電磁弁は、ほとんどの工学機器において重要なコンポーネントです。今回の動画では、電磁弁に隠された素晴らしい工学技術を、最もシンプルなものから順にご紹介します。
【書き起こし】電磁弁｜エンジニアリングの美
(00:00) この油圧ショベルの心臓部には非常に 面白い電磁弁が使われていますこの電磁弁 は ディスクのわずかな摩耗や損傷でも ショベルのジャムを引き起こし 故障につながるほど重要なものなのです センサータップにも使われているほどの ものです その他 電磁弁の主な工業的用途はこちらの図を ご覧ください さて 皆さんに一つ質問があります こちらは業界でよく使われている 電動ベンの一部ですこれらは完全に動作し ていますではなぜ電磁弁が必要なの でしょうか 答えは 電磁弁が信じられないほど高速だからです 通常の電動弁は 動作に1秒かかりますが 電磁弁は0.03秒で同じ役割を果たし ます では 電磁弁を支える素晴らしい高額技術を最も シンプルなものから順に見ていきましょう 最も シンプルな電磁弁の構造を見てみましょう
(01:05) まず 鉄のアーマーチュアをパイプに対して垂直 にします アーマチュアは図のように自由に動きます アーマチュアの周りに 電磁石を置きさらにアーマチュアの上部に バネをつけますバネは圧縮されており 常にアーマチュアをそこに保とうとします 電磁石に通電するとその周囲に強い時間が 発生します アーマチュアは情報に移動しコイルの中心 にぴったりと沿うような力を受けますこれ でバルブが開き 水が流れるようになるわけです コイルに通電していない時は 圧縮されたバネがすぐにバルブを閉じます この設計で 単純な2×2の電磁弁を実現しました ポートが2つあり2種類の動作状態がある ことから ツーバイツーと呼ばれています onと オフです この基本設計の電磁弁は
(02:12) すでに流体の流れを制御する準備ができて います しかしちょっとした問題がここで発生し ます 流体の圧力により オフの状態ではアーマチュアが曲がって しまい 流体が漏れてしまうことがあるのです より実用的なものにするためにいくつかの 設計上の変更を加えてみましょう まずコイルを少しずらしアーマチュアを もっと上にずらして 代わりに竜にしっかりとした熱いバリアを 追加します これでバルブは閉じられ 流体はこの領域を通過することができなく なりますこの設計によりアーマチュアが 水圧で曲がらないようになりますコイルに 通電するとアーマチュアが上に移動し今は バルブが開いているので 隙間から流体が簡単に流れます この設計により 流体の漏れは防げますがもう一つ小さな 欠点がありますそれは
(03:17) オフ状態の時に 流体圧力がアーマチェアを押し上げる可能 性があるというところですつまりこの設計 では 流体圧力が高い場合 バルブのオフ状態で故障してしまうことに なりもちろん望ましいことではありません そこでエンジニアは完璧な解決策を 思いつきました アーマチュアの両側の流体圧力を同じに すれば良いのです それではこの新しい設計が実際にどのよう に実現されたかを見ていきましょう 設計者は2つの穴の空いた 柔軟なゴム製のダイアフラムを使いました このダイアフラムはバルブ本体にネジ止め されています こちらの図はバルブが閉じた状態です ダイアフラムにある小さな赤い穴がここで 大きな役割を果たしていますこの穴の おかげで 流体がアーマチェアの両側まで届いている のがわかるでしょうか
(04:21) つまりバルブが閉じているときアーマ チュアーに作用する 流体圧力は打ち消されるのですこれで 先ほどの問題は完全に解決しました コイルに通電すると アーマチュアは上に移動し 流体は中央の穴から外に出ることになり ます しかしこれはアーマチュアーが上昇した時 のバルブの動作とは異なります ここでアーマチュア領域の流体が逃げ 急激な圧力効果が起こります この圧力低下は中央の穴を経由した流出量 が流入量より多いため発生しますこの圧力 差によって ダイアフラムは図のように曲げられます これで 液体はダイアフラムの底を経由して直接 逃げることができますこれで2×2電磁弁 を素早く効率的に設計することができまし た 次はとてもポピュラーなデザインである5 ×3電磁弁について見ていきましょうこの 油圧ショベルのバケットを考えてみて
(05:27) くださいこのバケットは5×3電磁弁に よって回転しています このアニメーションを見ると 副道シリンダーのピストンが直線的に動く とバケットが回転することがわかります この方向に熱いを流すことでピストンが 伸縮運動をします ピストンの反対側の油は 火や粛清なのでパイプBから排出されます ここで ピストンを後方に動かそうとすると 加圧されたオイルはパイプBから入り 反対側のオイルはパイプAから排出される ことになります オイルを循環させる技術を開発し システムからオイルを無駄にしないように するにはどうしたらいいでしょうか しかも 原動力となるのは 同じ方向に回転するポンプでなければなり ません そこで5×3の電磁弁を使うのが解決策
(06:34) です 油の貯蔵タンクも必要です この電磁弁は5つのポートを持っています これらのポートは 図のような配置で接続されています 接続の理屈やバルブの技術的については 今後の動画で解説します この電磁弁ポンプ所有タンクのユニットは ショベルの車体の中に入っています さあ オペレーターがボタンを押すとバケットが 上がりますではその瞬間にシステムの中で 何が起こっているのか見てみましょう アニメーションをはっきり見るために 電磁システムを 複動シリンダーに近づけてみましょう 5×3バルブのアーマチュアは スプールの両端に配置されています ポンプは作動していますがバルブ内部に 多くのリークプルーフディスクがあるのが わかります このスプールの位置ではディスクが油の 流れを遮断しています オペレーターが左側の電磁コイルに通電
(07:40) するとアーマチュアが力を受け スプールが左に移動します これでオイルの流動が可能になりました 加圧されたオイルはバケットに接続された ピストンに到達しバケットが上昇します 反対側のオイルは 図のように貯蔵タンクへ戻ります コイルへの通電を停止すると スプリングの張力により スプールは中央の位置に戻ります バケットを下ろすには 右側のそれノイドに通電する必要があり ます スプールが右に動き 油の流れを分岐させるのがわかります これでピストンには反対方向の力が加わり バケットは下降します パトレオンまたは YouTubeの登録ボタンで レシックスのチームメンバーになることを お忘れなく今回のありがとうございました
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Narration: Koji Asano
Website: https://www.justglobal.jp/japanese
