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August/2005■ 新商品・適用事例紹介
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― さら に コ ン パ クト な 小 形 シリ ー ズ 追 加 ―Energy-efficient, High-precision
Compact Hydraulic System"POWER Meister"---Adding More Compact Small-size Series--〈キーワード〉

省エネ・コンパクト・高精度制御
軽量・シリーズ化

部品事業部／技術二部

山田 健治
Kenji Yamada
パワーマイスター（Power Meister） は、Power ：力、能力
Meister：名人、巨匠、師匠
力強さとそれを巧みに制御するシステム の意味合い。

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」―さらにコンパクトな小形シリーズ追加―

油圧システムにおいても、地球温暖化防止へのと1.よりコンパクトになった「パワーマイスター」

り組みとともに、省エネルギー化への対応が重要と

近年、地球環境問題への対応の一環として、さま要旨なっている。
NACHIは、必要な時に必要な量の油圧を発生させ、アイドルタイムにはポンプを自動的に停止する「パざまな方面から省エネの要求が高まってきており、産業機械に使用される油圧機器に対しても省エネへの要求は大きい。

ワーマイスター」を開発。従来の油圧システムに比べNACHIは、このニーズに応えるものとして、ＡＣサーて、エネルギーの損失を約10分の１に削減することボモーターで直接油圧ポンプを駆動し、ロボット制御に成功した。

で培ったデジタル制御技術により、その回転数と方※1

さらに今回、コンパクトな油圧システムのニーズに向を制御してシリンダーの位置・速度・圧力を高精応えて、小形シリーズ「UPS−00A」を商品化。先に度に制御する新しい油圧制御システム｢パワーマイ開発したパワーマイスター「UPS−0／1A」の半分とスター｣を商品化し、以来各方面から好評を得ている。

いうコンパクトさで、省スペース化を実現。より軽く、｢パワーマイスター｣は高負荷対応が容易な油圧使いやすく、地球環境にもやさしい油圧システムをシステムの良さに、高い制御性と省エネ性を持った提案する。

電動システムの良さを融合した油圧システムで、そのAbstract
In the area of hydraulic equipment also, the efforts for saving energy have become important
as well as the efforts for halting Global Warming.
Nachi developed "POWER Meister" that generates necessary force of hydraulic pressure forany given time and stops its pump automatically for idling time. In comparison with the conventional hydraulic systems, POWER Meister
successfully reduces energy loss to approximately 10%.
Furthermore, Nachi marketed the small-size
series, "UPS-00A", responding to our customerneeds for compact hydraulic systems. UPS-00A
is very compact and half the size of the earlier
model, POWER Meister UPS-0/1A, offering
the space saving, light-weight, user-friendly
and environmentally-friendly features.

1

ネーミングにはPOWER：【英】力、能力と、Meister：【独】名人、巨匠、師匠を組合せ、 力強さとそれを巧みに制御するシステム の意味合いが込められている。
今回、この｢パワーマイスター｣に新たに小形シリーズを追加した。本稿ではよりコンパクトに、より軽く、より使いやすくなったパワーマイスター一体型ユニット「ＵＰＳ−00Ａ」を中心に、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。
（図1）

図1. パワーマイスター一体型ユニットＵＰＳ−00Ａ

2. パワーマイスターのシステム構成
パワーマイスターシステムの全体構成を図2に示す。

動作指令

機械の制御装置（上位コントローラー）サーボコントローラーは圧力センサー、位置センサー※2の信号をフィードバックし、上位コントローラーからのパワーマイスター動作指令に追従するようモーターの回転を制御する。
サーボ
コントローラー

ポンプ内部や回路中からのリークもコントローラーによ位置センサー信号
圧力センサー

り補償される。高速デジタル演算が可能なこの専用

位置センサー※3

サーボコントローラーにより、μｍオーダの位置決め、圧力センサー信号

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。

圧力センサー

回転数信号

また速度制御と圧力制御、または位置制御と圧動力力制御のどちらの制御を行なうのかを、実際の負荷油圧配管状況に応じて自動的に切り換える独自の制御モード

油圧シリンダー自動切換機能を搭載している。このため上位コントロー
ラーで切り換えを意識することなく、スムーズに制御モードを切り換えることができる。

サーボ
アンプ

エンコーダー
信号一体型油圧ユニット

図2. パワーマイスターのシステム構成

3.「ＵＰＳ−00Ａ」の特長
1）さらにコンパクトにスを必要とせず、外観を損ねることなく機械としての専用ＡＣサーボモーター、両回転油圧ポンプ、オイ一体化を実現し、省スペース化に貢献できる。このたルタンクを直線的に配置し、必要な機能をスリムにめ電動ボールねじシステムからの置き換えも容易で一体化した。オイルタンク部にはアルミ材を用いるこある。また機械と一体化することで、一旦立ち上げとで放熱性を向上させ、タンク容量を小形化し、また調整をした後でも油圧システム内の作動油を抜き取専用サーボモーターを採用することで、油圧ポンプ軸ることなく運搬が可能なため、機械設置後の現地でとの締結部の長さを大幅に短縮した。
さらに補助バの配管工事やエア抜きなどの調整作業が、一切必ルブ類をユニット上面（取付足反対面）に配置する要なくなるというメリットも生まれる。

※4※5

ことで、側面方向への突出物をなくした。
（図3）
これらの改良により、油圧ユニットとしては飛躍的にコンパクトな全幅180mmを実現し、またUPS−0／

UPS-00A

UPS-0A

1Ａ同様、垂直取付型と水平取付型の2種類を設定した。場所を選ばないスリムでコンパクトな形状と自由度の高い設置方向のおかげで、機械のわずかなスペースにも搭載が可能となる。従来の大きなオイルタンクを持つ油圧ユニットのような専用の設置スペー
図3. UPS-00A とUPS-0A の外形寸法比較（水平取付型）

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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」―さらにコンパクトな小形シリーズ追加―

3.「ＵＰＳ−00Ａ」の特長
2）さらに軽く下を防止するためのシャットオフバルブを追加するこ

各部の形状を徹底的に見直し、最高30MPaの高とも容易である。

圧に耐えうる本体の設計にはＣＡＥ解析を用い、高またバルブブロックに加え、本体側面にも吐出ポーい剛性と軽量化をバランスさせることに成功した。また、

トを追加した。このポートはゲージポートとして使用する、アルミ材を多用することにより、質量30kg以下を実あるいは圧力センサーを直接組み込んで使用するこ現し、機械へのとり付け作業性もより向上した。
（図4）とも可能であり、よりレイアウトの自由度を向上させた。
（図6）

圧力センサー
図6．本体側面に組み込まれた圧力センサー
図4．本体のCAE解析結果（参考例）4）より力強く、より速く※6

油圧ポンプには高圧化に適したピストンポンプを採用、エアブリーザー

油面計-1

最高30MPaの強力パワーと、最高3,000min 運転をＡポート

オイルタンク吸排弁実現した。
このため高負荷・高速運転にも対応が可能である。

Bポート

油圧ポンプ部

油圧ポンプ吐出量流は式（I）
にて、油圧ポンプを駆動するモーターの入力軸トルクは式（II）
にて表わされる。

Ａポート

安全弁

ACサーボモーター

反対側に
Bポート

Ｑ ：ポンプ流量(l/min)
ｑ ：ポンプ容量(cm3/rev)
Ｑ＝ｑＮηｖ／1000・・・（I）
Ｎ ：回転数(N/min)ηｖ：ポンプ容積効率
Ｔ＝Ｐｑ／２πηｍ・・・・（II） Ｔ ：軸入力トルク(N・m)
Ｐ ：圧力(MPa)ηｍ：ポンプ機械効率

図5．UPS-00A各部の構成

式（I）からわかるように、同じポンプ容量の場合、高表1.外形寸法・質量比較

※8

全高質量

UPS-00A-4H10-10520mm 180mm 206mm
1.0kW,4.0cm3/rev （新商品）
UPS-0A-5H20-10620mm 300mm 244mm
2.0kW,4.7cm3/rev29kg

形式

全長

全幅52kg

速化することで流量を大きくすることができ、アクチュエー
ターの速度を上げることができる。逆に同じ速度（＝流量）の場合、高速化することでポンプ容量を小さく抑えることが可能となる。
この時油圧ポンプ軸に入力される
軸入力トルクは式（II）で表わされ、同じ圧力を保持す

3）さらに使いやすくる場合、ポンプ容量が小さいほど軸入力トルクが低くな

ＵＰＳ−00Ａ（図5）は制御バルブを一体型ユニッり、より小さな出力サイズのサーボモーターを選定できる

トの本体上面（取付足反対面）に搭載するレイアウトことがわかる。
また高圧化でより小さなアクチュエーターとした。特殊な回路もバルブブロックを変更することでも大きな力を得ることができる。このためシステム全※7で対応可能となり、例えば縦型シリンダーの自重落3体としてのコストダウンにも大きく貢献することができる。

消費電力（kW）

2パワーマイスター
従来のユニポンプ

1.5
10.505）より静かに、より省エネに、より高精度に

0

パワーマイスターはＡＣサーボモーターで油圧ポン

5101520
保持圧力（MPa）

25

図7．圧力保持状態の消費電力

プの回転方向と回転数を制御し、必要な時に必要70
騒音レベル（dB（A））

な圧力、流量を得る。従来の三相誘導電動機駆動
による油圧システムでは、圧力保持状態でも一定速でポンプが回転しているが、パワーマイスターでは必要な分だけポンプに仕事をさせるため無駄がなく、大幅な省エネ化、低騒音化を実現した。
（図7、図8）
また従来の油圧システムでは機械が仕事を必要60504030としないときもポンプは回転し続けていたが、パワーパワーマイスター
従来のユニポンプ0マイスターではポンプを止めることも可能になるため、5101520
保持圧力（MPa）

25

図8．圧力保持状態の騒音レベル

消費電力、騒音とも 0 にすることも可能である。

・パワーマイスター：UPS-00A-4H20（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）

4. 回路構成
ＵＰＳ−00Ａの油圧回路を図9に示す。ＡＣサーボれを補うため不足分をタンクから吸込み、余剰分をタモーター、両回転ポンプ、オイルタンク、補助バルブかンクへ逃がす吸排弁、初回運転時の作動油の吸込ら構成されている。ＡＣサーボモーター側から見てポみや負圧発生時にタンクから作動油を吸込むバキュー

ンプを右方向に回転させる（時計方向）と、Ｂポート

ムチェック弁、異常発生時に回路を保護するためのから作動油を吐出しシリンダーを前進させる。逆に左安全弁により構成される。

方向に回転させる（反時計方向）と、Ａポートから作

またオプションとして設定されているシャットオフ弁

動油を吐出しシリンダーを後退させる。補助バルブとや差圧弁を選択することで、縦型シリンダーなど自重しては、一般的にシリンダーのヘッド側とロッド側では負荷の発生するアプリケーションにも容易に対応す

面積差があるため、前進と後退ではＡ、Ｂポートに出ることができる。

入りする作動油量にも差が生じてしまう。
しかし、
こA

B

縦型シリンダーの場合、Bポート側に負荷（圧力）が発生

バルブブロックA

安全弁

シャットオフパネル（オプション：S）（バルブブロック交換にて対応可能）B
安全弁

自重負荷によるシリンダーの落下を防止

自重負荷による吸排弁の誤作動を防止

吸排弁
両回転ポンプAB

両回転ポンプA

ACサーボモーター

標準回路構成

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ACサーボモーター

側面にも配管ポート（A・B）
検圧ポートとしても使用可能

バルブブロックを変更することで

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差圧弁
（オプション：C）（吸排弁下に積層することで対応可能）

吸排弁

オプション付回路構成

縦型シリンダーにも対応可能

図9．UPS-00A油圧回路構成

4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」―さらにコンパクトな小形シリーズ追加―

5. 仕 様表2.ユニット一般仕様

形式説明

電動機

ACサーボモーター（0.5〜2.0kW）（サーボアンプによる駆動）

ＵＰＳ−00 Ａ−4 H 20 C 1 S 4 − 10ポンプ

ピストンポンプ（2.0〜4.0cm3/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℃

推奨作動油

耐摩耗性油圧作動油
ISO VG32〜68相当（VG46 推奨）

使用粘度範囲20〜200mm2/s{cSt}《最適粘度範囲：30〜60 mm2/s》

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）※最高圧力はモーター能力で異なる

デザインNo.
シャットオフ弁電源
4：DC24V
差圧弁圧力調整範囲
1：0.8〜7MPa｛8.2〜71.4 kgf/cm2｝
回路オプション記号
無記号：回路オプション無し
C：差圧弁付
S：シャットオフ弁付
サーボモーター出力
05：0.5kW, 10：1.0kW
15：1.5kW, 20：2.0kW
取付姿勢
Ｖ：垂直取付, Ｈ：水平取付

表3.使用作動油量形式

設置方向

ポンプ容量
2：2.0cm3/rev, 4：4.0cm3/rev

許容変動 ポンプ油
タンク
油量
油量
油量（ｌ/min） （ｌ/min） （ｌ/min）

UPS-00A-＊V＊＊

垂直取付

1.800.55−UPS-00A-＊H＊＊

水平取付

1.550.300.35

取付方法 Ａ：取付足形
ポンプサイズ 00
UPS：パワーマイスター・一体型ユニット（注1）水平取付型（V）の場合、タンクへの注油と同時にポンプ側への注油も必要となります。

表4.動力・特性形式

UPS-00A-2＊05＊＊＊＊-10
UPS-00A-4＊05＊＊＊＊-10UPS-00A-2＊10＊＊＊＊-10UPS-00A-4＊10＊＊＊＊-10UPS-00A-2＊15＊＊＊＊-10UPS-00A-4＊15＊＊＊＊-10UPS-00A-2＊20＊＊＊＊-10UPS-00A-4＊20＊＊＊＊-10

モーター出力 ポンプ容量（呼称）（cm3／rev）
（kW）
0.5

1.0

1.5

2.0

2.0
4.0
2.0
4.0
2.0
4.0
2.0
4.0

最高回転数
（注1）
（min-1）
3000

3000

3000

3000

最大流量
定格圧力（連続） 最高使用圧力（短時間）
（注2）
（注3）
（注3）
（ｌ/min）
（MPa）
（MPa）
6.0

6.5

9.8

12.0

3.2

4.9

6.0

13.0

19.5

12.0

6.5

9.7

6.0

19.5

29.3

12.0

9.7

14.6

6.0

24.7

30.0

12.0

12.3

18.5

（注1）モーター出力により、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を超える場合には、ユニットの最高使用圧力が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。
また、長時間の連続加圧運転で使用される場合もご相談ください。

56. 外形寸法図
UPS-00A-＊H＊＊-10（水平取付型）

UPS-00A-＊V＊＊-10（垂直取付型）

形式（水平取付型）

LA（mm）

LB（mm）

質量（kg）

UPS-00A-＊H05504

113

27

UPS-00A-＊H10524

133

29UPS-00A-＊H15543

152

30UPS-00A-＊H20562

171

32

形式（垂直取付型）

LA（mm）

LB（mm）

質量（kg）

UPS-00A-＊V05517

113

27

UPS-00A-＊V10537

133

29

UPS-00A-＊V15556

152

30UPS-00A-＊V20575

17132

注１）エアブリーザが上向きの状態で取り付けてください。
注２）シャットオフ弁付き（オプション：Ｓ）
は外観形状が異なります。NACHIまでお問い合わせください。

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7. 新たな市場への期待
今回新たにUPS−00Aを商品化し、「パワーマイス
ター」一体型ユニットUPSシリーズは、UPS−00A／省スペース化、さらに保守・メンテナンス性の向上に大きく貢献している。

0A／1Aの3サイズをラインナップした。これによりカス強力なパワーを容易に得られるという油圧の特長

タマーのニーズにより適したサイズの選択が可能にを活かし、さらに扱いやすいシステムへと進化した「パなったと考えている。

ワーマイスター」は、これまで油圧が使用されていな

UPS−00Aでは、従来システムと比べてさらにコンパクトに、さらに軽く、さらに使いやすくを実現した。こい機械にも適用を広めており、新たな市場を生み出していくものと期待している。のコンパクトなユニットは機械の省エネ化、高精度化、用語解説

関連記事※1 デジタル制御技術

1）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｣
NACHI-BUSINESS news Vol.1 B4、December／2003

上位からの指令とセンサーからの信号を独自のアルゴリズムで高速デジタル演算し、アクチュエーターの高精度制御を実現する技術。サーボコントローラーに搭載されている。

2）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 Vol.57 No2（2002）※2 上位コントローラー
機械を構成する他の要素を含め、機械全体を制御する装置。

※3 μｍオーダの位置決め位置決め精度がμｍオーダで可能。

※4 電動ボールねじシステム
ＡＣサーボモーターとボールねじを組み合わせて、機械の直線運動を得るシステム。

※5 エア抜き
油圧回路内に残ったエアを排出する作業。

※6 エアブリーザー
油圧シリンダーの伸縮によってオイルタンク内の油面が変動する際の空気の出入り口。異物の侵入を防ぐため、フィルタが設けられている。

※7 シリンダーの自重落下
油圧による操作が停止している際に、シリンダー自体の自重などによりシリンダーのロッドが落下していく現象。

※8 アクチュエーター
流体のエネルギーを用いて機械的な仕事をする機器。油圧シリンダー、油圧モーターもこれに含まれる。

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〈発行〉 2005年8月1日
株式会社 不二越 開発本部 開発企画部
富山市不二越本町1-1-1 〒930-8511
Tel.076-423-5118 Fax.076-493-5213