船舶用クレーンの動作原理：油圧式船舶用クレーンの仕組み

船舶用クレーンとは、船舶の甲板に固定されたクレーンのことで、船舶、埠頭、および他の船舶の間で貨物、備品、装備品を吊り上げる役割を果たします。現在稼働している中小規模の船舶用クレーンのほとんどは油圧式です。ポンプが加圧された油を制御弁を通じてシリンダーや油圧モーターに送り込み、それによってブームが上昇したり、クレーンが旋回したり、ウインチが駆動されたりします。このガイドでは、船舶用クレーンの仕組み、作業半径や動いている甲板上で吊り上げ能力が変化する理由、および代表的な用途について、順を追って解説します。

当社は2003年より、中国・Xuzhouにて油圧クレーンを製造しており、0.8 tから25 tまでのナックルブーム式および直伸ブーム式の船舶用クレーンを取り扱っています。以下に記載されている数値はすべて当社の技術図面に基づいているため、一般的な販売宣伝文句ではなく、実際の油流量、作動圧力、定格荷重を比較することができます。

船舶用クレーンはどのように機能するのでしょうか？

油圧式船舶用クレーンは、船上のモーターから始まり、フックに吊り下げられた荷で終わる一連のエネルギー変換の連鎖として動作します。その連鎖の各段階は、クレーン本体上で特定できる物理的な構成要素に対応しています：

1. 動力源。電気モーターまたはディーゼルエンジンが油圧ポンプを駆動します。
2. ポンプ。ポンプはタンクから油を吸い上げ、1分あたりのリットル数（L/min）で測定される安定した流量を供給します。
3. 制御弁。オペレーターがレバーまたはリモコンを操作すると、弁が選択された機能に油を送ります。
4. アクチュエータ。シリンダーがブームを上昇、折りたたみ、伸長させ、油圧モーターがクレーンを旋回させ、別のモーターがウインチドラムを回転させます。
5. 構造。ペデスタル、旋回ベアリング、コラム、およびブームが荷重を支え、その力を甲板に伝達します。
6. リターン。油はバルブを通ってタンクに戻り、そこで冷却・沈殿した後、ポンプによって再び吸い上げられます。

残りのセクションでも同様の順序で説明を進め、動く甲板上ではどのような変化が生じるかを解説します。各構成部品の名称や位置については、船舶用クレーンの部品と構造に関するガイドをご覧ください。

動力の供給源

油圧ポンプが所定の圧力で所定の流量を供給できる限り、油圧クレーンにとってポンプの駆動源はどのようなものであっても問題ありません。船舶では、油圧エネルギーは通常、以下の3つの供給源のいずれかから得られます：

• 甲板上の電動パワーパック。電動機、ポンプ、オイルタンクが1つのユニットに統合されており、船内の発電機から電力供給を受けます。比較的静粛性が高く、設置場所の自由度も高く、主機関とは独立して動作します。
• エンジン駆動式ポンプ（PTO）。主機関または補助機関の動力取り出し装置（PTO）に取り付けられたポンプ。船内で既に利用可能な動力を使用しますが、エンジンを稼働させる必要があり、エンジン回転数の変動がクレーンの速度に直接影響します。
• 船舶の既存の油圧システム。多くの作業船や漁船では、ウインチや操舵装置用に油圧リングメインが既に運用されており、十分な予備流量が確保されていれば、クレーンをこれに接続することができます。

当社の船舶用クレーンの製品ページには、油圧供給源として、船舶の油圧システム、あるいは当社がクレーンに付属して提供する電動またはディーゼル式動力ユニットのいずれかを選択できることが明記されています。PTOの選定やポンプの適合など、陸上車両における同様の原理については、当社のトラック用油圧クレーンガイドで解説しています。

動力源が何であれ、クレーンの技術図面には必要な仕様が正確に明記されています。油流量によって各動作の速度が決まり、システム圧力がシリンダーや油圧モーターが発生できる力の大きさを決定します。以下の表は、当社の6機種の船舶用クレーンの図面から得られた対応する数値をまとめたものです。

モデル	ブームタイプ	最大荷重	推奨出力	油流量	圧力	オイルタンク	旋回角度
SQ08ZA3TJ+1	ナックル、ウインチ付き	800 kg	3.5 kW	8 L/min	18 MPa	20 L	330°
SQ3.2ZA3TJ	ナックル、ウインチ付き	3,200 kg	15 kW	25 L/min	25 MPa	60 L	360°
SQ5ZA3TJ	ナックル、ウインチ付き	5,000 kg	22 kW	35 L/min	28 MPa	100 L	360°
SQ8ZA4TJ	ナックル、ウインチ付き	8,000 kg	25 kW	40 L/min	28 MPa	160 L	360°
SQ10ZA6TJ	ナックル、ウインチ付き	10,000 kg	30 kW	40 L/min	30 MPa	160 L	360°
SQ10SA4T	直伸ブーム	10,000 kg	37 kW	63 L/min	26 MPa	200 L	360°

これらの数値は、簡単な工学上の経験則で確認できます。すなわち、キロワット単位の油圧出力は、L/min単位の流量にMPa単位の圧力を乗じ、60で割った値にほぼ等しくなります。例えば、SQ8ZA4TJに必要な油圧出力は40 × 28 ÷ 60、つまり約18.7 kWですが、図面では25 kWの駆動装置が推奨されています。これは、ポンプやモーターの効率損失に備えた余裕分を確保するためです。したがって、船舶がこれだけの出力を供給できない場合、クレーンは動作が遅くなったり、全負荷時に停止したりします。

制御弁がレバー操作を動きに変える

方向制御弁は、クレーンの油圧制御盤に相当します。この弁には、メインブーム、アウターブーム、伸縮ブーム、旋回、ウインチの各機能ごとに1つのセクション（スプール）が設けられています。オペレーターがレバーを動かすと、対応するスプールがスライドし、ポンプからシリンダーまたはモーターの片側への通路が開くと同時に、反対側からタンクへの通路も開きます。レバーを反対方向に動かすと流れが逆転し、ブームが下降したり、クレーンが反対方向に旋回したりします。

レバーの操作量によって速度も調整されます。わずかな動きでスプールが部分的に開き、流量の一部を通すことで、揺れる甲板上に荷を穏やかに降ろすために必要な精密な制御が可能になります。すべてのレバーがニュートラル位置にある場合、油はタンクへと循環し、すべての機能は静止したままとなります。当社の船舶用クレーンは、手動レバー、高所の操縦席、または無線リモコンのいずれでも操作可能であり、いずれの構成においても油圧の原理は同一です。

シリンダー：起伏、折りたたみ、伸縮

油圧シリンダーは、吊り上げ作業の大部分を担っています。油圧がピストンの表面に作用し、力は圧力に面積を掛けたものに等しいため、内径の大きいシリンダーでは、適度な圧力でも巨大な推力に変換されます。シリンダーによる主な動作は3つあります：

• 起伏。メインブームシリンダーは、コラム上のピボットを中心にインナーブームを上下させます。ブームを起こすと、フックがクレーン本体に近づき、より高い位置になります。
• 折りたたみ。ナックルブームクレーンでは、2つ目のシリンダーがナックルジョイントを中心にアウターブームを折りたたみます。これにより、クレーンはブルワークを越えたり船倉内に届いたりした後、甲板上でコンパクトに折りたたむことができます。
• 伸縮。ブーム内部の伸縮シリンダーがセクションを押し出し、作業半径を延長します。直伸ブームクレーンはこの仕組みで作業半径を拡大しますが、ナックルブームクレーンでもアウターブームに同様の仕組みが採用されています。

当社のSQ10SA4T 直伸ブーム式船舶用クレーンの図面は、ブームの角度によって吊り上げ能力がどのように変化するかを示しています。ブームを9.02 mまで伸ばし、0°で水平に配置した場合、フックの作業半径は9.0 mとなり、定格荷重は2,200 kgです。ブームを60°まで起こした場合、同じブームでもフックの位置は4.4 mに近づき、定格荷重は4,300 kgに増加します。75°では、その数値はそれぞれ2.3 mと7,000 kgとなります。クレーンの強度が向上したわけではなく、単に荷が旋回中心に近づいただけなのです。

特定の船舶にどのブーム構成が適しているかは、また別の問題です。当社の記事「船舶で使用されるクレーンの種類」では、それらを比較しており、カテゴリーページには当社のナックルブーム式船舶用クレーンおよび直伸ブーム式船舶用クレーンが掲載されています。

旋回：クレーンの回転の仕組み

旋回とは、クレーン全体が台座を中心に回転することです。通常、減速機を介して接続された油圧モーターが、旋回ベアリング上の大きな歯車リングと噛み合う小さなピニオンを駆動します。このベアリングは、クレーンの自重と荷による転倒モーメントを支えつつ、上部構造の回転を可能にします。

旋回範囲は設計によって決まります。図面によると、コンパクトモデルのSQ08ZA3TJ+1では330°、上記の表にあるより大型のモデルでは360°と規定されています。旋回が停止すると、モーターのブレーキまたはホールディングバルブがクレーンをその位置に保持します。これは海上では特に重要であり、甲板が横傾斜すると、吊り荷の重みによってブームが低い側へ引っ張られてしまうためです。クレーンの旋回駆動装置に関する当社のガイドでは、ギアリング、ウォーム、ピニオンの配置についてさらに詳しく解説しています。

巻き上げ：ウインチ、ワイヤーロープ、および掛け数

ウインチのないクレーンは、ブームを動かすことだけで荷を持ち上げるため、フックの高さはブームが動いたときのみ変化します。ウインチを備えたクレーンでは、フックを独立して上下させることができます。そのため、ほとんどの船舶用クレーンにはウインチが装備されています。これにより、乗組員は荷を船倉の奥深くまで、あるいは横付けされたボートまで下ろした後、垂直に巻き上げることが可能になるのです。

ウインチは、油圧モーターがギアボックスを介して回転させるドラムと、モーターが停止した際にドラムを保持するブレーキで構成されています。ワイヤーロープはドラムからブームに沿って伸び、ブームヘッドのシーブを越えてフックへと下りていきます。このガイドの表紙写真のように、ロープが複数の掛け数でフックブロックに通されている場合、追加された各ロープが荷重を分担するため、ウインチに必要な引張力は小さくなりますが、その分、フックの動きは遅くなります。

船舶の恒久装備の一部であるクレーンに関する米国の港湾荷役規則、29 CFR 1918.55は、巻上げ装置について3つの実務上の要件を定めています。第一に、「溝のないドラムには少なくともロープを3巻き分、溝のあるドラムには2巻き分残しておくこと」とされています。第二に、ブレーキは「使用中に監視されなければならない」こと、また、荷を保持できない場合は、クレーンを使用してはならないことです。第三に、クレーンに動力降下機能が備わっている場合、「荷が吊られている際に、吊り具が自由落下してはならない」ことです。

以下の55秒の動画では、ウインチ付き8 tナックルブーム式船舶用クレーン「SQ8ZA4TJ」に搭載されている以下の構成部品を紹介しています：旋回モーター、コラムに取り付けられた制御弁とホースガイド、油圧ウインチのドラム、およびオペレーター用レバースタンドです。

荷重モーメント：作業半径が長くなるにつれて吊り上げ能力が低下する理由

荷重モーメントとは、フックにかかる重量に、旋回中心からの水平距離を乗じたものであり、あらゆるクレーンは最終的にこの値によって制限されます。鋼構造、旋回ベアリング、および甲板の基礎はすべて、このモーメントに耐えなければなりません。したがって、フックが外側へ移動すればするほど、クレーンが吊り上げることができる荷重は少なくなります。

当社のSQ5ZA3TJ 5トン船舶用クレーンの定格荷重表には、この関係が示されています。このクレーンは、作業半径2.1 mで5,000 kgを吊り上げることができ、これは定格モーメント10.5 t·mに相当します。4.45 mでは定格荷重は2,350 kg、6.2 mでは1,600 kg、最大作業半径である8.05 mでは1,100 kgとなります。

シナリオ例（あくまで例示であり、実際の顧客記録ではありません）：作業チームがSQ5ZA3TJを使用して、埠頭から1,500 kgの物資パレットを吊り上げる計画であり、パレットはクレーンから6.2 mの位置にあります。定格荷重表では、その位置での許容荷重は1,600 kgとなっています。フック、スリング、シャックルの重量が60 kgの場合、合計は1,560 kgとなり、定格荷重の範囲内ではありますが、余裕はごくわずかです。船舶が埠頭から離れる方向に横傾斜すると、荷は外側にずれて作業半径が大きくなります。より安全な計画としては、船舶を埠頭に近づけるか、パレットをクレーンの近くに降ろすことです。

クレーンの吊り上げモーメントおよびクレーンの定格荷重表の見方に関する当社のガイドでは、その計算方法についてさらに詳しく解説しています。

クレーンが船上に設置されると、どのような変化が生じるのか

油圧の原理は、トラック搭載型クレーンや埠頭クレーンと同じですが、船舶は常に動いているため、その動きによってクレーン構造に作用する力の性質が変わってきます：

• 横傾斜とトリム。甲板が傾いても、荷は依然として真下に垂れ下がったままです。低い側では、フックがブームに示された作業半径よりもクレーンから離れた位置にあり、ブームは想定されていない横方向の荷重を受けることになります。
• 横揺れ、縦揺れ、うねり。船舶の揺れにより荷が揺れ動き、ロープが急に張り詰めるたびに動的荷重が加わります。船の横で上下するボートからの吊り上げは、最も困難なケースです。
• クレーンが船を傾ける。舷外へ振り出された荷は船舶の重心をずらし、小型ボートやバージでは横傾斜が大きくなる可能性があります。当社のバージクレーンガイドには、簡単な横傾斜の推定方法が示されています。
• 甲板がクレーンを支えなければならない。ペデスタルは、モーメントのすべてを甲板構造に伝達します。英国商船揚重規則の第6条では、揚重設備に対し、「特にその取り付け点または固定点で生じる応力を考慮して」、十分な強度と安定性を備えることを求めています。

定格荷重表は通常、クレーンの基部が水平な状態を前提として算出されています。クレーンメーカーから横傾斜に関する具体的な数値が提供されていない場合は、定格荷重表の値より十分に余裕を持たせ、あらゆる動作の速度を落とし、船体の揺れによって荷の制御が困難になった場合は、吊り上げ作業を中止してください。船舶設計士は、クレーンが最大作業半径にある状態で甲板の強度と船の安定性を確認する必要があります。

油圧回路の安全装置

加圧された油がクレーンの動力源となるため、保護装置のほとんどは油圧回路内のバルブです。一般的な船舶用油圧クレーンには、以下のものが組み込まれています：

• メインリリーフバルブ。圧力が設定限界に達すると開くため、ポンプがシステムを作動圧力以上に駆動させることを防ぎます。
• シリンダーのホールディングバルブ。各シリンダーに直接取り付けられており、ホースの破裂や圧力低下が発生してもブームが落下しないよう、油を封じ込めます。油圧ロック（ロックバルブ）に関する当社の記事では、その仕組みについて解説しています。
• 荷重モーメントリミッター。ほとんどの油圧クレーンでは、メインの起伏シリンダー内の圧力を検知し、限界値に達すると荷重モーメントを増加させる動きを遮断しますが、荷重モーメントを減少させる動きは通常、引き続き可能です。
• ウインチブレーキ。通常はバネ式で、ウインチモーターが駆動されていないときは常にドラムを保持します。
• リミットスイッチ。これらは、フックがブームヘッドに衝突するのを防ぎ、ロープが過度に繰り出されるのを阻止します。同じ米国の規則では、リミットスイッチのバイパスシステムは「すべての荷役作業中に確実に固定されていなければならない」と規定されています。

これらの装置はいずれも、訓練を受けた有能なオペレーターに代わるものではありません。

船舶用クレーンが使われる場所

大規模なコンテナターミナルでは専用の岸壁用コンテナクレーンが使用されていますが、ここで紹介する油圧式船舶用クレーンは、船舶上やその周辺で行われる、より小規模で日常的な荷役作業を担当しています：

• 貨物船の食料、備品、予備部品を、埠頭から甲板へと吊り上げる場合。当社のデッキクレーンガイドでは、アウトリーチと格納について解説しています。
• 作業船や漁船では、小型のナックルブームクレーンが網、漁獲箱、かご、および機材の取り扱いに使用されます。ボート用クレーンガイドをご覧ください。
• バージやポンツーンで、建築資材、パイプ、または浚渫機材を運搬する場合。バージ用クレーンガイドでは、サイズ選定と横傾斜について解説しています。
• 固定式ペデスタルを埠頭、桟橋、および鋼製プラットフォームに設置する場合。ペデスタルクレーンガイドをご覧ください。
• 港湾およびドック作業では、他のドッククレーンと併用されます。比較はドックで使用されるクレーンの種類をご覧ください。

当社の油圧式船舶用クレーンは、港湾、バージ、作業船、沿岸船舶向けに設計されており、各クレーンは使用される船舶に合わせてサイズが選定されています。

船上のクレーンに適用される規則

英国では、一般的な吊り上げに関する規制は通常、船上には適用されません。HSEによるLOLERの概要には、「船舶で使用される吊り上げ設備については、商船法の下で当該設備の安全に関する他の規定が存在するため、一般的に適用除外となる」と記載されています。その規定とは、2006年商船および漁船（吊り上げ作業および吊り上げ装置）規則です。

これらの規則のうち2つは、動作原理と直接関係しています。規則9では、作業半径によって安全作業荷重が変化する船舶搭載の揚重装置について、「操作者がはっきりと視認できる正確な表示器」を備え、作業半径およびその作業半径における安全作業荷重を表示することを義務付けています。規則12では、露天甲板上など、劣化を招く条件にさらされる設備については少なくとも12ヶ月ごとに、また吊り具および人を吊り上げるための設備については6ヶ月ごとに、あるいは検査計画に基づき、徹底的な検査を行うことが義務付けられています。

米国では、29 CFR 1918.51において、荷役装置に表示された安全作業荷重を「超えてはならない」こと、および荷役装置は使用のたびに点検しなければならないことが規定されています。

船舶によっては、デッキクレーンについて船級協会の承認が必要な場合もあります。当社の油圧式船舶用クレーンは船級協会の認証を受けておりませんので、お客様の船舶やプロジェクトでそれが必要な場合は、ご注文前に当社までご確認ください。

よくある質問

船舶用クレーンは、簡単に言うとどのように機能するのでしょうか？

モーターが油圧ポンプを駆動し、ポンプは制御弁を介してシリンダーや油圧モーターへ油を送り出します。シリンダーはブームの起伏、折りたたみ、伸長を行い、1つのモーターがクレーンを旋回させ、もう1つのモーターがフックの昇降を行うウインチを駆動します。

船舶用油圧クレーンの動力源は何ですか？

甲板上の電動パワーパック、主機関または補助機関で駆動されるポンプ、あるいは船舶自身の油圧システムです。クレーンの図面には、必要な油流量と圧力が記載されています。例えば、当社のSQ5ZA3TJの場合、28 MPaで35 L/minとなっています。

船舶用クレーンは、最大作業半径でなぜ吊り上げ荷重が小さくなるのですか？

制限となるのが荷重モーメント、つまり荷重に作業半径を掛けた値だからです。当社のSQ5ZA3TJは、2.1 mでは5,000 kgを吊り上げられますが、8.05 mでは1,100 kgしか吊り上げられません。船体の横傾斜によって実際の作業半径が計画値を超えてしまう可能性があるため、余裕を持たせておく必要があります。

起伏と旋回の違いは何ですか？

起伏は、ブームを垂直面内で上下させる動作で、これにより作業半径とフックの高さが変化します。旋回は、クレーン全体を台座を中心に回転させる動作で、フックは円を描くように移動します。

船上のクレーンはどのくらいの頻度で検査しなければなりませんか？

英国の商船揚重規則に基づき、風雨にさらされるクレーンは、検査計画で別段の間隔が定められていない限り、少なくとも12か月ごとに徹底的な検査を受け、吊り具は6か月ごとに検査を受ける必要があります。旗国の規則およびクレーンの取扱説明書も併せて確認してください。

このガイドの作成方法

SQ08ZA3TJ+1、SQ3.2ZA3TJ、SQ5ZA3TJ、SQ8ZA4TJ、SQ10ZA6TJ、およびSQ10SA4TのBOB-LIFT技術図面、ならびにSQ5ZA3TJの定格荷重表から、流量、圧力、オイルタンク容量、旋回角度、および定格荷重をまとめました。動力供給オプション、操作方式、および船級承認に関する回答は、当社の公開中の船舶用クレーン製品ページに基づいています。引用文は、29 CFR 1918.51および1918.55のeCFR公式テキスト、legislation.gov.uk、およびhse.gov.ukからのものです。Achord Chan, Product Operations Directorが2026年11月に本ガイドをレビューしました。本ガイドは、お客様のクレーン取扱説明書、造船技師の助言、または旗国の規則に代わるものではありません。

お客様の船舶に合った船舶用クレーンをご提案します

最も重い荷、必要な作業半径、甲板スペース、および船舶からの油圧動力供給方法をお知らせください。当社では、ナックルブーム式または直伸ブーム式の船舶用クレーンをご提案し、その図面と定格荷重表をお送りいたしますので、お客様の造船技師が甲板と復原性を確認することができます。すべてのクレーンには本体全体に対して12か月の保証が付いており、一般的な予備部品は48時間以内に工場から発送されます。また、当社のサービスチームは12時間以内にご回答いたします。お見積もりはお問い合わせください。