ISSN１３
４
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７
１
９

日本フルードパワーシステム学会誌

第３３巻 第５号
２００２年８月

フルードパワーシステム
目次

緑陰特集「フルードパワー開発プロジェクト」
会長退任にあたって
平成１
４年度・１
５年度会長就任にあたって
緑陰特集号「フルードパワー開発プロジェクト」の発刊にあたって【解説】
フルードパワーの達人たち
より省エネ・省資源の駆動システムを目指してポンプそして人生
デジタル弁開発プロジェクト
小さなプロジェクト
建設機械用油圧システムの開発現場からプロジェクトVEX―シリンダを駆動するバルブ
HMTと４０年 過去から，そして未来へ
プロジェクト報告
エコリッチ開発プロジェクト イカルスは再び翼を得たか技術の伝承：超大型シリンダ―失われかけた技術を取り戻せ―
自動車用トラクションオイルの実用化開発
フライトシミュレータ用サーボバルブ開発秘話
空圧用小型電磁弁樹脂ブロックマニホールド開発小史

河合 素直
佐藤 三禄

２
６
６
２
６
７

大内 英俊

２
６
８

喜多 康雄
小曽戸 博
水戸 昭夫
米谷 栄二
布谷 貞夫，堀
秀司
小根山尚武
長友 邦泰

２
６
９
２
７
５
２
８
２
２
８
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２
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３
０
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下尾
三橋
畑
田村 博久，凩
丹羽

３
０
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３
３
１
８
３
２
４
３
２
９

【FPS事典】

茂敏
浩司
一志
繁春
庸夫

３
３
３

【会告】
学会賞候補者募集
３
０周年記念事業報告
特別教育講座のお知らせ
常設教育講座「トライボロジー講座」開催のお知らせ
オータムセミナー「ハイブリッドカーの現状と将来」
第５回油空圧国際シンポジウム開催のお知らせ
その他

２
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０
２
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５
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５
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１，２
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４，３
０
６，３
１
２，３
２
３，３
２
８

!

■ 表紙デザイン：佐々木能成 ダイキン工業 株

社団
法人

日本フルードパワーシステム学会

〒１
０
５―０
０
１
１ 東京都港区芝公園３―５―８ 機械振興会館内
TEL：０
３―３
４
３
３―８
４
４
１ FAX：０
３―３
４
３
３―８
４
４
２
E―Mail：info@jfps.jp

ISSN １３
４
６―７
７
１
９

JOURNAL OF
THE JAPAN FLUID POWER SYSTEM SOCIETY

FLUID POWER SYSTEM
Vol. ３
３，No. ５

August２００２Contents
Special Issue Development Projects in the Fluid Power Technology

Greeting of Resignation form the President of JFPS

Sunao Kawai

２６
６

Greeting of Greeting of the President of JFPS

Sanroku Sato２
６７

Hidetoshi Ohuchi

２６８

On the Special Issue Development Projects in the Fluid Power Technology【Explanation】
Sustained Efforts for the Energy and Resources Saving Hydrostatic Drive

Yasuo Kita

２６９Hiroshi Kosodo

２
７
５

Akio Mito

２８２

Eiji Kometani

２８７Sadao Nunotani, Shuji Hori２
９２

Naotake Oneyama

２９７

Kuniyasu Nagatomo

３
０
２

Shigetoshi Shimoo

３０
７Koji Mihashi

３
１
３

Hitoshi Hata

３１
８

Hirohisa Tamura, Shigeharu Kogarashi

３２
４

Pumps and My Life
Coming：Digital Valves
A Little Project
The Development Field of Hydraulic System of the Construction Equipment
Project VEX―Valves Actuating Cylinder
４０years with Hydro―mechanical Transmission
ECORICH ProjectTechnical Traditional：A Very Large―Sized Cylinder―Regain the Technology which Likely to be Lost―
Development and Its History of Traction Fluids for Vehicle Toroidal CVTs
Servovalve for Flight Simulator Development

Short History of Plastic Molding Block Manifold for Small Pneumatic Valve【News】

Tsuneo Niwa

３
２
９

２
４
９，２
５
０，２
５
４，２
５
５，２
５
６，２
５
７，２
６
１，２
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４，２
６
５，２
７
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０
６，３
１
２，３
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３，３
２
８，３
３
３

The Japan Fluid Power System Society
c／o Kikaishinko Building
３―５―８ Shiba―koen, Minato―ku, Tokyo，１
０
５―０
０
１
１，Japan

267

佐藤 三禄：平成１４年度・１
５年度会長就任にあたって

論

説

平成１
４年度・１
５年度会長就任にあたって＊
佐

藤

三

禄＊＊

会員相互の情報交換は有益なことであります．これ

新たな段階に入った本学会の役割

らの情報交換はIT技術の利用により，現実に可能となってきており，学会の新しい活動形態としたい

この度，私が会長に選任され，河合前会長はじめと思います．

歴代先輩会長の築かれた本学会のレベルを，さらに向上させる責任を強く感じております．幸い，副会

基盤強化は現下の最優先課題

長に池尾茂氏，高田芳行氏，井上淳氏の就任を得，本学会の意義ある諸活動を支える財務基盤の確立

新理事と共に万全の執行体制を組織することができは，現下の最優先課題であります．本学会の近年のました．
本学会は一昨年，学会創立３０周年を迎え，また昨財務状況は，学会創設以来２０数年にわたり先輩会員

年学会名称を変更し，新たな段階に入ったところで諸氏が築かれた資金の蓄えを，少しずつ取り崩してあります．学会名称の変更が意味するように，本学バランスを取っているのが現実であります．すなわ

会の専門分野は，従来の油圧，空気圧に限らず，水ち予算の繰越金残高は，平成８年度から１３年度まで

圧技術の新展開をはじめ，システム技術を含めたよの６年間で１，
３００万円程の減少となっております．

り広い流体動力技術の展開が求められております．

幸いにして毎年ご提供戴いている，賛助会員の特別

今や一段とレベルの高いフルードパワーシステム技

なご寄付により，繰越金の減少はこの程度で抑えら術が真価を発揮できる状況が到来しており，本学会

れておりますが，決して安定した状況ではありませの役割は益々大きいと言えます．

ん．近年の経済全般の状況悪化，殊に，関連のフ

今年度は３０周年記念事業を実施する年であり，

ルードパワーシステム産業界の厳しい状況のために，

８
００万円余のご寄付を下さった個人会員，賛助会員

個人会員の退会，賛助口数削減のお申し出，掲載広の皆様のご期待に沿うべく活動を展開いたします．

告数減などが学会財政を直撃しております．

本年は１
９
９
９年以来３年目の第５回油空圧国際シン

理事会では基盤強化担当に，賛助会員企業からのポジウム開催年に当たり，これまでに無い多数の海理事３名を配し，個人・賛助会員（口）数，事業収入，

外参加者が予定されております．本学会の国際的評

広告収入の増強および寄付金の呼びかけなどによる価をさらに一段と高める機会としたいと思います．

収入源の確保を図る考えであります．この面では賛

本学会はフルードパワーシステムに関する専門学

助会員企業のご理解，ご協力に負うところ大であります．

会であり，基礎的工学と共に実用に直接役立つ研
究・技術情報の提供が特に求められます．この面で財務体質改善には，当然支出の見直しが第一であ

会誌の編集および講習会，研究会などの企画事業でるべきであります．事務業務分析によるコストの再は，会員の要望に応えることに一層，意を払う必要

検討，各事業の運営係ポスターの再検討などが必要があります．このために，理事会では企画事業担当であります．そして収入構造の将来見通しに基づくとして，賛助会員企業からの理事３名を配し，有用健全予算の編成に近づけるきっかけを，この２年間な企画の展開を図ることとしております．

で作り出す必要があると思います．

学会の基本的機能は情報の交換にあります．各種

製造業の空洞化が心配されておりますが，国内研の研究委員会や講習会など，学会の活動の具体的内究開発力の維持，発展は何としても死守しなければ容を，即時，全会員に知っていただくことは基本的なりません．本学会もその一端を担う責任がありまに必要なことであります．と同時に学会を介してのす．本学会の維持，発展には，会員個人と同時に，賛助会員企業の見識とご協力は欠かす事の出来ない
ところであります．

＊

平成１
４年７月２
３日 原稿受付

会員各位のご理解，ご協力を御願いする次第であ＊＊

武蔵工業大学工学部機械システム工学科
５５
７ 東京都世田谷区玉堤１―２８）（所在地 〒１５８―８
第３３巻 第５号

ります．
１
９

２
０
０
２年８月（平成１４年）

268

フルードパワーシステム

巻 頭 言

緑陰特集「フルードパワー開発プロジェクト」発行にあたって＊
大

内

英

俊＊＊

新しい機器やシステムを開発するという作業は未第一部「フルードパワーの達人たち」では，フルー

知の世界への挑戦であり，当事者にとっては苦しみ

ドパワーに長年携わって来られた方の個性，個人をの連続であるが，このエネルギーは企業の活力の源

前面に出して頂き，これまでのプロジェクトにおけ泉でもある．新製品に関する解説記事は本誌にも数る経験談，次の世代に伝えたいこと，資料が散逸し多く掲載されているが，開発に携わった技術者の苦ないうちに記録として残しておきたいことなどを自しみや喜びを読みとることはなかなか難しい．そこ

由に書いて頂いた．

で本企画号がちょうど「緑陰特集号」に当たること

第二部「プロジェクト報告」では，比較的最近のから，「フルードパワー開発プロジェクト」をテー

開発プロジェクトの話題を中心に，新製品，新シス

マとして，製品紹介という視点ではなく，やや読み

テム開発途中の苦労話，困難を乗り越えて成功に物的な記事として，プロジェクトに参画した技術者至った話などを披露して頂いた．
ご多忙のところをご協力賜った執筆者の方々に謝が格闘した姿を再現して頂き，その心意気を後に続く人に伝えてもらってはどうかと考えた．

意を表するとともに，読者各位が技術者として共感「開発プロジェクト」から連想されるものは，新を覚え，新たなる挑戦意欲を感じて頂ければこれほ技術への挑戦，強力なリーダー，技術者の心意気・

どの幸いはない．

個性，技術の壁，失敗の連続，成功の喜び，技術の本特集号の企画は，編集委員会機器ワーキンググ

伝承・変遷などであり，それらの体験談には人の心ループの大内英俊，落合正巳，大橋彰，萩原克明，を打つものがある．

布谷貞夫，張護平，関根高司，湯下篤，築地徹浩の各委員によるものである．また同委員会の杉本文一，最新のプロジェクトを記事にすることはあるいは

真田一志委員のご協力を得たことを付記する．

差し障りがあるかも知れないし，一方，あまりに時間が経過すると資料が散逸したり，書き残す機会を逸してしまうであろう．実際，記事を依頼したところ，当初は執筆に意欲的であったものの，関連プロ［著

ジェクトが進行中のため諦めざるを得なかったり，
逆にかなり以前のプロジェクトであったため，資料不足で執筆に至らなかったなど残念な例もあった．
「油空圧の進歩１００人の証言」と題する書が当学会

おお

うち

ひで

とし

大

内

英

俊 君

者

紹

介］

１
９
４
９年５月１
２日生まれ．
１
９
７
８年東京工業大学大学院博士課程修了．
１
９７
９年東京工業大学精密工学研究所助手．
１９８
５年山梨大学工学部助教授．油圧制御，空気圧制御，圧電アクチュエータの応用に関する研究に従事．工学博士．
E―mail：ohuchi@ms.yamanashi.ac.jp

２
０周年記念事業の一環として発刊されている．これは当事者直筆による技術小史であり，貴重な歴史資料でもある．しかしこのような出版の機会は頻繁にあるわけではないので，書き残しておくべき財産が埋もれてしまう恐れがある．編集委員会における討議のなかで，資料執筆の機会を作ることもまた重要であると痛感した．
本号はこのような趣旨で発刊したいと考え，次のような２部構成とした．

＊

平成１
４年５月１
５日 原稿受付＊＊

山梨大学工学部機械システム工学科
５１
１ 甲府市武田４―３―１
１）（所在地 〒４００―８
第３３巻 第５号２０２００
２年８月（平成１４年）

269

喜多 康雄：より省エネ・省資源の駆動システムを目指して

解説

より省エネ・省資源の駆動システムを目指して＊喜多康

CPSの利点を列挙すれば下記の様になる．

１．は じ め に

●基本的には
１）弁で絞る制御ではないので，弁抵抗によるエネ

数えて見れば４
３年間フルードパワーに携わってきたことになる．１
９７
９年

北風暖房

雄＊＊

ルギーロスや騒音がない．

の謳い文句で風２）運動・位置のエネルギーの回収ができるので，

力ボイラーと称する油圧式直接熱変換ユニット（風車で駆動される低速大トルクポンプの吐出油がオリシステム効率が大幅に向上する．

フィスで絞られて発熱した後，熱交換器を経由して●ハード面では再びポンプに吸い込まれる．過熱・過速防止付）を

３）原動・被動側を問わず基本機器（正負両方向に開発し，浜頓別の国民宿舎オホーツク荘の浴場で可変なポンプ／モータ）が共通なので量産による使って貰った等，省エネにも深く係わってきた．

コストダウン高信頼性が期待でき保守性も向上する．

定圧力源システムがエネルギーの回収再利用可能

４）原動側基本機器の増設・削減が容易で，大馬力という大きな特長から液圧駆動システムの次世代のシステムも並列接続により容易に構築できる．

担い手になると確信しConstant Pressure System研

５）被動側基本機器の増設・削減も容易で，システ究会を始めてから早いもので１５年目を迎えた．

ム変更にも迅速・容易に対応できる．

風力の方は当時から２０年経った１９９
９年になって漸く２００
１年にかけての風力発電機の輸入が毎年倍々

６）圧力変動の幅・頻度が小なので，機器重量の大ゲームの急成長を示しているが，エネルギーリサイ

部分を占めるケース等の耐圧疲労強度面で有利，

クル可能な液圧駆動システムの方も２０年目頃には普したがって軽金属の使用等により軽量化が図れる．
７）圧力変動が小，配管の半分は低圧，したがって及し始めているように今後も努力してゆきたい．

配管コストが低下し信頼性が高まる．

２．CPSの特色とその利点

８）配管の半分は低圧なので吸込み口径を大きくと従来の油圧システムは流量を加減して駆動速度をることができブーストポンプの省略による低コス

制御するという考え方に立つたもので，流量制御にト化や，管路抵抗損失の低下によるシステム効率の向上も期待できる．

よる速度制御である．これに対して，定圧力源シス

９）配管の半分は常に高圧なので制御用補助ポンプ

テムは，駆動力（トルク又は推力）を加減して加速が省略できシステムが簡素小型軽量低価格になる．

度を制御するという考え方に立った駆動力制御によ１０）ブーストポンプや制御用補助ポンプの駆動動力

る加速度制御である．
油圧は大質量の物を駆動するのが得意であるが，は全てエネルギーロスになるがこれらを省略でき

物理学で力の定義は「質量＊加速度」であり，質量る場合が多く，システムの総合効率が向上し，に力が働いて先ず加速度が生じその結果の時間積分

クーラーの省略やタンクの小形化による低価格

が駆動速度となる，というのが力学の順序である．

化・保守性向上が可能．
●制御面ではもしこの順序を無視して，いきなり流量を増やして急加速を試みても異常圧が立つだけであり，また

１１）１本の共通高圧ラインに多数のアクチュエータ

逆に，急に流量を減らせばキャビテーションが発生を接続しても相互の干渉なくそれぞれの負荷を同してしまうが，CPSではこの様なことは有り得ない．

時に独立に自在に加速／減速することができる．
１２）トルク制御なので加減速度制御となり，速度の急変がないスムースな運転となる．
１３）トルク制御すなわち力制御なので意図した以上

＊

平成１
４年４月２
２日 原稿受付の力が加わる虞なく安全である．

＊＊

CPS研究会
１
０
１ 京都市西京区北沓掛町３―５―９）（所在地 〒６１０―１
第３３巻 第５号

１４）空気混入や長いホースの弾性などで配管内媒体
２
１

２
０
０
２年８月（平成１４年）

270

フルードパワーシステムの剛性が低下しても制御性能は悪影響を受けない．
１５）長期使用などで基本機器の容積効率が若干低下
しても制御性能はほとんど悪影響を受けない．
●その他
１６）油圧回路の単純化（補助的制御弁類の廃止）
従来の油圧回路では，重量物が重力や慣性によって逸走するのを防ぐためにカウンターバランス弁やモータブレーキ弁が必要であるが，CPSでは正逆両方向連続的に自在に力を加えることができるので，この種の複雑な弁が不要になるだけでなく制動時に重量物の持つ位置・運動のエネルギーを回収できる．
３．Energy Re―usable System
３．
１

エネルギーの回収と再利用

図１

上記のようにエネルギー回収が可能ということは，

エネルギー回収式定圧力源装置

減速時または下降時にブレーキを使用しないことを意味しており，制動機の磨耗・発熱・騒音対策が不要となる大きな利点もある．
一般に，技術レベルの向上に従って摩擦力による負荷は減少し，質量による負荷（慣性力・重力）が残ることになるので，回収可能なエネルギーの比率が年と共に向上する．
以上の観点から見て，下記システムに適している．
Ａ）発進・停止を繰返す車両（悪路は不適，レール
上が最適）
，例として
坑内ロコモーティブ，コンテナヤード内運搬車，
路線バス，宅送便配送車，通勤・買物用自家用車，
フォークリフト，その他
Ｂ）重量部分を頻繁に上下させる作業機，例として

図２

正負流量に対してほぼ一定圧を保つ

エレベータ，プレス，クレーン，井戸堀機等
３．３Ｃ）慣性モーメントの大きい回転体の頻繁な回転・必要に応じて物を加速したり高所へ上げたりする

停止を繰返す装置，例としてが，何時までも加速のままとか，上げたままで放置

遠心分離機の群制御，鋳造機のターンテーブル

しておくことは有り得ない．必ず減速させるか，下Ｄ）動力の回収が必要な装置，例として

へ降ろすことになる．

トランスミッション試験装置
３．
２

回収エネルギーを再利用する手法（電源なし）

回収エネルギーを再利用する手法（電源あり）

従って減速時または下降時にエネルギーを回収し電源が有る場合は至極簡単で，定圧力制御付基本てエネルギー蓄積機器に蓄えておき，次の加速時ま機器が誘導電動機で駆動されていれば良い．（図１）

たは上昇時に蓄積機器から取出し再利用するという回収時には高圧ラインに高圧油が戻って来るので定手法が考えられ，この場合，何等かのエネルギー蓄

圧力制御が働き，基本機器の偏心が負となって戻り積機器が必要になる．

油を流入させ，基本機器が油圧モータとなって誘導

３．
３．１

エネルギー蓄積にアキュムレータを使用（図３）

海外で多くの成果を上げているREXROTH社の電動機を駆動するので同期速度より少し速く回転しSecondary（図２），誘導発電機となって電源に電力を返す．

Control

System（駆動側ポンプをPri-回収された電力は同じ受電設備下で稼動中の電動maryと考え，被動側モータ（斜板を正逆両方向に機等があればその電力源として再利用され，なけれ

傾転可能）をSecondaryとし，モータ斜板傾転角をば送電元の電力ネットワークに戻され再利用される．

正逆両方向に制御する定圧力源システム）では，殆ど全てアキュムレータを使用している．

前記の遠心分離機の群制御やトランスミッション

図は安全のためロジック弁がパイロット電磁弁を試験装置などがこの手法の例である．
第３
３巻 第５号２２２００
２年８月（平成１４年）

271

喜多 康雄：より省エネ・省資源の駆動システムを目指して

図３

蓄圧器によるエネルギー回収／再利用

図４

はずみ車によるエネルギー回収／再利用

励磁しない限り開かないようにした例を示す．
負荷質量の減速／下降時には共通高圧ラインから高圧油が戻って来るので窒素ガスが圧縮されて圧力エネルギーとして回収蓄積される．その後，加速／上昇時に共通高圧ラインの高圧油が消費されて圧力が下がろうとするので，窒素ガスが膨張し高圧油が共通高圧ラインに放出されて再利用される．
大流量大馬力に対応でき，騒音・耐久性もすぐれているが，高圧ガスの法規制もあり，取扱い・保守に注意が必要で地震・火災・戦争等の災害時対策が難しいように思われる．
３．
３．
２

図５

エネルギー蓄積にフライホイールを使用（図４）

エネルギー回収式昇降駆動装置

図１の誘導電動機をフライホイールに取り替えたものに相当し，フライホイールと定圧力制御付基本

速度の積以下に制限される．

機器を結合したフライホイールユニットを使用する．

２）蓄積量が時間と共に減少する．

回収時には高圧ラインに高圧油が戻って来るので

３）回収時のモータ効率と再利用時のポンプ効率の定圧力制御が働き，基本機器の偏心が負となって戻

積が総合再利用効率になるので，実用効果を高め

り油を呑込み油圧モータとなってフライホイールをるには基本機器の内部損失等，システム内のあら加速し，運動エネルギーの増加として蓄えられる．

ゆるエネルギー損失を最小にする必要がある．

再利用時には，高圧ラインの高圧油が消費され圧

４）基本機器は常に高速回転を続けるので軸受寿命が下がろうとするので定圧力制御が働いて偏心が正が永く，高速域での効率も高く，高温低粘度時のとなり，フライホイールで駆動される油圧ポンプと効率低下も少ない可変ポンプ／モータが必須．
３．
３．３

なって油を吐出し，フライホイールの運動エネル

エネルギー蓄積に重錘を使用（図５）

図５はエレベータや立体駐車機などの様に重量物

ギーが消費されて減速する．

を上下させる装置で，重量物の下降過程で失う位置

アキュムレータと比較した長所としては
１）高圧ガスの法規制なく，取扱い・保守が安全

エネルギーを釣合錘の上昇で蓄えた状態を示し，そ２）同じエネルギー量をより小型・軽量で蓄積できの後の負荷上昇過程で釣合錘が下降して再利用される．

る

RT―Vは圧力比可変のRINT（回転型油圧トラン

３）蓄積量による圧力の変動幅が小さい．
４）蓄積量は回転速度から簡単正確に測定できる．

ス）を表し，負荷と釣合錘を支持する夫々のシリン５）配管等の破断時にも最大流量はポンプ押除容積

ダの圧力比を制御することにより，理論的には無動と回転速度の積以上にはならず，安全である．

力で負荷を上下両方向にスムースに加速・減速・停アキュムレータと比較した短所としては止させることを無限に繰返すことができる．

１）エネルギー回収時の最大流量は押除容積と回転
第３
３巻 第５号２３２００
２年８月（平成１４年）

272

フルードパワーシステム!

３．
４ Energy Re―usable System用の基本機器

２軸受寿命が永いこと．

図１の電動機をエンジンに変えたものと，図４と●ERSではエネルギーロスを最小にしなければ効図４のフライホイールを減速歯車付タイヤに変えた果があがらないので!
ハイブリッドカー駆動システムが出来上がり（図６）， ４!部品間隙間からの漏れが少ないこと．
５
プロペラシャフトやデフも不要で，バリアーフリー!高速域まで効率が低下しないこと．
６の低床バスなどに最適と思われる．
!高温・低粘度域まで効率が低下しないこと．
もの一対を共通高圧ラインにつなげば，忽ち油圧式

３部品間の摩擦損失が少ないこと．

すなわち，（制御方法は違うが）同じ基本機器を４台使用するので，その効率などの諸性能がシステ!

●車両用としては小型軽量が望ましいので!

●また，すべての用途にたいして

７高速・高圧・高温運転に耐えること．

ム総合性能を決定的に左右することになる．
現在普及している可変ポンプ／モータは斜軸式ま

８騒音が低いこと．

たは斜板式のアキシャルピストンポンプであるが，

３．
４．２

FFC式可変ポンプ／モータ（図７）

斜軸式は起動トルク効率と全効率が良いが，転がりFFCとはFluid―Force Coupleのことで，液（の圧）軸受寿命が危惧されるほか，正負両方向可変型は大による力がカップル即ち偶力（強さ等しく方向反対型大重量となり応答性も悪くなるので適しない．

で作用線がオフセットしている一対の力の組合せ，

従ってセカンダリコントロールシステムでは全て＝純粋の回転力）を構成しているという意味である．

斜板式を使用している様である．

出力軸はこのFFCで駆動されるので，軸を支持

しかし，斜板式は起動時に傾転角を大きくすると， する転がり軸受荷重は極小となり小型軽量・長寿
ピストン先端のスリッパーパッドと斜板間の静圧バ命・低騒音・低コストになる．

ランス力が不足する上にピストンのこじれ力による従来の油圧モータでは，シリンダ内の液圧の力を側圧も増えるため，摩擦力が増えて起動トルク効率

ピストンで推力に変換し，推力を回転力に変換するが落ちるだけでなく，静止摩擦と動摩擦力との差に機構を介して出力軸を廻していたがそのような機構よるスティクスリップを生じ易いので，車両発進時が不要になったので，高効率で高圧・高速・低騒音などで対策が必要になる場合もあり，特に作動油が運転が可能になった

高温・低粘度になりがちな車両駆動システム用としもともとは高含水作動油用に開発した新構造で，ては理想的な可変ポンプ／モータとは言い難い．

全部品を鉄で作り表面をパーカライジング処理してまた高圧・高速化に対応するために，シリンダー組み立て，機振協技研での耐久試験後分解点検時にブロックのシリンダ内面や弁板に接する端面を銅合立会った時の所見で，各部品の表面処理は全くその金の層で覆ったものも現れているが，リサイクル・ままであった．おまけに「輸入も含む他社ポンプに再資源化の面では好ましくない．

比べて非常に音が静かだった」と油圧ポンプ屋とし

３．
４．
１ E.R.S.用基本機器として望ましい性能ては初めて聞く褒め言葉を戴いた経験がある．

●CPSは流量制御でなく力・トルク制御なのでこれは下記に詳述するように，FFC式では内部

１起動・低速時の出力トルクの非線形性が少なく，!

部品がすべて互いに静圧バランスを保っているので，起動・低速時のトルク効率が高いこと．

密に接触を保ちながらも決して強く押付け合うこと●CPSでは常に高圧で運転されるのでが無い設計になっているためである．

図６ フライホイールによるエネルギー回収／再利用する油圧駆動ハイブリッドカーシステム
第３
３巻 第５号

２４２００
２年８月（平成１４年）

273

喜多 康雄：より省エネ・省資源の駆動システムを目指して!

◎出力軸は２が受ける偶力で回転☆従って転がり軸受の荷重が極小☆従って小型軽量・低価格・低騒音◎３４５は完全圧力バランス☆従って作動液の潤滑性が不要☆従って高圧高速運転が可能☆従って耐久性・信頼性が高い◎３にシールリングの適用が可能☆従って総ての漏れ隙間がゼロ☆従って低粘度液の使用が可能☆従って高温時の効率低下が小◎シリンダの底の油路が広い☆従って流路抵抗が少ない☆従って高速運転域の効率低下が小

!!!
!

図７

FFC式可変ポンプ／モータの構造と，それによる特長

解説図を図７に示す．ピストンとは端面に受けた

方向に純粋な回転力（Couple）が働くことになる．

油圧を推力に変換する部品と云うならば，その意味

なお，この構造では，シリンダの径とストローク

でのピストンは無いので，筆者はラジアルシリンダの比（直径／行程）が従来のポンプ／モータよりもポンプ／モータと呼んでいる．

大きく，従ってシリンダ底面の油路が広く抵抗が小さいので高速域での効率低下が少ない．

ただし，シリンダ中心線は回転軸に直交せず少し!

傾いている．その理由はシリンダーブロック４の中!

４．Energy Re―usable Systemの展開

心で嵌合してそれを支持するピントル５をテーパーにすることにより，嵌め合い部の漏れ隙間を無くす

我が国ではマイコンコントロールシステム設計にると同時に，ピントルの嵌め合い部が片持ち荷重に必要な設計ツールや，電子制御器やセンサー類や，より撓むのを防ぎ，組立も容易にするためである．

!

ボード類なども完備されているので，誘導電動機を各シリンダに嵌合するピストンに相当する部品３

トルクが逆転する誘導発電機域まで使うことが常識

は若干絞られてはいるが筒抜けなので，シールブッ

化すれば，電源がある場所ではエネルギー蓄積手段

シュと呼んでいる．

を必要としないのでCPSは普及し易いはずである．

!

シールブッシュ３の外側端面は静圧パッドを形成

フライホイールユニットはエネルギ蓄積手段であしシリンダ圧を導入して内側端面のシリンダ圧によると同時に共通高圧ラインの圧力を（可変ポンプ／

る外方向の力と完全バランスをとっている．

モータの定圧力制御機能によって）設定値に一定に!

入出力軸と一体の偶力リング２はその内面が７個保つ手段でもあるので，設定を変えることによってまたは９個の平面をもつポリゴンを形成しており，エネルギー損失なしに，直ちにシステム圧（共通高各面はシールブッシュの静圧パッドと接している．

圧ラインの圧力）を自由に変更することができる．

また，偶力リング２外面の静圧パッドはフロント

このアキュムレータには無い自由度を有効に使っ

カバー１の内面に接しており，ここにも３の外端面て，常にシステム総合効率が最良になるようにシスの静圧パッドからシリンダ圧が導入されている．

テム圧を随時変える方法も考えられ，C.P.S.からP.S.

!

!

!

!

従って偶力リング２の（高圧ポートの反対側，図S.（Pressure Source System）への展開や，また回では上側）半周は，内外両面の静圧室から同じ強さ

転速度低下による蓄積エネルギーの損耗を最小限にのFluid―Forceで押されることになる．

抑えるため，予測をとりいれ必要以上に回転を上げ!

ないように制御する方法も考えてゆきたい．

一方ピントル５は，それをリヤーケースのＶ型溝に沿って紙面に直角に移動させてシリンダーブロッ

地球の引力を利用した重錘による方法（図５）はク４の回転中心を偏心させることにより，偏心量に新しく思い付いたもので，圧力が重錘の上下方向の比例する押除容積を正負無段階に設定できる．

加速度分だけ増減してしまうが，かえって負荷速度

!

!

!

の急激な変化を阻止する方向に働くので，スムース

従ってもし５が手前に偏心しているとすれば，３!

な加減速が保証されるものと期待している．

も手前に移動するので，２を内側から押すFluid―

原理的には無動力で重い物を高速で昇降させるこForceの作用線は手前にオフセットする．

!

一方２を外側から押すFluid―Forceの作用線はそとができ，エネルギー蓄積手段も簡単・安全であり，のままなので偶力が発生し軸端から見て軸を反時計

複雑高価な加減速制御も不要になるので超省エネ・第３
３巻 第５号

２５２００
２年８月（平成１４年）

274

フルードパワーシステム

低価格・高信頼性のシステムを実現したい．

号（１９８８）pp７／１
４

GDS（Gravi―Drive System）と 称 す る こ と に し!

４）喜多康雄：定圧力源システムのすすめ１，油圧とて，今後の展開を計りたいと考えている．

３空気圧，２５巻１号（１
９
９
３）pp４
６／５

!

５）喜多康雄：定圧力源システムのすすめ２，油圧と３．お わ り に

０
７
空気圧，２
５巻２号（１
９
９
３）pp９
９／１

現在の世界のエネルギー消費量は約１２兆Ｗで太陽６）喜多康雄：FFC方式の可変ポンプ／モータ

エネルギーの入射量１７万兆Ｗと比較すると１万分の

油空

７
圧技術，３
２巻３号（１
９
９
３）pp１
９／２

１にも満たない，というデータがあり自然エネル

７）喜多康雄：フライホイールを利用した油圧エネル

ギー利用を進めれば経済性は兎も角としてあと数億

ギーの回生法，フルードパワーシステム，３
０巻２

年は何とかなる様である．

３
号（１
９
９
９）pp１
７／２

問題は資源の廃棄による環境汚染と枯渇である．

８）喜多康雄：セカンダリコントロールとCPS 油空圧

省エネと環境汚染の見地から車の運動エネルギー

７
技術，３
８巻１
３号（１
９
９
９）pp１
９／２

を回収・再利用するハイブリッドカーが注目を浴び

９）山路憲治：２
１世紀の地球環境問題とエネルギーており，大容量の蓄電池を使用するシステムが多い

６
自動車技術，５
５巻１号（２
０
０
１）pp３
１／３

が蓄電池は再資源化が困難と思われるので，寿命後の大量廃棄による環境汚染や資源の枯渇が心配になる．
［著

上記のエネルギーリサイクルシステムは何れも蓄電池を使用せず，資源リサイクルが容易な機器のみで構成されており，永い目で見るならば，真に地球に優しいシステムではないかと考えている．
参

考

文

き

た

やす

お

喜

多

康

雄 君

者

紹

介］

１
９
２
７年２月５日生まれ．
１
９
５
３年東京大学機械工学科卒．１
９５
３年 株島津製作所入社．１
９
８
７年CPS研究会代表，
現在に至る．油圧機器の開発，油圧システ
ムの研究に従事．日本機械学会，日本油空圧学会，自動車技術会，風力エネルギー教会等の会員．
E―mail：yakita@mbox.kyoto―inet.or.jp.

!

献１）喜多康雄：風力と油圧技術，油圧と空気圧，１
１巻
７号（１
９
８
０）pp７／１
２２）喜多康雄：液圧技術のゆくえ，油圧と空気圧，１
２
０
巻５号（１
９
８
１）pp６／１
３）喜多康雄：油圧について，油圧と空気圧，２０巻２

第３３巻 第５号

２６２００
２年８月（平成１４年）

275

小曽戸 博：ポンプそして人生

解

説

ポ

ン

プ

そ

し

て

人

生＊

博＊＊

小曽戸

行くかもしれない』と衝撃を感じ，それからは一気

１．は じ め にに進んだ記憶がある．そのコピーを置いてくれた人

内田油圧機器工業の社長だった内田泰男氏と飲んに，今でも感謝している．
『研究でも，仕事でもそでいた時に，「お前はポンチュウだ」と言われた．

して人生でも，行き詰まってもあきらめるな．懸命「アル中ならわからなくもないが，ヒロポンはやっにやっていれば，解決は必ずできるし，神（広い意ていません」．
「そうではない．ピストンポンプと言味で）の助けもある』ということを初めて実感させ

えばすぐ夢中になり，中毒にかかっているからだ．

てもらった．
ところで，その研究で流量制御用に日本製鋼所のおまけに油圧バカだ」と笑われたことがある．
冒頭からふざけた話で申し訳ないが，上記は『私サーボ弁を使ったが，何故かうまく動かなかったのの歩んだ人生』を， そのものずばり と表現してで，仕方なくサーボ弁を持って日鋼・横浜製作所をいるとしか言い様がない．そこで，その意味すると訪ねた．これがきっかけとなって，入社することにころを明らかにするために，本企画の趣旨に合うよなった．（高圧側にフィルタを入れたら解決）

うな形で書いてみようと思う．
２．出会

３．日本製鋼所時代

い

石原貞男氏，杉岡勲氏など油圧関係の歴史に名を私が静岡大学４年生の時，授業で市川常男先生が残すメンバーが出た電子技術研究所があったが，「東京オリンピック（１９
６４年）の棒高飛び用の支柱

１９６７年に私が入社した時はすでに解散していて，研は油圧を使って上げ下げした．油圧はパワーショベ

究・開発の方向は提携していた図１に示すような

ルを動かすだけでなく細かい制御も出来るのだ」とルーカス形及び図２に示すようなトーマ形ポンプ・言われたことに感心して，翌年修士として先生の研モータの改良開発であった．
（いきなりカタカナ名

究室に入った．そして，「油圧モータの低速特性」

が出てきたが，当時日本全体ではピストンポンプ・を研究テーマとしたのが，油圧との出会いである．

モータだけでも，３０品目の技術提携が行われており，

当時は新制大学で修士課程ができ始めたばかりで，いずれも高額の提携料を払っていた．）

先生はしばしば「修士課程の卒業評価は機械学会に両方とも導入時期の模倣技術主体の時期が過ぎ，論文を出せるかどうかだ．その気で頑張れ」と言わ国産化の自前製品の開発が要請されている時で，油れ，当時の先輩やごく近い後輩はこの教えを良く

圧研究室に配属されて製品全体を担当する機会に恵守っていた．

まれたことは，技術習得のためにラッキーなこと

さて，低速時の回転むらとステックスリップ現象
は実験的に出せるのだが，データのまとめ方とパラメータの振り方で１ヶ月程行き詰まっていた．そんな時，ある朝研究室に行ってみると，日立製作所松崎淳さんの工作機械のベッドの動きに関する直線形のステックスリップの研究を報告した機械学会講演
論文集のコピー２枚が机にのっていた．私の目指す
方向と違っていたが，『そうか，こうすれば上手く

＊

平成１
４年４月２
６日 原稿受付＊＊!

内田油圧機器工業 株（所在地 〒３００―８５８８ 茨城県土浦市東中貫町５―１）
第３
３巻 第５号

図１
２
７ルーカス形斜板ポンプ・モータ
２００
２年８月（平成１４年）

276

フルードパワーシステムの組立図が１枚あり，これを使って，ポンプ・斜板
可変／モータ・斜板固定の構成しようということになった．外観は当時ダイキン工業がサンドストランド社と提携していた外寸カタログが１枚あるだけで，ピストン・シリンダブロック周り，弁板，ハウジン
グ，取付面等々寸法もわからず，アルミダイキャス
トのハウジングや部品の材質も適当にやろうとするのだから無茶な話である．だが，逆に言えば誰もわからないのだから，下らない失敗をしなければいいだろうと，生来の気質が出てくる．
図２ トーマ形斜軸ポンプ・モータ

設計チーム員にも恵まれ，かつ試作図面が出てからは毎朝製造部門の責任者と打合せをするという会
社幹部の計らいで，大きな遅れや失敗はなかった．

だった．
ルーカス形斜板ポンプでは，重負荷用ポンプの技

この過程で，７本と９本のピストン本数の違いと操術習得のために，リバプールにあるルーカス社に２作レバーの振動，操作性能，各部品の損失特性など

ヶ月の長期出張となり，設計部長から斜板ポンプのを明らかにしたりして，改良を重ね，客先の担当者

設計技術をじっくりと教えてもらった．この間グラからは「競合他社に比べて格段に優秀なHST」とスゴーにあるイギリス国立研究所（NEL）を訪問の評価を得た．実機評価は高知の田圃で電源と電磁し，ポンプ弁板の圧力分布の測定やキャロンのボー

オッシログラフをコンバインの上に乗せ，埃まみれ

ルピストンモータを積んだホイールローダを見学しの中這いつくばって記録を採った．そしてフィリピ

た．石炭の露天掘りの現場見学もした．

ンから旭川まで，地下足袋を履いて機械と一緒に歩このポンプは，閉回路のHST用であり，国内でいたが，農業機械の実態を知るのに良い経験となっは販路が見つからず，東京製作所で生産していた

た．このHSTの構成は図３に示すもの で，１９７
７年

ショベル用の開回路用に転用することになったが，頃の雑誌「油圧技術」に報告したが，現在でも業界

クレードル斜板の軸受にグレーシャ社製のDUメタの標準的な形になっている．

ルを使っていて，高温時の高頻度サイクルには耐え

次はトーマ形斜軸ポンプについてだが，当時のられなかった．３〜４年後に再訪問し解決を要請しメーンテーマは「１００ ポンプの高速化・高圧化」

たが，逆にイギリスではショベル用への需要がなく，と「７８０ ポンプの開発」だった．

!

!

責任者も前回とは変わっていて，開発に消極的で前者はシリンダブロックの応力解析を担当するこあった．結局は互いに需要先が違うため成功した製とになり，室蘭製作所研究所の最新鋭のコンピュー品とはならなかった．

タを借りて有限要素法を適用することになった．シ

入社８年目位の時，従来から製作していた図１のリンダブロックの拡大図を方眼紙に書き，各節点のような中負荷用のポンプの大形化を図れとの指示がＸ，Ｙ座標を読取り，カードに打ち込み，工場の作

出 て，そ れ ま で は 最 大２
３７ だ っ た の を，一 気 に業が終わった夜１０時頃から計算して，翌朝にやっと

!

!

１，
０
０
０ を新設計することになった．当時杉岡さん
がトーマ形斜軸ポンプの設計資料を整備しつつあり，
これを参考にしながら従来のルーカスポンプの設計
資料，前記重負荷ポンプの資料そして市川研究室以
来溜め込んできた新規事項を取り混ぜて，一つにまとめ上げた．全部品の設計をこの資料で仕上げた経験は自分にとって大きな財産になった．
同じ頃，井関農機が稲刈りコンバイン用一体形
HSTトランスミッションを探しているとの情報が入った．イートンマーシャル社のボールピストン形
HSTを使っているが，高温になると漏れが多くな
り，田圃の中で走らなくなるため，アキシァルピス
トンタイプに変更したいとのことであった．たまた
図３ １
９７
６年頃の一体形HST

まルーカス社から参考用にもらった軽負荷用ポンプ
第３
３巻 第５号２８２００
２年８月（平成１４年）

277

小曽戸 博：ポンプそして人生

膨大な紙データが出てくるような状態だった．それを自分でプロットして，良否を判定するのだが，何が正で，何が誤りか判らないまま判断するのだから，楽ではない．「どうもおかしいな」というようなデー
タが出てくると方眼紙からカードの数値まで見直し，
全てをやり直すことになる．１
０日の間朦朧としながらまとめたデータを抱きしめて，帰りの青函連絡船で飲んだビールは美味かった．
また，各種材料の強度を，室蘭の研究所に依頼して行ってもらった疲労試験結果と独自に製作した模擬試験装置で比較検証して，「油圧技術」に報告したが，当時としてはポンプの材料関係の資料として先駆的なものだったと思っている．

!

後者は，トーマ博士の基本設計品が６３０ まであり，それを類似設計により，タンカの舵取り機用及び室蘭製作所の８，０００トンプレスの油圧源にしようとするものであった．機構的な部分は相似設計で可能だが，シリンダブロックと弁板の間に特殊な間欠潤滑機構があり，この部分の給油孔と溝形状を最適設計するのが課題だった．最適設計というからには
理論的裏付けが必要なのだが，どこから手を着けて良いかわからない．
何とか数式を作っても，図４に示すモデル的な間
欠給油の解析例からも明らかなようにラプラス変換
や周波数応答は全く役に立たないので，アナログコ
ンピュータが必要ということになったが，これも誰もわからない．参考書を買って勉強を始めたが，実機がないことには何も進展せず，僅かな伝を頼りに三菱電機，日立製作所，東芝を訪ね，実機見学と仕様検討をした．そして１千万円は下回らないということがわかったが，この金を０．
５㎜程度の放電加工による溝一つ決めるのに会社が認めるかというのが，
図４ 間欠給油アナコン解析事例（上段より給油圧力，ポケット圧力，油膜厚さ，絞り部流量）難関だった．杉岡さん達の後押しもあって，時の製作所長は「必要なものだったら買いなさい」と快諾してくれた．これは嬉しかった．
自分のために買ってもらったようなアナコンを使って，間欠潤滑機構の設計を始めたが，やりだす

るか．給油比率の影響は．

! 円筒形の絞り特性は市川研究室で明らかにされと色々と興味深いことが出てきた．しかし余り深入２

りしていると，期限のある製品はまとまらないため，つつあったが，弁板に使われている四角形断面は程々にして寸法を決めた．試作試験は上々で，先のどうなるのか．縦横比の影響はどうか．ついでにプレス機ではリアクタの鏡板成形の実機試験，舵取

三角形断面になったらどうか．

３ 実際のポンプ・モータの弁板は複雑で，通常の!

り機では２０万トンタンカの伊豆大島沖の海上公試を立会い，成功体験をした．

軸受け部と間欠給油部があり，かつその連動作用

一方では，興味が出てくると止められない性分で，間欠潤滑機構を本格的に研究してみようと思うようか．アナコンでシミュレーションできるか．

４ さらに，実機での圧力や油膜厚さの測定はどの
!

になった．

! 静圧スラスト軸受け自体が間欠的に給油されたような計器を使ったらいいのか．価格・納期は実１現可能なのか．等々

場合，軸受け面の高さ，流量や負荷能力はどうな
第３
３巻 第５号がある．それらを一括できる理論体系がまとまる

２
９

２
０
０
２年８月（平成１４年）

278

フルードパワーシステム

くなるので割愛する．

「先が見えているものは単なる試験で，研究開発とは先が見えないもの」とは良く言われることだが，

ところが，一方では当時の日本製鋼所の油圧事業後で整理すれば以上のようになるが，その時は夢中

は業界の中位以下で，社内の売上高比率でも，５％で，順不同の手探りの連続だった．実験装置は自分以下でしかなかったため，応用品開発の名のもとに，で設計し，現場の班長さんに「こんな細かくて，難射出成形機本体や石油送油管切替え弁の開発に油圧しいのは作れるか」と小言をいわれ，「でも，こう機器の設計者が引き抜かれた．そして製造部門もそやった方がいいよ」と教えてもらいながら仕上げつ

れらの方向にシフトして行った．そのため，厳しさ

つ，一方では試行錯誤しながら理論体系をまとめた．

を増してきていた油圧製品の開発競争やコスト競争

コンピュータも普及しておらず四則演算しか出来なに付いて行けない悪循環に陥り，急速に油圧事業を

い計算機の前で，対数表を引き，計算尺と雲形定規

縮小することになってしまった．会社には恩義もで図表を作る毎日だった．

あったし，高度な引止めもあり，離れがたい気持ちはあったが，もっと油圧事業に力を入れているとこ

ただ，このような研究も民間会社でやるには色々

ろに移ることにした．

と問題が出てくる．これを最小限に押えるため，実験は他の人に手伝ってもらう関係もあり勤務時間内

４．ダイキン時代

でやるとしても，計算やアナコンその他は残業代なしの夜間や休日を使った．３年間の正月休みは二日

ダイキン工業の油機事業部は淀川製作所の中にあ間だけだった記憶しかない．学位論文の全体草稿をり，ここには１９８３年から９年間勤務したが，大きく仕上げる時はまとまった時間が欲しいため，１週間前後半に分けて，二つのポイントだけを触れる．
前半は図５に示す「開回路用斜板ポンプ」の開発の有給休暇を取って保養所に泊り込み，その後の仕である．これは当時ダイキン，サンドストランド，

上げも全て時間外だった．
最終的には，入社５年後の１
９７
２年に東京大学・石サウワの３社が提携関係にあり，共同で開発項目を

原智男教授のところに論文を提出することができた．

定め，それらを分担し合う協力体制となっていた．

機械学会論文集にも掲載され，本学会の第１回学術

この内ダイキンは前述のポンプを担当することにな

論文賞もいただき，又親戚と小中学校の同級生は祝り，海外の２社からは建機用に合わせた軽量・低価

宴を開いてくれた．友達からの万年筆は嬉しかった．

格の仕様が，国内からは産機用，特に射出成形機用会社はスエーデンのへグランド社ともデッキクに，低騒音重視の仕様が出されてきた．しかも，両レーンで技術提携関係にあったため，これに使うマ方とも当時しては世界トップクラスの値であり，後ルチカムモータのカム転動面の強度解析や実験をしから考えれば当然だったとしても，担当の責任者とて，高面圧部材の必要特性を明らかにしたり，デッ

すれば，「同じポンプで両方同時に満たすことはでキクレーン用のポンプを改良開発して，北緯６３度よきません」と初めから言うわけにはいかず， やる

り北にある本社に技術説明に行ったりもした．これしかないという思いでスタートした．

に使用した油圧サーボ機構は，弁に作用する流体力

問題は騒音とクレードル軸受け部の耐久性と，そを補償したスプールを考案し，アナコンで安定性とこに起因する騒音対策である．しかも，始めて２年応答性を解析しつつ関係する諸元を決めた自信作

目頃だったと思うが，実験棟で不具合が発生し，長だった．

期間試験設備が使えなくなった．騒音試験室もこの

この頃は，海外では先のトーマ博士の他，バッケ影響で改造となり，これの仕様から決める必要に迫教授，シュレッサー教授，フィッチ教授，国内ではられた．折角作るならということになり，取付ベー

市川常男教授，石原智男教授，辻茂教授，竹中俊夫教授など油圧技術の発展に多大の貢献のあった方々が第一線で活躍されていた時期であり，研究所・室を訪問したり，あるいは来社していただき，
親しく歓談させていただいたことは大変嬉しかった
し，その後の励みになった．
特にトーマ博士から受けた影響は大きく，今でも付合いがあり，その詳細は文献１）を参照願いたい．
トーマ博士とは協同で，３年ほどに亘って前述のポンプに替わる「新形トーマフレックスの開発」をし
図５て，数機種の製品化をしたが，その経過を書くと長第３３巻 第５号３０開回路斜板ポンプ構造図
２００
２年８月（平成１４年）

279

小曽戸 博：ポンプそして人生

ス部分は絶縁形とし，部屋の大きさや壁の吸音条件に組み入れ，かつセンサー背面に油の沁み込みを防は完全を期すようにした．

ぐのは至難の技で，失敗を重ねた．１個２０万円のこんなことをしていれば，復旧に時間がかかり開ピックアップを４個使って，記録できた波形は文献

発に大幅な遅れが出る．やっと完成して，いざ測定

２）のものと，もう１条件だけである．さすがにこをはじめたら，どのレベルを目指せば良いかというの時は私も 申し訳ない という気持ちで一杯になっことが問題になった．他社のポンプはカタログ値したが，その後の設計に大いに役立った．

かなく，それを鵜呑みにしてよいのか，即ち測定条

軸受部は各種の材料，熱処理の組合せをピンオン

件，環境は同じなのかが問題になった．結局は，競ディスク試験機で調査した．これは先の騒音の解析

合各社の該当製品を調べることになり，内接形ギアと同じく機械研究所の力を借りてまとめたが，実際ポンプも含めて計８機種ほど容量の近いものを購入の使用条件をシミュレーションし，比較した貴重な

し，比較した．

データである．最良のものは，行き詰まっていた時

概略の実力はわかったとしても正確な評価尺度，に，それまでに２〜３回試作部品を依頼したことの及び低減化のアプローチはどうするのか，これまたある業者が，「まだ実績は殆どないのですが，使っ何もない．途方にくれていた時，堺市にある金岡製てみてはどうでしょうか」と持ってきたものだった．

作所で社内の空調関係の騒音研究会が開かれるのをその結果は実際のポンプでも実証されたが，耐久性知って，自分の車にポンプを抱えて運び，「何とかのあるクレードル部を作るだけで２年近くかかってなりませんか，力を貸して下さい」と頼み込んだ．

しまった．

その結果，優秀な技術者を派遣してもらうことにな話が出てから３年以上かかってしまったが，自前り，一緒になってモーダル解析，音響インテンシ

技術だけで基本設計から製造品質まで全てを仕上げ

ティ解析，音像法解析などを行うなかで，当時としたもので，サウア，サンドストランドやキャタピラては最先端の技術を油機事業部の技術として取り込

本社からも高く評価された建機用，射出成形機用電むことができた．途中から，産機用と建機用を一つ子制御式ポンプとしての産機用とも当時としては相ハウジングで共用するのは無理があるということに応のレベルにあった．全体的には文献２）にまとめなり，各々の仕様・目的にあわせて区分することにてあり，海外誌にも掲載され反響があった．
後半でのポイントは「ウォータジェット」である．

した．それからは進度も上がった．騒音レベルはハ
ウジングのリブ形状によっても変わるため，特に産機用は切った貼ったをして最適化を図ってから，

鋳物形状を決定した．
その成果は学会でも発表し，これらの技術もその後体系化され，多くの場面で活用されているし，他社も実用化しているのは周知の通りである．技術に限らず，進歩というものは，ダムの決壊と同じで，ある突破口ができれば一気に進むことがある．それまでは騒音を下げるには弁板のノッチを変えて，後方１mのところで騒音値を比較するというのが，大半であったと思うが，その手法では限界がある．構
成物全体の振動の伝達過程や剛性を数値として評価するという方向に着目し，実際の油圧ポンプに導入したことは意義あることだと思う．もしあの時私が，車に積み込まなかったらその進度はどうだったかと思うし，先の大学院の時に受けた感銘を再び味わった．
このポンプの開発でもう一つの特徴的な点はクレードル面の給油機構とその軸受部の表面処理である．可変斜板ポンプの最重要ポイントはこのトルク変換部であり，勝負が決まる重要な箇所である．間

図６ ３００MPa，オリフィス径０．
１８㎜，噴出速度約
５５０m／s
距離４０〜５５㎜時の噴流幅０．
３〜０．
４㎜

欠給油を採用し，軸受面の圧力波形を測定しようとしたが，豊田工機のピックアップを，狭いスペース第３
３巻 第５号

３１

２００
２年８月（平成１４年）

280

フルードパワーシステム

油圧の応用商品の一つとして，図６に示すような水に繰り出すことになった．内田社長も即座に訪問し，の高圧噴流を使った切断装置で，アメリカのインガ

コンバインやトラクタについての知識を得られるとソルランド社と技術提携した．１５MPa程度の油圧同時に，製図板の前での姿を見ていたので，「本当を約２０倍の水圧に増圧するが，１段目に上述の新規に売る気があるなら，あの姿でなければいけない．

ポンプを使うことになり，この開発グループに移っ

若い技術者にその熱気を伝えてくれ」と言われた．

た．３
０
０MPaで，しかも水，そして往復動のシリン

この余勢をかって，シリーズ化を図り，北海道か

ダといずれも初体験で未知の分野だが，イ社の製品

ら九州そして韓国・台湾にまで，それらのHSTやが今一つ頼りなく，改良開発をすることになった．

通常のポンプ・モータを売り歩き，週の半分位は出ステンレスの二重円筒シリンダの嵌合いと仕上精歩いている時期が３〜４年続いた．技術説明をしな

度，配管・継手のオートフレッタージュ，高圧水のがら新規の客先開発，用途開発を行ったが，その数シール材とその形状及びロッドとの組合せ，ダイヤ

は延べ７０〜８０社で，ファイルは１０冊を超えた．また，

モンドノズルの形状と噴流形状，アブレシブノズル

大久保歯車工業と協同で，油圧モータ，バルブと歯材の開発，切削効率とその評価法，ポリマーの効果

車機構を組合せた新しい駆動方式を開発し，たまね等を調査検討し実用化した．機械研究所の他に，東ぎ収獲機やさつまいも収獲機等に採用された．更に，京工大の中原教授，東北大の小林陵二教授及び村井

歯車ポンプと歯車の組合せで，トラクタの後ろにつ等教授らの助力も得ながら，相応のレベルに到達し，けて田圃の代掻きに使うハローの駆動装置も開発し一部は本学会誌でも紹介した．

た．会社としては井関農機が端緒となり農業機械部

３年程して一区切り着いた頃，ドイツ・レックス

門への手がかりができ，トラクタ等へのHSTも開ロスの日本支社を介し，油圧ポンプの技術者として，

発・販売され，バルブにまで手を広げるようになり，

BHY（Brueninghaus Hydromatik GmbHの略称）

新しい一つの部門となった．

に就職しないかという話が入ってきた．ヒドロマ

一方では，コンクリートミキサ車用に，レックス

チックの製品は，先のトーマ博士の父であるハン

ロス・スコットランド社のマルチカムモータと大久

ス・トーマ氏との技術提携をベースにしたものであ保歯車の歯車を組合せた駆動装置を開発し，試作的り，自分の技術の原点に触れられる思いと，本場でには完成し特許も取ったが，土木建築業界の急激なポンプの開発が出来る喜びで，ドイツに行きたいの

市場の落込みにより日の目を見なかった．しかし，は山々であった．しかし，一方では丁度息子が大学

他の応用例での経験も含めて，カムモータのメリッに入ったばかりで，決断が着かなかった．暫くして，

ト・デメリット，技術的ポイントを理解するのに役BHYと提携関係にある内田油圧ではどうかとの誘立った．
自分が先頭に立って開発をリードした最後の製品

いがあり，先の思いは国内でも実現できるであろう

は，図７に示すように前述を進化させた，ポンプ・と考え，移ることになった．

斜板可変／モータ・斜軸可変の別の客先向け一体形

５．内田油圧時代

HSTである．BHY製品の応用編だが，仕様的にも最高級で長年の念願が適ったと思った． これで良１９９２年筑波山を仰ぎながら入社したが，すでにBHYか ら の 主 要 製 品 の 導 入 は ほ ぼ 終 わ り，ミ ニ

し，問題が出るはずが無いと，少し高をくくってショベル用の２ウエーポンプもほぼ完成しつつある

いたのかも知れないが，実機試験での詰めが甘く，時期だった．何をしようかと思案した結果，農業機

量産に入ってから大クレームとなった．客先の製品

械部門が比較的手薄なことがわかった．

が工場出荷を出来ない状態になってしまい，辞職を以前に付合いのあった井関農機を１０数年振りに訪考えざるを得ない状況になり，悪性ではなかったが，問して，この分野の情報を得ようとしたが，それに大腸のポリープもおかしくなって入院する羽目にはお土産が，しかも内田油圧らしい特徴の出せる製なった．自分に情けなくなり，眠れぬ日が続いたが，品が必要である．前の時の経験から，ポンプ・斜板

全社あげての協力体制，関係者の日夜を分かたぬ努

可変／モータ・斜軸固定の小形一体形HSTが最良力と客先の協力で急場は乗り切ることが出来た．

だと当たりをつけた．しかも，BHY製品をベース

危機的状態を脱し，一段落してから改良開発したにして，高圧・高性能／小形・軽量とするなら絶対結果，幸いにも次期生産品は客先の工場出荷段階及に話に乗ってくれるはずだし，かつ思いを込めた図

びフィールドでも何一つのクレームもなく，期待通

面なら手書きでも説得出来ると，製図板の前で定規りの性能を出して，北海道等で活躍している．後でを動かした．必要なところを抑えた図面資料により，思えば大学院時代の感銘と同じであると共に，自分早速採用の方向となり，打合せの初日から松山の街への戒めと思っている．今度こそ第３
３巻 第５号

３
２

究極のHST２００
２年８月（平成１４年）

281

小曽戸 博：ポンプそして人生

た．また規格部会の油圧ポンプ・モータ分科会の主査として，主にISO関係及びJIS規格の作成に携わり，担当委員各位の多大の協力のもとにほぼ２０編をまとめた．その中で特に，騒音関係のJIS B８
３５０が大幅に変更される予定で，戸惑いが出るかも知れな
いが，解説の項で背景を説明してあるので参照願いたい．また，BHYもISO規格の作成・準拠には非常に積極的で，国際会議の場等で会うと，互いの技術が公益に役立っていることが確認できて嬉しい．
こうして振り返るならば，３５年余りに亘ってポン
プ・モータの製品開発の現場を歩いて来たわけだが，新婚の頃から「油臭い」と言われながらも，「俺の血液の半分は油だ」と言いつつ，常にポンプ・モー
タから軸足をはずすことがなく，少しでも技術的枠を広げようと，油圧の時代を歩んで来たのが私の人生である．とは言うものの，決して平坦な道ではな
かったことを行間から感じていただき，少しでも参考になれば幸いである．そして，どの項目も自分一図７ ポンプ・斜板可変／モータ・斜軸可変
一体形HST

人だけでやったものはなく，協力会社を含めて，社の内外を問わず支え助けてくれた多くの人のおかげであり，この人達に感謝しつつ，今後とも油圧技術の発展・敷衍に微力を尽くしたいと思っている．

と言える製品が出来たところで，定年退職の花束が以上により，今度内田元社長と飲む機会には，自待っていた．

分が酒蔵に通って造った吟醸の銘酒

内田油圧は１９
７１年ヒドロマチック社と技術提携し

友楽

を注ぎ，

てから，外国との関わりを持つようになり，今では「油圧バカのポンチュウで結構です．油圧の未来に

ボッシュ・レックスロスグループの一員として，世思いを馳せて乾杯しましょう．
」と，潔く言いなが界戦略の中での位置付けが求められている．そのたら，歌を詠もう．
『歳を積み油圧に生きし幸いをめ製品のグローバル化を図る取組みもしていて，一盃に溢れる手造りの酒』

部携わったが，この４月より立場も変わったので引継ぐことにし，今後の発展を期待しているところで

参考文献

ある．

１）小曽戸：還流・メッセ紀行，油圧と 空 気 圧，２６―

６．あ と が き

５，１
０
５／１
０
９，（１
９
９
５）

企業にいると基礎的なことや公益的なことは本業

２）小曽戸，三木：CAEによる斜板ポンプ開発の実際，の合間や休日にしか出来ないが，疎遠にならないよ

９／７
６，（１
９
９
０）
油圧と空気圧，２
１―１，６

うに心掛けている．内田油圧に入ってからの例では，ポンプ弁板のノッチ部の流量係数は，性能や脈動・騒音に重要な因子でもあるにもかかわらず，出所不
明な値を

何となく

［著

使っているのはおかしいと思い，早速シミュレーション装置を作って実験した．

こ

そ

ど

小曽戸

その結果は本学会の国際シンポジウムで発表し，論

者

紹

介］

ひろし

博 君
１
９
４
１年１
１月１
５日生まれ．
１
９
６
７年静岡大学工学部修士課程終了．内田油圧機器工業常勤監査役．工学博士．
E―mail：kosodo@ucd.co.jp

文集にも掲載された．この春のドイツ出張時に，
BHYの設計部長や基礎試験担当者に説明したら注
目され，突っ込んだ話合いとなった．公表論文は一
味違い良いお土産となった．
工業会関係では，「２００１年版実 用 油 圧 ポ ケ ッ トブック」のポンプ・モータの項を担当すると共に，執筆委員の協力をいただきながら編集委員長を務め
第３
３巻 第５号

３３２００
２年８月（平成１４年）

282

フルードパワーシステム

解説デ ジ タ ル 弁 開 発 プ ロ ジ ェ ク ト
水

１．始

め

戸

昭

夫

及が始まっていること，しかし，比例制御弁が使いに勝手の良さを保ちつつ，サーボ弁の領域に踏み込む

この文章をまとめながら，現役時代を振り返ると，には，まだ大きな難関が残されているとし，ヒステリシスをあげている．

２０代，３０代そして４０代と働き盛りを油圧に没頭でき

このヒステリシスは比例制御弁の各タイプに共通たのは，仲間，先輩，後輩の支え，励ましによるもするもので，各メーカによってバラツキはあるが，のと，今でも感謝の気持ちがあふれてくる．

約３〜８％と大きかった．

この間，製品の開発では，競合メーカの技術屋さんとの競争をいつも意識していた．特許，文献など

一方，油圧機器使用の産業機械装置は，例えば射により，お顔などは存じ上げなくても，Ａ社のＸさ出成形機，産業用ロボット・高速搬送装置，プレス

ん，Ｂ社のＹさん，Ｃ社のＺさんというように仮想装置などでは，比例弁・サーボ弁の使用により高性敵として，負けないよう努めた．

能を狙うという時代だった．それらの機械装置は，

我々はこのような状況下，１
９７９年春，「デジタル

マイクロコンピュータの搭載により，機械本体の信弁とその制御システムの開発」をスタートさせた．

号はデジタルとなったが，比例弁駆動のための信号はアナログであり，デジタル信号からアナログ信号

２．当時の油圧制御市場への高価な変換器を必要とした．さらに，比例弁そのものの性能（ヒステリシスは３〜８％）により，当時，多くの産業機械ではマイクロコンピュータ

いくら高精度なデジタル信号で，演算・指令を出し搭載が当然となり，高性能化が進んでいた．

ても，実際に機械を駆動する比例弁部分で，精度は機械を動かす動力である油圧機器は，例えば，射大幅にダウンしていた．

出成形機では，高級機にはサーボ弁が使われ，普及
機には比例弁の使用が拡大されつつある状態だった．
サーボ弁においては，文献１において， 電気油

３．当時のデジタル油圧の状況であり，最初当時，海外でもマイクロコンピュータによる油圧のサーボ弁は主として航空機への応用に使用されたのデジタル制御の取り組みが開始され，University

こと，そして本論としてMoog社の，機械的フィーof Saskatchewan（カナダ）のYEHIA EL IBIARY

ドバックを採用した

２段型サーボ弁の各部の具体

助教授は，Coming：Smart Hydraulic Valves（ス

的寸法および作り方まで含んだ詳細が紹介されてマート・バルブ登場！）

圧サーボ弁の起源は１
９５０年代の初頭と言うタイトルのもとに，高速応答のポペットバ

おり，サーボ弁は構造まで良く知られ，その使用はルブとステッピングモータを用いた単段４ポート

常識化していた．
また，比例弁においては，業界共通な事項として，

ロータリバルブについて，記述している．ともに，概略下記のように評価されていた．

実験室段階でのプロトタイプであるが，閉ループ系

１）制御可能な最小値は，最大値の５〜１０％であり，の偏差の処理部分にマイクロコンピュータを用い，全体としてのコスト低減，信頼性の向上に寄与する

大きすぎる．

と報告している３）．

２）制御弁の流量―電流特性，圧力―電流特性が制御弁間で一定しない．

さらに，より具体的な油圧のデジタル製品として

３）ヒステリシスが大きすぎる．

は，デジタル油圧アクチュエータ（電気油圧パルス

そして文献２は，省エネルギーを背景に急速な普シリンダ）があり，環境の悪い鉄鋼市場などを中心に使われていた．この製品は，デジタルというイ＊

メージ通りの高精度かつ頑丈な構造である２）．

平成１
４年５月１
５日 原稿受付＊＊!

このシリンダは，パルス列の周波数で速度が定まり，

元 株 トキメック
８１
７ 神奈川県横浜市旭区今宿１―５０―１７）（所在地 〒２４１―０第３３巻 第５号

パルスの数でストロークが定まるので，非常に使い
３
４

２
０
０
２年８月（平成１４年）

283

水戸 昭夫：デジタル弁開発プロジェクトいうことはないように見えるが， 何故？

という部分も結構ある．
その何故？

に技術者魂が注がれる．

その時は，後回しにしたり，他の手を使ったり，試行錯誤に陥るが，結果として最善策が生み出される．開発中の出来事は具体的過ぎかつ細か過ぎる部
分もあるが，記述しておく．
６．１

図１ パルスシリンダ

弁のイメージ作り

弁そのものについては，ステッピングモータの使やすいものであり，質実剛健を良しとする機械では用が決まれば，モータから見た出力はスプールであ依然使われているはずである（図１参照）．

り，余り抵抗なくイメージが湧いた．
６．
１．１

しかし，サイズ，速度，コストでの制約があり，デジタル流量調整弁

デジタル流量調整弁の動作説明図は図２に示す．

市場は限られていた．

ステッピングモータの半回転は，ギアダウンされ４．開発の方向性て，偏心カム軸に伝えられ，その回転によってロー
タリーフラッパーは首振り的に左右に動く．

世の中全体の「マイクロコンピュータありき」から，油圧機器のデジタル制御を目指し，上記比例弁

写真１は開発当初のプロトタイプのデジタル弁との現状から，対象を制御弁とし，下記のように認識

ステッピングモータ駆動の市販のドライバである．

し，開発の方向性を決定した．

このプロトタイプデジタル弁は，動作原理機構の確

１）高精度かつ高信頼性構造の弁認テストのため，ロータリーフラッパーと追従形ス２）機械本体の制御装置にマッチする使い易いコン

プールまでの構成である．この弁とドライバの組み

トローラ

合わせがスタートとなり，この後のデジタル弁シス

デジタル弁システムが高精度になれば，自ずとシテムが生み出された．
Ａ）なぜ，モータの半回転（１００ステップ）が１００％

ンプルなオープンループ制御が最良であり，デジタ

かというと，せっかく回転角度が直視できるモー

ル弁はオープンループで使用することにした．

タだから，遠くからでも判読しやすい半回転をま５．開発のねらい

ず決め，その他への影響をチェックした．

オープンループの使用を前提とすると，精度が高

そして，ステッピングモータの自起動周波数がいことと，油圧応用機械あるいは油圧制御弁の過渡

１０００PPSで，半回転のパルス数は１００パルスなの状態を自由に制御できることをメリットとして掲げ，で，その所要時間は０．
１秒となる．この値は比例

開発の狙いを下記のように定めた．

弁の応答時間と遜色ない．さらに，５０パルスなら１）精度が高く，過渡状態が自由に制御できる電気

０．
０５秒，２
５パルスなら０．
０
２５秒で，これは良いということになった．

油圧インターフェンスを選定する．

Ｂ）ギヤダウンは，スプール軸線上で，ノズルと

２）このインターフェンスの動きに忠実に追従する

ロータリーフラッパーとの位置関係を正常に保つ

油圧制御弁を開発する．

には，ロータリーフラッパー部分では，約６０度の３）同時に，その新しい電気油圧制御弁を制御する

幅以内であること，さらに，ギヤダウンはパルス制御装置を開発する．

モータ軸線上の負荷イナーシャ対策にもなり，ま４）その制御装置は過渡状態を思うように手軽に設定できる．
５）さらに，その制御装置は油圧応用機械の制御システムに容易に組み込み可能である．
６）電気信号としては，マイコン自身が取り扱っているデジタル信号で制御する．
以上のような狙いから，電気油圧インターフェー
スをステッピングモータに定め，開発を始めた．
６．デジタル弁システムの概要と開発中の出来事

図２

どんな製品でも，出来上がってしまえば，どうと第３
３巻 第５号

３
５

デジタル流量調整弁
２００
２年８月（平成１４年）

284

フルードパワーシステム

思い起こす．

たシール摩擦対策にも好都合だった．

Ｅ）ステッピングモータの選定

Ｃ）ステッピングモータはドライ使用としたので，
回転シャフト部分で，シール部材を使用している．

ステッピングモータには，コストと，リセット

シール材料の基本はテフロンだが，テフロンの動作のとき確実に原点復帰させる必要性から，みでは摩耗し，また磨耗しない材料を配合すればモータ励磁を切った時のデテントトルクに着目し軸に摺動痕がつき，背圧の高い場合には，摩擦力た．性能的には，ロータに磁石を用いたハイブのアップとなり，リセット不良，また油漏れを起

リッドタイプがその種類も，メーカ数も多かった

こす．そこで，数種の材料をテストし，軸を損傷が，このデテントトルクのため，使用を断念した．

せずかつ耐久性のある特殊材料を選定した．

Ｆ）流量調整弁には，通常圧力補償弁が組み込まれＤ）スプールはロータリーフラッパーの動きに追従ており，負荷が変動しても，流量を一定に保つ働するようにパイロット圧力により駆動され，流量きをする．上記流量調整弁は，パイロット駆動で制御絞りの面積を変えることにより，流量を制御あり，サイズは１０まであり，１０００L／minまで制御する．スプールの追従は，ロータリーフラッパー

する。さらに，デジタル弁の使い良さが認識され，と，スプールに設けたノズルとの間隔を，一定

ICモールドプレスなどのため，０．
０１L／minの使用（約０．
１㎜）に保つように位置制御されるが，こが可能なパルスモータ直接駆動タイプの弁サイズ!

こでのロータリーフラッパーの役割は，０１をシリーズに加えた．

!

ズルの面がいつも同じ半径の円筒面である．

これにより，０．
０１L／minから１０００L／minまでの１偏心軸が回転することによる，スプール軸とのノ制御がデジタル弁で可能となった．
６．
１．２

２ロータリーフラッパーにはノズルからの噴流が作!

デジタル方向流量調整弁用し，したがって常時回転し，この回転円筒の持方向流量制御弁では，同じ駆動方法をとり，流量つイナーシャにてノズル，フラッパー間でのゴミと，同時に流れの方向も制御する弁である．ここでの引っ掛り，蓄積を防止する．

も，小サイズ化が要請され，サイズ３が加えられた．
サイズ３からサイズ１０までシリーズ化した．

３ロータリーフラッパーには，並級のボールベアリ

６．
１．３

ングを利用しており，基本的に回転振れがある．

原点復帰機構その振れの分，ノズル・フラッパー間における間

デジタル弁にはすべて原点復帰機構が設けられて隙の変化となり，それに追従する形で，スプール

おり，ステッピングモータの励磁が切れると，弁をが微振動する．この現象を確認して，ディザー振原点に戻す．

動が無いステッピングモータの使用に自信を得た．

写真２は１９８１年の油圧・空気圧国際見本市に初め

ロータリーフラッパー追従方式の効果は，開発当て出品したときのデジタル弁のデモ装置を示すが，初のプロトタイプ（写真１）において，スプールの動きを実際に計測して確かめた．一目１ミクロンのダイヤルゲージを取り付け，ヒステリシス，
再現性を確認した．そしてスプールストローク約５㎜に対し１〜２ミクロンのデータを得た．これは，比例電磁弁の３〜８％に 対 し，２桁 少 な い０．
０５％以下という値であり，非常に感動したのを

写真１
第３
３巻 第５号

写真２ １９８１年油空圧国際見本市

プロトタイプデジタル弁
３
６

２
０
０
２年８月（平成１４年）

285

水戸 昭夫：デジタル弁開発プロジェクト

当時としては，コントローラは，機械装置のコントローラにおいても発展期で，その中に使われるデ
ジタル弁用というイメージの固定ができなかった．
この経験を元に，基本に帰ってイメージから再設定を行った．
６．
２．１

パルス信号の取り扱い

制御信号はパルス列信号である．ステッピング
モータは，パルスを受けるごとに一定角度回転する．
したがって，入力パルス数がその回転角度に対応し，
かつ流量や圧力の値に対応する．パルス列信号のもうひとつの制御要素は単位時間あたりのパルスの数，
つまり，パルスレートである．
このパルスレートを自由に選択することにより，弁が設定位置に達する時間を自由に制御できる．流図３

デジタルリリーフ弁量制御においては，結局パルスレートの制御が，アクチェータの加速度・減速度を制御する．

実はこのときの弁のリセット機構には，妙案はまといくつかのパルスレートを組み合わせることによまらず，やむなく，輪ゴムでリセット力を作った．
グッドアイデアだった．もちろん，実際の製品ではり，全く自由な過渡波形を作ることもできる．

この問題はクリアした．

６．
２．２

６．
１．
４

リリーフ弁

コントロールシステム（DC―AT他：写真４）

まず，過渡波形を作り出す装置を開発した．それ

図３に示すリリーフ弁は，やはりステッピング

は，１６個のパルスレートを組み合わせて一つの過渡

モータの回転を偏心カムにより，直線運動に変換し， 波形を形成するものである．この過渡波形をTranメインスプリングを圧縮して圧力を制御する．

sient Shapeと名づけた．

リセットは，リターンスプリングが原点に戻す．

Transient Shapeの利用により，最高速を上げて，また，ステッピングモータの出力は一定しており， サイクルアップを図ることができるとともに，シリ圧力が高くなるとスプリングを押し切れなくなる．

ンダやメカ機構の寿命を延ばすことにも貢献していそのため，トルクバックアップ機構を開発した．以る．

上のような構成により，ヒステリシス，再現性とも

６．
２．３

に０．
１％以下という画期的な精度を実現した．
６．
２

コントロールユニット（DC―A１他：写真５）

在来のシステムを簡単な変更により，デジタル弁

コントローラのイメージ作りを応用したいという要求があり，このコントロール

開発スタート当初，デジタル弁用コントローラはユニットを開発した．

我々にとっては初めてのマイクロコンピュータの使流量（または圧力）の設定は５点，パルスレート用となり，イメージがなかなか定まらず，見切り発は２種類で，接点信号により制御される．昇降装置

車後も，なかなか製品としてまとめ切れなかった．

などの制御に応用され，簡潔な内容が評価され，多当初開発のコントローラは，最初にマイクロコン

くのシステムの制御を担っている．

ピュータありきで，テンキー方式のコントローラ（写真３）であった．テンキー方式は，シーケンス
制御的な考え方になり，顧客機械のコントローラ（シーケンス制御的）との分担の問題，やり取りの多様さなどに，困難さを悟り，進路変更した．

写真４
写真３ テンキー方式コントローラ
第３
３巻 第５号

３
７

DC―AT２―１０
コントローラ

写真５

DC―A１―１１
コントローラ２００
２年８月（平成１４年）

286

フルードパワーシステム

射出成型機の電動化が始まった．

７．実用上の効果

１９８７年以降：専用デジタル弁ユニットとコント
ローラDC―A１―１１との組み合わせが，高慣性質

１）デジタル弁の再現性の良さにより，応用機械の精度を向上させた．

量のアップダウン装置およびトラバース装置に

２）操作性の向上：段取り時間の短縮

採用された．

マニュアル操作が可能なこと，また再現性が良

各種産業機械に採用され，現在に至る．

いので数値入力のみで済み，調整が不要である．

９．あ と が き３）滑らかな動きを実現した．

「デジタル弁とその制御システムの開発」は，結Transient Shapeの利用により，機械の動きを滑らかにするとともに，サイクルタイムを短縮し，局我々だけが世に送り出し，１９７９年の開発開始から機械の寿命を延ばした．

２３年経過した．

４）昇降制御この開発プロジェクトは生みの苦労，さらにそれ

昇降制御用の特別な油圧回路の開発とデジタル

以上の育ての苦労を味合わさせてくれた．

弁の応用により，従来難しいとされていた昇降装開発，生産，販売，サービスの協力，そしてお客置において，滑らかで迅速な動作を実現した．

様の御理解のおかげで，ここまで到達できた．

５）制御システムの合理化

デジタル弁とその制御システムは，なお生産が続

D／A変換器が不要になるなど，コンピュータ

けられている．新しい機械装置への採用もあるという．この開発プロジェクトに参画できた一員としての合理化に貢献した．

非常な喜びである．

６）保守管理の合理化

油圧制御の市場は小さくなりつつあるようだ．

油中のゴミに強いので，油の管理が楽になる．

しかし，電動，空圧との競争は永遠に続くのでは

８．開 発 経 緯ないか．空圧の製品は，これは便利というものがそ

下記に開発経緯をまとめたが，振り返って見ると，ろっており，また安価である．油圧は何を目指すべ

世に無い製品システムを開発し，規模は小さいながきか．学会，工業会さらに多くの関係者に，方向付らも使っていただける状態に至るには，かなりの期

けと取りまとめを期待する．

間を要したというのが実感である．

参

１
９
７
９年：開発開始．
１
９
８
０年：プロトタイプによる性能の把握．

考

文

献

１）「機械式フィードバックサーボ弁の設計製作手法」

系列化の範囲は比例弁の範囲となった．

油圧外国文献抄録集１９７
０年１月号 １―１〜１―７頁

１９８
１年：油圧・空気圧国際見本市に出展．

２）「電気―油圧制御特集・第一部および第二部」日経

世界で始めてという扱いで，今後の展開への期

メカニカル１
９
８
０．
８．
１
８ ３
２〜４
５頁

待と不安から，非常に緊張した．

３）「COMING SMART HYDRAULIC VALVES」日

なおこの年のロボット展ではほとんどのロボッ

本版MACHINE DESIGN July１
９
７
９ ５
７〜６
１頁

トがDCモータ方式となり，パワーエレクトロニ４）「デジタル弁とその制御システム」機械振興

クスとソフトウエアの隆盛に戸惑いを感じた．

昭和

６
１年１
２月号 ５
６〜６
１頁

１
９
８
２年：当初のテンキー方式コントローラは，現在こそ当たり前に使われている方式だが，結果として当時は時期尚早で，顧客機械内での位置付け，［著

役割分担でマッチングを取るのが難しく，新デザインのコントローラを投入した．
１
９
８
６年１
１月

!

第２
１回機械振興協会賞を受賞（ 社 日本油空圧工

み

と

あき

お

水

戸

昭

夫 君

者

紹

介］

１
９
４
１年５月２
８日生まれ．
１
９
６
０年４月 株 東京計器製造所入社．主に油圧制御弁および油圧ロボットの開発に従事．２
００
１年３月 株 トキメック退職．２
００２年
４月水戸Ｍ×Ｈ設計事務所開設．現在に至
る．

!

業会推薦）

!

受賞仲間には，デジタル弁を用いた「フローティングシステム・トランスファモールドプレス
機の開発」でコータキ株式会社殿，さらにファナック株式会社殿が「純電気式プラスチック射出
成型機の開発」が選ばれた．
第３
３巻 第５号

３８２００
２年８月（平成１４年）

287

米谷 栄二：小さなプロジェクト

解

説

小

さ

な

プ
米

ロ
谷

ジ

栄

ェ

ク

ト＊

二＊＊

しく出来た事業部であるが，ぜひ大きく伸ばした

１．テレビ番組プロジェクトＸい」と力説したのが印象に残ったので，３番目ぐらいの配属希望先と書いたが，他に希望する者がいな

今，日本は大不況の中でほとんどの企業と人々がくてこの部署に配属になったと思う．

苦しんでいる．１
０年前，技術力・製品力・経済力は世界最強といわれ，自信に満ち溢れていた時には考確かに１９６０年池田内閣が発足し，国民所得倍増計

えられない状況である．なぜそうなったか多くの理画が打出され，１９
６２年首都高速開通・１９６３年黒四ダ由が指摘され，どうやって不況を脱出するのか種々

ム完成・１９６
４年名神高速道路，東海道新幹線開通，施策が議論されているが遅々として成果は出ていな

東京オリンピック開催等，続々国土開発が進んでいい．でも，狭い国土で資源も少ない日本が世界の経た．

済大国となり得たのは，世界一品質が良くて安い製

その頃の建設機械の主力製品はブルドーザーや機品を地道な知恵と努力で開発し，生産してきた賜物

械式の掘削機であったが，操作の難しい機械式よりであることは間違いないであろう．

はるかに操作しやすい全油圧式の掘削機（油圧ショ

昔の人々が大きな困難に挑戦し必死の努力の末にベル）が日本に導入され市場に出廻り始めた時期で立派な成果を出したプロジェクトの例がテレビで放あった．しかし，確かに機械式より操作は楽であっ映され人気を博しているのは，ただ昔を懐かしむだ

たが信頼性や耐久性に欠け，特に油圧機器の破損やけではなく今の若者達にあのようなチャレンジを是

油洩れが多かった．

非やって欲しいとの気持ちの表われだと思っている．

建設省の工場現場で多くの建設機械を使用され，私も３６年前新入社員として入社し，純国産の途方もその良さと問題点を熟知されていた安部克郎氏が外なく技術的に困難な油圧モータの開発という小さな国からの技術導入の機械ではなく，独自の設計でよ

プロジェクトに参加し，事業としての成果を得る経

り使い易く信頼性の高い油圧ショベルを作りたいと験をした．たまたま緑陰特集号への執筆依頼があり，当社に入社され，純国産技術による油圧ショベルを

しばらく学会とは疎遠になっていたし文章を書くの開発し，１９６
５年に発売されていた．

が苦手なのでよっぽどおことわりしようかと思った

このショベルは外国からの技術導入による他社のが，私達の苦労話が今の開発の責任者と若い技術者

機械より使いやすく，信頼性も格段に向上し現場でに少しでも世界の先を行く技術や製品の開発に挑戦の評判が良く，売上を伸ばし始めていた．
しかし安部氏は購入して使用していた油圧機器にしてもらう一助になればと思い，筆をとった次第で満足出来ず，『建設機械に最適な小さな形状で大きある．

なトルクが出せ，しかも建設や土木の過酷な現場で２．油圧ショベルの黎明期も充分耐える，世界に類のない油圧モータを作ろう』と決心され，油圧ショベルの発売と同時にその

１
９６
６年日立に入社した私は建設機械を作る工場に開発に着手されていた．

配属となった．当時の人気の部署は原子力やコン
ピューター部門であり，建設機械についてはどんな

３．欲張った油圧モータ

機械か全然知らず，ましてや日立がそんなものを作っているとは思ってもいなかったが，事業部長が安部氏が開発に着手していたモータは，ロータに「日本はこれから国土開発が活発に行なわれる，新放射状に配列したピストンに油圧で推力を与えながら，ピストン先端に嵌合した鋼球をインターナルカ
ムの面を転動させて回転力を得る構造のもので，出＊来るだけコンパクトで大きなトルクを出すために，

平成１
４年５月２
３日 原稿受付＊＊!

１１本のピストンを１回転に８ストロークさせる欲

日立建機 株（所在地 〒１１２―８５６３ 東京都文京区後楽２―５―１）
第３
３巻 第５号張った設計のモータであった．ボールそのものをピ
３
９

２
０
０
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フルードパワーシステム

いなかった．
高負荷で低速での摺動なので油膜厚さはほとんど０になるだろうからと，図面では真球度１μm以下と指定されていた．材質はエンジンのピストンに使用されていたシリコン系のアルミ合金で加工しやす
くはあったが，円筒部の奥にこれだけの精度で半球面を仕上げる加工方法は存在していなかった．
重量構造物の製缶や加工が主体の工場の中で，一番精度の高い加工を行っていたのはエンジンの製作課であった．その中で一番腕の良い加工者に実験用ピストンの加工を依頼したが，四苦八苦していた．
さらにもっと問題なのはどのように球面精度を計

図１ ボールピストン式油圧モータ構造図

測するかであった．半球面でしかも奥に加工された
凹面は，直径法や真円度測定器では測定出来ない．

ストンとして使用するモータは海外で市販されていしかたなく，真球度０．
１μm以下で絶対寸法も正確るものがあったが，シリンダ穴とボールとの隙間かに仕上げられた鋼球の表面に薄く塗膜を塗り，加工らの圧油の洩れが多く，カム転動面の寿命の限界が面に当てて塗膜の付き具合を見て良否を判定するこあり，高圧で使用するのは困難であった．

とにした．初期の頃のピストンは出来が悪く，自分そこで，シール性能を確保することと受圧径を鋼で当りを見ながら当たったところをエメリーペー

球の径より小さくしてカム寿命を向上させるために

パーで磨き，全体が均一の当りになるように仕上げ

段付形状のピストンを用いたのが特長であった．構て実験に使用した．

造を図１に示すが，車体重量１３ｔの油圧ショベルを総形バイト方式，倣い旋盤方式，研削，研磨等，減速機もチェーンも使用せず直接駆動させる画期的

種々の加工法を試行した後で，原理的に粗さの範囲なモータであった．小さな寸法の中に納めるために内の真球度が得られる創成加工法が確立され，ピス

無理をしているところが色々あり，心配な点は多々トンの球面精度が格段に安定したのは４年後のモーあったが一番の心配点は，果たして受圧径５０㎜のピタの量産開始直前であった．

ストン先端に嵌合した直径６３．
５㎜の鋼球が５ｔ以上

しかし，計測方法は色々の高度な計測器や計測技の推力を受けながらカム上をうまく転動するかで術を検討し，試行してみたが遂に満足なものは得らあった．そこで安部氏は，私の２年先輩と二人で試れず最後まで原始的な鋼球の塗膜方式であった．

作モータの設計・製作を進めながら，同時進行でピ

５．論より経験

ストンとボールの基礎実験を行い最適なピストンの設計者が理論的に計算し，頭の中で考えて最適と球面軸受形状を決めようと準備中であった．

思って図面で指定する精度と実際に使用して良い性

４．図面指定は１ミクロン以下，加工方法は？計測能が得られる精度は，ミクロ的にはかなり違うもの

方法は？

だと痛感するのは，その後の実験だけでなく生産開

ショベル設計課（当時の開発の主力は，建設機械

始から量産になってからも色々な場面で経験した．

の中で一番需要の多いブルドーザーであり，ショベ

原則的には，加工者は図面に指定された精度に加工

ル設計の主な製品は機械式で，油圧ショベルはほんしなければならないが，図面通りに加工されたか否の一部の設計者で行われていた．
）に配属されて，かは検査員が種々の計測器で測定して判定する．し上司に挨拶に行くと，「君は今から研究所へ行ってかし同じ合格品でも，どのような加工方法で仕上げ

油圧モータのピストンの研究をやってこい」と命ぜたかによって結果が大きく違なることが多々有った．

られた．何のことかわからぬまま研究所へ行ってみ

また，同じ物でも測定の方法によって，数値が違ると，実験装置が出来上ったところであった．指導なる場合も有り，何が真実かわからなくなる時もし者はMITで修士号を，ケンブリッヂで博士号を取ばしばあった．
ある時，加工者と検査員が口論していた．検査員

得されて帰国直後の今井正也博士であった．
さて，実験装置は有り，立派な指導者にめぐまれは「この部品は図面指定値をはずれているので不合てのスタートであったが，肝心の実験用のピストン格だ」と指摘しているのに対し加工者は，「図面指の球面の摺動面をいかに加工したらよいか決っては

定通りよりこの方が良い結果が出るからこれで良い

第３
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米谷 栄二：小さなプロジェクト

ンは外周部も往復動に耐えられるよう別の往復動試験機を製作して実験をくり返し，外周部にも４ヶ所の静圧パッドを設け，圧油を導くことになった．結局このピストンには９ヶ所の静圧軸受部と９ヶの別々の絞りを付ける給油穴が加工されることになり，蜂の巣のようなピストンとなったが，この最終形状を決めるまでに３年以上かかってしまった．この間にモータ本体は，試作試験・設計変更を繰り返し，種々の問題を四苦八苦しながら遂次解決していた．
単に設計だけの問題ではなく，材料・熱処理加工方
法・検査方法・試験方法・試験条件，どれも手探り状態で，試行錯誤しながら量産へ向けての設備の検討，準備が行われた．
例えば，２ton―m以上のトルクをかけて起動時や極低速から１
００rpmまで、正逆回転で性能が測定
図２ ボールピストン機構

出来る設備はどこにも無く，新設計で作った装置を実際に使いこなすには随分時間がかかった．

のだ」と反論していた．わずか２〜３μm差であっ７．多難の船出たが図面指定通りのものも加工し，実際に比較して不良の山，事故の山，赤字の山

みると加工者の主張通りの結果となった．毎日加工

モータとしての性能や耐久性の目途がつき，生産している加工者の方が理論ではわからない実際の性設備の準備もほぼ出来た１９７
０年，いよいよ量産が開能への影響を良く知っている．もちろん図面は即時始された．最初に搭載されたのは土砂や泥土に埋っ訂正した．

て作業する湿地用油圧ショベルの走行駆動用としてだった．とんでもなく苛酷なスタートであった．

このことは，この後の私の色々な製品開発や生産に大いに参考となった．良い製品が生産出来るか否

毎月２０台ほどの生産量であったが，最初からつまかはもちろん，基本的な設計が正しいことが必要だ

ずきの連続であった．ベンチ試験での合格率は約７が，それ以上に重要なのは関係する人間の経験の積

割，さらに車体試験での合格率は約５割であった．

み重ねである．

車体試験は車体の試験員が行っていたが，こんな不良の多いモータのための試験は出来ないと拒絶され，

６．あらゆる状況でも摩擦係数を最小に仕方なくモータの設計，製造，試験のメンバーが交高圧でも低圧でも，起動時でも高速時でも，高温代で車体に乗り，工場内を一周してきて油圧フィル

でも低温でも，建機の駆動用としては，あらゆる条

ターを点検し，アルミの粉（ピストンが異状磨耗す

件でボールを滑らかに回転させなければならない．

るとアルミ粉が作動油に混入し，フィルターで見つ

そこで，ピストンに加わる圧油を摺動面に導く静圧かる）が見つかれば，モータ交換し再度工場一周，軸受を採用し，油膜を確保することとした．

見つからなければモータ合格として車体試験に引渡した．

しかし，ピストン受圧径より球面径の方が大きい
ので軸方面の負荷容量は１００％以上確保出来るが回内部リークを減らせ

転方向の負荷能力は無い．そこで色々な軸受形状を試してみたが，球面の周辺部４ヶ所に静圧パッド部

ベンチ不良の大半は容積効率であった．坂道で車を付け，別々に絞りを介して圧油を導くのが一番良

体を停車させても降下しないようにするにはモータ

かった．

の内部リーク量を抑えなければならない．しかし，

しかし，これでも時には油膜切れをおこす場合が摺動部の焼付や磨耗を防ぐための強制給油ヶ所が多あり，動圧効果も取り入れるため，単一半径の球面

く，内部リークを少くするのは容易ではなかった．

でなく，入口部と中央部に数μm半径差を付けた三

給油の量を最小にするには，０．
３㎜の直径で２５０㎜の段球面形状としてだいぶ良くなった．

長さの絞りを確保しなければならなかったが，直接これだけの細い穴を精度良く加工するのは不可能ででもまだ完全ではなく，最後は材質をなじみ性のあった．

良いアルミ・スズ合金に変えてやっと常時滑らかな

そこで直径４㎜長さ２０㎜のピンの外周に０．
３㎜の回転を得ることが出来るようになった．このピスト
第３
３巻 第５号

４１

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フルードパワーシステム

溝を螺旋状に正確に加工し，精度良く加工した給油穴に挿入して絞りとした．このアイデアで容積効率は格段に向上し，さらに給油穴内でピンが往復するためコンタミによる目づまりも自動的にクリーニン
グ出来，一石二鳥の効果が得られた．
その他にリーク量が多いのは，円筒式の分配弁の摺動部であった．ロータ側に１１ヶ，固定側に１６ヶの油穴のある直径１５０㎜の摺動部からの洩れを許容量以下にするには直径隙間１５μm以下にしなければならなかったが，わずかの温度差が付いても焼付いた．
そこでなるべく温度差が付かないようにすると同時に，隙間が無くなっても焼付ないように外径部の剛性を下げたり，材質を種々に変えてなんとか洩れの抑制と焼付の防止を実現することが出来た．
図３

鋼球に疵を付けるな

滑動はじめるカムの摩擦係数

事故の大半はピストンの異状磨耗であった．とに疵を付けないようにし，かつカム面の転がり寿命をかくちょっとしたことで鋼球に疵が付き，その疵が長くするために，転動面をつるつるに磨かせるようピストン摺動面を引掻き，ピストンの異状磨耗とにしたら事故が増えた気がしていた．最速つるつるなっていた．まず鋼球メーカにわずかの疵（０．
１μmに磨かせるのは中止したが，果たしてどのような粗の疵でも鏡面に仕上げた面では，人間の眼や指で確さに仕上げるのが最適なのか見当もつかなかった．

認出来た）も付けないようお願いした．モータの組

そこで現場での試行錯誤と平行して，急遽実物の立室を防塵室にして外からのコンタミが入るのを防鋼球を使ってカム面との滑動摩擦力を測る装置と転ぎ，車体の回路中のコンタミを減らすために１０μm

動面の転がり寿命を確認する装置を製作し，いろいのフィルターを装着し，徹底したフラッシングをろな仕上方法による転動面の粗さや材質・硬度を変行った．

えて測定した．その結果６〜９Sに仕上げるのが最また，作動油メーカに新油に含まれるコンタミを適となった．そこですぐに図面に指定したが，現場

NAS等級で２ランク以上良くすることをお願いし，から文句が出た．
「指定値以上に良く仕上げること

さらに，油圧ポンプやバルブ，配管，ホースのメーや，以下に悪くすることは出来るが，こんな中途半

カに内部のコンタミを徹底して減らすよう依頼した．

端な粗さで３μm以内の範囲に仕上げ る の は 困 難

当時これらのメーカからは日立建機の要求は非常識だ。」そこで現場と一緒になって自作の研削機を作だと非難されたが，このコンタミを減らす効果は，り，安定してこの範囲の粗さに仕上げられるように車体で使われる機器やシステムの信頼性を向上させした．このカムの粗さを丁度良く仕上げられるようることが出来，その後の日本の油圧ショベルや油圧になってピストンの事故は激減した．

システムメーカでの常識となっていった．今，日本

赤字は許されないの油圧ショベルの信頼性が他国のものより格段に優れているのは，我々のこのコンタミ排除の努力がそ

最後の難問は大幅赤字の解消であった．このモーの一因になっていると思っている．しかし，この時タは当初から，従来のチェーン駆動方式のコストとはモータの事故を減らすのに必死であった．

同等以下の売価で車体に売ることになっていた．どんなに性能が良く，車体としてのメリットがあってカムの粗さが真犯人も高い価格は認められず，ましてや赤字は絶対に許いろいろな努力により事故は減ってきたが，それされなかった．量産開始時は手作り状態で不良も多

でも時々多発することがあった．思いあぐねてボー

かったこともあり，売価の２倍以上のコストがか

ルペンのメーカにどのようにしてボールペンのボー

かっていた．不良や事故の撲滅と同時に，徹底したルが滑らかに廻るようにしているのか聞きに行った．

コストダウンが進められた．特に高度な加工，多く

その答えは「うまくボールが廻るか否かはインクのの穴加工が必要だったため，無人運転化や同時加工

性能と相手の紙の状況が重要で，つるつるの紙では化を積極的に進めた．
しかし新たな設備投資は許されず，丁度生産中止

上手に書けません」であった．そう言えば，鋼球に第３
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米谷 栄二：小さなプロジェクトとなったエンジンの専用加工機を改造し，多くのぞかし心労が重なった為だろうと心が痛む思いであ

モータ専用加工機を造った．当時４〜５人だった

る．今でも毎年墓参を続けている．

モータの設計者は大半現場の人と一緒に専用機や改９．プロジェクトのその後造機の設計を行い，さらに製作図は作業や加工のやり易い図面に変更した．外注先へ出掛けては，外注

このモータはその後も生産量は増加し，利益も確先のコストダウンに協力した．検査装置や試験装置

実に増えていった．１
９７９年には月産２，０００台を越え，も極力省人化を進め，自動運転で性能がとれるよう

年間売上全額６５億円，経常利益率２０％にまでなった．

にした．それでもなかなか黒字にならず，最後は事しかしその後，油圧ショベルのシリーズの拡大や更務費や旅費等あらゆる経費，固定費の抑制を全員でなる高圧高速化に対し，各々専用のモ―タの開発に実行していった．

は多大の費用が掛かることを勘案し，減速機の格段の進歩もあり，高速モータ方式に切換えることに

８．幾多の困難を乗り越えたのはエンジン撤退の辛なった．１９８５年このモータの量産は中止となったが，酸を舐めたメンバーたち

開発着手から２０年，量産開始から１５年，累計生産台

多くの努力の結果，不良や事故は激減し，コスト数は約１０万台であった．しかしこのモータの開発でダウンも進み，生産量の急上昇（月産７００台を越え得られた多くの知識や経験と事業拡大への全員一致

た）と相俟って，１
９７７年遂に黒字化が達成出来た．

の情熱はその後も受け継がれ，多くの油圧機器の開開発着手から１
２年，量産開始から７年後のことであ発や生産に寄与してきた．今では年間売上３
０
０億円

る．

を越え，利益も確実に確保する当社にとっての重要な事業部の一つとなっている．

この技術的に困難な油圧モータの開発が成功したのは，絶対に物まねでない独自のアイデアのこの今，この厳しい環境の中でこのような困難を伴うモータの製品化に執念を燃やされた安部氏の功績が開発はなかなか実行しにくい状況であるが，それで一番であるが，それにもまして重要だったのは，プも将来に向けての新しい技術や製品の開発に挑戦すロジェクト全員の不屈の努力であった．このプロる努力を続けて行きたいと思っている．

ジェクトのメンバーの大半は，それまで建機の将来を担う最重要機器と期待されていたヂーゼルエンジ
ンの内製化が不況に直面し，事業の将来性無しとし［著て撤退を余儀無くされた人々だった．新しいモータ

者

紹

介］

の量産化に参加した彼らは二度と撤退の苦汁を味わ
米

いたくないとの決意で，設計・製造・試験のメン
バー全員が一致協力して数々の問題を解決していっ

谷

栄

二 君
１
９
４
２年９月３
０日生まれ．
１９９
６年東京工業大学機械工学科卒業．同
年日立製作所入社．建設機械用油圧モータの開発に従事．１
９
７
０年分離独立により日立建機へ入社，１９８
８年油機設計部長，１９９
１年
中型ショベル設計部長，１９９９年より常務取締役国内事業本部長．日本油空圧学会，トライボロジー学会会員．工学博士．
Eメールアドレスkometani６
６＠hitachi-kenki.co.jp

た．いろいろのプロジェクトの成功の理由に，強いリーダーシップとプロジェクト全員の熱意と執念が挙げられるが，まさにこのプロジェクトにも当てはまることである．
ただ一つ心残りのことは，エンジンの撤退の残務処理をしながら，このモータの不良，事故の撲滅，赤字解消に心血を注がれ自ら先頭に立ち，メンバーを叱咤激励された鈴木修司部長が，黒字が達成され
た１
９
７
７年に４
３歳の若さで急逝されたことである．さ第３
３巻 第５号

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２年８月（平成１
４年）

292
解

フルードパワーシステム

説

建設機械用油圧システムの開発現場から＊
布

谷

貞

夫＊＊，堀

秀

司＊＊

とは，市場，顧客の要求にタイムリーにマッチした

１．は じ め にと同時に，製造面において技術，コスト面で目標を

コマツ・エンジン油機事業本部・油機開発センタ達成できたこと等，いくつもの条件が満たされていは，自社内の建機に搭載する油圧システム，機器のた．そこから開発に携わる技術者として常に心がけ

開発を長年行ってきている．本稿はその歴史の中かておくべきポイントは!『ニーズ先回り開発』!『作り易く，搭載し易い合理的デザインの追求』

ら，いくつかの事例をもとに，研究開発の現場での取り組み方，苦労などを紹介し，今後フルードパ
ワーに携わっていこうとする若手技術者の方々に参考になればと思い執筆した．
建設機械において油圧機器は，動力の伝達配分という基本的な役割を担っているが，近来の油圧ショベルにおいては，数多くのアクチュエータ類をオペレータが如何に自在に操作可能か，というコント
ロール機能が，非常に重要な役割となってきている．
従って，油圧システム，機器の研究開発は当然ながら，建機製品の開発の方向付けに密接に結びつき，その要求を常に，タイムリーにかつ確実に満たしていくことが要求される．
そのため我々の研究開発では建機の進化，発展に対応すべく，油圧システム全体をどうするか

がまず第１の課題となってくる．
油圧システムの歴史から見ると，イノベーションとも呼ぶべき大きな変革点は，! 可変ピストンポンプの採用……高圧化
１! パイロット操作方式の拡大……操作の容易化
２
３ ロードセンシングシステムの発展……省エネ!
４ 電子制御の導入と展開……制御の高度化!

図１

油圧ショベルに搭載されている油圧機器

といった内容が挙げられる．
図１，
２からわかるように，建機における油圧シ
ステム・機器は，機械全体を統合する制御を行い，非常に重要な位置にあるため，当社では長年に渡って自社内において開発，生産を行ってきている．
その役割を担ってきた立場から，これまでの体験をもとに，『コンポーネント屋』の目指す考え，行動についてご紹介したい．
結果的に成功した，ヒットした開発プロジェクト

＊
＊＊

平成１
４年５月１
５日 原稿受付"

株 コマツ エンジン油機事業本部油機開発センタ
５５８ 栃木県小山市横倉新田４００）（所在地 〒３２３―８

第３３巻 第５号

図２
４４油圧システム概要
２００
２年８月（平成１４年）

293

布谷・堀：建設機械用油圧システムの開発現場から!『現場で最後まで作り込む』
であろうと考える．
上記について，本稿では先に記した項目の中から，比較的地味な存在と思われる，パイロット操作弁の開発を例にして説明してゆきたい．
２．パイロット操作弁とは建設機械の操作レバー部は

今日大多数の機械においてパイロット油圧発生バルブをオペレータが操作する，油圧リモートコントロール方式が採用されている．レバーの操作ストロークに比例したパイ
ロット油圧を発生するバルブで，当社ではPPC弁（ Pressure Proportional Control）と呼んでいる．
図４

図３

PPC弁の作動原理

パイロット操作弁

このバルブの登場によって，それまでの直引きタ
図５

イプ（ワイヤ＆リンケージを介して操作弁スプールを直接駆動する方式）の持っていた操作力が重い，

ガタ等経時劣化が生じる，油漏れを起こしやすい，
車体レイアウト上の制約が多い

１軸タイプ

図６

２軸タイプ

３．走行用パイロット操作弁の開発
一方，走行系のコントロールは，足ペダルおよび等の欠点が解消さ

床から突き出た長いレバーとの両方で操作できるこれ油圧ショベルは一時代を画した．

とが必要で，そのため少々重い操作力でも問題はな

既に登場してから歴史は長いものであるが，我々のねらいは，車両に応じ，操作環境に応じ，常に最かったため適なものをその要求に先がけて開発し，提供し続けていた．

直引きタイプのままで，PPC化は遅れてゆくことであり，それはこの部分が運転操作性，

我々は，作業機用のPPC弁の開発体験を通し，走しいては作業量にまで直接影響し，市場における商行系のPPC化も時間の問題と考え，いち早く走行系

品力の評価に大きく結びついているからである．

に最適な構造の開発に取りかかった．

このバルブの原理は，操作量＝変位に対し結果的には，最近の車両の動向，ニーズに合致しバネ非常にタイムリーな物となった．

荷重と釣り合うよう元圧を減圧して出力する減圧弁
操作量に対する反

それは，後方旋回半径を小さくする構造の採用が別の操作力バネによって得られる．

進み，バルブをはじめとする機器の配置に制約が強で構成されているものであるが力＝手応えは基本形としては図５，６に示す２つのタイプ

まり，従来のワイヤ，リンケージの取り回しが非常

１軸タイプと，２軸（ジョイスティックタイプ）があに困難になってきたこと，また他方るが，今日に至るまで小型化，低コスト化が進めらのため，レバーロック構造（＝ロック状態ではレれていく一方

バーを操作しても動かない）を採用する上で用途ごとの様々なバリエーションが簡便

かつ確実なPPCによる全パイロット油圧制御方式が開発されてきた．

必要不可欠になってきたこと，等である．

上記は，主に手元で操作する作業機用リストコン

開発時に最も苦労した点は，走行では，操作の際トロールレバーとして広く普及している．
第３
３巻 第５号安全性の向上４５２００
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294

フルードパワーシステム

図７ 操縦席内レバー配置に車体の揺れ．振動が人間の手の揺れを起こし，大きな振動，ハンチング状態を起こしやすい点だった．

図８

走行用PPC弁

外観と主断面図

これにはそれまでの，バネによる操作反力の他に，摩擦力を付加することで，車体と人間の間で起こす変わることを好まない．ただ操作力が軽減できればマン＋マシン系ハンチングの抑止が有効と考えた．

よい，というわけではない．微妙な速度コントロー

摩擦力の発生構造としては，ショックアブソーバのルを達成するためにはシステム全体で分解能がよい

ようなものを並列に装着すれば良いのだがこと，ヒステリシスが少ないこと，応答性がよいこ

装着構と，そして，先に述べたように振動の大きな操作環

造，コストの面で不利になる．

境では一定の抵抗力が必要とされる．

そこで軸受け部分に粘性摺動抵抗を与えるで何と試しに高粘度の油を軸受け隙

このPPC弁は，その後も多くのバリエーションが間に封入してみたら，結構いけそうなフィーリング

生み出されているが，あくまでも使われる現場環境が得られた．長期間の稼働でも漏れることなく，変の多様なニーズにきめ細かく対応してゆくことが使化しない操作フィーリングを保つために命であった．

かならないものかと油を実験した結果

幾種ものまず，ストロークエンドまで押し切った状態ではシリコン系の油で実用化できる目処が立った．次に，製品にこの高粘度油をどのよ

手を離してもそのまま保持する

うにして挿入し，封入するか製造部門と一体となっ加したものがある．

デテント機構を付

ブルドーザやホイールローダなどで使用される機た作り方の技術開発があった．
最後は，実車両に搭載し，幾人もの試乗員の意見

能で，油圧でロック機構を付与したものと，ソレノを聞きつつ，一方で実際の量産の製造工程で管理可

イドによる電磁力でロックする機構のものがある．

能な性能の幅について折り合いを付けるという作

これらは，元々メカリンクで操作弁を駆動していた業が苦労のポイントであった．特に，直接人の手に時代には，操作弁のスプール部にかなり大きな場積

触 れ，ま た１日 中 操 作 し 続 け る レ バ ー の『操 作を占める構造であった．

フィーリング』は人の体力のばらつきや，好みの分

これも，PPC化の戦略を進めていく上では必要不

かれから最終決定まではかなりの道のりを経なけれ可 欠 な 機 能 で あ る と 判 断 し，車 両 が 開 発 の ス ケばならない．かくしてできあがったバルブが市場にジュールに乗せる以前から『先回り開発』を実施す

出て，ユーザからの好評を聞くことができ，開発陣ることで成功した例である．
同様なレバー位置保持の機能は，更に進んで一同最上の達成感が得られることとなった．

任

意の位置で手を離してもそのまま操作位置を保つ

４．更なるPPC弁バリエーションの開発

PPC弁の開発につながった．このPPC弁を用いた走さて新しいシステムを考える場合，概してユーザ

行レバーは手元操作（リストコントロール）タイプ

は保守的で，使い続けているそれまでの操作方式がで 走 行 を コ ン ト ロ ー ル す る，ブ ル ド ー ザ な ど の第３
３巻 第５号

４６２００
２年８月（平成１４年）

295

布谷・堀：建設機械用油圧システムの開発現場から強度の確保など，バランスの取れた構造に至るまで

HSTコントロール用に採用されている．

は妥協することなく，構造アイディアを練り上げて走行中に揺れ，振動のより激しい建設機械で，手ゆく過程が不可欠であった．

元操作で車速のファインコントロールを達成するた
めには是非必要であろうと

これも先行研究を重ね

５．今後の展開についてた物である．最終完成までには，フリクション力の重さ，ノッチ感の強さ，などのバランスを取るため

以上のように，マン・マシンのインターフェイス

多くの実機でのテストを経なければならなかったの直接接点であるパイロット操作弁の開発は，当社の目指す『人に優しい』建設機械の構成上非常に重またこのHSTブルドーザーでは，反対側の手元要な役割を果たしてきた．

には作業機をコントロールするため，従来のメカリ

さて今後の展開を見た場合，電子化は建機のコンンク式に変わって，２軸式に回転ひねり軸を追加しトロールにおいても必然の流れになってきている．

た３軸コントロール式PPC弁も開発した．
ブレード（土工機）のリフト（上下動）チルト（上建機の場合，上は１００トンを越える大型＝高額の機下傾斜）アングル（左右傾斜）を一本レバー操作で械から，１トンクラスのミニ建機まで，非常に幅広コントロールできるメカニズムである．

い商品レンジがあり，また使われる場所も世界中に亘るものであることから，電子―油圧システムへの一見誰でも思いつくアイディアともいえるが，操移行も単純な一本道ではない．

縦席内のコンソールボックスに収まるコンパクトな

我々はこれに関して，油圧パイロット弁と共通設

形状，中立ガタが少なく，かつ経時劣化の起きない計思想で電気レバーシリーズの開発にも取り組んだ．
電気レバーそのものは，ゲーム機などで既に市場に広く存在するものであるが，建機に使用できるという条件を満たすものを手に入れることは容易でないと判断したためである．
操作力フィーリングを作り出すメカリンク機構，
過酷な環境のもとでの耐久性など，製品化する際の困難度はそれまでの油圧パイロット弁の技術を出来る限り応用し，かつ可能な部品を共通使用することでコスト面でも有利なものとした．
現時点では，この電気レバー採用機種はまだ少数にとどまるが，なにより市場において『電子化』による耐久品質面の懸念を生じさせることなく，今後の建機の電子化普及に道を開くことが出来たと考え
る．
６．開発現場から〈若手に期待すること〉
最後に，以上の開発の事例の紹介を通して，今後
図９

ブルドーザ用システム

この分野で活躍を志す若手技術者にメッセージを送りたい．

図１
０ ３軸PPC弁第３
３巻 第５号

図１１ 建機用電気レバー
４
７

２
０
０
２年８月（平成１４年）

296

フルードパワーシステム

６．
１ 『ニーズ先回り開発』

如何に充実しているか，ということが決め手になる．
如何に良いアイディアを出せるようになるかにつ

油圧機器等のコンポーネントは，最終商品である
車両の中の一システムでありいては，世の中に数多くの『参考書』も出ているが，ある意味では『水か空気』のような存在でなければならない．ただしそ研究開発者たる者は２４時間中頭の中をハイ＝活性状の役割は１日中長時間稼働する，過酷な環境現場に態に保ち，粘り強く考える姿勢が必要ではないかとおいて最大限の生産性を上げ，かつオペレータ側に考える．

は安全で疲労を与えない操縦環境を保証しなければ

６．３ 『現場で最後まで作り込む』
これは技術に磨きをかけ，製品をトップレベルにならない．

引き上げるため不可避の条件である．

開発設計者は，どのような開発ニーズが存在する
開発の具体的なターゲットはどうあるべきか，

この中ではとりわけユーザーサイドの要求に限りについて的確な情報を得ることがまず第１であるとなく応えてゆくことが重要である．初期の段階の要考える．

求あるいは目標仕様に無かった事項が

か

作り込みを

行うにつれ，開発の最終段階においてでも発生してそのためには，開発現場体験を積み，ユーザサイくることは日常茶飯事である．また，使われ方条件

ドから見る視点を養うことが重要である．

の見落としから，商品化以後，市場において思って次に，システム全体をどう構成するのか，その中も見なかった不具合がおきることがある．

の各機器にそれぞれどんな機能，役割を担わせるのについて鳥瞰的に判断できる技術力を養って欲パイロット弁の例を取れば，オペレータが操縦席

しい．そしてさらに，コンポーネントの立場は，常に乗り込む際，操作レバーにつかまって体重をかけに母機に先立って開発が行われていなければならなて損傷させてしまった等の例が過去にあった．このいということである．最終商品開発段階において，ような例はまだ，データを蓄積し設計の標準化を完成していないコンポーネントは非常に大きなリス

図ってゆけばよいのだが，操作フィーリングのようクを背負うことになる．また一方，魅力あるコンな問題は人の好みや，習慣などが入りなかなか最終

ポーネントは，車両の開発において強力な動機付け

決定に至らない難しさがある．

かを行うものであり，以上の意味から，『先回り開発』

とりわけ，量産のスケジュールが目前に控えた状を，技術者は常に頭の中にたたき込んでおくべきと態で見直しが必要になってきたばあい，開発設計者

考える．

は大いに判断に悩まされるわけであるが，自ら図面

６．
２ 『作り易く，搭載し易い合理的デザインの追をもって生産現場や，協力企業を飛び回り説得と調求』

整の役を果たしきれるようになって欲しい．

構造設計においては，何といっても構想段階が成終わりに否の決める重要なポイントである．
いささか

数多くの車両で共通使用を可能にするためのコン

お説教のような内容になってしまい，

パクト化設計，量産効果でコストを下げるため，焼恐縮であるが，長年開発の現場に携わってきた立場

結や，ダイキャストなど無加工化設計など，構想段から是非伝えておきたいと考えた．
今後フルードパワー分野で活躍を志す若い方々に階から目標を立て仕込んでおかないと成功は難しい．

参考になれば幸いである．

さらに言うならこの段階では，アイディア出しが

［著
ぬの

たに

さだ

者

紹

介］

［著

お

布 谷 貞 夫 君
１
９
５
０年１
１月２
４日生まれ．
１
９
７
４年 株 コマツ入社．現在，コマツエン
ジン油機事業本部油機開発センタ システ
ム＆バルブ開発グループGM．フルードパ
ワーシステム学会誌編集委員．
E-mail sadao̲nunotani@komatsu.co.jp

しゅう

じ

秀

司 君

紹

介］

１
９
５
８年１
０月９日生まれ．
１９８
１年 株 コマツ入社．現在，コマツエン
ジン油機事業本部油機開発センタ アプリ
ケーション＆研究開発グループ上級主任技師．
E-mail shuuji̲hori@komatsu.co.jp!

第３
３巻 第５号

ほり

堀

者

!

４
８

２
０
０
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小根山尚武：ロジェクトVEX―シリンダを駆動するバルブ

解説

プロジェクトVEX―シリンダを駆動するバルブ＊
小根山

尚

武＊＊

１．は じ め に
木陰に寝ころがってぼんやりしていると，なにかが視界をさえぎった．焦点をあわせて追うと，ミズナラの幹にとまったのはコムラサキであった．先客のクワガタの脇で樹液を吸い始めたようだ．目を幹

図１ １９８０年の出荷統計（％）に沿って上へ這わせると，スミナガシやカブトムシのグループもいる．木洩れ日の差し込む梢や多くの枝先は葉にさえぎられて定かに見えない．……ところで，空気圧は進化樹のどこを登っているのであろうか．２０年程前に挑戦した，プロジェクトVEX―
図２

シリンダを駆動するバルブ―を思い出した．
２．NEWMATIC SYSTEMにエネルギーロスは増え，それぞれの弁を収納する
容れ物がかさみ，故障率や諸管理費も増えます．

社内のミニコミ誌に掲載された当時の記事を抜粋

ソーシャル・ダーウィニズムの風が吹くと，省エ

すると，
２．
１ 自

シンプルイズベター

問ネルギー，省資源，ローコストを主張する「シリン空気圧機器のカタログは「豊富なバリエーショ

ダを駆動するバルブ」が見えてきます．空気圧に新ン」を謳い，図１の工業会の出荷統計を見るまでもた な 進 化 を 促 す 新 生PNEUMATICS，そ うNEW-

なく，とくに電磁弁とシリンダは寄らば大樹の処世

MATIC SYSTEMの扉をたたこう． というもので訓になっています．ユーザさんが生産活動ある限りあり，いろいろと議論はあろうが，アイデア醸成の求め続けてくれるのは，機械動力を体現するアクためのひとつの動機づけではあった．

チュエータであり，その主役としてシリンダにお呼３．ガイドライン

びがかかっているのでしょう．一方，シリンダを押し引きするには電磁弁，力の加減には減圧弁，速度構想を具現化する際に，技術オタクに陥らないよの調整には速度制御弁と，市場規模が２倍強の油圧う，ある機能をもつある大きさのバルブは何エンでバルブに匹敵するほどにバルブの賑わいも顕著です．

あるべきか，NEWMATICS設計のガイドラインを

この基盤を，将来いっそうユーザさんに満足して設定しておくことが重要である．そこで，部品を積いただける進化態へつなげるために，いま何に挑戦

算してトータル価格を求める帰納法とはちがい，演すべきでしょうか．

繹的に価格指標を推し量ることにした．

２．
２ 自

答

市場に流通している各種のバルブは，平均的な価シリンダへ向かう圧縮空気は，減圧弁，電磁弁， 格と接続サイズの関係が図３のようになっている．
そして速度制御弁と，三つの弁機構を次々と通り抜

大形弁の律の乱れは生産量などによるので，PT１

けていかなければならない．シンプルイズベターの以下の律で補正してみた方がよかろう．これらから，常識からは，図２にみるように，関門が増えるごと

空気圧バルブの指標価格Y エン（注：円ではなく相対化した価格）を次式のようにとらえることにした．

＊

Y ＝f ・y（S ）平成１４年４月２日 原稿受付＊＊
SMC 株 筑波技術センター（所在地 〒３００―２４９３ 茨城県筑波郡谷和原村絹の台４―２!

ここに，f はバルブの種類による機能係数である．

―２）

り主として有効断面積S の関数である．f は３ポー

第３
３巻 第５号

また，y（S ）はバルブの大きさによる能力価格であ

４
９

２
０
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フルードパワーシステム

図５

プレス制御回路内の圧力調整を，簡単なリモート操作で短時間に行えるようにしたもので，自動車メーカなどのFMS化による頻繁な金型交換のニーズに，段取り時間を

図３ 各種バルブの価格律

大幅に短縮して応えた画期的な製品であった．
この製品は，図５に示すように，パイロット式減圧弁，チェック弁，エアオペレート形３ポート切換
弁を接続した大容量のメイン系を，数個の小形エアバルブ機構の巧妙な組み合わせで制御するもので，構造図と回路図を交互に見比べても容易に理解できない逸品である（注：以下も回路記号および単位などは当時に従う）．
４．２

NEWMATICS設計

いきなり技術屋が得意とするhow toに走らないで，まずwhatと鑑賞するところから核心に迫るの

図４ Two valves in one.

が，NEWMATICS設計の極意である．
ト２位置電磁弁を１とすると，速度制御弁は０．
１８，まず，遠目にメイン系を眺めると，空気源からの減圧弁は０．
４１，５ポート３位置電磁弁は２．
０のようIN，タ ン ク へ のOUT，そ し て 大 気 へ のEXHの３にみることができる．

ポートが見える．次に，一歩寄ってどんな働きをす

例えば図４に示すように，現状の３ポート電磁弁

るのか観察すると，段取り時は空気をタンクに供給と速度制御弁の直列接続は，f ＝１＋０．
１８＝１．
１
８で

あるいはタンクから排出して金型に見合う圧力に短あり，このサイズはy（S ）＝１００エンとすると，トー

時間に設定する働きをし，プレス運転に入ると，圧タルでY ＝１．
１
８×１
０
０＝１
１
８エンである．これを，一縮昇圧されるタンク内の空気を逃がさないでただ漏台の新規な速度制御機能付き３ポート電磁弁に置換れ分を補給して設定下限圧力を維持する働きに移る

しようとすると，圧縮空気が通過する弁座は一ヶ所ことがわかる．スケッチすると，開発対象は図６のだけなので有効断面積は小さくて，y（S ）＝７０エン

ような３位置弁であることが判る．

でよい．従って新バルブの指標価格は，現状の回路

４．３

この機能図を，減圧供給（減圧弁f ＝０．
４１）＋給

構成より３
０％安いY ＝１．
１
８×７
０＝８３エンとみること

排切換（３／２エアオペレート切換弁＝０．
７１）＋逆ができよう．

流阻止（チェック弁＝０．
１５），あるいは減圧＋リリー

４．パワーバルブ
４．
１

指標価格

フ＋切換とみても，トータルして機能係数f ＝１．
５程

ユーザニーズ度の３ポート３位置弁である．

営業サイドから， プレス機械の空気圧制御部をこの弁の大きさは，３０秒足らずで２２!のタンク内

２

席巻している製品があるが，出荷が始まったばかり

圧を５kgf／㎝ から１kgf／㎝ まで下げたいとのことの電空比例弁を利用して，これをコンピュータ制御なので，有効断面積が３００㎜２程度であり，能力価格に適応できるものに代替できないか． という提案

はy（S ）＝２０エンである．従って，この弁の指標価がもたらされた．それは，作業者がプレス機械にへ格は，Y ＝１．
５×２０＝３０エンであり，NEWMATICS

ばりついて，目と手と勘を働かせて長々と時間をか設計のガイドラインが判明した．

けてやっていたダイクッションやバランサのタンク
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小根山尚武：ロジェクトVEX―シリンダを駆動するバルブがあり，また単なる切換弁ならば，フィードバック
流路をなくし，感度とか調圧特性とかは要らないか
らピストンをずっと小さくできる．
この弁機構は，非常に変態の自由度があり，圧力も方向も流量制御も何でもござれのエクセレントなPower制御弁といえるので，VEXシリーズ「パワーバルブ」とネーミングされた．
４．５

プレスレギュレータ

さて，当面のターゲットのプレス用バルブは，図６の段取り工程をすでに母型がクリアしている．３
位置目の運転時における減圧補給は，頭にピストンを載せ，Ａポート圧を回してリリーフストロークを抑止することにより，プレスレギュレータの本体が図６ NEWMATICS設計

完成した．これに小形の３ポート電磁弁と電空比例弁のパイロット系を併せて，ユーザに採用されるこ

４．
４

母型の設計

ととなった．

当時，上記のイメージに近いものは，世界で唯一

５．エコノミーバルブのリリーフ容量の大きな減圧弁や各社の２位置切換
５．１

弁などが存在していた．これらは，ダイヤフラムの省エネリフタ

耐久性，弁シールの漏れ，構造が特殊化しすぎていその数年前に，自動車メーカの油圧駆動から空気て 発 展 性 に 乏 し い な ど が 懸 念 さ れ た．そ こ で，圧化への要請に応えて，通常の複動に比べて２５％程

NEWMATICSのひらめきが結晶したのは，図７に度の空気消費量で昇降とも途中加減速や終端の緩衝示す構造である．

停止が行える「省エネリフタ」が開発されていた．
図８に示すように，シリンダのヘッド室の空気はタ

ピストンの下にＡポート圧が，上にパイロット圧がかかるので，Ａポート圧が低いとピストン棒が下がって下側の弁を開けてＰからＡポートへ空気を供給（減圧弁）し，Ａポート圧が高いとピストン棒が上がって上側の弁を開けてＡからＲポートへ排出（リリーフ弁）し，釣り合うと図の中立位置（クロー
ズドセンタ）に戻る．両弁ともＡポート圧によるバランス構造なので，独立に寸法を決められる自由度

図７ VEXシリーズ「パワーバルブ」
第３
３巻 第５号

図８５１

省エネリフタ２００
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300

フルードパワーシステム

図１０ エコノミーバルブ
５．２

NEWMATICS設計

この配管技能の結晶をNEWMATICS視すると，
このシステムは空気源，タンク，大気および複動シ
リンダと接続されるＳ，Ｔ，Ｅ，Ｘ，Ｙの５ポートであることわかる．ここからのNEWMATICS設計!

プロセスを図９に示す．１を５÷２＝３×２の算術!

で，２の３ポート２つに分割する．中圧レベルのＴ!

ポートをＵとＶに分離することがコツであり，３の図９ NEWMATICS設計プロセス

Ｘ弁とＹ弁になる．ここでボックスの中の働きを覗!

くと，４のようにいずれも圧力と速度の調整機能をンクと往復するだけで消費されず，ロッド室に供給もつクローズドセンタ形３位置弁であり，Ｘ弁は全された低圧空気が１サイクルに１回排気されるだけ

ポート連通位置のある点がちょっと変わっている．

である．多くの大形バルブで回路を構成するので，

ここで，両弁の全切換位置を並べてみると，５の４

これを配管接続した幅５００㎜，高さ１，０５０㎜，奥行き位置弁となり，イハニでＹ弁，ロハニでＸ弁として

５６
５㎜（０．
５t用の場合）のバルブスタンドに仕立て使える．ＲからＡポートへは減圧供給，ＡとＰポーてユーザに納入されていた．

ト間は絞りを伴うオンオフなので，既存の回路記号!

!

でなんとか表すと６のようになる．
第３
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301

小根山尚武：ロジェクトVEX―シリンダを駆動するバルブ

図１３ コムラサキ
VEXに置換でき，価格は半分以下になる．
６．お わ り にパワーバルブの基本構造は，今では当社のみならず他社においても電空レギュレータなどに広く適用されるに至ったが，これはプロジェクトVEXの一進化枝にすぎない．近年のアクチュエータの進化態
や出荷分布の動向に適応すべき，圧力・流量・方向

図１
１ エコノリフタ

制御を融合させた「シリンダを駆動するバルブ」の姿は，まだおぼろげである．ユーザが真に求める
NEWMATIC SYSTEMへの旅はこれからも続く．
コムラサキは高名な兄貴分のオオムラサキの陰に隠れているが，平地にも個体数が多く，オスはいささかもひけをとらない美形の蝶である（図１３参照）．
先年，ハルビン工業大学の柳並木に群れ翔んでいるのを見たが，かの地で柳紫閃蚊
來蝶と呼ばれるこの蝶は，他の北方系の一群とともにウルム氷期に南下し，日本列島に進入したものと考えられている．南方系とあわせていま日本には２００種あまりの蝶が棲息するが，いわゆる蛾と呼ばれる鱗翅目（りんしもく）のなかのごく一部の進化形であり，蛾の１割に満た
図１
２ エコノミーシステム（当社比）

ない．

そして，機能係数はf ＝０．
４
１
（減圧）
＋０．
１
８
（絞り）
＋０．
７
１
（３ポート２位置切換）×１．
５＝２．
０である．１［著

mを３秒弱でストロークする１〜２トン級のリフタ
ならば，有効断面積が３００㎜２もあれば十分なので，

お指標価格はY ＝２．
０×２
０＝４０エンと見積もれる．
５．
３

ね やま

なお

たけ

小根山

尚

武 君

者

紹

介］

!

エコノミーバルブ１
９
６
８年早稲田大学大学院修了，SMC 株
において空気圧機器およびシステムの開発と研究に従事，技術研究部．
E―mail：oneyama@pa.smcjpn.co.jp

こうして前記のVEXシリーズの母型から誕生したのが図１０に示すエコノミーバルブであり，省エネ
リフタは図１１のような２台のエコノミーバルブによる駆動に生まれ変わった．
このバルブは，圧力・流量・方向を制御する一般用途に適応し，図１２に示すように，同じ接続サイズでも従来の回路より有効断面積が大きく，かつ安価な の で，例 え ば３
２Ａの 回 路 は２５Ａな い し２
０Ａの第３
３巻 第５号

５３２００
２年８月（平成１
４年）

302
解

フルードパワーシステム

説

過去から，そして未来へ＊

ＨＭＴと４
０年
長

友

邦

泰＊＊

１．HMTとの出会いに
私は昭和３
５年三菱重工の前身となる三菱造船に入社，昭和３７年に研究部門から設計部門に方向変換して油圧の道に入ったもので，何の因縁か最初の油圧との出会いはこのHMTであった．
新幹線が東京―大阪間で開通したばかりであったが，同時に機関車で牽引する貨車を夜間運転する計画が推進されていた．当時は大容量半導体素子の信頼性が乏しく，実績のある誘導電動機と油圧変速機

図１

本田技研のバダリーニ変速機を使用して走行系を構成することが計画された．
これは夜間走行のため高速走行中は誘導電動機で直 接 駆 動 と し 加 速，減 速 区 間 で 油 機 が 加 担 す る

差動油機型のHMTで，早速試乗してみたが右手にHMTが最適とされ計画されていた．既にHydiffアクセルレバーを左手に変速比可変レバーがあり，

Gear 計画と銘打って国鉄と東洋電機により小型

変速比を無段階に変えると実に面白い走行を楽しむの実証モデルによる基礎試験が完了しており，第２ことができたのを憶えているが，惜しいことにその段階のフルスケールの実機試作に進もうとした時期

後１年程で生産中止となっている．

であった．

本田技研の技術者はよほど口惜しかったらしく，機関車用としては５００ を超す大容量が必要とな!

その後も営々と研究開発が続けられ，苦節４０年ついり，大型の油機開発，大馬力の遊星型差動ギア，まに荒地走行車両用として実用化されたのはこの道をた差動ギアを使用しない二重反転型の電動機も開発知るものとして敬服すると同時にこの変速機の持つ対象となり既に計画を開始していた．更に当時欧州魅力と難しさとを雄弁に物語っているとも言える．

で活発な研究が行なわれていた油機自体が差動動作

２．HMTファミリーを行う特殊な構造を持った油圧変速機の開発も視野に入れると言う多彩なもので，第１期の開発研究予HMTは意外とその実像は理解されていない．

算が認許され実用機関車を対象とした設計作業が始

多くの学術論文には数式が羅列されていたり，複まりつつあった．このHMT搭載機関車計画は残念

雑な特性曲線が出現したりしているのも理解を妨げながら，高速夜間走行が深夜の騒音規制に関連してる一因ではなかろうか．動力伝達機械である内燃機，

難航し，ついにプロゼクトが解散されたのは昭和４０電動機，油圧モータなどは回転の絶対値で動力伝達

年に入ってからだったと記憶しているが，私にとっを行っている．即ち高速回転時にはピストンはそれてこのプロゼクトがその後４０年HMTの技術分野へに比例した速度で往復運動を行っている訳である．
一方，入力と出力の差の速度で動力伝達しているの強い関心を持ち続ける動機となった．
この当時はまた本田技研がイタリアから特殊な油一群の機械が存在する．これらは摩擦板クラッチ，

圧変速機を技術導入し，昭和３８年にはジュノーと言流体継手，渦電流継手，トルクコンバータなどで，うスクータに搭載して市販を開始している．これは入力と出力の速度が一致すると動力の循環はなくなり，非常に低い損失となるのは広く知られている．
HMTはこれと同じ分類に属するもので原理その＊ものは古くから知られており，最初のHMTは現在＊＊の可変ポンプの出現から遅れること２年の１９０
７年に０６
２ 福岡県筑紫野市針摺６０３―９４）（所在地 〒８１８―０

最初の機械が登場している．これはHSTが停止し

平成１
４年４月１
８日 原稿受付"有 長友流体機械研究所

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２年８月（平成１４年）

303

長友 邦泰：HMTと４０年船に標準化されたHMTが搭載され１００セットのオーダを販売しているものの，事業は歯車製造部門の商品となっておりHSTは単なる購入品としてまとめられたものである．
海外でもエンジンメーカ，造船所等の装置メーカが製造を開始し一応の普及はしたものの大量普及には至らず，この時ほど差動歯車機構に頼らない直接

図２ 最初に出現したHMT １９０７年

差動型のHMTの必要性を痛感したことはなかった．
もし差動歯車を使用しない差動油機型HMTがその時点で開発されていたなら，十分な競争力を持ち，おそらく油圧メーカにより量産されて，船舶の必需品となり数十万台の生産実績を持つ航空機のCSD装置と同様にインバータ方式に伍して船舶用発電機駆動装置として定着していた可能性は大きい．
４．送風機の省エネ装置
図３

差動歯車型HMTの構成

これもエネルギー危機に端を発したもので，送風機の回転制御の流行である．この分野で成功したのている時は騒音もなく，温度も上がらないことからは流体継手と摩擦板クラッチで大容量の変速機を１

この状態でケーシングごと回転させたら効率の良い

万台のオーダで販売している．クラッチとか流体継機械ができるのではないかとの素朴な発想から出て手のスリップ分は損失となる性質から省エネとは違きたのではないかと考えられる．

和感があるが，ターボ機械の動力は回転数の三乗に比例し，流量は直接比例のため差し引き二乗分は省即ち入出力同速の場合，ピストンは静止しておりエネになるのと，変速幅が少なく世界一電力価格の流体の出入りもなく極めて高い効率を発揮する．

高い日本では省エネのエースとして歓迎された．

変速の場合（出力―入力）速度に比例してピストンが動くことになり入力と出力速度に近い領域では残念ながらHSTはクラッチなどでは無損失とな

高い効率が得られるが，変速範囲は制限されるなど，る定格負荷運転が主体となるため不向きなのと，な魅力ある特徴とやや柔軟性を欠くものとなっている．

"

により１
００
０ 級が中心となるため，HSTは無縁のままで終っている．基本的にはHMTが適している

３．発電機駆動装置

分野ながら差動歯車型が少数使用されているのみで
昭和６０年頃から始まる周波数可変インバータの価格

昭和４７年のエネルギー危機に端を発し，従来船内低下に押され機械式は市場を追われている．

発電機は推進用とは別の高速エンジンが使用されて"いたが高価なＡ重油を消費するため抜群の効率を誇

筆者らは三菱重工で図４に示す５００ 級HMTを昭る推進用主機関で直接発電機を駆動する軸発方式が和６０年に商品化している．これは差動歯車を使用し脚光を浴び始めた．私達も既存のポンプ・モータをない最大級の大型HMTであるが，時期既に遅くこ組み合わせたHSTに定速制御装置を搭載したものの市場で限定台数の販売後はインバータの価格低下

を先ず漁船用として販売を開始した．漁船の場合は主機の最低・最高回転の差が大きく低速回転の時に!

集魚灯により電力消費は最大となり，６００ ／revの!

ポンプに１５０ ／revのモータの組み合わせとなり効率の低下，価格の上昇のため大量普及には至らな
かった．これを改善するには最大速度と最低速度の中間に直結回転を選んだHMTが最適であることは明瞭であり，鋭意開発を始めたものの差動歯車機構が高価となり，油圧はつけたしで歯車メーカの製品であると言われざるを得ず，また船毎に仕様が異なり量産が困難なためHMTの有望な応用先の開拓は
図４

困難を極めた．国内では石川島播磨重工で自社標準
第３３巻 第５号

５５

三菱重工で開発した大型HMT
２００
２年８月（平成１４年）

304

フルードパワーシステム

ルクが出力可能となり，従来型にない無音発進などが可能となる筈であるがガソリンエンジン特有の６０００rpmに達する高速回転に耐えうるポンプの開発と共に今後の研究開発が待たれる．
７．電気動力と油圧動力の共存
パワーエレクトロニクスの発展は目を見張るものがあるが近年油圧ポンプをACサーボモータで駆動
図５ 開発した差動油機型HMT

してアクチュエータにシリンダ等を使用した電気―
油圧システムが多数開発されている．しかしこれら
は電気の進出にあわてた油圧技術者が誇りを捨てに押されて大量生産に至らずに終っている．

去った付け焼刃の産物のように思えてならない．可５．構造を簡略化した差動油機型HMT

変ポンプは本来優れた制御デバイスであり，直接ポ

筆者は新機種の開発を目的とした会社を設立した

ンプ制御は高い応答性を持つ閉ループシステムを構のを機に平成２年に国の補助金を得て開発した差動成することが可能である．ただ残念ながらポンプ制

歯車なしの差動油機型のHMTを図５に示す．本機

御は従来比較的大型のポンプに採用され小型，小容は良好な特性を示したものの，発電機駆動市場はパ量ポンプで速度，位置制御の閉ループ制御は実績がワーエレクトロニクスの支配する市場となり，大量少なく経験した技術者の数が少ないのも安易な可変需要の商品市場の確信が得られずに商品化には至っ電動駆動に向かってしまう一因となっているようにていない．

思えるが如何なものであろうか．
結局現状のACサーボ駆動型の（油圧ポンプ＋シ

６．HST／HMT２モードモータの開発

リンダ）システムは１個のボールねじの代用に使用

HMT単体の応用面として可能性が感じられるのされている訳であり効率低下を考えると長期的な安は過去の推移からやはり独立した原動機を有する車定製品とはならないのではないかと思えてくる．

両，建設機械に集約されてきた．しかし逆転，静止

同じシステムでも蓄積した油圧技術を生かして安大トルクなどHMT単体では苦手な特性が要求され価な定速電動機で可変ポンプ制御として効率，コスることから，逆転・低速領域に適したHSTモード

ト上のメリットを実現するACサーボ駆動型を遥かと高効率高速回転に適したHMTモードを切換選択に上回るシステムで対抗して頂きたいものである．
動力可能な２モード型モータの開発が必要となった．写そのものを電気動力と油圧動力を混合し

真１は 平 成８年 に 日 産 自 動 車 殿 と 共 同 開 発 し た

たハイブリッド動力型の電気―油圧ハイブリッド

HSTモードとHMTモードが選択切換可能なモータ

モータなる両者の特色を生かしたサーボモータシス

で，これにより逆転から低速高トルク領域がHMT

テムを現在筆者らにより平成１３年度の補助金事業と領域に加算されるため運 転 範 囲 が 拡 大 さ れ 今 後して実施中であり簡単に報告しておきたいと思う．

HMTの有力市場と予想される車両への応用を可能

油圧モータのトルク発生の原理は図６に示すようにするものである．自動車変速機にHMT系が採用に油圧に比例するが流量とは無関係で，速度×トル

可能となれば現状のトルコン，ベルト型CVTにはクの動力を消費するものの速度が小さい場合は小パない，例えばエンジンのアイドリングでも微速大ト

ワーでも大トルクを出すことが可能である．一方電動機は図７のようにトルクは電磁力即ち，電流に比例した値となり，基本的には速度には無関係である．
電動機で最大トルクは最大電流点で得られるため基本的には（トルク⇒電動機の大きさ⇒価格）の関

図６

写真１ HST／HMT２モードモータ
第３
３巻 第５号

５
６

油圧のトルク発生

図７

電動機のトルク発生

２００
２年８月（平成１４年）

305

長友 邦泰：HMTと４０年

図８ 電気―油圧ハイブリッドモータ

図９電気―油圧ハイブリッドモータの特性線図

写真２ 電気―油圧ハイブリッドモータの外観

図１０ 電気―油圧ハイブリッドモータシステム図

特質をよく利用していると考えている．
図９に 示 す よ う に（０〜±９００）rpmはHST，±（９００〜２７００）rpmの範囲はHMTとして動作する．
図１０にシステム構成を示す．
８．HMTの将来

写真３ 内部構造の写真 左がHMT，右は電動機

過去４０年，HMTが大量普及するチャンスは存在係となる．油圧の場合トルクと動力は直接無関係としていたが，何れの時も技術開発が間に合わず機会

なり，電力に対応する低速で大トルクを出力するこを逸してきたように思える．競争力を得る大量普及とができる．図８は電気―油圧ハイブリッドモータ

以前にパワーエレクトロニクスとの生存競争に敗れの構造図を示し，写真２，写真３に試作機の構成をてその芽をつまれてしまった感があるが，過去を踏示す．

まえて今後確固たる地位を築きえるのは下記２分野"

で，何れも油圧が固有に持つ特性である

このハイブリッドモータの電動機は４極３．
７ の

最高の動

油浸型誘導電動機であり，左側の油圧モータはラジ力伝達密度

アルピストン型のHST／HMT２モードモータで容量つ油圧技術の長所を総括した技術開発がこの分野のが６
５ ／revである．

技術者の責務ではなかろうか．

!

を生かした面であり１００年の歴史を持注目されるのはこのハイブリッドモータの出力パ

第１は車両トランスミッションの分野である．小

ワーは５ に過ぎないがトルクは実に６０ モータに型で大トルクが可能，同時に高速領域まで高い効率相当する大トルクが得られることである．このためが確保できる性能は現状のHSTを遥かに超えてお負荷が（低速・大トルク×高速・低トルク）特性のり効率評価の傾向が強くなるであろう今後はHMT

ものであれば純電動方式では５０キロワットの電動機が大量に定着する順風が吹くのではなかろうか．

""

他の一つはここで紹介した電動機との共存である．

が必要となるのに対しハイブリッド型ではその１０％に満たない小型機で対応可能と言うことであり，力油圧の持つ抜群の出力トルクと電動機の高速性は補に強い油圧の良さと複合動力を処理可能なHMTの完関係にあり共存共栄を図ることが可能である．

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３巻 第５号

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２年８月（平成１４年）

306

フルードパワーシステム

ACサーボモータが開拓したサーボ応用の自動化技
術の面に小型で価格競争力を有する（低速×高トル［著ク）＋（高速×低トルク）型のサーボモータは産業機械用として定着する可能性は大きいように感じて
いる．

なが

とも

くに

やす

長

友

邦

泰 君

者

紹

介］

宮崎大学工学部機械工学科卒業
三菱重工業にて油圧ポンプ，モータの開発に従事１
９８
９年 有 長友流体機械研究所を設立
主として油圧ポンプ，HMTの開発研究に従事．技術士として（機械部門）．
日本技術士会会員．
E―mail：nfl@pluto.dti.ne.jp!

第３
３巻 第５号

５８２００
２年８月（平成１４年）

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下尾 茂敏：エコリッチ開発プロジェクト イカルスは再び翼を得たか

解説

イカルスは再び翼を得たか＊

エコリッチ開発プロジェクト
下

尾

茂

敏＊＊

１．産機油圧を取り巻く環境
翼を失ったイカルス？？

四重苦の産業機械用油圧

油圧業界もかつては大きな翼を持った，暁の産業といわれた時代があった．ひたすら欧州メーカの後を追いかけ，品揃えと大流量化，高圧化を競った模
倣時代，成形機を中心に比例制御の技術を競った改良開発の時代であった．
◆１つめの苦悩：技術の手詰まり（図２）
平成に入り欧州に追いついたとたん，開発も手詰
まり状態，何をやってよいかわからない．制御を高度化すればするほど構造は複雑になりバルブの数が
図１増え，コストが上がり，効率が下がる．技術者はジ

エコリッチ

レンマに落ちいりあきらめの境地．ここ１
０年来，目新しい新製品は皆無といえる．
◆２つめの苦悩：価格競争の激化
一方標準化が進み互換性が高くなった．顧客は手間をかけずメーカを変更できる．バブルははじけ，生産能力は過剰．価格競争だけが進んだ．欧米では，
ビッグネームがＭ＆Ａを繰り返して超巨大企業の寡占状態が出現し，低価格オペレーションを展開．中国を中心としたローカルメーカも人件費の安さを背景に同じ戦略を展開．価格競争はさらに激化した．
図２◆３つめの苦悩：代替え技術の台頭

産業油圧を取り巻く環境

さらに時代は意外と早く電動化へ進んだ．大負荷のものはボールねじがもたない，油圧が優位，大容ます小さくなった．

量は油圧が安い，まだまだ油圧は生き残れると思っ◆４つめの苦悩：古い業界体質ていたが，ボールねじは耐久性を増し，中大型サー

唯一の救いとなる国際調達による購入コストダウ

ボモータインバータ価格も急激に下がった．技術のンも個々の企業の調達量では交渉力が弱く，連携提進歩の速度が電動と油圧とでは違いすぎた．このイ

携による共同調達の可能性も，古い業界体質ためにンバータ価格ダウンは，業界に先んじて業務用エア画期的手立てが講じられない状態．

コンをインバータ化しインバータ素子の生産量を一

産業用油圧はまさに翼を失ったイカルスのごとく気に増加させた当社の存在も大きいと考えている．

落ちるしかない運命か．１つでも解決策があれば危電動化による少々の価格アップも数年の電気代で償機的状態を脱出できるのでは．

却できるのも大きな要因であった．油圧市場はます

２．油圧素人集団による新商品コンセプトの探索
ダイキンでは空調が主力．油圧の技術者ではアイ＊デアが出ないのでは．１９９７年夏，空調出身の油機担

平成１
４年４月１
１日 原稿受付＊＊!

当役員は油圧を知らない空調や研究所のメンバーだ

ダイキン工業 株 油機事業部技術部
５８５ 摂津市西一津屋１の１）（所在地 〒５６６―８
第３３巻 第５号

けの油圧商品探索プロジェクトを立ち上げた．探索
５
９

２
０
０
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308

フルードパワーシステムのため北京まで出向いたこともあった．１
９
９８年始め，

始まった（図３）．

ここで出てきたアイデアのひとつが従来の可変ポン

当社でも１９９５年，いったんSPMインバータを採プの代替として空調用インバータで固定油圧ポンプ

用した小形エアコンを発売したが，翌６年，その後を可変回転数制御するコンセプトだった．この提案の空調用インバータの主流となるいわゆるリラクタに油圧技術者はびっくりした．空調用モータが油圧

ンスDCモータ（Interior Permanent Magnet Motor

制御に使えるのか．何しろエアコンといえばイン［IPM］埋込磁石構造シンクロナスモータ）搭載のバータモータとコンプレッサに熱交換器，ファンと超省エネエアコンシリーズを発売した．当社のIPM

きれいな室外機，室内機の箱までついてご存知の低モータは，ロータ内部に深く埋め込まれた強力な希価格で売られている商品．このインバータモータが土類永久磁石とステータコイルの反発力（マグネッ

使えるとなると油圧商品のコンセプトが大きく変わ

トトルク），ステータコイルが珪素鋼板で作られた

る．日本発の油圧の新しい風となる．

ロータを引きつける力（リラクタンストルク）の両方を有効に利用できる特許構造で，これらの力を効

３．空調のインバータモータ

率的に制御する特許インバータと組み合わせること

ルームエアコンのインバータ化の動きは１
９８１年ににより究極の省エネを実現した．１９９
８年空調各社が始まり，当社も１
９８
８年までに主要機種のインバータ

IPMモータ採用のエアコンを発売するに至り，IPM

化を完了した．インバータ化の動きが始まった当初， モータは空調省エネモータのスタンダードの地位を!

業界ではインバータのコストアップが顧客に受け入獲得， 社 電気学会「電気学術振興賞（進歩賞）」をれられるかどうか議論が沸騰した．誘導モータと熱受賞した．

交換器の高効率化で対抗できるのではないか．しかエアコン高効率化開発の動きの一方，急激な価格

し価格アップが電気代で短期償却できることから，破壊と近年のグーローバル化の動きに対応するため，

あっという間に顧客にインバータが浸透．インバーインバータモータの小型，低価格化開発にも着手しタ化の進行により電子部品の生産数量がアップし，た．これが，エコリッチに採用されることになるス

これがコスト低下につながる．インバータ化にさらイッチトリラクタンスモータ（SRモータ）である．

に拍車がかかった．

SRモータは，省エネ性は劣るものの，ロータに永平成に入り，ルームエアコンの開発競争は，コン

久磁石を一切用いず，ステータコイルが珪素鋼板

パクト・低騒音から高効率・省エネに移り，熱交換

ロータを引き付けるリラクタンストルクのみで駆動

器周辺の高効率化も頭打ち傾向を示し始めた事から， するモータで，「シンプルで堅牢な構造」，「低速高モータインバータの高効率化に動きはじめた．これ

トルク」，「低イナーシャ」の特長を持つ．

までの誘導モータインバータに代わり，永久磁石を４．商品化の可能性

ロータ表面に組み込み，コイルとの反発力（マグネットトルク）を利用した，いわゆる表面DCモー

油圧をインバータで駆動するとどのような動きをタ（Surface Permanent Magnet Motor［SPM］産するのか．１９９８年春，摂津市の油機事業部の技術者

業機械分野ではACサーボモータと呼ぶ）の採用がが草津市の電子技術研究所へ出向き，研究所のメン

誘導モータ

表面DCモータ

リラクタンスDCモータ

SRモータ

モータ構造

磁力の強い磁石を埋込，駆動原理

鉄に働く電磁吸引力

電磁石（アルミ導体）

磁石で磁束を発生

鉄に働く電磁吸引力

で磁束を発生（マグネットトルク）（リラクタンストルク） （リラクタンストルク）を新たに活用

産業用汎用モータ
用 途 例

エアコン圧縮機
油循環ポンプ

FA用サーボモータ
エアコン圧縮機

図３
第３
３巻 第５号

超省エネエアコン圧縮
機
電気自動車

電気洗濯機
油圧ポンプ

モータ比較
６
０

２
０
０
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下尾 茂敏：エコリッチ開発プロジェクト イカルスは再び翼を得たか

バーと共同で市販のインバータモータ，サーボモーの後戻りができないため，効率面ではIPMモータにタを使った試作品により，固定ポンプの可変回転数

劣るSRモータでは競合に勝てない．機能，構造上制御の事前評価を開始した．

はSRモ ー タ の コ ス ト が 安 く な る は ず だ が，IPM

既にサーボモータで油圧ポンプを駆動する商品はモータとの部品の共通性が失われ部品購入コストが存在した．事業部はこの商品には興味がなかった．

思ったほど安くならない．数年来SRモータの開発

高価なサーボモータで安いギヤポンプを駆動する商を続けてきた研究所は，油圧への適用を提案してき品は油圧メーカにとって何の利益も生み出さない．

た．「シンプルで堅牢な構造」のため，数量の少な

モータ屋さんが喜ぶだけ．ボールねじを油圧に置きい油圧用途でも低コスト生産が可能．
「低速高トル

換えただけの，１ポンプ１アクチュエータ構成ではク」，「低イナーシャ」で，制御上も比較的短期に高いずれ電動に置き換わる．油圧は汚い．やはり嫌わ応答化実現の可能性がある．

れ者．油圧は圧力，流量，シリンダ径などの自由度

残念ながら事業部では自力開発は不可能．早期商が多すぎるため顧客ごとの都度対応品ばかりになっ品化のため選択の余地はなかった．１９９
９年１月，秋てしまい手間ばかりかかる．

の商品化を目指し，エコリッチ開発のスタートを切った．

電動化に対抗して油圧の生き残るのは複数のアクチュエータを持つシステムで比較的精度の不必要な

５．商 品 開 発

分野に限られるだろう．やはり従来のユニットシス

SRモータ高応答化は研究所，油圧部分は事業部テム構成にこだわりたい．

と分担して開発がはじまった．

誘導モータをサーボモータに置き換えたシステム
なら性能上問題はないが，コスト上テーブルに載ら大きな問題として浮き上がったのがどんなモータ

ない．汎用インバータは安価だが，応答性が問題に仕様が必要か定量的な目標がはっきりしないというなる．可変ポンプの流量応答性は１００ミリ秒程度．

ことだった．仕様がないと研究所はモータの開発が汎用インバータの実力では，シリンダの立ち上がり

できない．これまで研究所で対応してきた空調用

応答性が確保できず，シリンダが端部に到達した時

モータでは，コンプレッサ用途に必要な絞り込んだの流量制御から圧力の制御への滑らかな移行もでき仕様で開発する．そうしないと空調機の厳しい価格

ない．立ち上がり応答の問題は，機械からシリンダ競争に勝ち残れない．一方事業部側としてはまったが動く前に信号を入れ，ポンプ回転数を立ち上げてく初めての試み．どの程度の実力のモータができる

おけばいいのだが，従来製品との互換性がなくなる．

のか実感がなかった．

蓄圧器を追加しても解消するがコストがアップしてインバータ化する場合，どうしてもインバータコ

しまう．ベクトル制御などの高級な制御を加えたイントローラ分製品コストがアップしてしまう．顧客

ンバータなら可能性があるが，誘導モータをベースが認めるコストアップは空調の経験でせいぜい省エとする限りモータの内部イナーシャが大きくイン

ネによる電力削減額の２年分程度．したがってこれ

バータ容量を大きくしないと応答性が確保できずやを吸収する手段として構造の複雑な可変ポンプを，はりコスト上の問題が残る．

構造のシンプルな固定吐出量のギヤポンプに変更す

研究所での事前評価は続いていたが，事業部サイるしかない．固定ポンプの圧力と１回転あたりの吐ドではコスト上から空調用モータが使えるかどうか

出量が決まるとモータの出力トルクが決まる．モーが商品化可能性の最大の鍵と考えていた．空調用

タを小さくすればモータ自体のコストもインバータ

モータは効率最優先で開発してきた．空調の運転パのコストも低く抑えられる．したがってポンプの吐ターンでは応答性は数十秒単位で充分．応答性は

出量は小さいほどよいわけだが，可変ポンプの広範

まったく未評価だった．１
９９
８年秋，事業部からの申囲な流量領域をカバーしようとするとモータ回転をし入れで前述の高効率IPMモータの応答性評価が始高速にする必要があり，こんどは騒音の問題が出てまった．研究所での応答性評価は比較的短期に答えくる．ポンプは一方向回転で十分だが，負荷がかが出た．その答えは否．IPMモータの高応答化には

かった場合，瞬間反転することがある．反転すると相当の時間と技術者の投入が必要．発売までに時間

当然コントローラに負荷がかかることになる．しばがかかる．事業部のために多量の人材を投入すべき

らく，研究所と事業部との間で激しいやり取りが続

か否か？？

いた．

事業部にとって幸運だったのは，ちょうど前述の

高速インバータ制御では，ポンプで直接，流量とSRモータの空調機への適用が見送りになったこと

圧力の制御ができる．油圧ユニットとしてどのようだった．理由は２つ．省エネ法規制によって省エネな機能を盛り込むかも大きな課題だった．従来の可第３
３巻 第５号

６１

２００
２年８月（平成１４年）

310

フルードパワーシステム

変ポンプシステムでは斜 板 の メ カ ニ カ ル な 圧 力

油圧アクチュエータが有効な仕事をしていない時もフィードバック制御で負荷に見合う吐出量を制御す作動時と同じ回転数で運転する．このため，１加工る．まずは，外部との信号のやり取りをなくし，工程の積算電力量の２８％が油圧ポンプシステムで消モータの容量を最大限に生かし，負荷圧力を感知し費されている．１サイクルの拡大図を見ると，点線て負荷に見合う流量をモータの回転数制御で自動的部が，クランプ機構が動き実際に仕事している時間に吐出する，従来システムとの互換性を重視したで，ごく短時間である．点線部と点線部の間はクラ「自律制御」に限定して機能を盛り込み商品化を図

ンプがワークを保持する保圧時間で，加工時間の大ることにした．これにより，たとえば電磁弁がブ部分を占める．
「エコリッチ」は待機時や保圧時にロック状態では負荷が上がり最低回転数で省エネ運

回転数を回路の漏れを補償する程度まで下げて省エ

転するが，電磁弁が切り換わり負荷が下がると自動ネをはかるものである．油圧ポンプ駆動トルクT は的に最高速度に切り換わる．

Wilsonの式から次のように表される．

ポンプの選定はフルフロー時の騒音レベルを７０

VΔP
CfVΔP
T＝
＋CvμnV＋＋Tc
２π
２πdB程度と仮定して最高回転数を定め，ここから諸元が決まった．

第１項：理論駆動トルク（摩擦のない理想的な駆動

空調用でモータの基本開発が終わっていたことも

トルク，言い換えれば，１回転あたりVΔPあり，予定より遅れたものの翌年には商品開発が完の仕事を行なうために軸に加えるべきトル

了した．

ク）
第２項：ポンプ内の摺動部における回転速度に比例

５．エコリッチの商品コンセプト

する粘性摩擦トルク

改めてエコリッチの商品コンセプトを紹介する．

第３項：シールや軸受の圧力に比例する機械的摩擦

当社機械加工ラインマシニングセンターの電力消費

トルク量推移を図４に示す．従来の油圧ポンプシステムは，非切削時（待機時）や，油圧シリンダーが移動後圧

ク

力を保持してワークをつかんでいる状態のように，

図４第３３巻 第５号

第４項：回転速度や圧力に無関係な一定の摩擦トル
Ｖ ：油圧ポンプ１回転あたりの押しのけ量

工作機械の消費電力量
６
２

２
０
０
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下尾 茂敏：エコリッチ開発プロジェクト イカルスは再び翼を得たか

ΔP：ポンプ出入り口の圧力差

費量を機器別に計測，さらにエコリッチに置き換え

Cv ：粘性摩擦トルク係数て同じように電力測定を行い，差を比較する．図４

μ ：作動油の粘度のようにパソコン画面でその場でビジュアルに確認n

していただくと顧客は一様に油圧機器の電力消費量：ポンプの回転速度の多さと省エネ効果にびっくりされた．幸いダイキ

Cf ：圧力に関係する機械的摩擦トルク係数

ンは工場で使われる業務用エアコンや冷熱機器のトップメーカのひとつであり，フッ素化学メーカでもある．油圧系省エネにより，加工ラインの熱発生を防ぐ．フッ素遮熱塗料により工場の屋根からの進入熱を防ぐ．春秋は外気温が下がると換気．さらにライン構成にフィットした気流制御で最適な空調環境を提案．エネルギ監視システム導入による，空調
監視，電力契約料の削減と更なるむだの発見というトータル省エネ提案を行った．
エコリッチは大手工作機械メーカに標準搭載され，

図５ エコリッチの作動原理

省エネ機運の盛り上がりにつれ，大規模工場では，従来の可変油圧ポンプでは，押しのけ量Ｖをメカ

既存機械の油圧ユニットを積極的にエコリッチに置ニカルな機構で可変化して，流量の不必要な時にはき換え，新規設備にはエコリッチを指名いただける

第１項，第３項を極小化するが，電動機は一定回転ようになった．

ｎで回り続けるため第２項は削減することができな

電力計測の過程で新しく発見したことがある．切い．エコリッチの高速インバータ制御ではｎを可変削液を運ぶクーラントポンプの電力消費量が予想以化することで第２項を極小化する．

上に大きかったことである．急遽SRモータによる高応答化を実現するためＶは慣性の小さい固定ポ

インバータクーラントポンプの商品化が実行された．

ンプを使用しているが，ｎを高速回転することによクーラントポンプは一般に大き目の容量が選ばれ，り，必要流量Ｑを得るためのＶを小さくでき，第１，バルブで必要量まで絞って使用するが，バルブで３項も削減できる（図５）．

絞っても電力量はほとんど変化しない．インバータ

回路圧力によって省エネ率は異なるが，旋盤，マ

クーラントポンプに取り替えて，バルブを取り除く．

シニングセンタで平均約４０〜５０％の省エネが実現で流量が増加するので，元の流量まで回転数を落とす．

きる

流量の３乗に比例して電力が変化するので，流量の少しの減少が大幅な電力削減になる．この操作で，

６．販 売 戦 術

７０％から５０％省エネが実現する．省エネを２０％程度に留め流量を５０％増加させると切粉詰まりが１／５０

省エネのコンセプトは，機械のユーザにとって直接電気代の削減につながりわかりやすい．１
９９９年にに減少したという実績もある．

改正省エネ法が施工され，大規模工場では毎年１％

７．次の省エネが義務付けられた．最初のうちは，こまめの手に電気を消す等の仕組みつくりで目標がクリアでき機械メーカで省エネ機運が一般化すると，まず想るが，３年目にはほぼやるべきことはやり尽くして定される競合他社の対抗策は，誘導モータや可変ポ

しまい手詰まり状態になる．油圧機器は朝，電源投ンプの高効率化であるが，前述のごとく，空調でノ入と同時に電気を消費するため，積算電力量の比率

ンインバータ機の高効率化が直ぐに限界が来たようが高い．特に省エネ手詰まりの先進企業ではコンセに，油圧でもすぐに限界が来る．早晩インバータ油

プトが受け入れられた．しかし，一般的機械ユーザ

圧ユニット同士の省エネ競争が始まるだろう．エコには省エネ意識が浸透していないこともあり，我々

リッチ商品化と同時に，研究所では，エコリッチののこれまでの顧客，機械メーカには，すぐには，省

更なる省エネと高圧化高機能化を目指し，当社が空

エネメリットを受け入れていただけなかった．

調で圧倒的省エネと日本一の生産量を誇るリラクタ

そこで，機械メーカへのPRと平行して，空調エ

ンスDCモータ（IPMモータ）の，高応答化高精度

ンジニアリング部門と共同で省エネ先進の自動車関化開発と工場のトータル省エネ提案プロセス開発に連の部品メーカを中心とした機械ユーザに対して省着手した．

エネPR活動を行うことにした．既存機械の電力消第３
３巻 第５号

エコリッチのさらなる省エネのキーは，空調用
６
３

２
０
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２年８月（平成１４年）

312

フルードパワーシステム

うか．残念ながら今後ますます市場が狭まり，「滑
空の翼を得たが再び一人で太陽を目指すことはないだろう」というのが正直な感想だ．IPMモータは，空調のほか送風機，水ポンプ，エアコンプレッサ用の省エネインバータモータとして，また中精度の高速，高トルクメカトロサーボモータとして用途展開か可能である．現状のサーボモータ，インバータ
モータがIPMモータに置き換わってゆくという予測もある．インバータ化によって油圧ユニットはユー
ザインターフェースを電動と共通化できる．油圧がIPMモータをベースにサーボモータ，インバータ
モータと完全に手を携えた時安住の地を得るだろう．

図６ スーパーユニット
IPMモータを，高効率を維持しながら１
００ミリ秒ク
ラスの高応答性が実現できるか，圧力制御時の回転［著

数を如何に下げられるかの２点である．高機能化のキーは速度制御範囲を如何に広げられるかとユーザ
インターフェースの充実である．
ようやく技術的目処がたった，今年早春，IPM

しも

お

しげ

とし

下

尾

茂

敏 君

者

紹

介］

１
９
５
０年４月２
６日徳島市生まれ．
１
９
７
３年京都大学工学部機械系工学科卒．
コンピュータソフト開発業務（特種情報処
理技術者）を経て，１９８０年から油圧バルブ
開発，１
９
９
９年から空調モータの産業用途開発に従事．現在ダイキン工業 株 油機事業部
技術部長．

モータ搭載スーパーユニット商品開発計画が承認された（図６）．スーパーユニットは，省エネを従来比２０％向上，最高使 用 圧 力２１MPa，圧 力・流 量 の!

多段切換え機能を持つ予定．クーラントポンプについても，IPMモータ搭載多段羽根車形中低圧用，ギ
ヤポンプ形高圧用（７MPa）のシリーズ化を一気に行う．
翼を失ったイカルスはこれで再び翼を得たのだろ

第３
３巻 第５号

６４２００
２年８月（平成１４年）

313

三橋 浩司：技術の伝承：超大型シリンダ

解説

技 術 の 伝 承 ： 超 大 型 シ リ ン ダ＊
―失われかけた技術をとりもどせ―

三

橋

浩

司＊＊

られていた．

これは油圧機器メーカーの限られた設備でその限界を超える製品を創り，技術伝承のために知恵と信２人は定年退職を数年後にひかえていた．

念で挑戦した男達の物語である。

石井は不思議な運に恵まれていた．自分が「やりたい」と興味を持ったものが仕事として舞い込んで１．

くるのである．この運で過去にもいくつもの製品を生み出した．

カヤバ工業．国内最大規模の油圧機器総合メー

今回もこの不思議な運に導かれるように，突然超カーである．昭和初期はゼロ戦の脚の製造を行い，大型試験機の話がとびこんできた．

現在では自動車，二輪車の緩衝器，油圧ショベル・試験機の仕様は，垂直発生荷重４０００トン（５８８００

産業機械などの油圧ポンプ・バルブ・シリンダ，こkn），垂 直 加 振 ス ト ロ ー ク７
５０㎜．水 平 発 生 荷 重

れらを複合したシステムを製造している．

１０００トン，水平加振ストローク１４５０㎜であった．

話の舞台は岐阜県可児市にある岐阜南油機工場（当時），この工場は油圧シリンダの生産拠点であ垂直発生荷重４０００トンを満足させるためには，油る．炭鉱が活気のあった時代に「鉄柱」と呼ばれる

圧シリンダを２台用いてシリンダ推力２０００トンとな

坑道支柱の生産から始まり，その後，油圧シリンダ

る．常用圧力１８MPaとするとシリンダ径がφ１２００を生産する工場に成長した．油圧シリンダの生産を㎜となる．

始めた当初は，掘削機械，設備機械，船舶設備，港

さらに，水平発生荷重１０００トンで加振させるサー湾設備など，さまざまな用途の油圧シリンダを生産

ボシリンダ．サーボバルブでSin波で加振するためしていた．しかし，時代の流れに乗り会社が成長す

面積差によるヒステリシスをなくすことが必要だっ

るにつれ，生産する油圧シリンダは建設機械用と産た．そのため両ロッド型とし常用圧力を１８MPa以

業機械用に特化していった．かつて南工場で生産し下に設定してシリンダ径φ１０００㎜とした．

ていた大型シリンダ，さらにシリンダ径φ５
００㎜を

３．

こえる超大型シリンダは生産しなくなった．結果，超大型シリンダを復活させるチャンスであった．

製造に関わる技術がサビついていった．

「やる」石井は心を決めた．

平成８年，転機が訪れた．バブル崩壊とともに南石井は山口に相談をした．山口は話をきき，過去

油機工場の主力である建設機械用油圧シリンダの生に経験のない大きさに戸惑った．石井は山口に言っ産が減少し始めた．

た．「おれは卒業するまでに超大型シリンダをやっ

２．

てみせる．
」山口はその言葉に感動した．そして協力することを誓った．

超大型シリンダ技術の再構築と伝承に執念を燃や石井はこの２機種のシリンダの設計に取り掛かっした男達がいた．

た．

油機技術部設計室長，石井政好．社内では独創的

２０００トンの推力を発生する油圧シリンダ．簡単にな製品を考案することで知られていた．

聞こえるが設計を進めていくうち，いくつもの問題

製造部大型シリンダ製造ライン係長，山口信雄．

が壁となって立ちはだかった．

特殊・大型油圧シリンダの製造ライン係長である．

一つには，最大横荷重１００トン許容できる軸受構造．

製造上のトラブルを瞬時に処置してしまうことで知二つには，サーボ制御に対応できる推力比０．
０３％＊以下の低フリクション（低い摩擦力）．

平成１
４年４月５日 原稿受付＊＊!

三つには，既存の設備で組立が可能なクリアラン

カヤバ工業 株（所在地 〒５０９―０２０５ 岐阜県可児市土田５
０５）
第３
３巻 第５号スを備える．
６
５

２
００
２年８月（平成１４年）

314

フルードパワーシステム

性が向上すること．である．

四つには，高分解能の変位センサを内蔵する．

これが設計上の問題の三つめの解決策となった．

このうち，１つめ，二つめの問題は超大型シリン

石井は過去の実績のみにとらわれない最新の技術

ダの根幹に関わる問題であった．

を導入した超大型シリンダ１号機の計画図を描きあ

４．

げた．

一つめ．垂直荷重２０００トンを発生し，横荷重１００石井の設計した超大型シリンダは，残念ながら南トンを受けてもスムーズに作動し得る軸受．従来の工場で製作できる部品がなかった．工場の生産が建

軸受材は銅合金，または，ウエアリングと称するテ設機械などに特化したことで，過去に設置されていフロン系材料．しかし，いずれも耐荷重容量が低くた大型加工機のいくつかが売却されていたためで横荷重を満足できない．石井は悩んだ．そして軸受あった．しかし，すべてを外で作っては技術の構材を片っ端から調べ直した．そんなとき，新製品紹築・伝承ができない．２人は未来を見据えて考えた．

介の記事に目が留まった．
「耐荷重容量３０kgf／

やむを得ない，構築する技術を「溶接」と「組立ノ銅合金やウェアリングの１０倍である．
「これならイウハウ」に絞った．加工は協力工場に頼むことでハケる」石井は思った．実績はないが使うことを決めラを決めた．

!」

最大の問題は製品質量にあった．製品質量は２５t．

た．

南工場のクレーン能力は２０tであった．山口は考え二つめ．低フリクション．通常のゴム系シールでた．組立はどこでやるか．どうやるか．工場内を歩は低フリクションは達成できない．

き回り工程を企画した．

一般的に油圧シリンダのフリクションの主な原因
は軸受部材とシール部材である．特にシール部材は

山口はメンバーの招集にも頭を悩ました．製作期

圧力が大きくなるに伴い，また，シリンダ径が大き

間は約３ヶ月であった．通常の生産体制では到底考くなるに伴いフリクションも大きくなる．それには，えられない製作期間であった．製造の一係長では工シール部材の材質と形状が大きな要因となっている．

場全体をまとめて動かすことは難しかった．総指揮を担う者が必要だった．

シール材料は一般的にニトリルまたはウレタンに代表されるゴム材料である．ゴムは荷重が大きくな

６．

るに従い摩擦係数は増加する．そして，シール形状
は「Ｕリング」と称されるようにU字型となっていこの難題を，総指揮を引き受けた男がいた．南郁る．これは圧力が増加するに従いシール面に掛かる郎，品質保証部長を譲り，超大型シリンダ製作の総荷重が増加する．この相互作用によりフリクション

指揮をとることになった．南は九州男児だった．南は増加するのである．さらにこれはシリンダ径が大九州人特有の不思議な人徳があった．
おもしろいエピソードがある．

きくなるに従い顕著となる．
石井はテフロン材料の摩擦特性に目をつけていた．

今回の仕事は協力会社の力なしでは達成できない

テフロン材料は荷重が増すにつれ摩擦係数μが低下

ことは誰の目にも明らかだった．しかし，過去にするという特性をもっている．さらに，シール形状

やったことのない超大型のシリンダ，さらに短納期もＵリングを止め，組合せ型シール（Ｏリングとテに協力会社も逃げ腰だった．特に最も重要な協力会

フロンリング）と称されるものを採用した．

社が良い返事をしてこなかった．製作は頓挫するか
に思えた．

５．

南はその協力会社に出かけた．協力会社も社長じ
きじき南を迎えた．協力会社は今回の仕事をどう断組合せ型シールの利点がもう一つある．それはるかと構えていた．

シール背面のクリアランスを大きくとれることである．一般のゴム系シールは「はみ出し防止」のため

南はまるで昔からの友人とあったように，与太話

シール背面となる部分のクリアランスが小さい．こを２時間ほどして帰ってきた．仕事の話は一切しなれに対して，組合せシールはテフロン材に高強度なかった．南は終始上機嫌であった．
翌日，協力会社の社長から電話があった．
「一緒ものを添加しているためそれ自体で強度がある．そのため，シール背面のクリアランスを大きくするこにやらしてほしい」と言ってきた．

とが可能なのである．これは，超大型シリンダの製

南は「心が通じた」と思った．
このあと，逃げ腰だった連中が協力的になった．

作を行う上で重要なポイントとなる．
一つめにヘッド部分の寸法管理が緩和できること．

歯車がゆっくりと回り始めた．

二つめにピストンロッドの挿入が容易になり組立
第３
３巻 第５号

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２年８月（平成１４年）

315

三橋 浩司：技術の伝承：超大型シリンダ

質はS４５C調質，ピストンの材質はS３５C調質であった．高カーボン炭素鋼の溶接では予熱，焼鈍がポイントである．通常扱うピストンロッドは小さいため，予熱，焼鈍が比較的容易である．しかし，超大型のピストンロッドではサイズが大きいため熱容量も大きくなる．思ったように予熱，焼鈍しが出来ない可能性がある．
そして，もう一つの課題は，溶接開先が大きいた
め溶接時間が長時間になること．そして，ビードの盛り上げ方である．
組立風景 ラフテレーンクレーンを使っての組立作業

溶接するためにはピストンロッドを回転させなけ
ればならない．この回転速度はいくつが最適か．また，予熱のための加熱，補熱．溶接開始の温度．焼７．

鈍の方法，時間などの条件．
条件を導き出すために生産技術部門はダミーピス

超重量物の操作に長けた者が超大型シリンダの組

トンを製作してテスト溶接を行い，溶接面をカット

立には必要だった．

してその条件を調査した．予想した通り，予熱して石原常彦．十数年前に大型シリンダの組立を行っも熱が他へ伝播し思ったように温度が上がらない．

ていた男である．
クレーン操作で重量物を操ること，上げ下げ，移結果，溶込み不良が発見された．納期が極めて短い．

動，回転，トンボ……．モノが自分の意思で動いて溶接条件を見出すためのトライが繰り返された．条

いるかのように動いた．そして，全く振られること件が決まったのは，本溶接を行う前日であった．

がなく狙った位置にピタリと止まる．妙技であった．

９．

部品の製作が進む．山口は部品集結から組立までを岐阜南工場の南端にある第１０工場で行うこととし組立予定前日，部品集結でピストンロッドが遅れた．ここは，地上高１１m，地下ピット１０mを備えてていた．溶接，ねじ加工，研磨，めっき，バフなどいた．しかし，この工場のクレーンは１５ｔが１基で多工程に亙ることが要因であった．組立スケジューあった．総質量２５ｔのシリンダは動かせなかった．

ルに間に合わない可能性が出てきた．生産管理部門
は慌てた．

山口は超大型シリンダの組立で生産工場では考え総指揮の南は動じなかった．
「きっと間に合わせられない離れ技を考えていた．

「部品の横持ちには１５ｔクレーンを使う．しかし， てくれる」と皆を信じていた．
組立はラフテレーンを使う」納期が短すぎるため生

しかして，翌朝ピストンロッドは出来あがった．

産準備にかける時間がなかった．考えられる方法は協力会社が夜を徹して加工し，検査部門は協力会社

すべて考えた結論であった．

でアガリを待って検査した．社内外が一丸となってなし得たものだった．

ラフテレーンクレーン（以下ラフター）は当然な
がらクレーン業者から借りる．予約制で日程変更は部品が集結した．組立が開始された．組立から性ペナルティを請求される．更に賃貸料は日当たりで能検査，塗装，出荷までで許される時間は１０日間で約２０万円．リスクは大きいが他に方法がなかった．

あった．ミスは許されなかった．
組立は工場内で大きな話題となった．昼休みなど

部品の終結にタイミングのズレは許されなかった．

見学に来るものが多くいた．

８．

指揮をとる南は組立場にベンチを据え，いつもにこにこしていた．そして，得意のユーモアで皆をま

先に「溶接技術を構築するという目的を置いた」

とめた．細かい指示は一切言わなかった．

と述べた．誤解の無いように補足しておくが，南工場では溶接は日常的に行われている．しかし，これ山口は組立作業一切の切り盛りを行った．初めてら通常サイズの溶接は過去の技術の積み重ねから，の超大型シリンダの組立で考えられるトラブルに対あらかじめ溶接条件が設定された自動溶接が多い．

して，あらかじめ手を打っていた．

この超大型シリンダでは，ピストンロッドとピス

石原は実際の組立作業，指示，クレーン操作をおトンの結合をあえて溶接構造にして，この溶接技術こなった．石原は山口が期待する若手に手本をみせを作り上げることに挑戦した．ピストンロッドの材ながら組立の指示を出していった．

第３
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１
０．
最初は２
０
０
０トンの片ロッドシリンダだった．大きな横荷重を受け持つため，鐘を大きくしたような，
どっしりとした外観であった．
シリンダチューブにボトムが挿入され，ボルトで締結された．シリンダチューブAssyとなり，ピス
トンロッドを挿入するためにトンボした．
ピストンロッド（ピストン一体型）には軸受とシールが装着された．そして，ピストンロッドを挿入に
掛かった．

組立風景

シリンダヘッドの組立．（左端が山口）

完成写真

組立工場前にて カンバン中心の背の小
さい人が南，その右が三橋（筆者），その右が山口，南より左へ４人目が石原，石井は不在のため写真中にいない．

恐れていたトラブルが発生した．ピストンロッドが入らないのである．
シリンダチューブもピストンロッドも寸法公差を満足し合格となっていた．再度の寸法検査を行ったがやはり合格であった．
原因は軸受材であった．今回初めて採用した軸受であったが，規定寸法より０．
１㎜大きく出来ていた．
理由は成形による製造誤差だった．納期は迫っている．躊躇している時間はなかった．
考えられる方策はシリンダチューブ，ピストン
ロッド，軸受材のいずれかの寸法を変更することだった．しかし，シリンダチューブとピストンへの追加工は不可能であった．すぐに軸受メーカーに連絡し立会いを求めた．対策方案を出してもらい工場
内で追加工を行った．ピストンの軸受材と同じもの
がシリンダヘッド側にも採用されている．すぐさま，

櫓 が 出 来 あ が っ た．そ し て シ リ ン ダ チ ュ ー ブ
Assyが据えられた．

構成部品の寸法検査に掛かった．やはり，軸受材の両ロッドシリンダのピストンロッドの挿入のため追加工が必要と判断された．

にラフターが入場してきた．ラフターを使って，精片ロッドシリンダ２台は，このあとは大きなトラ

密機械を組み立てる試みが開始された．しかし，そブルも無く組み上がった．
次は両ロッドシリンダだった．ピストンロッドがのピストンロッドの挿入は，釣竿の先に棒をつけて，シリンダチューブの両方に突き出している構造であ小さい穴の中に入れ込むようなものであった．モノ

る．例えるなら串の通った竹輪を大きくしたようなが見えないクレーンのオペレータに細かい指示を出外観であった．

し，シリンダの心臓部を組み立てることはまさに至難であった．

山口はピットを改造して組立に当たりたかった．
しかし，納期という時間がそれを許さなかった．や組立は細心の注意がはらわれ，極めて慎重に行わむを得ない．ピストンロッドの出代約１０００㎜をカれた．横置きに据えてあるピストンロッドを垂直にバーできる高さの櫓（やぐら）を組み，その上で組立ち上げた．この時，ピストンロッドが吊上げられ立を行うしかなかった．

て垂直になっているか，厳重に検査した．

あらためて言うが油圧シリンダは圧力容器である．

いよいよ，ピストンロッド挿入であった．櫓に据高圧の油を封入してピストンロッドを伸縮させるた

えられたシリンダチューブの底に空いた穴に挿入しめにはミクロン単位の寸法管理が必要である．これなければならない．この時だけは山口が自分で指示は手のひらに乗る小さなシリンダでも，この２
５ｔを

をした．
山口の手が動いた．「少し南」「少し西」……．慎超える超大型シリンダでも同様である．

重に芯を出した．

櫓の組立には水平のレベル出しを細かく行った．

ピストンロッドを下げ始める．「少し下げ」「少し後で行うピストンロッドを挿入するためには，水下げ」……．場内は静まっていた．

平・垂直のレベル出しは絶対条件であった．
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三橋 浩司：技術の伝承：超大型シリンダ

実務の一切を部下の三橋に行わせた．

ピストンロッドの先端がシリンダヘッドの軸受に山口も工程計画を行った後，組立の検討・治具準

掛かった．
「止めよ！」「武内ぃ．底はどうだ．ちゃんと入っとるか！確備など部下の小木曽，武内に行わせた．技術の伝承

認せよ．
」「……OKです．
」，「……よし」

を意識していた．
そして翌年の春，今回のものを上回る超大型シリ更にピストンロッドを下げる．
「少し下げ」「少しンダの物件にめぐり合うことになる．

下げ」……．

大阪市「夢洲・舞洲連絡橋」．オリンピックを目

そのとき，「キュッ！」イヤな音がした．「止めよ！」山口が叫んだ．

指していた大阪市が，その会場として埋め立て中の「武内ぃ．もう一回底を確認せよ．
」，「……たぶん人口島に掛かる，可動式の浮体橋であった．
この可動式浮体橋用装置として，質量約５０トンとOKです．
」「たぶんとは何だあ．……お〜し．抜く．いっかいう超大型シリンダを１７台を受注した．社内で超大い上げよ！」型シリンダがちょっとしたブームになった．
そして生産のための体制整備プロジェクトが組織

ピストンロッドを抜いた．現物を細かく確認した．
ピストンロッド，シリンダチューブ，に異常はなされ，５０t走行クレーンを始め機械加工・溶接・組

かった．音の原因は追加工した軸受材とのカン合部

立・性能検査などキーポイントとなる設備導入が行の摩擦音であった．

われた．
初回の生産で問題が洗い出されていたため，製作「最後まで軸受材には悩まされるなぁ」石井は苦は比較的スムーズに進んだ．但し，シリンダの構造

笑いしていた．

が複雑化していたため，新たな問題もあった．しかピストンロッド，シリンダヘッド，軸受部に十分に油を塗布して再挑戦であった．

し，これらの問題は技術を受け継いだメンバーとプ「少し下げ」「少し下げ」……．

ロジェクトの総力を挙げて迅速に対応できた．

ピストンロッドの先端がシリンダヘッドの軸受に「夢洲・舞洲連絡橋」用の超大型シリンダは平成
１１年納入され，平成１３年春に竣工を迎えた．

掛かった．
「ストップ！」「武内ぃ．底，確認せよ．
」，「OKです．
」
，「よし」

１２．

更にピストンロッドを下げた．
「少し下げ」「少し

超大型シリンダの物件は，その後の公共工事の縮下げ」……．

小など景気動向により少なくなった．

ピストンロッドのピストン軸受がシリンダチュー

しかし，超大型シリンダで培われた技術は，高速ブに掛かった．
「ストップ！」

加振サーボ試験機，超々高速バッファなどに引用さ確認を行い，更にピストンロッドを下げた．
「少し下げ」「少し下げ」……．

れて広がっている．石井，山口が考えた技術の伝承「トン……」ピストンロッドが底まで挿入されたは成功した．
最後に超大型シリンダに携わった方々にお礼を申音だった．挿入が完了した．

し上げたい．

「よぉし」南が手を打った．石井，山口，石原に

特に村上常務（当時），舟津工場長（当時）の支

笑顔が浮かんだ．

えがあったことで，当初無謀とも思われた一連のプ

次は反対側のシリンダヘッドの挿入だった．このロジェクトは成功したものと考えている．

頃には皆が作業に慣れていた．誰に命じられるでも無く各位が機能的に動いていた．作業はスムーズに進んだ．そして超大型シリンダは組み上がった．組［著

立のノウハウが得られた瞬間だった．
こののち，この超大型シリンダは性能検査を合格した．その日，工場では正月休み前の納会が行われ

み

はし

こう

じ

三

橋

浩

司 君

者

紹

介］

!

ていた．山口は納会にも出ず，組み上げたシリンダ

１
９
８
８年カヤバ工業 株 に入社．岐阜南工場
油機技術部油機設計室特殊油圧シリンダ，
油圧緩衝機の開発，設計に従事．

の仕上げ塗装を部下と一緒に行っていた．
極めて短納期，初めての超大型，超重量物シリンダの製作はこの男達の力で達成された．
１１．
話は前後するが，石井は計画図を描き上げた後，第３
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２年８月（平成１
４年）

318
解

フルードパワーシステム

説

自動車用トラクションオイルの実用化開発＊
畑

一

志＊＊

マチックに述べている５）．

１．はじめに―開発着手以前の関連技術の流れ―

変速機の無段化・自動化は１９世紀末に既に試みら

１
９
９
９年１
１月，新しい機構の変速機ハーフトロイダ

れ，１９３０年頃までにはオイルを使わないフリクショ

ル形CVT（無段変速機）を搭載した大排気量乗用

ンドライブCVTが数多く開発されたが，耐久性に車ニッサンセドリック・グロリアが世界に先駆けて問題がありやがて姿を消していった．１９２０〜３
０年代

日本で発売された．この新機構変速機は，コア要素

にかけて，欧米でT―CVT車の開発が行われたが実としてのCVT部を日本精工が，それと一体不可分

用化には至らなかった．しかしこの頃には，油膜を要素としてのトラクションオイルを出光興産が担当

介した動力伝達および変速機構に関する基本的な考し，そして自動車変速機ユニットとしての適合性，え方は既に出来あがっていたように思われる．その高信頼性を極めて高いレベルで成立させた日産自動後，自動変速機（AT）の著しい進歩によりT―CVT

車によって初めて実用化に至ったものである．

車開発は忘れ去られたように思われたが，１９６０〜７０

今，私の目の前に３通の文献と一冊の本がある．

年には米国でガスタービン自動車への適用検討が，１）

大容量トラクションドライブ用合成油（（１９７０） ， １９７０年以降英国ではトラックや乗用車への適用検討が広く行われてきた．しかし，T―CVT搭載車が世

トラクションタイプ変速機用油の設計と開発
２）

（１
９７
１） ，そして開発トラクション油を用いたトに出ることはなかった．

ラクションドライブCVT（T―CVT）がFORD Pint

１９７
３年１０月の第１次石油危機を契機に省エネルに搭載され，省燃費性，加速性，耐久性等の各種テ

ギーへの取り組みが声高に叫ばれ，１９７７年アメリカ

ストで優れた性能を示し，T―CVTに大きな可能性

機械学会の潤滑に関する研究委員会は「トライボロと期待を述べた

トラクションドライブ用潤滑油

ジーによるエネルギー保存戦略」と題する報告をし，と 題 す る 文 献，そ し てKlausが 著 し た

４０の研究開発プロジェクトを提案した６）．その中で，

３）

（１
９
７
４）

Bearings and Rolling Traction Analysis and De４）

sign（初版１９７２，増補改訂版１９８４）

優先度の高いプロジェクトとして自動車用T―CVTである．これを挙げ，その開発により最も大きな省エネルギー効らの内容は，出光興産がトラクション油開発に着手

果が期待できるとして詳細な実行計画を示した．オ

することになった１
９８
１年以降，その源流に位置する

イルについては，３年間６０万ドルという開発年数・ことになったものである．

予想コストと，実用特性に優れたオイルの開発目標

開発着手のきっかけは，１
９８
１年春，日本精工・町が示された．実際，米国では１９６０年代後半に先駆的

田尚氏（現，同社常務）が東大生産技術研究所・石なオイル開発がなされ，最初の合成トラクションオ

原智男教授（後に所長）を介し，出光興産潤滑油部・イルが世に送り出されものの，T―CVT車の実用化

青山昌二氏を通じて従来トラクション油では高温にには結びつかなかった．

なると動力伝達ができなくなるので，高温でも動力

１９８０年代前半に，それまでの約２０年間のT―CVT

伝達可能なオイルがないものかとの相談に来られた関連研究・開発を総括したものが米国で発表されことであった．この頃を挟んでの，日本精工が日本

た７），８），９）．その後，米国から新しい関連情報の発信での先駆的な開発に取り組み，そして実用化に至った過程は，同社トライボロジー研究所の所長であった角田和雄氏（現，中央大学理工学部教授）がドラ

＊

平成１
４年４月１
１日 原稿受付＊＊!

出光興産 株 営業研究所
１０
７ 千葉県市原市姉崎海岸２４―４）（所在地 〒２９９―０第３３巻 第５号

図１
７
０

ハーフトロイダルCVTとCVT搭載車
２００
２年８月（平成１
４年）

畑

319

一志：自動車用トラクションオイルの実用化開発は少なくなった．日本でも同時期の１
９８
２〜８
５年にか
けて，トラクションドライブ装置の発達と活用領域の拡大に資することを目的として， トラクション
ドライブ調査研究分科会成果報告書 （日本機械学会）がまとめられた１０）．
米国での研究・開発が下火になっていた頃，出光
興産独自のトラクションオイル開発がスタートしたことになる．これとて最近分かったことである．それから約２０年を経て上述のようにはじめて実用車に

図２

ハーフトロイダルCVTの変速機構と変速比用いられた．
T―CVT車の実用化は，T―CVTユニットを構成する各種トライボロジー要素や部品の設計技術，加工技術，制御技術，材料開発などが時と共に進歩，発展，向上し，またトロイダル接触面等における弾性
流体潤滑（EHL）理論や油膜のトラクション挙動解析など関連する理論解析も著しく進み，これらの総合的成果として可能になったものである．
本稿では，T―CVTユニットの重要構成要素であるトラクションオイル実用化までの開発過程を振り返ってみることにする．

図３

T―CVT接触面状態の模式図

２．トロイダルCVTの特長とトラクションオイルの役割

ディスク間の接触部の様子を，二つの円筒が接触す

トロイダルCVTは転がり接触面に形成される油る形で模式的に示したものである．接触部は弾性変膜を介して動力伝達すると同時に変速を担っている．

形するほどの大きな力で押し付けられており，通常

トロイダル（Troidal）とは，ある曲線を一定のそこでの接触面圧（最大ヘルツ応力）は１〜４GPa

軸回りに回転してできる曲面で囲まれた立体すなわ（＝約１〜４万気圧）の超高圧状態にある．そのよ

ち円環体のことをいい，フル形（円環状形）とハー

うな超高圧状態におかれたオイルの粘度は圧力によ

フ形（半円環状形）があるが，１９９９年実用化の扉をり増大し，水飴のような超粘性／粘弾性状態ないし開いたのはハーフトロイダル形CVTである．図２は非晶質ガラス状態／弾塑性状態に変化する．とはにその模式図を示す．変速はパワーローラを傾ける

い っ て も，こ の 変 化 は 回 転 に 伴 う１／１，０
００〜と軸に対する入・出力ディスクとパワーローラ接触

１／１０，
０００秒というほんの一瞬での可逆変化である．

点半径比が変わることにより行われ，エンジンからこのような高圧粘度が，極めて過酷な接触条件であの動力は入力ディスク〜パワーローラ〜出力ディスるにもかかわらず，１μm程度の油膜の形成を可能

クの順に伝達され，タイヤを駆動する．

とし，この油膜にせん断を与えるとすなわち駆動側

トロイダルCVTは従来の手動変速機（MT）やＡ

ディスクを回転させると大きな力が発生する．このTの変速比を無段階に切り替えることができ，滑らようにして，入力デスクが油膜を介してパワーロー

かにかつ自動的に変速できる．ATは変速時に駆動ラを牽引し，次いでパワーローラが出力ディスクを力の段差ができ，エンジンの持つ最大限の力を発揮

牽引することにより動力が伝達される．この時の押できない部分ができるが，トロイダルCVTではエ

し付け力Ｎに対する接線力Ｔの比T／Nをトラクショ

ンジンの能力を最大限に引き出すことができる．まン係数と呼び，オイルの動力伝達能力の指標として

た，ATは変速時にいわゆる変速ショックを感じるいる．

ことがあるが，トロイダルCVTは変速ショックと従って，トラクション係数の高いオイルほど同一は無縁である．このように，トロイダルCVT車の押し付け力で大きな動力を伝えることができ，要求

魅力は「燃費が良い」「滑らかで快適な走り」「圧倒

伝達動力が同じならば装置を小型化できる．自動車的な加速感」の３点を同時に満足させていることに用T―CVTは搭載スペースが限られ，また産業用T―

ある．

CVTに比べ大きな力を伝えなければならないこと

図３は，図２に示したパワーローラと入・出力
第３
３巻 第５号

から，より高いトラクション係数のオイルが要求さ
７
１

２
０
０
２年８月（平成１４年）

320

フルードパワーシステム

れる．通常，一般の潤滑油に比べトラクション係数が高いオイルをトラクション油と呼び区別している．
３．トラクションオイルの開発
３．
１

開発初期―目指す方向とさまざまな情報が得られた時期―

１９７
３年１０月の石油危機以降，それまでひたすら潤
滑油の省エネルギー性向上のため，低摩擦係数油の開発を目指してきたものが，１８０度反対方向の特性
油，高摩擦（トラクション）係数油を求められたのである．しかも，接触する転動体同士がスリップせ（２円筒試験，Pmax＝１．
２
３GPa，u＝５．
７m／s，S.R＝５％）ずに動力を伝えることが使命のオイルを，である．

図４

スリップのイメージはすぐに浮んだ．筆者が田舎にトラクション係数の温度依存性

住んでいた学生の頃，雨の日，蒸気機関車が勾配の少しきつい所にさしかかると急にリズムが乱れ，動成基油Ａは市販合成基油Ｂに比べ温度依存性が小さ

輪を空転させながら走っていたことや，そのような

く，高温でも高いトラクション係数が保持されるこ時は砂を撒きながら走っていたことである．

とが示されている．当初，トラクションオイルに対し先ずオイルのトラクション特性試験・評価装置を

高トラクション係数であること

以外具体的な作ることと，文献情報からオイルの絵姿を描くこと要求はなかった．一般に，潤滑油特性の多くは，温から始めた．当時，産業用T―CVTには，１９６０年頃

度による変化傾向の小さいことが要求されることがからナフテン系鉱油が使用されていて，その理由は多い．その最たるものが粘度―温度特性である．ト

振り子試験で他の潤滑油基油より高摩擦係数油でラクション係数も例外ではなかったが，この温度依あったからと先輩から聞いたことがあった．その真存特性が最も重要であることが分かってきたのは大偽は定かでないが，振り子試験の接触条件は，滑り分後になってのことである．それまでこの温度依存条件ではあるが十分なEHL潤滑が期待できる状態

特 性 が 意 識 さ れ て い な か っ た 理 由 は，恐 ら く，にあるようである．しかし，それまでの２０年間の間

１００℃以上でのトラクション実験は行われていな

連分野の研究・開発技術の進歩は著しく，専用のト

かったためと思われる．しかし，我々潤滑油屋はラクション試験装置を必要とした．漸く１年後にコ

２００℃程度までの各種特性評価は当たり前と思ってンパクトな試験機を作り上げ，少量のサンプルで評いた．当初，潤滑油屋としてあまり意識せずに行価可能となった．

なっていた高温実験が新たな開発の方向性を示していよいよオイルの特性評価と開発に取り掛かった．

いたのである．
新規合成基油を用いたトラクションオイルの設計，

早速，１
９
６
０年代後半に開発され，当時最も良く知られていたトラクションオイル（モンサント社／サン

組み立てに入った．T―CVTユニットはT―CVT部のトトラックシリーズ）を入手し，トラクション特性

他に軸受，歯車，発進クラッチなどの潤滑要素からを試験するとともに数種のオイルを合成試作しそれなる．それぞれの要求潤滑性能を付与するための各らの特性と比較評価した．合成は，出光興産・中央

種添加剤を配合したトラクション油を開発し，サン研究所の坪内俊之氏ら有機合成を専門とするチーム

プル提供を開始した．しかし，一つの峰を越えるとが担当した．図４はそれらの結果の例で，温度によ

また別の峰が立ち塞がりT―CVT実用化への道は遠るトラクション係数の変化傾向である．これらの結かったが，トラクションオイルの形・姿がそれとな

果から次の三つのことが示唆された．

く描けるようになっていた．

!）トラクション係数は油種，化合物により異なり，大小がある

また，新規な基油の開発と同時に新たな糸口を探るため，鉱油をはじめとする各種潤滑油，および潤"）トラクション係数は温度上昇とともに低下する#）温度上昇によるトラクション係数の低下傾向は滑油として適用可能と思われた各種化合物約２００種
類を集め，トラクション特性評価を並行して進めた．

油種，化合物に依存する

それらの中から，図４に水系作動油（液）のトラク

これらのうち前２項の特性傾向はそれ以前にも知ション特性を参考までに示した．水系作動油（液）られていたことであったが，３番目についてはほとが低トラクション係数であることは大変興味深い．

んど言及されていなかった．図４において，試作合第３
３巻 第５号

７２２００
２年８月（平成１
４年）

畑

３．
２

321

一志：自動車用トラクションオイルの実用化開発

開発中期―トラクション特性と分子構造の関係を解きほごし，分子設計指針を得た時期―

トラクション係数（μ）と化学構造，物性との関係についての従来知見を基に，μ―温度特性に優れた化合物を開発するため多くの試行を重ねたがなか
なかうまくいかなかった．その理由の一つに，潤滑油としての役割をも担うトラクションオイルは適正な粘度を有していることという要件，すなわち自動車が極寒地でも始動・発進し，高負荷運転などの高油温時でも安定した動力伝達が可能ということが同時に満たされなかったことにある．
図３に示したように，トラクション挙動は高面圧， （２円筒試験，Pmax＝１．
２
３GPa，u＝６．
８m／s，S.R＝５％）
高せん断条件下での油膜の力学的特性によりもたらされる．そしてその特性はオイルという化合物に依

図５

単純な分子構造化合物のトラクション係数

図６

デカリン環の立体構造・置換基位置による剛直さの変化存し，その化合物は個々の分子構造を持っている．
潤滑油としての適度な粘度を考慮すると，オイルは複雑な分子構造となってしまい，考えられる化合物は極めて多くなる．例えば，炭素数１５の炭化水素化合物には約４，３５０種の異性体があり，炭素数２
０にな
ると約３
６
６，
３
００種の膨大な数の異性体が存在する（ことになるという）．トラクションオイルとして可能性の高い化合物の多くはアルカン，ベンゼン，シク
ロヘキサン，デカリンあるいはそれらの誘導化合物などが有機的に化合しているものである．そこで，それらの素構造ともいうべきこれら単純な分子構造

質や特性に関連していることが示唆された．約４０種化合物の特性を調べたらトラクションや粘度特性をの単純な分子構造化合物のトラクション特性を調べ，担う分子構造が明らかになり，ひいてはトラクショ

トラクション係数が化合物間で劇的に相違する理由

ンオイル・潤滑油双方に適合する化合物の分子設計

を他の化学分野で行われているQSPR（定量的構造に何らかの手がかりを得るだろうことを期待して，

物性相関）手法を用いて定量的に解析し，高トラク

基礎的検討にも着手した．

ション係数化合物の分子設計指針を得た１１），１２）．

それらの結果の例を図５に示した．ベンゼン，シさらに，実用上優れたトラクションオイル・潤滑

クロヘキサンおよびそれらに似て非なる化合物のト油を開発するに当たって，化合物の立体構造や置換

ラクション係数―温度関係であるが，ここに目から基位置等の分子各部の影響を個々に明らかにしてい鱗が落ちる思いの結果が示されていたのである．ベ

くことは，分子設計を行う上で不可欠である．そこ

ンゼンを核水添した形のシクロヘキサンはベンゼン

で，幾つかの構造異性体を用いて，ナフテン系化合に比べ劇的とも言えるほどトラクション係数が高く，物の環構造も含めた分子各部の剛直さが，粘度や圧このシクロヘキサンにメチル基や塩素を付加した形

力―粘度係数，高温トラクション係数に与える影響の化合物は逆に著しく低かったのである．また，について詳細に検討した．その解析結果の一例を図

n―アルカン（直鎖状炭化水素）のトラクション係

６に示す．デカリン環（図示した化学構造の左の部

数と炭素数の関係を調べたら，トラクション係数は分）の立体構造や置換基位置が変化するのに伴って炭素数増加とともに偶数，奇数交互にジグザグに変分子内が立体的に込み合ってくれば，その影響が分化しながら大きくなる結果が得られた．このような子全体に及んで分子全体が剛直になり（回転障壁エ

炭素数偶数，奇数依存性は，よく化学の教科書に記

ネルギーErotが大きくなり），動粘度，トラクショ

されている融点の変化傾向と同じであり，この場合，

ン係数，圧力―粘度係数が共に大きくなることや，その融点差はそのときのエンタルピー，エントロ

トラクション係数―温度特性にも影響してくること

ピー変化に対応し，さらには結晶状態の違いによりが分かった１２）．

もたらされていることは良く知られている．このよ

このように， トラクション特性⇔物性・特性⇔

うなことからトラクション特性も化合物の基本的性
第３
３巻 第５号

化合物⇔分子構造
７３という一連の関係理解が進み，２００
２年８月（平成１４年）

322

フルードパワーシステム（２円筒試験，Pmax１．
１GPa，Umean ４．
１m／s，Ｓ.R５％）

図７ 試作した各種化合物のトラクション係数と流
動点の関係

図８

トラクションオイルに要求される性能

粘度特性他の必要特性を付与するための最適化を図
りながら所期分子構造化合物の開発を進め，４００種を超える新規合成化合物の中から高特性トラクショ
ン基油を見出すまでに，１０年余の年月を要した．
図７に実用トラクションオイル基油候補として合成した化合物の性能（高温トラクション係数−流動点（低温流動性の指標）関係）を示す．図７の右下方向が高性能化領域であり，開発年代と共に高性能化していることが分かる．右下の囲み線内に示した一群が新規開発トラクションオイル基油である．
３．
３

開発後期

図９

トラクションオイルの組成―実用トラクションオイル完成まで―産みの苦しみはこれからである．自動車用トラク

した各メーカ間の連携，相互信頼，複合された技術

ションオイルには図８に示した各種性能・特性が要力，そして何にも増して求される．これらのうち，T―CVTユニット特有のう信念を以ってして初めて成し遂げられたものといものはトラクション特性およびトロイダルCVT部

える．

構成部品の潤滑特性であり，歯車，転がり軸受，油最初にやり遂げるとい４．お わ り に

圧ポンプ，湿式摩擦材など他構成トライボロジー要素に対する摩擦特性，耐摩耗性，極圧性などは基本

トロイダルCVT車が世に出て２年余が過ぎ，新的にはMT，ATなど従来変速機の要求性能に準ずたな車種にも搭載された．省燃費性，走行性，加速るものである．トラクション特性や基本的粘度特性性に期待通りの評価を得て，着実にその地位を築きを除いて，これらの要求性能は各種添加剤で付与すつつある．

ることになるが（図９），潤滑条件が過酷であるこ

近年，地球温暖化対策としてCO２排出削減対策がと，ATF，MTF等従来変速機油の添加剤技術が鉱

世界的に取り組まれつつあり，殊に自動車燃費向上

油を対象に構築されてきたこと等から，そのままの策の一つとしてT―CVT搭載によるトータル燃費向

技術移転では所期性能を得ることができなかった．

上に期待が寄せられている．

T―CVTユニットは，すべての要求性能・特性が基

トラクションオイルには今後，より高いトラク

準以上でなければ成立しない．添加剤には，相互作ション係数とそれが温度，速度，面圧等運転条件の用により他添加剤の性能を低下させるものがあり，影響の受け難いこと，T―CVTユニット構成トライ

思わぬ落し穴を克服しなければならないことが多ボロジー要素に対する潤滑特性のさらなる向上など

かった．添加剤配合仕様の構築はビーカーサイズのが要求されるであろう．そして，それらが分子設計，モデル試験からスタートし，各種単体試験，実機台

合成技術，添加剤開発・配合技術などの進歩や関連

上試験，実車試験と段階的にそれらの実用性能を確

工学分野の発展ともに着実に達成され，T―CVTが認しながら進められ，完成度を上げていった．この次代の変速機の中核になることを願うものである．

サイクルを幾度も繰り返し，最終製品が仕上げられ
た１３）．この過程はまさにドラマチックであり，関係
第３
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７４２００
２年８月（平成１
４年）

畑

文

323

一志：自動車用トラクションオイルの実用化開発

１
１）坪内俊之，畑献一志，トライボロジスト，４
２，３

（１
９
９
７）１
９
３．

１）W.G. Hammann, R.M. Schisla, L.C.D. Groenweghe

１２）H. Hata & T. Tsubouchi, Tribology Letter, ５& V.W. Gash, ASLE Trans.,１
３（１
９
７
０）１
０
５.

（１
９
９
８）６
９.

２）M.W. Haseltine, I.N. Duling, P.E. Hagstorm, R.J.

１３）Y. Murakami, Y. Arakawa, M. Maeda, H. Hata, T.
１―３
６
１
３.
Miyaji & Y. Tamoto, SAE Paper１
９９９―０

Stenger, & D.S. Gates, SAE Paper７
１
０
８
３
７（１
９
７
１）
.
３）R.L. Green & F.L. Langenfeld, Machine Design
May２,１９７４.
４）C.E. Klaus, Bearings and Rolling Traction Analy-［著

sis and Design, Excelermatic, Inc.１
９８４.
５）角田和雄，月刊トライボロジ，２（２
０
０
１）５
１．同
誌３（２
０
０
１）４
９．同誌４（２００１）７１．
６）ASME Research Committee on Lubrication: En-

はた

ひと

し

畑

一

志 君

者

紹

介］

１
９
４
６年秋田県生まれ．
１
９
６
８年秋田大学鉱山学部燃料化学科卒業．
同年出光興産 株 入社．１
９
７
７年同社営業研究所（潤滑油商品開発研究所），現在同研究所主任研究員．工業設備用潤滑油，自動車
駆動系潤滑油等の開発に従事．日本機械学会，日本トライボロジー学会等の会員．
e―mail：hitoshi.hata@si.idemitsu.co.jp

ergy Conservation through Tribology, ASME

!

（１
９
７
７）
７）S.H. Loewenthal, D.A. Rohn & N.E. Anderson,
SAE Paper８
３
１
３
０
４（１
９
８
３）
８）S.H. Loewenthal, NASA Conf. Publ., No. NASA―
CP―２
２
１
０（１
９
８
３）p７
９―１
０
７.
９）S.H. Loewenthal, NASA Tech. Paper２
１
５
４（１
９
８
３）
２成果報告書（１９８５）１０）日本機械学会，P―SC６

第３
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４年）

324
解

フルードパワーシステム

説

フライトシミュレーター用サーボバルブ開発秘話＊
田

村

博

久＊＊，凩

繁

春＊＊

２．フライトシミュレーター用サーボバルブの国産

１．は じ め に化

昨年アメリカに大きな不幸が起こり，全世界に衝

２．１ ５０４Ｆ――はるかなる道のり撃が走った．旅客機がテロの媒体になるとは誰も予フライトシミュレーター用として最初に取り組ん

想しなかったことであろう．
当社ではフライトシミュレーター用サーボバルブ

だサーボバルブは，各種試験機などに使用され当社を商品化しており，多少の関わりがあることと思いにおいて実績のある５０４Ｆであった．５０４Ｆは，試験ながらニュースに聞き入っていた覚えがある．

機用のサーボバルブとして客先からも評価の高い，高性能サーボバルブである．構造は，ノズルフラッ

フライトシミュレータと油空圧サーボの関わりは１）

深くさまざまな適用例がある ．本稿ではモーショ

パ系をパイロットとする，力フィードバック方式のンベース駆動用のサーボバルブの開発に限定して述

二段型サーボ弁２）である．主な仕様は表１のとおり

べる．

である．

筆者らがフライトシミュレーター用サーボバルブ

制御波形例を図１に示すが，良好な結果を示しての開発に取り組み，はや十年が過ぎようとしている．
当サーボ弁は，プラットフォームに搭載されたコッいる．
このサーボバルブを初めてシリンダに付けてモークピットを動揺させ，パイロットに擬似体感を与えなければならず，種々の性能が求められる．

表１

５０４Ｆ仕様一つには，低速駆動時での静粛性でありサーボバ
ルブからのノイズを極力抑えなければならない．二定格流量（QR） ２
２
６L／min（Valve drop：７MPa）

つ目として，パイロットの体感につながる加速度の定 格 圧 力（Ps） ２
１MPa

再現性が重要な項目となる．

ヒステリシス＜２％（without dither）

スレショルド＜０．
５％周波数応答特性−３dB；＞３
７Hz

±２
５％

−９
０°
；＞５
５Hz

以下，フライトシミュレーター用サーボバルブ写真１の開発経緯とその結果について，失敗談を交えながら述べていこうと思う．

＊

Ps＝２
１MPa

平成１
４年５月２
３日 原稿受付

＊＊

!

指令：０．
５Hz正弦波流（±４％） 振幅：±１２mm

東京精密測器 株（所在地 〒４７０―０２２４ 愛知県西加茂郡三好町油田２４）
第３
３巻 第５号Input

入力：微小入力電CH１：変位波形

図１ ５０４Ｆ変位制御例
７
６

２
０
０
２年８月（平成１４年）

325

田村・凩：フライトシミュレーター用サーボ弁開発話

図２ ５０４Ｆスムースネス特性

図３ ５７５Ｆスムースネス特性

ション試験を実施した時のデータは図２である．その当時まだシミュレータ用サーボバルブのポイント
どころを捉めていなかった筆者は，まあまあかなと思ったが，客先の評価は全くダメとのことで，

愕然としたのを憶えている．これがはるかなる道のりの第一歩だった．どこが駄目なのかと聞くと，ス
タビリティとスムースネスが悪い，と耳慣れない言
葉が返ってきた．
２．
２ ５０
４Ｆ改良型

№０
０
１ Ps＝８．
４MPa
QR

油を流すことによってスプールに作用する反力

R＝０MPaINPUT：＋１００％

流量変化率：１３
３
０L／min／sec（流体力）に負けて，指令電流の通りスプールが動

図４ ５７５F ABORT TEST

かないことが最大の問題ではないか，と思いサーボ
剛性と呼ばれるスプールの位置決め剛性をあげてみのもう一つの要件である安全機能，つまりビルトイることにした．

ンアボート機構３）の開発にとりかかった．指針は次

具体的にはスプール端の面積を２．
５倍（つまり，のとおりとした．

スプール駆動力が２．
５倍）にしたものを試作して，・スプール開度を制限するためにシリンダをサー

モーション試験に臨んだ．

ボバルブに内蔵し，それをストッパとする．

結果はやや改善されたものの，まだ満足のいくも・アボート動作時，一方のパイロット圧を逃がすのではなかった．
２．
３

ことによって，必ずストッパに当たるようにす

覚悟を決めたる．

もはやこれは既存品のマイナーチェンジなどの小・加速度つまりスプールの移動速度はオリフィス

手先の対策では駄目で，新たに開発することになっ抵抗によって制限する．

た．新しい開発品５７５Ｆは５０４Ｆと比較すると次の特

図４にアボート機構を動作させた時のデータを示

徴を持つ．
・案内弁直径の増加
・サーボ剛性増加
・本体内部の流路面積増加

す．時間に対する流量変化の勾配が規定された仕様
１．
３
３倍（＊１）

を満たしている．

３倍

できた！

１．
３倍

それまで輸入に頼っていた主要パーツたるサーボ・スプールステム部のテーパ形状化

バルブが国産化できて，品質，納期，価格の改善が（＊１） 要 求 さ れ た 定 格 流 量 は３００（L／min）だ

なされ顧客に喜んでもらえた．この５
７５Ｆはフライ

が，５
０
４Ｆは２２
６
（L／min）だった．これをオー

トシミュレータ限定とはいえ，すでに数百台の販売

バードライブして３００（L／min）流そうとし実績がある．

たこと自体，無理があった．

３．流体音との苦闘

２．
４ MIL仕様は満足した
３．１

５
７５Ｆのモーションテストデータを図３に示す．

新たな要求

なんとか次に示すモーションベースとしての仕様

民間の航空会社に納入される超大型旅客機のフラ（MIL―STD―１
５５８）をクリアすることができた．

イトシミュレーターを世界で一番多く生産している・スムースネス（smoothness）；０．
０４G以下

カナダの会社から引合いがあり，サンプル品を試験していただくことになった．上記の５７５Ｆに対して・スタビリティ（stability）；０．
０
１
５G以下
２．
５

ビルトインアボート機構の開発

大きく次の２点で異なるものだった．
・供給圧力が２５％アップ

基本性能が達成されたので５７５Ｆ型サーボバルブ
第３
３巻 第５号

７７２００
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326

フルードパワーシステム

・流量が１０％アップ（後に２０％アップ）

１b２
P１EXT＝ ３ ２ a３Ps＋ Ｆ ………（式１―１）
a ＋b
A１

（

これらの要求は画像やサウンドのリアリティーの追求によって，だんだんとペイロードが重くなって）

１
b２
P１RET＝ ３ ２ a・b２・Ps＋ Ｆ
a ＋b
A１

（

しまうことに対応したものである．また取付面の形） （式１―２）状も５７５Ｆとは異なるものだったので，型式を新規（注）ヘッド側圧力P１が伸長において圧力の変化に５８５Ｆとした．

しない（P１EXT＝P１RET）条件は、a＝bである。ここ

あわただしく，５７
５Ｆの案内弁をベースに定格流

で a はシリンダ面積比、bはサーボ弁制御オリフィ

量３４０（L／min）の試作品第１号を完成させ，カナス比ダに向けて出荷した．結果は概ね良好だが意外なところでNGが出た．
１つは騒音，もう１つはアボート調整方法だった．
アボート調整方法の方は，もっと微調整ができる様に，即ちシミュレータが退避する着座速度を，最大速度比１％の精度で調整できることだった．これはストッパの調整機構を改良することで対応できた．
問題は騒音の方だった．
スプール弁を使って油を流すと次の３つに大別される音がすることがある．
・シュー
・キュー
・ギュルギュル
客先からの情報はただ

Ps＝１
６MPa

音がする

だけであった．

INPUT：−１
００％QR

図５ ５８５F POWER SPECTRUM

この騒音解消のため，サーボバルブ周辺での騒音計測をして防音用カバーの装着など，改良を重ねて再度サンプル出荷した．しかし，コックピット内でのころ，滑走路を走行中に急ブレーキをかけると確か

騒音は低減してないとのことだった．常時でる音でにギューと音がした．ブレーキの音ではないかとはないとのことなので，太平洋を隔てて問題解決す

言 っ た が，サ ウ ン ド 系 はOFFし て い る と の こ とるのは難しく，客先（カナダ）に行って自分達の耳だった．

で聞くことにした．

考えあぐねた末に，これはたまに発生する現象を

コックピット内で実際に録音してみると，気にな対象にしていては駄目で，なんとか連続的に計測でる騒音のスペクトルは約６００から１KHzであること

きる方法を見つけることが先決と考えた．

が判明し，この周波数域に着目して改良を重ねるこ

図５はサーボバルブに一定電流を与えて無負荷状とにした．音の質はギュルギュルに近いものだった．

態で流量を流した時の負荷ポートにおける圧力のパ

３．
２

ワースペクトルである．６００Hzから１KHzの範囲に非対称の案内弁

騒音の発生する条件を注意深く体験すると，ある

小さなピークがあることがわかった．
３．３

ことに気がついた．それは，大きく加速度を発生さ逆向きに流してみた

せる時であった．つまり，圧力の変動が著しく大きいろいろと調査を進めると，シリンダが急上昇しい場合に発生することがわかった．片ロッドのシリた時に音が発生していることがわかった．言いかえ

ンダを駆動する場合，最も圧力の変動を小さくできると，サーボバルブからシリンダのヘッド側に油をる条件がある３）．

流している時である．

それは１式「力Ｆの作用している状態の片ロッド

つまり，サーボバルブの取付面にある供給ポート

シリンダ内圧基礎式」に示すように，サーボバルブ

から本体内部の管路を通って案内弁に導かれ，メーの制御オリフィスの面積をシリンダの面積比に一致

タリングオリフィスを通って負荷ポートからシリンさせることである．この非対称型の案内弁を搭載しダのヘッド側に流れている状態である．

た５８５Ｆ改良型を製作して試験に臨んだ．その結果，本体内部の流路は構造上，どうしても供給側か戻相当良い との評価をいただいたが，まだ少しり側かどちらかの一方は，分岐または合流する為に直角に曲る箇所ができてしまう．この時点までの残っているとのことだった．

５８５Ｆは供給側が分岐する為に直角に曲った管路構

実際にフライトシミュレータに乗って体験したと
第３
３巻 第５号

７８２００
２年８月（平成１４年）

327

田村・凩：フライトシミュレーター用サーボ弁開発話

注）フィードバックバネは図記省略

図８―a 飽和がない場合の加速度波形

図６ ５８５Ｆ案内弁構造（開発初期）造となっていた．
つまり，スプールの中央が戻りポートで両外側が供給ポートだった（図６参照）．これを逆にして，負荷ポートに流出するまでの管路をシンプルにした．
結果はvery good！とのことだった．
４．加速度波形への挑戦
４．
１

まだ終わらない――加速度波形が良くない

正弦波入力時の加速度波形が三角波的になるとの

図８―b 飽和がある場合の加速度波形問題が出た．上昇時と下降時の速度ゲインの違いによるものかと思いシミュレーションしてみた．図７

１０％程度であった．サーボバルブは一般的に１０％ののように指令電流対シリンダ速度は原点を境に折れ直線性を許容しているので，仕様上は問題なかった

曲がる条件に設定しても，波形が三角波的になるこが，飽和の原因と思われる箇所を追加工してサンプとはなかった．

ル品を提供し，良くなったとの連絡をいただいた．

次に，流量特性のリニヤリティが良くない場合の５．ま影響を調べる為に，１０％の非直線（流量飽和）
をサー

と

め

低騒音化対策として次の３点で改良を行った．

ボバルブが有するとして，同様にシミュレーション! 発生源を少なくする

してみた．

１

確かに三角波的になってきた．図８に飽和の影響

流れの乱れができるだけ少なくなる様に，サーボによる加速度波形の違いをしめす．

バルブ内部管路を滑らかにした．

２ シリンダに伝達しない様にする!

５８５Ｆの流量特性データを分析すると，直線性は流れの乱れが発生しても，シリンダから作動油が戻ってきた後になる様にサーボバルブ本体内部の管路配置を考慮した．つまり，シリンダへ流入する流れをできる限り乱れを生じない様にした．
３ 流速の低減!

流量の多く流れる管路の面積を他に比して大きくした．つまり，片ロッドのシリンダのヘッド側につながるポートのサーボバルブ本体内の管路の面積を大きくした．
６．若い技術者へ
筆者がこの開発から学んだことは・注意深く現象を観察する（流体は一筋縄でいか
ない）
図７
第３
３巻 第５号

指令電流対シリンダー速度・常識で簡単に処理しない
７
９

２
０
０
２年８月（平成１４年）

328

フルードパワーシステム

・持続して考える

参・古い論文をもう一度読み直す
・スパイラルアップ（進んでないようで前進して

考

文

献

１）田村，尾崎：油空圧サーボとフライトシミュレーいる）

タ

フルイドパワーシステム

!

Vol.２
９―２

・他人（専門外の人も含む）の意見を素直に聞く

０
０Ｆタイプサーボ弁カタログ
２）東京精密測器 株 ：５・現場に答えがある

３）田村，凩：フライトシミュレータ用サーボ弁

・本物にするために用途を熟知する
７．謝

平

成１
３年春季フルイドパワーシステム講演会論文集

辞

この拙文を開発に協力していただいた，次に代表［著される多くの方々にささげて話の終わりとします．
・５
７
５Ｆの開発に際して種々なヒントと便宜に加えて，あたたかく励ましていただいた三菱プレ

!

た

むら

ひろ

ひさ

田

村

博

久 君

者

紹

介］

１
９
５
０年２月１日生まれ
１
９
７
２年早稲田大学理工学部機械工学科卒業，同年東京精密測器株式会社入社．現在同社技術部長，サーボ弁及びサーボシステムの設計，開発研究に従事．
日本フルードパワーシステム学会，日本機械学会等の会員．
E―mail, tamura@tss―nets.co.jp

シジョン 株 の尾崎様はじめシミュレータ関係の方々．
・５
８
５Ｆの開発に際して上記と同様の援助をしていただいたカナダCAE社のモーションチーム
の方々．
・油圧サーボの現場で鍛えた鋭い直観力によって，壁を打ち破るヒントをいただいた米国SKI社の

こがらし

しげ

はる

凩

繁

春 君

人々．

１
９
５
９年１
０月３日生まれ
１
９
８
３年東京電機大学理工学部産業機械工学科卒業，
くれた東京精密測器 株 のものづくりの達人たち． 同年東京精密測器株式会社入社．主に油圧サーボ弁の設計，開発に従事．日本フルードパワーシステム
学会日本機械学会，計測自動制御学会等の会員．

・筆者の無理難題に応えて試作品を作りつづけて!

第３
３巻 第５号

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２年８月（平成１４年）

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丹羽 庸夫：空圧用小型電磁弁樹脂ブロックマニホールド開発小史

解説

空圧用小型電磁弁樹脂ブロックマニホールド開発小史＊
丹

羽

庸

夫＊＊

１．は じ め に
空圧用小型電磁弁の樹脂ブロックマニホールドが開発された当時の経済環境を振り返ってみる．時代は実に２０年以上さかのぼる．
昭和６
０年代を迎えようとしていた日本経済の最大の課題は，膨らみ続ける一方の貿易黒字であり，それによる日米経済摩擦問題が連日マスコミを賑わせていた．
オイルショックによる停滞を，技術の革新と海外市場の開拓によって乗り切った日本経済は再び拡大
基調に乗り始めており需要も活発になっていった．
特に半導体および電子部品産業を中心とした設備投資の拡大，さらに技術革新による新しい産業分野の

図１

小形直動電磁弁一体ベースマニホールド

急成長などにより，景気は確実に上昇していった．
需要の増加に伴い生産能力増強と生産性向上のため

２．小型電磁弁黎明期自動化，FA化など設備投資が次々と行われた．
こうした中で製造業にもとめられたのは，市場の小型空圧用電磁弁の歴史は，昭和５０年代前半に当変化に的確に対応し，かつユーザニーズに合った製社が国産化開発した小型直動３ポート電磁弁に始ま品をいち早く市場に送り出すことであった．

る．
製品幅１５㎜の電磁コイル駆動直動形ポペット弁で空気圧機器の隆盛はこのような時代背景から始まった．従来の空気圧機器の主要市場であった鉄鋼，

当時世界最小の電磁弁として発売された．

造船等の重工業や化学プラント，工作機，食品機械

現在ほど省エネ低電力の要求は高くなかったが，等がこの時代になると家電，自動車等の製造業界で設備の小形化やプログラマブルコントローラの電源はより便利なもの，より早いものなどいっそうの多に適合する画期的な低消費電力１．
８W仕様であった．

様化が増し省力化，量産化への変革が進んだ．そし電磁弁の小型化は必然的に発熱による性能低下を招て電気から電子への変貌が始まりプログラマブルコ

き低ワット化は技術的にも要求された．
発売して数年後，市場拡大とともに使用環境は拡

ントローラ制御が主体となり，メカトロ技術という大し，エアー質，周囲温度等の使用環境変化に対応

言葉も生まれた．
FA化が進む中での空気圧機器は設備設計の簡便した仕様へと見直しが余儀なくされ，市場要求に応さ，納期短縮手段として非常に適したシステムであえるべく技術部門では総力をあげて品質改善活動にり急速に拡大していった．商品が次々と開発され，取り組んだ．また並行して使用性を高めるためワンまた高機能化モデルチェンジにより商品のライフサ

タッチタイプの電気接続コネクタオプションの開発

イクルも短縮化し，設備仕様も高集積，高速，高寿も進められた．これは従来からあったグロメットや命，フレキシビリティ性がキーワードとなった．

小型ボックスタイプでは電磁弁の配線作業に工数がかかり過ぎていたことから設備立ち上げ期間短縮に大いに貢献，ランプインジケータも付き配線の確認，＊

作動チェックにも便利なオプションであった．

平成１
４年４月１
５日 原稿受付＊＊!

CKD 株 春日井事業所
５３
０ 愛知県春日井市堀ノ内町８５０番地）（所在地 〒４８６―８
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２年８月（平成１４年）

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フルードパワーシステム

気接続等の使用性を考慮して構想に入った．営業部

３．開発活動経緯門とのつながりが少なくユーザの現場を直に見る機

商品開発部門では同時期，小型４・５ポート電磁会がほとんどなかったため，以前の業務である製造

弁の商品開発が進められていた．小型直動３ポート技術部門での設備設計を想定したり，また社内にあ弁を駆動用とした製品幅１５㎜のパイロット圧駆動方る機械部門に足を運び意見を聞いたりした．

式の４・５ポート電磁弁である．小生はこのような当時の機械部門は高速化が課題で空圧機器の使用時期，技術部門の改革によって設計部門の空圧用電量は少なく活用する機構は限定されていた．機器か磁弁の開発メンバーとして参加した．

らの配線はターミナルボックスを介して配線処理さ入社して以来十数年間，製造技術部門で化学出身れており作業に苦労していた．電装ボックス内にリということからゴムやプラスチック部品の成型，表

レーやターミナル端子台が集積され集中管理されて面処理等の部品製造に関する製造技術，技術開発をいた．それらは各機械の設備仕様に合わせ一品一様担当業務としていた．移動によって商品設計の業務で総てアルミ製のDINレールに搭載されていた．空担当となったが，満足な部品設計すら出来ず，設計

気圧用電磁弁マニホールドも今後は同様な場所に混のための電気，機械工学の知識レベルは低く空気圧載されていく可能性が想定された．

用電磁弁の設計者としては新人の状況であった．

「これを利用すべきだ」と思った．DIN規格のアルミ製レールは電気部品の設置ベースとして一般化

知識習得のため，この頃はじまった国家試験「空されつつあり電機メーカから市販されていた．

気圧装置組立」技能検定を受験しスキルアップを

小型電磁弁のDINレールマウント方式の構想はこ図った．しかし商品設計に関しては遺憾ともしがた

こから始まった．フレキシブルに増減できること，

く評価実験作業が主体の業務で始まった．
空圧用電磁弁の課題の中でマニホールドに関して

アルミレールの軽量を生かすこと，低コストで量産は旧来のままで，まだ対応しきれていなかった．新性のあるプラスチック成形品で構成することを条件

規性を織り込んだ商品，そして特に樹脂化が望まれとして構想設計に入った．方眼紙に幾通りも流路る商品開発テーマとして樹脂関連にスキルを持つこ

ポート位置，バルブブロックサイズ，給排気ブロッとから小生が担当することになった．営業部門とのク継手サイズや組換えを考え，さらに量産時の成形繋がりの薄さから十分な情報はなく，商品設計手法

型構造，超音波溶着や圧入の二次加工も検討に入れも知らない暗中模索状態からの出発であった．

た．継手は開発コスト，期間を考え協力継手メーカ
から内臓部品を調達することで対処することとした．

仕様拡大への品質改善活動も完了しており，商品拡販材料として市場がある程度判っていた小型直動構想段階での最大の問題はブロックのシール連結

電磁弁のマニホールドベースを商品開発テーマとし方式であった．発想の元となった電気用機器の接続て構想に取り掛かった．

は確実な接触と電気絶縁が要求されるが空気圧機器

検討作業は市場クレーム調査から始まった．

の連結は固定シールと共に給気排気の集合流路断面

従来のマニホールドベースは黄銅やアルミ製の引積の確保が必要となる．

抜材を使用し，電磁弁連数に応じたエアー流路穴や従来のブロックベースは貫通ロッドを利用して両弁取付ねじ，配管接続ポートねじ等の加工がベース

端からの締め付けもしくは順次段組ロッドによっての様々な方向から行われており，交叉するキリ穴や締付ける方式で，外部シールはブロック間の圧縮に

ねじ部には切削粉，かえりバリが十分注意してもなよるものであった．樹脂成形ブロックの歪みやそり

お残ったりしていた．一方設備組付け配管作業時には回避できずブロック連結構造として採用できる方も異物混入がありシール機能を必要とするスプール法ではない．例えば０．
１㎜の平行度不良は２０連で２弁やポペット弁部への付着によって作動ロックや漏㎜の隙間となる．ガスケットの圧縮方式はトータル

洩などの問題を発生させていた．またユーザにて多でゴム反力は連数と共に増大し，各ブロックの配管

連数ベースのねじの一箇所でも締付け過ぎ等によっ

引張り力やねじ圧縮クリープと温度変化による経時てねじ破損が発生するとベースごと交換しなければ変化に対してシール性の保障はない．
設置場所や配管接続によって生ずるブロック間のならず改善要望が出されていた．
一方納期面での対応のため，各種ある仕様毎に２多少のずれやスキマが生じてもシール可能な構造は，〜２０連総ての連数の在庫を必要とし，製造部門からシリンダの軸シールに使用されているＯリング径

はベース品種の減少要求が強かった．しかしユーザ

シール方式である．すぐさま各種締代で切削品を製への納期対応からは採用できる内容ではなかった．

作して確認した．結果は良好，連結し温度変化させてもシールはできた．

不具合情報やマニホールド連数，配管接続種，電第３
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丹羽 庸夫：空圧用小型電磁弁樹脂ブロックマニホールド開発小史

流量の制約はあるが理論的には何連でも連結可能，

でも新規性を持たせるために，ワンタッチ継手の両端のブロックのDINレールへの固定力は流路の受チューブ抜き用樹脂リングの材料色を給気排気で変圧力と配管引っ張りに耐えられればよい．市販のえたり継手の奥に薄板のフィルタを設けたりした．

DINレール固定部品構造を参考とした．後は連結し成形型はブロック間の連結軸ピッチの収縮ズレを考た各ブロック間同士のズレだ．

慮してスライド入れ子交換方式として型費の低減と品質の安定を狙った，このようにして構想設計は完

何種類ものブロックを何個も積み重ねてもしっく了した．

り勘合で感心させられていたプラスチック製おもちゃのログハウスを参考にして形状検討を行った．

下図は当時出願した実用新案申請添付図である．

ここからは切削モデルを目の前にして設置作業者の販売部門との会議にて商品化の可否評価を諮った

立場で様々な設置，使用条件を想定して形状設定しがあまりよい評価は得られなかった．樹脂製ブロッた．構成材料はソレノイドからの発熱やエアー質をクマニホールドが今までにないオプションであり従考え耐熱剛性耐油性等を総合判断して決めた．製造

来と同等のサイズのままとなっていることも一因と技術時代に樹脂構造材として試験した材料である．

思われた．一方技術内でもシール性に不安が有り消当時排気ガス規制で自動車エンジンルーム内の構成極的であった．なんとか型投資を押えることを条件

機器や構造材として採用されつつあった．また少しに承認を得て市場評価を受けるべく商品化に進んだ．
後に市場では樹脂ブロックマニホールドはゴミに起因するトラブル減少として現れ評価された．
４．パイロット式小形電磁弁への展開
樹脂ブロックマニホールドの発売後，完成していた製品幅１５㎜の小型パイロット式４・５ポート電磁弁のオプションとして続けて開発を行った．小型シリンダ駆動用として流量は大幅に増加したが，小形電磁弁ブロックマニホールドの設計思想を水平展開して構想設計を行った．ただ流量の増加はブロック間の連結受圧面積増加によって両端のブロック固定
構造検討に時間を要した．
発売後ブロックマニホールドのニーズは徐々に増

図２

開発時の実用新案添付図

図４
図３ 小形直動電磁弁樹脂ブロックマニホールド
第３
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３

パイロット式小形電磁弁一体ベースマニホー
ルド
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フルードパワーシステム

図６

超小形パイロット式電磁弁一体ベースマニ
ホールド

図５ 小形パイロット式４・５ポート電磁弁樹脂ブ
ロックマニホールド加しマニホールドの半数近くが樹脂ブロックとなっていった．その後発売された上位機種シリーズにも同様にオプション化され，また電磁弁制御の配線ワ
ンタッチ化ニーズの増加によって各種集合配線コネ
クタ類のオプションが複合化されていった．制御シ
図７

ステムの変化は機器の安定高性能化が求められると超小形電磁弁ブロックマニホールド

ともにオプションによって多品種少量化が進みコス
ションはブロックの設置性を生かしつつ完成させた．

ト面での課題が増大していった．

６．お わ り に

５．超小形電磁弁への展開
市場ニーズからはさらにコンパクト高性能が求め

小型空圧用電磁弁黎明期のオプション開発の一端られた．樹脂ブロック開発６〜７年後，平成になる

そして小生の履歴の１つともなった事例を紹介した．

と共に１５㎜幅電磁弁に代わるパイロット式切換弁用

ものづくりは現状に対する満足度の程度から始まる．

アクチュエータとなる１０㎜幅超小型直動３ポート電

昨今製造業の空洞化が言われているが，今後とも磁弁とそれを搭載したパイロット式４・５ポート電ものづくりはなくならないだろう．ユーザニーズを磁弁を生産技術部門との連携活動のもと精密生産技

つかみ問題を解決していくことで打破していけると術を確立しつつ開発した．

思う．ここで取り上げた事例は商品開発や問題解決
例として参考していただければ幸いである．

半導体製造装置や自動機械装置の省スペース高密

以上不慣れで学術的要素のない拙文お許し願いた

度化が進められ設備機器の生産量も拡大していった．

い．

この時期，装置の電子化に対応して配線工数低減をねらい，シリアル伝送子極を搭載したタイプがオ
プション化されだした．

［著

樹脂ブロックマニホールド開発１
０年後，次世代マ
ニホールドと位置付け，サイズは従来機種相当の流量を持ちながらその樹脂ブロックベースの高さに収

に

わ

つね

お

丹

羽

庸

夫 君

者

紹

介］

１
９
４
８年１
１月２
３日生まれ．
１
９
７
１年岐阜大学工学部工業化学科卒，同年CKD 株 に入社，現在にいたる．制 御 機器開発設計に従事．

め，さらにシンプルさを求め構想した．

!

樹脂ブロックマニホールドの当初設計コンセプトにシステムの安定駆動機能，排気の回りこみによる誤作動防止や耐久性能のアップを付加し，さらにコ
ンパクトさを狙い樹脂ブロックベース内にパイロッ
ト式電磁弁を内蔵し，各種の集中配線コネクタオプ
第３
３巻 第５号

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２年８月（平成１４年）