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以前の記事では、油圧ポンプシステムとその全体的な動作原理について説明しました。簡単に復習すると、油圧システムとは流体を媒体としてエネルギーを伝達する駆動技術のことです。このシステムは電動モーターの機械エネルギーを液体エネルギーに変換し、その後、液体を通じて作動部品に伝達します。油圧システムの主な構成要素には、油圧ポンプ、作動部品（油圧モーター）、バルブ、およびオイルタンクが含まれます。
この記事では、油圧ポンプと油圧モーターに焦点を当て、それらが油圧システム内でどのように連携して動作するかを説明します。まず油圧ポンプについて説明します。
油圧モーターの分類
油圧モーターは一般的に以下の2つの主要なカテゴリに分けられます：
低速高トルク（LSHT）油圧モーター
高速低トルク（HSLT）油圧モーター
低速油圧モーターを選択することで、システムは低い速度でより高いトルクを出力できます。これらの2つのカテゴリ内では、さらに構造別にギヤモーター、ベーンモーター、ピストンモーターに分類されます。ピストンモーターはさらに軸方向ピストンモーターとラジアルピストンモーターに細分化されます。
油圧ポンプの分類
一般的な油圧ポンプの種類には以下のようなものがあります：
1. 流量調整機能による分類：
可変容量ポンプ — 吐出流量は必要に応じて調整可能
固定容量ポンプ — 吐出流量は一定
2. 構造別：歯車ポンプ、ベーンポンプ、ピストンポンプ
歯車ポンプ：小型で構造がシンプル、油の清浄度に対する要求が低く、コストも低い。しかし、ポンプ軸には不均衡な力が大きく作用し、摩耗が激しく、漏れ量も大きい。
ベーンポンプ：単動式と複動式に分けられる。流量が均一で、運転がスムーズ、騒音が低く、歯車ポンプよりも高圧および体積効率が高いが、構造は歯車ポンプより複雑である。
ピストンポンプ：体積効率が高く、漏れが少なく、高圧での運転が可能であるため、大出力の油圧システムに適している。しかし、構造が複雑で、材料や加工精度に対する要求が高く、コストも高い上に、油の清浄度に対する要求も高い。
油圧ポンプの構成
油圧ポンプは一般的に3つの主要部分から構成されています：カップリング、油圧オイルタンク、およびフィルターです。
カップリング
油圧ポンプの駆動シャフトはラジアル荷重またはアキシャル荷重に耐えることができないため、シャフトの端にプーリー、ギア、またはスプロケットを直接取り付けることはできません。通常、駆動シャフトはカップリングを介してポンプの駆動シャフトに接続されます。
製造上の理由により、ポンプとカップリングの同軸度が規格を超えた場合、または組み立て時にずれが生じた場合、ポンプの回転速度が上昇するにつれて遠心力が増大し、カップリングの変形を引き起こす可能性があります。この変形によりさらに遠心力が増大し、悪循環が生じ、最終的に振動や騒音が発生し、ポンプの使用寿命に影響を及ぼします。さらに、カップリングのピンが緩んでいる、またはゴムリングの摩耗が進行しているが交換されていないなどの要因も、ポンプの運転に影響を及ぼします。
油圧オイルタンク
油圧システムにおける油圧タンクの主な機能は、油を貯蔵し、熱を放散し、油中に含まれる空気を分離し、泡を除去することである。
油タンクを選定する際、まず考慮すべきはその容量です。移動機器の場合、一般的にポンプの最大流量の2〜3倍が必要とされ、固定機器の場合は3〜4倍が目安です。次に、油タンク内の油面高さを検討します。システムのすべての油圧シリンダが完全に伸びた状態でも、油面は最低油面以下になってはならず、またシリンダが収縮した際に油面が最高油面を超えてはなりません。最後に、油タンクの構造について考慮します。従来の油タンクに設けられた仕切り板では、汚れを効果的に沈殿させることができないため、油タンクの縦軸に沿って垂直の仕切り板を設置すべきです。この仕切り板と油タンクの端板との間には隙間を設け、仕切り板の両側空間が連通できるようにします。油圧ポンプの吐出口および吸入口は、接続されていない側の仕切り板端に配置し、給油と還油の距離をできるだけ長く確保します。同時に、これにより油タンクは放熱性能も向上します。
オイルフィルター
一般的に、粒子サイズが10 μ m未満の汚染物質はポンプにほとんど影響を与えませんが、粒子サイズが10 μ mを超えると、特に40 μ mを超える場合、ポンプの使用寿命に著しい影響を及ぼします。油圧油内の固体汚染粒子は、ポンプ内部の相対的に移動する部品の表面の摩耗を加速しやすくなります。したがって、油の汚染度を低減するためにオイルフィルターを設置する必要があります。推奨されるろ過精度は以下の通りです：アキシャルピストンポンプは10～15 μ m、ベーンポンプは25 μ m、ギアポンプは40 μ mです。高精度のオイルフィルターを使用することで、油圧ポンプの使用寿命を大幅に延ばすことができます。
水力 エンジン の 機能
油圧モーターは、液体の圧力エネルギーを機械エネルギーに変換し、トルクと回転運動を出力する作動要素であり、油圧システムにおいて重要な位置を占めています。
油圧モーターは一般的に低トルクと高トルクの2種類に分けられる。近年、油圧技術が高圧・高出力へと継続的に発展し、環境保護への関心が高まるにつれ、油圧アクチュエーターには低騒音、低汚染、スムーズな運転といった特性が求められるようになっている。このため、高トルクモーターは発展トレンドの一つとなった。
エネルギー変換の観点から見ると、油圧ポンプと油圧モーターは相互に可逆な油圧部品である：任意の油圧ポンプに作動流体を供給すれば、それが油圧モーターとして作動する状態に変換できる。逆に、油圧モーターの主軸を外部のトルクで回転させれば、油圧ポンプとして作動する状態に変換することもできる。これは、双方が同じ基本的な構造要素、すなわち密封性があり周期的に変化する容積と対応する油配分機構を持っているためである。
油圧システムにおける油圧ポンプの役割
簡単に言うと、油圧ポンプとは機械エネルギーを油圧エネルギーに変換する装置です。油圧伝動システムでは、さまざまなタイプの油圧ポンプを使用して負荷に対抗し、動力出力を実現します。
例えば、エクスカベータなどの油圧駆動システムでは、油圧ポンプが車両や重物を持ち上げるために必要な圧力を供給する役目を果たしています。ほとんどの大型建設機械には油圧ポンプが搭載されており、これらは油圧システムの主要な構成部品です。
大型設備だけでなく、切断工具、プレス、油圧式のこぎりなど、さまざまな油圧工具を駆動するために使用される小型の油圧ポンプも存在します。これらの工具はすべて、効率的に作動するために油圧ポンプに依存しています。
油圧ポンプと一般のポンプの違い
油圧ポンプと普通のポンプの最大の違いはその作動方法にあります。普通のポンプは通常、液体を一定の流量で送り続けますが、油圧ポンプの流量は負荷圧力と密接に関係しています。
さらに、それらの機能も異なります。油圧ポンプはシステム負荷によって生じる圧力を克服しなければなりませんが、普通のポンプは液体を継続的に輸送または循環させるだけです。
油圧モーターの機能
油圧モーターは回転式アクチュエータとも呼ばれる回転駆動部品です。その主な機能は、油圧エネルギーを機械エネルギーに変換し、負荷を動かすために駆動することです。
油圧モーターの出力は、油圧オイルの圧力降下と流量によって決まります。つまり、油圧モーターの出力は回転速度に比例します。
油圧ポンプと油圧モーターの連携動作原理
油圧ポンプと油圧モーターの機能を理解した上で、それらがシステム内でどのように連携して動作するかを見てみましょう。
まず、油圧ポンプは原動機（電動モーターやディーゼルエンジンなど）からの機械エネルギーを油圧エネルギーに変換します。このエネルギーは流れる油圧油の形で存在します。
その後、油圧モーターは油圧ポンプによって生成された油圧エネルギーを受け取り、それを再び機械エネルギーに変換し、負荷を駆動させて作業を行わせます。
このように油圧モーターによる変換プロセスが完了すると、システム全体が必要な作業を行うための機械エネルギーを得ることになります。油圧システムは私たちの日常生活でも広く使用されており、エレベーター、給油機、アミューズメント施設などもすべて油圧ポンプと油圧モーターの協働作用に依存しています。
よくある質問 (FAQ)
1. 油圧ポンプと油圧モーターの違いは何ですか？
答え：油圧ポンプは機械エネルギーを油圧エネルギー（加圧された流体）に変換するのに対し、油圧モーターは油圧エネルギーを再び機械エネルギー（トルクおよび回転運動）に変換します。
2. 油圧モーターの主な種類は何ですか？
答え：油圧モーターは主に以下の2つのカテゴリーに分けられます。
低速高トルク（LSHT）モーター
高速低トルク（HSLT）モーター
さらに構造別では、ギヤモーター、ベーンモーター、ピストンモーター（軸方向およびラジアルピストンタイプを含む）があります。
3. 油圧ポンプの一般的な種類とその分類方法は何ですか？
答え：油圧ポンプは一般的に以下の2通りの方法で分類されます。
流量の調整可能性：可変容量ポンプ（調整可能）および固定容量ポンプ（一定流量）
構造形式：ギヤポンプ、ベーンポンプ、ピストンポンプ。
ギアポンプ：小型で構造が簡単、コストが低いが、摩耗と漏れが大きい。
ベーンポンプ：流量が均一で、運転がスムーズ、騒音が低く、ギアポンプより効率が高いが、構造が複雑である。
ピストンポンプ：体積効率が高く、漏れが少なく、高圧での運転が可能で、高出力システムに適しているが、コストが高く、油の清浄度に対する要求も高い。
4. 液圧ポンプシステムの構成部品は何ですか？
答え：液圧ポンプシステムは一般的に以下の部品を含みます：
カップリング（駆動軸とポンプ軸を接続するもの）
液圧オイルタンク（オイルの貯蔵、熱の放散、空気の分離、泡の除去を行う）
フィルター（オイル中の固形汚染物質粒子を低減する）
システムの信頼性を確保するためには、カップリングの適切なアライメント、適切な容量と構造のオイルタンク、正しい精度のフィルターを選定することが必要である。
5. 液圧モーターはシステム内でどのような役割を果たしますか？
答え：油圧モーターは加圧された液体を受け取り、油圧エネルギーを機械エネルギーに変換し、トルクと回転運動を出力します。その出力は液体の圧力降下と流量に依存するため、流量または圧力が変化すると、モーターの出力もそれに応じて変化します。
6. 油圧ポンプと油圧モーターはどのように連携して動作するのですか？
答え：油圧システムでは、
油圧ポンプは原動機（例えば電動モーターやディーゼルエンジンなど）から供給された機械エネルギーを液体エネルギーに変換します。
油圧モーターはこの加圧された液体を受け取り、それを機械エネルギーに再変換して負荷を駆動します。
このエネルギー変換を通じて、システムは必要な機械出力を得ることができます。
7. 油圧システムにおいて油の清浄度とフィルタリングが極めて重要な理由は何ですか？
答え：油圧油に含まれる固体粒子（特に10 μ μm以上、特に40 μ m）はポンプやモーターの内部部品の摩耗を悪化させ、効率や寿命を低下させる可能性があります。適切な精度のフィルター（例えば、ベーンポンプでは10-15 μ m、ベーンポンプは25 μ m、ギアポンプでは40 μ m）を設置することで、システムの信頼性を効果的に維持できます。
8. 液圧ポンプから異音や振動がする場合、何を点検すべきですか？
回答：一般的な原因には以下のようなものがあります。
- ポンプとカップリング／シャフト間の不揃い
- 回転速度または負荷が定格値を超えている
- 吸込ラインでの空気の混入やキャビテーション
- オイルの清浄度不良、またはオイルの量・種類が誤っている
- カップリングまたはポンプ内部部品の摩耗や損傷
これらの問題に対処することで、騒音と振動を低減し、ポンプの寿命を延ばすことができます。
9. 油圧ポンプはシステム内で「圧力」を「発生」させるのですか？
回答：実際には、完全には異なります。油圧ポンプの主な機能は流量を生み出すことであり、圧力はこの流量がシステム内で抵抗（負荷、バルブ、アクチュエータなど）に遭遇した場合にのみ形成されます。したがって、圧力の発生をポンプ単独に帰属するのは正確ではありません。
10. 油圧ポンプおよびモータの効率指標にはどのようなものがありますか？
回答：主な効率指標は以下のとおりです。
- 容積効率：実際の流量 ÷ 理論流量
- 機械的／油圧効率：理論トルク ÷ 実際のトルク（または機械的損失に関連）
- 総合効率：容積効率 × 機械的／油圧効率