新商品・適 用事例紹介
NEW PRODUCT

B5Components

さらなる大流量への対応で生産性向上に貢献

パワーマイスター用油圧ユニット「UPS-2A」
Hydraulic Unit for Power Meister, "UPS-2A"
Contributing to productivity increase with larger flow rate feature
キーワード

省エネ・コンパクト・油圧システム・高精度制御・両回転ポンプ
ACサーボモーター・油圧ユニット・高圧・大流量・精密プレス

油圧事業部／油圧産機技術部

堀内 学
Manabu Horiuchi
鈴木 健吾 Kengo Suzuki
古谷 一輝 Ikki Furuya

35Components
さらなる大 流量への対応で生産性向上に貢献 パワーマイスター用油圧ユニット「UPS-2A」

要 旨
省エネで、高 精 度な制 御ができる油 圧システム

1.「パワーマイスター」
大流量タイプ追加「パワーマイスター」シリーズに、大流量型油圧ユニット「パワーマイスター」は、ACサーボモーターで油圧「UPS-2A」を 追 加した。
「UPS-2A」は 最 大 圧 力ポンプの回転速度と方向を制御し、機械サイクルに30MPa、最大流量70L/minとし、「UPS-1A」に対してあわせて必 要な時だけポンプを稼 働させることが77%の大流量化を図りながら、□220mmサイズのサーボできる省エネ油圧システムである。また、油圧ポンプとモーターにあわせたコンパクトな油圧ユニットである。

ACサーボモーターを直結駆動させているため、電動

また、モーター出力においても「UPS-1A」は11kWまでシステムと同じ制御性の良さを持ち、高精度な圧力だったが、「UPS-2A」は20kWまでラインナップして制御や、高速デジタル処理のサーボコントローラーで使用範囲を拡大した。

μmオーダの位置決めが可能である。

新たに追加した油圧ユニットと、そのポンプの特長を「パワーマイスター」シリーズはこれまで「UPS-00A」「UPS-0A」「UPS-1A」をラインナップしている。用途紹介する。

として、曲げ加工機や、かしめ機、圧入機、研磨機、精密プレス、ひずみ矯正機、コンパクト化を要求される機 械の油圧システム全 般に使用され、それぞれの機械の高性能化や加工製品の高精度化、省エネ、サイクルタイムの短縮に貢献している。
近 年、スマートフォンをはじめとする電子機 器の小型／高性能化、自動車のEV化、および、産業機械のIoT化に伴い、精密プレスを必要とする部品の需要が
図1

大流量型パワーマイスター用油圧ユニット「UPS-2A」増 加している。これらの精密プレス工程において、高精度な位置決めと加圧時のサージ圧力レスを目的に「パワーマイスター」が採用されている。精密部品の需要増加にあわせて、生産性向上のためにプレス機のAbstract
NACHI has added a hydraulic unit with larger
flow rate,“UPS-2A”, to Power Meister Series ofhydraulic systems that can achieve energy saving
and highly accurate control.“UPS-2A”features
the maximum pressure of 30MPa and the maximum
flow rate of 70L/min. This compact hydraulic unit isaligned to 220 mm square servo motor while increasing
flow rate by 77% from UPS-1A. In addition, motor
output of“UPS-2A”is up to 20kW, expanding
the range of use while that of UPS-1A is up to 11kW.
Introduced here is a newly-added hydraulicunit and its pump features.

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NACHI TECHNICAL REPORT

Vol.

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シリンダ径大型化やサイクルタイムの短縮がすすんでいることから、「パワーマイスター」の大流量化が望まれている。
この要求にこたえるため、大流量型「パワーマイスター」を開発したので紹介する。

2.「パワーマイスター」のシステム構成
図2に「パワーマイスター」のシステム構成を示す。

油圧ユニットの回路図を図3に示す。本製品はAC「パワーマイスター」は油圧ユニット（UPS）、サーボコント

サーボモーター、両回転ポンプ、オイルタンク、安全弁、ローラー（EPD）、サーボアンプ（EPA）などの機器から給排弁、バキュームチェックバルブが一体となっている。

構成される。サーボコントローラーは圧力センサ・位置

この中で給排弁は、シリンダが前後退したときに、ヘッドセンサの信号をフィードバックし、機械の制御装置からの側とロッド側の面積差によって生じる作動油の過不足を動 作指 令に追従するようにサーボアンプへ回転数調整するはたらきをもつ。また、差圧弁は、シリンダの信号を送り、油圧ユニットの回転を制御する。サーボ

自重負荷圧よりも高い圧力に設定することで、給排弁がコントローラーにてフィードバック信号と動作指令との自重負荷圧によって切り換わらないようにするための偏差が0になるようにしているため、回路リークがあっオプション設定である。ても精度が落ちない。この専用サーボコントローラー
により、μmオーダの位置決め、低圧から高圧、低速から高速までのリニアな制御を実現できる。
Ａ

また、サーボコントローラーは速度制御と圧力制御、Ｂ
安全弁または位置制御と圧力制御のどちらの制御を行なう

差圧弁のかを、実際の圧力に応じて自動的に切り換える、バキューム
チェックバルブ

独自の制御モード自動切換機能を搭載している。これ
により、プレス工程で速度制御から圧力制御へ切り換わる際にサージ圧力の発生しない加圧制御が可能給排弁両回転ポンプである。また、機械の制御装置側で切り換えのプログ*

ラムを組むこと無く、スムーズに制御モードを切り換えることができる。

タンク*
ACサーボモーター

図3 「UPS-2A」油圧回路図

パワーマイスター

機械の制御装置

位置センサ信号サーボコントローラー
（EPD）

圧力センサ

動作
指令

位置センサ

圧力センサ信号
圧力センサ

回転数信号

油圧配管

動力

油圧シリンダ

エンコーダ
サーボアンプ（EPA）

油圧ユニット（UPS）

図2 「パワーマイスター」のシステム構成

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Components
さらなる大 流量への対応で生産性向上に貢献 パワーマイスター用油圧ユニット「UPS-2A」

3.「UPS-2A」の特長1）全体の特長
大流量型「パワーマイスター」用のユニット「UPS-

圧力、吐出方向を制御できる。モーター出力は「UPS-2A」は、最大圧力30MPaの強力パワーはそのままに、1A」が11kWまでだったが、「UPS-2A」は20kWまで70L/minまでの大流量に対応している。これによって、ラインナップした。表1に「UPS-2A」の仕様を示す。

シリンダを大きくして推力を上げても、従来の速度でシリンダを動かすこともできる。

油圧ユニットの構成は、サーボモーター、油圧ポンプ、タンクを直線的に配置しスリムなレイアウトにした。補助駆動源はACサーボモーターであり、モーターの回転数と回転方向を制御することで、油圧ポンプの流量とバルブもタンクに沿って搭載しているため飛び出しが少なくコンパクトになっている。

表1 「UPS-2A」主仕様
形式

モーター出力 ポンプ容量kW
cm 3 /rev

UPS-2A-25＊11K
UPS-2A-32＊11K

最高使用圧力
定格圧力
最高回転数
最大流量
タンク容量 許容変動油量
MPa
MPamin−1（注1） L/min
（注2）
Lit.
（呼称） Lit.
［概算（注4）］（注3）］［連続（注3）］［短時間25.0
11.0

32.0

2,000

50.0

14.1

21.1

64.0

11.7

17.5

UPS-2A-35＊11K

35.0

70.0

10.7

16.0

UPS-2A-25＊15K

25.0

50.0

19.1

28.7

64.0

15.9

23.8

UPS-2A-32＊15K

15.0

32.0

2,000

UPS-2A-35＊15K

35.0

70.0

15.3

23.0

UPS-2A-25＊20K

25.0

50.0

25.1

30.0

64.0

20.9

30.0

70.0

20.2

30.0

UPS-2A-32＊20K

20.0

UPS-2A-35＊20K

32.0

2,00035.0

B：6.0

タンク容量：B
V：2.8、H：0.8（注1）
高速回転時に出力可能なトルクが低下するモーター特性により、最高回転数で使用可能な圧力に制限があります。
（注2）
無負荷時の理論流量です。実際の流量は負荷圧力によって変わります。
（注3）
定格圧力はモーターの定格トルク、最高使用圧力は150%トルクで出力可能な圧力です。
ただし、これらの圧力が30MPaを超える場合は、油圧ユニットの最高使用圧力が30MPaに制限されます。
（注4）
変動油量が許容値よりも大きい場合は、補助タンクの接続などで対応が可能です。別途ご相談ください。

油圧ユニット選定時の注意事項
パワーマイスターは、モーターの回転により油圧シリンダを直接駆動する油圧システムです。圧力を発生するために必要なモータートルク以外に、加速・減速のためにもトルクが必要となるため、機械の運転条件によっては、出力できる最大流量と最高使用圧力が上表より低く制限される場合があります。
また、長時間の保圧連続運転の場合は、定格圧力が低く制限されることがあります。
選定にあたっては、事前に機械（パワーマイスターで駆動する油圧シリンダ）の動作サイクルと負荷を明確にした上で、ご相談ください。

38電動機

ACサーボモーター（11 ～ 20kW、サーボアンプによる駆動）
電源電圧 三相AC200 〜 230V 50/60Hz（サーボアンプ電源）
ファンモーター電源 単相AC200 〜 230V 50/60Hz（UPS-2A:20kWの場合のみ）

ポンプ

ピストンポンプ（2.0 〜 35.0cm 3 /rev）

使用周囲温度／湿度

0 〜＋40℃ /20 〜 90%RH（結露なきこと）

使用作動油温度範囲

5 〜 60℃（注6）推奨作動油

耐摩耗性油圧作動油 ISO VG46のみ

使用粘度範囲20 〜 200mm 2 /s
｛ cSt｝

作動油汚染度NAS10級以内

安全弁圧力調整範囲

3.5 〜 30MPa

最高使用圧力30MPa（油圧ポンプ部）（最高使用圧力はモーター能力および、オプションの組みあわせで異なる）

塗装色

黒

NACHI TECHNICAL REPORTVol.

39 B52）高圧と大流量の両立「UPS-2A」の開発にあたり、最大圧力30MPaと通過する。さらに、キドニーポートからバルブプレートを最大流量70L/minを両立した両回転油圧ポンプを通 過した作動 油は、ポンプ内のシリンダブロックに新規に開発した。

供給され、吐出工程に移る。吐出工程の作動油は、バルブプレートからキドニーポートを通過し、給排管路を図4に「UPS-2A」のポンプキット図を示す。このポンプ

通り吐出ポートから回路へ作動油を供給する。

キットは、固定容量形ピストンポンプ、バルブブロック、両回転ポンプはサーボモーターの回転方向を切りタンクから構成される。
ピストンポンプは、高圧可変容量形ピストンポンプ換えることで、吸入工程と吐出工程を反転させることがPZHシリーズ「PZH-2B」をベースとして、両回転化とでき、切り換えバルブを用いずとも回路に流れる作動可変速運転対応を盛り込んだ固定容量形ピストン油の方向を変えることができ、シリンダの前進・後進をポンプである。
「 PZH-2B」ゆずりの高剛 性な内部コントロールすることができる。

構造と、サーボ駆動（可変速 駆動）に対応するため通常、ポンプの吸入側は管路の断面積を大きくとる潤滑性を向上した部品を採用しており、パワーマイスターことで、流速を低減させ、ポンプの自吸性能を高めるの厳しい使用条件でも安定した運転が可能である。

よう設計する。一方で吐出側は高圧に耐えるべく、このピストンポンプの回転軸がモーターにより回転管路面積は必要最小限に留める。図5は厚肉円筒管されることで、ポンプ作用を行なう。まず、吸入工程にて内に圧力が作用する場合の応力計算だが、限られたタンクからボディに吸 入された作 動 油が 低 圧 側のスペースにおいて、管の内径は小さいほうが円周方向のバキュームチェックバルブを通り、キドニーポートを応力を下げることができる。

吐出ポート

安全弁

シリンダブロック

給排弁

バルブブロック

キドニーポート

吸入ポート
バキューム

バルブプレート ボディ チェックバルブ
固定容量ポンプ

バキューム
チェックバルブタンク

図4 「UPS-2A」ポンプキット

rPbPaσθσr +σｒσθdσrｄrｄrabσθminσθmax

図5σｒ ＝2222
P a a（b－r 2）＋P b b（r－a 2）
22－a 2）r（bσθ ＝2222
P a a（b＋r 2）－P b b（r＋a 2）
222r（b －a ）厚肉円筒管路の応力計算
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さらなる大 流量への対応で生産性向上に貢献 パワーマイスター用油圧ユニット「UPS-2A」

ところが「UPS-2A」は両回転ポンプであるため、3）取付け自在なレイアウト

ボディやバルブプレートの管路は吸入と吐出を兼用

UPSシリーズはコンパクトな油圧システムをめざし、するため、大流量の自吸性能を確保するための管路タンク一体型として省スペース化を図っている。また、

面 積と、30MPaの高 圧に耐える強 度の最 適化が取付 姿 勢は垂直 取付 形と水平取付 形の2種 類を必要となる。本品の開発にあたっては、随所でCAE選択可能とし、機械のスペースにあわせてご使用いたによる応力解析で最適化設計を行なっているが、とくにだける。

キドニーポート部は応力が集中する箇所であり、レイアウト加えて「UPS-2A」では、機械のスペースが限られを工夫した。図6にキドニーポート部の応力解析結果を別置きのタンクを使用する場合にも設置しやすいように、示す。

ポンプ本体部にタンク接 続ポートを設けたタンクのないタイプを設定している。これにより、「UPS-2A」の応力大標準タンクでは許容変動油量を超えるような場合においても使用条 件にあわせたタンクを容易に接 続可能である。

図6

キドニーポート部 応力解析結果

本品のボディ断面図を図7に示す。キドニーポートは、給排管路からポート面へ向けて一定の開口面積にはせず、位置H1、H2からポート面に向かうにしたがって管路断 面積を拡大する傾 斜θをもつ管路とした。
また、バキュームチェックバルブの周囲に設けた中ぐり穴からの距離を大きくとるためH2を大きく、θ2を小さくしている。
これにより、バキュームチェックバルブをキドニーポート部に近づけることができ、コンパクトな寸法でありながら自吸性と耐圧を両立したボディを実現した。
ポート面

給排管路

中ぐり穴

図7 「UPS-2A」キドニーポート部 断面図

40

NACHI TECHNICAL REPORT

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299

4－M12×22吊りボルト

20160

160

320
360

4－φ34×1座グリφ18トオシ344（座グリ面高サ18）

ポンプ側排油口 タンク側排油口（G1/4）（G3/8）
299

160

1003（11kW）/1042（15kW）

299
375
1046（11kW）/1085（15kW）

排油口（G3/8）

150

4－M12×22
吊りボルト

160

320
360

344

図8 「UPS-2A」取付寸法図（垂直取付形・水平取付形）

モーターケーブル
接続部

4－M12吊りボルト

エンコーダケーブル
接続部

90344

モーターケーブル
接続部

186

サーボモーターエンコーダ部
4－M12
吊りボルトエンコーダケーブル
接続部
16034490

186

サーボモーターエンコーダ部

304（11kW）/343（15kW）
160

160

90

Aポート側
安全弁
排油口
（G3/8）

20
186

344

90

375

Aポート
（G1）

（座グリ面高サ18）

ポンプ側排油口 タンク側排油口（G1/4）（G3/8）
375
299

150

A

90

4－φ34×1座グリφ18トオシ1003（11kW）/1042（15kW）

304（11kW）/343（15kW）

B

151
20

186
90

344

304（11kW）/343（15kW）

150

油面計

Aポート側
安全弁

Bポート
エアブリーザ取付口兼 （G1）
タンク注油口
（Rc1）
Bポート側
安全弁

エアブリーザ（注油後取付）

160

4－M12
吊りボルト

エアブリーザ（注油後取付）186

304（11kW）/343（15kW）

51 51

A

差圧弁
Aポート
エアブリーザ（回路オプション：Ｃ）（G1）（注油後取付）
Aポート側
安全弁

4－M12
吊りボルト
ポンプ注油口
（G3/8）

4－M10
吊りボルト

Aポート
（G1）

A

250
210

160
360
320

Bポート
エアブリーザ取付口兼 （G1）B
タンク注油口
（Rc1）
Bポート側
差圧弁
安全弁
（回路オプション：Ｃ）

B

ポンプ注油口
（G3/8）

エアブリーザ（注油後取付）186

油面計MAX.157.5
51 51

差圧弁
（回路オプション：Ｃ）

151
20

A

差圧弁
Aポート
（回路オプション：Ｃ）
（G1）
Aポート側
安全弁

4－M10
吊りボルト

3751046（11kW）/1085（15kW）

Bポート側
安全弁
Bポート
（G1）

250
210

151
20

MAX.157.5

250
210

20

MAX.157.5
51 51

150

Bポート側
安全弁
Bポート
（G1）

304（11kW）/343（15kW）

151
20

MAX.157.5

360
320

4－φ34×1座グリφ18トオシ（座グリ面高サ18）

250
210

B

160

2051 51

4－φ34×1座グリφ18トオシ（座グリ面高サ18）150249.5822（11kW）/861（15kW）

図9 「UPS-2A」取付寸法図（別置きタンク形）
304（11kW）/343（15kW）

150

249.5

822（11kW）/861（15kW）

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4. サーボコントローラー・サーボアンプの特長
サーボコントローラーは位置・速度・圧力の高精度できる。パソコンを使えば専用ユーティリティソフト制御ができる基本 機能を備える。接続コネクタはにて、パラメータの一括読込・書込、照合ができる。

UPS-00A, 0A, 1A, 2Aと互換性があり、サーボモーターの一括読込と照合により新旧のパラメータ比較、一括サイズに関係なく共通で使用できる。
「UPS-2A」に書込にて複数台のパワーマイスターのセットアップ対応した、大きなポンプ容量・油圧シリンダ面積も時間の短縮が可能である。

入力でき、パラメータを書き換えることで「UPSサーボアンプは20kWまで新たにラインナップした。

2A」に置換えが可能である。
表2にサーボコントローラーの仕様を示す。サーボ「UPS-2A」のアンプは可変速ファンモーターの採用

コントローラーは操作パネルがあり、パソコンがにより、 アンプ内部 温 度に応じて適 切な冷 却を無くてもパラメータ設 定や内部データのモニタが行なうことで待機時のファンモーターの騒音を低減できる。また、機械の制御装置からの指令がなくても、した。サーボアンプのパラメータはパワーマイスター

サーボコントローラー単体で油圧シリンダの試運転が用にあらかじめ設定を変更している。表3にサーボできる試運転機能があり、機械の立ち上げが容易にアンプ仕様を示す。

表2

サーボコントローラー仕様（形式：EPD-PD3-10-D2-20）

電源電圧／消費電力

DC24V±15%／10W以下

使用周囲温度／湿度

0〜＋55°C／90%RH以下（結露なきこと）

制御内容シリンダの位置制御、速度制御、圧力制御

制御モード自動切換機能あり

速度指令

アナログ電圧 DC±10V／最高シリンダ速度（*1）、
正電圧でシリンダ伸長、負電圧でシリンダ短縮（*1）パラメータで設定

圧力指令

アナログ電圧 DC±10V／最高制御圧力（*2）、＋電圧でヘッド側加圧、−電圧でロッド側加圧（*2）トリマで設定

位置指令

位置決め選択接点信号（4接点）、4接点のビットパターンで目標位置を選択、コントローラー内部で目標位置までの加減速移動関数を生成し移動、位置保持

目標位置、最高移動速度、加減速度をあらかじめ内部パラメータに設定

入力信号（接点信号）

サーボON、アラームリセット、制御モード外部切換信号、原点サーチスタート信号、原点後退端LS、原点近傍LS

出力信号

アラーム、サーボレディ、制御モードモニタ、原点サーチ完了／インポジション（兼用出力）、圧力一致

圧力センサ入力

アナログ電圧0.5〜4.5V、または、1〜5V（2ch）

応答性1ms以下の圧力センサを使用

位置センサ入力

90°位相差二相パルス、原点パルス（ラインレシーバ入力）
または、アナログ電圧0〜10V

パルス出力の位置センサ使用の場合、電源投入後に1度、原点サーチの実施が必要
パルス出力位置センサ：分解能1μm以内のものを使用
アナログ電圧出力位置センサ：応答性2ms以下のものを使用

サーボアンプI ／ F

出力：モーター回転数指令（アナログ電圧DC±10V）、サーボオン、サーボアラームリセット
入力：サーボアラーム、サーボレディ

操作パネル

符号付5桁表示、4キー入力、セレクタスイッチ

指令入力

センサ用電源は別途必要

データ設定・表示、試運転機能●コントローラの接続用コネクタ、ピンは付属されています。
●サーボコントローラ用スペーサ（オプション：FZV-8676-02A-01）
を使用すると旧デザイン［EPD-PD2-10（-A）-D2-10］と取付寸法が同じになり、取付面からのコネクタ高さがほぼ同じになります。

表3
油圧ユニットの形式（UPSシリーズ）

モーター出力kW

サーボアンプ仕様

対応するサーボアンプの形式

UPS-2A-＊＊＊11K

11.0

EPA-PD1-10-SR11K-10

UPS-2A-＊＊＊15K

15.0

EPA-PD1-10-SR15K-10

UPS-2A-＊＊＊20K

20.0

EPA-PD1-10-SR20K-10

備考
外付回生抵抗器付属
電源ユニット、外付回生抵抗器（2個）付属●使用電源：三相AC200～230V 50/60Hz●油圧ユニットに搭載のサーボモーターとの接続には、別途モーターケーブルとエンコーダケーブルが必要です。
を添えて、NACHIまでお問い合わせください。
●運転条件によっては、内蔵または付属の回生抵抗器の容量では不足となり、外付回生抵抗器の追加が必要となる場合があります。詳しくは運転条件（負荷作動線図など）●結線用コネクターが付属しています。

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5. まとめ
本稿ではコンパクト油圧システム「パワーマイスター」に追加した、大流量型油圧ユニット「UPS-2A」について、その特長を紹介した。
最大圧力30MPaの強力パワーはそのままに、最大流量が70L/minとなったことで、サイクルタイムを大幅に短縮することが可能となっている。
今後益々増えるであろう、精密プレス機械に欠かせない商品として、「パワーマイスター」のラインナップ拡充と、さらなる高機能化に向けて改良をすすめる。

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