日立は90年におよぶエレベーター開発の歴史の中で、常に一歩先の未来を見据え、都市の高層化、高機能化を実現するため、エレベーターの開発力で時代をリードしてきました。その技術のあゆみや、安全・安心・快適への取り組みをご紹介します。
未来を見据え、次世代の安全、安心、快適を創り出す研究開発。水戸事業所をグローバルマザー拠点として、世界トップクラスの高さを誇るエレベーター研究塔G1TOWERを中心に、緻密なシミュレーションと、実機を使った試験が日々繰り返されています。こうして開発された先進の技術は、お客さまにさらなる安全・安心・快適をご提供するため、これからの日立のエレベーターづくりに生かされます。
分速1260mは、富士山頂3776mまで約3分で到達する速さ
人・ビル・社会に新たな価値を──中国・広州市の超高層複合ビル「広州周大福金融中心」に納入したエレベーターが、分速1,260m（75.6km/h）の世界最高速※を達成しました。本エレベーターは、地上1階から95階のホテルロビーまでの440mを約42秒で結びます。この超高速エレベーター開発で培った技術を、日立の昇降機全体のボトムアップにつなげ、さらなる安全・安心・快適なエレベーターづくりへと反映させていきます。
1,260m/minを支える技術 流線型カプセル構造
騒音を軽減する流線型カプセル構造
高速走行で起こる気流の乱れをコントロール。かごの外に生じる騒音を減らして静粛性を実現します。
1,260m/minを支える技術 ロープ
強くて軽いロープ
超高層ビルに収められるエレベーターは、ロープの長さが非常に長くなり、重さが巻上機に負担をかけます。そこで新たに強度の高い素材を採用し、約30％の軽量化に成功。巻上機への負担を抑えることで、速さに貢献しています。
1,260m/minを支える技術 非常止め装置
万が一の時もかごを安全に止める非常止め装置
万が一、急スピードで降下しても、摩擦により発生する高熱に耐えられる制動装置を開発しました。
1,260m/minを支える技術 アクティブガイドローラー
揺れを抑えるアクティブガイドローラー
かごの振動を検知すると、アクティブガイドローラーで揺れをコントロールし、人が不快に感じないほどの揺れに抑えることができます。
超高速でのエレベーターの走行には、空気抵抗やレールのわずかな段差による振動、騒音など、従来問題とならなかったようなさまざまな問題が発生します。そこで［駆動性］［快適性］［安全性］の3つのテーマに分けて、日立がどのような技術開発を行い、世界最高速を実現していったのかを紹介します。
世界最高速エレベーター開発成長著しいアジア・中東では、巨大なビルが次々に計画され高さ500mを超える超高層ビルの建設ラッシュが続く。その際「縦移動のインフラ」であるエレベーターには、目的階により早く到着することが求められており、エレベーターのスピードが重要な要素となっている。世界最高速エレベーターの開発は、2010年にエレベーター研究施設として当時世界一高い213mの「G1TOWER」を建設して以来の日立の目標であった。
こうした中で日立は、中国広州市の高さ530mの複合施設である「広州周大福金融中心」で、世界最高速エレベーターを実現した。1階から95階まで昇降行程440mを約42秒で昇る定格速度分速1,260mのエレベーターである。
超高速での走行を実現するにあたって、まず直面したのは「いかにマシンを小型化するか」だ。速度を出すには、エレベーターの乗りかごと釣合いおもりをつなぐロープを巻き上げる巻上機の馬力が必要だ。また、今回のように440mもの長行程となると、かごを吊るロープの自重が無視できないほど大きくなり、さらにパワーが必要になる。これに伴い巻上機のスピードをコントロールする制御盤にも大容量化が求められるため、機械がどんどん大型化していくのだ。「高層階のホテルに行くためのエレベーターですから、客室スペースとの兼ね合いで機械室スペースには限りがあります。大出力を追求しながら、いかに省スペース性を両立するかが課題でした」と、水戸事業所の機構システム開発グループ 前田亮。
そこで、世界最大級の347kW永久磁石モーターを新規開発し、薄型化を追求。モーターの出力を約1.3倍に向上させながら、巻上機の幅寸法を13%低減することに成功した。ロープには、材料や素線のより方を新設計した高強度ワイヤロープを採用し、強度を1.3倍向上させることで30%の軽量化を実現した。「ロープを軽くするには強度を高める必要があります。しかし、強度の高い材料は一般的に硬くなり寿命が短くなるといった課題があります。また、巻上機にロープをしっかり巻き付けるには柔軟性が必要であり、強度と寿命と柔軟性の3つを高いレベルで実現するのに苦労しました」（前田）。
制御盤においては、IGBTモジュールを4個並列で接続することで、従来の半分の寸法で、世界最大級2,200kVAの大出力を実現。「エレベーターは20年以上使われていくものなので、メンテナンスのしやすさも考慮して開発する必要があります」と制御システム開発グループの宮前真貴が言うように、機械室への搬入や点検・交換時の保全性にも配慮。制御盤は機能ごとに分割する構成とし、ユニットを引き出して点検・交換が容易にできるようにした。こうして世界最高の速度を生み出す駆動・制御装置が完成した。
IGBT：Insulated Gate Bipolar Transistor
現地では日本の施工部門による指導のもと、日立電梯（中国）有限公司の施工部門が一丸となって据付・施工を行った。「現地で特に苦労したのは、乗りかごの着床レベルの調整です。行程が440mもあるとロープの伸びが顕著となり、乗りかごの上下の振れも発生しやすいので、どうしても停止位置がずれてしまいます。特に、乗りかごが最下階に到着する時には機械室からのロープ長が最大になるため高い着床精度を出す調整に苦慮しました」（宮前）。
そして、2016年5月に行った速度試験において分速1,200mでの走行に成功、当時の世界最高速を達成した。さらに、2017年6月、制御装置や安全装置に改良を加えた後、分速1,260mの世界最高速を計測することに成功した。「分速1,260mを出すにあたり、改良の主な対象となったのは、乗りかごを停止させるブレーキの信頼性向上です。通常のエレベーターは非常時のブレーキ制動による摩擦熱は200℃以下ですが、分速1,260mとなると瞬間的に400℃を超えるため、過酷な環境に耐えられる制動材を開発しました。さらに、等価試験装置で何度も試験を繰り返し、摩耗量を計算して、ブレーキの交換時期を予測するアルゴリズムを作成し、制御に組み込みました」（前田）。機械品品質保証グループの高久和之は、「改良したブレーキを巻上機に設置する際、当初の計画通り進めるため、現地のスタッフと協力しながらみんなで取り掛かりました。限られた人数と時間で終わらせるには、文字通りチームが一丸となることが重要だと思い知りました」と語る。
本プロジェクトを振り返って前田は「分速1,260mは、過去に経験のない速度域であり、現地での確認が重要となります。現地で新たな問題が発覚しても対処が難しいので、設計した内容がすべて。考えられることは一つひとつ、やり切らなければいけません。責任は重くその分苦労しましたが、やり遂げたときの達成感は格別でした」と笑う。高久は「私は、設計者が設計したものを評価・試験して製品適用を行う立場にあります。
彼らが一生懸命作り込んでくれたものを現地の人と協力しながら評価し、無事に完成できたことに喜びを感じました」と語る。
「世界最高速に挑戦することは、めったにない貴重な機会だと思うので、とてもいい経験になりました」と宮前が言うように、日立エレベーターの未来を担う若手技術者の鍛錬の場にもなった。高いレベルの目標を掲げて技術開発に向き合う姿勢は、彼らの中に息づき、今後の開発に生かされていくはずだ。
世界最高速エレベーター開発中国・広州市の超高層複合ビル「広州周大福金融中心」に日立が納入したエレベーターは、定格速度分速1,260mで走行し世界最高速※を達成した。地上1階から95階のホテルロビーまでの440mを約42秒で結んでいる。この世界最高速エベレーターを実現するために欠かせないのが、「駆動性」と「安全性」、そして「快適性」だ。超高速での走行は、従来問題とならなかった要因により利用者の快適性が低下する。この問題を解決するために、日立はさまざまな新技術を開発した。
※2020年9月現在、日立調べ
一般的なエレベーターにおいて、乗り心地の問題となるのは「振動」と「騒音」だ。加えて今回は、440mという高低差が「気圧変化」という新たな問題を生んだ。しかも毎分1,260mという桁違いのスピードにより、「振動」「騒音」「気圧変化」の問題が従来の何倍にも膨れ上がる。かご枠の構造設計に携わった機構装置開発グループの川端亮平は「分速1,260mになると、空気の流れやレールのわずかな段差や曲がりが、振動や騒音に大きな影響を及ぼします」と語る。
このレールの段差による「振動」を半減させる技術として開発したのが、上下アクティブガイド装置だ。加速度センサーによってかごの振動を検出し、アクチュエータによってばね力を制御することで振動を打ち消すアクティブガイド装置は、従来から製品化されていたが、今回は上下左右の4か所に加速度センサーとアクティブガイド装置を設置した。「高速になればなるほど、さまざまな外乱の影響を受けてしまいます。かごが水平に揺らされるだけでなく回転も発生する。いわゆるヨーイング、ピッチング、ローリングを抑えるために、アクティブガイド装置をかごの下だけでなく、かごの上にも設置して複雑な揺れに対応できるようにしました。しかし自由度が増した分、調整にはかなり苦労しました」と川端。
エレベーターの「音」については、低速では主に機械音が問題になるが、高速になると風を切る音が大きくなる。そこで取り入れたのが高速鉄道のカプセル構造だ。川端と同じく構造設計を担当した伊藤康司は「高速鉄道のように先端を流線型にすることで風の抵抗を減らし、かご内に音が漏れないように設計しました」と語る。設計にあたっては、日立が世界に誇る高速鉄道のノウハウが投入されている。「複数のモックを作って実験するとともに、流体解析ソフトウェアを使用して効果検証し、最適形状を検討しました。今回、高速鉄道で実績を積んだソフトウェアを使用したことで、実機に近い解析結果を短時間で得ることができました」と伊藤。
一方、エレベーターの「気圧変化」で問題になるのは耳閉感だ。この耳閉感は、エレベーター上昇時に比べて下降時により強く感じられる。このため、下降時のエレベーター速度を制限するとともに、不快感を緩和するために、かご内の気圧を制御する装置を新たに開発し、かご内の気圧変化に緩急を付けている。「耳詰まり感を緩和するために、気圧の変化の度合いを緩やかにしています。気圧に緩急をつけることで、不快になる前に耳閉感を感じてもらい、能動的に耳抜きを行ってもらう気圧変化のパターンを作っています」と伊藤。そして、気圧シミュレーターで作成したパターンは、官能評価を実施。複数の被験者に参加してもらい、実際に不快感を軽減できるのかを評価した。評価方法については、ノウハウを持つ日立グループ会社に協力を依頼。ここでも日立グループのシナジーが生かされている。
実はエレベーターはドアの開閉が多く、摺動する部分が多いため、空気が漏れやすい構造になっている。気圧の緩急をコントロールするためには、かごの気密性を高めることが前提条件だ。しかし、当初の設計では気密性を担保できず、気圧を思うように上げることができなかった。「コーキング材を使って、かごまわりの気密性を高めていたのですが、それでもなかなか気圧が上がらず、気圧制御装置のファン回転数を上げて、騒音だけが大きくなってしまった」と機械品品質保証グループで、かご枠の強度や気密性の評価などを行った立山博之。
そこでこの問題の解決策を考案したのが、機構装置開発グループの仮屋智貴だ。仮屋は「気圧変化によって自然に発生する気流を利用して隙間が閉じる装置を考案し、特許も取得しました。出荷まで残り1年余りというタイミングで構造を変える決断だったので、関係者を説得するのに苦労しました」と語る。仮屋の提案は、気密性の向上に大きく貢献した。
しかし設計を変えただけで、すべてうまくいったわけでない。現地でかごを組み立てた後の最終調整に最も苦労した。エレベーターを納めるには、中国の公的認定機関の認証を取得しなければならない。そのためには、超高速で走行するエレベーターを急停止させる制動試験が必要であり、かなりの衝撃が発生する。必死になって作り込んだ快適性がすべて崩れてしまう可能性があった。立山は「大きなプレッシャーの中、現地の作業者を含めて全員で協力して、試験前の状態よりもさらに良くしようという気持ちで調整しました。大変でしたが、みんなでよい製品に仕上げ、お客さまに提供できたことが嬉しかった」と語る。
今回の世界最高速エレベーター開発は、入社一年目で配属された川端や伊藤をはじめ、若手を主体としたプロジェクトだった。多くの先輩や専門家の協力を仰ぎながら、自由な発想と情熱で、これまでになかった新技術を開発していった。仮屋は「通常の開発では、ここまで多くの新技術を一度に投入する機会は殆どありません。今回、知見のないところから新しいものを作り出せたという自信を持てたので、今回得た経験を今後の開発にも生かしていきたい」と語る。ここで貴重な経験を積んだ若手が主力となり、日立エレベーターの未来を築いていく。
世界最高速エレベーター開発中国・広州市の超高層複合ビル「広州周大福金融中心」に納入したエレベーターは、定格速度分速1,260mで走行し世界最高速※を達成した。地上1階から95階のホテルロビーまでの440mを約42秒で結んでいる。この世界最高速エレベーターを実現するために欠かせないのが「安全性」だ。世界最高速エレベーターを安心して利用できるように、日立が開発した安全装置について紹介する。
※2020年9月現在、日立調べ
世界最高速エレベーターの開発においては、超高速での走行を追求する一方で、エレベーターを安全に停止させる技術が必要になる。最高速度が速くなればなるほど、高度な安全技術が求められる。その上で日立がめざすのは、万が一の時もお客さまの安全を守り、エレベーターを確実に停止させる「安全性」だ。そこで、日立は「電子」と「機械」の両面から安全装置の開発に取り組んだ。
電子式の安全装置の開発に携わった制御システム開発グループの齊藤勇来は「私が開発したのは電子式終端階減速装置（電子式ETSD）です。これは昇降路の上端と下端において、かごの位置と速度を見張るもので、所定の速度以上の場合にかごを減速させる装置です」と語る。従来の機械式から電子式に変えたことで、かごの位置と速度をより高精度に監視できるようになり、異常が発生する前にその予兆に気付くことができるようになった。
「エレベーターを急停止してお客さまを心配させるのではなく、その前に部品を交換したり、近くの階に止めてお客さまを降ろすようにするなど、事前に対処できるのが電子式のメリットです」（齊藤）
この電子式ETSDは、当時、日本国内で分速105mの標準型エレベーターに採用されたばかりの先進的な技術だった。品質保証部で製品評価を担当した永沼一斗が「日立の中でも新しい技術を、分速105mから分速1,260ｍという10倍以上の速度に適用するという、私の会社生活の中でも最もチャレンジングな経験でした」と語る。超高速に追従できるエンコーダとそのエンコーダ信号からエレベーターの位置と速度を瞬時に算出するマイコンを新規開発し、分速1,260mまで対応できる仕組みを確立した。
ETSD：Emergency Terminal Speed limiting Device
機械式の安全装置についても、すべて分速1,260m用に新しく見直した。まずは、エレベーターの異常な加速を検知してブレーキを作動させる速度を検出する装置「調速機（ガバナ）」だ。今回のエレベーターは人間が耐えられるスピードを考慮し、下降時は、上昇時の半分の分速600mとなる。このため、上昇時と下降時にそれぞれ異なる速度を一台で検出できるように工夫。ガバナの正面と背面の2か所に速度検出機構を設けた。ガバナの開発を担当した機構装置開発グループの久保洋輔は「ガバナは、ブレーキを作動させる際に物理的な衝突が生じるのですが、従来に比べ少なくとも3倍以上の衝突エネルギーが発生するので、衝突や摩耗に強い素材を研究し、色んなパターンを試しました。最適な素材を見つけるのが一番苦労した部分です」
万が一ロープが切れた場合にエレベーターを非常停止させる「非常止め装置」の開発を担当した機構装置開発グループの酒井悠至は「分速1,260mのかごを確実に停止させるには、従来の約4.8倍の制動エネルギーが発生します。レールと接触する非常止め装置のウェッジは1,000℃以上になるため、従来の鉄製ではすぐ溶けてしまう。そこで材料の選定から始め、積層セラミックスの制動材を開発しました」と語る。また、乗りかごが昇降路底部に衝突した場合でも、かごの衝突力を緩めて停止させる「オイルバッファ」においては、4段式テレスコピック式のオイルバッファを開発することで、ピット寸法を約9m短縮することに成功。建築工事の負担軽減に貢献した。
安全装置は、エレベーターの公的認定機関の認証を取得するために、さまざまな評価試験を行った。電子式ETSDは、ソフトウェアが内在する性質上、最終製品だけではなく開発のプロセスも認証対象となった。「どのようなソフトウェアのテストをしたか、どういう開発環境でコーディングしたかなど、すべて認証対象となり、その対応に苦慮しました」と、齋藤は苦労を語る。さらに、ガバナや非常止め装置は、日本の高さ213mのエレベーター研究塔「G1TOWER」での評価試験に加えて、現地での制動テストも行われた。酒井は「非常止め装置の制動テストは中国では必須とされています。実際に納入したエレベーターで試験を行うので、事前の準備をしっかり行い、作業者の安全を確保しながら、超高速で走行するエレベーターを非常停止。その後、最終調整を行い無事に納品することができました」と語る。
プロジェクトに5年以上関わった永沼は「最も時間がかかったのは、電子式ETSDの評価です。安全装置は特に失敗が許されない部分のため開発時の作り込み・評価は入念に行いました。現地に行ってからも安全装置の評価作業は山のようにあり、一個一個課題をクリアしていきました。だからこそ、分速1,260mを出した時は感動しました」と語る。「開発途中に何度も現場に行くことは通常ないので、自分の子どもを育てたような不思議な感覚があります」と久保もプロジェクトへの愛着を語る。「最初に安全装置を開発した時は安全を守ることの大変さを感じましたが、今では人を乗せるエレベーターとして、日立の製品として当たり前のことだと思っています。すべての部品に対して、その一つ一つが壊れた時のことを想定して、それでも安全であることを確認して、ようやく出荷することができる」と齊藤。徹底的な考察と検証の上に、世界最高速エレベーターの実現がある。
高速鉄道の車両デザインで培った流体解析技術を活用し、騒音を低減する流線型のカプセル構造を開発しました。
1/12縮尺かご模型から発生する空力音を評価し、流線型カプセルの騒音低減効果を確認。
なめらかで均一の厚みの鉄をつくる圧延機の制御技術を活用し、巻上機のモーターの回転ムラを防ぐことで、なめらかな加速・減速を実現し乗り心地を向上しています。
世界の都市でビルの高層化が進む中、日立は高品質な昇降機を皆様にお届けするため、アジア、中東、ヨーロッパなどに拠点拡大を進めています。
＜＞：国 / 地域
日立の昇降機は世界各地のビルやショッピングモール、空港、駅などで活躍しています。
Shanghai World Financial Center
中国、上海
Park Hotel Alexandra
シンガポール
Al Hamra Tower
クウェート、クウェートシティ
Al Othman Office Tower & Kempinski Al Othman Hotel
サウジアラビア、ダンマン
The Gramercy Residences
フィリピン、マカティ市
Sedona Hotel Yangon
ミャンマー、ヤンゴン
Hang Seng Management College
中国、香港
Phuket International Airport
タイ、プーケット
JW Marriott Mumbai Sahar
インド、ムンバイ
メンテナンスサービスの要となる優秀な“人”を育てるために、日立では中核となる4か所の教育拠点と各国の拠点が連携し、エレベーター・エスカレーターの実機による研修や、施工・保守・保全といった、さまざまな技術・技能教育を実施しています。
グローバル研修センター（日本）
訓練の様子（エスカレーター）
広州研修センター（中国）
上海研修センター（中国）
アジアトレーニングセンター（タイ）
座学の様子
訓練の様子（エレベーター）
日立はエレベーターの開発を開始した1920年から、90年におよぶ歴史の中で、常に一歩先の未来を見据え、都市の高層化、高機能化を実現するため、エレベーターの開発力で時代をリードしてきました。「日本一、そして世界一のエレベーターをつくる」という開拓者精神は、日立技術者の心の中に脈々と受け継がれています。
| Year | Speed | Description |
|---|---|---|
| 1920 | 亀戸工場（東京）でエレベーターの研究に着手 | |
| 1964 | 300 m/min | 日本初の超高層ビルにエレベーター（300m/min）納入 |
| 1993 | 810 m/min | 世界最高速810m/minエレベーター開発 |
| 2016 | 1,200 m/min | 超高速エレベーターが分速1,200mの世界最高速を達成 |
| 2017 | 1,260 m/min | 分速1,260mの世界最高速を計測 |
