新商品・適 用事例紹介
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調整容易化と再現性向上

電磁比例弁用デジタルコントロールアンプ「ERD」
Digital Control Amplifier for Electromagnetic Proportional Valvewith Easier Adjustment and Improved Repeatability
キーワード

電磁比例弁・電磁比例弁用アンプ・デジタル制御・工作機械
調整容易・再現性向上

油圧事業部／技術部

吉田 圭佑 Keisuke Yoshida

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Components
調整容易化と再現性向上 電磁比例弁用デジタルコントロールアンプ「ERD」

要 旨

1. はじめに

NACHIの油圧事業は1953年のブローチ盤用ポンプの油圧装置では、バルブで圧力・流量・方向（油圧の製造からはじまり、工作機械や建設機械など、多くの三要素）を制御して機械に所定の動きをさせている。

市場に油圧機器を投入してきた。

例えば射出成形機や油圧プレス、旋盤といった機械

近年、油圧機器のデジタル化の要求がさらに高まって

では、金型や工作物が変わると、圧力・流量を調整いる。デジタル化により、情報のやり取りのしやすさする必要がある。この調整方法として電磁比例弁をのみならず、パラメータの設定の容易化を図ることが使用することが有効である。電磁比例弁を駆動するできる。

ためには、コントロールアンプにより圧力・流量を調整

本稿では、NACHIの電磁比例弁用小型・多機能する。この調整方法として現 在はボリュームによるデジタルコントロールアンプを、その特長とともに紹介

設定が一般的であり調整に時間を要していた。また、する。

通信に対応する拡張性が無いことが指摘されていた。
本稿で紹介するNACHIの電磁比例弁用デジタルコントロールアンプは設定作業時間を大きく短縮する

Abstract

ため設定値をデジタルデータ化し、調整の容易化と調整データの管理・保管など拡張性をもった商品を開発した（図1）。

NACHI’s hydraulic equipment business started
with the manufacturing of a pump for a broachingmachine in 1953. Since then, NACHI has been
introducing our hydraulic equipment into themarkets of machine tools, construction machines
and many others.
In recent years, a demand of digitalization inhydraulic equipment has been increasing. Digitalization
makes it easier to exchange information and set up
parameters. The article introduces the NACHI’s
compact, multi-functional digital control amplifier
for an electromagnetic proportional valve and its
features.

図1

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小型・多機能デジタルコントロールアンプ「ERD」

2. 特長NACHIのデジタルコントロールアンプの 特 長を

④ 調 整 時 の 容 易さ

以下に示す。

同じ調整を複数の機械で行なう場 合、保存した①アンプ 機 能とコントローラ機 能を標 準 搭 載

データを活用して同じ調整が短時間で可能でありアナログコントロールアンプ（図2）
では別々に設定され調整工数の削減が可能となる。ていたアンプ機能とコントローラ機能を1台のデジタル⑤フィードバック機 能の標 準 装 備

アンプで構成し、パラメータにより機能の切り換えが流量・油温の変化などの外乱に対し圧力を安定化可能となった。

させる機能を標準装備している。

② 調 整 時 の工数 削 減⑥USB通信 機 能の標 準 搭載

デジタルコントロールアンプは、圧力・流量などの各種調整データなどをパソコンに保存でき、あらかじめパラメータをボタンで数値入力できるため、アナログ設定したデータをUSB通信で一括設定できる機能をコントロールアンプのようにボリュームや出力波形の搭載している。

確認の必要がない。
③ 数 値によるパラメータの保存が可能
アナログコントロールアンプでは、ボリュームによって各種パラメータの保存はできないが、デジタルコントロールアンプは、パソコンにパラメータを保存することが可能である。

ボリュームにより各種パラメータを設定する

図2

アナログコントロールアンプ

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3. デジタルコントロールアンプの機能の紹介
1）フィードバック機能
デジタルコントロールアンプは、フィードバック入力が標準装備となっている。
電磁比例弁の制御結果（圧力や流量）をアンプにフィードバックして、圧力や流量を一定値に保つように自動調整することができる。
図3の配線のように信号を入力することで、指令値に加えてフィードバック値もデジタルコントロールアンプのみで受け取って制御に使用できる。
全体の構成としては図4のようになり、フィードバック用のセンサーを準備するのみでフィードバック機能を扱うことができる。
ソレノイドへの出力

指令値入力線
24V電源
センサーGND
センサー入力

図3

圧力

配線図

電流

圧力指令電圧

（mA）

（V）

比例弁

アンプ

圧力センサー出力値（電圧V）
図436

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フィードバック機能

電圧設定器
・ポテンショメータ・PLC

2）USB通信機能とツールソフトウェア
USB通信機能では、ツールソフトウェア（図5）を使用してアンプの出力を操作する。
パソコンとデジタルコントロールアンプをUSBケーブルで接続して使用する。
パソコン上のツールソフトウェアの設 定は図6のようになる。
出力したソレノイドへ電流指示値を送信して電磁比例弁を駆動する。
a）アンプ操作画面

この機能では、通常のアンプ機能の配線（図7）に比べて電圧指令用の配線や装置が必要ないため、図8のように簡単に動作確認できる。
また、ツールソフトウェアを用いて制御するため、出力操作のみならず、パラメータの調整と書き込みもパソコン上で行なえる。
そのため、デジタルコントロールアンプから離れた場所にてパラメータの調整も行ないながら動作を確認することも可能となる。

b）アンプパラメータ設定画面
図5

図6

P5（TB1−14）

ツールソフトウェアの画面

USB通信機能の出力設定項目（TB2−8）SOL1＋（TB2−8）SOL1＋
SOL1（TB2−7）SOL1−

AI2（TB1−3）（TB2−10）SOL2＋ACOM1（TB1−2）

USB線1本で済みます
SOL2（CN2−9）SOL2−

SOL1（TB2−7）SOL1−（TB2−10）SOL2＋
SOL2

USB

（TB2−9）SOL2−

USB

AI1（TB1−1）

ACOM2（TB1−4）
配線や調整用のボリューム・装置が必要
TB2−1 TB2−2
DC24V−

図7

DC24V

TB2−1 TB2−2

DC24V＋アンプ機能の配線例

DC24V−

図8

DC24V

DC24V＋

USB通信機能の配線例

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3）導入事例の紹介
導入事例①
フィードバック制御による圧力制御性の向上
従来のアナログアンプでは圧力フィードバック信号圧力フィードバックを使った圧力制御結果として、入力に対応していないことから、外部（PLCなど）で図9は圧力フィードバック無し、図10は圧力フィードバック圧力フィードバック制御系を構成する必要があった。

制 御による効 果を示している。図10に示 すように

この場合、追加機器のコストやプログラム作成の工数が流量による圧力変化が少なくなる効果が確認できる。

発生していた。

また、図11、図12は油温-圧力特性を示す。同様に

デジタルコントロールアンプでは圧力フィードバック圧力変化が少なくなる効果が確認できる。

機能を標準装備することで、流量や油温などの外乱で変化する制御圧力を補正することが可能となり、圧力流量特性を向上させることが可能となった。
10MPa

10MPa
流量が増えるに従い圧力が低下
圧力

圧力

圧力の変動は無し

設定圧力

設定圧力
0

電磁比例減圧弁の流量−圧力特性（圧力フィードバックなし）

1098

電磁比例減圧弁の流量−圧力特性（圧力フィードバックあり）

1090.5MPa76655410L/min

流量

8735

図1138

図10

圧力（MPa）

圧力（MPa）

図9010L/min

流量4045505560 油温（℃）

電磁比例リリーフ弁の油温−圧力特性（圧力フィードバックなし）

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図124045505560 油温（℃）

電磁比例リリーフ弁の油温−圧力特性（圧力フィードバックあり）

導入事例②
アナログアンプを使用していた機械の調整作業工数の削減
図13にアナログコントロールアンプとデジタルコント1台あたり初心者で4分10秒掛かったが、デジタルコントロールアンプの調整作業工数削減事例を紹介する。

ロールアンプでは2分40秒と90秒、経験者で2分50秒がアナログコントロールアンプでは、出力の確認で1分40秒と40秒の短縮となった。

電流計やオシロスコープなどの外部 機器が必要にさらに、あらかじめ作成したパラメータファイルをなり、配線するための時間が発生する。また、ボリューム使用した場合を保存した調整値のデータをUSB通信で調 整も測 定 機で確 認しながら行なう必 要があり、一括設定する場合を比較した場合、パラメータ設定は設定をするのに多くの時間を要していた。

ソフトを立ち上げて、ボタン一つで書き込めるため、一方、デジタルコントロールアンプでは、各種パラ経 験者ではさらに15秒、初心者では65秒の短縮とメータをボタンで数値 入力するのみの作 業となる。

なった。また、初心者でも、経験者と同じ時間で作業アナログコントロールアンプとデジタルコントロールアンプのできるため大幅な工数削減が可能となった。

作業工数削減効果は、アナログコントロールアンプ

時間
計：4分10秒

パラメータ
設定時間（2分30秒）

計：2分50秒
パラメータ
設定時間（1分20秒）

計：2分40秒
パラメータ
設定時間（1分20秒）

計：1分40秒

計：1分35秒

30秒

15秒

計：1分25秒
15秒

配線時間（1分40秒）

配線時間（1分30秒）

配線時間（1分20秒）

配線時間（1分10秒）

配線時間（1分20秒）

配線時間（1分10秒）

初心者

経験者

初心者

経験者

初心者

経験者

アナログコントロールアンプ
設定時間

デジタルコントロールアンプ
設定時間

図13

デジタルコントロールアンプ
USB通信による設定時間

工数測定試験結果

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3. おわりに紹介したデジタルコントロールアンプは、アナログコントロールアンプでは実現できなかった圧力フィードバック機能、USB通信を利用したデータ保存や一括書き込み機能を搭載し開発された。今後モノとイン
ターネットをつなぐIoTなどが注目を浴びている中で、電流出力値やフィードバック値など制御状態をデジタル値で扱い、そのデータを通信により送信することで、離れた場所での動作確認や設定値の変更がリアルタイム設定できるよう通信機能をさらに強化することでユーザーの要望に応えていく商品づくりを行なっていく。

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