No.

巻頭言

159

2005

人に近い，人に優しい設備を目指して

搬送物流設備小特集

清家康彦

搬送物流設備小特集
論文・報告 食品汎用センター庫内管理システム

斎藤信也，待井紀彦

1

大柴茂，渡辺浩三，前野博司，大迫広司

5

コンテナターミナルトータルソリューション（sNEXT.. の開発） 山野内和樹，森田明，森真史

9

バケットエレベータ式連続アンローダの予防保全システム

伊藤義和，大北義明

13

庄福勝美，大北義明，吉田史郎

17

ゴライアスクレーンの連続建造

河原直行

21

技 術 解 説 高機能フィルムロール用クリーン搬送システム

長部洋介

25

西山範之

27

千藤隆

29

機械式駐輪設備 サイクル パークの開発

モバイルハーバークレーン走行駆動方式の最適化

ロープトロリ式橋形アンローダの半自動運転
新0.9−3.5 tエンジン車の作業性向上

新製品紹介 ロールフィッター

31

ピッキングカート

32

動く歩道

33

機械式駐輪設備34

論文・報告
中條晃伸，柳田達哉，酒井文雄

35

石塚正之，伊藤智幸，櫻庭順二，淡路智，西島元，渡辺和雄

39

次世代高輝度X線源の開発
29T強磁場科学用ヘリウムフリー超電導マグネット

技術解説
耐圧防爆モータ用インバータ HF−320αシリーズ

伊藤勲，合原一孝

43Sumitomo Heavy Industries
No. 159 2005
Special Section of Material Handling Equipment & System
Technical Review
On Publishing Special Section of Material Handling Equipment & System

Yasuhiko SEIKE

Special Section of Material Handling Equipment & System
T/PAPER

Warehouse Control System of Dry Food Distribution Center for Multiple Customers
Shinya SAITOH, Norihiko MACHII

Development of Mechanical Bicycle Parking Facility CYCLE PARK
Shigeru OSHIBA, Kouzou WATANABE, Hiroshi MAENO, Kouji OSAKO

Container Terminal Total Solution (Development of sNEXT.. )Kazuki YAMANOUCHI, Akira MORITA, Masafumi MORI

Preventive Maintenance System for Bucket Elevator Type Continuous Ship Unloader
Yoshikazu ITOH, Yoshiaki OHKITA

Optimization of Steering System for Multi-axle Mobile Harbor Crane

5
9
13

Katsumi SHOFUKU, Yoshiaki OHKITA, Shiro YOSHIDA

17

Naoyuki KAWAHARA

21

Yosuke OSABE

25

Noriyuki NISHIYAMA

27

Takashi SENDO

29

Serial Construction of Goliath Cranes

T/INVITATION

1Clean Material Handling System for High Functional Film
Semi-automatic Operation for Rope-trolley Type Unloader
Productivity Enhancement of New 0.9−3.5 t ICE Truck

31

NEW PRODUCT Roll Fitter
Picking Cart

32

Moving Walkway

33

Mechanical Bicycle Parking Facility

34

T/PAPER
Development of High-brightness X-ray Source for Next Generation
Terunobu NAKAJYO, Tatsuya YANAGIDA, Fumio SAKAI

Cryocooler-cooled Superconducting Magnet for 29 T High Field Science
Masayuki ISHIZUKA, Tomoyuki ITOU, Jyunji SAKURABA, Satoshi AWAJI, Gen NISHIJIMA, Kazuo WATANABE

35
39

T/INVITATION
Inverter HF−320αSeries for Flame Proof Motor
Isao ITO, Kazutaka AIHARA

43

搬送物流設備小特集号の発行にあたって人に近い，人に優しい設備を目指して

専務執行役員清家

康彦

当社の搬送物流製品は，アンローダやトランスファクレーンなどの港湾荷役設備，ゴラ
イアスクレーンやジブクレーンなどの造船所の設備，自動倉庫やAGVなどのFA設備，さらにはフォークリフト，動く歩道などの幅広い分野にわたっています。当社は，早くからこれらの装置，設備に最先端のエレクトロニクス技術を用いて，強力にメカトロ化を進めてきました。この結果，高度なセンシング技術や制御技術を結合した石炭や鉱石を船から自動荷役する連続式アンローダや鉄のコイルを自動搬送する天井クレーンを，早くから実現し数多く納入しています。さらに，これら設備を計算機システムで統括管理することにより，多数のAGVが工程間搬送を行う工場全体のFA化や高度に管理された大型配送セン
ターを提供し，お客様の物流システムの合理化に貢献してきました。また，空きスペースを最小にして収納効率を最大化するパズル式駐車場を，都心の高層マンションなどに数多く納入して，市民生活の利便性にも一役買っています。ここでも，コンピュータがパズルを解いて最短時間での入出車を実現しています。当社の搬送物流製品は，最先端のメカトロ製品でもあります。
これらの製品は，お客様の工場，設備で重要な役割を果たしていることから，万一トラブルが発生した場合，迅速な対応が絶対条件になります。ここでは当社のリモートメンテ
ナンスシステムが活躍しています。高度にメカトロ化された製品としての特色を生かし，多くの既納装置が当社のメンテナンス部門と通信システムで接続され，お客様からの要請に応じて遠隔的に設備のトラブルの内容を把握し迅速な対応と復旧を行っています。加えて，部品寿命や異常の予兆を検知する予防保全のシステムも装置に付加して，トラブルの未然防止にも注力しています。
一方，地球環境保全への意識が高まる中で，当社はISO14001や地球温暖化防止の活動を全社を挙げて積極的に推進していますが，お客様に納入する製品の装置，設備にも合理化や効率化の提供に止まらず，環境保全の概念を既に反映しています。また，今話題のハ
イブリッド自動車と同様，エンジンの燃費改善や機械動力のハイブリッド化を行っており，環境に配慮した製品創りをますます推進していきます。
これからの物流製品の目指す方向を考えてみます。現在注目されている重要な学問分野の一つに，生物の優れた機能を積極的に工学分野に役立てることを目的としたバイオニク
スや脳の仕組みを人工知能などへの応用にと目論むニューラルネットの研究，人の脳の指令で直接に機械の手足を動かす脳インターフェースの分野の研究があります。これらは，人体と機械との垣根をなくして，人や機械の機能を相互に補完，拡張する学問分野です。
我々は，この分野が今後の機械装置に大きな影響を与えると予測しています。
近い将来，我々の提供する機械，装置は，ますます人に近い動きや判断ができ，より人に優しいものに進化していくでしょう。皆様の隣で，あたかも意志を持ったように振舞う，
当社の搬送物流製品がお役に立っている日もそう遠くないと信じています。

搬送物流設備小特集

論文･報告

機械式駐輪設備 サイクル パークの開発

機械式駐輪設備 サイクル パークの開発
Development of Mechanical Bicycle Parking Facility
●大

柴

茂＊

Shigeru OSHIBA

渡

辺

浩

Kouzou WATANABE

機械駐輪設備 サイクル パーク
Mechanical bicycle parking facility

図１

三＊

前

野

博

Hiroshi MAENO

近年，京都議定書に従って温暖化ガス対策を進めてい体に対して支援を強化している。また，社会的問題として注目を浴びていることが多い放置された自転車への対策として，収容効率が高く，処理速度の速い機械式駐輪場への期待が高まっている。
このような状況の下で，機械式駐輪場に新規参入する企業が出始めており，当社も2004年度に機械式駐輪設
備を独自に開発するに至った。
本報では，操作性，安全性および保守性を向上させ，高い処理能力と併せて収容効率を拡大した機械式駐輪設
備 サイクル パークの特徴について報告する。

まえがき

迫

広

司＊

Kouji OSAKO

In order to promote the initiatives to reduce greenhouse gases according to the Kyoto Protocol, theMinistry of Land, Infrastructure and Transport isstrengthening its support for local governments toencourage the use of bicycles by providing the facilities for bicycle parking. The local governments want amechanical bicycle parking facility with a high capacity and high speed handling capability. The facility will
also solve the problem of leaving bicycles near railroad stations. The problem is usually one of complaints from residents, which is viewed as a social
problem. Some companies have begun to enter thebusiness of constructing mechanical bicycle parking
facilities. Our company also developed its mechanicalbicycle parking facility in 2004. This report presents
the features of our bicycle parking facility CYCLE
PARK, which has a high speed handling capability
and high capacity with improved operability, safety
and maintainability.

いるものの，利用率は必ずしも増えていない。
これは駅前などの利便性の高い用地の確保が困難なことな

近年，京都議定書に従って温暖化ガス対策を進めている国

どから，自転車利用者にとって利便性の高い場所に駐輪場を土交通省が，都市部を中心に 5 km未満の短距離移動の手段

設置することが難しい状況となっているからである。これがを自動車から自転車に転換することを目指し，自転車の環境原因で，駐輪場が存在しても利用率が低くなり，その分，放設備に取り組む自治体に対し補助金などの支援を強化してい置される自転車が増加する実態となっている。

る。
一方，駅周辺の駐輪場の数および収容能力は毎年拡大して5

大CYCLE PARK

る国土交通省が，自転車の利用環境整備に取り組む自治１

司＊

CYCLE PARK

＊ロジスティクス&パーキングシステム事業部

この放置自転車の問題は年々深刻化しており，撤去などの対策費用は全国で1500 億円（2000年度）に達している 。
住友重機械技報 No.159 2005

機械式駐輪設備 サイクル パークの開発

躯体内法7000

論文･報告

内法6400φ
躯体内法6600φ

100躯体内法7000

方形方式

100

円形方式
単位 mm

図２

直接ハンドリング方式
Direct handling type

図３

格納部の方式Type of storing part

この対策として，公共施設周辺の建物への一定規模の駐輪

能（子供用自転車およびマウンテンバイクはオ

場設置を義務化する，電鉄会社への費用負担要求を出すなど，

プション）

わずかな面積で設置可能な機械式駐輪場の導入により，駐輪

全場の利用率を高め，放置自転車を減らそうとする取組みが，全

幅600 mm未満

全国の自治体で活発化してきている。こうした背景が後押し

全高1200 mm未満となり，2004年度以降，機械式駐輪場の導入計画が全国規模

サ イ ズ 18〜28 インチ（16インチはオプシ

長で増加している。

1900 mm未満

ョン）

利用率の高い駐輪場を考える場合，その設置場所は必然的

タイヤ幅 20〜35 mm（最大50 mmに利便性の良い駅前などの限られたスペースとなることが多ン）

く，機械式または機械式と自走式の併用となることが多い。

前 カ ゴ

通勤・通学のピーク時には，乗降部に利用者が集中すること

後 カ ゴから，機械式駐輪場では高い処理能力が必要とされる。

前面位置は前輪端面100 mm以上
車体寸法内であれば制約なし（前カゴ，後カゴには子乗せカゴも含む）

利用者は定期利用および一時利用の不特定多数であり，取重量

扱い対象の自転車も不特定となることが多い。機械式駐輪場

操作方式に収容できない自転車は管理者の指示で自走式の駐輪スペー

安全装置 音声案内

スに駐輪する。収容可否の判断は管理者に委ねられることが30 kg以下

IDカード
LED案内表示部圧力センサ

安全フェンス 乗降

侵入検知センサ

多く，管理面での負担となっている。入出庫操作は，直接利出センサ（車長用者が行う運用のものが多い。操作に不慣れな利用者も多い（前・後） 車輪異常検出装置ことから，操作がし易く，安全で，管理負担の少ない機械駐本サイクル パークは，収容効率，処理能力，操作性および安全性に優れ，管理負担が少なく，高品質で魅力的な機械式駐輪設備を提供することを目的として開発した（図１）。

2.1

2.2

車幅

規格外車輌検車高） 重量測定装置
地震検出センサ

ハンドリング方式の分類

自転車を搬送する方式には，自転車の前輪を直接搬機で輪場が望まれている。

２

オプショ

んで搬送する「直接方式」と，自転車をセットしたパレットを搬機でんで搬送する「パレット方式」とがある。

直接方式では，前輪を直接ハンドリングすることから，車輪形状（径・幅・断面）の異なる自転車を確実にサイクル パークの特徴

むことが難しい。しかし，パレット方式のようなパレット循環の必要

機械式駐輪装置の主要仕様

性もなく，パレット本体の製作も必要ないことから，高速で方式

前輪直接ハンドリングによる方形方式

型

式

格納部位置

地上，中間および地下の 3 タイプ
オプション）

安価な駐輪装置が可能となる。
サイクル パークでは前記理由で「直接方式」を採用して

乗降部数

1 ヶ所/基（最大 2 ヶ所

収容台数

288台/基（最大）開発が必要となるが，「乗降部と格納部に設けた車輪側面の

処理能力

入庫・出庫

ガイド機構」と「一定トルクで車輪をクランプするトルク制

搬機仕様

昇降速度 3.7 m/s

御」を用いることで解決している（図２）。

走行速度 1.7 m/s

2.3

約12 秒/台

旋回速度 120°/s

収容車種

いる。この際，車輪形状の異なる自転車を確実にむ機構の格納部方式の分類（図３）

自転車を格納する棚部の方式には，搬機が昇降・旋回可能

シャトル速度 2.6 m/s

で昇降路に放射状に棚部を配置した「円形方式」と，搬機がクランプ速度 83°/s

昇降，走行および旋回可能で帯状の昇降路に面して棚部を配一般自転車および電動アシスト自転車を収容可置した「方形方式」とがある。
住友重機械技報 No.159 2005

6

論文･報告

100％

乗降室
Ｋ
Ｒ
Ａ
Ｐ
Ｅ
Ｌ
Ｃ
Ｙ
Ｃ

ＧＬ

機械式駐輪設備 サイクル パークの開発

カゴなし
16 インチ以下，マウンテンバイク
折りたたみ，電動アシスト
後カゴ（前後カゴ付き）
前カゴ

収容可能率％

80％

乗降室

ＧＬ

60％
・当社方式の駐輪場には殆どの自転車が収納可能。
・東京都内の駅前に駐車している
自転車に対する収納可能率。
・サンプル数 4577 台・当社調査日 2005年 6 月22日

40％

20％

0％

地下タイプ

図４

Ａ円
社形
方
式

地上タイプ

格納位置の種類Type of storing position

図６

Ｂ円
社形
方
式

当方
社形
方
式

機械式駐輪設備の収容可能率比較
Accommodation comparison of mechanical bicycle parking facilities

動伝達部には歯付きベルトの採用によりバックラッシの低減を図るとともに，走行およびシャトルの直動機構には高精度な直動ベアリングを採用することで，高精度の位置決めを実現している。一方，自転車の前輪を直接むクランプ機構

では，タイヤ形状（径・幅・断面）の異なる自転車を確実にクランプ可能な定トルク制御を採用している。
本機構により，自転車を搬送する際の各動作の無駄を省くことで，あたかも産業用ロボット的な動きを実現し，1 台当たりの処理能力は約12 秒と業界トップクラスとしている。
入庫

出庫

2.6

多様な車種適応

カゴ付き自転車（前カゴ，後カゴ），チャイルドシート付
図５

２乗降部のレイアウト
Layout of 2 platforms

き自転車（前，後），電動アシスト付き自転車，子供自転車，
折りたたみ自転車およびマウンテンバイクなど，様々な自転車に対応可能（2.1項「収容車種」参照）としていることから，自走式の駐輪場を利用している自転車のうち約98 ％を格納部の収容効率を比較すると，「円形方式」は「方形方機械式駐輪場に格納できる（図６）。（オプション対応時。東式」と比べ，搬機の昇降路が小さい反面，1 台当たりの棚部

京都内の 7 ヶ所の駅前に駐輪している4577 台の当社調査結果の形状が扇状で大きくなることから，収容効率は必ずしも有による。実施日2005年 6 月22日）

利とはならない。一平面内の収容台数が20 台以下であれば円んで搬送する他の機械式駐輪場の形方式，20 台を超える場合は方形方式の収容効率が高くなる。

収容可能率は60 ％以下となっており，40 ％強の自転車は機

ただし，円形方式で収容効率を上げようとすると，収容対象

械式駐輪場に収容できないことを示している。この場合，別車が制限される。
（詳細は2.6項参照）

途自走式または 2 段式の駐輪スペースが必要となり，駐輪

サイクル パークでは，収容台数の多い案件をターゲットに「方形方式」を採用している。
2.4

格納型式の分類（図４）

機械式駐車設備の型式は，格納部と乗降部の位置関係によって，以下のタイプに分類できる。

場全体の収容効率は悪化することになる。
すなわち，機械式駐輪場の収容効率を比較する場合には，機械式駐輪場に収容可能な自転車の種類および寸法などから収容可能率を算出し，実質の収容効率（収容効率×収容可能率）で比較することが重要となる。多様な車種に適応し，実地上タイプ

乗降部の上に格納部を配置

中間タイプ

乗降部の上下に格納部を配置

高収容の機械式駐輪場として適している。

地下タイプ

乗降部の下に格納部を配置

2.7

質の収容効率の高いサイクル パークは，省スペースおよび
操作性

サイクル パークは，いずれのタイプにも対応可能である。

入庫・出庫の操作は入庫または出庫ボタンを押し，IDカ

また，乗降部の数を最大 2 ヶ所まで配置可能とすることで，ードをアンテナ部にかざすのみの簡単操作としている。また，入庫と出庫の導線を分離したレイアウトも可能である（図５）。

音声案内とLED表示により操作案内がされることで，誰に2.5でも簡単に入庫・出庫の操作ができる。

高処理能力・高精度

自転車を搬送する際の昇降，走行および旋回の 3 動作を

7

一方，自転車を直接2.8

安全性（図７）同時駆動とし，昇降，走行，旋回およびシャトルの駆動を

自転車の乗降部にはフェンス，マットスイッチおよび乗降

ACサーボ制御とすることで，最適速度カーブによる高処理部侵入検知センサが標準装備されており，乗降部内の人の有能力を可能としている。また，昇降，走行およびシャトル駆無を常に監視している。入庫で自転車をセットして，入庫操
住友重機械技報 No.159 2005

論文･報告乗降部
Platform

図７

図８

機械式駐輪設備 サイクル パークの開発

格納部
Storing part

作を行っても，乗降部から利用者が離れないと，機械は動作

応は良好である。乗降部では実際に自転車を入出庫してみるしない。機械が出庫中に乗降部内に侵入した場合も機械は停

見学者もおり，自転車の出し入れの操作の容易さ，安全装置止する。機械動作と利用者の動作を完全に分離することで，の動作を確認するなど関心の高さが感じられる。

人に優しい駐輪装置としている。
さらに，乗降部には自転車の重量計測器，サイズ測定器（長さ，幅，高さ）および車輪異常検出器が標準装備されており，収容対象外の自転車の検知および荷物の置忘れや，ス
タンドが立っているか，鍵が掛かっているかの検知も自動的に行い，問題があれば音声案内，LED表示で利用者に伝え

本開発機の特徴は，以下のとおりである。
自転車を直接ハンドリングし入出庫する。
格納部が方形で，搬送装置が帯状の昇降路内を昇降，走行および旋回して自転車を搬送する。
格納部の位置は，地下，地上および地下地上のいずれでも可能としている。

ることで，自転車の破損や機械の故障停止を未然に防止して1 台当たりの処理能力が約12 秒と高速である。

いる。

乗降部（ブース）を 2 ヶ所まで配置可能とし，入庫とまた，格納部には「仕切り板」を設け，格納部での車輌相互の干渉を防止しするとともに，車輌の前・後輪の側面をバネ機構で押えることで，地震による車輌の転倒・落下の防止，ならびに車輌の位置ズレによる不具合防止を図っている（図８）。

出庫の同時平行作業のレイアウトにも対応している。
乗降部と搬送装置は完全分離とし，安全性を確保している。
乗降部には自転車の長さ，幅，高さおよび重量のチェック機能を組み込み，管理者および利用者の安全および

なお，地震時には格納部に取り付けられた地震計により，
2

震度 4（0.05 m/s ）で機械装置は安全停止する。

使い易さを実現している。
棚内に仕切り板構造を適用し，カゴまたはチャイルド

前記各種の安全装置群の内，乗降部のフェンス，侵入検知

シート取付け自転車，子供自転車，マウンテンバイクおセンサ，自転車のサイズ測定器および格納部の仕切り板は，よび電動アシスト付き自転車など対象自転車が幅広い。

「サイクル パーク」特有の安全装置であり，他の機械駐輪装商品機としての最大の課題は品質，安全性の確保である。

置とは差別化している。

デモ機による耐久テストで70000 回の検証は終了したが，更2.9なる検証，改善を実施していく。
（目標故障率10 ppm以下）

保守性

機械式駐輪場の格納部には点検歩道を設けており，容易に格納部の点検が可能な構造としている。
主要機器（機械可動部，モータおよびセンサ類）は搬送装

なお，見学を通しての要求品質については，現在の仕様に織込み済みであり，徹底した標準化および固定化により品質確保と生産性向上を追及していく所存である。

置と乗降部のみとしていることから，点検箇所が少なく，点検が容易な構成としている。
制御部では全てのセンサ状態を把握し，センサ情報に基づ
くエラーメッセージの表示機能を装備していることから，容（参考文献）
自転車活用推進研究会. 我が国の自転車政策のあり方に関する調査報告書. Mar.,2002.

易に停止原因を把握可能としている。

３

むすび

本開発機は，2005年 1 月にリリース，販売開始し，デモ機を設置している当社横須賀製造所旧浦賀工場には多くのゼ
ネコンおよび自治体の見学受入れが続いている。
産業ロボットを思わせるスムーズな動きと，1 台当たりの処理能力12 秒という高速性能を間近で体感した見学者の反
住友重機械技報 No.159 20058

搬送物流設備小特集

論文･報告

コンテナターミナル トータルソリューション（sNEXT.. の開発）

コンテナターミナル トータルソリューション（sNEXT.. の開発）
Container Terminal Total Solution (Development of sNEXT.. )
●山野内

和

樹＊

Kazuki YAMANOUCHI

森

田

明＊＊ 森

Akira MORITA真史＊＊Masafumi MORI

Webモジュール＆sNEXT..

無線LAN&車載端末

TOS■Webモジュール■sNEXT..−Data
インターネット

ゲートシステム■sNEXT..−View

無人ブース

自動ダメージチェック装置■sNEXT..−GatesNEXT..

経済活動のグローバル化に伴い，海上コンテナ輸送は急速なる拡大の状況にある。一方，近隣のアジア諸国に対する日本のコンテナターミナルの相対的なサービスの水準の低下が指摘されており，コンテナターミナルの物
流における効率の向上が港湾物流の国際競争力を強化する策として求められている。
その中でも，コンテナターミナルのゲートにおける搬出入処理の迅速化・効率化が，また，それに伴う利便性の向上・管理コストの低減およびゲート運営時間の制限を緩和することが重要な課題となってきている。当社では，最新のＩＴ技術の利用およびモバイル端末の活用に着目し，一連のシステムの構築によりコンテナターミナ
ルのゲートにおける搬出入手続の効率化を実現した。

１

まえがき

海外に対する我が国のコンテナターミナルの相対的なサービス水準の低下が指摘されているが，その主たる要因は以下の 3 点である。
海外港湾に比較して高い港湾利用料用に着目し，一連のシステムの構築によりコンテナターミナ
ルのゲートにおける搬出入手続の効率化を実現したので，ここに紹介する。

２

システムの構成

図１は，コンテナターミナルでの荷の流れを示し，冒頭の海外港湾に比較して制限の多い運営時間

図はコンテナターミナル運用システム構成を示す。システム

海外港湾に比較して煩雑な諸手続

は，WEBモジュール，sNEXT..−Data, View, Gateに代表されコンテナターミナルは海上輸送と陸上輸送の接点であり，るモバイル端末（主に携帯電話）を活用したソフトウエアモ

海陸一貫輸送にはその港湾輸送での迅速性向上・効率化，サジュール群，ゲートシステム（無人ブース・自動ダメージチ

ービス向上には荷役の情報化・機械化などが求められている。

ェック装置）とコンテナターミナルのオペレーションシステ

当社では，最近のI T 技術の利用およびモバイル端末の活9

The sea container transportation has expanded rapidly with the globalization of an economic activity. But it
has been pointed out that the relative service level ofJapanese container terminals is unfavorable comparedwith those provided by other Asian countries. The efficient improvement of cargo handling at Japanese container terminals is requested to enhance their international competitiveness. The important challenge is toimprove the container carrying in-and-out procedures
through a terminal gate in a more rapid and efficient way
for enhancing the convenience of container handling,
reducing the handling costs. We have improved the container identification procedures at one terminal gate by
constructing a series of identification systems utilizing
the latest information technology and mobile terminal
devices.

＊情報システム本部＊＊搬送システム事業センター

ム（TOS

Terminal Operation System）とから構成される。
住友重機械技報 No.159 2005

論文･報告

貨物搬入

ターミナル

本船積込み

コンテナターミナル トータルソリューション（sNEXT.. の開発）

船会社
Shipping Co.

Shipper（荷送り人）

輸出者
輸入者

輸入者

携帯電話画面例
Screen examples of cell phone

図３

Consignee（荷受け人）
貨物引取り

ターミナル

船会社
荷降し

Shipping Co.

ムとゲートの無人化により，24時間受付が可能である。
図１

海外においても，対応が可能である。

ターミナルにおける荷の流れ
Cargo operation in trade

コンテナ情報コンテナ保管料
輸出ピックアップオーダ
輸入ピックアップオーダ
・
・
＜荷主＞

＜運転手＞
コンテナ情報輸出ピックアップオーダ
輸入ピックアップオーダ
・・＜コントロールセンタ＞

ターミナルオペレーション
システム
プランニング
オペレーティング
マネジメントなど

主な機能

４

各ソフトウエアモジュールの概要を説明し，その後個々の機能に関し説明する。
＜船会社＞
バース状況
コンテナ情報ブッキング
輸出ピックアップオーダ
輸入ピックアップオーダ
・
・

4.1

概要
WEBモジュール
TOSの機能の一部で，外部ユーザからインターネットを利用し，リアルタイムなTOS情報の検索と搬出入予約処理ができる。
TOSデータベース内情報照会（sNEXT..−Data）
コンテナ情報，本船動静およびピックアップオーダ情＜ターミナル内ユーザ＞
バース使用状況
コンテナ情報輸出ピックアップオーダ
輸入ピックアップオーダ
・・

報などを表示する。

＜代理店＞
バース状況
コンテナ情報・・

映像システム（sNEXT..−View）
ゲート周辺の混雑状況を撮影情報として携帯電話画面
上で閲覧できる。

図２

利用者概要
Application

ゲートシステム（sNEXT..−Gate）
コンテナ搬入・搬出情報に応じた 2 次元コードを携帯
電話画面上に表示する。そのコードをゲートシステムにソフトウエアモジュール群は業務を支援するもので，各港湾接続された 2 次元コードリーダーで読み取ることにより，に導入された既存のTOSへの対応が可能に設計されている。
データセンターに設置されたアプリケーションサーバを介し，ターミナルデータベース（DB）にファイヤーウオール
経由でアクセスする構成となっている。アプリケーションサ

自動受付が可能となる。
4.2

機能

次に，各機能の詳細を述べる。
4.2.1

ソフトウエアモジュールーバには，WEB対応アプリケーションと携帯電話対応のア

携帯電話を対象とした機能で，本システムへのログインは，

プリケーションが同居し，各々リアルタイムにDBにアクセ

事前に登録されたユーザのみ可能となっている。（ユーザ認スする仕組みとなっている。ここで，ファイヤーウオールは証）また，インターネット経由でユーザがTOSに対し一部のイントラネット内のセキュリティレベルを確保するべく，専個人情報を変更することもできる。

用を原則としている。

4.2.1.1

３

システムの特長

システムの特長を次に示す。

データ照会（sNEXT..−Data）

メニュー
利用者登録時にメニュー設定を行う。メニューは，データ照会を主としたユーザと 2 次元コード利用を主としコンテナ搬出入手続きを電子化している。搬入/搬出たユーザとを観点に，各々のニーズに応じたメニュー画

予約は，外部ユーザがインターネットを利用して可能で面を備えている。そのカテゴリーは，次のとおりである。

ある。また，ターミナルの情報をリアルタイムに照会がa．荷主・海貨業者・運送業者用メニューできる。

b．船会社・船会社代理店用メニュー

携帯電話からオペレーションシステムのアプリケーションサーバへアクセスし，リアルタイム処理でデータベ

c．ターミナルスタッフ用メニュー
d．ドライバー用メニュー

ースサーバのデータ照会を行い，利用者で情報提供をす

利用者概要を図２に，携帯電話の画面例を図３に示す。

るシステムである。それにより，インターフェース部分

データ照会内容

のみ各種TOSに適応させるだけで利用可能となる。業務支援システムは，TOSの種類にとらわれない。
コンテナ搬出入予定のコンピュータ予約・登録システ

バース情報とコンテナ情報を主体とした，次のターミ
ナル情報が照会できる（図４）。
a．バース情報住友重機械技報 No.159 200510

論文･報告コンテナターミナル トータルソリューション（sNEXT.. の開発）

＜予約システム＞＜予約者＞
ゲートシステム
前車トップ

Mail
sNEXT..

＜ドライバ＞

Gate

No.：5853
前車トップ
ゲートイン

ゲートシステム
Change car No.

2 次元コード
読込み▼

OK

携帯での検索推移
Search process by cell phone

図４

BFlet sルータ

イ
ン
タ
ー
ネ
ッ
ト

図６

sNEXT..-Gate

シール
チェック
インターネットカメラ
携帯専用サーバ

ダメージ
確認

DBサーバ

DCS端末
DCSサーバ

受付端末＜インターネットカメラ＞
従来

受付

インプット

ダメージチェック シールチェック

導入後 DCSゲート通過（画像確認） シールチェック
2 次元コード受付処理

図５

通過時間

人数

5分

4人

20秒

1人

sNEXT..-View

図７

各船舶ごとのETA，ETD，OPENおよびCLOSEの時を通し確認可能となる。また，4 桁の車番が内在されており，間などの表示を行う機能である。検索は，日付によっ運転者が 2 次元コードリーダに読ませると同時にヤード内て行い，本船名による絞り込みが可能である。

の荷役機械操作員に自動的に配信されるようになっている。

b．No. 検索

Gate System

この車番も不測事態に備え，携帯電話からも随時変更が可能

No.検索は，次の 5 種類を有している。

である。

それは，コンテナNo.，ブッキングNo.，BL No.，Job

4.2.2.2

Order No. および予約No. である。
各検索結果画面からさらにコンテナ詳細を表示することができる。
4.2.1.2

映像システム（sNEXT..−View）

コンテナダメージチェックシステム

本システムによりコンテナのダメージチェック作業が円滑化され，トータルな物流の効率化が実現できる（図７）。
本ダメージチェックシステムは，センサおよびカメラを連動させゲートレーンを通過したコンテナの画像を取得し，カゲート周辺の道路状況，搬出入各ゲートおよびヤード内なメラから取り込んだコンテナ画像データに対しパターンマッ

ど，インターネットカメラで撮影した映像がリアルタイムにチングなどによりダメージを認識する。また，通過したコン

パソコン画面および携帯電話画面上で閲覧できる（図５）。

テナNo.を自動的に読み取ることができるとともに，通過し4.2.2

たコンテナのイメージを端末装置からほぼリアルタイムに見無人ゲートシステム（図６）

ゲート手続での煩雑さを解消するべく，大きく次の二つの機能から構成される。

ることができる。そのイメージには，認識したベントおよびホールなどのダメージ部分がマーキングされ表示される。ダ2 次元コードシステム（sNEXT..−Gate）

メージの程度を認識することが可能であり，そのパターンを

コンテナダメージチェックシステム

所有者である船会社ごとに区分することにより，会社単位の4.2.2.1

2次元コードシステム（sNEXT..−Gate）

トレーラの運転者が使用するシステムである。予め携帯電

11※無人ブースに設置されたコードリーダ

コンテナの管理を可能とした。画像はそのままサーバに保存されており，後でコンテナ番号およびシャーシ番号により検話に表示させた 2 次元コードを無人ブースに設置した 2 次

索閲覧することができる。

元コードリーダにかざすだけで自動的にゲート手続を済ま

4.2.3

無人ブース

せ，コンテナの蔵置場および位置などを知ることができる。

従来はゲート係員が手作業で行っていた，トレーラ/ゲー

また，運転者の負荷と誤りの軽減を図るべく運送業者が予めト係員/ゲート管理棟間の情報の受渡しに係わるゲートでの予約した時点で予約No.をメール配信する仕組みを備えてい

搬出入手続を，トレーラ運転手が自ら行うことによりゲートる。運転者はこれをクリックするだけで，2 次元コードを携を無人化し，物流機能を効率化したゲート装置である。本装

帯電話に表示するとともに，通関を主とした諸手続情報を把置はタッチパネルPC，2 次元コードリーダおよびプリンタ

握し，引取りの可否を確認できる。これにより，手続の完了に代表される機器で構成され，これにより無人でのゲートの確認が不要となり，かつ正確な情報を運転者自らが携帯電話通過を可能とした。以下に，各機器の機能について説明する。
住友重機械技報 No.159 2005

論文･報告データセンター

コンテナターミナル トータルソリューション（sNEXT.. の開発）

コンピュータ室TOS DBWeb Server
空バン搬出予約登録
搬出予約番号通知

実
入
事
前
搬
入
登
録

Trucker

運送会社
転送
メール連絡

2次
元コ
ード
元コ
検
索
ード
発
行

索
ド検
行
コー
発
元
ド
転送 2次
コー
元
2次

転送

バンニング先へ

2次

Forwarder

無人ブース
タッチパネル
コードリーダ
排紙口

コンテナNo.登録
Gate

トラッカ
EIR受取り

トラッカ
EIR渡す
ターミナル

URLをクリックすると，自動的に 2 次元バーコードが送

トレーラ運転手が，情報を手入力する代わりに，携帯られてくる。運転手は無人ゲートに設けられたバーコー

電話画面に表示させた 2 次元コードを読み込ませるもの

ドリーダに携帯をかざすと自動的に受付が行われ，蔵置で，sNEXT..−GateでTOSに接続される。2 次元コードの場の指示が無人ブースのモニタおよび携帯画面に表示さ読込により，ゲート受付処理が完了する。

れるので指示に従う。
従来は，空バン引取り予約は電話またはFAXにて行ってき事前予約による 2 次元コードを未取得のトレーラ運転たが，インターネットを活用し処理することで迅速化とペー手が自ら情報を手入力することにより，ゲート受付処理

パーレス化を実現した。携帯電話に送られるコード情報の活を行う。TOSがその受付処理を受付けない場合には，そ

用により，運転手はゲート通過時にバーコードリーダに携帯の理由（例えば，D/O未提出）を画面に表示する。

電話をかざすと瞬時に自動受付が行われ，即座にヤードの貨

プリンタ

物搬入やピックアップ位置を得ることができる。これにより

TOSがゲート受付処理を受け付けた場合，コンテナ蔵ゲートでの通過時間が大幅に短縮され，ゲートにおける搬出

置位置などを印刷した用紙を排紙口から出力する。

ゲート処理

以上の効率化されたシステムにおいての処理手順と効果を，
輸出を例に説明する（図８）。
5.1

輸出の処理手順
Typical processing flow in export

2 次元コードリーダ

タッチパネルPC５

図８

入手続を効率化した。一連のシステムの導入により，従来，輸出貨物の場合前日予約が原則であったが，同日出船 4 時間前までの予約を可能にした。

むすび

６

輸出処理の手順
海貨業者（荷主）は，輸出用空バン引取り予約をイン

コンテナターミナルにおける港湾物流の効率向上と利便性向上を実現した，IT技術応用のシステムを紹介した。
インターネットを活用することで，迅速化とペーパレ

ターネットで行う。
予約が完了すると，自動的に予約番号が付与された電ス化が実現できた。
無人ゲートにより搬出入手続の高効率化を実現した。

子メールが届く。
運送を依頼する運送会社へ当該メールを転送する。

ゲートを初めとして，港湾物流の情報化並びに貨物の流れ

運転手が携帯電話で配車係から受け取ったメール上のに沿った一貫したシステムの構築へ，更なる物流コスト削

URLをクリックすると，自動的に 2 次元バーコードが送減・リードタイムの短縮に取り組んでいく所存である。

られてくる。運転手は無人ゲートに設けられたバーコー

本システムの構築に当たって，株式会社上組，株式会社ピドリーダに携帯をかざすと自動的に受付が行われる。ピットおよびIPCSインコーポレイテッドの 3 社に感謝の意をックアップ位置の指示が無人ブースのモニタ並びに携帯表する。

画面に表示されるので指示に従う。
バン詰作業終了後，搬入票を作成する代わりに，イン
ターネットで実入コンテナ事前受付を行う。
受付が完了すると，自動的に受付番号が付与された電（参考文献）
経済産業省. 我が国主要港湾地域の国際競争力強化に向けた調査.
2002.

子メールが届く。
運送を依頼する運送会社へ当該メールを転送する。
運転手が携帯電話で配車係から受取ったメール上の
住友重機械技報 No.159 200512

搬送物流設備小特集

論文･報告

バケットエレベータ式連続アンローダの予防保全システム

バケットエレベータ式連続アンローダの予防保全システム
Preventive Maintenance System for Bucket Elevator Type Continuous Ship Unloader
●伊

藤

義

和＊

Yoshikazu ITOH

大

北

義

明＊

Yoshiaki OHKITA

バケットエレベータ式連続アンローダ
Bucket elevator type continuous ship unloader

高能力のバケットエレベータ式連続アンローダは，その高い荷役性能ゆえにオーバロードとなりやすく，想定外の機械的なトラブルが発生する可能性がある。また，
制御システムにおいても，高機能化および高精度化による原因究明困難なトラブルが発生する可能性がある。こ
れらの事情から，バケットエレベータ式連続アンローダの運用では，安定操業の維持・向上がますます重要な課題となってきた。
そこで，トラブルを事前に予測し保全することにより，安定操業の維持および向上を図るべく，疲労寿命監視シ
ステムと軸受振動監視システムを開発した。さらに，バケットエレベータの掘削速度を制御して，機体に作用す
る荷重を減少させるシステムも付加した，バケットエレ
ベータ式連続アンローダの予防保全システムを紹介する。

１

まえがき

運搬荷役設備が高機能化し，その制御システムが複雑化し

The bucket elevator type continuous ship unloader tends
to be operated at an overload because of its high unloading capacity, and then to occur unexpected mechanicaltrouble. Its advanced and sophisticated control systems
may also make it difficult to locate the cause of trouble.
Thus, it has become more important to maintain the stable operations of the bucket elevator type continuous
unloader. To keep stable operations, Sumitomo Heavy
Industries Engineering & Services Co.,Ltd. has developed monitoring systems of fatigue life and bearing
vibration to predict problems that require maintenancework. In addition to the monitoring systems, the digging
speed control of the bucket elevator is also incorporated into the system to reduce the load acting on theunloader structure. This paper presents the preventive
maintenance system for the bucket elevator type continuous unloader.

鉱石や石炭を高能力で荷役できる反面，構造物には設計値を超える荷重が連続的に作用する可能性があることから，他のクレーンに比べると大きなダメージが蓄積されやすい。

ていく中で，安定操業の維持と向上がますます重要な課題とこのような状況に対し，BE式CSUのダウンタイムミニマ

なってきた。一方，顧客の保守作業員の質的・量的な不足にム化による安定操業維持を目的とした,予防保全システムをより，トラブルや予防保全への対応力が低下しつつある。

開発したのでここに紹介する。

バケットエレベータ式連続アンローダ（BE式CSU）は，

13＊住友重機械エンジニアリング サービス株式会社

住友重機械技報 No.159 2005

論文･報告ブーム旋回

バケットエレベータ式連続アンローダの予防保全システム【テンションバー】 疲労寿命監視
運転室
溶接ゲージ
アンプ
PLC
データ蓄積・表示
下部電気品室

制御信号
BE旋回

PLC
ﾕﾆｯﾄ
【ポスト部】
走
BEスウィング

横ＢＥ電気品室

溶接ゲージ

行

アンプ

メンテナンスPＣ

LAN

PLC

【軸受部】
加速度センサアンプ
掘削力ピークカット制御 16ヶ所

行

【SESサービスセンター】

UPS

パソコン
光ケーブル

DB

データ通信
軸受異常監視 携帯電話用
モデム
携帯電話機

図１

BE式連続アンローダの動作
Motion of BE type continuous ship unloader

システム構成System configuration

3.2

制御システム

荷役効率を落とさずに機体寿命を延ばすべく，次の制御シ

疲労寿命監視システム
変動応力計測図３

ステムを付加することにより，機体に作用する掘削力を適切

累積疲労損傷度に制御し，更なる安定操業の維持を図る。その制御システム
軸受異常監視システム
軸受加速度計測警報とは，次の二つである。
BE旋回速度制御システム

軸受振動監視掘削力ピークカット制御システム
3.3BE旋回速度制御システム
ＢＥ部の速度制御

データ処理

本システムのデータ処理は，運搬荷役機械の制御装置

掘削力削減（PLC）を使用した「データ収集部」と，「パソコン」（PC）
機体保護

掘削力ピークカット制御システム
掘削力算出

掘削力制御

および住友重機械エンジニアリング サービス株式会社（SES）
サービスセンターに設置された「メンテナンスPC」で構成される。「パソコン」および「メンテナンスPC」は，公衆電話回線で接続される（図３）。

図２

予防保全システム
Preventive maintenance system

４
4.1

２

バケットエレベータ式連続アンローダの概要

予防保全システムの詳細
疲労寿命監視システム

構造物の疲労破損が発生すると，場合によっては長期間の操業停止が必要となり，復旧までに多大な労力と費用が必要

BE式CSUとは，ブーム先端のバケットで連続的に船内のとなることがある。これを防止するには定期点検が有効であ

鉱石や石炭を高能力で陸揚げする運搬荷役機械である。図１

るが，現実の問題として初期段階の亀裂を発見するのは困難に示すように，走行，ブーム旋回，ブーム起伏，バケットエ

なことが多い。予防保全として初期段階で亀裂を発見するに

レベータ（BE）旋回およびBEスイングの 5 動作を有し，は構造物の残寿命を高精度に予測し点検する必要があるが，BE先端のバケットが船内を周回しながら連続的に荷役を行

それには合理的なデータ収集に基づいた評価・判断システム

う。この時，鉱石や石炭の物性値やバケットで掘削時の崩落が必要である。

およびオペレータの運転方法などによっては，構造物に設計
値を越える荷重が作用する可能性がある。

３

予防保全システムの構成

本システムは，二つの監視システムと二つの制御システム

通常，構造物の疲労寿命は，短期間の実稼働応力測定結果により推定する場合が多い。ところが，数10年にわたる使用期間の内には，操業時間や作用荷重のバラツキなどにより当初の疲労寿命推定精度が悪化することが考えられる。これを解決する手段として，常時発生する変動応力を長期間にわたから構成される（図２）。

って採取・分析することにより，主要構造物の疲労寿命を高3.1

精度に推定するシステムを開発した。これは，疲労寿命が設

監視システム

機体に取り付けたセンサにより変動応力や軸受振動を常時定値を超えると，運転室のモニタ画面で警報を発生する機能

監視し，設定値を超えると運転室のモニタ画面に警報を表示も有する。

する。その監視システムとは，次の二つである。

4.1.1

構造物の変動応力を常時監視する疲労寿命監視システム
軸受振動を常時監視する軸受異常監視システム

疲労寿命推定疲労寿命は，BE部への作用荷重が明確に判定できる部位（テンションバー 2 ヶ所）で変動応力を計測し，疲労設計曲
住友重機械技報 No.159 200514

論文･報告バケットエレベータ式連続アンローダの予防保全システム

常時応力計測(TB)

1.0

ＢＥ部
BWボス
マストトップ
TB

累
積
損
傷
度
Ｄ

平行リンク

ＢＥ−90度
バケット速度

時

主要部位

図４

アンローダ平面図
ＢＥ旋回速度

ブ
ー
ム
先
端
方
向

間

ＢＥ180度

速度アップする範囲

疲労寿命監視Monitoring of fatigue life

ＢＥ90度

図６
BE駆動部
減速機軸受

ブーム

ＢＥ０度

速度ダウンする範囲

BE旋回速度制御
Control of BE slewing speed

ブームBC駆動部
減速機軸受 プーリ軸受
ベルトフィーダ駆動部
減速機軸受 プーリ軸受

労破損することになっている。本システムでは，安全を見て0.3を越えると運転室のモニタ画面に警報を出すように設定

加
速
度

故障

した。

重故障
6L0

BE旋回部
減速機軸受

回転フィーダ駆動部
減速機軸受

BE駆動部
減速機軸受 プーリ軸受

D ＝ ∑（ni／Ni）

警報

3L0
初期値
（L0）

ここで，ni ∆σi の発生頻度
時

間Ni 疲労設計曲線より求めた∆σi の疲労寿命∆σi

軸受振動計測図５

軸受異常監視Monitoring of bearing condition

4.1.2.3

応力範囲レベル荷重校正

長期にわたって精度の高いデータを採取し続けるには，計測器類が初期状態を維持できているかどうかを定期的に確認

線 により求めた疲労寿命との比で，累積損傷度を算出・評する必要がある。本システムでは，BE旋回のような簡単な価する。他の主要構造部位15ヶ所については，事前に測定し基本動作で計測機器の精度を定期的にチェックできる，半自たデータを基に，テンションバーとの比で累積損傷度を算出

動の荷重校正システムも開発した。これにより，初期値とのすることにした。15ヶ所の変動応力を直接計測しないのは，差を算出し計測機器の状態を確認することができる。

計器類の増加によるトラブル発生リスク増と疲労寿命推定精4.2

度を比較検討した結果，テンションバーとの比で十分であると判断したことによる（図４）。
また，これらの累積損傷度は，CSU機体に設置したパソコ

場合がある。軸受の異常を早期に発見すべく，CSUの主要な軸受16ヶ所に加速度センサを設置した。常時計測したアナロ

ン画面に大きい順に一覧表示する。

グの加速度（電圧）をPLCでデジタル変換し累積することで，4.1.2

初期状態からの変化を比較し，軸受の異常を早期に検出する

4.1.2.1

応力測定ツール
溶接型ひずみゲージ

ことができる。本システムでは，軸受の異常検出に「ころが港湾に設置するCSUには，耐候性のある測定機材が必要とり軸受の相対判定法」 を採用した。約 1 ヶ月間の軸受振動なる。テンションバーで数10年という長期にわたって変動応データを採取し，個々の平均値と最大値を初期値として設定

力を採取することから，数年ではあるがSESで使用実績のあした。稼働時に得られた振動データから，1 時間ごとの平均

る溶接型ひずみゲージを採用した。溶接型ひずみゲージの精値と最大値を算出し，各々の初期値の 3 倍で警報，同 6 倍度については，通常のひずみゲージを同じ場所に取り付けてで重故障警報を発することにした（図５）。

実荷役を測定し，出力差がないことを確認した。

4.3

4.1.2.215

軸受異常監視システム

1 個の軸受の故障が，CSU全体の稼働停止を余儀なくする

応力頻度分布BE旋回速度制御システム

ブーム先端でBEが旋回しながら掘削するが，それを支え計測した変動応力から応力頻度を求めるべく，アナログのる構造体はBEがブームに対して直角方向（BE旋回角90 度お計測値（電圧）をPLCでデジタル変換し，1 時間分のデータ

よび−90 度）の時，掘削力による発生応力が大きくなる。

をレインフロー法で解析する。これを長期にわたって累積し，また，この掘削力は，BE旋回により機体に繰り返し作用す

応力頻度分布（n i：∆σi）を作成するプログラムを開発した。

ることから，機体の疲労寿命に与える影響も大きくなる。そこの応力範囲レベル（∆σi）と，疲労設計曲線 より求めた

こで，BE旋回速度およびバケット速度をブーム直角方向で疲労寿命（Ni）より，次式で累積損傷度（D）を求める。累最大20 ％程度ダウンさせることにより，機体に作用する掘積損傷度は，稼働により徐々に増加し，1.0以上になると疲削力を減少させる制御を付加した（図６）。実機による制御
住友重機械技報 No.159 2005

論文･報告バケットエレベータ式連続アンローダの予防保全システム

BEポスト
掘削力検出ゲージ

過大な掘削力と共振を制御する
掘削力と搬送能力実測例
正面掘削力
1.3F0

30
25
20
15
10
5

搬送能力と払出し量
7000
6000
5000

搬送能力

図９

共振

払出し量

表示画面
Screen of preventive maintenance system

t/h

tonf

4000

0
−5
100

設計値（F0）
共振
110

120

130
140
time(min)

150

160

3000
2000
1000
0
100

110

120
130
140
time(min)

150

160

※共振時，掘削力は大きいが搬送能力は少ない。

掘削力ピークカット
Peak cut control of action load

図７ら算出した。掘削力のピークカット制御は，オペレータの操作性も考慮しながら，以下のような 3 段階の速度制御を行開始

った（図７，図８）。

BE部応力検出

掘削力が設定値 1 よりも大きくなると，
バケット速度，
掘削力算出
No

設定値１以上Yes
バケット速度・ブーム旋回速度・
走行速度・BE旋回速度を半減
No

ブーム旋回速度，走行速度およびBE旋回速度を半分にNo

設定値2以上Yes
起伏・ブーム旋回・走行・BE旋回・スイングを停止

No

する。

設定値3以上Yes
異常とみなしてバケット停止

掘削力が設定値 2 よりも大きくなると，起伏，ブーム
旋回，走行，BE旋回およびスイングを停止させる。

リセット操作掘削力が設定値 3 よりも大きくなると，異常掘削力と設定値１以上Yes

バケット速度・ブーム旋回速度・
走行速度・BE旋回速度を元の速度に戻す

みなして全動作を停止させる。
（ただし，設定値 1 ＜設定値 2 ＜設定値 3 ）4.5

リモートアクセス機能

システム構成（図３）に示すように，本システムは公衆回
図８

掘削力ピークカット制御フロー
Flow chart of peak cut control

線にてCSU上のパソコン（図９）と，SESメンテナンスPC間でデータ通信ができることから，実績データの累積と評価が可能である。また，トラブル発生時にはPLC内プログラム

検証試験の結果では，疲労寿命が 2 倍以上に伸びることをのモニタ・修正を行うことによるトラブル復旧支援およびト確認した。

ラブル復旧時間の短縮も可能としている。

一方，BE旋回速度およびバケット速度をダウンすることによる能力低下が数％発生したが，BEがブーム方向（BE旋５むすび

回角 0 度および180 度）の時にBE旋回速度およびバケット

保守および保全作業は，トラブル発生後の事後保全か

速度をアップさせることにより，この能力低下をカバーする

ら，設備の予防保全への移行が要望されてきている。更ことができる。

には，IT技術をベースとした，専用メーカーによる遠隔4.4での設備診断が注目を集めている。

掘削力ピークカット制御システム

荷役時に実掘削力を計測すると，設計掘削力の1.3 倍以上

本システムにより，CSUの予防保全は大きく前進する

作用している場合が多い。ところが，掘削力と荷役能力は必と確信し，今後のブラッシュアップを図るとともに，他

ずしも比例しないことから，荷役能力は定格以下の場合がある。これは，BE部の共振により掘削力は大きくなるが，バケットに鉱石が入っていないことによる。そこで，過大な掘機種への展開も予定している。
今後とも，診断技術とI T 技術を駆使し，予防保全と遠隔での設備診断への拡張を押し進めていく所存である。

削力が連続して機体に作用するのを防止し，機体に影響を与える過大な変形や共振を防止するとともに荷役能力を向上させるべく，本制御システムを付加した。掘削力は，溶接ひず
みゲージをBEポストに取り付け，発生応力と荷重校正値か（参考文献）
日本鋼構造協会. 鋼構造物の疲労設計指針・同解説. 技報堂, 1998.
井上紀明. 実践振動法による設備診断（1998）. p. 78〜79, 日本プラントメンテナンス協会.
住友重機械技報 No.159 200516

搬送物流設備小特集

論文･報告

モバイルハーバークレーン走行駆動方式の最適化

モバイルハーバークレーン走行駆動方式の最適化
Optimization of Steering System for Multi-axle Mobile Harbor Crane
●庄

福

勝

美＊

Katsumi SHOFUKU

図１

大

北

義

Yoshiaki OHKITA

明＊

吉

田

史

郎＊＊

Shiro YOSHIDA

多軸式走行クレーン
Multi-axle mobile harbor crane近年，日本の主要港湾は物流の更なる効率化を求め，荷役機械が大型化，自動化されている。これに対し，地方中小港湾では，多様化するニーズと厳しい経済面から
多機能で機動性を重視した多目的荷役機械導入の要望が高まっている。
住友重機械エンジニアリング サービス株式会社（SES）
が開発したモバイルハーバークレーンは，自社製の電動式走行装置を備え機動性を飛躍的に高めた多機能，多目的タイヤクレーンとしては国内で初めてとなる。走行装
置は基礎地盤への配慮から複数のタイヤを備え電気式駆動装置を備えた自走式としている。
走行装置の電動化は，環境対策クレーンの基礎研究が進む現在大きな差別化技術となり，自社技術でこのクラスの走行回転半径を達成しているクレーンメーカーはSESのみである。
この駆動装置を最適化した機構解析シミュレーション

Recently, at major Japanese harbors, larger and automated loading and unloading facilities have been installed
in order to achieve more efficient cargo handling. On theother hand, at small to medium sized local harbors, theintroduction of multipurpose loading and unloading facilities with high mobility is desired in order to meet various needs under difficult economic circumstances. The
mobile harbor crane developed by Sumitomo Heavy
Industries Engineering & Services Co.,Ltd.(SES) is thefirst domestic model of a multipurpose and multifunctional wheeled crane. The mobility of the model has
been dramatically improved by providing it with electric
driving mechanism, which is a key factor for reducing
the environmental pollutions. SES s mobile harbor cranehas a minimum turning radius that has not been achievedby any other crane manufacturers. This paper reports
the mechanical simulation analysis to optimize the driving devices, and the comparison with the field test
results.

と実機による検証結果を紹介する。

１

17

能力が劣り，従来型のタイヤ式クレーンではあまりにも機動まえがき

性に問題があった。

地方公共岸壁の多くは荷役の多様性に対応するべく岸壁に住友重機械エンジニアリング サービス株式会社（SES）

レールを設置しておらず，特定の荷役機械を対象としていなのモバイルハーバークレーンはトラッククレーンの「機動性」

いことから電源設備がないケースが多い。こうした場合，トと従来型クレーンの「高い荷役能力」を併せ持ち，電気式駆ラッククレーンのような自走式で自己完結式の電源設備を持

動装置を採用した環境面にやさしい次世代型多機能クレーン

つ荷役機械が必要とされる。ただトラッククレーンでは荷役と言える（図１）。

＊住友重機械エンジニアリング サービス株式会社＊＊解析コンサルタント

住友重機械技報 No.159 2005

論文･報告モバイルハーバークレーン走行駆動方式の最適化

ロッカビーム
車輪軸固定

外輪駆動

スプロケットローラチェーン
ラインシャフト
油圧シリンダ
電動機
従動輪
駆動輪

連結ロッド
バランサ用ブラケット
黒タイヤ 駆動輪
白タイヤ 従動輪

バランサ

図２

駆動機構
Driving mechanism

油圧シリンダ

旋回軸受

図３

旋回機構
Steering mechanism

同機はこのクラスで国内市場の50％近くのシェアを持つ
SESの主力機種であるが，更なる飛躍を目指し基盤技術の整

図４

解析モデル
Simulation model

よびラインシャフトなどにより構成している。
2.3

旋回機構

図３に示すように，前後 2 組合計 4 本の油圧シリンダに備を進めている。

２

製品の特徴

2.1

走行装置の仕様

本製品の特徴である走行装置の仕様を紹介する。

より連結軸を駆動して機械的に全32 輪がほぼ旋回中心に向くように旋回機構を構成する。

３

解析モデル

型式

32輪タイヤ装着 8 軸式走行クレーン

走行速度0.75 m/sてが共通の旋回中心を持ち，内外輪が同心円の軌跡を描けば走行制御方式

インバータ制御

個々のタイヤの接地面における伝達力が均一になり，旋回お走行タイヤ数

全32 輪/駆動輪 8 輪

よび駆動の負荷を最適化できる。しかし，実際の旋回機構で

前輪側 15.0 t/輪，

は旋回中心のズレ，内外輪軌跡のズレなどにより，個々のタ

後輪側 13.5 t/輪

イヤの接地面における伝達力が不均一になり，一部のタイヤ

タイヤ荷重
2.2

駆動機構

走行装置は，図２に示すように，クレーンの台車下部の四多軸，多輪の走行装置においては前後に配置された車軸全に制動力が作用して 旋回および駆動の負荷が必要以上に大きくなる。

隅に 8 輪ずつのゴムタイヤ式車輪を配置しており，独立し今般，N港向けに納入された32 輪式ジブクレーンは，中た 4 台の電動機により駆動側の走行車輪を同時に駆動する間軸で接続された長さの異なる 4 組（前後対称）のリンク方式になっている。従動輪は駆動輪の回転に追従する。

を回転させて旋回させる設計となっている。この 4 組のリ

車輪は，車輪軸および円錐ころ軸受で支持する外輪回転のンクは旋回中心に向かって車軸を前後対称に揃えて車体の旋形式になっている。走行装置の走行操作台は，ポータル前方回軌跡を形成させるが，中間軸の剛性を局部的に変化させる

および後方に設けている。駆動側ユニットはロッカビーム下ことにより，リンク伝達力の大小関係と中間軸の捩り角を対のバランサ，電動機，電磁ブレーキ（電動機内蔵），サイク

応させている。

ロ 減速機，スプロケット，ローラチェーン，スプロケット

今回の解析では，別途U港向けに設計を進めていた同種のホイール，車輪軸および車輪により構成し，従動側はバランクレーンで前側 2 隅をステアリング輪，後側 2 隅を駆動と

サ，車輪軸および車輪により構成している。

する「前 2 隅旋回，後 2 隅駆動」と前後の 4 隅全てをステ

各走行装置には，走行ステアリング装置を設けている。ス
テアリング装置は，前後の走行装置をラインシャフトによりアリングおよび駆動する「 4 隅旋回，4 隅駆動」方式の対比という観点で検討を進めた。

連結することで同軌跡のステアリングができる。ステアリン

検討に当たっては 3 次元機構解析ソフトDADS を使ってグ装置は，連結ロッド，バランサ用ブラケット，シリンダお計算したが，図４に示すように車輪数を 8 輪に減らして計
住友重機械技報 No.159 200518

論文･報告モバイルハーバークレーン走行駆動方式の最適化

R 1 前前リンク長さ
R 2 前後リンク長さ
R 1/R 2＝L1/L 2

L1
L2
前側後リンク

R2

前側前リンク

R1

進行方向

進行方向

図５

横力（N）

200

後右後

100

0

2500

−5

2000

−10

0
30

60

90

120

150

180 210 240 270 −15

後右前

−200
−300

後左前

−400

横力（N）

後左後

300

−100 0

3000

5

5

旋回角

旋回角（deg）

400

旋回角

前右前
前右後

1500
1000

−20

500

−25

0

−20
−25
30

60

90

120

駆動輪横力分担比
Wheel propulsion force

150

180 210 240 270
−30

時間（s）

図６

−10
−15

前左後

−500

−30

−5

前左前

0

−500

0

旋回角（deg）

500

リンク長さとホイールベース
Link/wheel base

時間（s）

図７

従動輪横力分担比
Wheel transverse force

算結果判定の煩雑さを回避した。
3.1

タイヤ伝達力分担比

油圧シリンダ伸び量＝SPOOL×60（mm）

多輪駆動の車輌では，全ての駆動輪の回転軸が車体の旋回
中心で交われば，全車輪が真円の旋回軌跡を描き，理想的な推進性能が得られる。しかし実際の機構においては駆動輪の車軸は 1 点に交わらず，その結果駆動輪，従動輪いずれにも横力が生成される。この横力も車輪ごとに異なることから，

SPOOL＝0.75

R＝63（m）

一部の車輪に横滑りが発生する。したがって，車体の旋回性

SPOOL＝0.90

R＝52（m）

SPOOL＝1.50

R＝31（m）

能を評価するには，この横力の分担比がどの程度分散しているか検討する必要がある。
そして横力の分担比を変化させて極力均一にすれば，旋回性能を最適化できる。
今般のN港向けの場合，前後対称にリンクを操作するが，図５に示すように前側前リンク，後側後リンクの長さをR1，
前側後リンク，後側前リンクの長さをR2とすると，このR1，

図８

旋回特性
Steering locus

3.2

旋回性能

R2の比率をホイールベースの半分（L1/L2の比率）に設定す
ると，旋回挙動を最適化できることが知られている 。そして前 2 隅のみ旋回させて，後 2 隅だけを駆動した場合について計算した。その際，リンク長さの比率R1/R2を図５のホ次に，下記条件で旋回させた時の特性について検討した。

イールベース比に合わせると，駆動輪横力（車輪回転軸方向

油圧シリンダ伸び量45 mmに作用する車輪伝達力）は図６に示すように各輪で均等にな

駆動トルク

5600 Nm

ることが分かった。また，従動輪横力（車輪回転軸方向に作

旋回時間

150 秒

用する車輪伝達力）は図７に示すように各輪で均等になるこ

その際，油圧スプールの動きを種々変更して計算した旋回とが分かった。

19

半径をまとめると，図８に示すような結果を得た。
住友重機械技報 No.159 2005

論文･報告モバイルハーバークレーン走行駆動方式の最適化

したがって，前述のように32 輪を 8 輪に簡略化してモデ
50

2
0
右前計算

30

むすび

−2
左前計算

20

５

左前実測

−4

旋回角（deg）

車輪角速度（r/min−１）

右前実測

旋回角

40

ル化することの妥当性が確認できた。

機構解析により各タイヤの接地面における伝達力を計算した結果，以下のような知見が得られた。

10

−6

0

−8

および従動輪に加わる横力を変化させられることを確認

−10

−10

した。

−20

−12

0

30

60

90

120

150

180

210 240 270

時間（s）

旋回機構のリンク長さを調整することにより，駆動輪

その際，リンク長さをホイールベースの比率に揃えると，駆動輪の横力は駆動輪中心に対称な偶力を生成させることが分かった。

図９

駆動輪角速度：トルク制御
Angular velocity (Driving wheel) : Torque control

またリンク長さをホイールベースの比率に揃えると，従動輪の横力は従動輪全体で均一に分担されることが分
かった。

４
4.1

考察
旋回性能の最適化

ここまでの経過で得られた知見を活用して，自社技術の完成度を高めることにより，今後発展が期待されるこの種のクレーンシェアの確保を目指していく所存である。

旋回中の車輌の内輪と外輪とはそれぞれ旋回半径が異なるので，この旋回半径に相当した操舵角を与えなければならない。この関係を満たす最も基本的なものは，アッカーマン
ジャントの理論と呼ばれるものである。
すなわち，車輌が旋回する場合，図５に示したように前後（参考文献）
山川淳也, 渡辺啓二, 田中将浩. 多軸車輌の操舵・駆動方式と旋回特性. 日本機械学会論文集（C編）. vol.70, no.694, June, 2004.
LMS International. DADS Revision 9.6 Documentation.
自動車技術会編. 自動車工学便覧（新編）. Oct., 1984.

輪軸中心線の延長が，車体中心線の延長線と交わる点を回転の中心として旋回させる。その結果，内外輪のタイヤの向きと進行方向が一致して各タイヤに横滑りが発生しないという条件を満足させるものである。しかし実際の機構においては駆動輪の車軸は 1 点に交わらず，その結果駆動輪，従動輪
いずれにも横力が生成される。
この横力も車輪ごとに異なることから，一部の車輪に横滑りが発生する。したがって，車体の旋回性能を評価するには，
この横力の分担比がどの程度分散しているか検討する必要がある。そして横力の分担比を変化させて極力均一にすれば，旋回性能を最適化できる。
4.2

実測値との比較

実機における走行特性実測に先立って，シミュレーション
で推定した結果を実測値と比較したところ，図９に示す結果を得た。
多輪駆動の車輌では，旋回時の駆動力を以下の 2 種類の方式で制御する場合が多い。
速度制御
駆動力を旋回時外側と内側の車輪の旋回半径の差に対応して，車輪角速度を目標角速度に追随させる。（旋回特性は決まるが駆動力が不均一）
トルク制御
駆動力を旋回時外側と内側の車輪の旋回抵抗に対応して，駆動トルクを追随させる。（駆動力は決まるが旋回特性が不安定）実測時に採用した 2 種類の制御方式に対応して，シミュレーションにおいても制御モデルを変えて計算した。
その結果，トルク制御では旋回時外側の駆動輪の角速度が所定の比率で増加するという実測結果に対して，シミュレーションにおいても実測値に比較的よく対応した結果が得られた。
住友重機械技報 No.159 200520

搬送物流設備小特集

論文･報告

ゴライアスクレーンの連続建造

ゴライアスクレーンの連続建造
Serial Construction of Goliath Cranes
●河

原

直

行＊

Naoyuki KAWAHARA

ゴライアスクレーンの据付け工事
Installation of goliath crane

ここ数年来の中国市場などの活況に伴う海運業界の動向に合わせ，国内造船業界の船舶受注量が大幅に拡大している。国内の造船各社は，建造ドックの効率化や古い設備の更新などを目的に大型設備投資を活発化させている。特に，建造ドックで使用するジブクレーンやゴライ
アスクレーンの大型化更新計画に対し，トップシェアを誇る新型ジブクレーンならびに800 t クラスの新型ゴラ
イアスクレーンで顧客ニーズに対応している。今般，半年間で３台のゴライアスクレーンの連続引渡しと既設ゴ
ライアスクレーンの移設工事も合わせて実施した実例を紹介する。今回の連続建造ならびに移設工事は，設計から引渡しの全フェーズで予測される問題点を社外も巻き込み事前検討を実施し，関係する全組織が一体となり推進した結果である。

１

まえがき

ここ数年来の中国市場などの活況に伴う海運業界の動向にり，その建造ドックに800 t クラスのゴライアスクレーンを搭載するにはいくつかの技術的課題を克服する必要があった。ポイントとしては，次の 2 点である。

合わせ，船舶建造ラッシュにより造船業界は高操業が続いて

走行路などの既存基礎に搭載可能であること。

いる。国内の造船各社は，建造ドックの効率化や古い設備の稼働中のドックでの操業への影響を最小限にすること。

更新などを目的に大型設備投資を実施している。
造船建造設備に対しては，1996年に新型ジブクレーンを市場に投入以来70台以上の納入実績を達成し，トップシェアを確保している。
一方，造船所のシンボル的な設備でもあるゴライアスクレ

21

Recently, shipping business becomes active anddomestic ship manufacturers have many new ship
contracts because of activity of Chinese market. Ship
manufacturers are making large investments to improvetheir dockyards and replace old facilities. Sumitomo Heavy
Industries Engineering & Services Co.,Ltd. supplies new
types of jib cranes, which assume the largest market
share, and new goliath cranes of 800-ton capacity tomeet the customer needs of crane replacement projects.
This report presents the construction and delivery of
three goliath cranes in six months, and also the relocation work of an existing goliath crane. For the serial
construction and relocation work, preliminary studies
were performed involving contractors on potential problems in all phases from the design to delivery. The projects were successfully completed by the collaborationof all the relevant organizations.

この課題を解決するべく，新型ゴライアスクレーンは下記の特長を有するものとした。
高張力鋼を使用して自重を軽減している。
コンパクトな上トロリーおよび下トロリーを実現し，移動体の重量を軽減している。

ーンについては，1995年に800 t クラスの新型ゴライアスク

短納期対応および据付け期間を最短化している。

レーンを開発し市場に投入した。国内造船所には，ほとんど

1995年に市場に投入以来，現在までに納入した800 t クラが200 t から300 t クラスのゴライアスクレーンが稼働しておス新型ゴライアスクレーンは，製作中の 1 台を含め11台の＊住友重機械エンジニアリング サービス株式会社

住友重機械技報 No.159 2005

論文･報告

年月

項目

1

2

3

4

5

2004年
6
7

8

9

10

11

12

1

2

2005年
4
5

3

6

7

ゴライアスクレーンの連続建造

8

幸陽船渠株式会社

800 t×147.5 m GC

設計
材料調達

積込み 据付け 2/14, 15
屋外組立船上組立 試運転 官庁検査
船台組立
1/6 引出し
1/8 積込み

製缶・溶接
製缶・溶接

脚製作
ガーダ製作
今治造船株式會社

800 t×168 m GC
設計
材料調達

製缶・溶接

脚製作

製缶・溶接

ガーダ製作

積込み 据付け 4/25, 26
屋外組立 船上組立 試運転 官庁検査
船台組立

3/14 積込み

株式会社名村造船

800 t×140 m GC
設計

積込み 据付け 6/20, 21
屋外組立 船上組立 試運転 官庁検査

材料調達
製缶・溶接

脚製作
ガーダ製作

製缶・溶接

既設300 t×140 m GC

設計検討

移設工事

品

移設手順作成＆確認

5/10 積込み官庁
吊環 7/16 検査
取付け 移設試運転

ゴライアスクレーンの主要仕様
Main specification of goliath crane

表１

船台組立

名

４

800 t ×147.5 m GC 800 t ×168 m GC 800 t ×147.5 m GC

納入先

幸陽船渠株式会社

今治造船株式會社 株式会社名村造船所

台数

1

1

1

上トロリー フック下

400 t× 2

400 t× 2

400 t× 2

下トロリー フック下

400

400

400

吊りビーム下

700

700

720

スパン（m）

147.5

168

140

ホイールベース（m）

35

35

35

揚程 レール上（m）

65

65

65

レール下
（m）

7

11.5

7

図１

ゴライアスクレーン連続建造工程表
Construction schedule of goliath crane

連続建造時の設計，調達および製作段階での対応

各 3 台の800 t ゴライアスクレーンは，2004年 2 月末から
3 月末にかけて受注が決定し，それぞれの納期が2005年 2 月，
4 月および 6 月という短納期であった。そのことから，1 台の全備重量が2500 t 以上もある大型クレーンを各契約納期と定格荷重（ t ）おりに納入するべく，設計から調達および製作工程において各種の対策を実施した。
4.1

設計段階
長納期品（フック，ベアリングなど）および特殊購入
品を早期に集中手配する。
駆動装置関係の機械品および電機品の共通化を図る。

運動／速度

過去の不具合箇所をリストアップし，再発防止を徹底

上トロリー巻上げ（m/min）

24/10/8

24/10/8

20/10/7.2

横行（m/min）

60/40

60/40

40

24/10/8

24/10/8

20/10/7.2

する。
4.2

下トロリー
巻上げ（m/min）

調達関係
特に，材料調達については市場での高張力鋼を含めた

−

−

−

厚板の需要が急激に増加してきたことから，住友重機械

横行（m/min）

60/40

60/40

40

工業株式会社の資材部門と連携して高炉メーカーへ協力

走行（m/min）

60/40

60/40

40

を要請するとともに，客先へも要請し材料確保に努めた。

補巻上げ（m/min）

電源AC6600V, 60Hz, 3φ AC3300V, 60Hz, 3φ AC6600V, 60Hz, 3φ

調達先とのコミュニケーションを図り，品質および納期について十分なすり合わせを実施した。

実績にのぼり，市場を独占している。特に，2005年 2 月か

4.3

製作関係

ら 7 月の間に 3 台の800 t ゴライアスクレーンを連続納入すゴライアスクレーンの主構造部分は，ガーダ，剛脚および揺るとともに，既設300 t ゴライアスクレーンの 1 台を移設し脚から構成されるシンプルな構造の門形構造である。スパンがた。

140 m〜168 m，ガーダ下面が地上から70 m超と非常に大型の以下，その概要について紹介する。

２

主要仕様

連続建造した 3 台のゴライアスクレーンの主要仕様を，表１に示す。

３

連続建造工程3 台のゴライアスクレーン連続建造ならびに 1 台の既設
ゴライアスクレーン移設工事の全体工程を，図１に示す。

構造物であるととともに，橋梁のように固定される構造物と違い建造ドックを跨いで800 t の荷重を吊り下げながら移動する必要がある。また，既設ゴライアスクレーンとの共吊りにも対応することから，隣接のゴライアスクレーンとの寄りを最小限にする必要がある。構造物の断面寸法を最適化しながら強度的にも十分でかつ荷重などによる撓みや倒れを最小限にするために，主たる構造物の材質は，高張力鋼SM570TMCを採用した。また，その製作精度や溶接品質を確保するべく，主たる構造部分の製作先を固定し，連続建造を実施した。
住友重機械技報 No.159 200522

論文･報告従来

ゴライアスクレーンの連続建造

今回

147〜175m

新造
船

内海造船株式会社
因島工場

ガーダ

ガーダ
147〜175m

内海造船株式会社
因島工場
No.2 ドック

大型造船
ブロック

大型造船
ブロック

No.1 ドックNo.2 ドック

No.1 ドック

図２

ガーダ製作状況
Construction of girder

特にガーダ部分については，1995年に新型ゴライアスクレーンを開発した時から内海造船株式会社因島工場（旧株式会社ニチゾウアイエムシー）に製作外注し，共同で製作方案を確立してきた。しかしながら，今回の 3 台の連続製作においては従来の製作方法で製作できない状況であり，新たな課
題を共同で解決した。課題となったポイントは，下記のとおりである。
従来，岸壁に平行にガーダブロックを繋ぎ合わせた後，フローティングクレーンで吊り上げて輸送用バージ上に搭

図３

据付け状況
Installation condition

載していたが，製作先の操業の関係で不可能になった。
製作先のNo.2ドック内でガーダブロックを繋ぎ合わ

日時を決定する必要がある。そのことから，客先と据付け日，せた後，ガーダ全体を縦方向にドック内より引き出し，据付け時の建造ドック側のスペース確保，輸送バージならび

フローティングクレーンで吊り出す方策を検討する必要にフローティングクレーンの接岸，海上作業区域の制約などがあった。

事前に十分な打ち合わせを実施した。そして，海上保安庁なNo.2ドックは，傾斜40/1000が付いた船台であるととどの許認可，造船所周辺の企業，漁業組合などへの説明およ

もに，フローティングクレーンのアウトリーチの関係より

び協力要請を実施している。新型ゴライアスクレーンの据付

傾斜船台よりガーダを約 5 mすべり出す必要があった。

けは客先の操業への影響を最小限にするべく，3000 t 級の大上記課題を克服するべく製作先と種々検討を重ね，図２に型フローティングクレーンによる一体据付け工法を考案し，示すように，傾斜船台で船を建造し進水させる方法を利用した。ガーダ部分を一体化した後，約 5 m海側に滑り出してからフローティングクレーンにより縦方向にガーダを吊り上げ，輸送用バージに搭載させることができた。
一方，脚関係，トロリー関係，走行装置および吊具関係は，
住友重機械エンジニアリング サービス株式会社新居浜工場
で製作するとともに，トロリーおよび走行装置は無負荷試運
転を実施し，機能確認を行い品質作込みを実施した。
特に，電気制御関係のシーケンスチェックなどは，運転席に配置される操作卓と制御盤の組み合わせ検査を実施し，品質確認を行った。

５

据付け工事

新型ゴライアスクレーンを操業中の建造ドックに据付け搭載する場合，各造船所の操業への影響を最小限に抑えるとともに，客先の船の進水時期とのタイミングを見ながら据付け

23

据付け期間の最短化を実現してきた。
概略据付け手順は，次のとおりである。
剛脚ならびに揺脚上部を地上に仮置きまたはバージ上に設置する。
上トロリーならびに下トロリーを輸送バージ上にてガーダに搭載する。
ガーダをフローティングクレーンにて吊り上げた後，仮置きしている揺脚上部とガーダを接合する。
同様に剛脚上部をガーダと接合する。
揺脚下部と走行装置が一体となっているブロックを輸送バージ上でガーダ部分と結合する。
同様に，剛脚下部と走行装置が一体となっているブロックをガーダと結合する。
一体となったゴライアスクレーンをフローティングク
レーンにて建造ドックの搭載場所に据付けする。
据付け状況を，図３および図４に示す。
住友重機械技報 No.159 2005

論文･報告図４

据付け状況
Installation condition

図５

ゴライアスクレーンの連続建造

既設ゴライアスクレーンの移設工事
Removal of existing goliath crane

図４に示されているように，1 台の3000 t 級大型フローテで実施し，安全面，技術面および品質面のあらゆる観点からィングクレーンによりガーダ部分の中央付近を一体で吊り上予測できる問題点を洗い出し，対策を実施した。特に，事前調

げるには，ガーダの強度検討が重要となる。通常，ゴライア

査ならびに検討課題となったポイントは，次のとおりである。
他社製ゴライアスクレーンであることから，現状でのスクレーンのガーダは，上トロリーならびに下トロリーの移全備重量ならびに全体重心位置の確認。

動体重量，荷重およびガーダ自重が下向きに作用した状態で移設後の性能確認を行う前に，現状のクレーン構造部

強度が満足されるように設計されている。しかしながら，フ分，機械部分および電気部分の健全性の確認。

ローティングクレーンでガーダ中央部を吊り上げる場合は，

2 台のフローティングクレーンの海上移動時の挙動と両脚の重量などがガーダ両端に作用することから，通常の稼ゴライアスクレーンへの影響度合い。

働状態とはまったく逆の荷重条件となる。このことから，通常のガーダ強度検討を実施した後，据付け時の各条件により2 台のフローティングクレーンの間隔保持方法。

ガーダ強度を再検討し，最終断面強度を確認している。特に90度方向転換を行うためのフローティングクレーンの操船方法。

座屈強度および吊環設置箇所の局部強度については，十分な強度検討が必要となる。

上記課題を調査ならびに検討した結果，最終的には，移設

建造ドックにゴライアスクレーンを一体据付けする場合，工事本番の前日にリハーサルを兼ねて，移設先から逆に建造

ドック水門付近での操業に影響が出る期間は約 4 日間程度ドックに移設工事の逆手順で無負荷状態におけるフローティ

である。据付け 2 日後には走行運転が可能となることから，

ングクレーンの海上移動を実施し，移設工事の手順を確認し，操業状況によっては退避運転を行い，操業に支障がない位置

本番に備えた。また，深田サルベージ建設が今回の移設工事まで移動する。据付け後の総合試運転を経て，各運動機能の用に開発したゴライアスクレーン据付け作業管理システムを確認ならびに荷重試験などを実施し，最終的に所轄労働基準搭載した。このシステムは，位置誘導システム，姿勢管理シ

監督署による官庁検査を受け，客先竣工検査をもって引渡し

ステムおよび荷重管理システムから構成されている。ゴライ完了となる。

アスクレーンならびに各フローティングクレーンにGPS受信機

据付け開始から引渡しまで約40日の据付け試運転期間によを設置し，ゴライアスクレーンとフローティングクレーンの相互

り垂直立ち上げを実現し，客先の操業への貢献を果たしている。

位置関係を監視する。ゴライアスクレーンに光ファイバジャ

６

既設300 t ゴライアスクレーンの移設工事

イロ高精度加速度計測装置を設置し，3 次元の動揺を計測し，事前に設定した許容外力との比較監視を行った。また 2 台の今回，株式会社名村造船所に800 t ゴライアスクレーンを

フローティングクレーンの荷重データを一元化し，2 台のフ納入するに当たり，既設300 t ゴライアスクレーン（他社製）

ローティングクレーン船の荷重計を監視した。移設当日は天の 2 台の内，1 台を増設されるブロック建造ヤードに移設す

候にも恵まれ，無事移設工事を終えることができた（図５）。

る工事も受注した。このクレーンは，昭和40年代に造船所が建設されると同時に納入されたものである。移設工事での問
題点は，次のとおりである。
移設期間の最短化と移設後のスムースな再稼働が求められている。
ガーダなどの構造物の強度的観点から大幅な解体／再組立工法が採用できない。
上記課題を解決するべく，2 台のフローティングクレーン
による一体吊り運搬方式による移設工事を採用した。
新たな設置場所であるブロック建造ヤードは，現建造ドッ
クとは90度方向転換が必要で，約500 m離れた場所にあることから，このような移設工法は世界的に見ても初めての試みで

７

むすび
今回のゴライアスクレーンの連続建造は，市況の影響による鋼材等素材関連の入手性が納期に影響したが無事達成できた。
ガーダ製作先と一体となった調達・製作面での品質および工程管理が達成できた。
移設工事については世界的に見ても初の試みであったが，事前検討を十分に実施するとともに深田サルベージ建設との協力により無事完工することができた。

幸陽船渠株式会社，今治造船株式會社ならびに株式会社名村造船所の各社の協力に感謝の意を表する。

あった。移設工事検討は，深田サルベージ建設株式会社と共同
住友重機械技報 No.159 200524

搬送物流設備小特集

技術解説

高機能フィルムロール用クリーン搬送システム

高機能フィルムロール用クリーン搬送システム
Clean Material Handling System for High Functional Film
●長

部

洋

介＊

Yosuke OSABE

図１１

システムの概観
Overview of system

機への原反ロール・製品ロールの着脱を自動化し，人にはじめによる塵埃の持込みをシャットアウトした無人搬送システ

近年，市場ではブラウン管テレビから液晶テレビやプラズ

フィルムロールのコアを直接ハンドリングすること

い替える動きが活発となってきている。FPDには光学的な特で，パレットなどに付着した塵埃を生産現場に持込むこ性を改善するべく，幾種もの高機能フィルム材料が貼り合わとを防止したクリーン搬送システムである。

せ使用されており，この特性が最終製品の品質特性に大きなクリーン環境に対応し，塵埃の発生を防止したマテハ

影響を与える。これら高機能フィルムの生産現場では，コンン・搬送装置により構成されたクリーン搬送システムでタミの混入による欠陥発生を防止するべく，クリーン環境維ある。

持に対する要求が強い。クリーンな生産環境の維持に，マテ

自動倉庫内の最適なクリーンエアーフローの実現によ

ハン・搬送システムに対しても単体機械の対クリーン環境性

り，フィルムロールへの塵埃の付着・庫内での塵埃の滞だけでなく，如何にして人の介在を少なくしてクリーン度を留を防止したクリーン自動倉庫である。

維持するか，如何にして搬送をシンプルにして塵埃を持ち込
まないようにするかなど，システムの構成・運用計画全体に対する要望も多い。
当社はこれまで製紙業界，印刷業界および軟包装業界などで数多くのロールハンドリング・搬送システムを納入してき

３

構成装置

高機能フィルムロール用クリーン搬送システムを構成する，特長ある装置群の一端を以下にご紹介する。
3.1

クリーンストッカており，システムの信頼性と機能で顧客から高い評価を得てスタッカクレーンのクリーン環境対策として，クリーン度いる。この長年培ってきたロールハンドリング技術・システ

クラス1000までであれば摺動面にステンレス材を用いたり，ム化技術とクリーン環境対応技術とを融合させ，高機能フィ

FFU（Fun Filter Unit）付きのカバーで可動部を覆い磨耗粉

ルムロール用クリーン搬送システムとしてラインナップし，が外部に流出しない様に対策を行うのが一般的である。当社

市場に提供している。

ではこれらの対策に加えて，スカラアーム式の移載装置を具

本報では，そのクリーン搬送システムを紹介する。

２

特長

高機能フィルムロール用搬送システムの概観を，図１に示す。

備したスタッカクレーンをラインアップに加えた。スカラア
ーム式移載装置を，図２に示す。
スタッカクレーンの移載装置は棚内で下段に格納されたフィルムロール上で移載動作を行うことから，特に塵埃の発生の少ない機構が望ましい。スカラアーム方式はスタッカクレ

本システムの主な特長は，次のとおりである。
フィルムロールの格納から搬送，コータ機などの生産

25

ムである。

マディスプレイテレビなどのFPD（Flat Panel Display）に買＊ロジスティクス&パーキングシステム事業部ーンの一般的な移載方式であるシャトル方式と比較し，可動部のシール性に優れ塵埃発生の極めて少ないのが特長である。
住友重機械技報 No.159 2005

技術解説

図２

スカラアーム装置
Scalar arm

図４

高機能フィルムロール用クリーン搬送システム

ロールフィッター
Roll fitter

当社のロールフィッターは，これまで培ってきたロールハ
ンドリング技術とノウハウに基づき，高い移載精度（ 1 mm以下）を実現した装置である。ロールフィッターの採用により生産機へのロールの着脱時に人手の介在が不要になり，ク
リーン性および安全性の確保が可能となる。

４

クリーンエアーフローの解析

自動倉庫内に外部から持ち込まれた塵埃を滞留させずに排除し庫内のロールへの付着を防止するには，自動倉庫内のクリーンエアーフローの最適化が必須である。当社では顧客ごとに異なる格納条件に合わせた自動倉庫内のクリーンエアー
フローの解析を行い，最適なエアーフローを提案している。
最適なエアーフローを実現するには，全体系でのエアーフ
図３

コアハンドリングタイプAGVCore handling AGV

ロー解析に加えて，クリーンストッカの構成要素であるスタッカクレーンおよびロールなどの基本要素ごとのエアーフロ
ー解析が必要となる。また，シミュレーションによるエアー

3.2

AGVシステム

高機能フィルムの生産現場では自動倉庫とコータ機などのフロー解析が実機と相違ないことを評価するべく，ミニュチュアモデルを用いた風洞実験を実施している。

生産機との間でフィルムロールを搬送する手段として，AGV

以上のステップを踏むことにより，さまざまな顧客の要望（Auto Guided Vehicle）システムが採用されることが多い。

に合った確実かつ最適なエアーフローの設計を行いクリーン

これは，AGVシステムが搬送経路上に固定設備を持たず，ス

度の高いクリーン自動倉庫を提供している。

ペース性およびクリーン環境対応性に優れていることによる。
当社では，クリーン環境対応のジャイロ誘導式無人搬送車

５

おわりに

をベース車輌に，さまざまな移載アタッチメントをラインナ

当社ではこれまで培ってきた豊富なロールハンドリング技

ップしている。この中でも，特にコアを直接ハンドリングす術とクリーン環境対応技術の融合により，顧客の要望に応える方式は塵埃の付着したパレットなどを生産現場に持ち込まられる最適なクリーン搬送システムを提供している。その特ないことから，クリーン環境対応性に優れている。かつ，直長は，次のとおりである。

接ロールを搬送することから，空パレットなどの無駄な搬送を必要としない優れた方式である。コアハンドリングタイプ
AGVを，図３に示す。
3.3

ロールフィッター（新製品紹介31頁参照）

ロールフィッターは，フィルムコータ機などの生産機にフィルムロールを自動着脱する装置である（図４）。コータ機な
どの生産機へのフィルムロールの着脱には，高い移載精度（通常 1 〜 2 mm）が要求される。これは，着脱時に生産機のチャッキング装置とフィルムロールの芯（コア）との相対的な位置精度が確保できていないと，着脱の成否はもちろん
コアとチャックのこすれによる塵埃の発生に結びつくことにクリーン環境の維持を実現できるシステム全体運用および構成計画を構築した。
塵埃の発生が極めて少ないスカラアーム式スタッカク
レーンを組み込んでいる。
クリーン環境対応性に優れたコアハンドリングAGVを採用している。
高い移載精度を確保したロールフィッターを組み込んでいる。
顧客の要望に合った最適エアーフローを実現している。
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えた，高機能の商品を提供していく所存である。

よる。
住友重機械技報 No.159 200526

搬送物流設備小特集

技術解説

ロープトロリ式橋形アンローダの半自動運転

ロープトロリ式橋形アンローダの半自動運転
Semi-automatic Operation for Rope-trolley Type Unloader
●西

山

範

之＊

Noriyuki NISHIYAMA

ロープトロリ式橋形アンローダ
Rope-trolley type unloader

１

はじめに

アンローダの運転は，1 サイクル 1 分以下と高速で，かつ荷こぼれを起こさないようにホッパ上で停止した時に荷振れが許容値以内となるように運転しなければならない。このこ

３

要素技術

3.1

ルート設定技術

橋形アンローダは，巻上げ，開閉と横行運転により荷役を行っている。

とから，運転者の疲労が激しく，2 時間程度で交代している

図１に，荷役ルートを示す。ルート上で障害となる場所は，ことが多い。ホッパ投入作業を自動化することで，荷役サイ

船のハッチ口，落粉受けの先端およびホッパである。船のハ

クル中のほぼ半分の時間を監視作業のみとすることができ，

ッチ口の高さは，潮の干満および積荷の減少などにより常時運転者の疲労を軽減して，交代間隔を長くすることにより省変化しているので，一定の時間経過ごとに再設定の実施を促人化を図ることができる。

すメッセージを表示している。落粉受けおよびホッパ位置はこの目的で，橋形アンローダの半自動運転装置を開発した。

変化しないので，制御装置内に固定値として設定している。

半自動運転で最大の問題となる，振止め制御には新開発の制運転ルートは，横行装置を定格速度まで一気に上げても障害

御（特許出願中）を採用して，手動運転と同等の荷役サイクとなる 3 ヶ所全てをクリヤできる揚程まで巻上げ単独運転ルを達成したので，ここにその手法を紹介する。

を行い，規定揚程迄到達すると横行を起動するように設定し２

半自動運転の概要

半自動運転は大別して次の三つの技術から成る。
吊り荷であるバケットを船およびホッパに衝突させないようにルートを設定する技術。

ている。
3.2

バケット

バケット

み制御技術

み開始時には，バケット自重を有効に食込み力とすることから，支持ロープの張力を最低限に保つように制御している。

み完了前には支持ロープ弛み取り制御を行い，バケット掴み時の沈めおよびたるみ取りの技術。

巻上げ開始時の開閉装置過負荷発生の防止と過負荷による起荷物をホッパ投入する時に荷をこぼさないようにする，

動渋滞の結果として発生する荷こぼれの防止を行っている。

振止め機能付きの位置決め制御技術。

3.3

振止め付き位置決め制御技術（特許出願中）

特に，振止め制御は多くの事例が発表されているコンテナ

アンローダの振止めの目的は，ホッパ投入時に荷物をホックレーン用と比較して，残留振れの振幅に対する許容値は緩パからこぼさないのが目的であり，要求される精度は±500

いものの，所要時間を短くする必要がある。

mm程度であるが，サイクルタイムの要求から振止めに殆ど

以下に，三つの技術について個別にその概要を紹介する。

時間を掛けられない。今回，1 周期減速の考えを基本に，新
たな振止め方式を開発した。

27＊住友重機械エンジニアリング サービス株式会社

住友重機械技報 No.159 2005

技術解説

ロープトロリ式橋形アンローダの半自動運転

横行速度指令
ホッパ
落粉受け

横行速度
フィードバック

ハッチ口−1000 1000

横行駆動力

推定振れ角
現在あるべき振幅

図１

荷役ルート
Handling route

図３

横行装置
P

ワイヤドラムインバータ

度と減速度 3 から次のスキャンで出力させる速度指令を求

巻上げ装置
G

G

IM

S

P

IM

G

G

S/D インバータ
変換器

実機運転データ
Actual operation data

S

めて，インバータへの速度指令を作ることにより，振止めと位置決めを両立させる。

ワイヤドラム

S/D
変換器

荷重計

この手法により，1 周期減速と殆ど同じ所要時間にて，振止めと位置決め制御を実行することができる。

A/D

A/D

D/A

DI

D/A

DI

DI

横行速
度帰還

横行駆
動トルク

横行速
度指令

横行
位置

巻上げ
速度指令

吊上げ
荷重

巻上げロ
ープ長さ

制御演算装置PLC,マイコンなど

４

実機での性能確認

図３に，実機運転での計測データを示す。
加速度を急激に変化（特に減速中に加速するなどの動作）させることなく制御しており，横行ロープをしゃくることな
く制御を実行している。結果として，振れ角検出結果も滑ら

図２

振止め装置システム
System configuration for anti-sway control

かに変化している。また，横行速度変化も直線的に変化していないことで，1 周期減速のパターン制御ではなく，初期振れに対応して減速度を変化させていることを示している。

図２に，振止め装置のシステムを示す。アンローダの巻上げ装置は，通常，支持と開閉の二つのウインチにより構成さ

５

新開発の振止め方式の特色れる。振止め運転では巻上げ装置は巻上げロープ長さが振れ

ロープトロリ式橋形アンローダは振れ角検出の取付けが困の周期に関係するのみであるので，図中では一つのウインチ

難な構造をしており，従来から横行駆動力から振れ角検出をで表している。振角検出は，単純に横行駆動装置の駆動力かして振止め制御を行う方式が提案されてきた。しかしながら，

ら計算で求められる負荷を減算して吊り荷の加速力を求め，

ロープトロリ式であるがゆえに，ロープのしゃくりと言う外吊り荷の質量と重力の加速度から振れ角（sinθ）を求めて，乱から，オブザーバなどの複雑な計算手段を用いて振れ角計

振れ角フィードバック信号とする方式を採用した。

算を行って振れ角検出を行っている。

以下に，振止めを目的に制御用演算装置内で行っているロ

今回開発した振止め方式では，ロープしゃくりの原因となジック（図２には表記せず）を説明する。まず，減速開始点

る急激な加速度変更を伴わないので，横行駆動装置の駆動力の設定を初期振れなしの場合にパターン制御の代表的例であから簡単な計算で求めた推定振れ角をフィードバック信号とる，等減速度で 1 周期の時間で静止するように，ロープ長

して制御することに成功した。

さと現在速度から減速開始点を決定する。初期振れと外乱がなければ 1 周期で減速が完了し，殆どロス時間がなく，残留振れもなく止めることができる。

６

おわりに

半自動運転の導入により，次に，初期振れと風などの外乱に対する処置として，現在ホッパーへの投入を自動化することにより，運転者は速度と目的位置までの距離から等減速度で減速し，目的位置

船側での掴み作業に集中することができるようになり，でトロリを静止させるべく減速度 1 と時間を求める。減速サイクルタイムを短縮できた。

度 1 と目的位置までの距離から停止までの残り時間を求め，

ホッパへの投入位置精度は手動運転より向上し，ホッ

周期と残り時間から振れの位相角を求める。減速度 1 から，パ詰まりを軽減する投入位置に正確に停止できるようにな

振れのベクトルの大きさを求め，位相角とベクトルの大きさ

り，ホッパ詰まり発生頻度も下げることができた。

より，現在あるべき振幅を求める。減速トルクより推定した

最後に，試運転調整および実荷役運転でのデータ採取に協現在振幅と前記手法により計算した振幅の誤差を求め，振幅

力頂いた三井金属工業株式会社日比精錬所に感謝の意を表する。

の誤差に応じて計算した減速度 2 を目的位置で静止させるべく決めた減速度 1 に加算して減速度 3 を求める。現在速住友重機械技報 No.159 200528

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技術解説

新0.9−3.5 tエンジン車の作業性向上

新0.9−3.5 tエンジン車の作業性向上
Productivity Enhancement of New 0.9−3.5 t ICE Truck
●千

隆＊

藤

Takashi SENDO

図１

New 2.5 t ICE truck

レータ環境を実現することである。

はじめに

１

疲れの評価はSNテストオペレータによる官能疲れ評

エンジン式フォークリフトは，国内では市場の55 ％ ，海価試験により評価し，ベンチマーク車輌より 5 ％以上優外では市場の41 ％ を占めるフォークリフトの主力製品である。
近年，フォークリフトは電気式への移行が進んでいるが，依然として，長時間稼働，高密度作業および高負荷作業を行う

３

サイクルタイムの改善

作業現場では，エンジン式フォークリフトが中心となって使フォークリフトの作業サイクルパターンで，最も代表的な用されている。このような現場では，特に高い生産性を実現

パターンは規格MIL−STD−268Cで，坂路走行やスラロームする作業速度，長時間稼働が可能な疲れないオペレータ環境

走行やクランク走行やラフ路走行や低・中・高揚高荷役作業などが要望されている。

までの全てのフォークリフトの作業が含まれるコースである。

住友ナコ マテリアル ハンドリング株式会社（SN）では，

しかしながら，本コースパターンは今回開発した小型車の代

このような市場ニーズに対応して，0.9−3.5 tエンジン式フ

表的な作業サイクルとは異なるので，小型車の実際の作業パォークリフトの新型QUAPROシリーズを2005年11月に発売

ターンの調査結果を基に高密度サイクルを設定した（図２）。

した（図１）。

本サイクルパターンの作業時間をYとして，6σにてテスト・

新型QUAPROシリーズの製品コンセプトは，作業性向上と低生涯コストの車輌である。
本報では，基本コンセプトである作業性向上を中心に紹介する。

２

分析した結果，加速性能，リフティング性能，ロアリング性
能および直進性の寄与度が高く，これらの性能を改善することによりサイクルタイムを短縮することが可能であることが分かった。そこで次のような性能を改善することとした。

作業性向上のコンセプト

作業性の向上は，次の二つの項目により達成する。
一つは，SN規定の作業パターンでサイクルタイムを
ベンチマーク車輌比10 ％以上短縮することである。
本作業パターンは，SNのターゲット顧客である倉庫・運輸業におけるトラックへの荷揚げおよび荷下ろしの作業をパターン化したコースである（図２）。
もう一つは，長時間作業を行っても，疲れにくいオペ

29

れていることとした。

＊住友ナコ マテリアル ハンドリング株式会社

ディーゼル車においては，最新型・高出力ディーゼル
エンジンを採用し，ガソリン車においてはエンジン回転数の高回転化および伝達系の高ギヤ比化，1 − 2 t においてはトルクコンバータの高トルクレシオ化を行い，加速，登坂および複合操作性能を向上させる。複合操作性能というのは，走行および荷役作業などの同時操作をした時の荷役性能や加速性能のことである。
ギヤポンプの吐出量の大容量化を行い，トップクラスのリフトスピードを達成し，作業時間を短縮する。
住友重機械技報 No.159 2005

技術解説

10 m

新0.9−3.5 tエンジン車の作業性向上

Average Score of 8 expertise
operators on main functionalities
relevant to Operator's Fatigue

10 m

Height
1.5 m
C

Total

4.0

6m

3.5

Load = 80% of Rated Capacity

Height0m
A

Maneuverability

Height3m
B

高密度サイクルパターン
High - productivity cycle pattern

3.0

Controls

2.5
2.0

Cycle Pattern
7) Move to rearward, then power reversal to Forward.
1) Start from Point A with a load. (Transmission in Reverse gear)2) Power reversal to Forwad, and go to Point B with Forward gear. 8) Go to Point B without load in Forward.
9) Pick up a load at Point B.
3) Put off the load at Point B, then power reversal to Forward.
10) Go to Point C with the load in Reverse.
4) Go to Point C without load with Forward gear.
5) Pick up a load at Point C, then go to Point A with Reverse gear. 11) Power reversal, and then put off the load at Point C.
12) Move to rearward, then power reversal to Forward.
6) Power reversal, and then put off the load at Point A.
13) Go to Point A, and pick up a load.

図２

4.5

Competitor truck
Current truck
New truck QUAPRO

Noise and vibration

図４

Comfort

官能疲れ評価結果
Results of fatigue evaluation test

スペースを従来車比＋100 mm拡大し，クラストップの
14 ％フロア前後スペースを実現している。

12 ％
10 ％

オペレータシートについては，表皮の硬度を柔らかく

8％し，減衰性能の高いシートを採用し，乗り心地を大幅に6％改善している。

4％

振動低減構造として，トランスミッションフローティ

2％0％v.s. Competitor
truck

ング方式の構造を採用した。この構造は自動車のように

v.s. Current
truck

エンジンとトランスミッションのアッセンブリと前軸のTested Truck : 2.5 ton Pneumatic Diesel, 2LFL Mast w/ Std Carriage, Power Shift Transmission

間をユニバーサルジョイントで接続し，振動源であるエンジンとトランスミッションを完全に車体や前軸からフ
図３

サイクルタイムテスト結果（短縮率）
Shortening results of cycle time test

ローティングさせた方式である。新構造を採用することにより，フォークやマストの振動を大幅に低減させた。
さらに，新構造では従来のエンジンマウント方式に比べ新開発のコントロールバルブにより負荷時のフォーク

ラバーマウントを柔らかくすることができるので，従来のロアリングスピードアップと，無負荷時においては負方式に比べ中低速域の振動を大幅に低減することができ

荷時よりさらに早くすることにより作業時間を短縮する。

ている。

新開発の全油圧式パワーステアリングを採用すること

マストチャンネル幅の拡大とマストチェーン間隔の拡により優れた直進性と操舵性と旋回性を実現し，作業時大によりマスト間から見える前方視界を改善して，作業間を短縮する。

時間を短縮している。

上記とその他改善項目を実施することにより，サイクルタ

上記とその他改善項目を実施することにより，官能疲れ評

イムで他社製品（ベンチマーク車輌）比，高密度サイクルに価試験で他社製品（ベンチマーク車輌）比，5 ％ポイント改

おいて約11.6 ％の作業時間短縮を実現し，目標製品コンセ

善し，目標製品コンセプトを達成した（図４）。

プトを達成した（図３）。

４

疲れにくいオペレータ環境

５

おわりに
QUAPROの開発においては，ターゲット顧客・セグ

疲れにくいオペレータ環境は，操作機器（配置やフィーリ

メントの決定，顧客調査によるVOC（Voice Of theング），シート，運転席スペース，騒音，振動，視界および

Customer）収集，VOC分析から目標コンセプトを決定

車輌動作性を改善することにより実現できる。そこで次のよすることができた。

うに実施した。
運転席廻りの操作装置では，アクセルペダル，ブレー
キペダル，インチングペダル，クラッチペダルおよびコ
ントロールバルブレバーノブ位置の最適化を行い，快適な操作性を提供している。

開発コンセプトである作業性の向上において，6σ的アプローチにより，論理的展開・結果の数値化ができ，
さらに目標値の達成ができた。
今後も，更なるフォークリフトの市場ニーズを満足する製品の開発に努める所存である。

ステアリングハンドルには300 mmの小径ハンドルかつ左に40 mmオフセットしたオフセットハンドルを採用することにより，操舵量の低減を実現した。
従来型はフロア前後スペースが狭く，オペレータ環境（参考文献）
日本産業車輌協会． 2004フォークリフト販売台数．
Nacco Materials Handling Group, Inc.. Worldwide Competitive
Market Share Analysis − 2003.

にとって最大の弱点となっていた。新型ではフロア前後
住友重機械技報 No.159 200530

搬送物流設備小特集

新製品紹介

ロールフィッター

ロールフィッター
Roll Fitter

当社は，高機能フィルム生産ラインに設置されるコータな
どのターレットと，クリーン環境下において完全自動脱着を実現する移載機『ロールフィッター』を開発した。

長
直線移動部へのLMガイドの採用，高性能な制御の実

従来，ロールのターレットへの着脱は人手で行われていた

現および生産機との一体据付けを実現することにより，が，ロールフィッターを採用することにより作業の効率化の高い移載精度± 1 mmを確保し，自動化が困難であった

推進，無人化によるクリーン性の向上および重量物の無人搬

ターレットとフィルムロールの完全自動着脱化を実現した。

送の安全性の確保を目的とした自動化要望に応えることができた。

機体サイズのコンパクト化および移載ブロックのター
レット側への移動を可能とすることにより，ターレットの旋回半径の最小化およびターレットベース部の切欠き

主要仕様

31

特

の最小化を実現した。

搬送物 コア巻きロール

クリーン対応部品を使用することにより塵埃の発生をロールの受け方

コア受け／胴受け

抑え，クリーン1000対応を実現した。また，必要に応じロールサイズφ1200 mm

FFUの装備も可能とした。

ロール幅1500 mm

旋回機能を装備することで，ロールの巻方向合わせに

コア径

3.6 インチ

コア長さ

1700 mm

荷重

最大1000 kg

受渡し精度± 1 mm

走行速度

10 m/min昇降2.4 m/min（サーボ制御）旋回

2 min−1（インバータ制御）

スライド

4.8 m/min（インバータ制御）

コア受スライド

9.5 m/min（インバータ制御）

クリーンクラス

クラス1000対応対応した。
レーザセンサを用いロール端面を検出することにより，巻きずれが発生した場合に自動停止する機能を実現した。
コア受上に荷重検出器を装備することにより，確実な（インバータ制御）

ロールの受取りを実現した。
万一のトラブルに対応し，ワンタッチでロールフィッ
ター全体を取り外せる機能を実現した。

（ロジスティクス＆パーキングシステム事業部長部洋介）

住友重機械技報 No.159 2005

搬送物流設備小特集

新製品紹介

ピッキングカートピッキングカート
Picking Cart

物流センターで用いられる商品荷揃え用設備・機器には，ャナ，ラベルプリンタ，テンキーボード，鉛シ

自動仕分け機，自動倉庫，層ピッカおよびデジタルピッキン
グ表示器などの様々なものがある。
最近はピースピッキングの効率化を考えていく上で，ピッキングカートを用いたシステムが注目を浴びており，多くの物流センターで導入されている。

ールドバッテリーおよび充電器
無線通信

特IEEE802.11b/g準拠

長アルミフレームにより軽量化を実現し，さらに大径キ

当社では，これまで複数の物流センターにマルチオーダ対

ャスタの採用およびキャスタの配置を工夫することによ応（ 1 回に複数出荷先のピッキングを実施）のピッキング

り，初動荷重を軽減し，取回しも容易になっている。

カートを多数納入してきたが，今回新たにシングルオーダ対

コンパクトなサイズでありながら，最大 4 コンテナの応（ 1 回に一つの出荷先のピッキングを実施）のピッキン搭載ができ，大量出荷のオーダにも対応が可能である。

グカートが製品ラインナップに加わった。
本機はシングルオーダの作業に特化したものとし，シング
ルオーダの作業においては，使い易さの点で既存のピッキン
グカートからさらに改善がされている。

長1120 mm

全幅

640 mm

全高1050 mm（付属品含まず）

体

付 属 品

中型のラベルプリンタを採用し，各種業界で使用される標準ラベルの出力にも対応が可能である。
照会機能および音声ガイダンス機能などを備え，作業性

全本

り，操作性が向上している。

メッセージ表示機能，作業実績管理機能，商品マスタ

主要仕様

総 重 量

大型カラー液晶タッチパネルコンピュータの採用によの向上および管理精度の向上を実現している。

80 kg
アルミフレーム
カラー液晶タッチパネルコンピュータ，マルチ
スキャン式スキャナ，シングルスキャン式スキ（ロジスティクス＆パーキングシステム事業部

森山剛）

住友重機械技報 No.159 200532

搬送物流設備小特集

新製品紹介

動く歩道

動く歩道
Moving Walkway

21世紀最初の国際博覧会である2005年日本国際博覧会

装置中間部の高さ28.5 cmの超薄型構造物にすること（愛・地球博）が，3 月25日から 9 月25日までの会期で愛知

で，地面の掘削量が少なくなり，博覧会のテーマの一つ

県において開催された。

である自然にやさしい設備を実現している。

当社は会場への主要アクセスの一つである西ターミナル

濡れても滑りにくいベルト式動く歩道は，屋外設置に(長久手会場)・団体バス駐車場と西ゲートを結ぶ連絡通路へ適している。また，別のタイプであるパレット式に比べ，6 台のベルト式動く歩道『スターグライド』を納入して，来内部にチェーンなどの錆に弱い部品が少ないことからメ

場者へ安全で快適な歩行空間を提供することに貢献した。

ンテナンスも容易である。
なお，安全で快適な歩行空間を実現するベルト式動く歩道

主要仕様
形

式

輸送能力

スターグライドは，2005年 2 月に愛知県常滑市に開港した
S−1000形

中部国際空港でも旅客ターミナルビル内に多数設置されてお9000人/時間

り，世界中からの愛・地球博来場者に利用された。

設置台数

6台

延べ機長

538 m

踏 み 段

特殊スチールコード入り溝付きゴムベルト

設置場所

愛知県長久手町特

愛・地球博

西ターミナル長
乗り降り口のコム（くし）とベルト踏み面の間の段差をゼロにした当社独自のフルフラットコム機構を採用
し，歩行者や車椅子利用者の乗り降り時の安全性向上を図っている。
ベルト式の特長を生かしたロング構造で，乗り降り箇
所の少ない安全で快適な通路を実現している。

33（ロジスティクス＆パーキングシステム事業部

小島

正年）

住友重機械技報 No.159 2005

搬送物流設備小特集

新製品紹介

機械式駐輪設備

機械式駐輪設備
Mechanical Bicycle Parking Facility

近年，京都議定書に従って温暖化ガス対策を進めている国
土交通省が，自転車の利用環境整備に取り組む自治体に対し特長て支援を強化している。また，社会的問題としても注目を浴

方形方式を採用することにより，制限寸法以内であれびている，放置自転車への対策として，収容効率が高く，処ば，前後にカゴが付いていても収容可能である。（円形

理速度の速い機械式駐輪場への期待が高まっている。

方式では，中央側のスペースが狭く，前後どちらかのカ市場の要求にマッチした機械式駐輪場の開発を目的として，

ゴ付き自転車は収容不能）

当社横須賀製造所旧浦賀工場内に『サイクル パーク』を設

前輪を直接ハンドリングすることにより，パレット式

置し，動作の検証，乗降部での安全性の検証およびデモンスの場合のパレット準備動作など無駄動作を省くことに成トレーションなどを行っている。

功した。さらに，自転車を搬送する際の昇降・走行・旋回の 3 動作を同時駆動することにより，短時間での入出

主要仕様
方

式

庫作業が可能である。
前輪直接ハンドリングによる方形方式

自転車を収納する棚内に「仕切り板」構造を適用し，収容能力288 台／基（最大）カゴあるいはチャイルドシートなど，隣接部に収容され

処理能力

入庫・出庫

る自転車との干渉問題を解消している。

収容車種

一般自転車および電動アシスト自転車

乗降部にフェンス，マットスイッチおよび侵入検出セ（マウンテンバイクおよび子供用自転車はオプンサを標準装備し，乗降部内への人の侵入を検知し自動

ション）

停止する。
（安全性の向上）

全長

1900 mm未満

全幅600 mm未満

全高1200 mm未満

重量30 kg以下

タイヤサイズ
タイヤ幅
安全装置

約12 秒／台

18〜28 インチ

20〜35 mm

乗降部に自転車重量測定器および自転車サイズ測定器（高さ・長さ・幅）を標準装備し，収容対象外自転車の検知を行い，アナウンスする。（自転車の破損および機械停止の未然防止）

音声案内，LED案内表示，安全フェンス，乗降部圧力センサ，侵入検出センサ，規格外車輌検出センサ（車長，車幅，車高），重量測定装置（前，後），かぎ掛け検出装置，地震検出センサ（ロジスティクス＆パーキングシステム事業部

大迫

広司）

住友重機械技報 No.159 200534

論文・報告次世代高輝度X線源の開発

次世代高輝度X線源の開発
Development of High-brightness X-ray Source for Next Generation
●中

條

晃

伸＊

Terunobu NAKAJYO

柳

田

達

哉＊

Tatsuya YANAGIDA

Laser room

酒

井

文

雄＊

Fumio SAKAI

Linac room
Master oscillator
2856 MHz

X-ray CCD
Be window

Timing synchronization
systemMCP
BeamdumperHigh power
femtosecond laser

Pulse
compressor
Klystron

Interaction point

Triplet Q magnet

Picosecond
UV laser

Achromatic
bending magnets
Photocathode RF gun

38 MeV linac

近年，レーザ光源技術および電子線技術開発が進展し，レーザコンプトン散乱による次世代高輝度X線源の開発
が世界各所で進められるようになった。本手法を用いた
X線発生装置は，小型で波長可変であり，大型放射光に限られていた硬X線領域を発生できる高輝度光源である。
当社では，フォトカソードRF電子銃から発生させた低エミッタンスの電子線を高密度に収束させ，高輝度フェムト秒レーザと衝突させることにより，最大34 keVのX線を発生可能な高輝度X線発生装置を開発した。また，
X線を安定的に発生させるべく，レーザと電子線を高精度に同期させる技術開発を実施している。
本開発の高輝度X線源は，タンパク質構造解析や医療診断用の光源として応用が期待されており，当社では実高輝度X線発生装置
High-brightness X-ray generator

Recent advances in a laser and an electron beamtechnology enabled to develop a next-generation highbrightness X-ray source based on a laser-Compton
scattering. The laser-Compton X-ray source is compact and energy-tunable, and can generate a highbrightness hard X-ray which is in the range of third
generation synchrotron sources. We have developed ahigh-brightness source of 34keV X-ray which is emitted
by collision between a tightly focused electron beam
and a high peak-power femtosecond laser pulse. We
have also developed a highly precise timing synchronization system between the electron beam and thelaser pulse for the stable X-ray generation. We are considering the improvement in the X-ray source for practical applications such as protein crystallography andmedical diagnostic imaging.

用化へ向けた更なる強度増加とシステムの小型化を検討
している。

１

小型化した次世代の高輝度光源である。この方式でX線を発放射光に代表される高輝度X線源が利用されるようになっ生すれば，指向性が高く波長可変な硬X線を比較的小規模施て医療診断分野や構造生物学分野などが急速に進展しており，

設で得られることから，研究室規模での各種X線利用研究が

高輝度X線源が必要不可欠となってきている。従来，波長可可能となる。最近では大学発ベンチャ企業において，医療診変性を有する高輝度硬X線源は，大型な放射光施設に限られ

断用高コントラストイメージングやタンパク質の構造解析用ていた。ところが近年，電子線発生技術および高輝度レーザ

システムの光源としてレーザコンプトン散乱による高輝度X

光源技術の進展により，電子線とレーザを衝突させる方法

線源を利用するという動きがあることからも，この方式によ（レーザコンプトン散乱）によるX発生装置の開発が世界各る高輝度光源の需要が高まってきている。また，衝突用。レーザコンプトン散乱に

レーザに高輝度フェムト秒（注１）レーザを用い，衝突角度をよるX線源とは，放射光発生装置で利用されているアンジュ

電子線の進行方向に対して90°に設定すると，フェムト秒X線

所で進められるようになった

35

レータの代わりにレーザがその役割を担うことで装置全体を

まえがき

＊技術本部

住友重機械技報 No.159 2005

論文･報告次世代高輝度X線源の開発

内に分布する。

Laser light

衝突点より発生するX 線の全光子数は，σTをトムソン散乱
EL

θ

EX

Electron beam

Ee＝γ・m0c2

図１の断面積，Np，Neを光子，電子の個数，Sを電子線とレーザφの幾何学的に重なり合う面積とすれば，
簡略的に次式となる。

Nx＝Scattered X-ray

レーザコンプトン散乱概念図
Schematic of laser-Compton scattering geometry.

NeNp
σT ･････････････････････････････････････
S

式のとおり高強度のX 線発生には，電子線およびレーザを高密度に絞り込むことが必要となることから，空間電荷効
果を抑えた低エミッタンスな電子線開発とレーザ媒質での波パルスの発生が可能となることから，基礎化学分野でのフェ面歪を抑えた高品質レーザの開発が要求される。その要求にムト秒領域における高速反応動解析へ応用が期待されている。

対し，当社では，RFフォトカソードを電子銃とした高品質

このような状況の中で当社では，1996年よりレーザコンプ

電子線発生装置および波面制御を導入した高出力フェムト秒

トン散乱による高輝度硬 X 線発生装置の開発に着手した。
RFフォトカソードを電子銃とした高品質電子線発生装置の開発を行い，世界トップクラスの低エミッタンス電子線発生

レーザの開発を実施した。

３

次世代高輝度X線発生装置に成功した 。高出力フェムト秒レーザの開発および高精度

本開発の高輝度X線発生装置の主構成は，高品質電子線発同期技術の開発を実施し，2000年にレーザコンプトン散乱に生システム，高出力フェムト秒レーザシステムおよび高精度

よる硬 X 線発生の原理実証に成功している 。以降，電子線

同期システムである。全システム構成を，冒頭の図に示す。

エネルギーの増加およびフェムト秒レーザの高輝度化，シス

高品質電子線発生システムは，フォトカソードRF電子銃 ，テム安定化を実施し，最大34 keVの硬 X 線の安定発生と強度

カソード照射用レーザおよび電子線伝送システムから構成さ増強に成功した 。また，レーザコンプトン散乱 X 線を利用れる。カソード照射用レーザは，半導体過飽和吸収体を用いして吸収・屈折コントラストによる生体観察や材料中の気泡

た受動モードロック方式で安定なレーザ発振を実現したピコ

観察など実施しており，本方式のX 線の有用性が示されてきた。

秒（注２）発振器と再生増幅器からなる紫外レーザ（波長262 nm，

現在はタンパク質の構造解析などの高輝度光源として実用化

エネルギー200μJ）である。電子銃内の銅カソード面へのレに向け，更なるX線強度の増加および発生システムの小型化

ーザ照射により発生させた光電子は，空間電荷効果によるエを検討している。

ミッタンスの増大を抑えるべく直後の加速管で 4 MeVまで

本報では，レーザコンプトン散乱 X 線の特徴，本方式によ加速される。多少のビーム品質の劣化は，ソレノイドコイル

る X 線発生装置開発の概要，X 線の特性取得および吸収・屈で補正することが可能で，高品質な電子線を維持したまま衝折コントラストによるイメージングについて報告する。

突点へ伝送できるシステムである。その後，2 基の直線加速

２

レーザコンプトン散乱X線の特徴

器により最大38 MeVにまで加速され，エネルギー分散補償型の偏向電磁石群により90°に曲げられる。これは，電子銃やレーザコンプトン散乱とは，相対論的電子と入射光子（レ加速管からの暗電流によって引き起こされる雑音の X 線測定ーザ）との衝突により，入射光子の波長が短波長側にシフト

系への影響を低減させる効果がある。電子線は四重極電磁石する現象である。図１に，レーザコンプトン散乱X線の発生

群で収束され，衝突点にてレーザと衝突した後，90°に曲げ過程を示した。図１に示すように，入射レーザの光子エネル

られてX線の軌道外でダンプされる。
電子線の電荷量は1.0 nC，

ギーE L，レーザ入射角度θ，X線散乱角度φと定義すれば，（rms），収束点におけるビーム径は30μm
パルス幅 3 ps（注２）

散乱X線のエネルギーEx は，次式のように記述できる。

（rms）である。
衝突用の高出力フェムト秒レーザとして，チタンサファイ

Ex＝ 1−βcosθ EL ･････････････････････････････････
1−βcosφ

アレーザを用いた。フェムト秒モードロック発振器，パルス

γ＝1/√ 1−β2

定運転させるべく加速器室とは別のレーザ専用室に設置し伸長器および再生増幅器と 2 段のマルチパス増幅器は，安γ ローレンツ因子

た。増幅パルスは加速器室内のパルス圧縮器で圧縮後，電子

β 電子速度と光速の比線との衝突点まで伝送される。衝突点でのパルスエネルギーは最大200 mJ，パルス幅は20 fs（注１）（rms），集光径は10μm

式は，γEL<<m0c2（m0c2 電子静止エネルギー）が成り立（rms）以下である。

つ場合，トムソン散乱と近似できることから求められる。

レーザコンプトンX線を安定発生させるには，電子線とレ式のとおり，レーザコンプトン散乱 X 線は，電子線およびレーザを高精度に同期させる必要がある。本開発では，加速器ーザのパラメータを設定すれば，散乱 X 線の角度を定めるこの共振周波数である2856 MHzの高安定RF信号源を基準信号とで X 線エネルギーが一義的に決定できるという準単色なXとし，カソード照射用レーザと衝突用レーザを同期させてい線である。また，電子線のエネルギーやレーザの入射角を変る。レーザ発振器のパルスタイミングは，共振器長を調整す

えれば，容易に X線のエネルギーを変えることが可能である。

ることで制御でき，位相同期ループ法により参照RF信号とさらに，発生した X 線は指向性が高く，半数が1/γの発散角

レーザの同期を行い安定化させることができる。従来，レー
住友重機械技報 No.159 200536

論文･報告

1

0.5

0

0

5

Time (min)
（a）

10

15

1

0.5

0

0

50

100

150
200
250
Time (min)
（b）

300

350

400

X線強度変動計測結果
165°
衝突， 90°衝突
X-ray intensity fluctuation 165°
collision 90°
collision

30 mm

30 mm

図２

1.5
Normalized intensity (a.u.)

Normalized intensity (a.u.)

1.5

次世代高輝度X線源の開発

Y

Y
X

X

（a）

（a）

15.5

X-ray energy (keV)

X axis
Y axis
15

14.5

14

13.5
−15

−10

−5

0

5

10

Distance from beam center (mm)（b）

図３X線エネルギー分布
2D分布， 断面（実丸と白三角 測定値，実線 計算値）
X-ray energy distribution（a）2D distribution，（b）Cross-section of
2D distribution (Solid circle and Open triangle : Experimental datafor distribution X and Y axis, Solid line : Theoretical calculation).

図４

X線強度分布
レーザS偏光， レーザP偏光
X-ray intensity distribution.（a）S-polarization，（b）P-polarization.

90°衝突における長期間強度変動を示した。X線安定度は165°衝突において15分間で 6 ％（rms）であり，90°衝突に

ザと加速器の共振周波数が異なることから，基準RF信号をついては，7 時間で7.9 ％（rms）であった。7 時間もの長時

電気的に分周した79.3 MHzのRF信号をレーザの基準信号と間連続運転を達成し，本開発の X 線発生装置が高い安定性をして利用していた。ところがこのシステムでは，分周器のジ有していることが分かる。この X 線の揺らぎは，主に励起レッタによりX線の安定発生が困難であることが分かり，よりーザの出力揺らぎ（ 5 ％（rms））であることが分かってお高精度の同期回路の開発が急務とされていた。そこで新型のり，高輝度レーザの全固体化開発により安定度がさらに向上

同期システムでは，2 台のレーザの基準RF信号として分周器するはずである。

を介することなく直接参照できる方法を採用した。この方式

レーザコンプトン散乱で発生する X 線はコーン状に広がをとれば位相同期ループ法の高精度化に有効であり，基準

り，そのエネルギーは発散角で規定される。X 線のエネルギ

RF信号とレーザ間の相対ジッタを10 fs（rms）以下にまで低ー分布は，中心が最も高いエネルギーで角度が大きくなるに減できる 。

つれエネルギーが低くなる。X 線のエネルギーの 2 次元分布

一方，加速器に入力されるRFの増幅過程でもジッタが発を確認するべく，直接検出型のX線CCD（Princeton Inst. 社

生する可能性があることから，位相同期ループ制御を行い，製，PI−LCX1300，画素数1340×1300，画素サイズ20μm）

遅い揺らぎ成分を 1 ps（rms）以下にまで低減させた。

を用いて強度分布を測定し，その取得データを波高値分析し４た。X線エネルギー分布測定結果を，図３に示す。結果から，

X線特性

X線の発散角の違いでそのエネルギーが同心円状の分布して

X線強度測定にはMCP（Micro Channel Plate）を用いた。
6

37

（b）

15

いることが分かり，その分布は理論計算とほぼ一致した。X165°衝突では発生点で最大 2 ×10 photons/pulseのフォトン

線の強度分布の測定結果を，図４に示す。レーザ偏光を変えが得られ，90°衝突では最大 5 ×105 photons/pulseが得られることでX線の強度分布が変化することが分かる。これは，ている。図２に，165°衝突における短時間X線強度変動とレーザ偏光に対して散乱微分断面積が異なっていることによ
住友重機械技報 No.159 2005

論文･報告表１

次世代高輝度X線源の開発

X線実験パラメータ
Typical experimental parameters of X-ray generation

38 MeV

Charge0.8 nCRMS pulse width

3 ps

RMS beam size

30 μm

Normalized emittance

3 πmm−mrad

15 mmElectron beam
Energy

（a）

（b）

Laser
Wavelength

800 nmPulse energy

150 mJ

RMS pulse width

50 fs

RMS beam size

10 μm

Incident angle

180°

90°

Maximum energy

33.7keV

17.1keV

図６

気泡の吸収像（検出器距離 10 cm）， 屈折コントラスト像（検出器距離 120 cm）（a）Absorption contrast image of bubbles in epoxy adhesive(Detector distance from subject:10 cm)，（b）Refraction contrast
image (Detector distance:120 cm).

X−ray

離を10 cmとした場合の吸収像，図６は120 cmとした場合

Total number of photons

2×10 photons/pulse

5×10 photons/pulseに得られた屈折コントラスト像である。X線のエネルギーは，

RMS pulse Width

3 ps

150 fs

像中央付近で17 keVに設定した。図６

Repetition rate

10 Hz

10 Hz

6

5

と，明らかに図６

と図６

を比較する

の方が気泡の輪郭が強調されている。本

開発のX線発生装置を用いて屈折コントラストイメージングを行うことで，高コントラスト像が取得できることが示された。これは吸収率の差が少ない生体軟部組織中のガン組織の発見が可能となることから，本方式の小型 X 線源の強度が増加すれば，高感度マンモグラフィー用光源などの医療診断用の次世代光源として利用できることを意味している。
（a）

６

むすび
レーザコンプトン散乱による小型高輝度X線発生装置

30 mmを開発した。
本開発のX線発生装置は波長可変であり，発生される
X線は指向性・単色性に優れている。
本開発のX線発生装置を利用して，吸収・屈折コント
ラストによるイメージングを実施し，その有用性を示した。

（b）

図５

（c）

魚頭部のX線撮像
被写体， X線像（検出器距離 10 cm），
X線像（検出器距離 120 cm）
X-ray imaging of fish head（a）
Subject，（b）
X-ray image (Detector
distance:10 cm)，（c）X-ray image (Detector distance:120 cm).

本研究は，独立行政法人 新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）の委託を受けてフェムト秒テクノロジー研究機構で実施したものである。
（参考文献）

るもので，その分布は理論計算とほぼ一致する。なお，実験条件の詳細は表１に記載されている。

５

吸収・屈折コントラスト法によるイメージング

生体のX線単純撮影試験として，魚頭部のイメージングを行った。図５はベリリウム窓出口に設置した被写体の通常写真であり，図５
図５は被写体からCCDの距離が10 cm程度，は120 cmの場合のX線像である。X線のエネルギーは，

像中央付近で電子線のエネルギーを変えることで23 keVに設定した。検出器は蛍光板型のX線CCD（Princeton Inst.社製，R. W. Schoenlein, et al. Femtosecond X-ray Pulses at 0.4 ÅGenerated by 90°Thomson Scattering:A Tool for Probing theStructural Dynamics of Materials. Science, vol.274, p.236, 1996.
S. G. Anderson, et al. Short-pulse, High-brightness X-ray
production with the PLEIADES Thomson- scattering source. Appl.
Phys., vol.B, p.891-894, 2004.
Jeremy Kuhar. Building a better beam. The X-ray revolutions. RT
image, Vol.15, p.16, 2002. http://www.mxisystems.com.
J. Giles. Laser bend beam for desktop X-ray source. Nature,
vol.428, p.789, 2004.
J. Yang, el al. Experimental studies of emittance growth andenergy spread in a photocathode RF gun. Nucl. Instrum. & Methods
Phys. Res., vol. A491, p.15, 2002.

PI−SCX1300，画素数1340×1300，解像度＜80μm）を用い

M. Yorozu, et al. Fluctuation of femtosecond X-ray pulses

た。検出器の分解能に近い部位まで確認できており，また被

generated by a laser-Compton Scheme. Appl. Phys., vol. B74, p.

写体との距離を取っても，画像に違いが見られないことから，

327-331, 2002.

X線が高品質であることが分かる。

F. Sakai, et al. Status of laser-Compton x-ray generation projectfor FESTA. in Proceeding of SPIE, 5196, p.156-162, 2003.

気泡試料の屈折コントラストイメージングを行った。屈折

T. Yanagida, et al. Synchronization of two different repetition-rate

コントラスト法は，X線に対する物質の微小な屈折率差を利

mode-locked laser oscillators for Laser-Compton X-ray generation.

用して高コントラスト像を得ことができる新しい撮像法であin Proceeding of SPIE, 5194, p.149-156, 2003.

る。そのX線像を図６に示す。図６

は被写体と検出器の距（注１）フェムト秒 fs＝10−15秒（注２）ピコ秒

ps＝10−12秒

住友重機械技報 No.159 200538

論文・報告29T強磁場科学用ヘリウムフリー超電導マグネット

29T強磁場科学用ヘリウムフリー超電導マグネット
Cryocooler-cooled Superconducting Magnet for 29 T High Field Science
●石

塚

正

之＊ 伊

Masayuki ISHIZUKA

藤智Tomoyuki ITOU

図１

幸＊ 櫻

庭

順

Jyunji SAKURABA

二＊ 淡

路

Satoshi AWAJI

智＊＊ 西

島

元＊＊ 渡

Gen NISHIJIMA

辺

和

雄＊＊

Kazuo WATANABE

ハイブリッドマグネット用ヘリウムフリー超電導マグネット
Cryocooler-cooled superconducting magnet for hybrid magnet

29 Tハイブリッドマグネット用のヘリウムフリー超電導マグネットを開発した。ヘリウムフリーハイブリッド
マグネットは，10 Tを発生させるヘリウムフリー超電導
マグネットの内側に19 Tを発生させる水冷銅マグネットを挿入して，組み合わせにより合計で29 Tを発生させる設計としている。今回，コイルに加わる大きな電磁力を考慮して，内層側コイルには高強度Nb3Sn超電導線を採用し，直径360 mmの貫通した空間に単独で10 Tの磁場を発生させるヘリウムフリー超電導マグネットを開発した。これまでのところ27.5 Tの磁場を発生させることに成功し，ヘリウムフリーハイブリッドマグネットとして

We have developed a cryocooler-cooled superconducting magnet for the 29 T hybrid magnet. A cryogenfree hybrid magnet has been designed to generate amagnetic field of 29 T accomplished through combining 10 T created by the cryocooler-cooled superconducting magnet with 19 T by a water-cooled resistive
magnet, which is inserted into the room bore of thesuperconducting magnet. In this work, we developed
a 10 T cryocooler-cooled superconducting magnet
with 360 mm diameter room bore, because its innercoils are wound with high-strength Nb 3Sn wires inconsideration of large hoop stress. The cryogen-freehybrid magnet has succeeded in generating 27.5 T,
which is world record.

は世界最高の強磁場を得ることができた。

１

まえがき

1992年，我々は世界に先駆けて，冷凍機冷却型のヘリウム

39

い。煩わしい液体ヘリウム注入作業が不用となることに，大きなメリットがある。当社では，ヘリウムフリー超電導マグ
ネットの実用化以来， 15 Tの磁場を発生することができる

フリー超電導マグネットを実用化した 。それ以来，容易に強磁場マグネット ，

強磁場が得られるようになり，強磁場の使用用途は広がってプリットタイプのマグネット

磁場中でのX線・中性子回折用のス，

産業応用としてMCZ単いる。ヘリウムフリー超電導マグネットは，Gifford-

結晶引上げ装置用のマグネット など，多岐にわたり開発を

MacMafon（GM）型の小型冷凍機により，超電導コイルを行ってきた。こうした中，強磁場中での物質特性評価の目的

伝導冷却するので，液体ヘリウムを全く必要とすることがな

で，より強い磁場発生がユーザより求められており，その要＊技術本部＊＊東北大学金属材料研究所

住友重機械技報 No.159 2005

論文･報告線材諸元
Major specifications of superconducting wires

表１

Nb3Sn wire

Items
Wire diameter (mm)Reinforcement material

表２

1.85

1.80

CuNi−NbTi CuNi−NbTi

NbTi wire
2.00

1.60

−

−

29T強磁場科学用ヘリウムフリー超電導マグネット

コイル諸元
Major specifications of superconducting coils
Inner coil

Items

Outer coil

Section A

Section B

Section C

Section D

Superconducting wire

Nb3Sn

Nb3Sn

NbTi

NbTi

Filament diameter (mm)

3.5

3.5

30

24

Wire diameter (mm)

1.85

1.80

2.00

1.60

Twist pitch (mm)

50

50

50

40

Coil inner diameter (mm)

400

495

605

670

Diffusion barrier

Nb

Nb

−

−

Coil outer diameter (mm)

480

580

665

755

Coil height (mm)

400

450

500

550

4350

5490

3860

6570

Fraction (％)
Cu (stabilizer)

35

35

67

67

Number of turns

Reinforcement material

28

33

−

−

Wire length (km)

6.0

9.2

7.7

14.9

Superconducting area

37

32

33

33

Operating current (A)

246

246

350

350

Current density (A/mm2)

70

73

93

143

(including Nb barrier)Insulation material

E−glass

E−glass

PVF

PVF

Critical temperature (K)

8.5

9.5

6.5

7.5

330

330

−

−

Maximum magnetic field (T)

11.3

8.5

5.5

2.6

Magnetic field at center (T)

2.3

2.4

2.1

3.2

155

130

0.2％ proof stress (MPa)(at R.T.)
Critical current (A)(at 4.2 K)
7T

−

−

−

1220

Total magnetic field (T)

7.5 T

−

−

1440

1010

Stored energy (MJ)

8T

−

−

1170

810

Hoop stress (MPa)

12 T

630

510

−

−

13 T

520

420

−

−

14 T

420

340

−

−

10
6.5
160

155

求に応えるべく，これまでに，23 T級の磁場を発生させるヘコイル用として東北大学金属材料研究所と古河電気工業株式

リウムフリーハイブリッドマグネットを開発してきた 。一会社とが共同開発したCuNi−NbTi補強の高強度Nb3Sn線を用方では，液体ヘリウム浸漬冷却方式の超電導マグネットを用いた

いたハイブリッドマグネットも使用されているが，超電導マ安定化銅，外側Nbバリア，ブロンズ/Nb3Sn，内側Nbバリア

グネットを初期冷却するには，膨大な液体ヘリウムを必要と

およびCuNi−NbT i 強化材となっており，強化材を取り入れし，また，運転途中での液体ヘリウムの補充が必要であるこていることが大きな特徴である。なお，CuNi−NbT i 強化材。高強度Nb 3Sn線の丸線断面構成は，外側より順にとから，長期連続運転はほぼ不可能であった。ヘリウムフリ

は，Cu−10wt.％Niマトリックスに極細NbTiフィラメントをー超電導マグネットをこのハイブリッドマグネットに適用す埋め込んだ複合体となっている。また，ブロンズ/Nb 3Sn層ることで，連続的に強磁場を発生させることが可能となり，の両側には，熱処理時に汚染されるのを防止するべく，Nb

用途が広がることとなる。

バリアを設けている。

今回の29 Tハイブリッドマグネットの開発では，これまで

一方，通常のブロンズ法Nb3Sn線の構成は，外側より順にのところ27.5 Tの磁場を発生させることに成功し，ヘリウム

安定化銅，Ｎbバリア，ブロンズ/Nb3Sn，安定化銅となってフリーハイブリッドマグネットとしては世界最高の強磁場をおり ，強化材を有しておらず，高強度線と大きく異なって得ることができている。ヘリウムフリーハイブリッドマグネ

いる。通常のブロンズ法Nb3Sn線の0.2 ％耐力が150 MPaでットは，10 Tを発生させるヘリウムフリー超電導マグネットあるのに対して ，今回使用した高強度線は，表１に示されと19 Tを発生させる水冷銅マグネットの組み合わせにより，るように 2 種類のNb3Sn線材ともに330 MPaを示し，通常の29 Tを発生させる設計としている。今回，直径360 mmの貫ブロンズ法Nb3Sn線の 2 倍以上となっており，機械的強度が通した空間に10 Tの磁場を発生させるヘリウムフリー超電導

向上していることが分かる。なお，NbTi線については，従マグネットを開発した（図１）。

来線でも500 MPa以上の0.2 ％耐力を示していることから，

２2.1

超電導マグネットの構造
超電導線材

従来線を採用した。
2.2

超電導コイル

超電導コイルの諸元を，表２に示す。コイルは大別して，今回開発したヘリウムフリー超電導マグネットのように，内側のNb 3Snコイルと外側のNbT i コイルの二つに分割され大口径かつ強磁場用コイルには，励磁の際コイルを構成してており，さらにそれぞれ二つのセクションに分割され，合計いる超電導線に大きな電磁応力が加わることとなり，その電四つのコイルによって構成されている。なお，四つのコイル

磁応力によって超電導線の臨界電流が劣化する可能性が高くはコイルボビンも別々となっている。表２に示すように，コなる。今回の超電導コイルは，設計において150 MPa以上のイルにグレーディングを施しさらに各コイルの高さを調整す

電磁応力が線材に加わることとなり，従来の超電導線では一ることでコイル全体として小型化を図り，その結果コイル巻部対応できなくなる。したがって，特に歪に対して性能劣化

線重量を1 t 未満にすることができた。超電導マグネットとが大きいNb3Sn超電導線については，高強度線材を用いるこ

して，中心で10 Tの磁場を発生させた時，蓄積エネルギーはととした。使用した線材の諸元を，表１に示す。

6.5 MJとなり，これまでに我々が製作してきたマグネットで表１に示すように，それぞれ 2 種類のNb3Sn線とNbTi線

は，最大の蓄積エネルギーとなる。

とで合計 4 種類の線材を用い，Nb3Sn線については，今回の住友重機械技報 No.159 200540

論文･報告マグネットの熱設計値
Estimated heat load of cryocooler-cooled superconducting magnet

350

No operating current

300

Heat load
Operating current (A)Fully energized

Inner coil

Outer coil

Inner coil

Outer coil

0

0

246

350

1st−stage
Total (W)70

94

2nd−stage
2.3

Total (W)

5.8

250
Temperature (K)表３29T強磁場科学用ヘリウムフリー超電導マグネット

200
Coil
150
100
Thermal shield50

GM-type refrigerator

550

0
0

Bi-2223 current lead
φ360

50

100

図３
NbTi coil
650

150

200

250

Time (hours)

1st-stage
2nd-stage

初期冷却におけるコイル温度と熱シールド温度
Coil and thermal shield temperature as function of time during initial cooldown

1060

Nb3Sn coil

6.0

40

Hybrid operation
410

35

Magnetic field : 27.5T
Superconducting : 8.5T
Water-cooled : 19.0T

図２

Coil center
Unit mm

ヘリウムフリー超電導マグネット概略
Schematic view of cryocooler-cooled superconducting magnet

25

4.5

20

4.0

15

3.5
Magnetic field : 9.5T

10

3.0
Coil temperature

5

2.3

超電導マグネット

2.5

Magnetic field

0

2.0
0

表３に，本マグネットの熱設計値を示す。コイル中心で10 T

Temperature(K)φ1300

Magnetic field(T)30

5.5
Independent operation of
Cryocooled
superconducting magnet 5.0

50

100

150

200

250

300

350

400

Time(min)

発生させた時，冷凍機の1st−stageにはトータルで94 Wの熱負荷が加わり，また，冷凍機の2nd−stageにはトータルで5.8 Wの熱負荷が加わる。冷凍機の冷凍能力は1st−stageが35 W
＠50 K，2nd−stageが1.5 W＠4.2 Kをそれぞれ有することか

図４

ハイブリット励磁および超電導マグネット単独励磁結果
Performance results of hybrid operation and independent operationof superconducting magnet

ら，冷凍機の台数を 4 台とし，冷凍機 1 台当たりの熱負荷が1st−stageに23.5 W，2nd−stageに1.45 Wとなるように設計た初期冷却時間は約220 時間であり，実測値とほぼ一致してした。

いることが確認される。

作製したヘリウムフリー超電導マグネットの概略を，図２

励磁試験は，最初にヘリウムフリー超電導マグネット単体に示す。マグネットは外径1300 mm，高さ1610 mmであり，にて実施した。外側のNbTiコイルを単独にて励磁試験し，3

直径360 mmの貫通した室温ボアを有している。超電導コイ

回のトレーニングを経て，4 回目の励磁で設計磁場5.3 T（通ルは 4 Kで1.5 Wの冷凍能力を有するGM型冷凍機を 4 台用い

電電流350 A）を達成した。一方，内側のNb3Snコイル単独て冷却され，外側のNbT i コイル，内側のNb 3Snコイルをそでの励磁試験は，単独では線材への最大経験磁場が設計値よ

れぞれ別系統で通電する 2 電源方式を採用している。また，

り小さく，臨界温度が12 Kを超えることから，設計磁場より

超電導コイルへの熱侵入を低減するべく，図２に示すように，も25 ％増しの5.8 T（通電電流303 A）までの励磁試験を行っ

1st−stageと2nd−stageの間の各電流供給ラインに外径33 mm，た。その結果，トレーニングなしで5.8 Tを達成した。さら内径30 mm，長さ120 mmのBi−2223バルク電流リードを用いに，内側Nb3Snコイル，外側NbT i コイルを組み合わせて励ている。本電流リードは，液体窒素（77 K），自己磁場中に磁試験を行った。これまでに，9.5 Tでの確認試験を行い，おいて1500 A以上の臨界電流を有している 。

３

試験結果

図３に，初期冷却時の超電導コイル温度と熱シールド温度

41

その結果，内側Nb3Snコイルで4.2 T（通電電流221 A），外側
NbT i コイルで5.3 T（通電電流348 A）を発生させ，合計で9.5 Tの発生を確認している。
ヘリウムフリー超電導マグネット単体での9.5 T発生を確を示す。冷却を開始してから約215 時間後に，質量約 1 t の認後，360 mmの貫通室温ボアに設置した水冷銅マグネット

超電導コイルは，約 3 Kまで到達し定常となった。なお，熱（32 mmの室温ボア）と組み合わせて，ハイブリット運転をシールドの到達温度は約40 Kであった。冷却質量から算出し実施した。ハイブリット運転での試験結果を，図４に示す。
住友重機械技報 No.159 2005

論文･報告30

6000
Hybrid magnet

2000

20

0

15

29 T級ヘリウムフリーハイブリッドマグネット用の超電導

4000

10

−2000

5

−4000

Magnetic force(T2/m)

Magnetic field(T)

25

むすび

４

Mganetic force

29T強磁場科学用ヘリウムフリー超電導マグネット

マグネットを開発し，以下の性能結果が得られた。
室温からの初期冷却時間は約215 時間であり，熱シー
ルドは約40 Kに冷却され，超電導コイルは約 3 Kまで到達し，約 1 tの冷却重量より算出した初期冷却時間約220
時間とほぼ一致した。
超電導マグネット単体では，9.5 Tの磁場までの発生をCryocooler-cooled superconducting magnet
0
−300

−200

−100

0

100

確認した。また，超電導マグネットで8.5 T，水冷銅マグ
ネットで19 Tをそれぞれ発生させ，ヘリウムフリーハイ

200

−6000
300

z-axis(mm)ブリッドマグネットとして，27.5 Tの発生に成功した。
今後は，ヘリウムフリーハイブリッドマグネットとして，
設計磁場の29 Tを発生させる予定である。

図５

ヘリウムフリーハイブリッドマグネットの性能テスト結果
Performance results of cryogen-free hybrid magnet

本研究において，線材開発に当たった古河電気工業株式会
社に感謝の意を表する。

図４は，ヘリウムフリー超電導マグネットで8.5 T発生させ，（参考文献）

水冷銅マグネットで19 T発生させ，合計で27.5 Tを発生させ

K. Watanabe, Y. Yamada, J. Sakuraba, F. Hata, C. H. Chong, T.

た時の磁場と温度との関係を示している。なお，超電導コイ

Hasebe and M. Ishihara. (Nb,Ti) 3 Sn superconducting magnet

ルへの負荷を小さくし安全を確保するべく，組み合わせ試験

operated at 11 K in vacuum using high-Tc (Bi, Pb) 2Sr2Ca2Cu3O10
current leads. Jpn. J. Appl. Pyhs., vol.32, pp.L488-L490, 1993.

は8.5 Tまでに留めている。中心での27.5 T磁場発生は，ヘリK. Watanabe, S. Awaji, M. Motokawa, Y. Mikami, J. Sakuraba andウムフリーハイブリッドマグネットとしては世界最高記録とK. Watazawa. 15 T cryocooled Nb3Sn superconducting magnet withなる。27.5 Tの磁場を発生させた時，コイル温度は3.5 K以下

a 52 mm room temperature bore. Jpn. J. Appl. Pyhs., vol.37,を示すとともに安定していることが分かる。また，ハイブリ

pp.L1148, 1998.
K. Watanabe, Y. Watanabe, S. Awaji, M. Fujiwara, N. Kobayashi

ッド運転後，水冷銅マグネットを消磁し，ヘリウムフリー超and T. Hasebe. X-ray diffraction investigation in high fields at low

電導マグネット単体での励磁結果を，図４に示している。ヘ

temperature for Nd0.5Sr0.5MnO3. Adv. Cryo. Eng., vol.44, pp.747-752,

リウムフリー超電導マグネット単体にて9.5 Tの磁場を発生1998.

しており，コイル温度は3.5 K以下で安定していることが分

K. Jikihara, H. Mitsubori, H. Ookubo, J. Sakuraba, S. Katano, N.
Minakawa, N. Metoki and T. Osakabe. A cryocooler cooled 10 T split-

かる。なお，ヘリウムフリー超電導マグネット消磁の際にコpair superconducting magnet for neutron scattering experiment.

イル温度が上昇しているが，これは交流損失に起因するもの

IEEE Trans. Appl. Supercond. vol.9, No.2, pp.436-439, 1999.

である。
図４において27.5 Tの磁場を発生させた時の，室温ボアで

渡澤恵一, 三堀仁志, 櫻庭順二, 山本和人. MCZ単結晶引上げ装置用
ヘリウムフリー超電導マグネット. 住友重機械技報, vol.48, no.143,
pp.22〜25, Aug., 2000．

の鉛直方向の磁場分布測定結果（B）と，その結果より算出しK. Watanabe, S. Awaji, K. Takahashi, G. Nishijima, M. Motokawa,た磁束密度と磁場勾配の積（B･dB/dz）を，図５に示す。本

K. Jikihara, M. Ishizuka and J. Sakuraba. First performance test of

マグネットは，最大で4500 T2/mの磁気力場を得られること

the cryogen-free hybrid magnet. IEEE Trans. Appl. Supercond.

が図５より分かり，従来では磁気浮上させることができなかvol.13, No.2, pp.1632-1635, 2003.
K. Miyoshi, S. Endoh, S. Meguro, G. Nishijima, S. Awaji and K.

った磁化率の小さな材料の浮上が可能となる。強磁場を用い

Watanabe. Development of high strength Nb3Sn conductor. IEEE

ると，水，プラスチックおよびガラスなどの通常は磁場に応Trans. Appl. Supercond. vol.14, No.2, pp.1004-1007, June, 2004.

答しない非常に小さな磁化率を有する反磁性体などの物質を，重力に逆らって浮上させることが可能となる。物質を磁気浮上させると重力の影響を排除することができ，熱処理にS. Awaji, K. Watanabe, G. Nishijima, K. Katagiri, K. Miyoshi and S.
Meguro. Enhancement of critical current densities by theprebending strain at room temperature for Nb 3Sn wires. Jpn. J.
Appl. Phys. vol. 42, pp.L1142-L1144, 2003.

よる結晶配向が有利となることも考えられる。また，物質を石塚正之. Bi-2223超電導材料を用いたバルク電流リードの開発-冷溶融させる場合，坩堝が不用となり，坩堝からの不純物混入

凍機による伝導冷却超電導マグネットへの適用-. 低温工学, 39巻, 3号,を防ぐことができる。

pp. 104〜107, 2004．

今回開発したマグネットは，液体ヘリウム補充の中断が不用なことから，長時間の連続磁気浮上が可能であり，それによって新材料開発への貢献も期待できる。その他，強磁場を保持して行う，磁場中での材料評価などにも優位性があると考えられる。
今後は，ヘリウムフリー超電導マグネットで10 T，水冷銅
マグネットで19 T発生させ，合計で29 Tを発生させる予定である。
住友重機械技報 No.159 2005

42

技術解説

耐圧防爆モータ用インバータ HF−320αシリーズ

耐圧防爆モータ用インバータ HF−320αシリーズ
Inverter HF−320α Series for Flame Proof Motor
●伊

藤

勲＊

Isao ITO

合

原

一

孝＊

Kazutaka AIHARA

HF−320αインバータ

耐圧防爆型モータ

図１

耐圧防爆型モータとHF−320αインバータ
Flame proof motor and HF−320αinverter
表１

１

はじめに

爆発生ガスの分類例
Classification example of firedamp
発火度

爆発等級

汎用インバータに対する小型・高性能化，操作性・メンテ
ナンス性向上および発生ノイズ低減などの改善要求は依然として多く ，こうした市場ニーズに対応するべく，当社は小1形高性能・高機能インバータHF−320αを2004年 8 月に発売した。また，化学プラントや塗装ラインなど爆発性ガスを扱う雰囲気の下で使用されるモータには，防爆検定認定品が要求される。特に，インバータで可変速を行う場合には，イン

2

バータとモータはセットで耐爆（耐圧防爆）検定合格した製3品が必要である。

G2

G1

G3

G4

アセトン
アンモニア
一酸化炭素
ニタン
酢酸
酢酸ニチル
トルエン
プロパン
ベンゼル
メタノール
メタン

エタノール ガソリン
酢酸イソアミル ヘキサン
1−ブタノール
ブタン
無水酢酸

石炭ガス

エチレン
エチレンオキシド
アセチレン

水性ガス
水素

G5

アセトアルデヒド
エチルエーテル二酸化炭素

今回，これらのニーズに対応するべく，耐爆型モータと最新インバータであるHF−320αを組み合わせて検定合格したほとんどの危険対象ガス雰囲気に対応している。表１に，爆シリーズを，2005年 6 月に発売した（図１）。

発性ガスの分類例を示す

本報では，耐爆型モータの防爆性能，HF−320αとの組み

第 1 記号のdが防爆構造の記号で耐圧防爆形を意味し合わせでの制御特性および機能面での特長を中心に紹介する。

２ており，1 種および 2 種危険場所で使用可能である。
第 2 記号の 2 が爆発等級を意味しており，スキ（容器製品のラインナップの嵌め合い面，接合面および軸貫通部の隙間）の奥行

耐爆型モータ用HF−320αは，次の電源・容量範囲をカバ

25 mmにおいて点火波及を生じるスキの値が0.4 mm以

ーしている。今回，初めて単相入力用もラインナップした。

上0.6 mm以下の構造となる。

電源仕様・適用モータ容量範囲

第 3 ，4 記号のG4が発火度を意味し，発火点の範囲が単相200V級入力 0.2〜2.2 kW
3 相200V級入力 0.2〜3.7 kW
3 相400V級入力 0.2〜3.7 kW
モータ部共通仕様

３

135 ℃以上200 ℃以下に適用される。

４

耐爆型モータと非防爆型モータの違い
耐爆型モータは内部で万一爆発が起きても容器が壊れ

脚付き/JEMフランジ/サイクロ 減速機直結など

ることがないよう，非防爆型モータより容器の肉厚を上屋外型/屋内型

げて強い構造としている。

防爆構造の説明

当社耐爆型モータは防爆構造d2G4仕様であることから，

43。

＊PTC事業本部

爆発時に火花が外部に引火しないように，スキを爆発
等級による規定値により製作している。
爆発性ガスの触れる恐れがある容器の表面は発火度に
住友重機械技報 No.159 2005

技術解説

fｒ＊（周波数指令）＋

f＊（出力周波数指令） 磁束 φ＊（磁束指令）
設定器＋

耐圧防爆モータ用インバータ HF−320αシリーズ

Ｖｔ＊（電圧指令）
Ｖｕ＊（電圧指令）
電圧
座標 Ｖｖ＊（電圧指令） 電圧型
ベクトル＊変換器 Ｖｗ＊（電圧指令） ＰＷＭ
演算部 Ｖｍ（電圧指令）
インバータ

周波数積分器fｓ（すべり周波数） すべり
演算部

θ＊（電気位相角指令）Ｉｔ（電流検出）

Ｉｕ（電流検出）
Ｉｖ（電流検出）
Ｉｗ（電流検出）

座標Ｉｍ（電流検出）変換器

Ｍ
誘導モータ

HF-320α 0.4kW 200V N−T特性（センサレス ベクトル制御）

センサレスベクトル制御の制御ブロック図
Block diagram of sensorless vector controlており，客先での調整は不要とした。図３に，HF−320αと当社耐爆型モータを組み合わせた場合の速度−トルク特性を示

300
Torque(％)

図２

250
200
150

す。低速域でも定格の200 ％以上の出力トルクを確保し，負

100

5.2

50
0

荷による速度変動も± 1 ％以下を実現している。

0

600

1200

1800
（min−1）

2400

N
3000
3600
Rated Torque:2.13(Nm)ノイズフィルタ標準内蔵の効果

従来機種ではインバータの発生ノイズが問題となる場合，
客先にてノイズフィルタを外付けしていた。HF−320αではノイズフィルタを標準内蔵したことによりインバータ単体で

図３

速度−トルク特性
Speed-torque characteristics

発生ノイズを軽減でき，設置の省スペース化や配線工数の削減も可能となる。また，単相200 V・3 相400 V機種の内蔵フィルタは，規制の厳しい欧州のEMC指令クラスAに対応した

応じ温度上昇限度が決められており，発火度G4の場合，高減衰型フィルタを搭載し，発生ノイズの低減を図った。

70度以下の限度値で設計している。

5.3

メンテナンス性の向上

モータの温度上昇は電源の特性により変化することか

近年は環境問題などへの配慮から，小型インバータにも長ら，電源を特定する必要がある。インバータはメーカー寿命化やメンテナンス性の向上が要求されてきており，HF−

および機種により電源の特性が異なるとされており，産320αではこれら要求に対応した設計としている。

業安全技術協会の防爆検定はインバータとモータの組み

冷却ファンをワンタッチ交換できる構造とした。

合わせが認定条件となる。そのことから，耐爆型モータ

コンデンサ設計寿命を 5 年から10年に延ばした。

は使用するインバータを指定する必要があり，適用イン

端子台を着脱式としインバータ交換を容易にした。

バータを明記した銘板を取付けしている。
耐爆型モータのメンテナンスは責任者以外が行った場
合には防爆性がなくなる可能性があることから，容器を容易に開けられないように，締付けボルトの箇所は全て錠締構造としている。

５
5.1

特長
センサレスベクトル制御によるモータ特性

耐爆型モータ用HF−320αとしては，モータとの組み合わ

６

おわりにインバータへの市場ニーズに対応して，最新インバー
タと組み合わせた耐爆型モータシリーズを発売した。
モータの防爆構造はd2G4であり，ほとんどの危険対
象ガス雰囲気で使用が可能である。
HF−320αは当社耐爆型モータに最適な調整がなされており，客先での調整なしでセンサレスベクトル制御による高性能運転が可能である。

せ性能を最大限に引き出すべく，センサレスベクトル制御に

ノイズフィルタ内蔵，長寿命化およびメンテナンス性て防爆検定に合格している。V/f 制御で運転すると，検定時向上などにより，環境にやさしく，ユーザフレンドリー

条件と異なることから合格対象外とみなされる場合がある。

なインバータとなっている。

センサレスベクトル制御ではV/f 制御の欠点である低速域のトルク低下とすべりによる速度変動が改善されている。制

今後も多様化する市場ニーズに対応して，製品およびサービスの改良に努める所存である。

御ブロック図の例を，図２に示す。モータ 1 次巻線抵抗での電圧降下の影響は電圧ベクトル演算部で補償され，周波数や負荷率によらずモータ磁束が一定となる様に制御される。
また，すべり演算部でモータのすべりを演算して補償することにより，速度変動を抑えている。モータ回路定数の設定については，当社出荷時に耐爆型モータに合わせた調整となっ（参考文献）
日本電機工業会. 伸びゆくインバータ2005年版. p.1〜6.
産業安全技術協会. 防爆構造電気機械器具型式検定申請の手引き.
産業安全研究所. 工場電気設備防爆指針（ガス蒸気防爆1979）. p.10〜12.
薗部忠, 千々岩敏彦. センサレスベクトルインバータ. 省力と自動化.
12月号, p.72〜75, 1993.

住友重機械技報 No.159 2005

44

主要営業品目
変減速機,インバータ●機械式減速機：［同心軸］サイクロ減速機,サイクロギヤモータア
ルタックス, 精密制御用サイクロ減速機,プレストギヤモータ,コン
パワー遊星歯車減速機,［平行軸］パラマックス減速機,ヘリカルバ
ディボックス,［直交軸］パラマックス減速機,ハイポニック減速機,
ベベルバディボックス,ライタックス減速機,HEDCONウォーム減
速機,小形ウォーム減速機 ●変速機：［機械式変速機］バイエル無段変速機, バイエル･サイクロ可変減速機,［電気式変速機］インバー
タ,インバータ搭載ギヤモータ,サーボドライブ,DCドライブ

物流システム●自動倉庫システム ●高速自動仕分システム ●FMS/FAシス
テム ●無人搬送システム
金属加工機械
●鍛圧機械：フォージングプレス,油圧プレス,フォージングロール,
超高圧発生装置 ●工作機械 ●SPS（放電プラズマ焼結機）
運搬荷役機械
連続式アンローダ,港湾荷役クレーン（コンテナクレーン,タイヤマ
ウント式ジブクレーン,タイヤマウント式LLC）,トランスファクレーン,ジブクレーン,ゴライアスクレーン,天井クレーン,製鋼クレーン,
自動クレーン,ヤード機器（スタッカ,リクレーマ,スタッカ／リクレーマ）,シップローダ,ベルトコンベアおよびコンベアシステム
船舶海洋●船舶：油槽船,撒積運搬船,鉱石運搬船,鉱油兼用船,コンテナ船,自動車運搬船,LPG船,LNG船,カーフェリー,ラッシュ船,作業船,大型洋式帆船,巡視船,他 ●海洋構造物：海洋石油生産関連構造物,浮体式
防災基地,浮体式海釣施設,その他海洋構造物 ●海洋開発機器：各
種ブイ,舶用環境機器
インフラ整備関連●橋梁：一般橋,長大橋 ●水門：各種ゲート ●海洋･港湾構造物：
沈埋函,ケーソン ●シールド掘削機 ●生活関連設備：機械式駐車場, 動く歩道 ●空港関連設備
化学機械，プラント●一般プラント：紙・パルプ製造装置,化学装置,原子力装置 ●発電設備：循環流動層ボイラ ●圧力容器：リアクタ,塔,槽,熱交換器 ●撹拌混合システム：マックスブレンド撹拌槽,スーパーブレ
ンド（同心2軸型撹拌槽）,バイボラック（横型2軸反応装置）

サイクロ, アルタックス,コンパワー,パラマックス,バディボックス,ハイポニック
減速機,ライタックス,HEDCON,バイエルおよびバイエル・サイクロは,住友重機械
工業株式会社の登録商標です。

プラスチック加工機械●プラスチック加工機械：射出成形機,射出吹込成形機,ディスク成形機,セラミックス成形機 ●フィルム加工機：押出機,フィルム製
造装置,ラミネート装置 ●IC封止プレス ●ガラスプレス ●成形システム･金型：射出成形用金型,PE Tシステム,インジェクショ
ンフロー成形システム,インモールドラベリング成形システム
レーザ加工システム●レーザドリルシステム ●レーザアニーリングシステム ●YAGレーザと加工システム ●エキシマレーザと加工システム●YAG高調波レーザと加工システム
半導体・液晶関連機器●イオン注入装置 ●放射光リング・AURORA,放射光ビームライ
ン ●成膜装置：（液晶フラットパネル用）プラズマ薄膜形成シス
テム ●精密XYステージNanoplaneシリーズ ●リニアモータ
Nanoplaneシリーズ ●マイクロマシン ●エキシマレーザアニー
リングシステム ●ウエハ研削装置 ●ウエハ洗浄装置

マックスブレンドおよびバイボラックは,住友重機械工業株式会社の登録商標です。

AURORAおよびNanoplaneは,住友重機械工業株式会社の登録商標です。

環境施設●環境･エネルギー関連プラント：都市ごみ焼却施設,リサイクル施設, 流動層ガス化溶融炉, 産業用廃棄物処理施設 ●大気関連プラ
ント：電気集塵装置,灰処理装置,乾式脱硫･脱硝装置 ●水関連プ
ラント：上水処理施設,下水処理施設,浸出水処理施設 ●産業廃水処理装置
加速器，医療機器，精密機器，極低温機器，超電導磁石●イオン加速器：サイクロトロン,ライナック,シンクロトロン ●電子線照射装置 ●医療機器：PET診断用サイクロトロン･CYPRIS,
標識化合物合成装置,がん治療用陽子サイクロトロン,治療照射装置●精密XYステージNanoplaneシリーズ ●リニアモータNanoplaneシリーズ ●冷凍機：パルスチューブ冷凍機,4KGM冷凍機,スター
リング冷凍機,クライオボンプ用冷凍機,MRI用冷凍機 ●人工衛星搭載観測装置冷却システム ●超電導磁石：ヘリウムフリー超電導マグネット

製紙機械
抄紙機,ワインダ,各種製紙関連設備
建設機械,産業車輛
油圧式ショベル,移動式環境保全およびリサイクル機械,杭打機,道路
舗装機械,フォークリフト
その他
航空用機器,精密鋳鍛造品,防衛装備品（各種機関銃,機関砲およびシ
ステム）

CYPRISおよびNanoplaneは,住友重機械工業株式会社の登録商標です。

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新居浜工場 〒792-8588 愛媛県新居浜市惣開町5番2号
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東京都西東京市谷戸町2丁目1番1号
本号に関するお問い合わせは，技術本部技報編集事務局（電話番号
千葉市稲毛区長沼原町731番地1は下記）宛お願い致します。
神奈川県横須賀市夏島町19番地
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岡山県倉敷市玉島乙島新湊8230番地
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生
一
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住 友 重 機 械 技 報
委 員 李
瑞
松
敏 彦
小 島 宏 志太 田 朝 也井 辻 孔 康佐 渡 賢 治土 居 砂登志久 保
隆
事務局 技術本部
アシスト ＳＮＢＣ
千代田プランニング

第159号

非売品

2005年12月10日印刷
発行

12月20日発行

住友重機械工業株式会社〒141-8686 東京都品川区北品川5丁目9番11号（住友重機械ビル）
お問い合わせ電話発 行 人

横須賀(046)869-2302

吉 井 明 彦
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