NACHITECHNICALREPORT

Components

32B4

Vol.

November/2017■ 新商品・適用事例紹介

高圧可変容量形ピストンポンプ

機能部品事業「PZH-3B」～鍛圧機械の駆動源に～
High-Pressure type Variable Volume
Piston Pump for Press Machine "PZH-3B"〈キーワード〉

高圧可変容量形ピストンポンプ・鍛圧機械
高圧化・高効率化・低騒音化

油圧事業部／技術部

山田 健 治Kenji Yamada

油圧事業部／技術部

鈴木 健吾

Kengo Suzuki

油圧事業部／技術部

井上 皓 平Kohei Inoue高圧可変容量形ピストンポンプ「PZH-3B」

1. はじめにものづくりの工程において、切削加工と並んで工作物を塑性変形させるプレス加工が多く用いられる。このプレス加工で使われる機械がプレス機で要旨ある。一般にプレス機といってもかしめ機や曲げ加工機、圧入機、鍛造機など様々なものがあり、これらを総称して鍛圧機械と呼ぶ。
油圧で作動する鍛圧機械では、工作物を成形油圧で作動する鍛 圧機械において、工作物のする金型を油圧シリンダで駆動している。クランプ成形のため金 型を直 接駆 動 する油圧システムのなどの補助的な機能にのみ油圧が使われている性能は、機械の性能に直結する。今回新たに鍛圧工 作 機 械とは異なり、油 圧システムの性 能が機械で求められる高圧化に対応した可変容量 形

そのまま鍛圧機械の性能に直結する。

ピストンポンプ「PZH-3B」を商品化した。

この鍛圧機械の推力は「油圧シリンダの面積×「PZH-3B」は高圧化とともに高効率を特長とした油圧力」で表わされる。シリンダの面積を小さく油圧ポンプであり、ポンプの構造と可変制御機構やしてもその分圧力を高くすれば同じ推力が得らとり付け形状などのオプションについて紹介する。

れる。つまり機械のコンパクト化のためには小さなシリンダを用いて油圧を高圧化すれば良いことになる。こうしたことから機械のコンパクト化要求に伴い、油圧機器の高圧化要求が高まっている。
また現在、環境問題、とくにCO2削減の課題はAbstract
NACHI has developed and is introducing
into the market a variable displacement piston
pump,“PZH-3B”, which can function under highpressure required for a forging press machine.  
“PZH-3B”is a highly efficient hydraulic pumpunder high pressure, and its structure as well asfeatures are introduced in the following.

1

世界の共通認識になっている。鍛圧機械においても工業会でエコマシン認証制度を制定し、機械の省エネ化にとり組んでおり、使用する油圧機器にもさらなる省エネ化が求められている。
NACHIはこれらの要求に応える油圧ポンプとして、高圧可変容量型ピストンポンプ「PZH-3B」を市場投入したので紹介する。

2. 製品概要
今回開発した高圧 可 変 容量 型ピストンポンプ

PVSシリーズ、70 ～ 220cm 3/revのPZSシリーズとも、「PZH-3B」は、高圧と高効率を特長とした、主に定格圧力が21MPaであったが、「PZH-3B」は定格鍛圧など産業機械用のピストンポンプである。表1に圧力35MPaとなり、コンパクトでありながらクラス「PZH-3B」の製品仕様を示す。

最高水準の高圧化を実現した。以降「PZH-3B」の

図1にNACHIの産業機械用ピストンポンプのライン特長を示す。

ナップを示す。従来品は最大容量8 ～ 45cm 3/revの表1 「PZH-3B」仕様一覧
形式

PZH-3B-72

定格圧力35MPa

許容ピーク圧力40MPa

最大容量72cm 3 /rev

最高回転数
（自吸）

1,800min−1

回転方向

右定格圧力（MPa）

35
PZH-2B-45（開発中）

21PVS-0/1/2B0

PZHシリーズ（順次展開予定）

PZH-3B-72

PZS-3B45

PZS-4B70

PZS-5B100

PZS-6B-180

130

PZS-6B-220

180220

ポンプ最大容量（cm /rev）
3

図1

NACHI TECHNICAL REPORT

32B4Vol.

NACHI 可変ピストンポンプシリーズ ラインナップ

2

高圧可変容量形ピストンポンプ「PZH-3B」

3. 高圧化
プレス機などの鍛圧機械ではよりコンパクトでには 吐 出 圧 力に 比 例して 荷 重 が 発 生 するが、大きな力を得られることが望まれる。同じ推力スワッシュプレートが角度を持つためラジアルなら圧力を高圧化することでシリンダサイズを方向の荷重（図中下方向の荷重）も作用する。

小さくすることができ、機械本体のコンパクト化

ポンプシャフトには両端支持の曲げ荷重が作用に つながる。またシリンダ のサイズ ダウンにすることからシャフトにたわ みが 発 生 する。

よって流量を抑えることで圧力損失を低減し、このたわみにより軸受は内輪と外輪でわずかな消費電力の低減が可能になると同時に、必要傾きを持つことになり、局部的な面圧過大：エッジ流量の低減によってポンプサイズを小さくでき、ロードが発生し、軸受寿命の急激な低下を引き油圧ユニットのコンパクト化にもつながる。これらの起こす。今回「PZH-3B」ではポンプシャフトをことから高圧化が非常に重要となる。

大径化し、シャフトの剛性を上げることでたわみを油圧ポンプの高 圧化にはいくつかの課 題が抑制し、軸受のエッジロードの低減を図った。

あるが、その一つとして軸受の寿命がある。図２に

また軸受にはコンパクトでかつ高負荷に対応した「PZH-3B」の断面構造図を示す。油圧ポンプは円錐ころ軸受を採用し、高圧化によって大きくピストンの伸縮を格納するシリンダブロックが、なったラジアル 荷 重にも対 応した軸受 寿 命をシャフトを介して前後にある2つの軸受により実現している。

支持されている。シリンダブロック内のピストン

シリンダブロック

銅合金ライナー

ピストンシュー

スワッシュプレート

球面バルブプレート

タンデムとり付け対応可円錐ころ軸受図2 「PZH-3B」断面構造図

3

シャフト

また高圧化によりポンプ本体やバルブプレートなど、高圧が作用する部品の耐 圧強度が課題となる。
「PZH-3B」では本体、バルブプレート設計にCAE解析を用い、軽量化、低圧力損失と許容ピーク圧力40MPaに対する十分な強度を両立する、最適な部品設計を行なった。図3に強度解析事例を示す。

NACHI TECHNICAL REPORT

32B0Vol.

図3

NACHI TECHNICAL REPORT

32B4Vol.

強度解析事例（本体、バルブプレート）4高圧可変容量形ピストンポンプ「PZH-3B」

4. 高効率化
プレス機などの鍛圧機械でも省エネ化は重要なポンプ効率の低下はそのまま機械のエネルギー課題であり、工作物の加工そのものに油圧力を損失増加、シリンダ速度低下などの性能低下に使う機械では、油圧システムに対しても省エネ化がつながる。このため省エネ化には高負荷運転時の求められる。油圧ポンプはエネルギー変換器であり、高効率化も大変重要になる。

ポンプの省エネ化はポンプの高効率化＝損失の「PZH-3B」では高負荷運転時の高効率化を実現

低減ともいえる。

するため、図4に示すピストン摺動面に銅合金

油圧ポンプは運転中、内部の各摺動部に圧力にライナーを持たせたシリンダブロックを採用した。

応じた摺動抵抗が発生する。ポンプを高負荷運転

往復運動するピストンには高圧条件下で図5にすればピストン伸縮などの摺動抵抗も増すこと示すラジアル力が高面圧で作用し、この面圧がとなり、動力損失が増加する。また摺動部品間のもたらすピストンの摺動抵抗がポンプの動力損失すきまからの漏れ量も増えることから容積損失もとなる。ピストンの摺動相手材を銅合金とする増加する。従って単純にポンプを高負荷運転

ことで滑らかな摺動 性を実 現し、動力損 失のした場合、ポンプ効率は低下する傾向にある。

最小化を実現している。

プレート

ピストン

シリンダブロック
ラジアル力
図45

シリンダブロック ピストン穴（銅合金ライナー）

図5

ピストンに発生するラジアル力（模式図）

5. 低騒音化
また高負荷運転時のポンプの内部漏れ、とくにプレス機などの鍛圧機械は一般的に屋内で使用

シリンダブロックとバルブプレート間の漏れをされるため、機械としての低騒音化が必要であり、低減するため、球面バルブプレートを採用した。

油圧ポンプにも騒音低減の要求がある。

図6に球面バルブプレートと平面バルブプレートのピストンポンプの騒音は、吸入側から吐出側、模式図を示す。ポンプシャフトには油圧力の反力および吐出側から吸入側への切り換え時にシリンダとしてラジアル 荷 重が発 生するが、一 般的なブロック内で生じる急激な圧力変動による加振力と、平面バルブプレートの場合、このラジアル荷重にそれによる振動伝播および圧力脈動に依存している。

よりシリンダブロックが傾き、バルブプレートとの「PZH-3B」では脈動の基本周波数を支配する間にすきまができて作動油の漏れが多くなる。一方

ピストン本数を11本とし、基本的な脈動低減を

球面バルブプレートの場合、シリンダブロックが図った。また支持剛性の高い半円筒スワッシュ

球面に沿って動く調心性によりすきまが大きくプレートとその背面には静圧軸受を採用、球面なることはなく、内部漏れを最小に抑えることがバルブプレートによる高圧時のシリンダブロックのできる。図7に「PZH-3B」のポンプ 一 般 性 能安定化など、随所に低騒音化技術をとり入れて（効率）を示す。

いる。図8に騒音特性の一例を示すが、高圧でも75dB（A）を下回り、高圧型のピストンポンプとして最高レベルの低騒音を実現している。

球面バルブプレート

平面バルブプレート

シリンダブロック

片開きすきまシャフト

ラジアル力

球面バルブプレートと平面バルブプレート

騒音レベル〔dB（A）〕

85

ラジアル力
図6

N＝１,500min−190
80
75

フルフロー

7065

フルカットオフ

6055

N＝１,800min

20050−150007300

容積効率 ηv

100

全効率 η80

2006040100207

図7142128
吐出圧力 P（MPa）

35

ポンプ一般性能（効率）

NACHI TECHNICAL REPORT

32B4Vol.

80
75

フルフロー

7065

フルカットオフ

6055

軸入力 Lin03585
騒音レベル〔dB（A）〕

吐出流量 Q120

28

N＝１,800min−190
軸入力 Lin（kW）

吐出流量 Q（l/min）効率 η,ηv（％）

400

140021圧力（MPa）

18016014042500714212835圧力（MPa）

図8

騒音特性［ポンプ後方1m］

6高圧可変容量形ピストンポンプ「PZH-3B」

6. 可変制御オプション「PZH-3B」では実機の仕様にあわせて可変制御カットオフ制御など、PVS/PZSシリーズで豊富な機構を各種オプションから選択が可能である。

実績のある可変制御オプションを順次追加して可変制御機構として、圧力補償制御、定馬力制御をいく予定である。

ラインナップするが、今後負荷感応制御やソレノイド制御記号

制御方式

特性
吐出量

圧力補償形
（マニュアル方式）
N

S1Pp

リモートコントロール
バルブにより設定

P1

M
O

DR1
DR2
S1吐出圧

P1
SOL
"OFF"

SOL"ON"M
O

DR1DR2
S1吐出圧Pp

電磁比例制御吐出量

7吐出圧

吐出量ポンプ吐出側に絞り弁を接続し、負 荷 圧 力 をコン ペ ン セ ー タ にフィードバック（配管）することで、負荷に応じた圧力、流量を発 生します。

図9

DR1
DR2

吐出量

マニュアル方 式と同 様な特 性を示します。ポンプ設定圧力を外部の電流指令により遠隔操作できます。

負荷感応制御形

R

P1

吐出量

ポンプ出力不要時に、損失エネルギーを極小にするため、圧力補償形にアンロード用ソレノイドバルブを組み付けたものです。

電磁比例圧力制御形

EPR

DR1
DR2
S1

吐出圧

吐出量

マニュアル方 式と同 様な特 性を示します。吐出圧は、外部パイロット圧により調整できます。吐出量はマニュアル操作により調整できます。
ソレノイドカットオフ制御形

RSMO

圧力補償に加え、あらかじめ設定された出力の範囲で圧力に応じた流量を吐出します。

圧力補償形（リモートコントロール方式）
P

P1

吐出圧がコンペンセータでセットされた圧力になると、自動 的に吐出量が減少し、セット圧を保持します。
圧力補償付定馬力制御形

L

油圧記号P1MODR1DR2
S1

吐出圧

Pp 外部オリフィス P1

外部オリフィスにより設定

吐出圧可変制御オプション一覧（対応予定含む）

MODR1DR2S1

7. とり付け互換
ポンプのとり付け形 状はポンプ 周辺 部品の世 界 標 準のとり付け形 状を選 択できるように

調 達 面において重 要 である。
「PZH-3B」ではした。また入力軸も平行キー付きストレート軸とポンプのとり付け形 状について、従 来のSAEスプライン軸が選択可能である。図10に各規格

J744規格に加え、ISO 3019-2規格にも対応し、でのポンプ外形寸法を示す。
MAX.284.5

20152.5
注油口

銘板とり付け位置［SAE J744］

17

キー幅09.53 -0.015
5530

66.7 ±0.281

吐出口
（φ32）
SAE J518-11/431.8 ±0.2153.5（高圧形）

92

225.5

4-M12×2093
380170.5

吸入口（φ48）
SAE J518-2

100161.6

77.8 ±0.2133

圧力調整ねじ4-φ21トオシ
φ40座ぐり
（反対面）

11287

ドレン口
（DR2）G3/4（吸入口下向きとり付け時に使用）

4-M12×20
229.5

161.6（200）

MAX.284.5
M10×18（吊りボルト用）

92

ISOとり付け42.9 ±0.2

20152.5
注油口

銘板とり付け位置

17キー幅
012 -0.043
55

3066.7 ±0.2
吐出口
（φ32）
SAE J518-1 1/4
961889125

流量調節ねじドレン口（DR1）G3/4
4781
31.8 ±0.2（高圧形）

92

4-M12×20

φ40 +0.027+0.002
043 -0.20φ160 -0.063（200）

1889

125

流量調節ねじ96

ドレン口（DR1）G3/4
470
φ38.1-0.03
042.2 -0.150
φ152.4 -0.05

M10×18（吊りボルト用）

92

SAEとり付け

153.5
225.5
2871193380

ドレン口（DR2）G3/4（吸入口下向きとり付け時に使用）

77.8 ±0.2

133

吸入口
（φ48）
SAE J518-2

100141.4（200）170.5

圧力調整ねじ4-φ17.5トオシ
φ32座ぐり
（反対面）

141.4

4-M12×20
229.5

42.9 ±0.2（200）図10
NACHI TECHNICAL REPORT

32B4Vol.

外形寸法図［SAE J744/ISO 3019-2］
8高圧可変容量形ピストンポンプ「PZH-3B」

8. 形式説明
今回開発した「PZH-3B」の形式説明を図11に示す。

PZH−3B−72N5−（M）−10
デザインナンバー 10
ポンプとり付け補助記号
無記号：SAE規格とり付け
M ：ISO規格とり付け
圧力調整範囲
5：2 〜 35MPa｛20.4 〜 357kgf/cm 2 ｝
制御方式
N：圧力補償制御
ポンプ容量（最大）72cm 3 /rev
とり付け方向 A：とり付け足形
B：とり付けフランジ形
ポンプサイズ 3
PZHシリーズ高圧可変ピストンポンプ

図11-1

形式説明［N：圧力補償制御］

PZH−3B−72L5B45−（M）−10
デザインナンバー 10
ポンプとり付け補助記号
無記号：SAE規格とり付け
M ：ISO規格とり付け
適応電動機出力（定馬力軸入力）
11：11kW,15：15kW,18：18.5kW,22：22kW,30：30kW,37：37kW,45：45kW
使用回転数 A：1,500min−1
B：1,800min−1
圧力調整範囲
5：2 〜 35MPa｛20.4 〜 357kgf/cm 2 ｝
制御方式
L：圧力補償付定馬力制御ポンプ容量（最大）72cm 3 /rev
とり付け方向 A：とり付け足形
B：とり付けフランジ形
ポンプサイズ 3PZHシリーズ高圧可変ピストンポンプ

図11-29

形式説明［L：圧力補償付定馬力制御］

9. まとめ
本稿ではプレス機など鍛圧機械に適した定格圧 力35MPaの高 圧 可 変 容 量 形ピストンポンプ「PZH-3B」について、その特長を紹介した。
今回最大容量72cm3/revのポンプを開発、紹介したが、高圧ポンプの用途は様々な産業機械に拡 大しており、今 後 小 容 量からさらに大 容 量までの高圧ピストンポンプとしてシリーズ展開を図っていく。

NACHI TECHNICAL REPORT

32B4Vol.

10

NACHI TECHNICAL REPORT

Vol.32B4

November / 2017〈発行〉2017 年 11 月 10 日
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