギャップによって決まります。プランジャーの位置が変化すると、磁気回路が変化し、それに伴って力も変化します。
6. プッシュプルソレノイドを連続運転することはできますか？
可能性は設計によって異なります。連続運転に適した設計もあれば、断続運転に適した設計もあります。連続運転の場合は、コイルの電力、放熱性、周囲温度、絶縁性、および必要な力などを考慮する必要があります。
7. 12Vまたは24Vの産業用ソレノイドを使用すべきでしょうか？
どちらの電圧も性能面で優れているわけではありません。電圧の選択は、機器の電源アーキテクチャ、利用可能な電流、制御電子機器、配線、必要な力、その他のシステム制約によって決まります。ほとんどの産業用制御システムは24VDCを使用しますが、最終的な電圧はアプリケーションによって決定されます。
8. プッシュプルソレノイドはカスタマイズ可能ですか？
はい。サプライヤーによっては、電圧、コイル抵抗、力、ストローク、プランジャー形状、スプリング、取り付けブラケット、配線、コネクタ、寸法などをカスタマイズできる場合があります。カスタマイズは可能ですが、技術的な要件と生産数量によって異なります。
9. 工業用プッシュプルソレノイドの寿命はどれくらいですか？
寿命は、負荷、ストローク、動作周波数、衝撃、温度、機械的アライメント、表面処理、潤滑、その他のパラメータによって異なります。購入者は、一般的なサイクル寿命の主張ではなく、特定の用途に応じたサイクル寿命試験データを要求する必要があります。
10. ソレノイドの選定において、デューティサイクルが重要なのはなぜですか？
コイルの温度はデューティサイクルに依存します。短パルス用に設計された強力なソレノイドは、長時間通電すると過熱する可能性があります。正確なオン時間とオフ時間を把握することで、サプライヤーは適切なコイル設計を選択できます。
11. 標準ソレノイドかカスタムソレノイドか？どちらを選ぶべきか？
力、ストローク、電圧、サイズ、デューティサイクル、および寿命の要件を満たす場合は、標準製品を選択してください。カスタマイズ：標準製品が機械的、電気的、環境的、または商業的な要件を満たさない場合は、カスタマイズを検討してください。
12. プッシュプルソレノイドメーカーに期待できること
技術サポート、文書化された性能データ、試作能力、製造プロセス、品質管理、カスタマイズ経験、寿命試験能力、変更管理、および将来の生産量をサポートする能力。
