カウンターウエイトとは(つり合いおもりのしくみ・重さの決め方・エレベーターとクレーンでの使われ方)

ロープ式エレベーターの昇降路で、巻上機の綱車にかけたロープの片側にかご、反対側にカウンターウエイトがつるされているイメージ

カウンターウエイトとは、機械の片側にかかる重さを、反対側に付けたおもりで打ち消して「つり合い」をとるためのおもりです。エレベーターでは「つり合いおもり(釣合おもり)」とも呼びます(ウィキペディア日本語版「エレベーター」)。エレベーター、クレーン、油圧ショベル、フォークリフト、エンジンのクランクシャフト、卓上のライトスタンドなど、身近な機械から工場の設備まで広く使われています(ウィキペディア日本語版「カウンターウェイト」)。このページでは、つり合いの考え方、エレベーターでのおもりの重さの決め方と計算例、クレーンや回転体での使われ方、設計での注意を順に説明します。

目次

カウンターウエイトとは:ひとことで言うと

カウンターウエイト(つり合いおもり)

つり合いを取るための重りです(ウィキペディア日本語版「カウンターウェイト」)。重さやモーメントが片側にかたよる機械で、反対側におもりを付けて打ち消します。打ち消した分だけ、モーターや機体が受け持つ力が小さくなります。

滑車でつり下げた荷とおもりの重さをつり合わせる方法と、てこの支点の両側で荷とおもりのモーメントをつり合わせる方法を並べた図
図1 カウンターウエイトの2つの使い方
出典:ウィキペディア日本語版「カウンターウェイト」をもとに AI(Claude)で作成

つり合いの取り方は、大きく分けて2つあります。1つは、滑車にかけたロープの両端に荷とおもりをつるし、重さ同士をつり合わせる方法です(エレベーター)。もう1つは、支点のまわりに回ろうとする力(モーメント)を、反対側のおもりで打ち消す方法です(クレーン・フォークリフト・ショベル)。回るものでは、軸の中心からずれた重さが生む遠心力を打ち消すためにも使います(クランクシャフト)。

出典:カウンターウェイト|ウィキペディア日本語版、エレベーター|ウィキペディア日本語版

つり合いの考え方:重さとモーメント

重さ同士のつり合い

滑車の両側に同じ重さがつるされていれば、止まっているときや一定の速さで動かすときに要る力は、摩擦などを除けばほとんど要りません。片側だけが重いときは、両側の重さの差の分だけをモーターなどで支えればよくなります(編集部の説明)。

モーメントのつり合い(てこ)

支点から左2mに2tのおもり、右4mに1tの荷を置き、2t×2mと1t×4mがどちらも4t·mでつり合うことを示したてこの図
図2 計算例:てこのつり合い(数値は説明のための例)
出典:この記事の内容をもとに AI(Claude)で作成

支点のまわりに回ろうとする力の大きさをモーメントといい、「力(重さ)× 支点からの距離」で表します。荷の重さ × 荷までの距離 = おもりの重さ × おもりまでの距離 のとき、てこは傾きません(編集部の説明)。おもりを支点から遠くに置けば、軽いおもりでも同じモーメントを生めます。モーメントの考え方は基礎知識:トルクと同じです。

使い方打ち消すものおもな例
吊って重さ同士をつり合わせる荷の重さエレベーター
てこで回る力を打ち消す荷が機体を倒そうとするモーメントクレーン・フォークリフト・油圧ショベル
回転のつり合いをとる中心からずれた重さの遠心力エンジンのクランクシャフト

(表は、ウィキペディア日本語版「カウンターウェイト」の例をもとに編集部がまとめたもの)

出典:カウンターウェイト|ウィキペディア日本語版

エレベーターのつり合いおもり

ロープ式エレベーターで、巻上機の綱車にかけたロープの片側にかご、反対側につり合いおもりをつるし、おもりの重さをかごの重さと定格積載量の50%の和にすることを示した図
図3 ロープ式エレベーターのつり合いおもり
出典:ウィキペディア日本語版「エレベーター」、日本機械学会誌、フジテックの特許公報をもとに AI(Claude)で作成

ロープ式(トラクション式)のエレベーターは、巻上機の綱車にかけたロープの片側にかご、反対側につり合いおもりをつるし、綱車とロープの摩擦でかごとおもりを上下させます(ウィキペディア日本語版「エレベーター」)。かごとおもりのつり合いで巻上機の負担を軽くし、巻上機を電動モーターで制御してかごを動かします(日本機械学会誌の解説)。

おもりの重さの決め方

つり合いおもりは、かごの質量に、定格積載量(最大積載荷重。乗せてよい重さ)の 50 %を足した重さにするのが一般的です(ウィキペディア日本語版「エレベーター」、フジテックの特許公報の従来例)。かごに定格の半分が乗ったときに、両側がちょうどつり合います。

一方で、かごに最大積載荷重いっぱいまで乗ることは少ないため、おもりを「かごの質量+最大積載荷重の 50 %」より軽くして、空のかごのときに要るモーターの出力トルクを小さくする考え方も特許出願されています(フジテックの公開特許公報。請求項では、綱車を止めるブレーキを備える場合に 35 %以上 45 %未満とする範囲が示されています)。

計算例:乗る重さと、巻上機が受け持つ差

かご1000kg、定格積載量1000kg、おもり1500kgのとき、空・半分・満員でかご側とおもり側の重さの差がマイナス500kg、0kg、プラス500kgになることを示した棒グラフ
図4 計算例:かご側とおもり側の重さの差(数値は説明のための例)
出典:この記事の内容をもとに AI(Claude)で作成
かごの中かご側の重さおもり差(かご側 − おもり)
空1,000 kg1,500 kg−500 kg(おもり側が重い)
半分(500 kg)1,500 kg1,500 kg0 kg(つり合う)
満員(1,000 kg)2,000 kg1,500 kg+500 kg(かご側が重い)

かご 1,000 kg・定格積載量 1,000 kg とすると、おもりは 1,000 + 1,000 × 0.5 = 1,500 kg です(編集部の計算)。おもりがないと、満員のとき巻上機は 2,000 kg をそのまま持ち上げることになりますが、おもりがあれば、定格積載量までの範囲なら、差は半分(500 kg)以内に収まります(重さは質量で表しています)。空のかごではおもり側が重くなるので、巻上機はおもり側の余った 500 kg を支える向きに力を出します。

おもりのまわりの部品

かごが最上階や最下階の近くにあると、ロープ自身の重さが片側に寄るため、かごの底とおもりの底の間に釣合ロープ(コンペンセーティングロープ)やチェーンを渡して打ち消します。小型の巻胴式のエレベーターでは、場所をとらないようにおもりを付けないことがあり、そのぶん巻上機がかごと乗る人の重さをすべて受け持ちます(ウィキペディア日本語版「エレベーター」)。

出典:エレベーター|ウィキペディア日本語版、エレベータ編(日本機械学会誌 2007年6月 Vol.110 No.1063)|日本機械学会、特開2023-74764「エレベータ」(フジテック株式会社、公開特許公報)|Google Patents

クレーン・フォークリフト・ショベル:倒れないためのおもり

クレーンのつり荷が支点のまわりに車体を前へ倒そうとするモーメントを、車体後ろのおもりのモーメントで打ち消すことを示した図
図5 クレーンのおもりの考え方(模式図)
出典:ウィキペディア日本語版「カウンターウェイト」をもとに AI(Claude)で作成

クレーンや油圧ショベルは、腕(ブーム・アーム)の先で重い物を持つので、機体の重心から離れた所に荷重がかかります。カウンターウエイトは、重心の動きを許される範囲に収めて、機体を安定させる役目をします(ウィキペディア日本語版「カウンターウェイト」)。車体の後ろにおもりを付けると、つり荷が前に倒そうとするモーメントを、おもりのモーメントで打ち消せます(編集部の説明)。

フォークリフトでは、専用のおもりを足さずに、エンジンやバッテリーなどの重い部品をカウンターウエイトとして使っている場合があります(ウィキペディア日本語版「カウンターウェイト」)。

計算例:てこのつり合い

支点から前に 4 m の所で 1 t の荷(質量)をつるすと、倒そうとするモーメントは 1 t × 4 m = 4 t·m です。支点から後ろに 2 m の所におもりを置くなら、おもりは 4 t·m ÷ 2 m = 2 t でつり合います(編集部の計算。実際の機械では、車体の重さ・動くときの揺れ・地面の傾きなどもあり、余裕を見て決めます)。おもりを遠くに置くほど、軽いおもりで済みます。

出典:カウンターウェイト|ウィキペディア日本語版

回転するもののつり合い:クランクシャフト

クランクシャフトのクランクピンの反対側に扇形のカウンターウエイトを付け、回転で生じる遠心力を打ち消すことを示した図
図6 クランクシャフトのカウンターウエイト(模式図)
出典:ウィキペディア日本語版「カウンターウェイト」をもとに AI(Claude)で作成

カウンターウエイトは、回転の変動を減らすために多くの回転装置で使われ、ピストンエンジンのクランクシャフトに付くものが代表的です(ウィキペディア日本語版「カウンターウェイト」)。また、軸の中心からずれた所に重さがあると、回したときに遠心力で軸が振り回され、振動のもとになります(編集部の説明)。

遠心力は「質量 × 回転の半径 × 角速度の2乗」で表されます。同じ回転面の中で 180 度反対側に、質量と半径の積が同じになるおもりを付けると、遠心力どうしが打ち消し合います(編集部の説明)。回転が速いほど、わずかなずれでも大きな力になるので、速く回る部品ほどつり合いが大切です。振動が大きくなる回転数については基礎知識:共振で説明しています。

出典:カウンターウェイト|ウィキペディア日本語版

機械の設計でのカウンターウエイト

縦に動く軸(重力軸)

工作機械の縦に動く主軸頭の重さを、おもり・空気や油のシリンダーで打ち消すか、ブレーキで落ちないように止めることを示した図
図7 縦に動く軸の重さへの手当て(ブレーキはファナックの特許公報、おもり・バランサーは編集部の一般的な説明)
出典:ファナックの特許公報をもとに AI(Claude)で作成

縦形マシニングセンターの Z 軸のように、重さがかかる向きに動く軸を「重力軸」と呼びます。重力軸は、電源を切ったときや、サーボモーターの励磁が切れたときに落ちるので、機械的なブレーキを付けて落下を防いでいます(ファナックの特許公報)。軸の重さをおもりや、空気・油のシリンダー(バランサー)で打ち消せば、モーターが重さを支え続けなくて済みます(編集部の説明)。マシニングセンターのしくみは基礎知識:マシニングセンターで説明しています。

ロボットのアーム

ロボットのアームでも、カウンターウエイトで腕のつり合いをとる研究があります。講演論文の要旨では、腕がつり合えば、動かすモーターの動力が要らなくなり、使うエネルギーがとても小さくてすむと述べられています(神奈川工科大学の講演論文、日本機械学会関東支部 2002年。研究の提案です)。卓上のライトスタンドにも、照明の角度を保つためにカウンターウエイトが付いているものがあります(ウィキペディア日本語版「カウンターウェイト」)。

出典:特開平3-166032「重力軸の落下防止制御方法」(ファナック株式会社)|Google Patents、梅原幸太郎・高橋良彦「カウンターウェイトでバランス制御を行うロボット」日本機械学会関東支部総会講演会講演論文集 2002.8|J-STAGE、カウンターウェイト|ウィキペディア日本語版

設計で気をつけること

縦に動く軸やエレベーターのように、滑車でおもりをつるして重さを打ち消す形では、止まっている重さは打ち消せても、動かす物の質量はおもりの分だけ増えます。速く動かし、速く止める機械では、加速・減速に要る力(慣性)が大きくなります(編集部の説明。考え方は基礎知識:慣性モーメント)。モーターの容量を決めるときは、つり合いで減る重さと、増える慣性の両方を計算に入れます(課題:サーボ・ステッピングモーターの容量を負荷から計算して選びたい)。

よくある質問

カウンターウエイトとカウンターウェイトは違うものですか

同じものです。英語の counterweight をカタカナにした書き方の違いです(編集部の補足)。エレベーターでは「つり合いおもり」「釣合おもり」とも言います。

エレベーターのおもりはどのくらいの重さですか

一般的には「かごの質量 + 定格積載量の 50 %」です。たとえば、かご 1,000 kg・定格積載量 1,000 kg なら 1,500 kg です(数値は説明のための例)。

おもりを重くするほどよいのですか

いいえ。エレベーターでは、おもりが重すぎると、空のかごのときにおもり側が重くなりすぎます。クレーンでは、荷をつっていないときに後ろに倒れないようにする必要があります。打ち消したい重さやモーメントに合わせて決めます。

出典

  1. カウンターウェイト|ウィキペディア日本語版
  2. エレベーター|ウィキペディア日本語版
  3. エレベータ編(日本機械学会誌 2007年6月 Vol.110 No.1063)|日本機械学会
  4. 特開2023-74764「エレベータ」(フジテック株式会社、公開特許公報)|Google Patents
  5. 特開平3-166032「重力軸の落下防止制御方法」(ファナック株式会社)|Google Patents
  6. 梅原幸太郎・高橋良彦「カウンターウェイトでバランス制御を行うロボット」日本機械学会関東支部総会講演会講演論文集 2002.8|J-STAGE

※図は、出典の説明をもとに編集部がまとめた模式図です。計算例の数値は説明のための例で、編集部の計算です。

※アイキャッチ画像は、AI(ChatGPT)で生成したイメージです。実在の製品・装置ではありません。

情報の確認日:2026年11月6日

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