道具ケア完全ガイド

産業用ソレノイドバルブの故障診断と対策：コイル、シール、回路の現場トラブルシューティング

はじめに

産業設備において、ソレノイドバルブは流体制御の中核を担う重要な部品です。その迅速かつ正確な動作は、設備の効率と安定性に直結します。しかし、稼働環境や使用年数により、コイルの焼損、シールの劣化、可動部の固着など、様々なトラブルが発生する可能性があります。これらの故障は、設備の停止や生産ラインのダウンタイムに直結するため、現場での迅速かつ正確な診断と適切な対策が求められます。

本記事では、設備メンテナンスの現場で直面することの多いソレノイドバルブの代表的な故障モードを取り上げ、それぞれの原因特定のための診断方法、および具体的な対策について、コイル、シール、電気回路の観点から解説します。

ソレノイドバルブの基本構造と故障モード

ソレノイドバルブは、電磁石（ソレノイドコイル）の力を用いて弁体（プランジャーなど）を駆動し、流路の開閉や切り替えを行う部品です。主要な構成要素は、ソレノイドコイル、プランジャー、弁体、本体、およびシール材などです。

代表的な故障モードとしては、以下の点が挙げられます。

• 作動不良: コイルに通電しても弁が開閉しない、または切り替わらない。
• リーク: バルブの外部からの流体漏れ（外部リーク）、または閉鎖時に本来遮断されるべき流路からの流体漏れ（内部リーク）。
• 異音: 作動時や保持時に異常なノイズが発生する。
• コイルの異常過熱または焼損: コイル抵抗値の変化や外観の変色・損傷。

故障診断のステップと現場でのアプローチ

ソレノイドバルブの故障診断は、限られた時間で原因を特定し、適切な対応を行う必要があります。現場では、以下のステップで進めることが推奨されます。

1. 安全確保と情報収集:

   • 対象設備の電源OFF、残圧抜きなど、安全対策を最優先で行います。
   • 故障発生時の状況（特定の動作を行った時か、常時発生か、異音や異臭の有無など）、バルブの使用履歴、メンテナンス履歴を確認します。
   • 該当バルブの仕様（電圧、流体、圧力、機能など）や配線図、回路図を参照します。

2. 視覚的・聴覚的診断:

   • バルブ本体、配管、配線に物理的な損傷、変色、腐食、結露、油漏れや空気漏れの痕跡がないかを目視で確認します。
   • バルブ作動時に、正常な動作音や、異常なノイズ（ハム音、振動音、リーク音など）がないかを確認します。コイルからの異常な発熱や焦げた臭いがないかも確認します。

3. 電気的診断（主にコイル関連）:

   • コイル抵抗値測定: バルブから電源を遮断し、テスターを用いてソレノイドコイルの抵抗値を測定します。メーカー仕様や同等品の正常値を参考に、測定値が大きく異なっていないか（断線による無限大、短絡による極端な低抵抗など）を確認します。ただし、コイルの抵抗値は温度によって変動するため、測定時の環境温度も考慮する必要があります。
   • 印加電圧の確認: バルブへの供給電圧が仕様通りであるか、テスターで確認します。電圧不足は作動不良の原因となります。過電圧はコイルの焼損を招く可能性があります。
   • 通電確認: テスターの電圧レンジや検電器を用いて、コイルに正常に電圧が印加されているかを確認します。リレーや制御盤側の問題、配線の断線・接触不良も考えられます。

4. 流体的診断（リーク、作動不良関連）:

   • 供給圧力の確認: バルブの一次側圧力が仕様範囲内であるかを確認します。圧力不足は作動不良の原因となります。一部のバルブは最低作動圧力が必要です。
   • リーク箇所の特定: 外部リークの場合は、接続部や本体のシール部を目視またはリーク検知液で確認します。内部リークの場合は、バルブを閉じた状態で二次側配管に圧力が残留しないか、下流機器が誤作動しないかなどで判断します。圧縮空気の場合は、閉鎖状態の二次側から排気ポートへの微小な漏れがないか、耳で聞いたり、石鹸水などで確認することもあります。
   • 手動オーバーライドの試行: バルブに手動オーバーライド機能がある場合、それを使用して機械的に弁体を作動させ、バルブ本体の可動部が固着していないかを確認します。これにより、電気系統の問題かバルブ本体の機械的問題かの切り分けに役立ちます。

5. 機械的診断（必要に応じて分解）:

   • 上記の診断で原因が特定できない場合や、バルブ本体の内部に問題が疑われる場合は、安全を確保した上でバルブを分解して内部状態を確認します。
   • 分解時には、弁体、プランジャー、スプリング、コアチューブなどの摩耗、変形、異物付着、固着がないかを詳細に確認します。
   • シール材（Oリング、パッキンなど）の劣化、損傷、硬化がないかを確認します。

代表的な故障原因と具体的な対策

1. コイルの異常（作動不良、過熱、焼損）

• 原因:

  • 供給電圧の異常（過電圧、低電圧）
  • デューティサイクルの不適合（連続通電用コイルを断続使用したり、その逆を行ったりする）
  • 周囲温度や流体温度の上昇による放熱不良
  • プランジャーの固着によるコイルへの過負荷
  • コイル内部の短絡または断線
  • 湿気や異物の侵入による絶縁劣化

• 対策:

  • コイル抵抗値と印加電圧を確認し、仕様通りであるか確認します。
  • コイルが異常発熱している場合は、一度電源を切り、冷却後に再度通電してみます。再発する場合は、コイル自体の不良やプランジャーの固着が疑われます。
  • コイルが焼損している場合は、コイルユニットの交換が必要です。交換時は、使用電圧、周波数、接続方式（コネクタ形状）だけでなく、環境条件（温度、湿度）、動作特性（連続通電、断続通電）に適合した純正品または互換性のある高品質なコイルを選定することが極めて重要です。安価な互換品は寿命が短い、特性が異なるなどのリスクがあります。
  • コイル交換前に、プランジャーがスムーズに動くか確認します。固着がある場合は、清掃またはバルブ本体の修理・交換が必要です。

2. シール材の劣化・損傷（リーク）

• 原因:

  • 経年劣化（硬化、弾性の低下）
  • 流体との不適合（シール材が流体によって膨潤、収縮、溶解する）
  • 温度や圧力のオーバーシュート
  • 異物のかみ込み
  • 不適切な組付（ねじれ、傷）

• 対策:

  • リーク箇所を特定し、該当するシール材を交換します。
  • 交換用シール材は、バルブメーカーの純正部品を使用することが最も確実です。代替品を使用する場合は、流体、温度、圧力条件に適合する材質（例：NBR, FKM, EPDM, PTFEなど）とサイズを慎重に選定する必要があります。特に特殊な流体や高温・高圧環境では材質選定が重要です。
  • シール交換のためバルブを分解する際は、部品の向きや位置を正確に記録します。組立時は、シール材に専用グリスや指定された流体を薄く塗布することで、組付を容易にし、損傷を防ぎ、初期のシール性を高めることができます。締め付けトルクが指定されている場合は、トルクレンチを使用し、均一に締め付けます。

3. 可動部（プランジャー、弁体）の固着・摩耗（作動不良、リーク、異音）

• 原因:

  • 流体中の異物（スラッジ、スケール、ダストなど）の堆積・かみ込み
  • 流体の粘度や温度変化による影響
  • 腐食やサビ
  • 物理的な摩耗や変形
  • 長期間の停止状態からの再起動

• 対策:

  • バルブを分解し、プランジャーや弁体、コアチューブ内部などを清掃します。固着している場合は、無理な力を加えず、適切な溶剤や工具を用いて慎重に作業します。
  • 清掃で改善しない場合や、摩耗・変形が著しい場合は、該当部品の交換が必要です。部品単体での供給が少ない場合や、損傷が本体側に及んでいる場合は、バルブアッセンブリごとの交換が必要となることもあります。
  • 流体中の異物が原因の場合は、上流に適切なフィルターを設置または清掃することで再発を防止できます。
  • 長期間使用しない可能性がある場合は、定期的に手動オーバーライドや短時間の通電を行い、可動部を動かすことも有効な予防策です。

4. 電気回路の問題（作動不良）

• 原因:

  • バルブへの配線断線、被覆損傷、端子外れ
  • コネクタの接触不良、腐食
  • 制御盤内のリレー、ソリッドステートリレー、PLC出力モジュールなどの故障
  • 外部からのノイズによる誤作動

• 対策:

  • バルブ端子から制御盤までの配線導通をテスターで確認します。
  • コネクタや端子の接続状態を目視で確認し、確実に接続されているか、腐食がないかを確認します。必要に応じて端子清掃や締め直しを行います。
  • 制御盤側の出力信号が正常に出ているか、PLCのモニタ機能やテスターで確認します。制御盤内の関連部品の診断が必要となる場合もあります。
  • ノイズ対策として、サージキラーの追加や、動力線と信号線の分離などが有効な場合があります。

予防保全の重要性

ソレノイドバルブのトラブルを未然に防ぎ、寿命を延ばすためには、日頃からの予防保全が不可欠です。

• 定期点検: 定期的にバルブからの異音、異常発熱、外観の変化、微小なリークがないかを確認します。
• 流体管理: 使用する流体（圧縮空気、油圧油など）の品質を維持します。フィルターの目詰まり確認と交換、ドレン処理などを適切に行います。水分や不純物は多くのトラブルの元凶となります。
• 使用環境: バルブの仕様（温度、湿度、雰囲気ガスなど）から逸脱した環境での使用は避けます。粉塵や水滴がかかりやすい場所では、適切な保護等級のバルブを選定するか、カバーなどで保護します。
• 適切な部品選定: 修理や交換時には、必ず設備の要求仕様と環境に適合したメーカー純正品または品質が保証された互換品を使用します。特にコイルの電圧、デューティサイクル、シール材の材質選定は極めて重要です。

まとめ

産業用ソレノイドバルブの故障診断と対策には、電気的知識、流体に関する理解、そして機械的な観察眼が求められます。現場では、安全を確保した上で、発生状況の聴取、視覚的・聴覚的確認、電気的・流体的測定、そして必要に応じた機械的内部点検という論理的なステップを踏むことが、迅速かつ正確な原因特定に繋がります。

コイルの異常、シール材の劣化、可動部の固着など、代表的な故障原因に対する具体的な対策を理解し、適切な部品を用いて確実に修理を行うことが、設備の安定稼働を維持するために不可欠です。日頃からの丁寧な点検と予防保全を実践することで、予期せぬトラブルを減らし、ソレノイドバルブの性能を最大限に引き出すことが可能となります。