メカトロニクス情報誌

2024 年 2 月 15 日 発行

新電元メカトロニクス株式会社

めかとろ通信第 37 号

Shindengen Mechatronics Co.,Ltd.

＜ トラブル事例集＞
当社の標準ソレノイドは多くの種類があり、多様な負荷の回避可能なものが少なくありません。カタログに記した注意

駆動に用いていただけます。ただ、基本的な注意を払ってい事項の中には理解が難しいものもあるようです。そこで、今ただかないと思ったような動きをしなかったり、場合によっ回はそのような基本的な注意事項にまつわるトラブル事例をては壊れたりします。ときどきお客様からのお叱りをいただ

ご紹介してみたいと思います。

くこともありますが、それらの中には少々注意を頂くことで■1. コイルの発熱□1.1 しばらくすると動かなくなる□1.2. コイルが焼損した● 温度上昇で電流不足● コイルの焼損

ソレノイドは通電すると電力消費量に応じた発熱を生じま● 最大通電時間を超えて通電す。コイルは銅線を巻いて作られており、温度の上昇ととも● 必要以上の電流値に銅の温度係数にしたがって電気抵抗が上昇します。このたソレノイドは通電すると温度が上昇します。型式によって、め、印加電圧が同じならコイルの温度上昇とともにコイル抵通電できる限界の電力が定められており、カタログに記載さ抗の増加で電流が低下、吸引力は減少することになります。

れています。定格表には連続で通電する場合と、代表的な通この減少分を見込んでコイルを選定し、駆動電圧を設定する電率の場合が記載されています。この値以下で使用しないと必要があります。

コイルは焼損することがあります。
通電電圧は、必要な吸引力を得るのに必要なだけ、できるだけ低い値とし、通電時間も可能な限り短くします。カタロ
グに記載された電圧は目安とし、負荷の大きさから判断してください。このとき、最大通電可能電力を上回ることが無いようにします。

Shindengen Mechatronics Co.,Ltd.

新電元メカトロニクス

1
https://smt.shindengen.co.jp

＜ トラブル事例集＞■2. 環境□3.3. 逆接に注意□2.1. 電食が発生● ダイオード内蔵型の場合には極性が生じる● 電食● 通電極性

電食は電位差を有する所に電解液が存在した場合、これを経由して電流が流れたときに生じる現象で、激しい腐食が発生します。電解液が無ければ生じないので、高湿度環境への設置を避けるのがもっとも有効ですが、難しい場合には発生しやすい接続を避けることで防ぐことが可能です。
これはカタログに記載があるので参考にしてください。

当社の標準ソレノイドには一部を除いて通電極性はありません。ただし、ダイオードを内蔵したコイルまたはダイオードとコイルを組み合わせたユニットとして使用している場合には極性が生じ、通電極性は厳密に管理することが必要となります。逆極性で通電した際にはダイオードで電源を短絡することになまたは電源が故障したりします。

● 駆動素子破壊

電源を逆接続しなくても、同じ電● 電流・電流ヒューズ溶断

源に逆極性のノイズを生じるもの● コイル焼損で短絡、過電流
何らかの事情でコイルに過大な電力が加えられた場合、コイルは焼損を起こします。コイルは絶縁皮膜で覆われた銅線を巻き枠 ( ボビン ) に巻き、外周を絶縁テープなどで覆った構造です。過度な電力の印加によりコイル温度が上昇したときに、これらの絶縁物がその温度に耐えられずに破壊に至ることがあります。この場合、巻線間、またはケースなどの構造体と接触することで電気的な短絡を起こすと、過電流が流れることになります。この電流は駆動用の素子を破損することがあります。また、電源に設置された電流ヒューズが溶断します。過大な電力の印加が生じないようにご注意ください。

が接続されている場合には同様の注意が必要となります。モータなコイル電流の通電操作には機械的な接点やリレーなど、またはトランジスタや FET などの半導体スイッチが用いられましてください。

□3.4. 速度があげられない● 動作速度● 発熱対策で駆動電圧制限
高速で動作させようとした場合には出来るだけ大きな電流を流すことが必要となります。ただし、電流を大きくするとコイルの発熱も大きくなり、無理をすると焼損に至ります。

ことで、速度を犠牲にせず温度上昇が抑えられます。この具体的な手法は「めかとろ通信

その電流を遮断しようとした際に06＋5ダイオード

コイル電流4I(L1)321が必須です。一般的にはコイルに簡単で確実な効果があるので良く10電源（極性に注意）こします。このため何らかの対策
並列にダイオードを挿入するのがコイルに加わる電圧20フライホイルダイオード

ソレノイド

Vol33」をご参照ください。

30

電圧 /V

超過すると破損する場合があります。一方、コイルは通電後接点は火花を生じて焼き付きを起逆接続に注意

ど、誘導負荷のある場合には注意す。半導体スイッチは使用可能な電圧に制限があり、これをな電圧となります。リレーなどの―度を確保し、保持期間には電流を抑えて温度上昇を制限する● 駆動素子破壊に超えて、耐圧破壊するのに十分＋保持期間に分け、吸引期間を大きな電流で駆動することで速● 逆起電圧処理

導体スイッチ素子の耐電圧を容易

逆このため速度的には妥協が必要です。通電期間を吸引期間と□3.2. トランジスタが壊れる

大きさは極めて大きなもので、半―損、駆動用のトランジスタ破損、□3.1. ヒューズが溶断逆方向に電圧を発生します。その正＋り、過電流によりダイオードが焼■3. 駆動回路

電流 /A

Shindengen Mechatronics Co.,Ltd.

● 高湿度下での使用の際には注意が必要

半導体スイッチまたは機械接点

00用いられます。

0.20.4

時間 /S

0.6

0.8

吸引後の電力制限

Shindengen Mechatronics Co.,Ltd.

新電元メカトロニクス

12
https://smt.shindengen.co.jp

＜トラブル事例集＞■5. ロータリソレノイド● 復帰速度

Shindengen Mechatronics Co.,Ltd.

● エアギャップスペーサの脱落、消失
エアギャップスペーサ（ギャップワッシャ）は、吸着位置において最小ギャップを設定する働きがあります。エアギャッ
プスペーサを外しギャップをゼロとすると、電流遮断時に内部磁路に残留する磁気によって復帰しにくくなり、場合によっては復帰しないこともあります。ただし、ギャップを大きくすると吸引力は低下するので、吸着時の保持力が必要な場合には慎重に設定する必要があります。また、作動時の騒音を抑制する機能もあり、この場合にはクッション性のある厚めなものを選択すると効果が望めます。
エアギャップスペーサは特別な場合を除いて外さずに使用する必要があります。

□3.6. 復帰が遅い● 逆起電力処理で、復帰遅延
ソレノイドコイルの電流遮断時に生じる逆起電力対策としてコイルに並列にダイオードを挿入する方法が使われます。
ただ、復帰時間に影響を与えることがあります。コイル電流の遮断時に電流の垂下に時間のかかることが原因で、ダイオードにツェナーダイオードや抵抗を直列に挿入したり、バリスタなどに変更することで改善が可能です。この説明は「めかとろ通信

Vol33」をご参照ください。

□5.1. 回転角調整

回転開始位置ソレノイド回転角● 回転途中での規制

負荷回転角● 起動不良標準ロータリソレノイドの回転角はカタログに記載されているように、ストッパいくつかの種類があります。駆動対象負荷の回転ロータリソレノイド角がこれと一致しない場合には回転ストッパで回転角を制限することになります。
このとき、無通電時の動作開始点から必要回転角の範囲を使用するようにします。回転開始側にストッパを配し、回転途中から起動するようにしますと、規定のトルクを発生しないことがあります。直進運動を回転運動に変換するためのベアリングボールが所定の位置からずれを生じ、変換が正常に出来なくなるためです。回転角規制ストッパが必
要なときは回転終了側に設置します。

□5.2. X6 オプション● ねじ長過大で回転角不足

X6

固定ねじ

板厚を超えないように□3.5. 復帰不良

ロータリソレノイドのアーマチュアプレート ( 回転板 ) は
直進運動を回転運動に変換す
る 機 構 を 組 み 込 ん で い ま す。
これは出力シャフトと固定さ■4. 騒音れているので同時に回転しま□4.1. 作動音が大きい● 動作音・復帰音
大型のものや高速で作動するものは対策が難しく、大きな保持力を必要とするものも騒音を生じやすくなります。吸着終了時の磁気ギャップを小さくする必要があるためです。プッシュ・プルソレノイドでは、最小ギャップを確保するために挿入されているエアーギャップスペーサをクッション性のあるものに交換することで効果が望めます。ただギャップの変化に伴い、吸引力特性が変化することと、耐久性に注意が必要となります。ロータリソレノイドの場合には、X8 ダストカ
バーオプションを選ぶことで緩和が可能となります。ソレノ
イドは高速で動作することがメリットのアクチュエータですが、この場合には裏目に出てしまうようです。

す。この回転板に負荷を固定することが可能なように 3 か所にタップを用意してあるのが、X6 オプションです。ここに負荷をねじ止めして駆動することが出来ます。このとき、ビスの長さはこの回転板の厚さを超えて飛び出さないようにする必要があります。飛び出して固定部に接触すると、直進・回転変換がうまくいかずに所定のトルクを発生することができません。回転角も不足することになります。

□5.3. ボールレースに異物● ボールレースに異物侵入で回転不良
直進・回転変換機構は可動部と固定部の双方に用意された傾斜溝にベアリングボールを配置した構造となっています。この溝内に異物が混入した場合には回転に支障を生じます。このため、異物の混入には十分な注意を払ってください。もし、これが無理な場合、この部分を覆うためのダストカバー（X8）オプションを選択してください。シャフトに穴を空けるなど、お客様において追加加工を行いますと異物の混入、また内部機構に損傷の可能性もありますので、加工はご遠慮ください。追加工の必要な場合にはご注
文の際にご相談ください。

Shindengen Mechatronics Co.,Ltd.

新電元メカトロニクス

3
https://smt.shindengen.co.jp

＜トラブル事例集＞□5.4. 軸方向運動に注意

向があり、横向き、背面（アーマチュアが下向き）の場合で注意が必要となります。X9 オプションは回転方向の原点へ● アキシャルストローク（軸方向運動）の復帰力に加えて、軸方向の復元力を持たせています。この● 動きを規制するとトルク不足に当社の標準ロータリソレノイドはヘリカルため、確実に原点に復帰します。このような心配が懸念されロータリソレノイドの軸方向運動型 と 呼 ば れ、直 進 ソ レノイドの吸引力を機械的に回転運動に変換し無励磁時励磁時て 回 転 し ま す。他 の 方■6. プッシュ・プルソレノイド□6.1. 復帰ばねの設置● 復帰ばねがないと戻らない式に比較して容積当た

標準プッシュ・プルソレノイドは通電時のみにプルまたはりの出力が大きいのがプッシュ方向に力を発生し、通電を解除すると、その力が消特 徴 で す が、回 転 に 伴滅します。作動開始位置に復帰させるには外部に戻しばねをう直進運動があります。

設置してください。内部に戻すための機構はなく、逆極性でこの動作量をアキシャ通電しても力の発生方向が逆転することはありません。

ルストロークと呼んでい ま す。こ の 動 作 が 問
題となるような場合には適切に処理することが必要です。この動作を規制すると所定のトルクを発生しません。

□6.2. 作動不良
● プランジャコニカル部の傷で作動不良
プランジャの形状には２種類あり、平坦なフラット型と、円錐形状を持つコニカル型があります。コニカル型のプラン□5.5. 復帰ばねの設置

ジャの端部は薄く仕上げてあり、外した状態では外力により容易に変形することがあります。この状態で固定部と組み合● 逆極性の通電では復帰しない
内蔵ばねオプション（X9) を指定しない場合には、必ず外部に復帰ばねを設置し、未通電時には回転開始位置に復帰するようにしてください。規定のトルクが発生しない、回転角が不足するなどの症状を生じます。このとき、軸方向運動にも配慮し初期位置に戻るようにします。
X9 がないと回転開始時に直進・回転変換機構のボールの位置が定まらないので、規定のトルクが発生しません。

□5.6.

る場合には X9 オプションを選択いただくのが安心です。

軸方向運動

わせたとき、内部のコイルや磁極と接触し、作動不良となることがあります。また、コイルに接触すると耐圧不良の原因にもなります。組付けの際にはご注意ください。

■7. 小型プッシュ・プルソレノイド□7.1. 取付ビスの長さに注意● 固定ビス長さ超過でコイル破損
小型プッシュ・プルソレノイドは取り付けをベース ( 固定X９のない場合磁極 ) に設けられたタップにビス止めして行います。このタップの深さはカタログに記していますが、この深さを超え● 外部戻しばねの問題
X9 オプションを選択せず、外部に戻しばねを設置した場合
で、取り付ける姿勢によっては、まれに作動不良を生じることがあります。特に重心の偏りが大きいほど発生しやすい傾る長いビスを使用すると、内部のコイルに損傷を与えることになります。耐電圧不良、電源の短絡などを生じる原因になります。 取付ビスの長さは慎重に選ぶようにしてください。

プッシュ・プルソレノイド
プランジャ

小型プッシュ・プル

プランジャのエッジ

エアギャップスペーサ

コニカル型のプランジャのエッジは傷つけないように

ステータ

コイル
ベース
コニカル型

フラット型

Shindengen Mechatronics Co.,Ltd.

新電元メカトロニクス

ねじの長さに注意

4＜トラブル事例集＞■8. 自己保持型ソレノイド□8.1. 異物混入に注意● 磁性粉の付着、混入
自己保持型ソレノイドの組付けに当たっては、周囲に磁性の切粉などが無いように十分注意して行ってください。特には直接接触するのを前提としています。このため、作動時の騒音は避けられません。
※自己保持型の詳細は「めかとろ通信」35、36 号をご覧ください。

１コイル型のプランジャが引き抜けるタイプは注意が必要です。プランジャを引き抜いた状態で内部に磁性粉が入り込んだ場合には、内部の磁界のために除去は不可能です。ここは固定磁極と可動磁極の接触面で、吸着時に確実に面接触するのを前提としています。ここに異物によるギャップを生じると、保持力は大きく減少します。

□8.2. コイルの発熱● 発熱・焼損
自己保持型ソレノイドは、吸着電流による吸着動作後に電流を切っても、内蔵の永久磁石でその位置を保持します。このため、通電は吸着動作の終了するまでの極めて短時間で済むことから電流定格を短時間定格に設定しています。この時間を超えて通電しても動作的には全く無駄で、コイルの発熱を生じるだけになります。連続通電に耐えられる仕様には設定されていませんので、長時間の通電は温度上昇による吸引力の低下、またコイル焼損の原因になります。

□8.3. 衝撃のある環境● 衝撃、振動で離脱
自己保持ソレノイドは内蔵した永久磁石による磁力で位置保持します。プランジャとベース ( 固定磁極 ) を接触させることで磁気ギャップをゼロとして所定の保持力を得ています。保持力はギャップが広がることによって急激に低下します。このため、振動または衝撃でギャップが生じると保持力を保てずに復帰してしまいます。大きな振動・衝撃が直接加わる場所には使わない、または十分な確認を行う必要があります。

■9. オープンフレームソレノイド□9.1. 固定ビスの長さ● 固定ビスがコイルに接触● 耐電圧不良、コイル断線
オープンフレームソレノイドは磁性体のフレームにコイルを装着した構造です。使用機器への取り付けはフレームに設けられたタップにビス止めにより固定して使用します。
このとき、ビスの長さがフレームの厚さを超過すると、長さによってはコイルに届いてしまうことがあります。このような場合、耐圧不良、コイル短絡、断線などの障害となります。ビスの長さはフレームの厚さを超えることが無いようにご注意ください。

□9.2. プランジャの追加工● 切粉の侵入● バリでスリーブに傷お客様にてプランジャに穴あけなどの追加工を行った場
合、切粉やバリなどで摺動部のスリーブやプランジャに傷を生じ動作不良、寿命の低下などの原因となることがあり□8.4. 1 コイル型の復帰電流● 復帰電流設定用抵抗器の設置ます。原則としてお客様でのプランジャへの追加工は推奨しておりません。当社にご相談ください。

1 コイル型での復帰動作は所定の電流範囲でないと復帰しません。内蔵の永久磁石の磁力を逆方向の電流でキャンセルして復帰させますが、吸着時と同じ電圧で逆電流を通電する

プランジャと、永久磁石の磁力を超える大きな磁力が発生し、その差分が吸着力となり復帰動作が出来ません。カタログには、直列に抵抗を挿入することで、吸着時と同じ電圧で必要な電流を得る方法を掲載しています。

コイル□8.5. 自己保持型の作動音
自己保持型は内蔵された永久磁石の磁力で位置を保持します。この磁力を有効に使用するために、固定磁極と可動磁極取付ビス（長さ注意）

フレーム

フレームへの取付ビスはフレームの板厚を超過してコイル側に飛び出さないような長さに選ぶ必要があります。

Shindengen Mechatronics Co.,Ltd.

新電元メカトロニクス

5＜ トラブル事例集＞■10. 比例ソレノイド
ディザ例□10.1. ヒステリシスが大きい● 適切なディザの印加
比例ソレノイドは通電電流に比例した推力を発生し、この特性を利用して連続的な位置制御を実現しています。ただし、理想的な条件でのときで、実際には軸受けの摺動抵抗や磁気的なヒステリシスも存在するので、通電電流とプ

0.50.450.40.350.30.250.2

ランジャ位置を完全に比例させるのはなかなか困難です。

0.1530

そのために、軸受けの機械抵抗や磁気的なヒステリシスを0.1

200.0510低減させるために使われるのが、駆動電流へのディザの付加です。駆動電流をリニアに変化させる手法として PWMがよく使われますが、この周波数を数十から数百 Hz と低く設定し（PWM 型）、あえて電流に変動を生じるようにします。また、PWM の制御周波数は振動を生じない高いままとし、電流指示値に交流を重畳することで電流に変化成分を加える方法（重畳型）もあります。こうするとプランジャは微振動を生じ、ディザとして機能します。これを適切に選定して使用することが比例ソレノイドを使いこなすうえで重要になります。その周波数や振幅の最適値は個々のケースでかなり異なりますので、実機での確認が欠かせません。

0-0.02-0.01

0Current

0.01

0.02

0

Voltage

0.5
0.45
0.4
0.350.30.250.20.15

300.1

200.05100-0.02-0.01

その具体的な手法については「めかとろ通信」28 号、29 号

0Current

0.01

0.02

0Voltageをご参照ください。
PWM 型 ( 上段 ) と重畳型 ( 下段 )、電流波形 ( 青色 ) と電圧波形 ( 赤色 )。電圧の波形は大きく異なっている。重畳型は電流波形の振幅、周波数とも設定の自由度が高い。重畳型の PWM 周波数は約 10KHｚ。

■11. 終わりに当社のソレノイドを使用するうえで見過ごされがちな点を実際にあった例をもとにご紹介してみました。これからと考えております。不明点、疑問点は些細なことでも結構ですので遠慮なくお問い合わせください。

当社製ソレノイドの使用を予定、検討していただくお客様の参考となれば幸いです。これからも色々なソレノイドをご利用いただくお客様に有益な情報をご紹介していきたい■この資料の内容は改良の為、お断り無く変更することがありますのでご了承ください

新電元メカトロニクス株式会社
本

http://smt.shindengen.co.jp

2024 年 2 月現在

社 ：〒357-0037

埼 玉 県 飯 能 市 稲 荷 町 11 番 8 号

TEL 042(971)6212 FAX 042(971)6218

西 日 本 支 店 ：〒460-0003

名 古 屋 市 中 区 錦 1-19-24 名 古 屋 第 一 ビ ル

TEL 052(219)9711 FAX 052(201)4780

茜

埼玉県飯能市茜台 2 丁目 1 番 5 号

台工場 ：〒357-0069

新電元メカトロニクスのソレノイドのご用命はShindengen Mechatronics Co.,Ltd.

新電元メカトロニクス

6
http://smt.shindengen.co.jp