比例弁における圧電式とソレノイド式の作動方式は、同一の圧力、流量、指令、負荷、試験定義のもとで、完成した装置として比較する必要があります。 一般に圧電技術は、保持時の低消費エネルギー、低発熱、静音動作、コンパクトな低流量制御に適しています。一方、ソレノイド技術は通常、より幅広い流量・圧力の選択肢、産業用途で使い慣れたインターフェース、より強い直接駆動力を提供します。あらゆる使用条件で一方が優れるわけではありません。
電空式の連続流量制御と連続圧力制御には、それぞれ異なるISO規格体系が適用されます。これは、電気アクチュエータの速度、弁の切換時間、圧力の整定時間、質量流量の応答が、相互に置き換えられる測定値ではないため重要です（ISO 10041-2、2010年、ISO 10094-2、2021年）。
要点
- アクチュエータ単体の物理特性ではなく、完成した弁アセンブリを比較します。
- 流量、圧力、ヒステリシス、応答の定義、電子回路、使用環境の条件をそろえます。
- 圧電弁は保持時の消費エネルギーを最小限にできますが、高頻度で動かす場合はエネルギーを消費します。
- ソレノイド比例弁も、使用条件に合わせて適切に選定すれば、高速・高効率・高精度に制御できます。
圧力制御、流量制御、方向制御のより広い違いについては、まず比例弁選定ガイドをご覧ください。本記事では範囲を絞り、空気圧比例弁内部で用いられる2種類の電気作動方式を比較します。
アクチュエータの物理特性だけでは弁全体の性能を決められないのはなぜですか？
電空式連続流量制御弁については、ISO 10041-2で試験方法が標準化されています。圧力制御弁にはISO 10094-2が適用されます。このように適用範囲が分かれていることからも、アクチュエータ単体の変位速度だけでは、弁として利用可能な流量応答、圧力整定、ヒステリシス、再現性を判断できないことが分かります（ISO 10041-2、2010年、ISO 10094-2、2021年）。
比例弁は、相互に作用する複数の部品が連なるシステムです。指令信号は駆動電子回路を通り、アクチュエータを動かし、オリフィスまたはスプールの位置を変え、気体流量を変化させ、最終的に測定対象となるプロセス変数を変えます。機械側で観測される性能は、空気圧容積、圧力比、センサーのフィルタリング、コントローラの調整、下流側の絞りによって大きく左右されることがあります。したがって、一連の系全体を確認してください。この考え方により、比較でよく見られる2つの誤りを避けられます。1つ目は、圧電ステージで示されたナノメートル単位の位置決め性能を、弁の圧力または流量分解能にそのまま当てはめることです。2つ目は、直動式圧電マイクロバルブをはるかに大型のソレノイドスプール弁と比較し、その結果を技術方式そのものの性能比として扱うことです。
Festoは、空気圧弁用の圧電ベンダについて、液体噴射や微細位置決めに使われる圧電積層型トランスデューサとは動作範囲と発生力の範囲が大きく異なると説明しています。同社のホワイトペーパーでは、圧電技術のすべての利点を1つの弁設計で同時に引き出すことはできないと注意を促しています（Festo『Piezo Technology in Pneumatic Valves』、2017年）。
したがって、圧電材料と銅コイルを比較するのではなく、弁と電子回路を含む1つの完成構成を比較単位としてください。そして、実際の用途で使用する動作点において試験された別の完成構成と比較します。
現行のISO試験範囲とメーカーの最新データを分析すると、最も妥当な比較では、弁機能、完成アセンブリ、動作点、測定終点という4つの境界を明確にする必要があります。このうち1つでも欠けると、個別製品では妥当な結果が、技術全体に対する誤った主張へ変わりかねません。
比例弁内部では2つの作動経路がどのように機能しますか？
Festoの2025年版VEMPデータシートには、圧電弁の公称流量が仕様によって18～29 L/min、使用圧力が最大1.7 barと記載されています。このような製品レベルの上限値は、圧電ベンダを実際の弁機能と関連付けているため、一般的なアクチュエータの性能説明より有用です（Festo VEMP、2025年）。
圧電式比例弁とは、電界に応じて圧電素子が変形し、空気流路の開度を変える弁です。空気圧用途では一般に、小さな弁座を開閉する曲げ素子が使われます。電気的にはコンデンサのように動作し、充電中に電流が流れ、指令された状態に達すると電流が低下します。元の状態に戻すには、制御された放電が必要です。ソレノイド式比例弁は、制御されたコイル電流によってアーマチュアまたはプランジャに磁力を発生させます。その動きにより、計量開口部を直接変化させるか、パイロット段を制御します。電流制御またはPWMドライバは電源変動を補償し、単なるオン・オフ動作ではなく、弁を中間位置に保持できるようにします。
アクチュエータより後段の計量機構も重要です。ポペット、ニードル、ダイヤフラム、スプールでは、漏れ、摩擦、圧力バランス、ストローク、異物への感度、必要な力が異なります。パイロット作動により流量容量を拡大できますが、空気圧の動特性が加わり、最低圧力条件が必要になる場合もあります。この別の設計上の選択については、直動式弁とパイロット作動式弁のガイドで解説しています。
正確な構造を確認してください。
応答性と制御品質はどのように比較すべきですか？
BürkertのType 2852ソレノイド比例弁は、所定の条件下で作動時間10 ms未満、繰返し精度はフルスケールの1%未満、応答感度は0.1%未満と規定されています。この1つのデータシートだけでも、ソレノイド比例弁は本質的に遅い、または精度が低いという一般論が成り立たないことが分かります（Bürkert Type 2852、2026年）。
まず、その時間値が何を測定しているかを確認します。電気的遅延、アーマチュアの初動、弁ストロークの10～90%、流量立上り時間、圧力整定、負荷を含む機械の応答は、それぞれ異なる結果です。方向制御弁の切換時間はISO 12238:2023で標準化されていますが、連続流量弁と連続圧力弁にはISO 10041およびISO 10094の試験規格群が適用されます（ISO 12238、2023年）。
1つの時間値ですべてを表すことはできません。
次に、その他の制御データを比較します。
| データシート項目 | 分かること | 比較条件 |
|---|---|---|
| 作動時間または応答時間 | 定義された指令後の動的な動き | 同一の振幅、圧力、温度、負荷 |
| ヒステリシス | 指令上昇時と下降時の出力差 | 同一の流量または圧力測定方法 |
| 再現性 | 同一指令を繰り返した後のばらつき | 同一のサイクル数、暖機状態、環境状態 |
| 感度またはしきい値 | 有効な出力を生じる最小の指令変化 | 同一のノイズフィルタと測定分解能 |
| 制御範囲 | しきい値から飽和までの使用可能範囲 | 同一の上流・下流条件 |
| 漏れ | 指令されていない内部または外部への流れ | 同一の圧力、媒体、弁状態 |
センサーの分解能と弁の精度を混同しないでください。デジタルコントローラは細かな設定値を受け付けられますが、実際の出力は摩擦、弁座形状、流量ノイズ、圧力変動によって制限されます。同様に、大きな下流容積へ充填または排気する必要がある場合、アクチュエータが高速でも圧力制御が高速になるとは限りません。
シリンダの位置決めでは、弁は制御ループの一部にすぎません。比例弁による位置制御ガイドでは、フィードバック、調整、デッドボリューム、負荷軸の受入試験について解説しています。
妥当な応答時間比較では、試験を開始する電気的事象と、試験を終了する空気圧的または機械的事象の両方を明示します。これらの終点が示されていない数値は、別の条件へそのまま適用できる仕様ではありません。
消費電力と熱的挙動はどのように比較すべきですか？
Festoは完成品のVEMD圧電式質量流量コントローラについて、最大消費電力を1 Wとしています。Bürkertはソレノイド式Type 2852について、最大2.8 Wおよび3.4 Wとしています。これらの数値は、この比較における実際の低消費電力の優位性を示しますが、あらゆる弁サイズに共通する比率ではありません（Festo VEMD、2026年、Bürkert Type 2852、2026年）。
圧電素子は指令が変化したときに電荷を取り込み、静止状態の維持にはアクチュエータ電流をほとんど、またはまったく必要としません。ただし、ドライバ、センサー、通信回路、閉ループコントローラは電力を消費する場合があります。指令が急速に変化すると素子の充放電が繰り返されるため、動的エネルギーは静電容量、電圧振幅、指令周波数とともに増加します。静的な使用条件と動的な使用条件は異なります。ソレノイドは磁力を維持するために電流が必要です。電流制御、ピーク・アンド・ホールド制御、または効率的な機械・磁気設計により、定常時の電力を低減できます。コイル抵抗は温度とともに増加し、電圧を制御せずに駆動すると、コイルの温度上昇に伴って力が変化する可能性があります。そのため、優れた比例制御電子回路では、電圧だけで弁位置が決まると仮定せず、電流を制御します。
熱は電気料金以外にも影響します。抵抗、シールの挙動、センサー読取値、周囲の筐体温度を変化させる可能性があります。正しい熱比較では、周囲温度、取付密度、デューティサイクル、指令プロファイル、換気条件、公開値がアクチュエータのみを対象としているのか、コントローラ全体を対象としているのかを記録します。
低消費電力ソレノイド弁ガイドでは、ピーク・アンド・ホールドとコイル電力の方策を解説しています。ここでの調達上の原則はより簡単です。保持電流や銘板上の最大値だけでなく、実際の指令プロファイル全体におけるシステム平均電力を比較してください。
保持時の低消費エネルギーが最も有効なのは、弁が一定の指令で長時間作動する場合です。高速変調ループでは、スイッチングエネルギー、ドライバ損失、センサー電力、制御周波数も同じエネルギー収支に含まれます。
各作動方式はどのような圧力・流量範囲に対応できますか？
Festoの比例空気圧機器カタログでは、圧電式VEMDは20 L/min、1 Wと記載されています。同社のソレノイドスプール式MPYEシリーズは、機種ごとに消費電力が異なりますが、最大2,000 L/minに達します。これは製品シリーズの一例であり、本質的な限界ではありませんが、流量容量と消費電力を併せて検討すべき理由を示しています（Festo『Proportional Pneumatics』、2021年）。
圧電ベンダは低い電気エネルギーで微小変位を生じるため、小型弁座、低漏れ目標、静音動作、コンパクトな低流量制御に適しています。流量を増やすには、複数素子、パイロット段、より大きな圧力平衡構造、または別形式の圧電アクチュエータが必要になる場合があります。いずれの選択も応答性と漏れに影響します。ソレノイドは、幅広い製品範囲で、より大きなストロークと直接駆動力を得られます。大型コイル、磁気回路、またはパイロット構成により、より大きなオリフィスやスプールを作動させることができます。その代わり、発熱、重量、必要電流、磁界への感度、外形寸法が増える場合があります。
いずれの方式も、それ自体で圧力定格を決めるものではありません。弁座径、圧力バランス、ボディ強度、シール材、パイロット比、漏れ目標、媒体適合性のすべてが関係します。たとえばFestoのVEMP各仕様は、低い公称流量と機種別で最大1.7 barの圧力を組み合わせています。BürkertのType 2852ソレノイドの例は7 barまで対応します。両者の使用範囲は異なるため、使用条件全体を比較せずに代替品として提示すべきではありません。
まず空気圧の使用範囲を確認してください。
ポートねじのサイズだけでは不十分です。既知の上流・下流圧力における、標準化された流量データ、または条件が完全に定義された流量データを求めてください。最大流量が大きくても、弁が過大であれば低指令域の分解能が低下する場合があります。比例流量制御ガイドでは、指令範囲と設置時の絞りが、シリンダの実用的な制御に影響する理由を説明しています。
圧電式とソレノイド式の作動方式選定マトリクス
ISO 10094-1では、電子式圧力フィードバックを備える比例圧力弁と、備えない比例圧力弁は異なる構成として扱われます。この区別は、アクチュエータだけで選ぶより有用です。用途に応じて、まず圧力、流量、方向のいずれを制御するかを定め、次に必要なフィードバックと性能範囲を決めます（ISO 10094-1、2021年）。
| 用途条件 | 圧電式が適する傾向 | ソレノイド式が適する傾向 | 選定前の確認事項 |
|---|---|---|---|
| バッテリー駆動機器または熱に敏感な機器 | 流量と圧力が圧電弁の範囲内であれば非常に適する | 最適化された低消費電力駆動で対応可能 | 完成システムの平均電力と筐体温度 |
| 静音性が必要な医療用・実験用ガス制御 | コンパクトで静かな低流量調整に非常に適する | 承認済み製品で騒音が許容範囲なら適する | 媒体に関する承認、漏れ、洗浄、故障時の挙動 |
| 高い産業流量または広い圧力範囲 | パイロット式または特殊設計で対応可能 | 幅広いカタログ製品を選択可能 | 流量曲線、圧力比、パイロット消費、発熱 |
| 高速閉ループ圧力・流量制御 | 完成した弁の動特性が検証済みなら有力 | ソレノイド弁とドライバが必要帯域を満たせば有力 | 同一の試験定義、容積、センサー、コントローラ |
| 磁界に敏感な装置 | 圧電式なら磁気アクチュエータを避けられる | 磁界適合性の確認が必要 | 材料、ドライバ位置、設置場所の磁界強度 |
| 汚れや厳しい条件の産業環境 | 製品による。小型弁座には清浄度の高い媒体が必要な場合がある | 製品による。可動部にはやはり清浄な空気が必要 | ろ過、IP構成、衝撃、振動、温度 |
| コスト重視の標準自動化 | 電子回路と統合を含む総コストを評価 | 調達先の選択肢が多い傾向 | 納入アセンブリ、ドライバ、立上げ、ライフサイクルコスト |
低発熱、静止時の低消費エネルギー、静音動作、コンパクトな実装、磁界の影響を受けにくいことが設計上重要であり、選定した弁が必要な空気圧範囲を満たす場合は、圧電式を使用します。流量、圧力、調達先の多さ、使い慣れた産業用電子回路、直接駆動力が重要であり、選定した機種が制御品質の目標を満たす場合は、ソレノイド式を使用します。
仕様書および見積依頼のチェックリスト
信頼性規格ISO 19973-2では、方向制御弁の寿命を、普遍的な材料特性ではなく、サイクル数で報告される試験結果として扱います。したがって調達仕様では、一方の作動技術が常に数百万回または数十億回持続すると主張するのではなく、正確な機種の試験根拠を求める必要があります（ISO 19973-2、2015年）。
サプライヤーには、動作点を統一した次の仕様書を送付してください。
- 弁機能： 圧力、流量、方向のいずれを制御するか、ポート、安全状態。
- 空気圧使用条件： 媒体、入口の最小・最大圧力、下流圧力または容積、必要流量範囲、漏れ上限、パイロット供給源、パイロット排気、受入判定に使用するすべての動作点を明記します。
- 制御性能： 指令ステップ、応答終点、整定帯域、ヒステリシス、再現性、感度、デッドバンド、許容暖機ドリフト。
- 電気インターフェース： 電源、アナログまたはデジタル指令、入力インピーダンス、更新頻度、ドライバ位置、フィードバック出力、アラーム、コネクタ。
- エネルギープロファイル： 静止指令の継続時間、変調周波数、平均移動量、ピーク需要、筐体温度、許容温度上昇。
- 環境： 周囲温度と媒体温度、ろ過、潤滑、湿度、洗浄、衝撃、振動、磁界、腐食、取付方向。
- 根拠資料： 正確な部品番号、最新データシート、特性曲線、試験方法、仕様別の承認、材料宣言、変更管理通知。
- 受入試験： 生産時の媒体または承認済み代替媒体、定義された圧力条件、代表的な下流容積、指令波形、暖機状態、校正済み計器、サンプル数、サイクル数、計算方法、各測定出力の明確な合格限界を再現します。
さらに、見積性能が弁単体、弁とドライバの組合せ、またはセンサーを備えた閉ループコントローラのどれを対象としているかを確認してください。システム境界を明確にすれば、誤解を招く比較の多くを防げます。
範囲が定義されていない仕様は受け入れないでください。
応答時間の受入判定には、空気圧弁の切換時間ガイドの定義を使用してください。圧力制御用途については、比例圧力レギュレータガイドに、レギュレータ固有の追加確認事項を示しています。
圧電式とソレノイド式比例弁に関するよくある質問
連続流量、連続圧力、方向切換、方向制御弁の信頼性には、それぞれ異なる4つのISO試験範囲があります。以下の回答が示すように、技術方式の名称だけでは、定義された弁機能、動作点、測定終点、正確な製品記録の代わりにはなりません（ISO 10041-2、2010年、ISO 10094-2、2021年）。
圧電式比例弁は常にソレノイド弁より高速ですか？
いいえ。圧電素子自体は非常に高速に動作できますが、弁全体の応答は、弁座、パイロット段、電子回路、空気圧容積、圧力比、センサー、応答の定義にも左右されます。同一の指令ステップと動作点で、機種固有の曲線または試験結果を比較してください。たとえばBürkertは、あるソレノイド比例弁について10 ms未満と規定しています。
圧電弁は位置を保持している間、消費電力がゼロですか？
圧電アクチュエータは、充電後の継続電流をほとんど、またはまったく必要としません。ただし、完成した弁やレギュレータには、ドライバ、センサー、コントローラ、通信回路、診断機能が含まれる場合があります。これらの回路は電力を消費します。また、指令が頻繁に変化すると充放電を繰り返す必要があるため、平均エネルギーは指令周波数と電圧振幅によって変わります。
ソレノイド比例弁はオン・オフ制御にしか使用できませんか？
いいえ。ソレノイド比例弁はコイル電流を制御し、アーマチュア、プランジャ、ニードル、スプールを中間位置に保持できるようにします。単純な切換弁とは異なります。実用的な制御品質は、電流制御、磁気設計、摩擦、圧力による力、ヒステリシス、感度、正確な弁の特性曲線によって決まります。
アクチュエータの分解能から圧力または流量の精度を予測できますか？
いいえ。アクチュエータの変位分解能は、指令から出力までの系に含まれる1つの要素だけを表します。弁形状、摩擦、漏れ、気体の圧縮性、圧力変動、センサー、フィルタリング、コントローラの挙動が、測定される圧力または流量に影響します。用途に合う条件下で測定された、完成弁のヒステリシス、再現性、感度、動的データを使用してください。
どちらの作動方式がより長寿命ですか？
どちらにも普遍的な寿命上の優位性はありません。圧電ベンダには摺動する磁気アーマチュアがありません。一方、ソレノイド設計も、適切な材料、電流制御、ろ過、負荷条件により長寿命を実現できます。サイクル試験条件、故障基準、信頼性情報、試験された正確な構成を求めてください。用途における汚染、温度、圧力、変調速度によって結果は変化します。
出典および技術資料
- ISO『ISO 10041-2:2010』、電空式連続流量制御弁の試験方法および結果の表示。2026-07-22閲覧。
- ISO『ISO 10094-1:2021』、供給者資料に記載する特性。2026-07-22閲覧。
- ISO『ISO 10094-2:2021』、連続圧力制御弁の比較試験方法。2026-07-22閲覧。
- ISO『ISO 12238:2023』、電気式または空気式方向制御弁の切換時間試験。2026-07-22閲覧。
- ISO『ISO 19973-2:2015』、空気圧方向制御弁の信頼性評価およびサイクル数報告。2026-07-22閲覧。
- Festo『Piezo Technology in Pneumatic Valves』、圧電ベンダ、ディスク型トランスレータ、積層型トランスデューサ、概算充電エネルギー、駆動電圧、保持時の挙動、切換特性、磁界での挙動、および1つの弁ですべての圧電技術の利点を同時に活用することはできないという注意事項。2026-07-22閲覧。
- Festo『Piezo Valve VEMP』、機種別の圧力、流量、電圧、温度、動作データ。2026-07-22閲覧。
- Festo『Mass Flow Controller VEMD』、完成した圧電式コントローラの流量・電気仕様。2026-07-22閲覧。
- Festo『Proportional Pneumatics』、製品シリーズ間の圧力、流量、電力、設計データ。2026-07-22閲覧。
- Bürkert『Type 2852 Data Sheet』、ソレノイド比例弁の応答、再現性、感度、流量、圧力、電力データ。2026-07-22閲覧。