2023 年 8 月 1 日
株式会社日立プラントメカニクス

軽量化クレーンに関する論文が月刊誌『クレーン』８月号に掲載されました
モノづくりを通じてさまざまな課題にワンストップで解決
株式会社日立プラントメカニクスは、日立天井クレーンの 100 年を超える歴史を受け継ぐクレーンメーカとして、安全・安心、自動化、物流最適化をテーマに現場が抱える課題を解決する製品、システム、サービスの提供を通じてお客さまの業務と社会への貢献を目指しております。
この度、（一社）日本クレーン協会が発行する月刊誌『クレーン』８月号に、「軽量化を図ったクレーンについて」を掲載しました。日立天井クレーン構造の歴史およびガーダ構造復活による軽量化への取り組みを掲載したものです。
昨今の天井クレーンにおけるガーダ構造は、コストダウンや効率化の観点からロボット溶接による自動化が進み、ボックス構造が主流となっています。しかしながら、クレーンのリプレースを計画されているお客さまが、主流のボックス構造を採用する場合、ガーダ質量増加による建屋側全域への補強が必要となるため、建屋が老朽化していて補強できない場合や補強コストがかかりすぎることが課題となっていました。そこで今回、従来のガーダ構造を復活させ、設計・製造部門が総力をあげて 3DCAD を用いた応力解析と現在の製造設備にあったモノづくりにより、プレートトラス構造や D 型ボックス構造、モノガーダ構造を復活させることでクレーンの質量・輪重の軽量化を実現しました。

日立プラントメカニクスは、これからもお客様のニーズに応えるモノづくりを通じてさまざまな課題にワンストップで解決するトータルシームレスソリューションのご提供をめざしていきます。
【ホームぺージリンク】
軽量化クレーン：株式会社 日立プラントメカニクス (hitachi-hpm.co.jp)【（一社）日本クレーン協会について】（一社）日本クレーン協会は、月刊誌『クレーン』やホームページを通じてクレーン等の設計・製造・使用等に関する技術、基準、法令・通達、安全対策、災害事例及び災害統計等を紹介して、クレーン等に係わる技術の向上と安全意識の高揚のための広報活動を行っています。また、ポスターやステッカーを会員事業場や関係方面に配付し、クレーン等による労働災害の防止を徹底するよう呼びかけています。
以上

『クレーン』第61巻8号

2023「軽量化を図ったクレーンについて」
川 尻 栄 作＊
1の再開に加え，EV やデジタル化による脱炭素のはじめに加速，レジリエンス強化に向けた取り組みにより，日立クレーンは，1909年の初号機から100年以全産業で表 1 のように前年比26 . 8％増と増加傾向

上の歴史があり，納入してきた業界も製鋼，自動となっている。1990年代から設備投資の長期推移

車，電力，港湾，穀物，造船，倉庫，セメント，としては，図 1 の傾向となっており，22年度としごみ処理施設など多岐にわたる。ては製造業，非製造業ともに回復に向かう見込み

そうした経験の中で培ってきた信頼性の高い基となっている。

本機能に AI 技術などを組み合わせた高機能ク設備投資の特徴を縦軸に業種，横軸に脱炭素，レーンの製品化に加え，保守・点検，機能改造なデジタル化，レジリエンス強化として整理したもどのレトロフィットまで一貫したサービスを提供のが表 2 となっている。脱炭素に関しては，再エできることが日立プラントメカニクスの最大の強ネ発電設備や省エネ機器の導入，EV など次世代みであると考えている。

自動車向けの部材，素材型製造業の能力増強投資

今回ご紹介する内容は，お客様からのお困りごが進められている。デジタル化の加速は，半導体ととして，クレーンに関する質量・輪重増加に対や半導体材料の投資が後押ししており，レジリエする課題解決に向けた，クレーンの軽量化についンス強化については，製造設備の自動化投資や安て報告する。

全対策投資が進められている。これに関連して，

2クレーンを取り巻く環境においても，クレーンの国内における設備投資の状況更新需要が高まっており，更新目的としては①老朽化更新

22年度における国内設備投資の状況は，21年度② GX（グリーントランスフォーメーション）にコロナ渦の影響で先送りとなっていた設備投資

表 1 2021，22 年度の国内設備投資の増減率※ 140（前年比，％）

30

全産業
［除電力］

〔

2021年度【実績】
20―21共通
1 ,650社▲3 . 8［▲2 .7］〕〔2022年度【計画】
21―22共通
1 ,758社
26 . 8［25 .2］製造業

3 .530 .7

非製造業
［除電力］

▲7 .2
［▲6 .3］24 . 8［21 .9］＊ Eisaku Kawajiri㈱日立プラントメカニクス（前年比，％）【計画】
全産業

20非製造業

10〕

製造業
30 . 7
全産業
26 . 8
非製造業
24 . 80－10－20－30－40
1990

製造業
9500

05

1015

20 21 22（年度）

図 1 設備投資増減率の長期推移※ 1
開発推進室

開発グループ― 33 ―

GL 主任技師

『クレーン』第61巻8号

2023

表 2 2022 年度の設備投資の特徴※ 1
脱炭素
再エネ

石油バイオマス
風力

輸送用機械
鉄鋼・非鉄

省エネ

一般機械
通信・情報
電力・ガス
運輸

電動化開発拠点
電磁鋼板

リサイクルプラント

EV関連のパワー半導体
少額なものを含め幅広くみられる
バイオマス
風力

製油所維持更新減

電炉能増

小売

バイオマス
太陽光バイオマス

工場・都市・店舗の高機能化

半導体・同材料の能力増強

設備IoT化

シリコンウエハ
電池

能力増強

製造プロセスの自動化投資

電子材料

自動化設備導入

電子部品

工場，物流向け自動化ロボット製造

水素発電実証

５G
水素製造

太陽光

不動産

レジリエンス強化

遠隔非接触・EC

次世代自動車

脱炭素契機に再編
省エネ電動設備に置き換え
高炉・電炉
効率化

化学
電気機械

デジタル化

資源循環・水素EVの導入
ZEB・ZEH

都市機能強化の再開・継続

安全対策投資発電所
鉄道

セルフレジ導入など店舗の省人化
物流施設
首都圏再開発サービス

ホテル※ 1 ：出典元（株式会社日本政策投資銀行 2022年度設備投資計画調査対応

結果概要）

日立における軽量化クレーンの歴史としては，③自動化による生産性向上及び人手不足対策①アルミ構造が理由となっている。

②プレートトラス構造

しかしながら，クレーンの更新需要が高まる一③ D 型ボックス構造方，お客様の課題として納入当初のガーダ構造か④モノガーダ構造

ら最新ガーダ構造とした場合，構造の違いにより⑤ O 型ボックス構造

クレーン質量が増加し，建屋全域への補強が必要の 5 種類がある。となるケースが生じる。お客様より，『建屋を補①のアルミ構造は，お客様の扱っている製品の強することなく納入当初のガーダ構造を実現でき性質上，鉄が使えなかったため現在の JIS 規格でないか？』とご要望をいただき，設計・製造部門は廃止となっているが，1952年12月14日に耐食アが総力を上げて，軽量化クレーンの復活に取り組

ルミ合金板の JIS 規格が制定し，これに伴い1965んだ。

年に JIS H 4104 耐食アルミ合金 7 種による溶接3構造が製造認可され，定格荷重7 .5t×20m アルガーダ構造の歴史についてミ製クレーンを納入している。

日立プラントメカニクスは，環境経営を最優先

その後1970年 5 月 1 日に JIS 規格より廃止と課題の 1 つとして捉えており，SDGs の持続可能なっている。現在，ボックス構造のガーダが主流な開発目標として定められている17のゴールに対となっているが②〜④の構造についてお客様のごして，軽量化クレーンの復活を通じて図 2 の 4 つ要望があり，復活に取り組んだ。のゴールに貢献するモノづくりに取り組んでいる。

②，③，⑤のプレートトラス構造や D 型もし
くは O 型ボックス構造は，なるべく材料を少なくするための設計である。
④のモノガーダについては，床面の荷役スペースを最大化するために採用している。
次に，②，③，⑤について，ボックス構造との図 2 軽量化クレーンを通じて SDGs に貢献する違いについて説明する。
ガーダとはクラブトロリを支持する構造物で，4 つのゴール― 34 ―

『クレーン』第61巻

けた（桁）ともいう。クレーンの基本的なガーダ

トラスの断面の形状は，荷重を直接支える主桁，水平力を支える補桁，これらを繋ぎ合わせる水平部材及び筋かい材等で構成されている。

プレートトラス（主桁）（補桁）

ガーダは，荷重を支えるために十分な強度を持たせると共に，たわみを少なくするために図 3 のトラス（ a ）プレートトラス構造ような形式のものが用いられている。それぞれの上フランジ

ガーダの特徴を表 3 に示す。

4トラス構造からボックス構造への転換期について主桁

日立におけるクレーン主構造部の製作は，1950

補桁

下フランジ

年後半から1960年前半まで継手部分に鋲（びょ上フランジう）打ち構造を用いたトラス構造のガーダを採用（ b ）D 型ボックス構造していたが，①溶接技術の向上

主桁

補桁②作業中の騒音が少ない③設計が容易下フランジ④継手部分の緩みが無い

上フランジ⑤材料の種別が少なく在庫管理が容易（ c ）O 型ボックス構造の観点から溶接によるボックス構造への転換期となっている。ボックス構造のガーダを製作した第主桁

補桁

1 号は社内機械工場3t クレーンに採用し，日立としてお客様に納入したボックス構造の第 1 号は，1959年に10t×20m クレーンを納入した。それ以降，ボックス構造のクレーンを納入している。今
回，お客様よりご相談があったクレーンは，1961

下フランジ（ d ）ボックス構造

図 3 ガーダ構造の違い

年に日立製作所として設置したロープ式セメント原料運搬用5t×29m クレーンである。2000年頃から老朽化の諸症状が現れ，2014年より更新計画のご連絡をいただき，お客様のご期待に応えるべ

表 3 ガーダ構造の特徴
ガーダ種類

特徴

⒜プレートトラス構造

補桁及び水平部材は三角形を単位とした骨組構造
形鋼の組み合わせにより製作される⒝ D 型ボックス構造

上下フランジを L 形に曲げ主桁板で繋げた構造⒞ O 型ボックス構造

上下フランジを溝形に曲げ桁板で繋げた構造⒟ボックス構造

上下フランジ、桁を鋼板で組み立てた箱型構造― 35 ―

8号

2023

『クレーン』第61巻

8号

2023

くクレーンへのご要望事項を整理し，運搬能力向制御部分については，つり荷を巻下げるときに発上と省エネに貢献するご提案を実施した。

生する位置エネルギーを電源に戻す回生付コン

日立におけるトラス構造の実現は，半世紀を超バータを採用することで CO2削減に貢献する最える60年ぶりのモノづくりとなっている。今回の先端の GX（グリーントランスフォーメーション）

トラス構造は，補桁及び水平部材は三角形を単位技術をご提案し，採用いただいた。プレートトラとした骨組構造の形鋼の組み合わせにより製作すス構造のクレーンを採用する場合のメリットとしるプレートトラス構造と呼ばれるタイプである。ては，既設同等の質量のクレーンに更新となるため，今回の復活にあたり課題となった項目としては，①建屋補強が不要①若手設計者は，ボックス構造以外の経験が無い②建屋補強に伴う操業停止期間が不要②リベット構造からボルト取合い構造への設計③設備関係者＋土木・建築関係者等による検討

変更

期間短縮

③プレートトラス構造のモノづくりが挙げられる。

であった。

一方，デメリットとしては，

このため今回のプロジェクトに向けて，ベテラ①フルオーダーメイドクレーンのためコストンの設計者に協力をいただき，リベット構造からアップ

ボルト取合いとなった部分やボックス構造からプ②一からの3D モデル設計により設計期間が長い

レートトラス構造となった場合における変更点に③人手による作業が多くクレーンの製作期間が対する応力解析については社内以外の第三者で長いバックチェックし，日立グループの解析専門会社が挙げられる。
『ボックス構造のクレーンを採用と連携してモノづくりに取り組んだ。

した場合に建屋補強にかかるコスト』と，『クまた，モノづくりについては，ボックス構造でレーンをプレートトラス構造とした場合にかかるは全自動化されていた溶接作業だが，トラス構造コスト』を比較検討いただき，後者（プレートトでは一部に（自動化できないため）手作業が必要ラス構造のクレーン）を採用したほうがトータルとなるため，ベテランの溶接技術者や製造経験者コストミニマムとなるため，ご採用いただいた。の方々に協力いただいてモノづくりに取り組んだ。

図 4 にお客様のご要望に応え，60年ぶりに復活しまた，今回のクレーンは，外観からは従来のクたプレートトラス構造のクレーンを示す。日立プ

レーンを復活させているだけのように思われるが，ラントメカニクスでは，新たなモノづくりに向け

図 4 ロープ式セメント原料運搬用 5t × 29m クレーン（プレートトラス構造）― 36 ―

『クレーン』第61巻

8号

2023て，営業，設計，製造，工事，品証が一体となりルギーや運動エネルギーを電源に戻すことで CO2取り組んだ活動を他の同様の課題を抱えているお削減に貢献するものである）。今回の D 型ボック

客様への対応に向けて規格・基準を整理し，リース構造のモノづくりは，ガーダをロボット活用にドタイム短縮を行う。

よる溶接部と人手による溶接部を組み合わせたセ5

ミオーダーメイドのクレーンとなっている。

D 型ボックス構造について

図 5 に50年ぶりに復活した D 型ボックス構造

日立におけるクレーン D 型ボックス構造の歴史は，1962年に開発している。社内東工場の5t×13m クレーンに適用後，日立としてお客様に納のクレーンを示す。

6入した第 1 号は，1967年に20／5t×16 .9m クレーンを納入している。

モノガーダ構造について
日立におけるモノガーダ構造は，クレーンの特殊タイプとして開発し，1973年に社内組立用10t

その後，1970年に新 JEM（日本電気会工業規格）×20 .3m クレーンを第 1 号として開発している。

クレーン用モータ制定に呼応して，D 型ボックスモノガーダが特殊と言われている要因は，図 6 の構造の新シリーズの標準クレーンを業界に先駆けようにガーダが 1 本で，クラブがオーバーハングて発表した。今回のお客様からのご依頼は，1970した形となっているためである。この構造のク年に日立機電工業として D 型ボックス構造のクレーンはガーダが 1 本であるため，走行端の寄りレーン設置後50年が経過し，老朽化したことが付きが通常のクレーンより良くなっている。今回きっかけとなっている。D 型ボックス構造を復活のモノガータ構造の復活は，お客様より2021年にさせた目的は，隣接クレーンが 3 台あり，建屋強既設クレーンと同じ作業エリアを確保をしつつ，度の関係からクレーン輪重制限があった。そこで

コイル運搬作業における巻上装置の等級見直しの既設から更に軽量となる D 型ボックス構造を試要請があり，他社製の更新ではあったがお客様の作検討し，FEM による応力解析した結果，問題ご要望に対応すべく，現地調査から仕様検討までが無いことを確認したためご提案した。また，ク

綿密に実施し日立プラントメカニクス製のクレーレーンもトラスガーダ構造の時と同様に外観からンをご採用いただいた。48年ぶり納入となるため，は従来のクレーンを復活させているだけのように

設計計画及び出図時はベテランを含め細かな検討思われるが，制御部分については最先端の GX会を実施し，モノづくりに取り組んだ。

（グリーントランスフォーメーション）技術をご

今回のクレーンについても，外観からは従来の提案し，採用いただいた（GX 技術とは，回生付クレーンを復活させているだけのように思われるコンバータによりクレーンから発生する位置エネが，制御部分については，回生付コンバータによ

図 5 コイル運搬用 21 ／ 7 . 5t × 23 . 5m クレーン（軽量 D 型ボックス構造）― 37 ―

『クレーン』第61巻

8号

2023

図 6 コイル運搬用 20t × 19 . 2m クレーン（モノガーダ構造：ガーダ 1 本軽量タイプ）

り CO2削減に貢献する最先端の GX（グリーントトップで解決するトータルシームレスソリュー

ランスフォーメーション）技術をご提案し，採用ションのご提供をめざしていく。

いただいた。

7

参考文献

おわりに

1 ．日立機電三十五年史（1992年 8 月20日発行）

これまで日本における多くの企業は，人件費を抑えることを目的に生産拠点を海外に移してきたが，近年の円安による海外の人件費高騰やコロナ

2 ．ものづくり半世紀 日立機電のあゆみ（2006年 3 月10日発行）
3 ．月刊誌『クレーン』第46巻10号2008年の影響を受け，リスク回避を目的に国内に生産拠点を移している。また，単に生産拠点を国内に移すだけではなく，自社ブランドの向上と自動化やデジタル技術の活用により，技術伝承と人材育成に力を入れている。日立プラントメカニクスでは，このような背景を踏まえ，お客様のニーズに応えるモノづくりを通じてさまざまな課題にワンス― 38 ―