住友重機械技報 182
No.

巻頭言

2013

横田克英

搬送物流分野でのお客様の価値創造のパートナーとして搬送物流設備特集
論文・報告 クレーンの震災復旧

猛，大塚冬來

1

大型クレーンのハンドリング技術

高橋清文

5

連続式揚炭機のBE部分更新および電動駆動化

山中正夫

9

中川

物流・駐車場設備のリモートメンテナンス

伸一

13

高橋清文

17

銅電解用天井クレーン

元田貴之

19

製鉄所向け自動倉庫システム

長部洋介

21

茂，河野龍太23

小島宏志，中藤雄策，岡技 術 解 説 ハイブリッド・自動運転機能付き浚渫機への改造

高速入替え対面ピッキング自動倉庫の開発

大柴

新製品紹介 新型バッテリ式フォークリフト FB0.9 t-3.0 t

27
28

通販向け小物仕分け装置

論文・報告
小規模下水処理向け縦軸型曝気撹拌装置 スミレーターⅡ

鈴木茂

くりこみ群分子動力学法による回転塑性加工シミュレーション
第２報

発熱・伝熱を考慮した温間加工解析への適用

大西良孝，檜垣孝二，市嶋大路，広瀬良太

2933

Sumitomo Heavy Industries
Technical Review

No.

As a Value-creating Partner for Customers in Material Handling Business.

182

2013

Katsuhide YOKOTA

Special Issue for Material Handling Equipment & Systems
T / P APERS

Earthquake Disaster Restoration of Material Handling Machines
Takeshi NAKAGAWA, Fuyuki OOTSUKA

Design Specifications of Large Crane Designed from the Viewpoint of On-site Assembly
Kiyofumi TAKAHASHI

Renewal of Continuous Coal Unloader’s Bucket Elevator Part,and Introduction of Electric Motor Drive1
5
9

Masao YAMANAKA

Remote Observation of Logistics & Parking Systems
Hiroshi KOJIMA, Yusaku NAKATOH, Shinichi OKA

T/INVITATIONS

Automated Grab Dredger with Hybrid Power System
Kiyofumi TAKAHASHI

Overhead Crane for Copper Electrolysis Facility
Takayuki MOTODA

Automated Storage and Retrieval System (ASRS) for Iron Works
Yousuke OSABE

Development of a High-speed Exchange Picking ASRS
Shigeru OSHIBA, Ryuta KOHNO

NEW PRODUCTS New Battery Forklift FB0.9 t-3.0 t

17
19
21
23
27

Assorting Equipment for Mail-order Small-size Wares

T / PAPERS

13

28

Vertical Type Aerators“SUMIRATORⅡ”for Small-scale Sewage Treatment Plant
Shigeru SUZUKI

Rotating Plastic Forming Simulation Using Renormalization Molecular Dynamics
Part2 Considering generation of heat and heat conduction for warm forming

Yoshitaka OHNISHI, Koji HIGAKI, Daiji ICHISHIMA, Ryota HIROSE

2933

搬送物流設備特集の発行に当たって搬送物流分野でのお客様の価値創造のパートナーとして専務執行役員横田克英

当社における搬送物流システム事業は，1912年に天井クレーンの１号機を設計・製作・納入して以来100年を超えて，ジブクレーン，ゴライアスクレーンなどの各種ク
レーンやアンローダなどの運搬荷役機械やFA物流設備，商品配送センター向けの物
流システム，都心の地下に展開する機械式駐車場など，お客様のご要望に応え，かつ
広く社会に貢献できる数多くの製品とサービスを提供してまいりました。これもひとえに皆様のご支援とご協力に支えられた結果であり，厚く御礼申し上げます。
搬送物流分野においては，設備機器の効率化などへのご要望を受けて大型化・高速化・自動化・省力化を図り，近年飛躍的に向上してきたIT技術を利用した設備診断技術
や，システム制御技術を組み込んだ製品・サービスを実現し提供してまいりました。
一方，ここ数年では地球温暖化の進行やタイの洪水，東日本大震災と原発事故など
生活基盤を揺るがし産業構造そのものを変えてしまうような大きな出来事が発生しました。これらは国内外の経済に大きな影響を及ぼしましたが，その間もお客様の事業
活動領域はグローバルにさらに拡がりをみせ，その事業活動に対応した搬送物流設備の重要性，地球環境への配慮・災害時の安全対応・省エネルギー・効率化・省メンテ
ナンスへの社会的な要求はますます高まっております。
本特集号では，運搬荷役機械では東日本大震災時のクレーン早期復旧に向けた活動，造船所向け大型ゴライアスクレーン据付け工事時におけるお客様の工場操業ダウ
ンタイムのミニマム化に向けた組立て技術の確立，原材料荷役作業の環境・省エネル
ギー・省メンテナンスに対応した連続アンローダのバケットエレベータ部分の電動化
更新技術，浚渫作業の自動化・省エネルギーに対応した浚渫船の自動運転・ハイブ
リッド適応技術，銅精錬の自動化に対応した銅電解クレーンの自動運転技術などのさまざまなご要望に対する技術の一例を紹介いたします。また物流システムでは，省人化・省スペース化ニーズに加え，重作業の負荷軽減や作業者の安全確保などの課題解決が求められており，これに応える製品を開発し提供しており，機械式駐車場では当社のパズル式の持つ高収納効率と円滑性が評価され，バリアフリー対応や電気自動車
への自動充電機能対応など社会の要請に応える製品を進化させてまいりましたのでその一例を紹介いたします。今後とも人との共存，調和，オペレータをアシストする機
能などお客様の価値創造のパートナーとして，社会に貢献できる製品・サービスの提供・技術開発に向け，たゆまぬ努力を続けてまいる所存です。皆様よりの一層のご指導・ご鞭撻を賜りますようよろしくお願い申し上げます。

搬送物流設備特集

論文・報告

クレーンの震災復旧

クレーンの震災復旧
Earthquake Disaster Restoration of Material Handling Machines
●中

川

猛＊

Takeshi NAKAGAWA

大

塚

冬

來＊

図１

クレーンの震災被害
Crane damage by earthquake disasterFuyuki OOTSUKA

2011年３月11日に発生した東日本大震災は，観測史上最大のM9.0の巨大地震となった。該当地区で稼働していた荷役機械は地震と津波により多種多様な被害を受けた。住友重機械搬送システム株式会社（旧 住友重機械エンジニアリングサービス株式会社）が製作した荷役機械
では岸壁損傷，船舶との衝突，浸水および浮遊物衝突による損傷被害が多かった。
復旧作業に当たってはライフラインの確保，余震による作業中断および避難など多くの困難があった。また岸壁設備などの荷役機械以外の復旧作業が同時期に実施され，その都度工程調整を実施した。
震災から２年半が経過し，多くの住友重機械搬送シス
テム製の荷役機械が復旧し稼働している。荷役機械の震災復旧を行ったことは貴重な経験となり，今後は地震対策の検討が必要であると認識した。

１

まえがき

震の揺れによるというより岸壁損傷や津波による船舶との衝突，浸水および浮遊物衝突による損傷被害が多かった。一部

2011年３月11日に発生した東日本大震災は，観測史上最大の荷役機械には，揺れにより脚部が浮き上がり，抜けた固定のＭ9.0の巨大地震となった。地震とそれによって引き起こ装置が再度着地したときに地上金物と干渉し変形したものがされた津波は，東北地方から北関東までの広範囲にわたり，見られた。

甚大な被害を及ぼした。該当地区で稼働していた荷役機械は，
地震と津波により多種多様な被害を受けた。
住友重機械搬送システムが製作した荷役機械の被害は，地1

The Great East Japan Earthquake measuring magnitude
9.0, which is the strongest earthquake ever recordedin Japan, occurred on March 11, 2011. Many material
handling machines that were operating in the stricken
areas were variously damaged by the earthquake andtsunami. As far as those machines made by Sumitomo
Heavy Industries Material Handling Systems Co., Ltd.
(the former Sumitomo Heavy Industries Engineering
Service Co., Ltd.) are concerned, damages were causedby broken quays, collisions to vessels, flooding, or
collisions to wreckages. We had to face up with many
obstacles such as difficulties with securing lifeline,
interruptions and evacuations due to the aftershocks. The
quays were to be rebuilt at the same time. Therefore, we
repeatedly reviewed and readjusted process of repairingdamages of the machines. After two and half years havepassed, many of the material handling machines madeby SHI have been rebuilt and are working properly. It
was valuable experience for us to have repaired theearthquake-related damages of the material handlingmachines, because it helped us to appreciate the needs
to discuss how to take countermeasures to protect themachines from earthquake.

＊住友重機械搬送システム株式会社

復旧作業に当たっては，ライフライン，交通手段および宿泊施設の確保がむずかしいうえ，余震による作業中断や避難もあり，当初は多くの困難があった。
住友重機械技報 No.182 2013

論文・報告クレーンの震災復旧

３号埠頭
５号埠頭
７号埠頭
大剣埠頭

図２

小名浜港
Port of Onahama

表１

荷役機械
Material handling machines

埠頭名
３号埠頭

５号埠頭
７号埠頭
大剣埠頭

設備名

荷役機械名称脱輪，傾斜，レール湾曲
Derailment, inclination bending of a rail

図４

減速機破損
Broken reducer gear system

図５

ブレーキ破損Broken brake

現状

３−１号機

315 t/h 橋型水平引込み式アンローダ

解体撤去

３−２号機

315 t/h 橋型水平引込み式アンローダ

解体撤去

３−３号機

315 t/h 橋型水平引込み式アンローダ

復旧稼働中

３−４号機

315 t/h 橋型水平引込み式アンローダ

復旧稼働中

５−１号機

800 t/h ツインベルト式アンローダ

代替機新設

７−１号機

800 t/h 橋型水平引込み式アンローダ

復旧稼働中

７−２号機

800 t/h 橋型水平引込み式アンローダ

復旧稼働中

７−３号機

800 t/h 橋型水平引込み式アンローダ

復旧稼働中

36 t タイヤマウント式水平引込みクレーン

復旧稼働中

多目的

図３

また，岸壁，ランウェイおよび電気設備など荷役機械以外の復旧作業も同時に実施されることから，それぞれの関係者と協議を行い，各作業工程の調整を行った。
震災から２年半が経過し，住友重機械搬送システム製の荷役機械の多くは復旧し稼働している。しかし，今もなお荷役
機械以外の恒久的復旧に向けて各種工事が継続されている。
本報では，住友重機械搬送システムがかかわった復旧作業のうち，複数の形式の荷役機械が設置されている福島県小名浜港における被害と復旧状況について報告する
（図１）
。

２

小名浜港荷役機械概要と現状

住友重機械搬送システム製の荷役機械は，小名浜港東から西に向かって順に，３号埠頭，５号埠頭，７号埠頭および大剣埠頭に設置されている（図２，表１）。
現在は，３－１号機と３－２号機の解体撤去，５－１号機の解体撤去および代替機新設，その他の修理復旧いずれも完了している。

３

荷役機械被害状況

３－１号機，５－１号機，７－２号機および７－３号機はび流されてきた浮遊物との衝突による破損があった。被害範

荷役中に被災した。

囲は脚部電気品，レールクランプおよび駆動部を含む走行装

3.1 ３号埠頭

置であった（図４，図５）。

３－１号機および３－２号機は，岸壁中央部陥没と海側レ３号埠頭受変電設備は，キュービクルの高さの半分まで浸ール基礎沈下により本体部が海側に傾斜した。海側自由脚は水し，海水を含んだ砂塵で機器が覆われ復旧困難な状況にあ

限界範囲まで倒れかかった状態であり，脱輪も発生していた。

った。なお，埋設ケーブルの状況は不明であった（図６）。

レールは湾曲してスパンおよび高低差の異常が発生し，給電

3.2 ５号埠頭

ケーブルラックは倒れ傾いていた（図３）。
本機を含む当該岸壁は余震による２次災害を防ぐべく立入禁止区域となった。

５－１号機は，先端部を船倉に挿入した状態で被災しており，津波を受けた船舶と衝突したことによる損傷が甚大であった。主な被害は，垂直フレーム部の変形，油圧シリンダの３－３号機および３－４号機は，岸壁に同様の損傷はある

油漏れ，さらに先端掘削部，旋回駆動減速機，旋回ベアリン

もののほぼ水平に立っていた。本体には津波による浸水およグオープンギヤ，走行減速機の破損および走行車輪の脱輪で
住友重機械技報 No.182 20132

論文・報告図６

受変電設備浸水
Flooded electric incoming and substation facilities

図７

先端堀削部破損
Broken excavator

図８

タイヤの接地Grounding of a tire

図９

吊りピース取付け，海上クレーンによる移設
Welded hanger, removed by a floating crane

あった
（図７）
。
また，岸壁中央部陥没，陸側レール基礎傾斜におけるスパ
ン異常，さらに給電用ケーブルラックの倒れが発生していた 。
3.3 ７号埠頭

クレーンの震災復旧の損傷が見受けられないことと，タイヤマウント式であることから損傷を受けてない岸壁エリアに移設できれば荷役機械として最短で復旧可能であるということが理由である。
移設は，海上クレーンで本体を一体吊りにして実施した。

７－１～７－３号機は，３号埠頭と同様に岸壁の損傷はあ

この移設の際に一体で吊るのに必要な吊りピースを製作し，るもののほぼ水平に立っていた。本体には津波による浸水お現地取付けを実施して，2011年６月に稼働開始した（図９）。

よび流されてきた浮遊物との衝突による破損があった。被害

4.2 ７号埠頭１～３号機

範囲は脚部電気品，レールクランプ，駆動部を含む走行装置

２番目に復旧することとなったのは，７号埠頭の水平引込および岸壁上に設置されていた地上接続箱であった。また，

み式アンローダである。７号埠頭は石炭および鉱原料を扱い

給電ケーブルラックは倒れ傾いていた。

物としており，火力発電所や地元企業への供給において重要受変電設備の水没はなかったが，屋外動力変圧器の基礎が陥没し傾斜していた。さらに同配線ピットが割れ，ケーブルに圧力が加わるなどの被害が発生していた。
3.4 大剣埠頭
多目的クレーンは，津波による浸水はなかったものの，陸側アウトリガー部の岸壁陥没により陸側へ傾斜し，海側アウな陸揚げの埠頭であり，荷主からも早期の復旧を望まれていた。
まずは荷役を再開することを目指して，７－１号機と７－３号機について浸水被害を受けていた走行部の復旧が進められ，2011年８月に稼働を開始した。
７－２号機においても，浸水被害を受けた走行部が2011年

トリガーとの間にあるタイヤは半分が接地した状態であった。

10月に復旧し，３基ともに荷役を再開することができた。

アウトリガーを収納するとクレーンが転倒することから自立

4.3 ３号埠頭

走行が不可能な状態であった
（図８）
。

４

復旧概要

復旧の優先度や復旧方法は，国および県によって開催され３－１号機および３－２号機は，復旧工事が困難なことか
ら解体撤去となり2012年３月に撤去を完了した。また，３－３号機および３－４号機は，浸水被害を受けている走行部の復旧を2012年８月に完了し，稼働を開始した。なお，受変電

た小名浜港復興会議の方針にもとづいてその都度検討を行い ，設備は2012年12月に新設備で稼働している。

復旧作業が進められた。

4.4 ５号埠頭

4.1 大剣埠頭多目的クレーン
荷役機械において最初に復旧することとなったのは，大剣５－１号機は，被害が甚大であることから解体撤去となり，
2012年12月に代替新設機が設置された。

埠頭のタイヤマウント式水平引込み式クレーンである。本体
3

住友重機械技報 No.182 2013

論文・報告図 10

仮設レール
Makeshift rail５

図11

浸水による走行部復旧補修内容

３－３号機，３－４号機および７－１～７－３号機における走行部分の浸水被害は，各機多少の差はあったが基本的にクレーンの震災復旧

クレーン牽引Traction of crane

地耐圧が確保される岸壁上であれば，岸壁およびレール修理に関係なく移動することで早期に荷役再開が可能であった。
7.2 橋型水平引込み式アンローダ
地震発生時に素早く巻上げ・引込みを行い，バケツを収納次の修理を実施した。

したことから船舶との衝突が発生せず，大きな被害を受ける

5.1 走行電動機

ことがなかった。

塩分除去を含むオーバーホールを実施した。
5.2 走行減速機
浮遊物衝突により破損したケースは新作し，それ以外はオ

7.3 ツインベルト式アンローダ
本機は，船倉に本体の一部を挿入して荷役をするものであるが，引抜き収納に一定時間を要することから船舶との衝突

ーバーホールを実施した。

を回避できず，被害が甚大となった。今後はこのような形式

5.3 走行ブレーキの荷役機械における緊急退避システムが必要であると考える。

浮遊物衝突により変形したロッドは交換した。
5.4 レールクランプ
浮遊物により破損したケースの修理や，浸水電気部品の交

7.4 その他３号埠頭で発生した本体傾斜では，脱輪と自由脚の傾きにより転倒の恐れが大きくなった。

換を含めたオーバーホールを実施した。

一方，７号埠頭の場合は岸壁工事において本体をけん引移

5.5 走行車輪および駆動アイドラ軸受

動させなければならなかったが，自由脚の機能により狂った

海水および汚泥の浸入があり，全数取外し清掃整備を実施した。

今後は自由脚の必要な機能と，地震脱輪時の転倒防止の対

5.6 電気品類浸水したと思われる電気品，リミットスイッチ，分電盤および保安装置は交換した。

６

スパン上でも特に問題なく通過できたという利点もあった。

その他復旧内容

6.1 給電用ケーブルラック
支持ポールを基礎に再度アンカー打ちし，走行レールに対策を同時機能として持たせる必要があると考える。

８むすび（1）岸壁破壊や津波を伴う震災の場合，荷役機械の被害は多種多様でその復旧方法も異なったものとなる。
・荷役機械の被害は，津波による浸水および浮遊物との衝突による。

し芯出しを実施した。地上接続箱を本ラック部に移設再設置

・船舶との衝突による被害は甚大である。

した。

・岸壁損傷が発生すると脱輪，本体傾斜および倒壊も引

6.2 受変電設備屋外変圧器
沈下基礎に鉄筋コンクリート打ちを再度行い，嵩上げして再設置した。ケーブルピットについても再施工を実施した 。
6.3 岸壁修理レール補修の関連作業
岸壁修理やレール補修が行なわれなければ荷役は不可能でき起こされる。
・荷役機械の形式により被害に差が生じる。
（2）復旧に際しては，荷役機械単独ではなく関連施設と同期した工程で進まなければならない。
・電気品は基本的に交換を実施する。

あったことから，岸壁修理工程に合わせ何度も仮設レールを・荷役機械は，関連設備の復旧なくしては稼働できない 。

敷き，自走できない本体をローダでけん引して移動させるこ・震災復旧関連の作業は，密に工程調整されて進む必要とで岸壁修理やレール補修に協力した（図10，図11）。

７荷役機械により異なる被害と復旧

小名浜港には複数の型式の荷役機械が設置されており，その形式の違いが被害や復旧の内容に差をつけた。
7.1 タイヤマウント式水平引込みクレーンがある。
今後，可能な地震対策を検討し，実施する必要がある。今回の経験は，今後の地震対策や災害時の復旧計画立案に役立つものと考える。
最後に，復旧活動における作業者の安全確保は平時と同等に大切であることを記す。
住友重機械技報 No.182 20134

搬送物流設備特集

論文・報告

大型クレーンのハンドリング技術

大型クレーンのハンドリング技術
Design Specifications of Large Crane Designed from the Viewpoint of On-site Assembly
●高

橋

清

文＊

Kiyofumi TAKAHASHI

ステップ１
トロリおよびガーダの吊上げ

ステップ４
揺脚下部吊上げステップ２
揺脚上部吊上げステップ３
剛脚上部吊上げ

図１

組立手順
Assembly procedure

住友重機械搬送システム株式会社（旧 住友重機械エン
ジニアリングサービス株式会社）
では，1995年に初号機を市場投入以降，これまで国内に20余台の大容量ゴライ
アスクレーンを納入している。これは大容量ゴライアス
クレーンの更新据付けに対する造船所の要望に対し，工事部門主導での大胆な海上組立て工法を発案し，その工法をクレーンの基本計画へ反映し，新機構・新構造のクレーンの開発を行った成果である。
本報では，「汎用材を使用しながら軽量小型高速大容量および低輪荷重で広い作業範囲を持ち，かつ小さなス
ペースで短期間に据付けられる」をコンセプトとして開発したゴライアスクレーンについて，現地での組立ての視点から工事の手順とその組立て方法を達成すべく採用した設計仕様などについて記述する。
また，他社製ではあるが類似の構造を持つゴライアス
クレーンの解体工法についても紹介しながら，大型クレーンハンドリング技術について記述する。

１

まえがき

1990年代の半ば，国内の各造船所は新造船の世界的な大量

5

ステップ５
剛脚下部吊上げSumitomo Heavy Industries Material Handling systems
Co., Ltd. (the former Sumitomo Heavy Industries
Engineering & Services Co., Ltd.) put the first Goliath
crane with large capacity on the market in 1995, andsince then, SHI has built and delivered more than 20of them. In response to shipyards’needs to replace
exiting Goliath cranes with the larger-capacity ones, SHI
employed the construction-sector-led maritime assembly
technique, and amended design planning of Goliath
cranes accordingly. This has led to a development of
the crane with new mechanism and structure. This
paper describes the design specifications employed torealize the procedures and erection methodology fromthe viewpoint of on-site assembly of the Goliath that has
been developed under the concept of“Using readily
available equipment to erect a crane with light-weight,
high-speed, high-capacity, low wheel-load and a wide
working range, which can be done in limited space andwithin a short period of time”.This paper also describes
a technique of large-crane-handling, explaining thedisassembly of other companies’Goliath cranes with thestructures similar to the ones of SHI.

ズアップされていた。期間短縮には，船体モジュールの大型化が最も有効な方策として考えられ，船体モジュールを吊り上げるゴライアスクレーンの大型化が検討されていた。

需要を予測し，その造船力強化の一環として生産性の向上にしかしながら多くの造船所のクレーンの基礎耐力は比較的取り組んでいた。なかでも船の建造期間，とりわけドック内

小容量の既設ゴライアスクレーンに対応した低輪荷重であり，での製作期間の短縮が生産性向上の大きな要素としてクロー

その周辺スペースも狭小なものであった。

＊住友重機械搬送システム株式会社

住友重機械技報 No.182 2013

論文・報告大型クレーンのハンドリング技術

巻上げドラム

主トロリ
補トロリ

横行レール

駆動ユニット

ガーダ

図２

海上組立て
Lift of a work by floating crane

図３

クレーン断面Crane cross

また，すでに受注していた船舶の建造期間を確保する必要から，クレーン更新据付け時にドック内作業を長期間休止することと，クレーンを組み立てる十分なスペースを確保することは困難な状態にあった。
本報ではこのような状況を踏まえ，「汎用材を使用しなが

図４

揺脚上部
Upper part of hinged leg

うにブロックの分割位置を定めた。
2.2 ステップ１ トロリおよびガーダの吊上げ
１隻の起重機船による組立てであることから，クレーン機体の軽量化は必須条件となる。特に移動荷重であるトロリの軽量化は最重要課題であり，次の
（1）
～
（4）
により機能を確保

ら軽量小型高速大容量および低輪荷重で広い作業範囲を持ち，しながら機体の軽量化を実現した。

かつ小さなスペースで短期間に据付けられる」をコンセプト（1）シーブの配置として開発したゴライアスクレーンについて，現地での組立

主トロリに付くシーブブロックを横行レール直上に配ての視点から記述する。また，他社製ではあるが，類似の構置した。ドラムへのロープ巻取りをトロリの左右に対称造を持つゴライアスクレーンの解体工法も紹介しながら，住配置して，トロリフレームの負担を抑制し軽量化した（図

友重機械搬送システムの大型クレーンハンドリング技術につ３）。

いて記述する。

２

ゴライアスクレーンの現地組立て

2.1 組立てにおける工事手順とその仕様（1）工事手順（2）巻上げドラム駆動ピニオンの配置
２個の駆動ピニオンをドラムに対称に配置し，装置の軽量化とともに高速化に伴う振動の発生を抑制した。
（3）横行駆動装置
標準駆動ユニットにてトロリ横行用車輪を個別に直接ゴライアスクレーンの組立て手順は図１の通り，起重駆動するマルチ駆動方式を採用した。軽量化とともに，機船で吊り上げた状態で各モジュールを組み立てていく。

ユニットの故障による運休の頻度と期間の低減を図った 。

（2）工事仕様
ドック内でのクレーン更新据付け工期の短縮と組立て（4）ガーダの断面形状
巨大な投影面積を持つ屋外クレーンの場合，本体強度

スペースの最小化策として，１隻の起重機船と２隻のモだけでなく，クレーンの基礎も含めその耐力は風荷重にジュール搬送用台船を，モジュールの仮置場かつ組立てよる影響が大きく，風荷重への対応は重要課題となる。

ヤードとして兼用する海上組立て工法を考案し，採用した（図２）。
本工法の実現には，次の項目が必須事項となった。

ガーダ断面を逆台形の並列配置とすることにより，必要剛性を確保しつつガーダの高さを適正化するとともに，荷振れによるロープとの干渉を回避した。相互のガーダ・クレーン総重量 3 400 t以下

間隔を狭めることにより，風下側となるガーダへの風荷・吊り荷重心の移動幅 起重機船の吊り点幅以下重を抑制し，脚や走行装置，基礎などの負担を低減させ・起重機船の片側ブームにかかる最大荷重 1 700 t

た。

・現地組立てモジュール数 ５個以下

2.3 ステップ２ 揺脚上部吊上げ

・接合期間 １日/モジュール（日中作業のみにて完結）（1）揺脚形状・モジュール間の接合 ボルトによるフランジ接合・接合仕様 全接合部を通して１種類
上記事項を満足させるべく，接合部における耐力を配慮し，作業時および休止時において圧縮応力が支配的部分になるよ

主断面にパイプ構造を採用することにより，自重と風荷重を低減し，走行装置を含む揺脚の自重を低減した。
その結果，スパンの長大なゴライアスクレーンにおいても，吊り荷の重心移動と，それに伴う起重機船の片側
住友重機械技報 No.182 20136

論文・報告大型クレーンのハンドリング技術

主管

シルビーム
走行装置

電気品室

図５

揺脚中間部取合い
Joining work of hinged leg

図６

ジブにかかる荷重が，現地での全組立てステップを通し

上下各２本のパイプフランジ接合部の個別ならびに相て許容範囲内となるように，吊り荷としての左右バラン

互間隔を確保すべく，構造と精度などの施工管理を行っ

スを改善し，作業の安全性を確保した。

た
（図５）
。

（2）ガーダと揺脚上部間の取合い構造（2）脚と走行装置との取合い

ガーダと揺脚の取合い構造は，一般的な軸連結方式に

脚主断面にパイプ断面を採用した場合，主管と走行装

代わって薄型連結軸受方式を採用し，ガーダ下面と揺脚置，シルビーム３者の取合い関係が複雑になりやすい。

上面との隙間を低減した。これにより，走行方向水平力

巨大な荷重を無理なく最短ルートで伝達すべく構造を簡による本体構造物への悪影響を排除し，据付け用連結ボ

素でスリムなものとし，地上側周辺機器との干渉を回避

ルトと工事用連結杭との併用により積木方式での連結が可能となった。
（3）揺動防止ステー

した
（図６）
。
2.6 ステップ５ 剛脚下部吊上げ（1）走行駆動装置

揺脚中間部とガーダ下面の間に揺動防止用仮ステーをトロリの横行装置と同様に，車輪を標準駆動ユニット

設置し，据付け工事期間中の起重機船の揺動による連結

で個別に直接駆動させることにより，軽量化とともに突部の軸受損傷を防止した（図４）。

風への耐力を向上させた。

2.4 ステップ３ 剛脚上部吊上げ（2）走行バランサユニット形状（1）剛脚形状

上下のバランサ構造を簡素軽量化し，繰り返し生産に

薄板箱型断面を採用し，荷役作業時におけるトロリの対応させるとともに，装置の高さを抑えることにより，横行と吊り荷重の変動によるクレーン全体の横行方向へ

水平力への耐力を強化した。

の変形移動を，剛脚断面の図心位置を調整することで低2.7 制御装置減させ，軽量化とともに荷役における作業性の向上を図（1）電気品室の分散配置った。

電気品室を主・補トロリ，剛脚上部および揺剛各脚下（2）剛脚中間部分割位置の設定

部のモジュールごとに分散配置させた。各電気品室をク

揺脚と剛脚の上下モジュールを交互に吊上げて組み立

レーン本体と平行製作し，工場内にて事前に組合せ試験

てることから，組立て途上における周辺との干渉など，を実施することにより，品質の確保と全体工期の短縮を作業性と継手部にかかる部材力に配慮しながら剛脚中間図った。

部分割位置を設定した。

（2）高圧電気配線（3）ガーダと剛脚上部間の取合い構造

工場内で作り込まれた電気品室間は，高圧電気配線に接合面の辺長が10 mを超すガーダと剛脚上部の接合面て連結することで軽量化した。また，現地での接続は端には機械による平面加工を施さず，鋼板フランジ面を高子箱部のみとし，現地における工期の短縮を図った。

張力ボルトと工事用連結杭の併用により接合作業を簡素化した。加えて，現地組立て時のトラブルを防止すべく
脚およびガーダ双方当該部の構造と精度などの施工管理を十分に行った。

7

揺脚下部と電気品室
Lower part of hinged leg

３

ゴライアスクレーンの解体工事

新規クレーンの据付け工事と異なり，クレーンの解体工事
においては，対象となるクレーンは解体直前まで荷役作業を2.5 ステップ４ 揺脚下部吊上げしている。また，造船所内では撤去作業に使用するスペース（1）揺脚中間部の取合い構造を速やかに明け渡す必要がある。このことから，海上クレー

剛脚上部接合方式と同様に，高張力ボルトと工事用連ンにより一気に据付けが可能となった前述の新規クレーン海結杭の併用により上下揺脚の鋼板フランジ面を接合した。

上組立て工法以上に，その工期と作業スペースの縮小が求め
住友重機械技報 No.182 2013

論文・報告図７

クレーンの解体作業
Dismantling of existing crane

図８

大型クレーンのハンドリング技術

脚下部ブロックの吊上げ
Lift of a work of hinged leg

られる。

重を増加させ，上部ブロックを下部ブロックより切り離

3.1 事前調査

した
（図７）
。

（1）実機調査（2）解体ヤードにおける脚の刻み分割

他社製クレーンの解体工事の場合，機体の詳細な製作

造船所作業ヤードにおける脚中央部での切断の後，上情報は不明な部分が多く，実機調査によりその仕様（主部ブロックは近接する解体ヤードに吊上げ曳航した。

構造物の板厚や補剛状況など）の事前確認が必要となる。

揺剛両脚上部は，解体作業における高所作業を低減す（2）クレーン重量重心とガーダ強度

べく，小刻みな切断と起重機船全体の横移動を交互に繰

実機の調査結果にもとづき，クレーンの重量重心位置
や解体における分割要領とその位置を検討した。

り返し，最後にガーダブロックを地上に降ろした。
（3）脚下部の固定

ガーダ本体強度を検討した結果，一部に挫屈対策を施起重機船によりクレーンの上部ブロックを吊り上げる

せば，揺脚および剛脚ともその中間高さ位置で切断し，とき，クレーン自重の支持点が地上側走行レールから起

ガーダと一体での吊上げ解体が十分可能であることが判

重機側吊り具へと移っていく。この移動に伴い，ガーダ

明した。

と各脚のたわみの方向と量が変化していく。このことか（3）脚の分割位置

ら，クレーン脚下部ブロックの支持においては，その変脚中間部分での切断高さ位置は，安全性と作業性（高化への追従を配慮した構造と工事手順により，安全確実

いほどガーダ両端への荷重負担が少なく，低いほど脚下部固定工事が簡素になる）の双方に配慮しつつ決定した 。

に作業を行った。
（4）脚下部ブロックの解体（4）吊り環と機体内部への補強

上部ブロックを撤去した後，揺剛各脚の下部ブロック

起重機船による吊上げ工事の場合，分割ブロックごとは順次起重機船にて吊り上げて解体ヤードへ吊り曳航し，に吊り環の設置が必要であり，今回のような大荷重対応の吊り環を薄板構造物に追加する場合は，対応する機体
内部への補強工事が発生する。しかしながら，すでにでき上がった大型構造物内部への補強工事は，部品の搬入を含め作業性が悪い。

3.2

工事を完了させた
（図８）
。

４

あとがき

（1）大容量ゴライアスクレーンの更新据付けに対する造船所の要望に対し，工事部門主導での大胆な海上組立て工

本工事においては，吊り環取付けに当たり構造物内部法を発案した。その工法をクレーンの基本計画へ転用し，への補強は行わず，吊り環ブロックを機体の外部のみに

新機構・新構造のクレーンを開発した。1995年に初号機取付ける構造を検討し採用した。

を市場に投入して以降，これまで国内に20余台を納入し解体工事（1）上部ブロックの解体ている。
（2）ストランドジャッキを用いた据付け工法など，海外に脚中間部にて切断する前に，吊上げ対象となる重量をおける他方式での据付工法においても，クレーンの構造

超える荷重にてクレーンの吊上げを試験的に実施し，ガを変化させることで対応し，計10余台（海外メーカーへ

ーダ本体強度の事前確認を行った。
確認の後，ガーダを吊上げ対象重量の中間荷重にて再度吊り上げ，脚中間部にて切断しながら徐々に吊上げ荷の技術提携供与による製作）の納入実績を有している。
今後もさらなる国内外のニーズの把握とその具現化に注力していきたい。
住友重機械技報 No.182 20138

搬送物流設備特集

論文・報告

連続式揚炭機のBE部分更新および電動駆動化

連続式揚炭機のBE部分更新および電動駆動化
Renewal of Continuous Coal Unloader’s Bucket Elevator Part, and Introduction of Electric Motor Drive
●山

中

正

夫＊

Masao YAMANAKA

バケットエレベータ部

図１

連続式揚炭機外観
Continuous coal unloader

バケットエレベータ（BE）型連続式揚炭機（アンローダ ）は，1983年に四国電力株式会社西条発電所に納入した設備が，石炭火力発電所における燃料炭の陸揚げ用として日本の発電所に採用された初号機である。比較的新しい型式の揚炭機であるが，以後ほとんどすべての揚炭機がこの型式となっている。
これらの揚炭機は稼働後20年程度経過すると，特に使用環境の厳しいBE部分において老朽化が進み，更新が必要な時期を迎える。一般的にはこのような設備が老朽化した際には，設備全体の更新が検討される。ところが，揚炭機の本体部分はさらなる長期の使用が可能であり，BE部分のみ更新することで更新費用を大幅に削減できる。
また，更新の際には，油圧駆動機器に対する電動駆動化を同時に実施することで保守性，稼働率，省エネルギ
ー性および環境対応性なども向上させ，機能アップした
うえでの更新が可能となり，費用削減と機能改善の双方が実現できる。

A bucket-elevator (BE) type of continuous coalunloader that SHI delivered for Shikoku Electric Power
Co., Inc. Saijo Thermal Power Station in 1983 was thefirst coal unloader installed in a coal-fired power plantin Japan. The machine was relatively new model, but
most of the coal unloaders have adopted the model
ever since. The BE should be renewed after about
20 year operation in its severe environment, becausethat portion of the machine is to be superannuated bythen. Generally speaking, when this kind of equipment
is superannuated, the examination of renewal of
the entire machine has to be made. However, sincea main part of the uploader can be endurable forfurther extended period of time, it would be possible
to significantly reduce the renewal cost by only
upgrading the BE part. Furthermore, at the time of
the renewal, functionalities, including maintainability,
utilization rate, energy efficiency and environmental
responsiveness, can be enhanced by replacing its
hydraulic drive with electric one. Thus, both cost
reduction and performance improvement can berealized at the same time. This paper describes how
the renewal of the BE part and the drive-upgrade toelectric one can be done.

本報では，このBE部分の更新および電動駆動化の概要を紹介する。

１

まえがき

石炭火力発電所における燃料炭の陸揚げ用として，BE型

9

く環境対応性が良いことなどで，四国電力株式会社西条発電
所に発電所用初号機が導入されて以来，揚炭機の主流となっている。

連続式揚炭機
（アンローダ）が多数稼働している。本型式の揚

これらの揚炭機は稼働後20年程度経過すると，特に使用環

炭機は，従来のグラブバケット式揚炭機に比べ荷役効率が高境の厳しいBE部分において老朽化が進み，更新が必要な時＊住友重機械搬送システム株式会社

住友重機械技報 No.182 2013

論文・報告連続式揚炭機のBE部分更新および電動駆動化

設備廃却までの期間を考慮した整備・更新
設備の老朽化

整備・補修
機器の取替え（納入から約15年後）
定常の点検整備と予防保全

高効率安定操業

設備診断による
老朽化度合いの把握 , 評価〔合同評価会〕
長期保全計画の検討 , 企画 , 立案

〔設備診断のポイント〕
・総合点検（BEポスト部板厚測定ほか）
・主要構造物の疲労余命評価（応力測定）
・設備履歴評価（顧客要望事項などを含む）
約20年

図２

石炭掻取り部
Toe of bucket elevators

図３

老朽化部分の更新（BE部分取替え）

設備廃却

機能改善
（電動駆動化ほか）

高効率安定操業の維持・継続
約30年

揚炭機の部分更新フロー（例）
Flow of partial renewal for continuous coal unloader

本報で紹介するBE型連続式揚炭機は，２条のループ状のチェーンに取り付けた多数のバケットを連続的に回すことで石炭の掻取りと持揚げを同時に行うものである。燃料炭の供給ができなくなると発電停止に至ることから，発電主機に次更新済み：２台

いで重要な設備に位置付けられる。
更新済み：１台

更新済み：２台

1983年に西条発電所に導入された設備が日本の発電所に採用された初号機で，比較的新しい型式の揚炭機であったが，以後ほとんどの揚炭機がこの型式となっている。図１に連続更新済み：２台式揚炭機外観を，図２にBE掻取り部を示す。

３
更新済み：４台
更新済み：２台
更新済み：１台

揚炭機の更新計画概要

揚炭機は稼動後20年程度経過すると，特に使用環境の厳しいBE部分において老朽化が進行し，更新が必要な時期を迎える。
設備の老朽化に対しては，補修延命，部分更新および全体

図４

連続式揚炭機の部分更新実績
Results of partial renewal for continuous coal unloader

更新の選択肢があるが，揚炭機の老朽化に対する対応として
は下記①～③の理由で部分更新が最も合理的と考えられる。
①

期を迎える。

更新費用を大幅に削減でき，揚炭機の本体部分を取り替

一般的にはこのような設備が老朽化した際には，設備全体の更新が検討される。ところが，揚炭機の本体部分はさらなる長期の使用が可能であり，BE部分のみ更新することで更新費用を大幅に削減できる。
また，更新の際には油圧駆動機器に対する電動駆動化を同時に実施することで保守性，稼働率，省エネルギー性および環境対応性なども向上させ，機能アップしたうえで更新が可能となり，費用削減と機能改善の双方が実現できる。
本方式での住友重機械搬送システム株式会社（旧 住友重機

揚炭機の老朽化部分はBE部分に限定される。このことから長期間の使用が可能な本体部分を流用することで ，えることなく発電プラントの寿命まで使用可能となる。
②

補修の場合でも相応の費用と期間を要し，補修期間中は揚炭ができない。さらに補修だけではその後の長期使用は困難で，結局は追加の更新が必要となる。
③

老朽化が進行しているBE部分を更新すれば，揚炭機の心臓部であるBE部分に最新技術を導入し，機能改善による性能向上も同時に実現できる。また，油圧装置の電動化により保守性の向上も可能となる。

械エンジニアリングサービス株式会社）の更新実績は，前述

図３の揚炭機の部分更新フローに示したように，まず，稼の西条発電所納入設備をはじめ14台を数え，今後も複数台の「主
働後15年程度で設備診断を実施する。診断のポイントは，更新工事が予定されている。

要構造物の点検や応力測定と，それにもとづく余寿命評価」

本報では，このＢＥ部分の更新および電動駆動化の概要を
紹介する。

２

連続式揚炭機の概要と「過去の不具合履歴や，運用現場（顧客）の改善要望などの設備履歴評価」である。その後，合同評価会において設備診断結果を顧客と合同で評価し，今後の長期保全計画ならびに更新範囲や更新時期について方針を策定する。

石炭火力発電所では，発電量1 000 kW当たり年間約2 000 t

細かい点では納入設備ごとに多少異なるが，設備診断を実

強の石炭を燃料として消費する。たとえば100万kWhの発電施した揚炭機は，いずれも次のような評価結果が得られてお所であれば，年間約200万t強の石炭を消費している。この膨り，それにもとづいて更新工事を計画した。

大な量の燃料炭を石炭運搬船から発電所に陸揚げする設備が揚炭機である。

① BE部分
腐食・摩耗によるBEポストの板厚減肉と，構成部材
住友重機械技報 No.182 201310

論文・報告連続式揚炭機のBE部分更新および電動駆動化

１ヶ月

２ヶ月

３ヶ月

除却工事
クレーン船作業
据付け工事
無負荷試運転１. 回転系駆動源電動化
２. 油圧ユニット分割配置
３. BE 旋回ターンテーブル化
４. BE ポスト円筒化
５. 伸縮機構シンプル化
６. 先端重量軽減

官庁検査
負荷試運転

図７

揚炭機の部分更新と電動化の工事工程表
Flowchart for conversion works of electric drive

前述の通り，BE部分は使用環境が厳しく老朽化の進行が早いことからライフサイクル中間地点での更新が必要となる。また，連続式揚炭
図５機は比較的新しい機種であり，特に心臓部であBE部分機能改善更新内容
Details of partial renewal for bucket elevators mechanism

るBE部分は納入当初に比べ技術革新が進んでいる。

起伏用油圧ユニット

これらを勘案し，BE部分の更新は最新技術

インバータ盤
インバータ用変圧器の導入による機能改善を考慮して実施し，長期的に高効率で安定操業が可能な設備に復活させている。

バケットエレベータ部更新
・ BE駆動電動化
・ BE旋回電動化
・ スイング伸縮油圧ユニット新設

BE部分の更新における主たる機能改善項目
既設油圧室撤去
スイング・伸縮用
油圧ユニット

ＢＥ駆動電動化は次の通りである。
①

インバータ盤新設
インバータ用変圧器新設
起伏用油圧ユニット新設
ブーム旋回電動化

BE駆動，BE旋回の回転駆動系を油圧駆動からインバータ制御の電動駆動に変更し，保守性，稼働率，省エネルギー性および環
境対応性などを向上させる。

ＢＥ旋回電動化

ブーム旋回電動化

なお，本体側のブーム旋回も電動駆動化

既設油圧機器
油圧配管撤去（起伏シリンダ流用）

し，回転駆動系のオール電化を実現している。
②

油圧駆動として残るシリンダ駆動系のス
イング・伸縮用油圧ユニットは，揚炭機の図６電動駆動化に伴う工事内容
Conversion works of electric drive

本体側の起伏用油圧ユニットとは分割してBE部分に配置することにより，保守性の向上と油圧配管の最少化を図る。

の金属疲労が進行しており更新が必要である。また，BE③

部分は技術革新が進んでいることから，最新技術を導入
し機能改善したBEへ更新するのが望ましい。
② 本体構造物と機器を図る。
④

応力測定の結果，本体構造物は十分な疲労寿命を有し長期耐用が可能である。また，構成機器はコンベヤなどの汎用設備であり，機能改善の必要がなくそのまま流用可能である。
③ 油圧装置設備履歴調査の結果，油圧機器の保守や故障対応に費ことにより，内面への石炭の付着を低減させ，石炭運搬船のハッチ壁への寄付きを向上させる。
⑤

伸縮機構などに対しシンプルな最新モデルを適用し，保守性の向上と軽量・コンパクト化を図る。
⑥

設備履歴および顧客ニーズを反映した機能改善を取り入れる。
なお，BE部分を軽量化することで本体構造物の疲労寿命

びに揚炭機稼働率向上の実現には電動駆動化が望ましい。

に与える影響を軽減し，設備全体としてもより安全となるよ

実績は現在14台を数え（図４），今後も複数台の更新工事が予定されている。

揚炭機の部分更新および電動駆動化にかかわる技術概要

4.1 BE部分の機能改善更新
11

BEポストは，矩形タイプから円筒タイプに変更する

用と労力を費やしており，ランニングコストの低減ならこのようにして作成された更新計画にもとづく部分更新の

４

BE旋回機構は，車輪支持方式から旋回軸受（ターンテ
ーブルベアリング）支持方式とし，軽量・コンパクト化

う配慮する。図５に，BE部分機能改善更新内容を示す。
4.2 油圧駆動の電動駆動化
更新対象の各揚炭機は，1980年中頃から1990年前半に納入された設備である。当時は揚炭機に適用できるレベルのインバータ技術が確立されておらず，直流電動機か油圧駆動かの選択において，油圧駆動を採用していた。
住友重機械技報 No.182 2013

論文・報告連続式揚炭機のBE部分更新および電動駆動化

撤去部分 ： 除却工事
ＢＥ上部撤去（クレーン船）架台設置
ＢＥ中間解体
架台

ＢＥ上部（既設品）

ＢＥ下部解体新設部分 ： 据付け工事
ＢＥ上部据付け（クレーン船）

架台撤去

ＢＥ上部
（新設品）

図８

ＢＥ中間据付けＢＥ下部据付け揚炭機BE部分更新工事手順
Steps of partial renewal for bucket elevators mechanism

しかしながら，納入先の運用現場各所から「油圧の保守が図れ，振動および騒音が低減される。また，海上への油大変」との声が多く聞かれた。住友重機械搬送システムは，大容量インバータ技術の進歩を鑑み1980年代後半からインバータ制御による回転駆動源オール電動化の開発に着手し，汚染の問題が解消される。

５

更新工事の概要

1994年に世界に先駆け回転系駆動源のすべてを電動駆動化し

図６に，電動駆動化に伴う工事内容を示す。BE部分更新

た連続式揚炭機を開発し納入した。それ以降は，すべて電動

および電動駆動化の現地工事ならびに試運転は，図７の揚炭駆動方式で納入している。

機部分更新電動化工事工程表と，図８の揚炭機BE部分更新

更新対象機においても，顧客ニーズに応え回転系駆動源の
オール電化で対応している。

工事手順に示す工期と手順で実施される。
揚炭機はバランス機械であることから解体の前に後方のバ電動駆動化によるメリットは次の通りである。

ラストタンク部を架台で受ける。その後，BEの下部，中間① 保守性の向上

部，上部の順に解体を進める。上部の解体は600 t級の海上ク油圧装置は複雑で，取扱いに専門の知識が必要である
うえに油圧ポンプおよび油圧モータなどの定期的なオーバーホールや，油圧作動油および油圧ホースなどの定期的な交換が必要である。
さらに保守時や故障対応時には作動油の養生が必要となるが電動駆動の場合，堅牢なかご型モータにより保守は軽微で，損耗品も少ない。電動駆動化によりこのような問題が解消し，保守性が向上する。
② 信頼性と稼働率の向上
油圧装置は摺動部品が多く，電動に比べ経年稼働によレーンで一括解体する。新設部分の据付けは解体工事と逆の手順で行う。
既設部分の除却を含め，約2.5ヶ月の工事ならびに試運転
期間（揚炭作業停止期間）
で更新が完了する。

６

むすび（1）揚炭機は独立した荷役設備ではあるが，老朽化対応においては，当該設備だけでなく発電設備と合わせたライ
フサイクルを勘案し，最適な更新形態を構築することが重要なプロセスであると考える。

る故障が起きやすいうえに，故障部位や原因の特定が難（2）本報で紹介した連続式揚炭機の更新事例が，ほかの類

しく不具合復旧に時間を要することから，全体の稼働率

似設備の更新計画において参考になれば幸いである。

が低下する。また，機器損傷時は，２次故障を防止すべ

製品開発から営業，設計，製造および据付け試運転まく油圧配管の回路フラッシングが不可欠であるが，フラでの総合エンジニアリングだけでなく，アフターサービ

ッシングを実施しても異物が回収しきれず不具合が再発

スまで一貫して対応している総合マテリアルハンドリン

する場合がある。電動駆動化により，このような油圧機

グメーカーとして，今後とも荷役設備のライフサイクル器の故障が解消され，信頼性と稼働率が向上する。

サポートにより顧客価値の創造にまい進する所存である。

③ 省エネルギー
石炭１ t の陸揚げに必要な電力量は，油圧の場合約 0.45
kWhであるが，電動化により約0.35 kWhに低減するなど伝達効率の高い電動駆動の方が消費電力量を低減できる。
④ 環境対応性
電動駆動化により揚炭機全体音で約5 dB（A）の低減が
住友重機械技報 No.182 201312

搬送物流設備特集

論文・報告

物流・駐車場設備のリモートメンテナンス

物流・駐車場設備のリモートメンテナンス
Remote Observation of Logistics & Parking Systems
●小

島

宏

Hiroshi KOJIMA

志＊

中

藤

雄

策＊

Yusaku NAKATOH

岡伸

Shinichi OKA

一＊

セキュリティエリア設置
サポートセンター

接続環境①

SSL -VPN 接続

アクティブ

ファイアウォール

セキュリティエリアは一般執務エリアと隔離
入室時には ID 認証が必要

接続認証

ファイアウォール

SSL -VPN
ゲートウェイDMZ

インターネット
SSL-VPN
ゲートウェイ

接続認証

DMZ

サーバ
コントローラTrust
接続環境②

SSL -VPN 接続

バッシブ

ファイアウォール
モデム

サーバ

公衆回線網

ルータ
Trust

コントローラ
接続認証

サポート用 PC は操作履歴を記録
コンピュータウィルス対策済み

図１

住友重機械搬送システム株式会社（旧 住友重機械工業
は，物流システム分野において，工場内物流設備と情報システムのトータルエンジニアリングで最適なソリュー
ションを市場に提供しており，さまざまな顧客より高い評価を得ている。
特にフィルムロール搬送分野では，ジャイロナビゲー
ション方式の無人搬送システムなどの特化された商品群を市場に提供しており，顧客の生産性向上に寄与している。
また機械式駐車場分野では，高いレイアウト性と高収容率を実現するパズル式のスミパークが特に都市型オフ
ィスおよび高層マンション向けにシェアを伸ばしている。
これらの商品については，納入後のシステム改善や故障時の早急な復旧対応などのアフターサービスが非常に重要であることから，リモート接続によるメンテナンス
は今後も必須の機能であると言える。

まえがき

住友重機械搬送システム株式会社は，自動倉庫システムおよび無人搬送システムを代表とする物流製品を国内外市場に

13

公衆回線
（電話, ISDN）

モデム

サーバ

ルータ

コントローラセキュリティを確保したリモート接続
Remote connection for secured security

株式会社ロジスティクス＆パーキングシステム事業部）

１

接続環境③

In the logistics industry, Sumitomo Heavy Industries
Material Handling Systems Co., Ltd. (the former
Sumitomo Heavy Industries, Ltd. Logistics & Parking
System Division) has provided optimal total-engineeringsolutions to indoor logistics equipment and information
systems in the market, and as a result, has gained
a fine reputation from various clients. Especially,
with regard to the filmroll handling, SHI-MH provides
differentiated AGB (automated guided vehicles) withgyro-navigation system differentiated from ones of othercompanies. These products contribute to improvementof clients’productivity. In the area of the mechanicalparking facility, SHI-MH provides a puzzle-type parking
station called SUMIPARK, which realizes highly flexible
layout and space efficiency, and is expanding market
share in this area by especially building SUMIPARKs
for high-rise office buildings and condominiums locatedin urban areas. Since after-sales services such assystem improvement and speedy repair at the time of
mechanical failures are absolutely important for theseproducts, the remote monitoring and maintenancesystem would continue to be an essential functions forthem.

国内全域の大都市にも販売展開している。このような自動化設備においては，機械の故障や誤操作による設備の停止時間を極力短くすることが非常に重要であるが，その解決手段の一つとしてリモートメンテナンスサービスがある。

投入し，数々の顧客から高い評価を得てきた。また地下機械

住友重機械搬送システムは，業界内でもいち早くこのサー

式駐車場は，その収納効率の高さから東京都心部のみならず

ビスを開発し1980年代から実用化しており，その便宜性につ＊住友重機械搬送システム株式会社

住友重機械技報 No.182 2013

論文・報告表１
カスタマフロント

物流・駐車場設備のリモートメンテナンス

情報セキュリティの運用基準
Operation standard of information security
項目

基準・メンテナンス業務は社内で許可された者のみ
サポートセンター内の・指紋認証による入退室管理と施錠
セキュリティ
・社内 LAN とはファイアウォールで分離

EtherNet

機械式駐車設備

操作ログの保管・サポート用 PC の操作ログを蓄積保管
・オペーレーション状況の確認

ウィルス対策・サポート用 PC にはウィルス対策ソフトを導入
・定期的なパターンファイルの更新および WindowsUpdateの実行サポート用回線の安全措置

・ダイアルアップネットワークは社内の限定されたアクセス
ルートのみ
・発信者番号通知
・ID およびパスワード認証

リモートモニタリング PC
通信ケーブル

EtherNet

光 NET
機械式駐車設備
各機器
制御装置

・リモートメンテナンス作業はセキュリティ管理者の許可が必須
リモートメンテナンス
・作業終了後はお客様に連絡（必要に応じて作業報告書作成）
管理体制 , 運用
・セキュリティ管理者が作業内容と監査記録（オペレーション
ログ, 入退室記録）を照合

当社外からのアクセス

図２

カスタマフロントと機械式駐車場のリモート接続
Remote connection from parking system to customer front service

いては高い評価を得てきた。さらに近年では，通信機器の進歩や通信インフラの技術革新によって，より高度なサービスも行えるようになってきた。
本報では，リモートメンテナンスの近年における技術を紹介するとともに，将来の技術展開について考察する。

２

FAシステムのリモート接続におけるセキュリティ強化

住友重機械搬送システムの物流システム事業は，一般的 な・基本的に禁止。設計担当者が社外で , かつセキュリティ
管理者が緊急性があると判断した場合の特例
・リモートメンテナンス網に一度ログインした後 , お客様へアクセスすることで安全性を確保

2.2 リモート接続方法
リモートメンテナンスサービスの提供当初は，電話回線網によるダイアルアップ接続に限定されていた。しかしながら，近年のインターネットの普及に伴い公衆回線網が発達し，通信品質の向上，高速化，広域化，インフラコストの低減およびセキュリティ技術の確立が進み，図１に示すように顧客の設置環境に応じたさまざまな接続方法を選択できるようになった。

在庫管理を主とした倉庫管理から，工場内生産物流を担う

図１における接続環境①と②は，インターネット回線を利FA（Factory Automation）システム，MES（Manufacturing

用したリモート接続方式であり，いずれもセキュアな通信

Execution System）および通販などの流通設備向けのWMS

方式としてSSL-VPN（Secure Socket Layer Virtual Private（Warehouse Management System）まで多岐にわたる分野を

Network）を構築した一般的な手法を使用している。本接続に手がけている。

おいては，接続認証によってVPNが構築され，トネリング・

しかしながら，顧客の在庫情報・入出荷情報は機密情報で暗号化により，外部からの不正侵入や通信漏洩を防いでいる。

あり，外部からのリモート接続においては，その機密漏洩をまた，サポートセンターシステムと顧客システムはファイア

心配する顧客も多い。また，リモート接続からのウィルス侵

ウォールによって分離されており，直結しない構成となって入に対しても，十分な対策をしておく必要がある。

いる。

このようなニーズに対して，次のセキュリティ対策を講じ

接続環境③は，公衆電話回線とモデム・ルータを用いた接ることにより，安全でかつ機密性の高いリモート接続を実施

続方法であり，従来から最も多く使用された方式である。本している。

方式は通信速度や通信費用などに難があり，利便性という点

2.1 セキュリティエリアの設置では劣るものの，P２P（Peer To Peer）の接続であることか

リモート接続に使用するPC端末は，住友重機械搬送シス

ら発着信制限が容易であり，外部とのセキュリティ保護といテム事務所内の専用のセキュリティエリアに配置され，一般

う点では優れており，いまだこの方式を指定する顧客も多い 。

執務エリアとは隔離された環境に置かれている。サポートセ

2.3 リモート接続における運用規準

ンター入室時には，生体認証によるID確認にてメンテナンス
業務を許可された者しか入室できない。
また，これらの端末は社内イントラネットとは切り離されたネットワーク下に置かれており，社内の機密とも隔離されている。

リモート接続においては，独自の運用規準を定めて運用しており，内部監査による運用の管理と，顧客に対し必要に応じて規準の開示を行っている（表１）。
まず，サポートセンターにおいては前述の入室認証に加え，入退室の記録とリモート接続の記録を残すようにしている。
住友重機械技報 No.182 201314

論文・報告物流・駐車場設備のリモートメンテナンス

防災センター

①警報

駐車場制御
管理 PC

各機器制御装置②⑤確認内容と対応処置指示⑥状況調査と
復旧処置
④出動

リモート
モニタリング PC

自動発報装置①′自動通報①′自動通報（場所・エラー No.） （場所・エラー No.）③

カスタマフロント④出動報告
メンテナンス拠点

図３

電話

故障発生時の情報の流れ
Failure information flow of parking system

また，PC端末では操作ログをすべて蓄積保管しており，上

3.2 システムの特長

記記録と照合することにより，不正使用を防止している。接リモートモニタリングPCは，光NETで接続された各機器

続作業においては，社内のセキュリティ管理者と顧客から許制御装置間の通信データを記憶するとともに，各機器のセン可を得て作業を開始し，終了時にはおのおのへの完了報告を

サ情報の読み出しやプログラムをモニタすることができる。

義務付けている。

ホストPCでは，リモート接続によりリモートモニタリング

さらに，ウィルス対策としては個々のPC端末にウィルス対策ソフトを導入しており，最新のパターンファイルの更新とOSのアップデートを定期的に実施している。

PCに記憶された現場状況などの情報をビジュアル化し，画面で確認することが可能である。
この機能により，設備停止時にカスタマフロントでの停止

このようなセキュリティ対策と運用により，住友重機械搬

原因の確認および設備停止状況の把握が可能となった。それ

送システムのリモートメンテナンス作業は確立されており，によって，現場に向かったメンテナンス員に対し，確認項目

納入した設備の安定操業と保守作業に大きく貢献している。

および復旧手順を指示することができ，設備復旧までの時間

３

自動発報システムによる遠隔監視

24時間無人稼動のFAシステムや，機械式駐車場システム

短縮を実現した。
また，記憶された各機器制御装置間の通信データにより，設備故障時の原因解明が容易になり，すみやかに改善策をとにおいては，リモートサポートによる故障発生時の自動発報ることができる。

装置を顧客の要望によって装備しており，住友重機械搬送シ

3.3 機械式駐車場における自動発報時の体制フロー

ステムへの自動通報によって故障発生時の迅速な復旧を可能としている。次に，機械式駐車場を例にとって説明する。
3.1 システムの構成
自動発報システムは，図２に示すようにカスタマフロント

図３は，故障発生時の情報の流れと人の動作を表している。
①～⑥に体制フロー内容を示す。
①

故障発生とともに自動発報装置により次の３箇所に故障通報を発報。

のホストPCと，機械式駐車設備のリモートモニタリングPC

・機械式駐車場を管理運営している防災センター

を起点とした機械式駐車場設備の各機器制御装置とのデータ

・住友重機械搬送システム カスタマフロント（新橋事業

通信網により構成されている。
機械式駐車設備の各機器制御装置によって検出された故障
は，駐車場を管理運営している防災センターに通報される。

所内）・当該メンテナンス拠点②

メンテナンス拠点より防災センターに状況確認の電話

一方では，故障通報装置を介して電話回線により，カスタマ
フロントとメンテナンスサービス拠点に「現場番号」と「故障重要度」が自動的に通報される。
15

ホスト PC

連絡。
③

カスタマフロントでの遠隔監視システムによる故障内容の確認。
住友重機械技報 No.182 2013

論文・報告物流・駐車場設備のリモートメンテナンス

客先現場

インターネット事務所

無線 LAN

HDD

メイン
コントーラ
HDD

ミラーリング

移載
コントーラ

走行
コントーラ

上位 PC（RSC）
AGV/RDRV

図４

AGV詳細ログ収集システム
Detail logging system of AGV④ メンテナンス拠点からの出動が必要な故障の場合はカスタマフロントに報告後，現地に出動。

いように，指定された日数を超過した古いフォルダを自動で削除する仕様としている。

⑤ メンテナンス拠点からの出動者は，カスタマフロント

詳細履歴を収集する場合，従来はサービスマンがその都度に現地到着を報告，その際に遠隔監視システムにて確認

直接現地に出向いたが，リモート接続によって稼動履歴の収した内容にもとづき，カスタマフロントは出動者に確認集が可能となり，故障診断時間を大幅に短縮することができ

内容および対応処置を指示。

るようになった。

⑥ 現地出動者は，カスタマフロントの指示に従い現地状
況を調査し，処置内容を確認のうえ故障復旧作業を実施 。

５

今後の技術展開

このように自動発報システムの装備とサービス体制を充実

近年のスマートフォンに代表されるモバイル機器の普及にさせており，機械式駐車場のような一般の利用者が操作するより，通信インフラの速度アップと端末および周辺機器の進設備において有効に活用されている。

歩が著しい。そのような中でウェブカメラの映像による正確４

無線 LANによる移動体からの稼動履歴収集

住友重機械搬送システムは，さまざまな業界のFAシステ
ムにおいて，無人搬送台車（Automated Guided Vehicle AGV）
を納入しており，顧客から高い評価を得ている。

な状況把握や，クラウド環境を利用したタブレットＰＣの活用により，顧客・サービス員・カスタマフロントの情報共有が可能となった。これらはトラブル復旧のさらなるスピード
アップに貢献すると考える。
また故障時の対応だけでなく，予防保全という観点からも

AGVは生産ラインと直結したシステムであることが多く，

リモートメンテナンスを有効活用することを計画している。

顧客からは故障時復旧時間短縮への強い要求があり，緊急時

具体例としては，設備の稼働回数履歴から部品交換の推奨時における装置の早急な状態把握と稼動履歴収集は必要不可欠期の提案をしたり，蓄積したエラー履歴から各設備や装置にの機能であった。しかしながら，AGVは移動体であることかおける異常の頻度および傾向を分析し，最適な改善案を提案

ら，その履歴収集は従来手動操作で行われていたが，近年のするなどがあげられる。

無線LAN技術の向上に伴い，リモート接続によって自動化を可能とした。
4.1 新方式の稼動履歴収集機能
AGV本体のコントローラは，通常稼動時においてその詳細

６むすび

顧客サービスのレベルアップにおいては，リモートサービ
スおよびリモートメンテナンスは必須の技術である。

動作履歴とデバッグ情報およびアラーム情報を管理している。

今後もリモート機能の拡充により，顧客の業務効率向上や今回，この本体コントローラに無線LANデバイスを接続し，故障復旧時間の短縮など顧客満足度のさらなる向上に取り組

無線LAN経由で地上側PCからアクセスできるようにした。

む所存である。

また，アラームをトリガとして自動的に日付＋時間名のフォルダを作成し，アラーム情報を記録する機能を追加した（図※「スミパーク」は, 住友重機械工業株式会社の登録商標です。

４）。このアラーム情報は，データ量がオーバーフローしな
住友重機械技報 No.182 201316

搬送物流設備特集

技術解説

ハイブリッド・自動運転機能付き浚渫機への改造

ハイブリッド・自動運転機能付き浚渫機への改造
Automated Grab Dredger with Hybrid Power System
●高

橋

清

文＊

Kiyofumi TAKAHASHI

ままの状態にして当初機能を保持しつつ，浚渫用各機器を追加配置とした（図１）。
追加の浚渫用各駆動機器は，高効率・高精度な自動運転制
御を実現すべく，電動インバータ制御を採用している。
3.1

支持・開閉装置

支持装置，開閉装置ともにフランジマウント式縦型電動機を用い両装置が上下に対称となるように配置することにより後部旋回半径の増加を極力抑制した。さらに，カウンターバ
ラストとしての機能を併せ持たせることにより，機体自重の増加とそれに伴う船体側の負担増を抑制している。
3.2 支持・開閉用バックタワー
支持・開閉ドラムの据付位置および大径ロープの単層ドラ
ムへの巻取り幅の制約から，既設バックタワー上方に新たにフロートシーブを用いた支持・開閉装置用バックタワーを延長設置した。
3.3 旋回装置
旋回フレーム下方に設けられた旋回ギアと，２組の旋回ピ

浚渫機
Grab bucket dredger

ニオンからなる油圧モータ駆動装置を縦型電動モータ駆動に置き換えることにより，電気制御による自動運転対応への改１造を行った。

はじめに

3.4 エンジン発電機および電気品室

近年，温室効果ガス排出削減や燃料消費量削減を目的としハイブリッドシステムの採用により，浚渫用の必要エンジたハイブリッドシステム，人工衛星を利用して現在位置を正ン発電機容量が従来比1/2に低減された。これにより，浚渫

確に割り出す全地球測位システム（GPS）
ならびに作業の効率

機両翼の上方にハイブリッドシステムを含めた電気品室，下化およびオペレータの負担低減を目的とした自動運転システ

方にエンジン発電機を配した左右対称の立体配置が可能とな

ムの進歩には著しい成果が見られる。

った。

住友重機械搬送システム株式会社（旧 住友重機械エンジニ
アリングサービス株式会社）は，寄神建設株式会社所有の起ハイブリッドシステム

重機船 11神星にこれらの技術を総合的に活用したグラブ浚

図２に示すように，ハイブリッドバッテリへの補充バラン

渫機能を付加すべく改造工事を行ったので，その改造内容にスの関係から，支持ならびに旋回駆動装置を主体にハイブリついて解説する。

ッドシステムを適用した。

２

浚渫機の概要と主要仕様

浚渫機は，海底の土砂や岩石をさらい，航路を広げ水深を増やしたり，埋め立て用の土砂を採取するなどの目的で使用

グラブバケツを開いての巻下げ運転時には，支持モータ側
よりハイブリッドバッテリを充電し，巻上げ運転時にはエン
ジン発電機およびハイブリッドバッテリの双方より電動機を駆動している。

される。膨大な量の土砂などが荷役対象であり，作業場所が掴みならびに巻上げ開始時における電動機の加速動力をバ航路と重なるなど時間的制約を受けることから，高速で正確

ッテリ側電流にて賄うことにより，エンジン側電流の急激なな動作を安定的に供給する必要があり，高い信頼性が要求さ増加を回避し，エンジン発電機容量の小型化を図っている。

れる。

同様に旋回装置においても，加速時にハイブリッドバッテ

本機の浚渫作業時における主要仕様を次に示す。

３

リおよびエンジン発電機双方より旋回電動機を駆動するとと・バケツ直巻き荷重 110 t

もに，減速時には旋回モータ側よりハイブリッドバッテリを・巻上げ開閉速度

55～80 m/min

充電している。

・旋回速度

1.2 r/min

機器の構成と配置

既設起重機への改造であることから，既設機器は極力その
17

４＊住友重機械搬送システム株式会社

５

自動運転機能5.1 掘削位置制御
本機は，旋回方向に多分割された位置で順次自動旋回・停住友重機械技報 No.182 2013

技術解説

ハイブリッド・自動運転機能付き浚渫機への改造

掴み巻上げ（駆動）
EG

インバータ

IM 開閉モータ

エンジン発電機制御ユニット

R 抵抗器

インバータ

IM 支持モータ

インバータ

IM 旋回モータ

制御ユニットR 抵抗器

バックタワー

ハイブリッドコンバータ

開閉装置

ハイブリッドコンバータ

開き巻下げ（制動）ハイブリッドシステム

EG

インバータ

エンジン発電機制御ユニット

支持装置

ハイブリッドコンバータ

図１

ハイブリッドバッテリ
（放電）

機器構成
Equipment configuration

４

図２

IM 開閉モータ
R 抵抗器
（放熱）

インバータ

IM 支持モータ

インバータ

IM 旋回モータ

制御ユニットR 抵抗器

ハイブリッドコンバータ

ハイブリッドバッテリ（充電）

ハイブリッド巻上げ・巻下げ運転
Hybrid system

５
６

３

５
６
４

迂回運転

２

３
２

１

図３

１

掘削位置制御Grab positioning system

止を繰り返し，扇状に掘削している。このとき海水面上に設けられた汚濁防止枠とグラブバケツの干渉を回避すべく，旋回動作に迂回運転を組み込んでいる（図３）。
5.2 定深度掘削

６

おわりに

11神星は、従来の起重機作業および杭打ち作業能力に加え，ハイブリッド機能とGPS信号を用いた自動運転機能を有した設定深度とGPS信号に基づき，船体側より入力される潮位 ，バケツ浚渫作業能力を併せ持つ多目的作業船へと改造された。

船体のトリム角度，ヒール角度および喫水の各値から必要な（1）浚渫作業は荷役対象が膨大な量の土砂などであること

揚程を計算して，掘削が計画深度となるようにバケツを自動から，高速・大容量で長期間の連続運転が行われる。ハ

制御している。

イブリッドシステムの採用は，エンジン発電機の小型化

またこのとき，海水面への入水・水切り，海底面への到達・
離床各時の衝撃と周辺海水汚濁を低減すべく，各動作の前後は徐行運転となるように速度と距離を自動制御している。
5.3 水平掘削
開度によりグラブバケツの刃先が上下移動する量に応じて支持ウィンチを巻き上げあるいは巻き下げ，グラブバケツ刃
先を水平に移動させて水平掘削となるように，自動制御によと燃料消費量削減が可能となり，CO2排出削減に対し効
果的である。
（2）浚渫機において，GPS信号を用いた自動運転システ
ムの採用は，作業精度の向上とそれに伴う効率化や，周辺環境の汚濁防止などの自然環境保護ならびにオペレー
タの負担低減において効果的である。
（3）浚渫作業は気象海象の影響を受けやすく，適正化される無駄のない掘削を行っている。

た自動運転システムによる確実かつ安定した操業は安全

5.4 荷振れの防止

性確保の観点からも有効である。

土運船上への旋回運転時には，旋回動作による振れが発生

今後もハイブリッドバッテリにおける充放電比率，自動運しにくい加減速パターンを採用して最適制御を行っている。

転システムにおける負荷対応の運動加減速，速度設定およびさらに，不測の残留振れにより土運船の外へ土砂がこぼれる

運動ルートの適正化を進めることにより，一層の浚渫力強化のを回避すべく，オペレータが目視にて位置と振れを確認し，が期待できる。

開き許可を出した後，開き動作に入る半自動運転としている。
住友重機械技報 No.182 201318

搬送物流設備特集

技術解説

銅電解用天井クレーン

銅電解用天井クレーン
Overhead Crane for Copper Electrolysis Facility
●元

田

貴

之＊

Takayuki MOTODA

アノードとカソードを単独または同時吊り
アノード鋳造搬入コンベア

電解槽

カソード＋電気銅
電解クレーンで搬出

電気銅剥取り機

アノードスクラップ

電気銅（製品）
搬入コンベア

図１

１電解クレーン搬送作業
Transportation task of overhead crane

はじめに粗銅から純度の高い純銅にする電解精錬プロセスは，これまでは種板を使用した従来法（コンベンショナル方式）
がほとんどであったが，近年はより生産性が高く，品質も向上する
パーマネントカソードを使用したアイザー法を採用する電解工場が増加している。
本報では，住友重機械搬送システム株式会社（旧 住友重機

決め精度が重要となる。このことから，位置決め用のガイドを備えた特殊な吊りビームを採用している。

３

銅電解用天井クレーンの特徴

図２に，中国の新設電解工場に２台納入された電解クレー
ンの外観を示す。
3.1

基本性能械エンジニアリングサービス株式会社）が新しい電解方法を

本クレーンは定格荷重26.4 t，スパン31.5 mの仕様で，納用いている中国の複数の新設銅電解工場に納入した銅電解用入先である中国において天井クレーンのGB規格（中国標準規天井クレーン（電解クレーン）について解説する。

格）に適合したものである。

２

電解プロセスにおける搬送作業

電解クレーンは，電解工場内で数百の電解槽への搬入・搬出作業を工場の生産計画に従って行う。生産性の向上には，

アイザー法は，硫酸銅溶液を満たした電解槽内で粗銅のア

電解クレーンの搬送サイクルの高速化が要求される。本クレノードからステンレス板のカソードに直流電流を流すことで，ーンでは一般天井クレーンよりも早い３ m/sの走行速度の採

アノード中の銅分を溶解してカソードの表面に純銅（電気銅）

用と，吊りビームの位置決め精度を確保すべく次の４つの機を付着させる銅電解方法である。この電解精錬は通常10日間能を採用し，搬送サイクルを高速化している。

程度行われ，カソードに付着した電気銅が規定量になった段
階でカソードを電解槽から取り出し，剥取り機により電気銅① トロリ下に設置されたガイドフレームによる吊りビー
ムの横行・走行時の振止め機能を剥離させて製品とする。通常アノードは，数回電解精錬に② サイドローラによる横行・走行時の斜行防止機能使用された後，電解槽からスクラップとして取り出して再利③ 横行・走行位置検出に用いる高性能のシンクロ発信器用される。電解クレーンは主に電解槽とコンベア間で搬入・搬出作業を担う（図１）。
搬送作業では，複数枚のアノードとカソードを単独または同時に吊りビームで吊り上げる。フックの確実な掛外し動作
19を行うには，吊りビームの電解槽およびコンベア上での位置＊住友重機械搬送システム株式会社

およびレーザ距離計④ 吊りビームの位置決め用ガイド
3.2 吊りビーム
図３に，搬送用の特殊な吊りビームの構成図を示す。
住友重機械技報 No.182 2013

技術解説

銅電解用天井クレーン

アノードフック連結ピン
カソードフック
フック掛け方向
アノード把持

カソード

Y
Z

図２

銅電解用天井クレーン
Overhead crane for copper electrolysis facility

図４

ビームガイド
吊りビーム

アノード
X

フック掛け動作
Hanger motionとから各設備の設置精度などにも十分な配慮が必要である。
3.2.3 耐腐食性
電解槽内の硫酸銅溶液から発生する硫酸ミストによる腐食を避けるべく，吊りビームおよびフックには耐腐食性のあるステンレス材を採用している。主要電気品，制御盤および塗料についても硫酸ミストを考慮した仕様としている。

振止め装置

3.2.4 絶縁対策
通常アノードおよびカソードの搬入・搬出作業は，電解槽に非通電の状態で行うが，電解槽の帯電などによる吊りビー
ムへの放電現象により通電状態になることがある。電気機器の保護および感電防止を目的として，吊りビームとクレーン本体との間に十分な絶縁対策を行っている。
3.3 自動運転制御
アノードおよびカソード

本クレーンは，アノードおよびカソードのフック掛け精度

電解層
位置決めコーン

図３

吊ビーム構成図Lifting beam configurationの向上と，運転手の負荷を軽減すべく搬入・搬出コンベアおよび電解槽間の搬送作業を自動運転としている。
ただし，手動運転時にも位置決めなど部分的に自動運転が可能な運転アシスト機能を備えている。また，プロセスコン

3.2.1 吊りビームの構成
吊りビームは，アノードおよびカソードフックを備えた吊りビームと，電解槽およびコンベア着床時の位置決めガイドとなるビームガイドにより構成される。

ピュータを準備することで，将来的には地上操作による全自動運転も可能とするシステム構成としている。
3.4 運転室および操作パネル
運転室は，吊りビームの視認性に優れたガイドフレーム上

電解槽とコンベア上では，先に吊りビームに支持されたビに配置されている。運転室へは，建屋内歩道上からガイドフ

ームガイドが位置決めコーンに案内されて着床する。その後，レーム上に設置された収納可能な昇降梯子により乗り込むこ吊りビームがガイドに案内されて巻き下げられることにより，とができる。

フック掛けの位置が決まる。
3.2.2 フック掛け動作
図４に，アノードおよびカソードのフック掛け動作を示す。
アノードはフックをZ方向に回転させて内側の把持部分に掛け，カソードはフックを吊りビーム長手方向のX方向に水平移動させ，上部の開口部に掛けることで吊り上げる。それぞれのフックの駆動は，吊りビーム中央に設置された電動シリンダで行い，リンク機構によりフックを作動させている。な
お，アノードおよびカソードは単独または同時吊りが可能である。

運転室内と建屋内に設置された地上操作盤には，クレーンおよび地上設備の状態の確認のみならず，各設備の配置や一連の作業の流れを示した画面上で，容易に自動運転の作業設定が可能なタッチパネルを備えている。

４

おわりに

（1）本報で解説した電解クレーンは，納入後順調に稼動中である。
（2）電解プロセスにおいて電解クレーンの性能は生産性に重要な影響を与える。

実際のフック掛け動作には，クレーンの製作精度と位置決

今後も顧客のニーズを満たす製品への取組みおよびアフタ

め性能だけでなく，建屋側走行レール，電解槽，コンベアのーサービスの充実に努め，顧客の期待に応える製品を提供し設置精度，アノードおよびカソードの製作精度も影響するこていきたい。
住友重機械技報 No.182 201320

搬送物流設備特集

技術解説

製鉄所向け自動倉庫システム

製鉄所向け自動倉庫システム
Automated Storage and Retrieval System (ASRS) for Iron Works
●長

部

洋

Yousuke OSABE

図１

１

介＊

システム概観General view of system

はじめに

近年，鉄鋼業界を取り巻く経営環境は，世界および日本経

一般の物流設備に比べ，取扱い物のサイズが大きく，

済の構造変化と，鉄鋼業の構造変化という２つの大きな構造

なおかつ長尺物，巾狭物および低い荷高さなど，特殊な変化に直面し，従来にも増して工場生産能力の向上および作業効率化の要求が高まってきている。保管の効率化を図る自形状への対応が要求される。
（3）堅牢な設備である。

動倉庫システム（Automated Storage and Retrieval System

重量物を搬送する設備であるだけでなく，過酷な使用

ASRS）に対しても単体の自動倉庫ではなく，製造ラインと条件のもと長年にわたる使用に耐え得る耐久性の高い設直結する全自動の自動倉庫システムが導入され，保管および備であることが要求される。

出荷業務の合理化が図られている。

（4）信頼性が高い。

住友重機械搬送システム株式会社（旧 住友重機械工業株式

24時間連続操業の製造ラインを止めてはならないとい会社ロジスティクス＆パーキングシステム事業部）は，これ

う使命のもとで，高レベルの信頼性を有した設備が要求まで製鉄，製紙および印刷業界などの顧客に数多くの重量物される。

搬送システムを納入してきており，システムの信頼性と機能（5）安全性が高い。

において顧客から高い評価を得ている。長年培ってきた重量取扱い物が重量物であり，万が一，不慮の事故が発生

物搬送のノウハウと，最新の制御システム技術および計算機

した場合には重大な災害に通じることから，その安全性

システム技術を融合させ，製鉄所向け自動倉庫システムとしについては高次元のものが要求される。

て市場に提供している。
本報では，製鉄所向け自動倉庫システムを紹介する。

２

鉄鋼分野における物流設備の特徴

鉄鋼分野における物流設備の特徴として次の項目があげら（6）非常時の対応手段が必須である。
設備故障などの非常時においても24時間連続操業の製造ラインを止めることがないように，代替搬送ルートな
どの非常時対応手段を設けることが要求される。
（7）シミュレーションでの検証が必要である。

れる。

「製造ラインを止めない」，「トラックを待たせない」（1）取扱い物（搬送物および保管物）
が重量物である。

などを検証すべく，物流設備の中核となる自動倉庫だけ当然のことながら，取扱い物が鉄であることにより重21

量物を搬送できる設備が要求される。
（2）取扱い物の形状が特殊である。

＊住友重機械搬送システム株式会社

でなく前後の設備を含めた，シミュレーションでの検証
住友重機械技報 No.182 2013

技術解説

図２

コイル用自動倉庫
ASRS for coilが要求される。

３

製鉄所向け自動倉庫システムの特長

図１に，製鉄所向け自動倉庫システムの概観を，システムの特長を次に示す。
3.1

搬送設備

自動倉庫はスタッカクレーンと棚で構成されている。スタ

図３

製鉄所向け自動倉庫システム

長尺用自動倉庫
ASRS for long item

・作業者の軽労化および作業環境の改善
・安全性の向上
・製品の品質確保を実現した。図２にコイル用自動倉庫，図３に長尺用自動倉
庫を示す。

５

おわりに

ッカクレーンは，棒鋼を２束同時に搬送することにより高能

住友重機械搬送システムでは，これまで培ってきた豊富な力を実現した。また，ダブルリーチ式スタッカクレーンを採重量物ハンドリング技術により，顧客の要望に応えられる最用することにより，１棚に４束保管し，高い格納効率を得た 。

適な製鉄所向け自動倉庫システムを提供している。その特長

棚構造はキャンチレバー方式を採用することにより，より多は次の通りである。

くの段数を確保し，高さ方向に対しても高い格納効率を得た 。

（1）製造ライン直結の自動倉庫システムの導入により，入3.2

計算機システム

製造ラインに直結したコンベヤからランダムに流れてくる
棒鋼を，同一ラインごとに２束荷揃えを行う機能を入庫設備にて実現した。
４束保管棚に対して，１束出庫，２束出庫および奥棚自動庫能力の向上，作業者の削減，軽労化，作業環境の改善
および安全性の確保を実現した。
（2）タブルリーチ式スタッカクレーンとキャンチレバー式
格納棚の採用により，従来の平置き保管に比べ高い格納効率を実現した。

配替機能を有する自由度の高い自動倉庫システムであり，ト（3）トラック積載順序を考慮し自動倉庫出庫順序をコント

ラック積載順序を考慮して自動倉庫出庫順序をコントロール

ロールすることにより，出庫能力の向上および出荷業務

し，出荷業務の合理化を実現した。
また，ピッキング出庫時に，どの棒鋼をピッキングするかオペレータへ指示する表示器を設置した。さらに，ピッキンの合理化を実現した。
（4）ピッキング表示器を設置し，さらに，チェック機能を搭載することにより，誤出荷の防止を実現した。

グ作業時にピッキングミスがないかを自動的にチェックする

ますます高度化・高機能化し多様化する顧客のニーズに応機能を搭載することにより，誤出荷の防止を可能にした。

え，今後とも満足して頂ける商品を提供していく所存である。

再入庫品の自動積合わせ機能，補充入庫および集約入庫機能を実現することで自動倉庫の格納効率向上を図った。

４

製鉄所向け自動倉庫システムの導入効果

従来は，その格納物の特殊性から天井クレーンによる平置
き保管および手動入出庫が通常とされてきたが，製造ラインと直結する全自動の自動倉庫システムの導入により，・保管量の大幅増加
・入庫・出庫能力の向上
・作業者人員の削減
・出荷リードタイムの短縮・正確な在庫管理・誤出荷の防止住友重機械技報 No.182 201322

搬送物流設備特集

技術解説

高速入替え対面ピッキング自動倉庫の開発

高速入替え対面ピッキング自動倉庫の開発
Development of a High-speed Exchange Picking ASRS
●大

柴

茂＊

Shigeru OSHIBA

河

野

龍

Ryuta KOHNO

太＊

高速入替えスミバック
Rapid exchange SUMIBAQ

１・通信方式 Ethernetとソケット通信を用いた新方式

はじめに・取扱い物 樹脂製コンテナ 650×440×350 mm

近年，通販業界においては，販売媒体がカタログからWEB
2.2 特長ある。また，サービス向上の一貫として注文当日出荷・翌日（1）繰返し棚間移動配送実現に向けた要望も多く，多彩な商品を格納可能で仕昇降台にコンテナ移載用の２つのシャトル装置とコ分け機能を併せ持つ高能力な自動倉庫システム（Automated

ンテナ位置を矯正する位置決め装置を配置し，コンテ

Storage and Retrieval System ASRS）
が必要になっている。

ナの位置ズレを矯正することで，コンテナの棚間移動

このようなニーズに応えるべく，商品コンテナを上段のリ

を際限なく繰り返すことができる方式とした（特許出願

ザーブ棚から下段のピッキング用フェイス棚へ高速に入替えが可能な対面ピッキング自動倉庫を開発した。

２（2）高機能な制振制御ータを採用し，加減速時に発生するクレーンの揺れを制振制御（走行，昇降）で抑制した。このことから速度・商品コンテナ入替え時間28秒（１コンテナをリザーブ

棚からフェイス棚へ繰り返し入替えるのに必要なサイクルタイムで，図１の①から④の動作時間に相当）・制御方式

中）。
走行，昇降，シャトル×２の駆動系４軸にサーボモ

主要仕様と特長

2.1 主要仕様

23

最大30 kg×２個に移行することにより，取り扱う商品の種類が増える傾向にと加減速度の大きな台形状の理想的な速度カーブを実現し，移載の待ち時間ゼロを達成した。
（3）新通信システム
Ethernetとソケット通信を用いた新通信システムを採４軸コントローラユニットによるサーボ制御

用し，繰返し棚間移動が連続して発生する入替え動作に方式で，走行および昇降は制振制御対応

おいて，通信処理時間とプログラム処理時間を大幅に削＊住友重機械搬送システム株式会社

住友重機械技報 No.182 2013

技術解説

高速入替え対面ピッキング自動倉庫の開発段
10９②コンテナ入替え
リザーブ棚 B←→フェイス棚 A

８
７

リザーブ棚

B/A

６
５
４

①移動

③移動

３
２
１

A
１

図１

フェイス棚

④コンテナ入替え
フェイス棚 C←→リザーブ棚 B
２

３

４

５

C/B
６

７

８

９

間口

入替え動作フロー
Flow of exchange motion２

図２

マスト上部振動模式図
Mimetic diagram of mast top vibration

減した（特許出願中）。
（4）高防振・高剛性なシムレス方式レールが高いことから，走行時にはマストに走行方向の揺れが発生

ベース防振ゴムで支持したクレーンの走行レールベーする。マストが振動すると，昇降台位置の整定待ちとなり位ス下部にケミカルアンカー樹脂を充填するシムレス方式

置決めにかかる時間が延び，サイクルタイムに影響を及ぼす。

を採用することで，スタッカクレーンの高速化に伴う振また，振動により昇降台上の荷物がズレる可能性もあり，棚動対策と併せて低コストを実現した（特許出願中）。

に対する移載精度が悪化する。そこでマストの振れを抑制し ，本システムでは，商品コンテナ入替え時間28秒という高速のサイクルタイムを実現すべく，特長
（1）
〜
（4）
に示す対策を実施した。

３

搬送するシャトル軸を有している。スタッカクレーンは重心

スタッカクレーンの振動抑制機能

3.1 制振制御
スタッカクレーンは，走行レール上を前後方向に荷物を搬

荷物に負荷をかけない高機能な制振制御が必要となる。
図２に，走行時のマスト上部振動の簡易模式図を示す。１
次モードとして顕著に現れる振動の主要因はマストのばね要素である。台車（下部フレーム類，上部フレーム類）とマストがリジットに結合している単純な片持ち梁モデルにてばね定数Kaを求め，マスト固有振動数を求めた。図３に，スタッカ
クレーン走行軸の簡易２慣性振動系モデルを示す⑴。

送する走行軸，２本のマストをガイドとして上下方向に荷物M1は台車下部重量，M2は台車上部重量，Kaはマストばねを搬送する昇降軸および走行方向に対して左右方向に荷物を定数である。ここで，ωrを台車下部の共振周波数，ωaを台
住友重機械技報 No.182 2013

24

技術解説

位置指令値

＋

＋

＊

高速入替え対面ピッキング自動倉庫の開発

制振制御

位置制御器

レーザ距離測定器
検出値

＋

位置補正値

−

１

位置補正処理＋速度制御器

トルク指令値 ＊−−速度検出ノミナル値

エンコーダ
位置検出値

図３

位置補正制御構成図
Position compensation control diagram

台車上部モデル
１
２

１

×２

＋ ２

マストばね定数
１

−
＋

＋

−

１

推力指令

1

＋

１
1

×１
位置計測値

台車下部モデル

図４

スタッカクレーン走行２慣性モデル
２-inertia model of stacker crane

車下部の反共振周波数（台車上部の共振周波数）とすると，反ける方式とした。また，位置制御の前に図４で示す２慣性モ

共振周波数ωaは，走行台車下部（サドル＋走行駆動部ほか）

デルの制振制御処理を追加し，さらに応答性を上げる目的でと連結するマストの固有振動数により決定される。台車上部

位置指令の疑似微分値を速度指令に加算するフィードフォワの振動を抑制するには，反共振周波数ωaを抑える必要があード処理を追加した。

り，本システムでは位置指令の位相を補正することで２慣性

3.3 制振制御・位置補正の効果確認

モデルの制振制御を実現した。
3.2 位置補正機能

実機への実装の前にシミュレーションモデルを構築し，制振フィルタ機能の確認を実施した。実機動作パターン（台形

昇降軸はチェーン駆動なので伸び，走行軸は車輪駆動であをシステムの入力とした際の速度5.0 m/s，加減速度1.0 m/s2）

ることからタイヤの減りによる経年変化が発生する。したが台車上部の速応性と振動振幅を比較確認した。制振フィルタって，モータ軸のエンコーダだけでは高精度な位置精度を達なしの場合と制振フィルタありの場合の目標位置完了時の波成できないことから，絶対位置のセンサとして高精度レーザ

形をそれぞれ図５および図６に示す。

距離測定器を実装した。一般的にレーザ距離測定器は応答が評価モデル位置指令値に対する速応性は維持しつつ，振動

遅く，レーザ距離測定器をアウターにしたフルクローズドル

振幅は1/5程度に改善しており，モデル固有振動数と反共振ープにすると位相遅れにより発振してしまう。

周波数パラメータを一致させることにより制振効果が得られそこで図３のようにモータエンコーダによる位置クローズ

ることが確認できた。

ドループとし，レーザ距離測定器による検出値にて補正をか
25

住友重機械技報 No.182 2013

技術解説

39.208高速入替え対面ピッキング自動倉庫の開発

位置指令値

39.204位置（m）

39.20039.19639.19239.188

台車上部振動位置実績値

39.18439.180
13.0

13.2

13.4

13.6

13.8

14.0

14.2

14.4

14.2

14.4

時間
（s）

図５

制振フィルタなしの位置応答波形
Response waveform by position control without vibration suppression filter

39.208

位置指令値39.204位置（m）

39.20039.196
台車上部振動39.19239.188

位置実績値

39.18439.180
13.0

13.2

13.4

13.6

13.8

14.0

時間
（s）

図６

４

制振フィルタありの位置応答波形
Response waveform by position control with vibration suppression filter

おわりに※「スミバック」および「SUMIBAQ」は, 住友重機械工業株式会社の登録商標です。

高速入替え対面ピッキング自動倉庫では次の顧客要求を実現している。なお，本技術は一般自動倉庫システムにも水平展開が可能である。
（1）繰返し棚間移動，高機能な制振制御および新通信シス
テムの実現により，サイクルタイムを大幅に短縮できた 。
（2）防振型シムレス方式レールベースの採用により，高速化に伴う振動や騒音の発生を防止するとともに低コストを実現した。
今後も，ますます多様化する顧客ニーズに対応した製品開発に努める所存である。
（参考文献）(1)堀, PID制御のみによる2慣性系の制御, 平成6年電気学会全国大会，
No670, 1994．

住友重機械技報 No.182 201326

搬送物流設備特集

新製品紹介

新型バッテリ式フォークリフト FB0.9 t-3.0 t

新型バッテリ式フォークリフト FB0.9 t-3.0 t
New Battery Forklift FB0.9 t-3.0 t

新型バッテリ式フォークリフトFB0.9 t-3.0 tは，エンジン
車と同等のパワーと安定性をセールスポイントとしている現行機種をマイナーチェンジしたものである。

長（1）作業性・操作性

従来の安定性はそのままに，バッテリの48 Ｖ化やコントロエンジン車のマストとトレイルアクスルを採用し，視ーラの変更により信頼性を向上させた。また業界トップクラ界の向上とタイヤ切れ角アップによる旋回半径の縮小をスの走行および荷役性能を維持するとともに，ワイドタイプ実施した。またオービットロールの流量を増加することのマスト採用により広い視界を確保し作業性も改善している。

により，ステアリングの回転数を少なくし操作性を改善した。さらに倉庫内の高所荷役作業に有効なキャリッジ

主要仕様

ライトなどをオプション設定し，作業性を向上させた。

FB1.5（シンプレックスマスト
t
3.0 m付き）（2）安全性

定格荷重1 500 kg

運転者がシートに座っていない場合は，誤作動を防ぐ

揚高

3 000 mm

べく走行および荷役作業を禁止する走行・荷役インター

走行速度（無負荷時） 15 km/h

ロックを標準装備とした。また，リリースボタン付き

走行速度（全負荷時） 13.5 km/h

パーキングレバーも採用し，安全性に配慮した。

上昇速度（無負荷時） 635 mm/s
上昇速度
（全負荷時） 450 mm/s

（3）信頼性
実績のある金属基板コントローラを採用することによ

1 795 mm

り，信頼性を向上させた。また，過放電を防止する機能

全長（フォーク付き） 3 000 mm

や自動補水（オプション）
によりバッテリを保護し，長寿

全幅

1 100 mm命化を実現した。

ヘッドガード高さ

2 090 mm

新型リーチ式フォークリフトで設定したディスプレイ

ホイールベース

1 380 mm

やLEDライトなどのオプションを採用し，マストやトレ

車両重量

2 945 kg

イルアクスルをエンジン車と共通化することにより，信

制御方式

インバータ

頼性を確保し，部品点数の削減および機種間での部品の

電動機

誘導電動機

互換性を実現した。

バッテリ

48 V×390 Ah

充電器

準定電圧方式

最小旋回半径27

特（住友ナコ マテリアル ハンドリング株式会社 村上 智）

住友重機械技報 No.182 2013

搬送物流設備特集

新製品紹介

通販向け小物仕分け装置

通販向け小物仕分け装置
Assorting Equipment for Mail-order Small-size Wares

近年通販業界においては，販売媒体がカタログからＷEBに移行することにより，取り扱う商品の種類が増える傾向にある。また，サービス向上の一貫として注文当日出荷・翌日配送の実現に向けた要望も多く，商品を選ばない高能力な仕分けシステムが必要になっている。
このようなニーズに応えるべく，多彩な商品に対応できる
自動仕分け機用高速２次配分装置を開発した。
従来の仕分け装置においては，保管エリアから集約ピッキ
ングした商品を顧客別に仕分ける際，シュートと呼ばれる顧

特長（1）商品に優しい荷の取扱い
・箱物や易損品の払出し動作を，投入機コンベアにて荷を払い出しながら同速度でコンベア本体を引き込むことにより，荷に対する相対速度をゼロ化（特許出願中）した。
・傾転とコンベア伸縮により，商品投入高さを最小化した。

客別の投入口に商品を自由落下させていたが，次のような問・サーボ制御により，加減速度を最適化した。

題があった。

・払出しコンテナ内の商品を検出し，商品を潰さないよ

・易損品においては，商品を破損させる可能性があることから機械による自動仕分けができない。
・高能力の仕分けを行うには，シュートの本数を増やす必要があり，設置スペースや設備コストが大きくなる。
本装置は，仕分け機のシュート末端に配置され，不定形なうに投入高さを可変化した。
（2）高速配分
サーボ制御により，作業時間の高速化（投入サイクル
平均6.7秒）を実現した。
（3）低価格アパレル商品だけでなく，薄物・箱物・易損品など多様な商

従来の１客/１シュート仕分けを10客/１シュートで仕品を高速にかつ優しく複数のコンテナに２次配分することが分けた後，高速配分機１台で１客ごとに２次配分するこできる。本装置を仕分け機と組み合わせることにより，高能とにより従来価格の約３割ダウンを実現した。

力・省スペースかつ低価格な仕分けシステムを構築できる。

誰でもメンテナンスが可能になるように，構造を簡易

主要仕様
荷サイズ

（4）メンテナンスフリー
化し，無給脂化した。

60
（W）
×60
（L）
×５
（H）mm ～
450（W）×600（L）×150（H）mm

荷重

最大５ kg

商品投入サイクル 平均6.7秒（住友重機械搬送システム株式会社 日野克美）

住友重機械技報 No.182 201328

論文・報告小規模下水処理向け縦軸型曝気撹拌装置 スミレーターⅡ

小規模下水処理向け縦軸型曝気撹拌装置 スミレーターⅡ
Vertical Type Aerators“SUMIRATORⅡ”for Small-scale Sewage Treatment Plant●鈴木茂＊

Shigeru SUZUKI

OD槽
（平面図）

バッフル板
180°
コーナー部

直線水路部

180°
コーナー部

駆動部
架台

インペラ

シャフト

インペラ
バッフル板
断面図

図１

縦軸型曝気装置スミレーターⅡの構造と原理
Configration and principle of vertical type aerators“SUMIRATORⅡ”

日本の小規模下水処理施設における無終端水路オキシ
デーションディッチ（OD）
槽の生物処理反応タンクでは，表面曝気による酸素供給と均一撹拌を行う曝気撹拌装置が使用されている。近年では，省エネルギー性とメンテ
ナンス性に優れ，窒素除去も容易な縦軸型が多く採用されているが，古い施設では旧式の横軸型曝気撹拌装置の採用事例が多い。老朽化した横軸型を縦軸型に更新する
場合，装置設置場所が異なることから，土木躯体の大幅な改造が必要となり，それに伴うコストの上昇が問題となっている。この問題を解決すべく，従来の縦軸型曝気装置を改良して，横軸型曝気装置の更新に適用できる縦軸型曝気撹拌装置 スミレーターⅡを開発した。
本報では，スミレーターⅡを実下水処理場に設置して１年間実施した実負荷試験で，優れた曝気・撹拌性能と安定した水処理性能を確認したので報告する。

１

まえがき

Surface aeration equipment that supplies O2 andenables homogeneous mixing is commonly used
for biological treatment in a non-terminal aeration
tank with the oxidation ditch in small-size sewage
treatment plants. In recent years, due to its energy
efficiency, easy-maintenance and nitrogen removal
readiness, a vertical type aerator is often preferred
to be installed, whereas an outdated horizontal typeaerator is operating in many old plants. Replacing thesuperannuated horizontal type equipment with thevertical one would require a major change of building
structure, because installed positions of each aerator
differ, and it results a high cost. To address this issue,
by modifying a conventional vertical type aerator,
SUMIRATOR, we have developed a new vertical typeaerator,“ SUMIRATOR Ⅱ”, which can be installed in
the same position as the horizontal one. This paper
reports that the on-site loading test on SUMIRATORⅡ
for a year has confirmed its efficiency of aeration andmixing, and its stable sewage treatment.

住友重機械エンバイロメント株式会社は，縦軸型曝気撹拌装置 スミレーターにおいて1 000台以上の納入実績がある。

日本の小規模下水処理施設では，無終端水路OD槽という

しかし，この２つのタイプは撹拌特性によりOD槽での設

生物処理反応タンクが主流で，表面曝気による酸素供給と均置場所が異なり，OD槽の構造も多少異なる。このことから，

一撹拌を行う曝気撹拌装置が使用されている。曝気撹拌装置

老朽化した横軸型を更新する場合，多くの利点がある縦軸型には，横軸型（斜軸型を含む）
および縦軸型があり，古い施設の導入が検討されるが，OD槽の大幅な改造が必要となるなには横軸型が，新しい施設には省エネルギー性とメンテナン

どの課題があった。

ス性に優れ，窒素除去も容易な縦軸型が多く採用されている。
29

平面図＊住友重機械エンバイロメント株式会社

この問題を解決すべく，従来の縦軸型曝気撹拌装置を改良
住友重機械技報 No.182 2013

論文・報告表１

小規模下水処理向け縦軸型曝気撹拌装置 スミレーターⅡ

従来のOD槽用機械式曝気装置
Conventional aerators for oxidation ditch channels（OD）
縦軸型機械式曝気装置（スミレーター）

横軸型機械式曝気装置
駆動部

駆動部

蓋

曝気装置の概要
シャフト

インペラ

ロータ

羽根
供給動力

△

○

酸素供給量制御性

△

○

維持管理性

△

○

直線水路

180 °コーナー部

反応タンクでの曝気装置設置場所

表２

試験設備の仕様Specifications of testing aerator
項

目

試験対象OD槽

比較対象OD槽

最大下水量

1 150 m3/日

OD水路

表面曝気方式

曝気方式
台

２台/水路

数

機
インペラ
（ロータ）

形

式

既設横軸型

材

質

SUS304

SUS304

回 転 数

66 r/min（低速）14.8〜（高速）46.1 r/min

縦軸型（インペラ昇降機能付き）

φ1.065 m×2.55 mL

φ1.9 m

電 動 機

15 kW/台15 kW/台（曝気撹拌用） 0.4 kW/台（昇降用）

制御方式

ON/OFF制御

回転数制御

器

寸
駆動装置

法

駆動方式

チェーン駆動

駆動軸直結

バッフル板
（整流板）

平板形状

円形特殊形状間欠（ON/OFF）

間欠曝気（高速/水没低速）

運転方法

し，横軸型曝気撹拌装置の更新に適用できる縦軸型を新しく開発した。
本報では，新たな縦軸型曝気撹拌装置 スミレーターⅡの実下水処理場における性能を報告する。

２

容量：1 150 m3

寸法：4.0 m（W）×120 m（L）×2.5 m（H）システムの概要

OD法は，曝気撹拌装置を有する無終端水路を生物反応タンクにして，低負荷で活性汚泥処理をする水処理方法である。
一般的なOD槽反応タンクの仕様は，池幅４～６ m，池深２～３ m，滞留時間24 h rである。
表１に，従来のOD槽用曝気撹拌装置を示す。

３

装置の概要

3.1 構造本装置は，図１に示すように駆動部，シャフト，インペラおよび特殊形状のバッフル板で構成されている。インペラには上面翼と下面翼があり，上面翼は水を水面上に飛散させて酸素供給する曝気機能を，下面翼は水中で水を放散させて撹拌する機能を有している。
従来の曝気撹拌装置を水路コーナー部に設置するのはこの下面翼による撹拌機能を水路循環流に変換することを目的とする。

横軸型曝気撹拌装置は，横軸回転軸に羽をつけたロータに

しかし，これを直線水路部に設置すると，下面翼による放より水表面を撹拌する表面曝気装置である。横軸型は，供給

散流をうまく水路循環流に変えることができないので，この動力が大きい，回転数を調整して酸素供給量を制御すること

放散流を集約して下流方向への強い流れに変換する特殊形状が難しい，運転管理コストも高いなど課題が多い。直線水路のバッフル板が必要になる。この形状は，流体シミュレーシ部に設置している横軸型のOD槽には水路コーナー部に整流ョンと試験水槽での実測により新しく開発した。

壁があり，このコーナー部に設置する縦軸型の採用には整流3.2 原理壁の撤去などが必要になり，コストの上昇につながる。

（1）曝気
インペラを回転させると上面翼によって水面上に飛散
住友重機械技報 No.182 201330

論文・報告表３

小規模下水処理向け縦軸曝気撹拌装置 スミレーターⅡ

試験項目と試験条件
Examination items and conditions

目

標

測定試験実施試験

測定項目

試験項目

評価項目

省エネルギー性

酸素供給効率

2.1 kgO 2/kWh（飛沫飛散領域制約を考慮）

底部流速

備考

試験条件

実負荷試験

清水試験

好気運転
インペラ位置：水面
インペラ回転数：46.1 r/min（高速）

酸素供給量

○

動力

○

無酸素撹拌運転時の底部流速が0.1 m/s以上

底部流速

○

MLSS濃度※分布

MLSS濃度が均一であること。

MLSS濃度○無酸素運転
インペラ位置：水面下−300 mm（水没）インペラ回転数：14.8 r/min（低速）

処理水質

BOD，
SS，
窒素：10 mg/L以下BOD，SS，
窒素○

間欠曝気運転（４時間サイクル）

撹拌性

水処理性

表４

※OD 槽内の固形物

表４
酸素供給効率（kgO2/kWh）3.0

運転条件：好気運転

2.5 180 °コーナー部設置の縦軸型

項

2.0
1.5
1.0

横軸型

30 %以上高い
酸素供給性能

0.5
０
０

３
本装置

11.5 kW，
66 r/min６

間欠曝気運転条件
Operating conditions

９
動力
（kW）

横軸型

35

12
40

目

インペラ条件回転数（r/min）

回転位置

運転時間（hr）

好気運転

46.1

水面

1.3〜2.0

無酸素運転

14.8

水没

2.7〜2.0

運転サイクル

自動回転数 , 昇降制御

4.0

15
45

50

回転数
（r/min）

図２

動力に対する曝気性能特性
Measurements of aeration performance

領域ができる。その飛散領域と酸素供給性能とは相関関

酸素供給効率（装置１台，駆動部軸動力当たりの酸素供給量）

係があるので，飛散領域の障害にならないようにバッフ

測定試験結果を示す。得られた値は2.1 kgO2/kWhで，180 °ル板の高さを設定している。これによって，従来の縦軸

コーナー部に設置するこれまでの縦軸型曝気撹拌装置と同型と同様の優れた曝気性能が維持できる。

等で，高い酸素溶解性能を有していることを確認した。同（2）撹拌
下面翼は，インペラを回転させることにより水中底部からの上昇流を強い放射状の水平流に変換している。下４

じ場所で本装置設置前に測定した既設横軸型の酸素供給効率と比較すると，30 ％以上高性能であった。
（1.55 kgO2/kWh）
横軸型から縦軸型へ更新することにより，大幅な省エネル面翼によって作られるこの水平流を特殊形状のバッフルギー化が可能であると考えられる。

板で捕捉し，効率良く下流側へ徐々に向きを変えること

5.2 優れた撹拌性でOD槽内に水路循環流を発生させている（図１ 右）。こ

図３に，実下水処理場における底部流速測定結果を示す。

れによって，水路螺旋流が形成され，所定の底部流速がこの測定結果は，装置２台を低速回転させたOD槽内を撹拌確保され，均一撹拌ができる。

するうえで最も厳しい条件下のものであるが，OD槽底部に試験

本装置の性能評価を行うべく，実下水処理場において１年汚泥が堆積しない目安である0.1 m/sを大幅に上回る結果であった。また，実負荷試験実施時に測定したOD槽内混合液
中の懸濁物質（MLSS）
も均一で，底部に汚泥が堆積していな間にわたり実証試験を実施した。次に試験条件を示す。

いことも確認できた。これらのことから，本装置は優れた撹

4.1 試験設備

拌性能を安定して維持できることが検証できたと言える。

表２に，試験設備の仕様を示す。インペラ径は1.9 m，動力は15 kWである。比較対象は，本装置へ置き換える前の既設

5.3

長期安定運転性

図４に，本装置を設置したOD槽で1年間にわたり実施し横軸型曝気装置とした。

た実負荷試験における水処理性能（処理水質）の経時特性を示

4.2 試験条件

す。下水中に含まれる水質汚濁物質の指標であるBOD（生物表３に，試験項目と試験条件を示す。省エネルギー性，撹
拌性および水処理性について評価を行った。

５

試験結果

5.1 省エネルギー性学的酸素要求量），SS（懸濁物質）
および窒素の平均流入水質は，200 mg/L，150 mg/L，35 mg/Lであるが，除去率は１年を通じてBODおよびSSが95 ％以上，窒素は85 ％以上となり，一般的な目標処理水質である10 mg/Lをそれぞれ大幅に下回る好結果が得られた。

図２に，本装置を実下水処理場OD槽へ設置して実施した
31

住友重機械技報 No.182 2013

論文・報告小規模下水処理向け縦軸型曝気撹拌装置 スミレーターⅡ

底部流速
（m/s）

0.5
運転条件：無酸素運転

0.4
0.3
0.2
0.1
０
０

10

20

30

40

50

曝気装置１からの下流への距離（m）

図３

底部流速特性
Profile of bottom velocity10

目標処理水質

処理水濃度（mg/L）

BOD
８

平均流入水質SS

BOD：200mg/L

窒素

SS：150mg/L
窒素：35mg/L

６

４

２

０
２月１日

図４

６

４月１日

５月31日

７月30日

９月28日

11月27日

１月26日

処理水質の経時特性
Long-term trend of effluent quality

むすび（1）酸素供給効率は2.1 kgO2/kWhで，既設横軸型よりも30％以上高いことから，横軸型から本装置へ更新することで，大幅な省エネルギーが可能となる。
（2）OD槽内を撹拌するうえで最も厳しい条件でも，底部流速は汚泥が堆積しない目安となる0.1 m/sを大幅に上回っており，優れた撹拌性能を有していることを確認した 。
（3）1年間にわたる実負荷試験における水処理性能は安定しており，一般的な目標処理水質である10 mg/Lを大幅に下回る好結果を得ることができた。
本報で示した試験結果が評価され，これまで多数の受注実績を得ることができた。今後は，本装置を下水処理
場水処理設備の地球温暖化防止対策や省エネルギー対策に貢献させるべく，拡販に注力していく所存である。
本報で示した試験結果は，喜多方浄化センターにおける実証試験結果をまとめたものである。実証試験期間中に，さまざまなアドバイスとご協力をいただいた，喜多方市建設部下
水道課，株式会社ウォーターエージェンシー喜多方事業所の皆様に心から感謝申し上げる。
※「スミレーター」は, 住友重機械エンバイロメント株式会社の登録商標です。

住友重機械技報 No.182 201332

論文・報告くりこみ群分子動力学法による回転塑性加工シミュレーション

くりこみ群分子動力学法による回転塑性加工シミュレーション
第２報 発熱・伝熱を考慮した温間加工解析への適用

Rotating Plastic Forming Simulation Using Renormalization Molecular Dynamics
Part2 Considering generation of heat and heat conduction for warm forming

●大

西

良

孝＊

Yoshitaka OHNISHI

檜

垣

孝

Koji HIGAKI

二＊＊

市

嶋

大

Daiji ICHISHIMA

路＊

広

瀬

良

Ryota HIROSE

太＊

320 K

300 K

日本スピンドル製造株式会社製 フローフォーミングマシン VARIFOMAFLOW FORMING MACHINE VARIFOMA and simulation result

我々は，くりこみ群分子動力学法（Renormalization
Molecular Dynamics RMD）
を用いた塑性加工シミュレーションにより，従来手法では困難であった金属めくれ込み現象を再現し，さらに送り速度を上げることで，めくれ込み量を減らせることを報告した⑴⑵。しかしながら，加工時の温度上昇や温度による物性の変化などは考慮されておらず，冷間・温間加工条件の違いを再現できないという問題があった。本報ではRMDを用いた塑性
加工シミュレータへ加工時の摩擦による発熱エネルギーの発生，温度上昇，熱伝導および温度による物性変化を定量的に評価しうる機能を追加し，高精度なシミュレー
タの開発を行った。シミュレータを回転加工マシンに適用したところ，加工時に発生する反力の最大値を５%以内の誤差で再現できた。また，加工時の温度上昇は20 K程度であり，これも加工時の実現象と矛盾しないことを
確認した。

１

33

まえがき

We reported that a simulation of the rotating plastic
forming using Renormalization Molecular Dynamics(RMD) method reproduced metal-carling phenomenon,
which had ever been hardly reprodused by otherconventional methods, and alleviated the dgree of curlingby raising the feed speed. Due to the fact, however,that the RMD method didn’t consider such factors as
heat-up generated by friction at the time of the plastic
forming and change of physical property by temperature,
the method couldn’t reproduce the difference between
cold-working and warm-working, which is another issue
to work on. This paper reports that we have developed
highly precise simulator by adding a function to asimulation of the rotating plastic forming using the RMD
method to make it possible to quantitatively assess
exothermic energy caused by friction, temperaturerise, heat conduction and change of physical property.
The simulator, applied to a rotary forming machine has
reproduced the maximum reaction force caused at thetime of the forming with a discrepancy of less than 5%.
In addition, the temperature rise was around 20K, and it
has been confirmed that the figure does not contradict
with the actual phenomenon of the forming.

より加工種類は多様である。このうち今回モデルとしているのが，増肉加工というもので，円盤形の材料を両側から金型

回転塑性加工において積極的に板厚を変化させ，さまざま

で挟み込み，溝形状を有する加工ローラーを押し込んで，材な形状に変化させる加工がフローフォーミングであり，材料料の先端を矩形に増肉するという加工である
（図１）
。日本ス

と加工後の形状および材料とローラーの回転軸の角度などにピンドル製造株式会社では，フローフォーミングマシンを製＊技術本部＊＊日本スピンドル製造株式会社

住友重機械技報 No.182 2013

論文・報告くりこみ群分子動力学法による回転塑性加工シミュレーション

Voronoi多面体
（ i）

図２

図１

Voronoi多面体解析
Analysis of Voronoi polyhedral structure

増肉加工
Rotating plastic forming

右辺第１項にGaussの定理を適用すると∂∂ρ∫

ストも受託している。
我々は前報⑴において，RMDを用いた増肉加工シミュレー]・ ＋∫……………………
（3）（3）
式を離散化すると

ションを実施し，その結果，従来法では再現不可能であった金属がめくれ込む現象を再現することに成功した。また，送

＝∫ [

Δ

造・販売するほか，各種のフローフォーミング加工の試作テ

−
Δ ＝ΣΔ
Δ
＋

ρ

り速度を速くすることで，金属のめくれ込み量が減ることも−＋ Δ………………
（4）分かった。このことは，実機現象でも確認されている。さらここで，ΔViは図２のVoronoi多面体の体積，ΔSijは原子に摩擦による加工時の発熱エネルギー，温度上昇，自由電子

iとjの間にあるVoronoi面の面積，rijは原子iおよびj 間の距離の影響を考慮した熱伝導および温度による材料の物性変化をにより求められる。これにより，すべての原子の温度を決定

定量的に評価し得る高精度なシミュレータへと格上げを試みすることが可能となる。しかしながら，このままでは粒子のた。

持つ温度のパラメータTiと，本来の温度の定義である粒子の本報では，これら熱的現象の導入方法と，実際にシミュレーションを行った結果について述べる。

２

速度の分散とが，まったく異なった値を持つことになり，矛盾が生じる。そこで，粒子iに温度Ti 相当の運動エネルギーを持たせることを考える。このとき，たとえば温度スケーリ

金属の熱伝導の再現

ング⑸などで粒子の速度を強制的に変更することもできるが ，

分子動力学法における熱伝導は，原子の格子振動による伝運動が拘束されることにつながるので非物理的である。粒子

播のみであり，自由電子の効果を直接的に取り扱うことがでをある温度場に自然なかたちで導くには，一定温度Ti の熱浴

きない。このことから実際の金属材料と比べても熱伝導率はに浸すことを考えればよい。これにはLangevin法⑹を用いる。

100分の１程度となり⑶，定量評価には耐えられない。そこ

2.2で格子振動の効果に加え，連続体近似の手法と組み合わせた
新しい熱伝導のモデルを開発した⑷。

Langevin法

減衰定数αを定義する。これは熱浴の粘性に相当するもの
で，デバイ周波数ωDと質量mを用いて熱伝導方程式とLangevin法の連成を次に示す。
α＝2.1 熱伝導方程式
粒子に温度のパラメータを持たせ，式（1）の熱伝導方程式を解く。

…………………………………………………
（5）と表せられる．

∂
＝ ・[
∂

Δ

Δ

ρ

πω
６

粒子にランダム力を与える。これは熱浴中の粒子が衝突す]＋………………………………
（1）

ただし，ρは密度，Cvは定積比熱，Tは温度，tは時間，Kは熱伝導率，Qは単位体積当たりの発熱量である。

る力に相当する。ランダム力は，

σ＝

2α
Δ

………………………………………………
（6）（1）
式の両辺を体積積分すると，
＝∫ ・[

Δ

Δ

ρ∫

∂
∂

]

の標準偏差σを持つ。
＋∫…………………
（2）（5），（6）式のダンパおよびランダム力を粒子に加えることにより，熱浴中流体からの相互作用を模擬できる。
住友重機械技報 No.182 201334

論文・報告くりこみ群分子動力学法による回転塑性加工シミュレーション

回転
送り

熱伝達

熱浴
（300 K）
熱伝導⎧⎨⎩

発熱 Q＝Nv

剛体領域

空気との熱伝達空気（300 K 熱浴）

シミュレーションモデル
Simulation model

図３

３
3.1

塑性加工シミュレーションの実施と結果
温度場を考慮した速度相似則

計算効率の観点から，実際の回転速度より速い回転速度でシミュレーションを行いたい。しかし，単純に速度を上げる

α
（11）
τ＝ τ
´ …………………………………………………
∴ ＝αとなる。よって，熱拡散定数aはα倍する必要がある。
3.2

温度場を考慮したシミュレーションモデル

だけでは現象が変わってしまうことから，速度の増分に応じ

図３に，今回用いたシミュレーションモデルを示す。被加た相似則を導入する必要がある。次に，回転速度を実際のα

工素材の回転中心付近を剛体とし，回転運動と送りを行う。

倍とした場合の相似則について述べる。

加工を行うロータの上端と下端は回転運動のみを許す領域と3.1.1 発熱の相似則

し，トルクを受けて連れ回りを行う。発熱・伝熱については

実現象の周期がTであるとすると，相似則を用いれば周期

以下のように考慮した。

はT/αとなる。すると１周期当たりの発熱量は，の発熱・接触部では摩擦力Nと相対速度vrの積Q=N・vr（W）

・ α＝μ ・ω・ ＝∫＝μ ・（αω）

・接触部では素材とロータ間で熱伝達が発生する。熱伝達∫α

エネルギーが発生する。
……………
（7）

係数は，橘の式より求めた。橘の式は（12）式の通りである。

となる。よって，１周期当たりの発熱量は速度相似則前後で変らわず，発熱量および摩擦係数ともに相似則適用前後で変
化はない。
3.1.2

＝

熱伝導の相似則式（8）のような熱伝導方程式を考える。

２の方程式を時間について解くと，

⎧
⎩

２

⎛ π⎞
⎟
⎜
⎟
⎜
⎠
⎝

⎧
⎨ ……………………………………（9）⎩となる。ただし，Aは長さを含む定数，lは長さである。これ

τ＝

35

π２

…………………………………………………
（10）＝＝ 0.66Re Pr∴ ＝0.66Re Pr

1/2

1/2

1/3

……………………………
（13）

1/3

である。ただし，Nuはヌセルト数，hは熱伝達率，Reはレイノルズ数，Prはプラントル数である。
・回転および送りを行う領域は剛体とし，300 K一定の熱浴であるとする。

より，時定数τは，２……………………
（12）

達率は平板の場合，……………………………………………
（8）

ここでTは温度，tは時間，aは拡散定数，rは長さである。こ＝ exp⎨−

5

・雰囲気は300 Kとし，空気への熱伝達も考慮した。熱伝２＝

1.7×100.6
×δ１＋δ０ ＋ δ２＋δ０
λ１
λ２

3.3

塑性加工シミュレーションの結果

図４に，塑性加工時のスナップショットを示す。

と求められる。この式から，次の条件「相似則適用前の時刻

加工熱により温度が上昇し，最大で20 K程度上昇している

T の温度と相似則適用後の時刻T/αの温度が一致する」を考ことが分かる。この工程では実機でも金属めくれ込みが発生

慮すると，していないことが確認されているので，加工品の形状は妥当
住友重機械技報 No.182 2013

論文・報告くりこみ群分子動力学法による回転塑性加工シミュレーション

反力

実測値

計算値

320 K
時間

300 K

図４

塑性加工シミュレーションのスナップショット
Snap shot of rotating plastic forming simulation

なものであると言える。
図５に，加工時の反力のプロファイルを示す。計算値は被加工素材の剛体部分が受ける力を計算した。
反力は工作機械の許容値が定められていることから，最大反力の時刻歴Time dependence of reaction force

図５

(5)

日本機械学会編, 原子・分子を用いる数値シミュレーション, コロナ社, 2001．
(6)

John C.Tully, Dynamics of gas-surface interaction : 3D generalized

Langevin model applied to fcc and bcc surface, J.Chem. Phys. 73,
1975(1980).

値が最も重要であると考えられる。図５より計測値の最大反力との誤差を求めると，およそ±５ %以内で再現していた。

４※「VARIFOMA」は日本スピンドル製造株式会社の登録商標です。

むすび（1）熱伝導方程式とLangevin法を組み合わせることで，熱伝導における金属自由電子の寄与を再現することに成功した。
（2）発熱・伝熱を考慮した速度相似則を新たに開発することで，実際より回転速度を速くしても熱的現象を同じくすることを可能にした。
（3）有限温度場でも炭素鋼の応力‒ひずみ曲線を再現でき
る原子間相互作用ポテンシャルを開発した。また，温度上昇に伴い破断点が低下することを確認した。
（4）
（1）
～
（3）
の効果をシミュレータに組み込むことで，実機加工時の反力のピーク値を５%以内の誤差で再現することに成功した。
今回開発したシミュレータは，加工条件を入力するだけで反力により加工ができるか否かを試作することなく判断することが可能である。今後はほかの典型的加工法に適用し，RMDの有用性を実証していく。
（参考文献）(1)

大西良孝, 檜垣孝二, 市嶋大路, 広瀬良太, くりこみ群分子動力学法による回転塑性加工シミュレーション, 住友重機械技報, No.179, 2012．
(2)

大西良孝, 檜垣孝二, 市嶋大路, 広瀬良太, くりこみ群分子動力学法を用いた回転塑性加工の計算機実験, 塑性加工連合講演会講演論文集 ,2012, p.305〜306．
(3)

上原拓也, 上原秀和, 井上達雄, 面心立法格子における熱伝導の異方性に関する分子動力学シミュレーション, 日本機械学会論文集（A編）,
第67巻, 第656号, 2001．
(4)

大西良孝, 解析装置, 特願 2012-208720．

住友重機械技報 No.182 201336

住友重機械技報第182 号発行に当たり

住友重機械技報第182 号をお届け致します。

本誌は，当社が常々ご指導いただいている方々へ，最近の新製品，新技術をご紹介申し上げ，
より一層のご理解とご協力をいただくよう編集したものです。
本誌の内容につきましては，さらに充実するよう努めたいと考えますが，なにとぞご意見キ

賜りたく，今後ともよろしくご支援下さるよう，お願い申し上げます。

リ

なお，貴組織名，ご担当部署などについては，変更がございましたら裏面の用紙にご記入
トのうえ，FA X でお知らせいただきたくお願い申し上げます。また，読後感や不備な点を簡単

リに裏面用紙にご記入願えれば幸いに存じます。

線

2013 年8 月〒 141-6025 東京都品川区大崎 2丁目1番1号（ThinkPark Tower）
住友重機械工業株式会社
技術本部

技報編集事務局

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住友重機械工業㈱技術本部 技報編集事務局 行
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