新商品・適 用事例紹介
NEW PRODUCTB1Components「PZH-2B」

高圧可変容量形ピストンポンプ"PZH-2B" High-pressure Variable Volume Piston Pump
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／油圧技術部

鈴木 健吾 Kengo Suzuki

9Components
高圧可変容量形ピストンポンプ「PZH-2B」

要 旨

1. はじめに定格圧力35MPa、許容ピーク圧力40MPaの高圧にプレス機などの鍛 圧機械では、よりコンパクトで対応した可変容量 形ピストンポンプ「PZH-2B」を大きな力を得られることが望まれる。同じ推力なら商品 化した。
「PZH-2B」は55kWまでの 電 動 機を圧力を高圧化することでシリンダサイズを小さくする

使用する機械に最適な最大容量45cm 3/revのアキシことができ、機械本体のコンパクト化につながる。また、アルピストンポンプであり、以下にその構造と特長をシリンダのサイズダウンによって流量を抑えることで紹介する。

圧力損失を低減し、消費電力の低減が可能になると同時に、必要流量の低減によってポンプサイズを小さくでき、油圧ユニットのコンパクト化にもつながる。こうしたAbstract
NACHI has introduced in the market a variable
volume piston pump,“PZH-2B”that performs
under the high pressures such as the rated pressureof 35MPa and allowable peak pressure of 40MPa.
“PZH-2B”is an axial piston pump with the maximum
capacity of 45cm 3/rev that is best suited tothe machine that uses the motor of 55kW or less.
Below is introduction of its structure and features.

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。
これらの要求にこたえるため、NACHIでは高圧
可変容量形ピストンポンプとしてPZHシリーズを開発しており、第一弾として最大容量72cm 3/revの「PZH3B」を商品化した。2017年の市場投入以降、鍛圧機械や検査装置の油圧源などとしてご採用いただき、高い効率と静粛性で好評をいただいている。今回、PZHシリーズの第二弾として「PZH-2B」を開発し、55kWまでの電動機を使用する機械に最適なサイズの高圧可変容量形ピストンポンプを市場投入したので紹介する。

10

NACHI TECHNICAL REPORT

Vol.

38 B1

2. 製品概要
高圧可変容量 形ピストンポンプPZHシリーズは、しかしながら、鍛圧機械などでの運転条件では大定格圧力35MPa、許容ピーク圧力40MPaの高圧に流量が必要な運転条件では低圧となり、高圧となる対応し、高い効率と静粛性が特長の、主に鍛圧など運転条件では、必要流量が少なくて済むことが多い。

産業機械用のピストンポンプである。表1にPZHシリー

したがって、ポンプの吐出圧力によって吐出流量を変化

ズの製品仕様を示す。

させることができれば、最大流量、最高圧力を同等としながら電動機のサイズを小さくすることが可能である。

表1 「PZH-2B」、PZH-3B 製品仕様
定格 許容ピーク 容量調整 圧力調整
圧力圧力範囲範囲
MPa MPa cm 3 /revMPa

形式

「PZH-2B」 35
PZH-3B

35

回転速度

これを実現する方法の一つとして、ポンプの定馬力
質量制御が挙げられる。図2に「PZH-2B」で採用している

最低min−1

最高min−1kg

定馬力制御のポンプ特性の例を示す。最大流量、最高圧力は圧力補償制御と同一だが、圧力の上昇とともに

40

28 ～ 45 2 ～ 35500

2,000 31.5

4045 ～ 72 2 ～ 35500

2,000 42.5

表2PZHシリーズ 共通仕様

推奨作動油

石油系作動油（耐摩耗性作動油）

作動油粘度グレードISO VG46 ～ 68

粘度範囲

20 ～ 200 mm 2 /s

作動油温度

5 ～ 60 ℃

電動機の出力カーブに沿って流量が減少する。
「PZH-2B」の定馬力制御では、11kW ～ 37kWの各電動機出力にあわせた制御を選択でき、機械の負荷条 件にあわせて、最適な電動 機サイズを選択することが可能である。
電動機出力カーブL（kW）※ポンプ全効率 η＝0.85とした場合×「回転数」）を、油圧エネルギー（「圧力」×「流量」）に変換するエネルギー変換器といえる。そのため使用する圧力と流量に応じた電動機のサイズを選定することが流量Q（L/min）

あり、油圧ポンプは電動機の回転エネルギー（「トルク」肝要である。図1にPZHシリーズの圧力、流量範囲と電動機の出力カーブを重ねた図を示す。

kW55
L＝ kW
45
L＝ kW
37
L＝ kW
30
L＝
W
2 2kL＝5 kW
L＝1

油圧ポンプを動かす動力源は一般的に電動機で

図172cm 3 /revのポンプであり、比 較 的 大 型の機 械・303540

機55：
力出kW50

圧力上昇に伴い吐出流量を減少

40

動吐出流量Q（L/min）

電W60【定馬力制御】破線：
圧力補償制御の場合30kWに対しオーバーロード

70

30・30kWの電動機出力を超えない・最大流量、最高圧力は圧力補償制御と同じ2010圧力（35MPa）で使用する場 合は、このポイントで0選定する必要がある。

最大流量：
81L/min80

ところで、図1のようにポンプの最大流量かつ最高電動 機がオーバーロードしないよう電動 機サイズをkW

250k

90

3
力：機出とした。55kWまでの電動機は、各電動機メーカーができる。

90

回転数 N＝1,800min－1
電動100

扱いやすく、鍛 圧機械をはじめ多種の用途に適用

kW

PZHシリーズ圧力・流量範囲

110

電動機に最適なポンプとして、最大容量を45cm 3/rev

定格圧力35MPaに対応した高圧ポンプでは軽量で20L＝120

設備に適用する。一方「PZH-2B」は、55kWまでのポンプの質量も約31.5kg（ 圧力補償制御タイプ）と、15L＝75圧力P（MPa）「PZH-3B」は90kWまでの電動機に最適な最大容量標準ラインナップとして販売しているため、入手性が良い。

回転数 1,800min－1200
180160140120 PZH-3B
100
80 「PZH-2B」
604020005100510152025

最高圧力：35MPa

3035404550圧力P（MPa）※「PZH-2B」では、11kW～37kWの範囲で定馬力設定可能

図2 「PZH-2B」定馬力制御（30kWに設定した例）
NACHI TECHNICAL REPORT

Vol.

38 B1

11Components
高圧可変容量形ピストンポンプ「PZH-2B」

3. 高圧運転を支える軸受

4. 機械の省エネに貢献

図3に「PZH-2B」の断面構造図を示す。このポンプは鍛圧機械でも省エネは重要な課題であり、駆動源

ピストンの往復 運動により油を吸 入、吐出するが、である油圧システムに対して省エネが求められる。

このピストンを格納するシリンダブロックは、シャフトを「PZH-2B」では、高負荷運転時のポンプの漏れ損失、介して前後2つの軸受により支持されている。シリンダ

とくにシリンダブロックとバルブプレート間の漏れをブロック内のピストンには吐出圧力に比例して荷重が低減するため、球面バルブプレートを採用した。図4に発生し、スワッシュプレートが角度を持つためシャフト

球面バルブプレートと平面バルブプレートの模式図をには角度に応じたラジアル方向の荷重（図中下方向の示す。前述したとおり、ポンプシャフトには油圧力の荷重）が発生する。また、ポンプ流量が大きくなるに反力としてラジアル荷重が発生するが、一般的な平面したがってスワッシュプレートの角度は大きくなる。つまり、バルブプレートの場合、このラジアル荷重によりシリンダ高圧かつ大流量の条件になるほど軸受に作用するブロックが傾き、バルブプレートとの間にすきまができて負荷も大きくなる。

作動油の漏れが多くなる。一方球面バルブプレートのこのため、「PZH-2B」では円錐ころ軸受を採用して場合、シリンダブロックが球面に沿って動く調心性にいる。NACHIの軸受技術を活用し、適切な予圧をよりすきまが生じにくく、漏れ損失を最小に抑えること加えることで高負荷における長寿命を実現している。

ができる。

また、高い軸受剛性によりシャフトのたわみを低減し、

図5に「PZH-2B」のポンプ一般性能（効率）を示す。

高圧域における効率低下を防止することにも寄与して「PZH-2B」は最高90%の全効率となっており、電動機いる。高圧・大流量の厳しい条件で連続運転に耐え、の入力エネルギーを効率よく油圧エネルギーに変換、高い性能を発揮するための欠かせない要素である。

機械運転時の消費電力削減と油 温 上昇の抑制に貢献できる。

球面バルブプレート

シリンダブロック

ピストン

ピストン
シュー

球面バルブプレート
シリンダブロック

スワッシュ
プレート

平面バルブプレート
片開きすきま

シャフト

ラジアル力

ラジアル力

図4

円錐ころ
軸受

球面バルブプレートと平面バルブプレート
（模式図）
90
8070
容積効率ηv

100
効率η・ηv（%）

回転数：1,800min−1
作動油：ISO VG46
油温：40℃

シャフト

図3 「PZH-2B」断面構造図■測定条件

吐出流量Q100

全効率η

80608060

軸入力Lin4040202000714212835

軸入力 Lin（kW）

シャフトのたわみ流量 Q（L/min）

ラジアル荷重0

吐出圧力 P（MPa）

図5 「PZH-2B」一般性能データ
12

NACHI TECHNICAL REPORT

Vol.

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5. トップレベルの静粛性
プレス機などの鍛圧機械は一般的に屋内で使用

ここで、ポンプの吐出流量は全てのピストンからのされるため低騒音化が必要であり、そのため動力源吐出流量の総和になるため、前述の各ピストンの流量である油圧ポンプの騒音低減は重要である。ピストン変動に影響を受け、周期的な流量変動を持つ。これがポンプの騒音に影響を及ぼす要因として、ポンプの吐出圧力の圧力脈動となる。
（実際の圧力脈動は、この圧力脈動が挙げられる。

流量変動に加えて、各ピストンが吸入側から吐出側へ「PZH-2B」ではピストン本数を11本とする構造を切り換わる際に発生する圧力変動も影響する。
）採用しており、圧力脈動を低減し、低騒音を実現してこの圧力脈動の大きさはピストン本数により変化し、いる。図6はシリンダブロックが回転する際のピストンのピストン本数が多いほうが小さくなる。図8はピストン本数ストロークを示したものである。ポンプの吐出工程にが異なる場合の、吐出流量の流量変動率を計算したおいて、ピストンはシリンダブロックのボアに入り込むものである。
「PZH-2B」ではピストン本数を11本とする方向へストロークし、ボア内の体積は減少する。このことで、ピストン本数が9本の場 合に対し流量変動体積の減少によりポンプから作動油が吐出されるが、幅を30%程度低減させ、圧力脈動の低減を図った。

各ピストンからの吐出流量は回転中に一定ではなく

図9は「PZH-2B」の圧力脈動のデータであり、35MPaの変動がある。図7は各ピストンからの吐出流量を時間連 続 吐 出時において脈 動 幅が0.6M Paと非 常に経過ごとに計算したグラフである。

小さい圧力脈動を実現している。
「PZH-2B」は他にも球面バルブプレートによる上死点高圧時のシリンダブロックの安定化など、随所に低騒音化技 術をとり入れている。図10に騒音特性の一例を示すが、高圧でも70dB（A）を下回り、他社品に対して大幅な低騒音化を実現している。
シリンダブロックの回転方向
吐出工程が得られる。

ボア（ピストン室）

0.45

シリンダ速度の安定化や位置決め精度の向上につながり、鍛圧機械では仕上がり精度の向上というメリット

吸入工程

図6

圧力脈 動が小さいことは 騒 音 低 減のほかにも、ピストンのストローク回転数：1,800min−1
ポンプ容量：45cm 3 /rev_45.0st

on

2.5

pi

stston

on

_2_1
pi

pi0.15on
st0.10pi

0.050.00
0.0_50.20

on

0.25

st0.30_30.35pi

吐出流量（cm 3/ms）

0.40

7.5

10.0

12.5

15.0

時間（ms）

図7

各ピストンの吐出流量

NACHI TECHNICAL REPORTVol.

38 B113Components
高圧可変容量形ピストンポンプ「PZH-2B」

6. 可変制御オプションの紹介

回転数：1,800min−1102%

ポンプ容量：45cm 3 /rev

吐出流量合計 11本ピストン
吐出流量合計 9本ピストン

斜板式の可変ピストンポンプは、スワッシュプレートの流量変動率101%

角度を変化させることでポンプの吐出流量を変化させる
100%

1.03％ 1.54％

ことができる。これにより、主に以下の2つのメリットがある。
（1）低 圧条 件では大流量とする一方、吐出圧力の99%上昇に応じて吐出流量を減少することで電動機の98%0.0

4.0

8.0

12.0

サイズを小さくする。

16.0（2）圧力不要時（アンロード時）、流量不要時（保圧時）に時間（ms）（流量変動率100% → 81L/min吐出時の平均流量）

図8

ピストン本数と流量脈動流量を最小限とし消費エネルギーを低減することで省エネと油温上昇の抑制となる。

■測定条件
回転数：1,800min−1
作動油：ISO VG46
油温：40℃

これら可変ポンプのメリットは、ポンプに容量制御回路を搭載することで、実機側に複雑な油圧回路を負荷容積：約800cm 3構成することなく実現することができる。PZHシリーズ

40

吐出圧力P（MPa）

350.6MPa

選択が可能であり、より幅広い用途、効率的な運転30条件に対応できるものとしている。

250.5MPa

201510500.000

0.020

0.040

0.060

0.080

0.100

時間t（s）

図9 「PZH-2B」圧力脈動■測定条件
回転数：1,800min−1

騒音レベル dB（A）

85

作動油：ISO VG46
油温：40℃
測定位置：ポンプ後方1ｍ
流量：最大流量（フルフロー）

80
75

B社品（45cm 3/rev）

A社品（45cm 3/rev）

706560「PZH-2B」（45cm 3/rev）

55
50051015202530

吐出圧力 P（MPa）

図10 「PZH-2B」騒音データ

14では、図11に示す可変制御機構を各種オプションから

NACHI TECHNICAL REPORTVol.

38 B13540

標準タイプ
制御記号

特性

圧力補償制御P1

吐出圧力がコンペンセータでセットされた圧力になると、自動的に吐出流量が減少し、セット圧を保持します。

吐出流量

N

油圧回路

M
O

DR1×DR2
S1

吐出圧力

オプションタイプ
制御記号

特性L

吐出流量

（圧力補償付）定馬力制御

吐出圧力

吐出流量

SOL"OFF"SOL"ON"

吐出圧力
吐出流量

２圧制御WSSOL"OFF"SOL"ON"

PL

P1

圧力補償制御に加え、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。電動機サイズにあわせ全 域でエネルギーを有効に利用できます。

DR1×DR2
S1ソレノイドカットオフ制御
RS

油圧回路

PH

Pp

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。
アンロード時は熱発生を抑えることができます。

P1MO

DR1×DR2
S1

Pp

ソレノイドバルブの"ON"、"OFF"により２種類の圧力補償制御が得られます。
アクチュエータの速度を一定にしたまま２種類の圧力制御を行なえます。

P1MO

DR1×DR2
S1

吐出圧力

負荷感応型制御
吐出流量

R

外部オリフィスにより設定

外部に設置された絞り弁の前後差圧を一定に保つようにポンプ容量を制御します。
アクチュエータの負荷に応じた必要最小限の吐出流量となり、省エネとなります。

吐出圧力φ0.9Pp

外部オリフィス
ポンプに含みません

P1MO

DR1×DR2
S1

吐出流量

電磁比例圧力制御
EPR

Ppラインオリフィス
客先にてとり付け

電磁比例制御電磁比例パイロットリリーフバルブへの入力電流に応じた圧力でポンプの吐出圧力を保持します。遠隔操作やプログラム運転における圧力制御に適しています。

Pp

MO吐出圧力図11P1DR1×DR2
S1PZHシリーズ制御タイプ一覧
NACHI TECHNICAL REPORTVol.

38 B115Components
高圧可変容量形ピストンポンプ「PZH-2B」

7. ポンプとり付け形状
ポンプの設置にはマウンティングや軸カップリングなど従来のSAE J744規格に加え、世界標準であるISO周辺部品が必要になる。PZHシリーズでは周辺部品の3019-2規格を選択できるようにした。図12に「PZH-入手性にも配慮し、ポンプのとり付け形状について、2B」のポンプ外形寸法を示す。

9720MAX.268
注油口 G3/8

ネームプレート139

ドレン口 DR1
G1/245.516

流量調整ねじL3

フートマウンティング

L6φD1

16 2657.278107.5

キー幅：W吐出口 P1（φ25）
SAE J518－1

φ354－

φ184－

27.8（6,000psi）

1434－

178（DR2）

φD2L7L5

Ｍ１２×２０254－

85

295.3
33485

19.5
139.7
44.5
203
194（吸入口、吐出口位置）
256.5
L4

圧力調整ねじ吸入口形状

φＤ3トオシ4－

ドレン口形状

69.8

R0.1～
R0.3
G1/2

81L2（150）（170）

吸入口 S1（φ38）
SAE J518－1 1/2（３,０００ｐｓｉ）°
15

φ22.6 ＋0.10（0～2）
2.5＋0.40（16）Ｍ１２×２０4－45°

158.5
119（DR1）

φ341°±152.4

35.7L1（150）
（164）

対応規格
とり付け記号規格（無記号） SAE
MISO

マウンティングフランジ

シャフト先端SAE"C"Code：127−4（4 bolt type）

SAE"C"Code：32−1（Without thread）

ISO 3019−2 4−bolt, A＝φ125

ISO 3019−2 D＝φ32

とり付け寸法とり付け記号

規格（無記号） SAE
M

ISO

D1

D2D3L1L2L3L4L5L6L7W

0127.0 −0.050

031.75 −0.051

14.0

114.5

114.5

1055

48

44035.3 −0.25

07.94 −0.050

PXM−2−100
125.0 −0.063

32.0 ＋0.018＋0.002

14.0

113.2

113.2

96858

48035.0 −0.20

010 −0.036

PXM−2M−10

図12 「PZH-2B」外形寸法図16NACHI TECHNICAL REPORT

Vol.

38 B1

フートマウンティングキット

8. ポンプ形式
今回開発した「PZH-2B」の形式説明を図13に示す。
圧力補償制御（N）／負荷感応制御（R）／電磁比例圧力制御（EPR）
PZH －2 B － 45 N 5 －（M）－ 11
デザインナンバー：11
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
制御方式
N：圧力補償制御
R：負荷感応制御
EPR：電磁比例圧力制御
ポンプ容量（最大）：45cm 3/rev
ポンプサイズ：２
PZHシリーズ高圧可変ピストンポンプ

圧力補償付定馬力制御（L）
PZH－2 B － 45 L 5 B 37 －（M）－ 11
デザインナンバー：11
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
使用回転数
A：1,500min－1、B：1,800min－1
圧力調整範囲 5：2～35MPa
制御方式
L：圧力補償付定馬力制御
ポンプ容量（最大）：45cm 3/rev
ポンプサイズ：２
PZHシリーズ高圧可変ピストンポンプ

ソレノイドカットオフ制御（RS）／2圧制御（WS）
PZH－ 2 B － 45 R 5 S 1 －（M）－ 11
デザインナンバー：11
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
ソレノイド電源
1：AC100V、2：AC200V
3：DC12V、4：DC24V
圧力調整範囲 5：2～35MPa
制御方式
RS：ソレノイドカットオフ制御
WS：２圧制御
ポンプ容量（最大）：45cm 3/rev
ポンプサイズ：２
PZHシリーズ高圧可変ピストンポンプ

図13 「PZH-2B」形式説明

NACHI TECHNICAL REPORTVol.

38 B117

Components
高圧可変容量形ピストンポンプ「PZH-2B」

9. まとめ本 稿では高圧可変容量形ピストンポンプ「PZH2B」について、その特長を紹介した。ポンプの最大容量
45cm3/rev、定格圧力35MPaで55kWまでの電動機を使用する機械に最適なポンプである。今後もシリーズ拡充としてポンプサイズのラインナップを追加し、幅広い流量へ対応するとともに、高圧ピストンポンプの要素技術を活かした新たな製品づくりにとり組む。

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