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March/2010■ 技術講座知りたい油圧講座①「油圧とは？」
機能部品事業

Things to Know about Oil Hydraulic,"What is Oil Hydraulic?"〈キーワード〉油圧の基礎・パスカルの原理・粘度

部品事業部／技術二部

池生 慎一
Shinichi IKENO知りたい油圧講座①「油圧とは？」

1. 油圧という言葉
油圧というと何を想像するでしょうか？自動車用ジャッキ、油圧ショベルなどでしょうか？油の圧力と書いて油圧です。英語では、"Oil hydraulic"と表現します。
油圧とは何か？簡単にいうと「閉ざされた空間に油要旨その圧力を離れた場所に伝え、そのを封じ込めて、力を上手くコントロールして人間の何倍もの働きをさせる技術」のことです。封じ込める媒体が空気ならNACHIは、工作機械や建設機械、そして自動車用の油圧機器および油圧システムを開発し、販売し空圧、水なら水圧、油なら油圧となります。いずれも流体の圧力を利用した技術です。ています。30年以上に渡り築き上げた油圧技術を元に、油圧とはどのような技術を基本に成り立ってそして様々な用途と基礎となる構成要素いるのか、について平易な言葉で解説します。油圧の基礎を

2. 大きな力を出す
油圧

より油圧に親しみ、上手理解いただくことによって、く油圧を活用していただきたいと思います。油を使う理由、粘度の重要性など、身の回りの応用をまじえながら講座を連載します。

自身近にある圧力を使ったものといえば、例えば、たった4つの動車のタイヤ。空気が封じ込められた、タイヤで1トンないし、2トンの車を支えます。タイヤの2Abstract
NACHI develops and sells machine tools,
construction equipment, hydraulic equipment &systems for automobiles. Based on the hydraulictechnology that has been developed over 30years, the technology that hydraulic mechanism
is derived from, various applications and basic
component elements are explained in plainspeech. We hope that you will become more familiar with hydraulics and utilize them well by understanding the basics of the hydraulic equipment. A series of courses are provided to explain
the reason of oil use, importance of viscosity andothers, including the practical applications
around us.

接触面積は、はがき1枚相当の150cm です。空気圧は、力÷面積ですから、1,500kgの車重を支えて2いる場合、1,500[kg]÷（150[cm ]×4）＝2.5[kgf2／cm ]となります。SI単位系で圧力の単位は、Pa（パスカル）を使います。1Paは、1N（ニュートン）の力が12ｍ に加わったときの圧力で、重力単位系では1kgf
26／cm ≒0.1MPa（メガパスカル；1MPa＝1×10 Pa）となります。そういえば、乗用車のタイヤの空気圧は、2程度です。
2.2〜2.4kgf／cm｛0.23-0.24Pa｝
水道の圧力も場所によりますが、2〜4kgf／cm

22｛0.2〜0.4MPa｝程度です。たった2kgf／cm でも、蛇口を手で塞ぐにはかなりの力が必要です。
油圧の話にもどりましょう。油圧は産業機械で使2用される場合、低いもので、2MPa｛20kgf／cm ｝、高2｛357kgf／cm ｝にもなります。さらにい物で35MPa2｛714kgf／cm ｝というものもあります。
高圧の70MPa4

先ほどのはがき一枚の面積では、2MPaで3×10 N｛3ton｝、35MPaではなんとおよそ50tonの重さを支えることができます。

13. パスカルの原理
密閉した容器内にある流体の一部に圧力を加えその圧力は流体のすべての部分に伝わります。
ると、が可能になります。これはすべての液圧技術が応用する基本原理になっています。

これをパスカルの原理といいます。
「人間は考える1,000kg

葦である」の言葉で有名なフランスの哲学者で、同100kg

時に科学者でもあったパスカル（Pascal Blaise；仏1623〜1662）は、1653年にこの原理を発見します。

10cm2

図1を見てください。異なる断面積の二つのピストン

100cm2
1.0MPaを管でつなぎ、油を閉じ込めます。小さなピストンをある一定の力で押すと封じ込められた流体には圧力が発生し、大きなピストンの断面積に比例した力が得られます。こうして、小さな力で大きな力を得ること

図１ 小さなおもりで大きなおもりを支える油圧4. 油のわけでは、何故油圧なのでしょう？水ではダメか？決してダメではありません。油圧のルーツは、水圧でした。

球にふんだんにある水を使った方がコストも低く、地球環境にやさしいはずです。

皆さんよくご存じのロンドンタワーブリッジ、跳ね上げ

水と鉄を一緒にすると鉄は錆びます。水と銅を一式で有名な、あの重い橋は水圧で持ち上げています。

緒にすると緑青を発生します。さらに液体をシール

1894年に完成したロンドンタワーブリッジは、1分間でするゴムも劣化します。また、水はさらさらです。この

角度86度まで持ち上げる能力があります。1976年まさらさら度を表わすのが粘度です。粘度とは、流体では蒸気機関と水圧で持ち上げていましたが、現在のねばりの度合であり、油圧機器にとっては漏れやは電力と油圧で駆動しています。
もう一つ有名なと圧力損失に影響する重要なファクターです。油圧のころでは1889年に建造されたパリのエッフェル塔。こ

世界では、絶対粘度を密度で割った動粘度を指標のエレベータは水圧式でした。安全性向上のためにとして用います。単位は、cSt（センチストークス）やシステムの更新はされていますが、基本構造は今もmm ／sを使います。粘度・粘性については、知りた変わっていないとのことです。このように水圧動力は、いトライボロジー講座④ でも解説していますので参1800年から1900年にかけて全盛を迎えました。では、考にして下さい。少し難しくなってきましたので、具

何故水圧から油圧に変わったのでしょう？本来、地体 的に考えてみましょう。水の動 粘 度は、2 0℃でNACHI TECHNICAL REPORT

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21）

2知りたい油圧講座①「油圧とは？」31cSt（センチストークス）です。
「20℃で」と限定して空機の翼を制御することろには油圧を使用していまいるのは温度によって動粘度が変化するからです。

す。もちろん、航空機のように温度の変化が激しい

ちなみに、0℃では1.79cSt、100℃では0.295cStにな

ところで使用される油は、特殊な油を使用していまります。水泳における水温は25〜28℃であることといすのでご安心を。それから、金属同士をこすりあわう規定があるそうですが、水の粘度の変化も水泳のせる場合、物体と物体の間に流体があるのとないのタイムに関係がありそうです。一方、一般的な油圧でとでは、抵抗の大きさが異なります。金属を腐食させ使用される作動油の動粘度は銘柄にもよりますが、ず、金属同士の滑らかな摺動を助け、隙間から漏れ

0℃で300〜500cSt、40℃で32〜46cSt、100℃でも5それが油なのにくいちょうどよい粘度を持った液体、〜8cStあります。水のように粘度が低いと洩れやす

もちろん、石油の登場が油圧の発展に大きなです。

いので、高圧の油を封じ込めるのが難しくなります。

影響を与えたのはいうまでもありません。

飛行機に乗ると機外の外気温度がモニターに映しただ、油には燃えるという大きな欠点があります。

出されるのを見ることがあると思います。外気温−50

また、外部に漏れると分解するのに時間が掛かるの℃以下の環境で水を使うとどうなるでしょう？水は凍っで処置に困ります。水のように蒸発するのを待つわて流れなくなり、飛行機の制御が利かなくなります。

けにはいきません。そこで、外部に漏れないように様々

また、熱い場所では蒸発してタンクの水が無くなってな工夫と努力がされ、同時に燃えにくい油（難燃性しまいます。ですから、温度の変化に対して状態が作動油）が登場するのです。油についての詳しい変わらない液体でなければいけません。そこで、航話は、次の講座に譲りましょう。

※1

5. 油圧を使った身近なもの
油圧を使った身近なものに、自動車のパワーステ業の何倍もの仕事をあっという間にやってしまいます。

アリング装置があります。片手で鼻歌混じりにハンドトラクターやコンバインのような農業機械のそれから、ルを回せるのはパワーステアリングのおかげです。ま動力伝達装置や、大きな荷物を積み降ろしするフォーた、自動車のブレーキも油圧を応用しています。車クリフトの荷役装置など、様々な場面で油圧が使わ種によって油圧式であるものとそうでないものがありれています。

ますが、油圧式ではエンジンをかけると油圧ポンプも一緒に回転して油圧を発生し、その油圧でブレーキにかかる力を増幅しています。エンジンを止めると、ブレーキが急に重くなって思うようにブレーキがかからなくなるのは、油圧ポンプが回っていないためです。
（アンチロックブレーキ
今では当たり前になったＡＢＳ
ブレーキピストンに油圧を送ったり、抜いシステム）は、たりすることで、すべりやすい路面で急ブレーキを掛ブレーキを断続的に開放してタイヤがロッけたときに、クしないようにしています。
油圧ショベルやブルドーザなどの建設機械も油圧を使った代表です。人がスコップを持って行なう作

図2 身近な力持ち油圧ショベル

6. コンパクトで力持ちの油圧
なぜ、油圧を使うのでしょうか？その最大の理由は、次に過負荷防止が容易であるということです。電気

小型で軽量になるということです。油圧が小型化で式ではブレーカーやヒューズを使いますし、機械式できる理由はパスカルの原理にあります。つまり、荷重はスリップするような安全装置が必要です。でも、油を均一に伝達できるのです。機械式では遠いところ

圧では安全弁という油を逃がすバルブがあれば、簡にあるものに大きな力を伝達するために、強力な歯単に過負荷防止できますし、ヒューズのように交換車や軸がたくさん必要になり、とても大きくて重い装する必要もなく、ブレーカーのように入れなおす必要置になってしまいます。動力を伝達し合う接触部分もありません。油圧を用いることで、簡単に力を制御の形状によって面圧が高いところと低いところができ、することができます。油の圧力を制御するバルブの油圧に比べて装置を大きくせざるを得ないのです。

ハンドル調整で、シリンダーの圧力を制御し、力をコン

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知りたい油圧講座①「油圧とは？」

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トロールします。同様に速度を変えるときは、電動式

つまり、7cm の体積変化を与えることで10MPaの圧では、電動機の回転エネルギーを機械の直線運動力が得られるということです。一方、水の圧縮率はや回転エネルギーに変えるためにボールねじや減速油の2分の1以下です。油という水よりもやや圧縮性インバーターなどによって、機が必要です。最近では、を持った液体を使うこともショックや振動を小さくでき電動機の回転数を自在に制御できるようになりましる理由になっています。また、近年油圧を選ぶ理由

たが、油圧で速度を無段階にコントロールするのはとして電動や機械式より油圧シリンダーの寿命が長お手のものです。そして、油圧では装置を軽量コン

ボールとねいということがあります。ボールねじでは、パクトにすることができるので慣性が小さくなり、油はじは点で接触しており、繰り返し大きな荷重が作用軽量（一般的な油の比重は0.86程度）なのでショッしするとその部分が摩耗するという問題があります。

クや振動が小さくなります。実は油の圧縮性は、混かしながら油圧シリンダーは荷重を油圧で均等に受−4入空気がない状態で、6〜7×10 （/MPa）、10㍑のけるのでそういった摩耗が少ないのです。

油に10MPaの圧力を加えると9.993㍑になります。

7. 漏れると処理が大変な油一方で、油圧にはデメリットもあります。一つは、先まいます。そのため、油温を一定にコントロールするほども出てきた油は燃えるということです。そのため、ための装置が必要になることがあります。最後に、油温度が高いところで使用される場合には、難燃性の圧システムでは電気エネルギーや化石エネルギーを作動油を使うなど火災が発生しないように細心の配回転運動にした後、さらに油圧エネルギーに変換しシール部材としてゴムを慮が必要になります。次に、ているために効率が悪いということがあげられます。

使用しているために、経年劣化があり長期間使用しもちろん、油圧のこうしたデメリットをなくすために様々てゴムが硬化すると油漏れが生じるということです。

な努力が行なわれ、新しい技術や電気との融合に油は、水のように放っておいても蒸発しませんので、より省エネで寿命が長くなるシステムも開発されてき油漏れが発生すると除去しなければいけません。そました。最近はやりの「省エネ」ですが、油圧技術はのため、油漏れは非常に嫌われます。また、油を送常に「省エネ」をめざして発展してきました。油圧のるための配管が必要です。油圧の圧力が高いため歴史は、油圧の特徴を最大限活用し、こうしたデメリッに配管もその圧力に耐えるしっかりしたものが必要

トをできるだけ小さくすることとの戦いでもあったと思であり、そのための専門技術も必要になってきます。

います。この講座でもこうした新しい油圧システムのさらに、油圧システムでは油の温度によって粘度が解説も加えていきたいと思います。

変化するために、スピードやショックなどが変化してし5

8. いろいろな構成要素がある油圧
油圧装置を構成する要素には、多くのものがありそして、ポンプに油を供給し、油圧アクチュエーターます。図3に簡単な油圧システムを油圧回路図で示からもどってきた油を受けるための油圧タンクが必要しています。また、用途や求める特性によってその形です。タンクには、油に含まれるゴミ、気泡、熱などをとっつきにくいとこ
態や手段には様々な方式があり、とり除く効果もあり、それらの機能が果たせるようなろがあります。油圧を構成する要素からいきなり考え容量が必要になります。

ると判りにくくなりますが、油圧を使う目的を考えるとそれぞれの機器をそして忘れてはいけないのが、そうでもありません。前述の如く、油圧を使う目的は、接続し、油を輸送する管路や油圧システムが正しく「圧力を離れた場所に伝えて大きな物を動かしたり、機能しているかどうかを確認するための、圧力計や支えたりする」ことです。

そして油の清浄度を維
温度計、油面計などの計器、そこで、油圧で物を動かす、つまり油圧エネルギー持するためのフィルターや油温をコントロールするたを機械エネルギーに変換する要素が必要です。そめの冷却器です。これらの油圧システムを長時間、れが、油圧アクチュエーターと呼ばれる物で、直線運快適に使うために必要な補機を、総じて油圧アクセ動に変換するのが油圧シリンダー、回転運動に変換サリーと呼んでいます。

するのが油圧モーターというものです。次にその油圧アクチュエーターを動かす向きを変えてやるための切換装置や油圧アクチュエーターの力の大きさや油圧アクチュエータースピードを変えるための装置が必要です。それを一油圧エネルギーを運動エネルギー（仕事）に変換する

般的な油圧装置では、油圧バルブによって行ないどのくらいの流量を流すのか？
ます。どのような圧力で、何をどのようにコントロールしたいのかで使用するバ油圧バルブルブやその組みあわせが変わります。

油の流れる方向、量、圧力をコントロールする

さて、次に肝心の油圧を発生させる装置が必要で、油圧バルブに油を送り込む油圧ポンプがそれに相当します。油圧ポンプは、電動機やエンジンから回転エネルギーをもらい、油圧エネルギーに変換します。

油圧ポンプ

工事現場などで使う水ポンプは、水をたくさん汲み油を吸って吐き出す運動エネルギーを油圧エネルギーに変換する上げて吐き出すために、遠心ポンプ、或いは渦巻き油圧アクセサリーポンプを使います。実は、油圧ポンプはこれらの液体油圧装置の補助的役割を行なうを移送するためのポンプとは目的も大きく異なり、容油圧タンク
油を貯蔵する積式と呼ばれる高い圧力でも油をしっかり吐き出すことができるポンプを使います。

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図3

油圧の5大要素6

9. システムとしての油圧油圧は、エネルギー変換システムであり、動力伝達システムです。当たり前ですが、ポンプやバルブなじえながらできるだけ平易な言葉で解説していきたいと思います。

どの単品だけでは動きません。システムのどれが欠もちろん、ACサーボモーけても上手く機能しません。
タで直接ポンプを駆動するNACHIの「パワーマイスター」といった最新の省エネ・コンパクト油圧システムでは例外もあります。とにかく、油圧システムを長期間に渡り、快適に作動させるために様々な技術が使われこの講座だけでは語りきれませています。そのため、んが、今回を含めておよそ10回の連載で、最新の油圧システムやみなさんの生活と油圧との関わりをま図4

パワーマイスター

用語解説

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※1 難燃性作動油
火災の危険性がある場所で使用される油圧装置に用いられる油圧作動油であり、引火点の高い脂肪酸エステル系作動油や水を含む水・グリコール作動油など様々な種類がある。

1）渡辺 孝一：知りたいトライボロジー講座④「弾性流体潤滑理論（EHL理論）」
NACHI TECHNICAL REPORT、Vol.11 D1、October（2006）

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March / 2010〈発行〉 2010年3月1日
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