ガスハンドリング用ピエゾバルブを簡単に統合

比例ソレノイドバルブに代わり、最大 95%のエネルギーを節約

非常に省エネでノイズがなく、発熱もないピエゾテクノロジーは医療技術やラボオートメーションにおける効率的で正確なガス処理に多くの利点を提供します。比例ソレノイド バルブと比較したときのピエゾバルブの最大の違いはそのエネルギー消費量が最大で 95% も低いということです。しかし、これまでのところ、ピエゾテクノロジーには最大 310Vの電圧が必要であり、常に専用の電子機器が必要であるため、バルブの交換は容易ではありませんでした。現在ではこれには簡単な解決策があります。これについてはこの記事でご紹介します。

ピエゾバルブに最大 310Vの電圧が必要な理由

ピエゾテクノロジーの原理はソレノイドバルブと比較することはできません。コアとなる要素はピエゾセラミックです。帯電すると分極が起こり、これが曲げにつながります。これは印加電圧に比例するため、流量または圧力の比例制御が可能です。電圧が高いほど、流量は大きくなります。ここでの電力消費曲線はコイルに常に通電する必要がある比例ソレノイドバルブとはまったく異なります。これはバルブシートからアーマチュアを持ち上げる磁場を生成する唯一の方法です。これとは対照的にピエゾバルブは定電流源を必要としません。これはコンデンサのように動作します。セラミックを一度充電するには初期電流で十分であるため、消費電力は実質的にはゼロだといえます。

流量と圧力の制御方法

ピエゾバルブの構造は非常にシンプルです。ピエゾバルブはノズルも射出成形されたポートを持つハウジングで構成されています。ガスはこれらを通って出入りします。ピエゾセラミック製のベンダーが1~2個あり、それぞれのベンダーの上にはスプリングが配置され、これが元位置へのリターン(リセット)を行っています。

2ポートバルブでは流量を簡単に制御できます。これにはベンダーと2つのポートが備わっています。電圧の印加量によって、バルブの開き具合も異なります。

3ポート3ポジションバルブにはポートが 3つ、ベンダーが 2つ備わっています。このコンパクトなソリューションでは完全な圧力調整が可能です。1つのベンダーは給気または圧力増幅、2つめのベンダーは排気または圧力減少を担当します。3つめの状態は閉状態です。これによって圧力が維持されます。そのような 3ポート3ポジションバルブを使えば、たとえば圧力を非常に簡単に制御できます。ソレノイドバルブにはそのような 3ポート3ポジション機能はありません。

ピエゾバルブを簡単に統合する方法

すでに述べたようにピエゾバルブは12V では動作せず、特別な電子機器が必要です。この制御を大幅に簡素化するためにFestoはピエゾの仕様を正確に含む新しい VAVE-P ソリューションを持つピエゾドライバ電子機器を開発しました。

VAVE-Pは通常12~ 24V で動作し、ピエゾ電圧を生成します。シンプルな開ループ制御電子機器, 310Vの電圧発生, および電流制限機能付の2チャンネル式ピエゾドライバ段とピエゾバルブの具体的な制御に必要なものはここにすべて含まれています。

2チャンネル式電子回路によって、流量制御用の2つのバルブ, または給気と排気を個別に制御する圧力制御用の3ポート3ポジションバルブを制御できます。

インタフェースは常に同じで、2つのアナログ入力と12~24ボルトの柔軟なパワーサプライを備えています。比例ソレノイドバルブの交換は簡単ではありません。

流量と圧力の調整方法

さらに流量または圧力を完全に調整するためのすべての要素がすでに含まれているソリューションもあります。Festoのコンパクトなフローコントローラ VEMDはピエゾバルブ, フローセンサ, および調整用電子機器を組み合わせたものです。これは入力電圧と出力フローの間の完全な線形関係が実現されることを意味します。

圧力制御に対応するホルダ部品は2つのピエゾバルブを持つ比例圧力制御バルブ VEAB です。これら 2つのピエゾバルブのうち、1つは給気用ピエゾベンダーをもう1つは排気用ピエゾベンダーを装備しています。これに加えて、電子機器と圧力センサがあります。これにより最小の設置スペースで完全な閉ループの圧力制御を行うことが可能となります。

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