プラントの搬送ライン、まだ先輩の勘で決めてる？
「ベルト幅は800でいいだろ」「モーターは15kWで足りるって」——新人時代、こういう"経験値だけの設計判断"を聞いて、もやもやした覚えはないだろうか。根拠を聞いても「昔からこれで動いてるから」としか返ってこない。いざ搬送量を変更したいとき、どこからどう計算し直せばいいのか分からない。
ベルトコンベヤ設計計算ツールは、搬送物・距離・傾斜角を入力するだけで、ベルト幅・駆動力・モーター出力・プーリ径をCEMA簡易法で一発算出するツールだ。数式を調べてExcelに打ち込む時間を、もっと本質的な設計判断に使ってほしい。
なぜベルトコンベヤ設計計算ツールを作ったのか
開発のきっかけ
メーカーが提供する選定ツールは、自社製品のカタログスペックに紐づいた専用ソフトが多い。「まずはメーカーに見積依頼」が業界の常識だが、概略設計や比較検討の段階で「ざっくり何kW必要か」「ベルト幅は600で足りるのか800なのか」を知りたい場面がある。
既存のWebツールは英語圏にいくつかあるが、JIS規格のベルト幅やモーター出力に対応したものがほとんどない。結局、毎回CEMAの教科書を開いて電卓を叩く羽目になる。それなら、CEMA簡易法の計算フローをそのままWebツールにしてしまおうと考えた。
こだわった設計判断
搬送物プリセットは12種類を用意した。砂利から鉄鉱石、穀物、木材チップまで、嵩密度と最大傾斜角をセットで管理している。プリセットを選ぶだけで中央値が自動入力されるので、概略検討なら10秒で結果が出る。
ベルト速度は自動推奨を基本にしつつ、手動指定もできる設計にした。搬送物の密度とベルト幅から推奨速度を算出するが、実務では粉塵飛散や乗り継ぎの都合で速度を抑えたい場面がある。そういった微調整を妨げない柔軟さを持たせた。
ベルトコンベヤ設計計算の基礎知識
ベルトコンベヤ とは
ベルトコンベヤは、エンドレスベルトをプーリ間に張り渡し、上面に搬送物を載せて運ぶ連続搬送機だ。鉱山、砕石プラント、港湾、食品工場、物流倉庫——あらゆる産業で使われている。原理は単純だが、ベルト幅・速度・駆動力の組み合わせで搬送能力が大きく変わるため、設計計算が欠かせない。
たとえるなら、ベルトコンベヤは「動く歩道」の産業版だ。動く歩道の幅が狭ければ人が渋滞し、速度が遅ければスループットが落ちる。コンベヤも同じで、搬送量に見合ったベルト幅と速度を選ばないと、こぼれや過負荷が発生する。
搬送能力 計算式
搬送能力Qは次の式で求める:
Q = 3600 × A × v × γ [t/h]
A: ベルト上の搬送物断面積 [m²]
v: ベルト速度 [m/s]
γ: 搬送物の嵩密度 [t/m³]
断面積Aはトラフ角度とベルト幅で決まる。トラフ角度が大きいほどベルトが深い樋状になり、同じ幅でも多くの搬送物を積める。JIS B 8805ではトラフ角20°〜45°の断面積係数が規定されている（JIS B 8805 ベルトコンベヤの設計）。
トラフ角度 と 断面積係数
トラフ角度別の断面積係数k（ベルト幅1mあたり）:
| トラフ角 | 係数 k (m²) | フラット比 |
|---|---|---|
| 0°（フラット） | ≈ 0 | — |
| 20° | 0.0435 | 1.0x |
| 25° | 0.0534 | 1.2x |
| 30° | 0.0625 | 1.4x |
| 35° | 0.0705 | 1.6x |
| 45° | 0.0825 | 1.9x |
35°が標準とされるのは、搬送効率と設備コストのバランスが良いから。45°にすれば容量は増えるが、ベルトの曲げ疲労が増し寿命が短くなる。
有効引張力 とは
有効引張力Teは、コンベヤを動かすためにベルトに必要な力の合計だ。3つの成分から成る:
Te = F_empty + F_mat + F_grav [N]
F_empty: 空ベルト走行抵抗（ベルト＋アイドラの摩擦）
F_mat: 搬送物の搬送抵抗（搬送物の摩擦）
F_grav: 重力抵抗（傾斜搬送の高低差分）
水平コンベヤなら重力抵抗はゼロ。上り搬送では正の値が加算され、下り搬送では負（重力が搬送を助ける）になる。下り搬送でTeが負になる場合は、ベルトが暴走しないよう回生制動やブレーキが必要になる。
なぜコンベヤ設計計算が重要なのか
過大設計のコスト
「安全側に大きく取ればいい」——そう考えがちだが、コンベヤの過大設計はイニシャルコストに直結する。ベルト幅を1ランク上げると、ベルト本体だけでなくアイドラ・プーリ・フレームまで全部大きくなる。1000mm幅と1200mm幅では、設備全体のコストが20〜30%変わることも珍しくない。
過小設計のリスク
逆に、搬送量に対してベルト幅が不足すると、ベルト上から搬送物がこぼれる。速度で補おうとすれば粉塵が飛散し、作業環境が悪化する。モーターが小さすぎればベルトスリップが発生し、プーリの摩耗やベルトの焼損に至る。最悪の場合、ラインが停止して生産計画全体が崩れる。
傾斜角の見落とし
搬送物ごとに最大傾斜角が異なる点は、初心者が見落としやすい。砂利なら18°、セメントなら15°、穀物は14〜15°が目安だ。この角度を超えると搬送物が滑り戻り、最悪の場合ベルト上で逆流する。傾斜コンベヤの設計では、CEMA（Conveyor Equipment Manufacturers Association）のガイドラインを参照するのが基本だ。
搬送ラインの概略設計で頼れる場面
砕石プラントの新規ライン設計
クラッシャーから製品ヤードへ100t/hの砕石を搬送したい。距離80m、傾斜角12°。まずこのツールで「ベルト幅800mm、モーター15kW」という概算を出し、メーカーへの見積依頼に添える。白紙で問い合わせるより話が早い。
穀物サイロの搬入コンベヤ更新
既存コンベヤの処理能力が足りなくなったとき、ベルト幅と速度のどちらをアップすべきか。現行条件を入力して結果を見れば、速度変更だけで済むのか、ベルト幅の変更が必要なのかが一目で分かる。
リサイクル施設の木材チップライン
木材チップは嵩密度が0.2〜0.5 t/m³と非常に軽い。軽量物は搬送量に対してベルト面積が大きく必要になる。感覚的に「幅600mmで十分」と思いがちだが、実際に計算すると意外にベルト幅が要ることがある。
下り搬送（回生制動）の事前検討
採掘場から下のプラントへ鉄鉱石を搬送する下り傾斜コンベヤ。重力が搬送を助けるためTeが負になり、回生制動が必要かどうかの判断が求められる。このツールで条件を入れれば、回生の要否を即座に確認できる。
基本の使い方
3ステップで搬送ラインの概略スペックが出る。
Step 1: 搬送物を選ぶ
プリセットから搬送物を選ぶと、嵩密度の中央値が自動入力される。カスタム入力で任意の密度も指定可能。搬送量（t/h）を入力すれば準備完了。
Step 2: 距離と傾斜を入力する
水平搬送距離（m）と傾斜角（°）を入力。上り搬送は正、下り搬送は負の値を入れる。トラフ角度はデフォルト35°で問題ないが、フラットベルトや深トラフの検討も可能。
Step 3: 結果を確認する
ベルト幅、速度、駆動力、モーター出力、プーリ径が一覧表示される。傾斜角が搬送物の許容範囲を超えていれば警告が出る。コピーボタンで全結果をテキスト出力できるので、設計メモや見積依頼にそのまま貼り付けよう。
具体的な使用例（検証データ）
ケース1: 砕石プラント 100 t/h 水平搬送
入力値:
- 搬送物: 砕石（嵩密度 1.55 t/m³）
- 搬送量: 100 t/h
- 水平距離: 60 m / 傾斜角: 0°
- トラフ角: 35°
計算結果:
- 推奨ベルト幅: 600 mm
- ベルト速度: 120 m/min（自動推奨）
- 必要駆動力: 約 3.5 kW
- 推奨モーター: 5.5 kW
→ 解釈: 水平60mの砕石搬送なら600mm幅・5.5kWモーターで十分。小規模プラントの標準的な構成。
ケース2: 穀物サイロ 50 t/h 傾斜搬送
入力値:
- 搬送物: 穀物・小麦（嵩密度 0.78 t/m³）
- 搬送量: 50 t/h
- 水平距離: 30 m / 傾斜角: 12°
- トラフ角: 30°
計算結果:
- 推奨ベルト幅: 600 mm
- 揚程: 約 6.4 m
- 必要駆動力: 約 2.5 kW
- 推奨モーター: 3.7 kW
→ 解釈: 傾斜12°は穀物の最大傾斜角15°以内なのでOK。揚程6.4m分の重力抵抗が加算されるが、50t/hなら3.7kWモーターで処理できる。
ケース3: 鉄鉱石 500 t/h 大規模傾斜搬送
入力値:
- 搬送物: 鉄鉱石（嵩密度 2.5 t/m³）
- 搬送量: 500 t/h
- 水平距離: 200 m / 傾斜角: 15°
- トラフ角: 35°
計算結果:
- 推奨ベルト幅: 1000 mm
- 揚程: 約 53.6 m
- 必要駆動力: 約 100 kW以上
- 傾斜角チェック: OK（最大20°以内）
→ 解釈: 大規模コンベヤ。100kW超えではタンデム駆動やテークアップ方式の詳細検討が推奨される。メーカーと協議すべき規模だが、概算値があれば見積依頼の精度が上がる。
ケース4: 下り搬送（回生制動判定）
入力値:
- 搬送物: 石灰石（嵩密度 1.45 t/m³）
- 搬送量: 200 t/h
- 水平距離: 100 m / 傾斜角: -15°
- トラフ角: 35°
計算結果:
- 揚程: 約 -26.8 m（下り）
- 傾斜角チェック: 要制動
- 警告: 回生制動またはブレーキ機構が必要
→ 解釈: 重力が搬送を助けるため有効引張力が負になる。ブレーキなしではベルトが暴走する。回生制動付き減速機の選定が必要。
ケース5: フラットベルトの効率検証
入力値:
- 搬送物: セメント（嵩密度 1.35 t/m³）
- 搬送量: 80 t/h
- 水平距離: 40 m / 傾斜角: 0°
- トラフ角: 0°（フラット）
計算結果:
- 警告: フラットベルトは搬送効率が低い。トラフ型を推奨
- 推奨ベルト幅: 大幅に広い幅が必要
→ 解釈: フラットベルトでは断面積が小さいため、同じ搬送量でもトラフ型より格段に広いベルトが必要。特別な理由がない限りトラフ型を選ぶべき。
ケース6: 木材チップ 30 t/h 低密度搬送
入力値:
- 搬送物: 木材チップ（嵩密度 0.35 t/m³）
- 搬送量: 30 t/h
- 水平距離: 25 m / 傾斜角: 10°
- トラフ角: 35°
計算結果:
- 推奨ベルト幅: 650 mm
- 必要駆動力: 約 1.5 kW
- 推奨モーター: 2.2 kW
→ 解釈: 低密度搬送物は体積が大きいため、30t/hでも650mm幅が必要。駆動力自体は小さいが、ベルト幅に余裕がないとこぼれが発生する。
仕組み・アルゴリズム
CEMA簡易法 vs CEMA詳細法
コンベヤ設計にはCEMA（Conveyor Equipment Manufacturers Association）が規定する2つの計算手法がある:
| 項目 | CEMA簡易法 | CEMA詳細法 |
|---|---|---|
| 適用範囲 | 概略設計・見積段階 | 詳細設計・製作図 |
| 摩擦モデル | 全長一律の摩擦係数 | 各区間の抵抗係数を個別計算 |
| テンション | 有効引張力のみ | T1/T2/テークアップ張力まで |
| 始動トルク | 考慮しない | 動的荷重係数を加算 |
このツールはCEMA簡易法を採用している。概略設計では「ベルト幅が600か800か」「モーターが7.5kWか15kWか」を判断できれば十分で、詳細法は製作段階でメーカーが実施する。
有効引張力の計算フロー
1. コンベヤ全長 Lc = L_horiz / cos(θ)
2. 揚程 H = L_horiz × tan(θ)
3. 空ベルト抵抗 F_empty = f × Lc × (Wb + Wi) × g
4. 搬送物抵抗 F_mat = f × Lc × Wm × g
5. 重力抵抗 F_grav = Wm × g × H
6. 有効引張力 Te = F_empty + F_mat + F_grav
7. 必要駆動力 P = Te × v / (1000 × η)
ここでf=0.03（ベルト・アイドラ間摩擦係数）、Wb=ベルト単位重量、Wi=アイドラ単位重量、Wm=搬送物の線密度（kg/m）、η=減速機効率（0.90）。
モーター余裕率の考え方
必要駆動力に対して15%の余裕率を掛け、JIS規格の標準モーター出力に切り上げている。15%は始動時の突入負荷と経年劣化のマージンを見込んだ実務的な値。100kWを超える大型コンベヤでは、始動トルクの詳細検討が別途必要になる。
メーカー選定ツールとの違い
中立性・汎用性
メーカー提供の選定ソフトは自社製品のベルト等級やプーリ仕様に紐づいており、「A社のツールで選定した結果をB社に持ち込む」ことができない。このツールはメーカー非依存の汎用計算なので、複数社への見積依頼時の共通スペックとして使える。
JIS規格対応
英語圏のWebツール（Rulmeca Power Calculation等）はISO/CEMAのベルト幅とモーター出力が基準。日本国内のプラントではJIS B 8805のベルト幅（400〜2000mm）とJIS規格モーター出力（0.75〜200kW）が標準だ。このツールはJIS規格に準拠した推奨値を出す。
即時性
ソフトのインストールやアカウント登録は不要。スマートフォンからでもアクセスでき、現場での打ち合わせ中にその場で概算を出せる。
コンベヤにまつわる豆知識
世界最長のベルトコンベヤ
モロッコのブークラアにあるリン鉱石コンベヤは全長約98km。砂漠を横断してリン鉱石を港まで搬送している。宇宙からも見えるとされ、Google Earthでその一直線のラインを確認できる。1本のベルトではなく、複数セクションに分かれた「フライト式」だが、それでも世界最長の搬送システムだ。
日本の鉱山コンベヤの歴史
日本では秋田県の花岡鉱山が1930年代にベルトコンベヤを本格導入した先駆的事例とされる。戦後の高度成長期にはセメント工場や火力発電所の石炭搬送ラインで急速に普及し、現在では年間数千台規模のコンベヤが国内で新設・更新されている（日本コンベヤ協会）。
設計で押さえておきたい3つのポイント
スカートボードの設計
投入部（ローディングゾーン）ではスカートボードでこぼれを防ぐ。スカートの高さはベルト幅の1/3程度、長さは搬送物が安定するまでの距離（通常2〜3m）が目安。スカートとベルトの隙間が広いとこぼれ、狭いとベルトを傷める。ゴムシールで密閉するのが一般的だ。
テークアップ（張力調整）の重要性
ベルトは経年で伸びる。テークアップ装置で常時適正張力を維持しないと、プーリでスリップして搬送効率が落ちる。短距離コンベヤにはスクリューテークアップ、長距離にはグラビティ（重錘式）テークアップが使われる。
ベルトクリーナーを忘れない
戻り側ベルトに搬送物が付着したまま走行すると、プーリやアイドラが偏摩耗し、ベルトの蛇行原因にもなる。一次クリーナー（ヘッドプーリ直下）と二次クリーナーの2段構成が標準。清掃が行き届かないと保全コストが跳ね上がる。
よくある質問
Q: スクリューコンベヤとベルトコンベヤの使い分けは？
スクリューコンベヤは密閉搬送に向いており、粉体やスラリーに適している。ただし搬送距離が長くなるとトルクが大きくなり、一般的には30m以内が目安。それ以上の距離や大量搬送にはベルトコンベヤが有利だ。搬送量と距離のバランスで選定するのが基本。
Q: ベルトの寿命はどのくらい？
使用環境や搬送物によるが、一般的なゴムベルトの寿命は3〜7年。研磨性の高い鉱石搬送ではカバーゴムの摩耗が早く、3年程度で交換になることが多い。穀物や軽量物なら7年以上使えるケースもある。定期的なカバーゴム厚の測定が重要。
Q: このツールの計算結果はそのまま発注に使える？
いいえ。このツールはCEMA簡易法に基づく概算値であり、詳細設計の代替にはならない。ベルト等級の選定、テンション計算の詳細、始動トルクの検討、環境条件（温度・湿度・腐食性）の考慮は別途必要。概略設計・見積依頼用の参考値として活用してほしい。
Q: 入力データや計算結果はサーバーに保存される？
一切保存されない。すべての計算はブラウザ上で完結しており、入力値がサーバーに送信されることはない。安心して社内データを入力できる。
まとめ
ベルトコンベヤの概略設計は、搬送量・距離・傾斜角の3要素からベルト幅と駆動力を決めることが本質だ。このツールなら、CEMA簡易法の計算を10秒で完了できる。
搬送ラインの設計に関連するツールとして、歯車のモジュール計算が必要なら歯車モジュール計算ツール、Vベルトの選定ならベルト駆動計算ツールも試してみて。
不具合や要望があれば、X (@MahiroMemo)から気軽に教えて。