ABTサーボベーンポンプと従来型固定容量ポンプの比較 ― 射出成形および重工業用途における省エネルギー効果

射出成形機、油圧プレス、重工業機器では、総エネルギー消費量の30～70%が油圧動力によるものです。サーボ駆動可変容量ベーンポンプと従来の固定容量ポンプのどちらを選択するかは、エネルギーコストを削減し、機械効率を向上させる上で最も重要な決定事項です。ABTサーボベーンポンプシステムは、サーボモーターと高効率ベーンポンプを組み合わせることで、アプリケーションに必要な流量と圧力だけをいつでも供給できる、最新世代の省エネ油圧技術です。一方、従来の固定容量ポンプは、需要に関係なく一定の流量を供給するため、バイパスやリリーフによってエネルギーが無駄になります。この記事では、射出成形および重工業用途におけるABTサーボベーンポンプと従来の固定容量ポンプの技術的および商業的な比較について説明します。

1. ABTサーボベーンポンプシステムの仕組み

ABTシステムの中核を成す永久磁石同期サーボモータ（PMSM）は、誘導モータに比べていくつかの利点があります。PMSMは動作範囲全体で92～96%の効率を達成し、誘導モータの85～90%を上回ります。また、トルク密度も高いため、より小型のモータで大型の誘導モータと同等のトルクを発生させることができ、機械設計における省スペース化に貢献します。

サーボドライブは、エンコーダフィードバックによるクローズドループ制御を用いて、モータの速度と位置を正確に維持します。ドライブは、機械コント​​ローラから目標圧力または流量信号を受信し、必要なモータ速度を計算して、モータ巻線へのPWM出力を調整します。信号から最大流量までの応答時間は通常50ミリ秒未満で、従来の油圧システムの比例弁の応答よりも大幅に高速です。

ABTサーボベーンポンプシステムは、永久磁石同期サーボモーター、サーボドライブ（コントローラー）、高効率バランス型ベーンポンプの3つのコンポーネントで構成されています。サーボドライブは、油圧システムの圧力と流量の要求信号に基づいて、モーター速度をリアルタイムで調整します。

射出成形機の油圧システムが待機状態（サイクル間）にあるとき、サーボモーターはほぼゼロ回転数まで減速し、定格電力の1%未満しか消費しません。射出工程では、モーターは加速して最大流量を供給します。この需要に応じた動作により、固定容量ポンプシステムに内在する継続的なエネルギーの無駄が解消されます。

ヴィックス・ハイドロリック社のABTサーボシステム一般的な射出成形用途において、従来の固定容量式システムと比較して30～70%の省エネルギーを実現します。

2. 従来型の固定容量ポンプ：シンプルだが非効率的

固定容量ポンプシステムの効率損失は、有効油圧出力と入力電力の比率によって定量化されます。30kWの固定容量ポンプを備えた一般的な射出成形機の場合、実際の油圧出力要求はポンプの定格出力の平均30～50%であるにもかかわらず、成形サイクル全体における平均消費電力は定格モーター出力の約75～85%になります。

余剰エネルギーは作動油中で熱として放散され、油温は周囲温度より15～25℃上昇します。この熱負荷に対応するためには、ポンプの定格出力の50～70%を熱として放出できる容量のオイルクーラーが必要です。熱交換器、冷却水または空気循環、冷却ファンやポンプの運転に必要な電気代などが、システム全体の運転コストを大幅に増加させます。

従来の固定容量型ベーンポンプ（またはギアポンプ）は、システムの要求量に関わらず、1回転あたり一定量の作動油を供給します。機械が必要とする流量がポンプの供給量よりも少ない場合、余剰の作動油は圧力リリーフバルブを通して排出され、熱としてタンクに戻されます。

この非効率性にはいくつかの結果が伴います。(1) 電力消費量の増加 (ポンプが連続的にフルスピードで運転されるため)、(2) 油温の上昇により大型の熱交換器が必要となる、(3) 熱応力により油の劣化が加速する、(4) シールや部品の寿命が短くなる。

こうした欠点にもかかわらず、固定容量型ポンプは、初期費用が安く、構造がシンプルで、メンテナンスが容易なため、依然として人気が高い。

3．省エネルギー効果の比較：定量的な結果

3.1 実世界の省エネルギーデータ

2024年に実施された、固定容量ポンプからABTサーボベーンポンプシステムに改造された15台の射出成形機（型締め力30～450トン）に関する実地調査では、平均52%のエネルギー節約が実証された。節約率は、サイクルタイムが短く油圧需要が高い機械では35%、冷却時間が長く待機時の消費電力が低い機械では68%に及んだ。

この調査では、二次的なメリットも明らかになった。油温は平均12℃低下し、オイル交換間隔は60%延長（4,000稼働時間から6,400稼働時間へ）、冷却水消費量は55%減少した。これらの二次的な節約効果により、直接的なエネルギー節約効果に加えて、総コスト削減額がさらに15～20%増加した。15台すべての機械における平均投資回収期間は14ヶ月であった。

パラメータ	ABTサーボベーンポンプ	固定容量ポンプ
エネルギー消費量（標準的な噴射サイクル）	名目値の30～50％	100%連続
待機電力	名目値の1%未満	名目値の100%
油温上昇	低温（5～10℃）	高温（15～25℃）
騒音レベル	60～75 dB(A)	75～85 dB(A)
システム応答時間	50ミリ秒未満	100～200ミリ秒
年間エネルギーコスト（40トン機械、6,000時間）	3,000ドル～5,000ドル	8,000ドル～15,000ドル

 

4. 射出成形における用途別メリット

射出成形では、油圧システムの要求流量は成形サイクル全体を通して大きく変化します。射出時には高流量、保持時には中流量、冷却時には低流量、そして金型開口時と成形品排出時にはほぼゼロ流量となります。これはサーボポンプ技術にとって理想的な用途です。

射出成形業者にとってのその他の利点：

・冷却水消費量の削減（必要な放熱量の減少）。

・ショット重量の一貫性が向上しました（圧力応答が速くなりました）。

・作動油の使用量を削減（タンクが小さくなり、オイルコストが削減される）。

24時間365日稼働している成形メーカーの場合、固定容量ポンプからサーボポンプへの切り替えにかかる投資回収期間は通常12～18ヶ月です。

5. 重工業用途：射出成形を超えて

5.1 さまざまな産業分野向けアプリケーションガイド

油圧プレス用途において、サーボポンプは高速接近段階では要求に応じて流量を供給し、加圧段階では保持流量に減らし、部品取り外し時には待機状態に移行します。この要求に応じた動作により、固定容量型システムと比較してエネルギー消費量を50～70%削減し、圧力応答速度の向上によりプロセス制御を改善します。

ダイカストマシンでは、油圧システムは射出時に短時間で高強度の作動を行い、冷却および抽出時には長時間にわたって低負荷状態が続きます。サーボポンプ技術は、射出に必要な高流量を実現すると同時に、サイクル間の待機電力消費をほぼゼロに抑えます。ブロー成形機では、サーボポンプがパリソンプログラミングのための精密な圧力制御を提供し、肉厚の均一性を向上させ、材料使用量を5～10%削減します。

射出成形が主な用途ですが、ABTサーボベーンポンプ技術は、油圧プレス（板金成形、鍛造）、ダイカストマシン、ブロー成形機、産業用試験装置など、他の重工業分野においても大きなメリットをもたらします。

これらの用途において、重要な利点は、運転サイクルのどの時点でも正確な圧力と流量制御が可能であることです。Vicks Hydraulic社のベーンポンプシリーズサーボモーターを内蔵し、最大35MPaの圧力と10～200L/分の流量に対応します。

ヴィックスのサーボシステムソリューション特定の機械タイプや制御要件に合わせたカスタマイズ対応も含まれます。

6. 中国からのABTサーボポンプシステムの調達

中国のメーカーはヴィックス・ハイドロリック（vickshydraulic.com）国際認証（CE、CCS、DNV、ABS、BV）を取得した、競争力のあるサーボポンプシステムソリューションを開発しました。2007年に設立され、年間8万台以上のベーンポンプ生産能力を持つVicksは、中国におけるベーンポンプ技術の業界標準改訂において主導的な役割を果たしています。

工場直販価格は通常、欧州や日本の同等品と比較して30～50％の節約となり、標準構成の場合の納期は30～60日、統合プロセス全体を通して技術サポートが利用可能です。

Vicksの油圧製品をご覧ください製品の詳細な仕様および技術データシートについては、こちらをご覧ください。

従来の固定容量ポンプからABTサーボベーンポンプシステムへの移行は、射出成形および重工業の事業者にとって、最も高い投資対効果（ROI）が期待できる投資の一つです。通常、投資回収期間は12～18ヶ月、油圧部品の耐用年数は60%以上延長されるため、幅広い機械サイズと用途において、サーボポンプへの転換は非常に魅力的なビジネスケースとなります。

ヴィックス・ハイドロリック社のABTサーボシステム30トンから800トンまでの型締め力を持つ機械に対応しています。射出成形機または産業用油圧機器の省エネルギー評価および改造見積もりについては、Demi Geのチームまでお問い合わせください。

7. サーボポンプへの変換に関する実施ロードマップ

固定容量ポンプからABTサーボベーンポンプシステムへの変換を検討している施設の場合、推奨される導入方法は段階的な展開です。(1) 稼働時間とエネルギー消費量に基づいて変換に最適な候補を特定するために、すべての油圧機器のエネルギー監査を実施します。(2) 包括的な前後測定を行いながら、1台または2台の機械を試験的に変換します。(3) 試験結果を評価し、変換計画を調整します。(4) 優先順位付けされたスケジュールで施設全体に完全に展開します。

改修作業は通常、旧設備の撤去、サーボモーターとドライブの設置、機械コント​​ローラーとの統合、試運転と調整のために2～3日間のダウンタイムを要します。機械1台あたりの総コストは、小型～中型機械（30～150トン）で3,000～8,000ドル、大型機械（200～800トン）で8,000～20,000ドルです。

ヴィックス油圧サーボモーター、ドライブ、油圧ポンプ、統合サービスを含む包括的な変換パッケージを提供しています。デミ・ゲのチームにご連絡いただき、貴施設のエネルギー監査と変換見積もりをご依頼ください。

海外バイヤー向け調達チェックリスト

この製品カテゴリーの調達戦略を策定する際、海外バイヤーは体系的な評価プロセスに従うべきです。まず、寸法公差、材料グレード、表面仕上げ要件、認証基準など、ターゲット市場の要件に合致する技術仕様を定義することから始めます。この初期仕様書は、サプライヤーとのコミュニケーションや見積もり比較の基礎となります。

サプライヤーの資格認定プロセスには、次の事項が含まれる必要があります。(1) 製造業者の品質管理システム認証 (ISO 9001:2015 以上) の確認、(2) 対象市場に適用される製品固有の認証の検証、(3) 顧客からの推薦状および地域への輸出実績の確認、(4) コミュニケーションの応答性および技術サポート能力の評価、(5) 寸法および材料の検証のためのサンプル要求および検査。

価格交渉においては、単価だけでなく、総所有コストを考慮する必要があります。考慮すべき要素としては、輸送費（海上輸送または航空輸送）、仕向国における輸入関税および税金、認証および試験費用、品質検査費用、スペアパーツおよびアフターサービス費用などが挙げられます。単価は高くても、品質の一貫性と納期遵守率に優れたサプライヤーは、不良率が高く納期にばらつきのある安価な代替品よりも、総所有コストが低くなる可能性があります。

品質協定を締結し、以下の事項を定めます。（1）重大欠陥、主要欠陥、軽微欠陥に対する許容品質水準（AQL）、（2）各生産バッチの検査および試験要件、（3）サンプリング計画および頻度、（4）不適合処理手順および是正措置のタイムライン、（5）保証条件。ISO 9001の原則に準拠した書面による品質協定は、生産および納品中の品質紛争のリスクを低減します。

中国からの調達が初めてのバイヤーは、年間予想発注量の10～20%程度の試用発注から始めることを検討してください。試用発注は、バイヤーが過剰な在庫リスクにさらされることなく、サプライヤーとのコミュニケーション、生産、物流プロセスに関する実践的な経験を積む機会となります。試用発注を活用して良好な取引関係を構築し、本格的な生産発注に移行する前に必要なプロセス改善点を特定しましょう。

Vicks Hydraulicの技術サポートサービスには、現場でのエネルギー監査、システム設計レビュー、設置監督、試運転サポートが含まれます。複数の射出成形機をサーボポンプ技術に移行する射出成形メーカー向けに、Vicksはボリュームディスカウントと優先的な生産スケジュールを提供します。施設評価のスケジュール調整や移行プログラムの要件についてのご相談は、Demi Geのチームまでお問い合わせください。

地域別エネルギー効率基準および水力システム規制

中国から商品を調達する海外バイヤーは、対象地域の規制要件や市場動向を具体的に考慮する必要があります。主要市場ごとに異なる基準、認証要件、コンプライアンスに関する期待事項があり、これらは製品仕様やサプライヤーの選定プロセスに影響を与えます。

北米市場（米国およびカナダ）では、UL、CSA、ANSIが定める特定の安全基準への準拠が求められます。この市場で販売される製品には、UL、Intertek（ETL）、CSAなどの国家認定試験機関（NRTL）による認証マークが付されている必要があります。認証プロセスには、製品試験、工場検査、および継続的な準拠を確認するためのフォローアップ検査サービスが含まれます。

欧州市場はCEマーキング要件に基づいて運営されており、各製品カテゴリーに適用されるEU指令および規格を網羅しています。製造業者または輸入業者は適合宣言書を発行し、適合性を証明する技術文書を保管する必要があります。特定の製品カテゴリーおよび高リスク分類については、認証機関の関与が義務付けられています。

アジア太平洋市場は、国ごとに異なる要件を持つ、断片化された規制環境となっている。中国では特定の製品にCCC（中国強制認証）が義務付けられており、日本では電気製品にPSEマークが、韓国ではKC認証が、オーストラリアでは電気およびEMC適合性を示すRCMマークが義務付けられている。

中国メーカーから製品を調達するバイヤーにとって、複数の市場認証に精通したサプライヤーと取引することは大きなメリットとなります。主要市場の認証プロセスを既に経験しているメーカーは、その経験を新製品開発に活かすことで、認証取得までのリードタイムを短縮し、よくあるコンプライアンス上の落とし穴を回避できます。サプライヤーのコンプライアンス能力を示す証拠として、類似製品に関する既存の認証書類の提出を求めましょう。

規制遵守に加え、地域市場の要件には、(1)各市場固有の包装および表示要件、(2)通関および市場監視のための書類要件、(3)ユーザーマニュアルおよび安全指示書の言語要件、(4)アフターサービスおよびスペアパーツの入手可能性要件などが含まれます。これらの要素すべてを調達戦略およびサプライヤー選定基準に組み込んでください。

産業用油圧機器市場は、電気料金の高騰と企業のサステナビリティへの取り組みを背景に、エネルギー効率の高いソリューションへと大きくシフトしています。ABTのサーボベーンポンプ技術は、省エネ型油圧システムの最新技術を代表するものであり、モーターおよび駆動技術の継続的な開発により、効率性の向上とコスト削減が今後も継続されるでしょう。

世界の産業用油圧機器市場は、2030年まで年平均成長率（CAGR）3.5%で成長すると予測されており、中でもエネルギー効率の高い油圧システムが最も急速に成長する分野となっています。ABTのサーボベーンポンプ技術は、この成長トレンドの最前線に位置し、企業のサステナビリティ目標に合致する、測定可能なエネルギー節約と迅速な投資回収期間を提供します。