リレーの構造と応用 – FA機器と電磁リレーの基礎知識

はじめに

FA機器の制御には「リレー（電磁リレー）」が広く活用されています。リレーは電気の力でスイッチを操作し、機械の動作を制御する役割を果たします。本記事では、リレーの基本構造や仕組み、応用方法について説明し、FA機器におけるリレーの重要性をわかりやすく解説します。

電磁リレーの構造と仕組み

リレーとは、電気の力で接点を切り替えるスイッチです。通常の押しボタンスイッチは指で操作しますが、リレーは電磁石の力を使って接点を動かします。リレーの基本的な構造は、鉄芯に巻かれたコイルと、それを動かすための電磁石で構成されています。電流をコイルに流すと鉄芯が磁力を発生し、その力で内部の接点が動きます。

例えば、リレーのコイルに電圧がかかると磁力が発生し、接点が引っ張られ、通電していた接点が切り替わります。リレーは通常、a接点（通電時に閉じる）やb接点（通電時に開く）といった複数の接点を持ち、特定の動作が要求されたときにだけオン・オフを切り替えることが可能です。これにより、リレーはさまざまな制御条件を設定することができ、FA機器の複雑な動作を支えています。

リレーの応用と増幅機能

リレーの特長は、小さなスイッチで大きな電力の制御ができる点にあります。例えば、携帯電話のような小型スイッチでは、扇風機のような高電力の機器を直接オン・オフすることはできませんが、リレーを介することで小さな電流でも大きな負荷の制御が可能です。この特性は「増幅機能」とも呼ばれ、トランジスタを用いたセンサー回路で交流電源のオン・オフを行う際にもリレーが使われます。

さらに、リレーは「インタフェース機能」を持ち、異なる電圧の回路間をつなぐ役割を果たします。DC5Vの回路からAC100Vの扇風機などを制御する場合、リレーがその中継役として働きます。このように、リレーは小さな信号で大きな動作を制御する重要な役割を担い、FA機器の自動制御に欠かせない要素です。

リレーの接点種類と動作

リレーの接点は、通常状態で電気を通さない「a接点（常開接点）」と、電流が流れる「b接点（常閉接点）」に分かれます。リレーコイルに電圧がかかると、a接点は閉じて電流が流れ、b接点は開いて電流を遮断するようになります。さらに、「c接点」と呼ばれる、a接点とb接点の両方の機能を兼ね備えた接点も存在し、リレーによっては最大で8個の接点があるものもあります。

リレーの接点は、回路図上でコイルと別々に記載されるため、どのコイルがどの接点を操作するかが分かりやすくなっています。同じリレー番号が付けられたコイルと接点は機械的に連動していることを意味し、複雑な回路設計に対応します。リレーの状態は回路図において「コイルが通電していないときの状態」で示され、コイルが通電した際の状態は、設計者が想像して読み取る仕組みになっています。

リレーを用いた制御例

リレーは多様な制御回路で利用されます。以下は、リレーを使用した基本的な回路例です：

小さなスイッチで大きな電力の制御

リレーを使うことで、小さなスイッチで大きな電力を制御することが可能です。DC5Vの小さなスイッチでリレーのコイルを通電させ、リレー接点を介してAC100Vの装置（例：扇風機）をオン・オフするという回路が一般的です。

センサーとリレーの組み合わせ

トランジスタ出力のセンサーでリレーを操作し、リレーを介してAC100Vの負荷を制御することもできます。例えば、ベルトコンベアを動かす際、センサー信号でリレーがオンになり、コンベアの動作を開始します。逆に、リレーのb接点を使用することで、センサーがオフの際に動作を行うという逆動作の設定も可能です。

リレーによる自己保持回路

リレーには自己保持機能があり、あるスイッチが押されるとリレーがオン状態を維持するような制御が可能です。この「自己保持回路」を使えば、一度リレーがオンになると、元のスイッチが戻ってもリレーがオンのまま保持されるため、特定の条件が揃うまで次の動作が行われません。この回路は、操作信号が一時的に途絶えても、機械が継続的に動作する場面で役立ちます。

リレー配線と取り扱い

リレーの配線では、まず電気回路図を基にして、リレー端子やソケットを使い配線を行います。リレーには「リレーソケット」があり、リレーを取り外ししやすくするために使用されます。ソケットを使うことで、リレー交換が簡単に行えるため、保守が容易になります。また、配線作業でははんだ付けや圧着端子を使用し、絶縁チューブで配線の安全性を高めます。

特に、複数のリレーを使用する場合は、リレーの接点ごとに番号を振り分け、誤配線を防止します。また、配線が複雑になる場合は配線ダクトを使用し、配線を整然と収めることが一般的です。

リレーと回路図の管理方法

回路図上でリレーはコイルと接点で表され、それぞれ同じ名前で管理されます。例えば、回路図に「R1」と示されているリレーコイルがオンになれば、同じ「R1」接点がすべて切り替わります。リレーには他のコイルや接点と混同しないよう、必ず固有の名称が付けられています。

この命名規則によって、複雑なFA機器の回路設計でもリレーを確実に管理することができます。また、リレー回路では、「オン」「励起」「通電」といった用語が使用され、リレーの作動状態が示されます。これにより、設計者やエンジニアがリレー回路の構造や動作を明確に把握し、正確な動作を確保することが可能になります。

まとめ

電磁リレーは、FA機器における制御の基礎となるデバイスであり、小さな信号で大きな動作を制御する役割を果たします。リレーは、増幅機能やインタフェース機能を備え、FA機器の多様な制御要求に対応します。リレーの仕組みや特性を理解することは、FA機器の運用やメンテナンスにおいても重要です。