NACHITECHNICALREPORT
Components

23B3Vol.

Oct/2011■ 新商品・適用事例紹介
プレス機の駆動源に最適！

省エネ油圧ユニット「パワーフィット」
機能部品事業

Energy saving hydraulic unit
for Press Machine. "POWER Fit"
〈キーワード〉省エネルギー・プレス機・油圧ユニット
2容量ポンプ・回転数制御

油圧事業部／技術部

久保光生

Mitsuo KUBO

プレス機の駆動源に最適！ 省エネ油圧ユニット「パワーフィット」

要旨

NACHIでは工作機械やプレス機に向けた省エネ

1.プレス機に求められる油圧ユニット油圧ユニットをラインナップしている。新たに、より大ものづくりの工程においては、切削加工と並んでワーきな推力のプレス機で求められる、高圧、大流量にクを塑性変形させるプレス加工も多い。このプレス加対応できる油圧ユニット、パワーフィットを商品化した。

工で使われる機械がプレス機である。一言でプレス機

パワーフィットは、単に省エネを追求しただけではと言っても、汎用プレス機だけでなく、かしめ機や曲げなく、使いやすさも特長としたコンパクトな油圧ユニッ

加工機、圧入機なども大きく見ればプレス機となる。

トである。

プレス機では、ワーク加工に直接関係する金型などの駆動部に油圧が使われ、加工精度そのものに影響を及 ぼす 使われ 方である点が、クランプなど補助的

Abstract
NACHI has its lineup of energy-saving
hydraulic units for machine tools and pressmachines. NACHI has developed and commercialized a new hydraulic unit called, Power Fit
that is capable of handling a high pressure andlarge flow rate required for a press machinewith larger thrust.
Power Fit is a compact hydraulic unitthat pursues energy saving as well as userfriendliness.

な機能に油圧が使われている工作機械との大きな違いである。
プレス加工では、1回のワーク加工毎に油圧シリンダの送り、加圧、戻しを繰り返すため、加工時は油圧ユニットから常に流量と圧力を供給し続ける必要がある。よって、加工サイクル全体の省エネには、圧力保持時だけでなく、作動油を送り出す吐出時も含めて省エネになる油圧ユニットが求められる。
さらに、油圧シリンダの移動速度や加圧力の調整で加工品の出来映えが変わってくることから、高精度で速度や圧力を制御できることが要求される。
一般的なプレス機の動作は、高速下降、低速下降、加圧、圧抜き、高速上昇の工程の繰り返しで、実際にワークを加工するのは低速下降から加圧の工程である。直接加工に寄与しない高速下降、高速上昇の工程についてはできるだけ高速化し、生産性向上のために動作時間を短くしたいというのが一般的である。より大きな推力が必要なプレス機では、大口径の油圧シリンダを使うため、高い圧力だけでなく、高速化のための大流量に対応できる油圧ユニットが求められる。
これらの要求に応えられる油圧ユニットとして、「パワーフィット」を市場投入したので紹介する。

12. 高圧・大流量に対応できるパワーフィット
図1にパワーフィットの外観を、巻末の表1に仕様を

図2にパワーフィットの構成を示す。ポンプにはポン示す。パワーフィットは2容量可変ピストンポンプをAC

プ容量を大小変えることができるソレノイドバルブがサーボモータで駆動する。
タンク横の制御ボックスには、搭載されている。この切換えは、油圧ユニットに搭載ACサーボモータをドライブするサーボアンプと、圧力・されたコントローラが負荷に応じて自動的に行ってい流量を制御するコントローラが含まれており、ボックる。また、通常の運転では使わないが、圧力が設定ス内部の操作パネルで圧力指令と流量指令を数圧以上になると機械的にポンプ容量をゼロにするフ値で設定することができる。

ルカットオフ機能があり、異常圧力の上限を規制する安全弁として働くため、安心して使うことができる。

サーボモータ

二容量ポンプ
ポンプ容量切換ソレノイドバルブ

圧力センサ
操作パネル
（カバー内部）
制御ボックス

図1

タンク

パワーフィット外観

アンプユニット

圧力センサ
サーボモータパワーフィット

ソレノイドバルブ（方向切換え）ポンプ

油圧配管

油タンクコントローラ

2容量可変ピストンポンプ

サーボモータの回転数と、ポンプ容量切換ソレノイドバルブを制御し、ポンプ出力（圧力・流量）を任意に制御

流量

大容量
ポン
プ
容量

流量：ポンプ容量×回転数で制御
圧力：圧力センサ信号をフィードバックし必要な分だけ油を送り出す回転数で制御

Vol.

23B3

小容量

カットオフ
機能により安全弁不要

圧力

ポンプ出力特性

図2

NACHI TECHNICAL REPORT

ポンプに搭載したソレノイドバルブにより容量切換可能

圧力

パワーフィット構成

2

プレス機の駆動源に最適！ 省エネ油圧ユニット「パワーフィット」

ACサーボモータの回転数制御も同様にコントロー

もし、コントローラの切り換え値を高くした場合に、ラが行っており、ポンプ容量とポンプ回転数の組み過負荷アラームが出てしまう場合でも、パワーフィット合わせで、流量指令に合わせた流量を吐出している。

では、ポンプにある容量調整ねじで、ポンプ容量設定−1

サーボモータは0[min ]からポンプ最高回転数であ−1を任意に変更することができるので、過負荷を解消

る2000[min ]まで任意に回転数の制御ができるのすることができる。ポンプの大容量設定値を少しずで、広い範囲で流量制御が可能となっている。

つ小さくすることで、最大流量は少しずつ減るが、モー

圧力制御はポンプに搭載している圧力センサのタ負荷率が下がるので、二乗平均トルクが定格内と信号をフィードバックし、圧力指令に一致するようになるように設定ができる。また、高圧の圧力保持時コントローラが回転数を制御することで行っている。の負荷率が高い場合にも、ポンプ小容量設定を下

この時は、その圧力を維持するのに必要な流量をげることで、同様に定格内となるように設定すること送り出すだけであり、低い回転数となる。

ができる。

このように、流量制御も圧力制御も、指令に合わ

本来、機械の摩擦抵抗や油圧回路圧力損失等せて必要な分だけポンプを回しているのでエネルギーは事前に見込んでいるが、実機の抵抗等が大きく、ロスが極めて少ない油圧ユニットとなっている。

動作時の負荷圧が大きくなってしまうことがある。こさらにパワーフィットには、実機の負荷条件に合わのような場合にも、パワーフィットでは、実機の負荷条せて最大出力特性を任意に設定変更できるという件に合わせ、サーボモータの能力内で最大出力を特長がある。

発揮できるような最適な最大出力特性を任意に設先にも述べたがパワーフィットでは２容量可変ポン定できるので、安心して使うことができる。

プを使い、ポンプ容量をコントローラからソレノイドバル
ブのON/OFFで制御できるので、図３のような低圧

流量：Q

大流量と高圧小流量の圧力−流量出力特性を電低圧大流量

気的に作ることができ、より小さなモータ容量でプレス機を高速駆動できる。さらに、パワーフィットで使用しているサーボモータは瞬時最大250%までトルクを最大流量

コントローラの設定で高圧まで大流量出力も可能（短時間）発揮できるため、短時間であればより高圧までポンプを大容量のままとして、大流量を発揮することができる。ポンプ容量の切り換えはコントローラがモータ負定馬力曲線荷率を見ながら行っており、この切り換え値を任意に設定できるため、例えば、高速動作時の負荷圧力が当初見込んだよりも高く、標準設定ではポンプ容量が小容量に切り換わって速度が出ないという場合にも、コントローラの切り換え値を高く変更することで高速送りができるようになる。ただし、この場合はサイクル全体の二乗平均トルクが定格内に入っていること、つまり、モータ過負荷アラームが出ないことを確認しておくことが必要である。

3高圧小流量図3

圧力ー流量特性

圧力：P

3. 多段の圧力、流量制御が簡単
パワーフィットの圧力と流量の設定は、制御ボック

さらに、各パターンに連動して、汎用の接点出力をス内の操作パネル、図4で簡単に行える。圧力設定

ON/OFFさせる機能もある。例えばソレノイドバルブと流量設定をペアとして、16パターンの設定が可能で、の切り換え信号出力として使えば、外部からはパター外部信号によりパターンを選択することで、圧力と流ン選択信号のみで、ソレノイドバルブの切り換えも含量を切り換えることができる。例えば、パターン選択でめた制御が簡単にできる。図7にパターン記録シート

圧力指令、流量指令を切り換えて図6のようなプレスを示す。1つのパターンに対して、流量指令、圧力指動作をさせることができる。なお、16パターンの各圧力、令、変化時間、汎用出力を操作パネルで数値設定

流量設定に対して図5のように設定値まで変化するしていくだけでよく、簡単にパターンの設定ができる。

時間（傾き）を設定することができる。例えば、流量さらに、アナログ電圧入力を指令値とする使い方の変化時間を設定し、プレスの動き出しに加速時間も可能で、例えば、圧力指令値を16パターン以上にを設けてショックを和らげたり、圧力の変化時間を設変更したい場合や、外部から指令をリアルタイムに定してランプ状に昇圧させたりすることも可能である。

変更したいという場合にも対応ができる。

ストローク

急下降

急上昇

低速
下降
①

加圧
③②

数値変更
UP／DOWN

圧抜
④⑤時間t
流量設定値

図4

流量

SET、および桁移動

MOD、および桁移動

実際の流量

0

操作パネル
時間t
圧力設定値
パターン1

圧力

圧力or流量
パターン2

実際の圧力

パターン１指令値

0時間t

図6 プレス動作例

パターン2指令値

時間
パターン１の変化時間設定

図5

パターン2の変化時間設定

変化時間の設定

パターン記録シート

ver.1.02

パターンNo

流量設定
変化時間パラメータ 単位：0.1l/min パラメータ

圧力設定
汎用出力
パラメータ 単位：0.1MPa パラメータ XXXX XXXX

パターン0

u.110

u.120

u.100

u.200

パターン1

u.111

u.121

u.101

u.201

パターン2

u.112

u.122

u.102

u.202

パターン3

u.113

u.123

u.103

u.203

パターン4

u.114

パターン5

u.115

u.125

u.105

u.205

パターン0〜15まで、圧力、流量の設定と
u.124
u.104
u.204
それぞれ設定値まで変化する時間（傾き）を設定できる

図7
NACHI TECHNICAL REPORT

Vol.

23B3

パターン記録シート
4プレス機の駆動源に最適！ 省エネ油圧ユニット「パワーフィット」

4. 油圧ユニット単体で自動運転
パワーフィットのさらに便利な機能として、動作シーてタイマーアップを使えば、昇圧後一定時間加圧すケンスをプログラムできる機能がある。先に紹介したるというプログラムが簡単にできる。これらのプログラ

16パターンの圧力、流量設定と、汎用出力の組合せ

ムは図5に示した操作パネルで設定でき、他に必要に終了条件を加えて1ステップとして登録しておき、な信号は、外部からのスタート信号である。

登録されたステップ内容を順に実行することで自動

このように、パワーフィットのプログラミング機能を使運転ができる。現在実行中のステップを完了して次えば、別途プログラマブルロジックコントローラ（以下、のステップに移行する終了条件には、外部接点入力、PLC）を準備することなく、油圧ユニットだけで機械タイマーアップ、圧力一致の各条件が選べ、これらをの自動運転ができる。

組み合わせて動作プログラムが自由にできる。例えば、

また、制御ボックス内部には、アラーム発生時にサーシリンダ下降途中に速度切り換え用のリミットスイッチボアンプへの主電源を遮断する電磁開閉機を内蔵を設けて外部接点入力に接続すれば、下降途中でしており、外部非常停止スイッチを端子台へ接続すリミットスイッチがONすると高速下降の動作ステップるだけで保安回路が構成できるようになっている。

を終了し、次の低速下降のステップに実行を移すよ

以上のように、保安回路やPLCなどが不要なため、うなプログラムができる。圧力一致の条件は昇圧完

別途制御盤を準備しなくても油圧ユニット単体で自了として使え、その次のステップを完了する条件とし動運転ができる。

5. 従来油圧ユニットとの比較

5

2011年7月20日〜23日にかけ東京ビッグサイトで圧力、消費電力波形を重ねたグラフを示す。消費電開催された第23回フルードパワー国際見本市（IFP-力のグラフを見ると、パワーフィットの待機時の電力

EX2011）にて、パワーフィットと従来油圧ユニットのはほとんどゼロであり、また加圧時の電力もわずかで、比較デモンストレーションを行った。図8にその様子をその省エネ性の高さがわかる。また、シリンダを高速示す 。比較した従来油圧ユニットNHPはタンクが下降、高速上昇させている時の電力もパワーフィット250Lit.で、固定容量ポンプを18.5kWの電動機で駆の方が小さく、プレス機の加工サイクル全体で、省エ動しているもので、このタイプの油圧ユニットを使ったネにできることが分かる。

プレス機も多い 。一 方 のパワーフィットはタンクがまた、今回のプレス動作はパワーフィットのプログラ60Lit.で、2容量ポンプを5.5kWのサーボモータで駆ミング機能を使用した。制御盤は不要で、シリンダの動している。図8ではその大きさの違いが一目で分動作方向を切り換えるためのソレノイドバルブを駆動かる。今回のデモンストレーションでは、2台のユニットするリレーを2個追加しただけで、パワーフィット単体を切り換えて、プレス機を模擬したシリンダ装置で同で自動運転を行った。一方、従来油圧ユニットは、じ動作をさせ、シリンダの位置、圧力、消費電力波形

図10の制御盤を用いて自動運転を行っており、制を測定しており、全く同じ仕事をさせた時の比較を御盤の準備や設置スペースなどの点からもパワーフィッみることができる。図9にそれぞれのシリンダ位置、トを使うメリットは大きい。

図8 デモンストレーション全体

高速下降

低速下降

加圧

圧抜

高速上昇

NHP待機時電力（約3kW）

NHP加圧時電力（約28kW）

パワーフィット待機時電力（約70W）

パワーフィット加圧時電力（約600W）

図9

比較波形

PLC

電動機
起動回路
（Ｙ−Δ起動）リレー（ソレノイドバルブ用）

図10

NACHI TECHNICAL REPORT

Vol.

従来ユニット用制御盤

23B366. さらなる省エネと使いやすさをもとめて
本稿では、プレス機に最適な省エネ油圧ユニット、「パワーフィット」について、従来油圧ユニットとの比較を含めて紹介した。今後も省エネの技術開発に取り組むと共に、より使い易い油圧システムの開発を行っていく。

表1形式

NPQ-60E-55PV45N3A2-6161A
NPQ-80E-75PZ70N4A2-6161A

ポンプ
大容量／小容量

最高圧力

最大流量25MPa
28MPa

90L／min 45／12 cm ／rev
3140L／min 70／17 cm ／rev

NACHI TECHNICAL REPORT

Vol.23B3仕様

October / 2011

（出荷時設定）3〈発サーボモータ

タンク

5.5kW
7.5kW

60L
80L

行〉 2011年10月10日
株式会社 不二越 開発本部
富山市不二越本町1-1-1 〒930-8511
Tel.076-423-5118 Fax.076-493-5213