油圧ポンプの種類、原理、および選定ガイド

巨大なロボットアームが精密に何トンもの鋼材を持ち上げたり、掘削機が荒れた地形を楽々と走行したりする様子を想像してみてください。これらの一見楽な操作の背後には、油圧システムの強力なサポートがあります。これらのシステムの中心にあるのは、油圧ポンプです。これは、さまざまなアクチュエータを駆動し、複雑なタスクを実行するために継続的に電力を供給する重要なコンポーネントです。しかし、油圧ポンプは具体的にどのように機能するのでしょうか？そして、さまざまな用途に適したポンプをどのように選択すればよいのでしょうか？この記事では、油圧ポンプの原理、分類、特性、および選択基準について探求します。

油圧ポンプは、機械エネルギーを油圧エネルギーに変換するデバイスです。リザーバーから作動油を吸い上げ、加圧し、アクチュエータ（油圧シリンダーやモーターなど）に供給し、移動に必要な力（圧力）と速度（流量）を提供します。本質的に、油圧ポンプはシステム全体の「発電所」として機能します。

油圧ポンプは、その容量特性に基づいて、主に固定容量ポンプと可変容量ポンプの2つの主要なカテゴリに分類できます。

• 固定容量ポンプ： これらのポンプは一定の容量を持ち、つまり、出力流量は一定の回転速度で一定に保たれます。シンプルな構造と低コストが特徴で、安定した流量要件のある用途に適しています。
• 可変容量ポンプ： これらのポンプは、必要に応じて容量を調整できます。一定の速度でも、内部コンポーネントを変更することで出力流量を調整できます。この適応性により、エネルギー効率と精密な制御が可能になり、変動する流量需要のある用途に最適です。

内部メカニズムに基づいて、油圧ポンプはギアポンプ、ベーンポンプ、ピストンポンプの3つの主要なタイプに分類されます。各タイプには、独特の構造的、性能的、および用途的特性があります。

ギアポンプは、油圧システムで最も広く使用されているものの1つです。2つの噛み合うギアを使用して流体を輸送することにより動作します。ギアが回転すると、歯の間のスペースが連続的に変化し、吸引室と圧力室が生成されます。作動油は吸引室に吸い込まれ、圧力室に運ばれ、そこで押し出されます。

ギアポンプは、主に外接ギアポンプと内接ギアポンプに分類されます。

• 外接ギアポンプ： これらは、外部で噛み合う2つのギアを特徴としています。製造が簡単で費用対効果が高いですが、ノイズが多く、効率が低いため、それほど要求の厳しくない用途に適しています。
• 内接ギアポンプ： これらは、別のギアの内側に配置された1つのギアを備えています。より静かで効率的に動作しますが、より複雑で高価であるため、性能に敏感な用途に適しています。

• シンプルな構造と低い製造コスト
• メンテナンスが容易で長寿命
• 低い流体清浄度に対する耐性

• より高いノイズレベル
• より低い体積効率
• 低い作動圧力に限定される

ベーンポンプは、ステーター内で移動するスライドベーンを備えたローターを使用して、チャンバーの容量を変化させ、流体を輸送します。ローターには、遠心力と流体圧力によりベーンが外側にスライドするラジアルスロットが含まれており、個別のチャンバーが作成されます。ローターが回転すると、これらのチャンバーが拡張と収縮を繰り返し、吸引と排出が可能になります。

ベーンポンプは、バランス型またはアンバランス型に分類されます。

• バランス型ベーンポンプ： これらは、2つの対称的な曲線を持つステーターを備えており、各ベーンが1回転あたり2回の吸引サイクルと2回の排出サイクルを完了できます。この設計により、ラジアル力がバランスされ、ベアリングの負荷が軽減され、ポンプの寿命が延びます。
• アンバランス型ベーンポンプ： これらは、単一の曲線を持つステーターを備えており、1回転あたり1つのベーンあたり1回の吸引サイクルと1回の排出サイクルになります。シンプルですが、アンバランスなラジアル力が生じ、ベアリングの応力が増加します。

• 低ノイズでのスムーズな動作
• より高い体積効率

• より複雑な構造
• よりきれいな作動油が必要
• 中程度の圧力に限定される

ピストンポンプは、シリンダー内の往復ピストンを使用してチャンバーの容量を変化させ、流体を移動させます。複数のピストンがスワッシュプレートまたはカムによって駆動され、後退時に吸引、伸長時に圧力を生成します。これらのポンプは、高圧用途に優れており、容量を調整できます。

ピストンポンプは、アキシャル型とラジアル型に分けられます。

• アキシャルピストンポンプ（スワッシュプレート設計）： ピストンはシリンダー軸に平行に配置され、傾斜したスワッシュプレートによって駆動されます。スワッシュプレートの角度を調整すると、容量が変化します。
• ラジアルピストンポンプ： ピストンはシリンダー軸に垂直に配置され、偏心カムによって駆動されます。カムのオフセットを変更すると、容量が調整されます。

• 非常に高い圧力に対応可能
• 高い体積効率
• 容量調整可能

• タイトな公差を持つ複雑な構造
• より高いコスト
• 非常にきれいな作動油が必要

適切な油圧ポンプを選択することは、システムの性能と信頼性にとって重要です。考慮すべき主な要素は次のとおりです。

• 流量要件： ポンプの流量容量をシステムのニーズに合わせます。可変容量ポンプは、変動する需要のある用途に適しています。
• 圧力要件： ピストンポンプは高圧に対応し、ギアポンプとベーンポンプは低〜中圧用途に適しています。
• 動作環境： 温度、湿度、および汚染レベルを考慮します。過酷な条件では、より耐久性のあるポンプが必要です。
• ノイズの制約： ベーンポンプまたは内接ギアポンプは、ノイズに敏感な環境に適した静かなオプションです。
• コスト： 最適なソリューションを見つけるために、性能、信頼性、および予算のバランスを取ります。

油圧ポンプは、油圧システムの主要コンポーネントとして機能し、全体的な性能に直接影響します。その動作原理、分類、および選択基準を理解することで、システムの効率と信頼性を向上させるための情報に基づいた意思決定が可能になります。産業機械、建設機械、またはその他の重作業用途のいずれであっても、適切な油圧ポンプを選択することで、最適な動作と長寿命が保証されます。