電磁弁の選定は、電圧と配管サイズの適合だけにとどまりません。流体との適合性、圧力、温度、流量、電力供給状況、動作周波数、設置環境、そして弁の動作などを考慮する必要があります。
電磁弁の選定は、機器の信頼性、動作速度、エネルギー効率、および寿命を向上させます。価格と仕様のみに基づいて電磁弁を選定すると、漏れ、過熱、動作速度の低下、早期故障、さらには危険につながる可能性があります。
このガイドでは、ソレノイドバルブとは何か、ソレノイドバルブの仕組み、一般的なバルブ用語、そして適切なソレノイドバルブの選び方について説明します。
第1章：ソレノイドバルブとは何か
ソレノイドバルブは、流体や気体の流れを開始、停止、方向転換、または調整するための電気的に作動するバルブです。
動作原理は比較的単純である。コイルに電圧を供給すると電磁力が発生し、それがプランジャー／バルブ要素を動かす。
これは、手動バルブの自動版と考えることができる。ハンドルを手動で回す代わりに、制御システム（通常はPLC）によって電圧が供給される。
典型的な操作手順は次のとおりです。
制御システムはソレノイドコイルに電圧を供給する。
コイルは磁場を発生させます。
磁場は可動式のプランジャーまたは電機子を引き付ける。
プランジャーが新しい位置に移動する。
流路が開かれる、閉じられる、または変更される。
プランジャーは、バネ、圧力差、またはその他の手段によって、動力が失われると元の位置に戻ります。
電磁弁は構造が単純であるにもかかわらず、多くのプロセスの自動化において重要な役割を果たしている。
ソレノイドバルブの産業用途には、以下のようなものがあります。
自動化機器、空気圧
包装機械
製造ライン
ロボット産業
ディスペンシングおよび洗浄装置
水処理システム
HVAC機器
医療機器および分析機器
車両システム
プロセス制御デバイス
流体およびガスシステム
ソレノイドバルブは、多くの場合、電気制御システムと機械式／流体式アクチュエータとの間のインターフェースとして機能する。
1.1 電動バルブとソレノイドバルブの比較
多くの人がこれら2つの機器を混同していますが、用途は異なります。
電磁力は、直接的または間接的に（パイロット機構を介して）ソレノイドバルブの弁要素を動かすために使用されます。これは、素早い切り替えと方向制御が必要な場合に最も効果的です。
電動バルブは、電気モーターと機械式伝動装置によって作動します。動作速度は遅いものの、バルブの位置と流量をより細かく制御できます。
それで問題は次のとおりです。
素早い切り替えが必要ですか、それとも連続的な流量調整が必要ですか？
電磁弁は、空気の流れを素早く切り替えたり、方向を制御したりするのに適している場合が多い。比例制御や位置制御による流量制御が必要な場合は、電動弁の方が適している。
第2章：ソレノイドバルブの用語：動作方法と位置の理解
電磁弁を選ぶ際には、2/2方向、3/2方向、5/2方向、5/3方向といった用語をよく目にするでしょう。
これらの数字は、バルブが持つ位置の数と流体ポート（または流量接続部）の数を示しています。
2.1 「ポジション」とは何か？
最初の数字は、バルブの位置数を表します。
たとえば、
2/2ポジションバルブ：スプールの2つのポジション
3ポジションバルブ：スプールの3つの位置
2ポジションバルブは、単純な電気スイッチに例えることができ、2つの動作状態を持つ。
3ポジションバルブは、中央位置を含む3つの位置を備えています。中央位置の機能は、設計によって異なります。
一般的な中央ポジションは
閉回路
ハブ排気
圧力中心
これらの位置は、バルブが中央位置にあるときにアクチュエータに何が起こるかを定義します。
2.2 「道」とは何か？
2番目の数字は、バルブが持つ流体ポートまたは流量接続部の数を示しています。
例えば。
2方向バルブ – 2ポート
3つのポート：3方向バルブ
5つのポート：5方向バルブ
これら2つの数値は、バルブの基本的な特性を示しています。
2/2方向ソレノイドバルブ
2/2方向バルブには以下の特徴があります。
2つの仕事
2つの港
これは通常、流体やガスのオンオフを簡単に切り替えるために使用されます。
デザインによっては、以下のようになる可能性があります。
ノーマルクローズ（NC）
ノーマルオープン（NO）
通常、閉じた状態のバルブは通電すると開き、通電しないと閉じる。
逆の解釈は、通常開いているバルブに適用されます。
3/2ウェイソレノイドバルブ
3/2方向バルブには以下の特徴があります。
3ポート
2つのポジション
これは、単動式空気圧シリンダの制御によく使用されます。
ポートは以下のとおりです。
P = 供給圧力
A = 俳優
R = 排気口
一方の位置はPとAを結び、もう一方の位置はAとRを結びます。
5/2ウェイソレノイドバルブ
5/2方向バルブには以下の特徴があります。
5つの港。
2つのポジション
これは、複動式空気圧シリンダの制御によく使用されます。
ポートは以下のとおりです。
P = 供給圧力
俳優のポート：AとB。
RとSは排気口を表す。
一方のポジションではAに圧力を供給しつつBを排気し、もう一方のポジションではその方向を切り替える。
ソレノイドバルブ – 5/3方向
5/3方向バルブには以下の特徴があります。
5つの港
3つのポジション
中央の位置は用途に応じて変更できます。
-センター閉鎖
ハブ排気
圧力中心
このタイプのバルブは、空気圧アクチュエータが待機状態において特定の条件を必要とする場合に役立ちます。
2.3 空気圧バルブのシンボルの解釈方法
原則：
ボックスの数＝位置の数。ポートの数はバルブのシンボルで示されます。
矢印は流れの経路を示し、ブロック記号は通路が塞がれていることを示します。
スプリングリターン式バルブでは、スプリング付近の記号は、バルブに通電していないときのバルブの位置を示します。
これらの記号を覚えれば、購入前にバルブの構成を相互参照するのがずっと簡単になります。
第3章：ソレノイドバルブ 動作原理と主な種類
ソレノイドバルブは様々な方法で分類できます。最も重要な分類の2つは次のとおりです。
直接作動式 vs. パイロット操作式
シングルソレノイド対ダブルソレノイド
この分類は選考過程において考慮されなければならない。
3.1 ソレノイド直動弁
直動式ソレノイドバルブでは、バルブ要素は電磁力によって直接駆動される。
通電されると、磁場がプランジャーまたはアーマチュアを引き寄せ、流路を開閉する。
メリット：
シンプルな構造
早い反応
信頼できる操作
最小圧力差なしで動作する
低流量用途に最適
制約：
流体圧力とバネ力は、電磁力によって直接克服されなければならない。そのため、バルブやオリフィスが大きいほど、より強力な電磁力が必要となる。
通常は直動弁に使用されます
低流量
低圧システム
小型機
特定のスイッチングアプリケーション
差圧のないアプリケーション
3.2 パイロット作動式ソレノイドバルブ
パイロット作動弁は、作動媒体の圧力を利用して弁の作動を補助する。
ソレノイドは電磁力によって大きな主弁要素を直接動かすのではなく、小さなパイロット通路を作動させ、その圧力差によって主ダイヤフラムまたはピストンを動かす。
この原理により、比較的小型のソレノイドコイルで大きな流路を制御することが可能となる。
メリット：
電磁力に対する要求の低減
より大きな開口部の場合
より高い流量容量
多くの設計で消費電力の削減を実現
高圧運転に適しています
制限事項：
パイロット式バルブは、正常に作動するために通常、最低限の差圧を必要とする。
そのため、メーカーが提示する圧力範囲を必ず確認する必要があります。
システム圧力が低すぎると、バルブの開閉が適切に行われない可能性があります。
重要な選択上の注意
パイロット作動式バルブが直動式バルブより優れているとは思わないでください。
低圧用途や差圧ゼロでの運転には、直動式バルブの方が適している場合があります。
第4章：シングルソレノイドバルブとダブルソレノイドバルブの比較
もう一つの違いは、ソレノイドの数と、電源が切れた状態でのソレノイドバルブの動作方法にある。
4.1 シングルソレノイドバルブ
ソレノイドバルブは通常、以下のように動作します。
作動→バルブがシフトする
電源が切れるとバルブは元の位置に戻ります
リターンスプリングは通常、リターン機構として使用されます。
これはバルブの重要な安全面をもたらします。電気信号が遮断された場合、バルブは自動的に所定の位置に移動します。
シングルソレノイドバルブを使用するタイミング
自動的に元の位置に戻ることができるはずです
ここで重要なのは、フェイルセーフ動作である。
アクチュエータは電源が切れると復帰するはずです。
制御システムは単純なON/OFF信号を使用する。
4.2 ダブルソレノイドバルブ（DSV）
ダブルソレノイドバルブの場合、2つのソレノイドがバルブの2つの位置を制御します。
空気圧回路では、一方のソレノイドを作動させるとバルブが一方の位置に移動し、もう一方のソレノイドを作動させるとバルブが別の位置に移動します。
DSVバルブの中には、電気信号が除去された後も最後の動作位置に留まるように、双安定バルブとして設計されているものがある。
これは、コイルに常時電力を供給せずにバルブの状態を維持する必要がある場合に役立つ可能性がある。
安全上の留意事項（重要事項）
二重ソレノイドバルブは、電源が失われた後、必ずアクチュエータの位置を機械的にロックするとは限りません。
実際の動作は、バルブの設計、空気圧回路、アクチュエータ、空気漏れ、および負荷によって異なります。
停電後も機械が安全に負荷を維持する必要がある場合、安全機能全体は、バルブスプールの位置だけに頼るのではなく、適切な機械的および／または空気圧的な手段を用いて設計されるべきである。
第5章：7つのヒント ソレノイドバルブの選定
さて、ここで最も重要な点、つまり特定の用途に適したソレノイドバルブの選び方について説明します。
アプリケーションは体系的に開発してください。特定のパラメータに基づいてバルブを選択しないでください。
適切な選考プロセスは以下のとおりです。
媒体→圧力→温度→流量→機能→電気的要件→環境
5.1 ステップ1. 作動媒体の決定
まず自分自身に問いかけてみてください。
バルブの中を流れているものは何ですか？
媒体としては以下が考えられます。
圧縮空気、水、油
蒸気吸引
ガス冷媒
腐食性物質。
医薬品または食品用液体
媒体によって、適切なバルブ本体、ダイヤフラム、シール、および内部構造が決定されます。
例えば、圧縮空気で動作するように設計されたバルブが、温水、蒸気、または腐食性の化学物質に適していると自動的に判断することはできません。
これらのパラメータを確認してください。
ミディアムタイプ
化学的適合性
気体または液体。
清浄表面
粒子の存在
腐食性
潤滑の必要性
媒体が粒子で汚染されている場合は、弁座や可動部品の汚染を防ぐためにろ過が必要となる場合があります。
5.2 ステップ2. 圧力と差圧を確認する
圧力は選考過程における重要な要素の一つである。
チェックアウト日：
最小使用圧力
最高使用圧力
入口圧力
出口圧力
差圧
最小差圧は、パイロット作動式バルブにとって特に重要である。
例えば、バルブが作動するために最低限の差圧が必要な場合、システム圧力がその圧力値を下回ると、バルブは正しく作動しません。
バルブを選ぶ際は、最大圧力定格だけを基準にしてはいけません。最低圧力定格も同様に重要です。
5.3 ステップ3．電気要件の特定
それでは、バルブの制御モードを定義しましょう。
ソレノイドの標準的な電圧は以下のとおりです。
12V DC、24V DC、24V AC、110V AC、120V AC、220～230V AC
24VDCの電圧は産業オートメーションにおいて非常に一般的であり、PLC制御システムへの統合も容易である。
チェック：
コイルの消費電力
現在の使用状況
デューティサイクル
電気的接続
サージ保護
絶縁クラス
制御出力要件
単純なタイプの直流コイルの場合：
電流 ≈ 電力 / 電圧
例えば、6Wの電力を持つ24VDCコイルは、定格動作時に0.25Aの電流を消費します。
PLCの出力またはリレーは、電気負荷を駆動できるものでなければならない。
5.4 ステップ4. 選択 機能と流量容量
媒体、圧力、および電気的要件がわかったので、次にバルブに求められる機能を定義しましょう。
典型的な機能は次のとおりです。
基本的なオン/オフ制御
単動シリンダー作動
2ポジションシリンダー制御
流れの方向の変化
排気処理
真空制御
中間アクチュエータ位置
次に、適切な構成を選択してください。
2/2ウェイ
3/2ウェイ
5/2ウェイ
5/3ウェイ
流量容量に注意してください！
バルブの性能は、配管のサイズによって制限されるものではありません。
流量容量は一般的に次のようなパラメータで表されます。
1 CV
KV
流量定格
実効面積
システムは必ずしもサイズが大きいほど優れているとは限りません。バルブは適切な流量と圧力に合わせて選定する必要があります。
空気圧システムでは、以下のような状況において流量容量が不足する可能性があります。
シリンダーのゆっくりとした動き
アクチュエータの性能が低い
サイクルタイムの増加
圧力降下
したがって、バルブは配管のサイズだけでなく、必要な流量に合わせて選定する必要がある。
5.5 ステップ5．応答時間と動作頻度を確認する
一部のアプリケーションでは、非常に高速な切り替えが必要となる。
具体的な例を挙げますと、以下の通りです。
包装機械
ピックアンドプレースマシン
ブローオフシステム
選別機
自動販売機（単体）
空気圧制御、高周波
ここでの重要なパラメータは
開封時の応答時間
閉店までの応答時間
最大スイッチング周波数
デューティサイクル
耐用年数（予想）
低周波数で良好な性能を発揮するバルブは、高周波動作には適さない場合がある。
機械が数十万回、あるいは数百万回も作動する場合、実際の使用状況にできるだけ近い条件下でバルブの寿命を点検してください。
5.6 ステップ6. インストール環境を検討する
環境条件はバルブの信頼性に大きな影響を与える可能性がある。
以下を確認してください。
周囲温度
バルブとコイルが、使用温度範囲に適した定格であることを確認してください。
水や湿気への曝露
バルブが水、結露、洗浄にさらされる場合は、適切な筐体とコネクタの保護レベルを選択してください。
ほこり
工業地帯の粉塵の多い環境では、汚染防止のための追加的な対策が必要となる場合がある。
振動
高い振動は、電気接続部や機械部品に影響を与える可能性があります。
腐食環境
沿岸地域や化学工業地帯などの環境では、耐腐食性材料やコーティングが必要となる場合があります。
危険箇所（分類区域）
機器を爆発性雰囲気の場所に設置する場合は、バルブおよび電気部品が適切な危険場所認証を取得している必要があります。
電圧が制御システムと同じだからといって、通常のソレノイドコイルを危険場所で使用しないでください。
5.7 ステップ7．品質、コスト、および特殊機能の評価
価格とブランド名は、技術要件を明確にした後で初めて、主な選定基準となるべきである。
重要な考慮事項：
製品品質
信頼性
生命保険証書
技術サポート
利用状況
スペア。
配達時間
所有コスト
アプリケーションによっては、以下の特殊機能が役立つ場合があります。
手動オーバーライド。
ライト
サージ保護：
DINプラグ
ケーブル接続
低電力コイル
高温コイル
耐食性住宅
防爆コイル
カスタムマウント構成
最も安いバルブが必ずしも最も費用対効果の高い選択肢とは限らない。
バルブの故障は、機械の停止、メンテナンス費用、不良品の発生、緊急交換など、高額な問題につながる可能性があります。
章6： ソレノイドバルブの選定プロジェクト事例
いくつかの典型的なアプリケーションにおける選考プロセスについて考えてみましょう。
例１．生産ラインにおける空気圧式ストッパーシリンダーの応用
空気圧シリンダーを使用して、コンベア上の製品を停止させる。
認定要件：
圧縮空気
作動圧力は約0.5～0.6MPaです。
PLC制御 24VDC
電源を切るとシリンダーは元の位置に戻るはずです。
頻繁な操作
工場の環境 – 工業地帯
推奨されるアプローチ
この場合は、自動復帰機能とスプリングを備えたバルブを使用する必要があります。
単動シリンダーの場合は、3/2方弁を使用することができます。
バルブの流量容量は、シリンダーのサイズと作動速度に見合ったものでなければならない。
通常、適切なシール材と環境からの保護を備えた一般的な工業用バルブで十分です。
例２．状態を維持すべきロボットグリッパー
ロボットグリッパーはワークピースを保持する。制御信号が失われた場合でもグリッパーが規定の状態を維持することは、システムにとって重要である。
選考基準：
バルブの最後に指令された位置を維持する必要がある場合は、ダブルソレノイドバルブを検討してもよい。
しかし、これはグリッパーの機械的なロックを意味するものではありません。
吊り下げ荷重または安全上重要な荷重の場合は、次のような追加措置を講じる必要があります。
メカニカルロック
パイロット式逆流防止装置
ロッドロックアウト
圧力維持ループ
空気圧回路の安全定格
適切な解決策は、負荷、アクチュエータの設計、故障モード、および機械の安全要件によって決まります。
第7章：よくある設置・保守ミスを避ける方法
適切なバルブを選ぶことは、ほんの始まりに過ぎません。バルブの寿命は、設置方法とメンテナンス方法によって大きく左右されます。
7.1 流れの方向を確認する
流れの方向については、必ず製造元の指示に従ってください。
そうしないと、バルブが正常に作動しません。
7.2 配管応力の回避
バルブに過度の機械的負荷をかけるような硬いチューブの使用は避けてください。
配管を正しく設置すれば、振動や接合部の破損を防ぐことができます。
7.3 培地の清潔さを維持する
空気圧システムの場合は、バルブの前に適切なフィルターを使用してください。
汚染は以下のような問題を引き起こす可能性があります。
バルブ詰まり
内部漏洩
応答遅延
シートの損傷
早期タイヤ摩耗
7.4 正しい圧力範囲内での作業
バルブの誤作動を防ぎ、バルブ部品の寿命を縮めるためには、バルブをこの圧力範囲内で操作することが重要です。
7.5 コイル電圧を確認する
24VDCコイルを110VACまたは220VACに接続しないでください。
さらに、定格電圧が同じコイルであっても、特性が同じであるとは限らないことに注意してください。
7.6 水撃現象を考慮に入れる。
液体の場合、急激な流れの停止には注意が必要です。急激な流れの停止は、水撃現象（圧力の急上昇）を引き起こす可能性があります。
必要であれば、以下の解決策を検討してください。
ゆっくりと閉じるバルブ
フロー制御
圧力除去装置
アキュムレータまたはダンパー
正しい配管設計
第8章：ソレノイドバルブの一般的な問題とトラブルシューティング
たとえ慎重に選定されたバルブであっても、設置やメンテナンスの不備によって不具合が生じる可能性がある。
問題1：バルブが作動しない。確認事項：コイルに正しい電圧が印加されているか？
コイルが壊れていますか？
コネクタは正しく接続されていますか？
圧力は許容範囲内ですか？
バルブスプールとプランジャーはきれいですか？
バルブは正しく取り付けられています。
パイロット作動式バルブの場合は、圧力差が正しいことを確認してください。
問題2：バルブは作動するが、水が流れない。
考えられる原因は
ポート接続が正しくありません
フィルターの目詰まり
圧力不足
汚染
バルブの設計が不適切
ダイヤフラムまたはシールが破損している
問題３：バルブが完全に閉じない。
考えられる原因は
バルブシート内の汚れや異物
損傷したシール部品
過度の圧力
不適切なインストール
内部部品の摩耗
清掃または交換が必要です。
問題4：コイルが過熱しています。
運転中にコイルの温度が多少上昇するのは正常です。
しかしながら、過熱は以下のような問題を示している可能性があります。
電源電圧が間違っています。
コイルパラメータが正しくありません
スイッチング周波数が高すぎる。
デューティサイクルが間違っています
機械的な問題により不適切な動作が発生する
不適切な放熱
電気的な問題
実際の動作条件をメーカーの仕様と比較してください。
ソレノイドバルブ選定チェックリスト
ご注文の前に、以下の情報をご提供ください。
媒体：空気、水、油、蒸気、ガス、化学物質など
中温：最小/最大
動作圧力：最小値と最大値
差圧：最小値と最大値
必要流量：Cv、Kv、または同等の値
ポートサイズ：1/8インチ、1/4インチ、3/8インチ、1/2インチなど…
バルブの機能: 2/2、3/2、5/2、5/3 など
通常状態：開いているか閉じているか
アクチュエータ：単動式または複動式
コイル電圧：12V DC、24V DC、110V AC、230V ACなど
消費電力（WまたはVA）
応答時間：それは重要です
スイッチング周波数：サイクル/秒/時
デューティサイクル：連続または断続。
周囲温度
IP保護
耐食性
危険区域の要件
コネクタ、電気
生涯必要
認定
利用可能なスペース
予想される販売量と予算
必要な仕様をすべて把握しておけば、ソレノイドバルブメーカーとのコミュニケーションが容易になります。
第10章：ソレノイドバルブ選定に関する結論
一見すると、メーカーから提供されるパラメータが非常に多いため、ソレノイドバルブの選定はかなり複雑に思えるかもしれません。しかし、論理的な手順に従えば、すべてが簡単になります。
まず媒体、次に圧力と温度を決定します。必要な流量容量とバルブ機能を決定します。次に、コイル電圧、電力、デューティサイクル、応答時間、環境条件、および必要な寿命を確認します。
基本的なルールは
電磁弁を選ぶ際は、電圧とポートサイズだけを基準にしてはいけません。用途における動作条件の全範囲を考慮して選ぶ必要があります。
適切に選定されたソレノイドバルブは、高速応答、信頼性の高いスイッチング、長寿命、そして機械のスムーズな動作を実現します。さらに、不要なダウンタイムや故障を防ぎます。
ほとんどの用途では、市販のバルブで十分です。しかし、用途によっては、特殊な寸法、高温、特殊な圧力、限られた設置スペース、カスタム電気接続、極めて高い耐久性、または特定の流量要件が求められる場合、専門の電磁弁メーカーと直接連携することがより良い解決策となるでしょう。
最適なバルブとは、必ずしも最大、最安、最強のバルブではありません。最適なバルブとは、実際の用途における電気的、機械的、流体的、環境的パラメータと一致するバルブのことです。
