電磁弁の仕組みについて徹底解説！
電磁弁の仕組みや構造・使い方について下記の流れで紹介していきます。電磁弁の仕組みでは主な2つの構造の紹介、電磁弁の種類では流れを変える方向の数に応じた3種類の紹介、電磁弁の使用用途ではDIYにおいての使い方の紹介、そして最後におすすめの商品の紹介という流れで説明します。
電磁弁の仕組み
①ソレノイド部
電磁弁の仕組みですが、ソレノイド部と弁部(バルブ)に分かれています。ソレノイド部は流体の流れを制御するための装置であり、内部に埋め込まれた電磁コイルで弁を動作させて流れる方向を制御する仕組みです。電磁弁においては心臓部ともいえる重要な部分になります。
使用目的によって様々な種類のソレノイドが存在しますので、ソレノイドを探す前にどんな種類があるのかを把握しておく必要があります。
OA機器、FA機器、金融端末や電子錠等私達の想像以上に身近なものに使われています。当然用途が違えばサイズや形等も違いますので、使用目的に相応しいものを決め、形状等の機械的要素から品種を選んでいきます。
②弁部(バルブ)
次は弁部(バルブ)の部分ですが、役割としては流体を止めたり流したりする構造をしており、ソレノイドからの電流の力を受けて電動で開閉口を開けたり閉めたりする原理になります。弁部(バルブ)の開閉口を動かす原理は数多くの種類がありますが、主にポペット式、スプール式、スライド式の3つに分類されます。
電磁弁の種類
電磁弁には、流体を制御できる方向の数によって主に3種類の電磁弁が存在します。原理としてはソレノイドで流体の流れの方向を決め、弁(バルブ)によって実際に開け閉めして流体の量を調節・コントロールする仕組みはどの種類も基本的に同じになります。果たしてどんな種類があるのか、見ていきましょう。
①2方向電磁弁
入口側と出口側の2つの配管接続口を持っている基本的な電磁弁です。2つの方向しか制御ができないため、動作としては常にONにするか常にOFFにし、流すか止めるかの動作しかありません。電磁弁の基本的な構造の1つになり、あらゆる使用用途が存在します。
②3方向電磁弁
2方向から3方向へ増えたことで一気に動作が増えています。
次は3方向電磁弁です。こちらは供給ポート、シリンダーポート、排気ポートという3つの配管接続口がついているものです。そして、オリフィスという片方が開けばもう片方が閉じる電動開閉システムが2つ備わっています。これにより2方向電磁弁よりも制御できる流れの方向が増えています。
③4方向電磁弁
配管接続口が5つありますが、実は制御できる方向の数は4つまでです。
そして4方向電磁弁ですが、これには供給ポート、シリンダーポートが2つ、排気ポートが2つという5つの配管接続口がついています。ですが、排気ポートの1つは常に閉じていますので実質4方向への制御という構造です。一般的には複数のシリンダーのアクチュエーター制御という使い方です。
こちらの動画は、電磁弁が内部でどのように動作しているのかを説明したものです。例にしているのは4方向電磁弁ですが、2方向も3方向も内部の動作は基本的に同じです。では次の項目で、日常生活において電磁弁がどんな使われ方をしているのか、見ていきましょう。
電磁弁の使用用途
ここまで電磁弁の仕組みや原理、種類について説明してきましたが、日常生活ではどういったところで使われているか、紹介していきます。ここで紹介するのはあくまで一例にすぎません。私達の想像以上にあちこちで使われているのですよ。
自動散水装置に使う
時間が経過すると自動的に放水されたり停止したりする家庭菜園用商品です。
1つ目は家庭菜園の自動散水装置です。例えば時間を設定して、その時間が経過したら自動的にソレノイドや弁(バルブ)が電動的に動作して開閉、それにより放水したり止めたりする商品です。自分で水をかける手間がこれで省けるので便利な商品です。
こちらが自動散水装置が作動している様子の動画です。自動で止まる様子はありませんが、実はこの装置、仕組みや構造さえ分かってしまえば自作することも可能です。もしガーデニングが趣味、あるいはこれから始める人は考えてみてはいかがでしょうか。
お風呂の自動給湯装置として利用する
2方向なので、お湯を流したり止めたりする機能ですね。
2つ目はお風呂の自動給湯装置としての使い方です。この写真のものは簡単な電磁弁のものになっていますが、例えば最近の商品ではタイマー式で時間が経てば自動的に給湯が始まるものも存在します。時間さえ設定しておけば、帰ってきた時には温かいお風呂が出来上がっているという訳です。
こちらが自動給湯装置の動画になります。この製品の内部に電磁弁が組み込まれていて、時間に合わせて作動する仕組みです。自作するというのは難しいかもしれませんが、電磁弁というのは実に利用用途が高いという事です。私達の知らないところで、電磁弁は日常生活の役に立っている訳です。
二酸化炭素添加装置に利用する
3つ目は二酸化炭素添加装置です。この装置の利用用途としては、水槽内の水草を育成するためのものになります。この使用用途はどちらかと言いますと趣味の世界になりますが、この二酸化炭素添加装置に関しても、二酸化炭素の流れを制御するために電磁弁は使われます。もちろん自作での製作も可能です。
おすすめの電磁弁の商品紹介3選
ここからは市販の中でおすすめの電磁弁を紹介していきます。ネットでも購入することができますので、比較的入手しやすいです。どんな目的で利用ができるのか、どんな特徴があるのかも含めて説明していきますので、是非参考にしてみて下さい。全部で3種類の商品になります。
おすすめの電磁弁①
出典: https://www.amazon.co.jp/%E7%99%BA%E7%86%B1%E3%81%AE%E5%B0%91%E3%81%AA%E3%81%84-%E5%B0%8F%E5%9E%8BCO2%E7%94%A8%E9%9B%BB%E7%A3%81%E5%BC%81-2CG0219/dp/B00U5MJV3U使用中の発熱を抑えやすい電磁弁です。特に二酸化炭素添加装置として利用する際に最適です。
おすすめ商品の1つ目は小型CO2型電磁弁です。発熱を抑えやすい商品で小型かつコストパフォーマンスが高い一品です。この電磁弁とは別売りになりますが、タイマーを併用して使う事で、自動的に二酸化炭素を供給する装置が完成します。もし水草の育成を検討している方にはおすすめの商品です。そして下記が商品レビューになります。
デジタルタイマーを使用して、水槽照明と同期させて使用しています。チューブの接続部分がプッシュワン接手と呼ばれるタイプの接手なので、チューブの差し込み時に2段階で接手内部に入り込むので、それなりにチューブの入り代が必要です。
おすすめの電磁弁②
こちらはコンパクトサイズかつ耐久性に優れた商品で、上記商品と比較すると利用用途の多さが魅力的です。
2つ目は小型電動式電磁弁です。開閉のスピードが速く、コンパクトなサイズなので消費電力も抑えめ、それでいて故障も少なくて耐久性にも優れているという商品です。自動散水装置やろ過装置の水制御、給湯パイプ等多種多様に利用できます。こちらの商品レビューは下記になります。
ウオーターハンマー防止のため購入しました。 電磁弁と比較して価格は高いが、小型なので設置スペースはほとんど変わらず レデュースボアながらも流量もさほど絞られず、満足しています。
おすすめの電磁弁③
家庭菜園への利用に使える、2方向電磁弁になります。タイマーと組み合わせて使えば自動散水装置が作成できます。
3つ目は直動式2ポート電磁弁になります。2方向電磁弁になりますので、その簡易的な構造を利用して家庭菜園で利用しているユーザーが多いです。安価なので気軽に購入できるところも魅力の1つです。下記に商品レビューを記載いたします。
構造的に単純なので いろいろな使用方法ができ便利です
まとめ
いかがでしたでしょうか？今回は電磁弁について説明しましたが、これだけでなく産業用品や自動車、医療機器等あらゆる現場において活躍しているのが電磁弁です。DIYにおいても水回り関係で大活躍できるものなので、皆さんも是非使ってみてはいかがでしょうか。
このように電磁弁は自作で製作することもできますので、DIYでは持ってこいです。特にタイマーとの組み合わせは相性抜群で、水回り品の色々なものに利用価値があることは上記の説明でお分かり頂けたかと思います。この記事で少しでも電磁弁に興味を持っていただければ幸いです。
2つの口しか備わっていません。実にシンプルな構造をしています。