NACHI-BUSINESS
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1B4

Vol.

December/2003

創刊号■ 新商品紹介
省エネ・高精度なコンパクト油圧システム「パワーマイスター」
機能部品事業

Energy-efficient, High-precision
Compact Hydraulic System "POWER Meister"〈キーワード〉

省エネ・コンパクト・高精度制御
両回転油圧ポンプ・ACサーボモータ

部品事業部／技術二部

久保 光生
山田 健治

省エネ・高精度なコンパクト油圧システム 「パワーマイスター」

要 旨

1. はじめにこのたびコンパクトな油圧ユニットとサーボコントロー

地球温暖化防止のため、省エネへの取り組みがラを開発し、「パワーマイスター」として発売した。本さまざまな方面で広がっている中で、産業機械に使稿では、パワーマイスターの省エネ、高精度という特用される油圧機器においても、省エネ対応がますま長以外に、コンパクト化、取付位置自由度、などの特す重要なキーワードとなってきている。

長を紹介する。また、油圧ユニット、サーボコントロー

この要請に応えるものとして、従来の油圧システラの仕様と、パワーマイスターの適用例を紹介する。

ムに対してエネルギー損失を１／１０以下に低減した省エネ油圧システム「パワーマイスター」を発売した（写真１）。パワーマイスターは両回転の油圧ポンプをACサーボモータで直接駆動する新しい油圧システムで、大きな力を発揮できる油圧本来の特長を保ちながら、電動システムの制御性の良さを融合し、油圧シリンダ

Abstract
We have developed a compact, hydraulic unit
with servo controller named "POWER Meister"and has been released into the market.
"POWER Meister" presents its compactness
and flexibility in installation as well as its
energy-efficient and high-precision controlfeatures.
The following show the specifications of thehydraulic unit and servo controller andexamples of application.

をμｍオーダで位置決めすることも可能な、高精度な油圧システムである。従来の油圧のイメージを一新する油圧システムと確信している。
本稿では、パワーマイスターが持つさまざまな特長について紹介するとともに、実際の適用例で得られた、省エネ（消費電力１／１０）、省資源（作動油200L→4.5L）などの効果についても紹介する。

パワーマイスター（油圧ユニットとサーボコントローラ〈左奥〉）
（写真1）

1

2. 開発品のねらいと特長※1

テムの特長と、高い再現性・省エネ設計という電動ボールねじシステムの特長を、コンパクトに融合したものが「パワーマイスター」である。
力強さとそれを巧みに制御するシステム の意味合いを込め、商品名を「パワーマイスター」とした。
なお、「POWER

Meister」は、POWER：【英】力、能力と、Meister ：【独】名人、巨匠、師匠を組み合

2

消費電力（保圧時）（kW）

強力なパワーを容易に制御できるという油圧シス

保圧時消費電力（パワーマイスター）
保圧時消費電力（従来のユニポンプ）

1.5

停止時の差

保圧時の差約1kW
A省エネ！

10.5B

C005101520
保持圧力P（MPa）

2530

・パワーマイスター：UPS-0A-5V20（2.0kW）
・従来のユニポンプ：可変ピストンポンプ＋三相誘導電動機2.2kWわせたものである。
パワーマイスターは以下の特長を持っている。

図１．
保持圧力−消費電力特性（参考データ）（1）省エネ・低騒音設計
ACサーボモータで油圧ポンプの回転速度と回転方向を制御して、機械のサイクルに合わせて※3（2）高速演算処理のサーボコントローラの採用で必要な流量と圧力を発生させる。必要な時に高精度な制御必要な分だけポンプが稼働し、アイドルタイムに制御アルゴリズムを高速でデジタル演算が可能

は止めることも可能であるため大幅な省エネとな専用のサーボコントローラにより、μｍオーダの低騒音化を図ることができる。

位置決め、低圧から高圧、低速から高速までの同じ圧力を保持する時（保圧時）の消費電力はリニアな制御を実現できる。図２に圧力制御性

図１のように、従来のユニポンプ（可変ポンプと能データの例を示す。圧力指令電圧に対してリ三相誘導電動機を一体化したもので、電動機ニアな圧力制御ができることがわかる。

※2※4は一定速で常時回転）と比べて大幅に小さくなっている（図１のA点とB点の比較）。また、
アイドル

30.0

タイムおいては、従来のユニポンプ使用の場合回転し設定された圧力を保持し続けているために電力を消費する（図１のA点）が、パワーマイスターの場合は止めることができる（保持圧力0MPa、圧力（MPa）シリンダが止まっている時にもポンプが一定速で15.0

図１のC点）ため、消費電力の差はさらに大きくなる。
0.0

指令電圧（V）

10.0

図２．
圧力指令電圧−圧力特性（参考データ）

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Vol.1B42

省エネ・高精度なコンパクト油圧システム 「パワーマイスター」

省エネ、高精度という特長に加えて、今回開発した油圧ユニット（UPSシリーズ）とサーボコントローラ（EPD）では、以下の特長がさらに加わった。

（油圧ユニットの特長）（3）最高使用圧力３０MPaの強力パワー
ポンプ回転方向を問わず、どちらか一方向を最高圧力３０MPaまで使用可能となった。高い圧力で使用できるので、より小さなアクチュエータで大きな力を得ることができる。
（4）コンパクト・一体化で省スペース

吐出しポートB

ACサーボモータ、両回転油圧ポンプ、オイルタン

吐出しポートA

クを直線的に配置し、ポンプケース部分に安全オイルタンク
安全弁弁等の補助バルブを組み込むことで、必要な機能をコンパクトに一体化した（写真２）。オイルタンクも3Lit（UPS-0Aタイプ）、4.5Lit（UPS-1Aタイプ）と非常に小さくなっている。機械本体に取り付けられるので、従来の油圧ユニットでは必ACサーボモータマウンティング

油圧ポンプ給排弁要であったスペースが不要となる。
さらに移動の※5一体型油圧ユニット UPS-0A（写真2）場合にも、エアブリーザを取り外して閉止すれば、機械に取り付けたままの移動が可能である。
（5）取付位置に合わせて垂直取付形・水平取付形の選択が可能
オイルタンクの注油口、油面計位置が異なる垂直取付形と水平取付形があり、機械への取付位置に応じて選択が可能である。垂直取付形を機械側面に、水平取付形を機械下部あるいは上部に取り付けることで、機械の省スペース化に貢献できる。

3

（サーボコントローラの特長）

速度制御と圧力制御、または、位置制御と圧力（6）コンパクト・スリム化※6

サーボアンプと並べて取り付けられるように、幅寸法を小さくしたスリムな形状とした。
※7※9（8）制御モード自動切換機能※8（7）サーボアンプＩ／Ｆコネクタ・上位Ｉ／Ｆコネクタ
サーボコントローラはサーボモータのサイズ（出力）に関係なく共通で使用し、サーボモータを駆動するサーボアンプはサーボモータの出力に応じ制御のどちらの制御を行うのかを、実際の負荷状態に応じてサーボコントローラが自動的に切り換える制御モード自動切換機能を標準で装備している。このため、プレス等では、機械コントロー
ラ側で制御モードを切り換えるタイミングをとることなく、速度制御から加圧（圧力）制御にスムースに切り換えられる。

たものを使用する。サーボアンプは各サーボモー
タメーカから出されているサーボアンプを使用する。
サーボコントローラとサーボアンプ間で信号の入出力が必要であるが、開発したサーボコントロー
ラでは、サーボアンプと１対１接続する専用コネク
タ（サーボアンプＩ／Ｆコネクタ）で、回転数指令信号をはじめ、サーボＯＮ信号やサーボアンプ異常信号等のI/O信号を入出力できるようにした
ため、配線が容易に行える。
また、機械コントローラ（上位コントローラ）からサーボアンプに対する指令信号や検出信号は全てサーボコントローラ（上位Ｉ／Ｆコネクタ）を経由してサーボアンプに入出力されるため、サーボアンプメーカが異なった場合でも上位コントローラとサーボコントローラ間の配線と使い勝手は全く同じである。

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Vol.1B44省エネ・高精度なコンパクト油圧システム 「パワーマイスター」

3. 油圧回路
油圧ユニットの回路を図３に示す。ACサーボモータ、油圧ユニットの外観は写真２のとおりであり、図３

油圧ポンプ、オイルタンク、安全弁、および、シリンダがと対比して見ていただきたい。ACサーボモータ側か伸縮する際に生じる作動油過不足分（シリンダ呼吸分）

ら見てポンプを反時計方向（ＣＣＷ）に回転するとAポーをオイルタンクとの間で給排するバルブなどが一体とトから作動油を吐出し、逆に時計方向（ＣＷ）に回転なっている。バキュームチェックバルブは試運転時にするとBポートから吐出する。油圧ユニットのA、Bポー配管への作動油を充填する際と、ポンプ高速回転

トと油圧シリンダのロッド側、ヘッド側ポートとの配管のの際に作動油を吸い込み易くしている。また、給排みで油圧配管は完了し、サーボコントローラを介して、バルブはISO取付となっているため、シリンダ垂直時ポンプの回転方向と回転速度を制御することで、油で自重負荷がある場合にも、給排バルブの下に積圧シリンダの位置、速度、圧力の制御ができる。

※10層タイプの差圧バルブを追加することで容易に対応が可能となっている。

給排バルブ
安全弁
（リリーフバルブ）

バキュームチェック
バルブ

油圧ポンプ
オイルタンクAC サーボモータ

図3．
油圧ユニット回路図

54. システム構成（標準構成）
図４が、システムとして構成したパワーマイスターである。油圧ユニット、サーボアンプ、サーボコントローラが商品として単品提供している部分であり、これ以外の油圧シリンダ、位置センサ、圧力センサは、ユーザの機械仕様に応じて都度変わるため、ユーザにて準備していただいている。また、シリンダの動作をサーボコントローラに指令する機械の制御装置や制御盤、配線類もユーザでの準備となる。サーボコントローラ
に対する標準的な動作指令（圧力、速度、位置指令）
方法は、アナログ電圧で圧力指令と速度指令を、位置指令はサーボコントローラにあらかじめ登録した目標位置を接点入力で選択する方法となる。

パワーマイスター
サーボコントローラ

機械（上位） 動作指令の制御装置

位置センサ信号
圧力センサ
位置センサ

圧力センサ信号
圧力センサ

回転数信号
油圧動力

配管
油圧シリンダ

エンコーダ
サーボ
アンプ

油圧ユニット図4．
システム構成NACHI-BUSINESS news

Vol.1B46

省エネ・高精度なコンパクト油圧システム 「パワーマイスター」

5. 仕 様油圧ユニット、サーボコントローラの仕様を表１〜表３に示す。
（表１）油圧ユニット仕様

形式説明

電動機

ACサーボモータ（2.0〜7.5kW）（サーボアンプによる駆動）

ポンプ

ピストンポンプ（4.7〜15.8cm /rev）

使用周囲温度／湿度

０〜＋４０℃／２０〜９０％ＲＨ（結露なきこと）

ＵＰＳ−０Ａ−５Ｖ２０ ＊＊−＊＊−１０
デザインNo.10

3

タンクオプション番号
回路オプション記号

使用作動油温度範囲

５〜６０℃

推奨作動油

耐摩耗性タイプのISO VG32〜68相当

使用粘度範囲２０〜２００mm /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）（最高圧力はモータ能力で異なる）

サーボモータ出力
２０：2.0kW, ２９：2.9kW, ４４：4.4kW・
５５：5.5kW,７５：7.5kW
取付姿勢
Ｖ：垂直取付, Ｈ：水平取付

2

ポンプ容量
５：4.7,７：6.7cm3/rev（UPS-0A）
１１：11.0, １３：12.9, １６：15.8cm3/rev（UPS-1A）
Ａ：取付足形
サイズ 0, 1
パワーマイスター（表2）シリーズ一覧■UPS−0A
形 式

モータ出力
kW

UPS−0A−5＊20−

2.0

UPS−0A−7＊20−

ポンプ容量cm3／rev
4.7
6.7

最高回転数
min-1（注1）
2500

最大流量
定格圧力MPa 最大使用圧力MPa
L／min（注2） （連続（注3）） （短時間（注3））
11.7

11.2

16.8

16.7

8.0

11.9

タンク容量Lit.
3.0■UPS−1A
形 式

モータ出力
kW

2.9

2500

11.0

UPS−4A−11＊44−
4.4

12.9

2500

15.8

UPS−4A−16＊44−

11.0

UPS−4A−11＊55−
UPS−4A−13＊55−

12.9
15.8

UPS−4A−16＊29−

UPS−4A−13＊44−

最高回転数
min-1（注1）11.0

UPS−1A−11＊29−
UPS−4A−13＊29−

ポンプ容量cm3／rev

5.5

12.9

2500

最大流量
定格圧力MPa 最大使用圧力MPa
L／min（注2） （連続（注3）） （短時間（注3））
27.5

9.5

14.3

32.2

8.1

12.2

39.5

6.6

10.0

27.5

14.6

21.8

32.2

12.4

18.6

39.5

10.1

15.2

27.5

17.9

26.9

32.2

15.3

22.9

UPS−4A−16＊55−

15.8

39.5

12.5

18.7

UPS−4A−11＊75−

11.0

27.5

24.6

30.0

32.2

21.0

30.0

39.5

17.1

25.7

UPS−4A−13＊75−

7.5

UPS−4A−16＊75−12.92500

15.8

タンク容量
Lit.

4.5

4.5

4.54.5（注1）モータ出力により、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。
（注3）定格圧力はモータの定格トルク、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を超える場合には、油圧ユニットの最高使用圧力30MPa以下に制限されます。
（注4）運転条件により、最高回転数、使用圧力が上表より低く制限される場合もありますので、別途ご相談ください。

（表3）サーボコントローラ仕様

7

形式：ＥＰＤ−ＰＤ２−１０−Ｄ２−１０

電源電圧／消費電力

ＤＣ２４Ｖ±１５％／１０Ｗ以下

センサ用電源は別途要使用周囲温度／湿度

０〜＋５５℃／９０％ＲＨ以下（結露なきこと）

制御内容

シリンダの位置・速度・圧力

流量と圧力制御も可

指令入力

アナログ電圧±１０Ｖ、接点、パルス、他

位置、速度、圧力の指令

圧力センサ入力

アナログ電圧0.5〜4.5V、または、1〜5V （2ch）

電源5V、25mA(Max)供給可能

位置センサ入力90°
位相差二相パルス、および、原点パルス

ラインレシーバ入力

サーボアンプI/F

モータ回転数指令出力、接点入出力

起動・安全回路は別途要

6. 外形寸法図
油圧ユニット、サーボコントローラの外形寸法を図５から図９に示す。なお、図７、図８の寸法表を表４に示す。

（油圧ユニット −UPSシリーズ−）

概算質量：52Kg
概算質量：52Kg

図5．
UPS-0A-＊V20外形寸法図（垂直取付タイプ）

図6．
UPS-0A-＊H20外形寸法図（水平取付タイプ）

図7．
UPS-1A-＊＊V＊＊外形寸法図（垂直取付タイプ）（※表４も参照のこと）

図8．
UPS-1A-＊＊H＊＊外形寸法図（水平取付タイプ）（※表４も参照のこと）（表4）UPS-1Aシリーズ寸法表
UPS形式

LVLHLM

概算質量

UPS-1A-＊＊V/H2971670519262kg

UPS-1A-＊＊V/H4475073922667kg

UPS-1A-＊＊V/H5579178026776kg

UPS-1A-＊＊V/H7585684533287kg（サーボコントローラ −EPD−）EDP−PD2−10−D2−10

概算質量：1Kg

図9．
サーボコントローラ外形寸法図

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Vol.1B48省エネ・高精度なコンパクト油圧システム 「パワーマイスター」

7. 適用例
ここでは、社内の試験装置にパワーマイスターをその他の適用例について効果を説明する。

適用した例を示す（写真３）。これは、昼夜連続で一●研磨機・・・ワーク研磨開始位置の位置決め定荷重を与え続ける荷重試験装置である。従来の自動化（位置決め精度±5μm）。

油圧ユニットからの置き換えは、パワーマイスターから数日間一定推力で砥石押しつけ時の省エネ（消油圧シリンダへの油圧配管（2本）を行うのみであり、費電力１／１０以下）。

容易に設置することができた。

低発熱による空調費削減。低騒音。

従来油圧ユニットからパワーマイスターへ置き換え●加締め機・・・加締め力と、加締め完了位置たことで得られた効果を表５に示す。の任意制御が可能（従来のメカストッパによこの例では、冒頭の特長にあげた省エネの効果（消る位置決め機構が不要、作業者によるばら費電力１／１０）も大きいが、消防法の油脂総量規つきから開放）。

制に対して作動油量低減（作動油量５０Ｌ→３Ｌ）が低油温上昇（室温＋5℃）。機械の熱変形に大きなメリットになっている。

よる仕上げ精度ばらつき低減。
●精密プレス・・・プレス開始位置直前に高速油圧配管
油圧管（２本）油圧シリン
ダ

位置決め、プレス力の任意制御で加工品質向上。再現性向上。サイクルタイム短縮（サイクル時間１／２）。低騒音。省スペース。
︵パ油ワ圧ーユマ
ニイッストタ︶ー

テスト品取り付け部●歪み矯正機・・・低騒音。省スペース化（従来2油圧ユニット設置スペース1m 不要）。省エネ。
作動油量低減（200L→4.5L）。機械取付状
態での輸送（油圧ユニットの別梱包輸送と現地工事が不要。費用削減）。

パワーマイスター適用例（写真３）（表5）パワーマイスターと従来油圧ユニット比較
項目

9効果

パワーマイスター

従来油圧ユニット

消費電力

1／10

0.05kW（圧力5MPa時）
0.07kW（圧力7MPa時）

0.55kW（圧力5MPa時）
0.70kW（圧力7MPa時）

作動油量

1／17

3L

50L

油温上昇

−15℃

室温＋5℃
（オイルクーラなし） 室温＋20℃（オイルクーラ使用）

設置スペース

1／12

270×239×620mm

800×700×850mm

質量

1／3

52kg

155kg

8. おわりに「パワーマイスター」には、①省エネ、②高精度制御、③コンパクト、④低騒音、⑤低発熱、⑥作動油量低減（省資源）など、特長がいくつもある。
しかし、実際に使って見た結果、当初は重要視されていなかった特長にメリットを見いだされ、良い評価をいただくことが多い。また、当初は気づかなかった新たなメリットも出ている。
パワーマイスターは、これまで油圧が使用されていなかった機械にも採用されつつある。油圧が持つ大きな力を容易に得られるという特長を生かしつつ、大幅な省エネと、電動システムの使い勝手の良さを持った本システムは、今後さらに適用が広まっていくものと考えられる。

用語解説※1 電動ボールねじシステム
ACサーボモータとボールねじを組み合せて、機械の直線運動を得るシステ
ム。
※2 アイドルタイム
加工ワークの段取り替え中など、機械を停止した状態で止めておく時間。
※3 サーボコントローラ与えられたシリンダ位置、速度、圧力の指令値に追従するようにサーボアンプへモータ回転数指令を調整する装置。
※4 μｍオーダの位置決め位置決め精度がμｍオーダで可能。
※5 エアブリーザ
油圧シリンダの伸縮に応じてオイルタンク内の油面が上下する際に、空気の出入り口。
※6 サーボアンプ
与えられたモータ回転数指令値に追従するようにサーボモータに流す電流を調整する装置。
※7 サーボアンプＩ／Ｆコネクタ
コネクタCN4の機能を表す表現で、サーボアンプと接続するコネクタ。
※8 上位Ｉ／Ｆコネクタ
コネクタCN1の機能を表す表現で、上位コントローラと接続するコネクタ。
※9 制御モード自動切換
速度制御と圧力制御、または、位置制御と圧力制御のどちらの制御を行うのかを、実際の負荷状態に応じてサーボコントローラが自動的に切り換える。
※10 バキュームチェックバルブ
作動油をIN側からOUT側の一方向へのみ流すことのできる油圧バルブで、流れる方向への抵抗を極力小さくしてOUT側から作動油を吸い込みやすくしたもの。

参考文献
11) 久保 光生：省エネ・高精度油圧アクチュエータ駆動システム，
不二越技報，
Vol57，No.2，pp.2-8（2002）12) 柚木 芳則：ACサーボ油圧システム用両方向回転ポンプ，
不二越技報，
Vol57，No.2，pp.32-37（2002）

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