JP2004284821A - エレベータ用の強化合成ケーブル - Google Patents

Abstract

【課題】特に、ケーブルの望ましくない使用寿命の短縮、ケーブルの小さすぎる弾性係数、ケーブルの望ましくない伸び、移動中に発生する厄介な振動といった欠点を除去が除去され、乗り心地と安全性とを向上されたエレベータ用支持手段または駆動手段としてのケーブルを提案する。
【解決手段】本発明は、ケージまたはカウンターウェイトに連結されたエレベータ用支持手段としてのケーブルまたはベルト（１）であって、第２の相（１２）の導入によって強化され、無強化撚線の弾性係数より高い弾性係数を有する荷重を支持する合成材料撚線（４）からなるケーブルまたはベルトに関する。本発明は同様に、このようなケーブルまたはベルトを有するエレベータに関し、またこの種のエレベータケーブルまたはエレベータベルトを製造する方法に関する。
【選択図】 図７

Description

本発明は、特許請求の範囲に記載の通り、エレベータ用支持手段としてのケーブルまたはベルトに関する。

ケージを動かすためにエレベータではしばしば駆動プーリが使用される。このような駆動プーリエレベータの場合には、駆動プーリとケージは例えばケーブルによって互いに連結されている。駆動装置は、駆動プーリに回転運動を与える。駆動プーリの回転運動は、駆動プーリとケーブルとの間の摩擦連結によってケージの運動に変換される。このときケーブルは複合された支持・駆動手段として働き、駆動プーリは力の伝達手段として働く。
・支持手段としてのその機能においてケーブルは、ケージの自重とエレベータの積載荷重と任意選択の釣合いおもりとケーブルの自重とからなるエレベータの動作重量を支持する。この場合ケーブルには主として張力が掛かる。例えばケージと釣合いおもりは、重力に沿って支持手段に支持される。
・ケージの運動のための駆動手段としてのその機能においてケーブルは、駆動プーリの駆動面に押圧される。この場合、ケーブルは圧縮荷重と曲げ荷重とを受ける。例えばケーブルは、ケーブルと駆動プーリとが摩擦連結されるように、エレベータの動作重量によって駆動プーリの周囲に押圧される。
・力の伝達手段としてのその機能において駆動プーリは、ケーブルに駆動装置の力を伝達する。この場合の重要なパラメータは、駆動プーリとケーブルとの間の材質固有の摩擦係数と、ケーブルによる駆動プーリの構造固有の巻きつき角である。

従来からエレベータ構造には、駆動プーリとケージと釣合いおもりとに連結されたスチールケーブルが使用されている。しかしながらスチールケーブルの使用は、幾つかの不都合を伴う。スチールケーブルの本質的な大きな重量のせいで、エレベータ設備の昇降高さが限定される。また、金属の駆動プーリとスチールケーブルとの間の摩擦係数は小さいので、駆動プーリ内に特殊な溝形状または特殊な溝ライニングを設けるといった種々の対策によって、あるいは巻きつき角の増大によって摩擦係数を増加させなくてはならないほど小さい。さらに、スチールケーブルは、乗り心地の低下を意味する駆動装置とケージとの間の音響ブリッジとして働く。これらの望ましくない効果を減らすために高価な構造上の対策が必要となる。さらにまた、スチールケーブルは、合成材料のケーブルと比較して、屈曲サイクルレートの許容値が低く、腐食を受けやすく、また定期的に保守しなくてはならない。

合成材料ケーブルは通常、米国特許第４８７７４２２号明細書、米国特許第４６４０１７９号明細書、米国特許第４６２４０９７号明細書、米国特許第４２０２１６４号明細書、米国特許第４０２２０１０号明細書、および欧州特許第０２５２８３０号明細書から推論できるように、互いに巻きつけられた、および／または互いに束ねられた数本の荷重を支持する撚線からなっている。

米国特許第５５６６７８６号明細書と米国特許出願公開第２００２／００００３４７号明細書は、駆動プーリとケージとカウンターウェイトとに連結された、エレベータ用の支持手段または駆動手段としての合成材料ケーブルであって、複数の荷重を支持する合成材料撚線から構成される合成材料ケーブルの使用を開示している。米国特許第５５６６７８６号明細書では撚線層は、被覆によって覆われており、この被覆の役目は、駆動プーリに対する所望の摩擦係数を保証することと、機械的化学的損傷と紫外線放射とから撚線を保護することとからなる。荷重は、これらの撚線のみで支持される。

スチールケーブルに対する実質的な有利さにもかかわらず米国特許５５６６７８６号明細書に記述された合成材料ケーブルも米国特許出願公開２００２／００００３４７号明細書に述べられているものと同様に重大な限界を示している。

合成材料ケーブルは、極めて良好な長手方向強度を示すが、これに反して半径方向強度は弱い。合成材料ケーブルは、その外面に作用する荷重であって、好ましくないことには、ケーブルの使用寿命の短縮に繋がり得る荷重を許容することが困難である。最後に、現在使用されている合成材料ケーブルの弾性係数は、より高い昇降高さを持つエレベータ用には小さすぎる。すなわちケーブルの望ましくない伸びが発生し、また特にケーブルの長さが特定の限界を超えたときに移動中に起こるエレベータの厄介な振動が利用者に気づかれることになる。

支持手段または駆動手段としてのベルトは、米国特許出願公開第２００２／０００３４７号明細書から知られる。

米国特許第４８７７４２２号明細書 米国特許第４６４０１７９号明細書 米国特許第４６２４０９７号明細書 米国特許第４２０２１６４号明細書 米国特許第４０２２０１０号明細書 欧州特許第０２５２８３０号明細書 米国特許出願公開第２００２／００００３４７号明細書 米国特許第５５６６７８６号明細書 欧州特許第０６７２７８１号明細書 国際公開第９４／２０７７０号明細書 米国特許出願公開第２００１／００３１５９４号明細書 Ｐ．Ａｔｋｉｎｓ著、「Ｐｈｙｓｉｋａｌｉｓｃｈｅ Ｃｈｅｍｉｅ」ＶＣＨ， Ｗｅｉｎｈｅｉｍ

本発明の目的は、前述の不都合がなく、乗り心地と安全性とを向上させる、序文で述べた種類の、エレベータ用支持手段または駆動手段としてのケーブルを提案することである。特に下記の欠点、すなわちケーブルの望ましくない使用寿命の短縮、ケーブルの小さすぎる弾性係数、ケーブルの望ましくない伸び、移動中に発生する厄介な振動といった不都合を除去する。

この目的は、特許請求の範囲項の記載に従う本発明によって達成される。

本発明によって達成される利点は本質的に、合成材料の数層からなる被覆ケーブルまたはベルトの撚線が繊維を形成するアラミド内への第２の相の導入によって強化され、それによって無強化撚線の弾性係数より高い弾性係数持つということに見られることになる。

物理化学の古典的な定義によれば、ここで「相」は、例えば均質である、あるいは少なくとも不連続なしに変化する組成、弾性係数、密度等といった物理的化学的特性を有する固体、液体または気体を意味している（１９８７年刊の、Ｐ．Ａｔｋｉｎｓ著、「Ｐｈｙｓｉｋａｌｉｓｃｈｅ Ｃｈｅｍｉｅ」ＶＣＨ， Ｗｅｉｎｈｅｉｍの２０１ページを参照のこと）。

相は、形式的にはＧｉｂｂｓにしたがって次のように定義される。すなわち相とは、物質の化学的組成に関して、またその物理的状態に関して完全に均質である物質の状態であると定義される。

この定義は、用語「相」の通常の使用に対応している。この定義によれば一つの気体または気体混合物は、単一相であり、一つの結晶は単一相であり、互いに十分に混和性である二つの液体も同様に単一相を形成する。さらに、氷は小さな破片に破砕されても単一相である。これに対して氷と水の混ざり合ったマッシュは、このシステム内での相境界を特定するのが困難であっても二つの相を持ったシステムである。

二つの金属の合金は、これら二つの金属が混和性でない場合は２相システムであり、これらが互いに混和性であれば単一相システムである。

得られた強化ケーブルは、無強化ケーブルの弾性係数よりも長手方向において高い弾性係数を示す。更に、得られた強化ケーブルはまた、無強化ケーブルよりも半径方向において高い弾性係数と高い強度と高い破断ひずみを示し、また無強化ケーブルより長い耐用寿命とを示す。

本発明は、図１から９にしたがって、例としての実施形態を参照しながら以下更に詳細に説明される。

図１は、従来の合成材料ケーブル１の断面を示す。最外側の撚線層３を被覆２が包んでいる。合成材料、例えばポリウレタンの被覆２は、駆動プーリ上のケーブル１の摩擦係数を増加させる。最外側の撚線層３は、ケーブル１に負荷が掛かるとき発生するスラスト力によって変位しないような、あるいはしわを形成しないような、被覆２に対する高い接着力を持たなくてはならない。これらの接着力は、外側撚線・キャリア内のすべての隙間が充填されて大きな保持面積が形成されるように合成材料被覆２が適所に射出成形（押出し成形）されることによって達成される（欧州特許第０６７２７８１号明細書を参照のこと）。撚線４は、アラミドの複数の個別の繊維５を撚り合わせ、あるいは編み合わせて作られている。各個別撚線４は、繊維５の保護のために含浸剤、例えばポリウレタン溶液で処理される。ケーブル１の逆曲げ強度は、各撚線４のポリウレタンの割合に依存する。ポリウレタンの比率が高いほど、逆曲げ強度は高くなる。しかしながら、ポリウレタンの割合が増加することによって荷重支持能力が減少し、同じケーブル直径に対して合成繊維ケーブル１の弾性係数が減少する。撚線４の含浸のためのポリウレタン比率は、それぞれ所望の逆曲げ強度と横方向の感圧性敏感度とに依存して例えば１０パーセントと６０パーセントとの間にあることが可能である。有利には個別撚線４は、ポリエステル繊維の編まれたエンベロープによって保護することもできる。

したがって、駆動プーリ上での相互摩擦による撚線の磨耗を避けるために、最外側の撚線層３と内側撚線層６との間に摩擦低減中間ケーシング７が形成されている。このようにして駆動プーリにおいてケーブルの屈曲する時に相対運動の大部分は最外側撚線３のケースと内側撚線６のケースとの間で起こり、よって、磨耗は小さく保たれる。撚線４における摩擦磨耗の防止のための他の手段は、ケーブル１の柔軟性を過度に減少させずに撚線４同士を結合する弾力性のある充填剤であり得る。

撚線４は典型的には、次のようにして製造される。すなわち、直径１２ミクロン直径の繊維５が１０００本で１本の素線を形成する。その後、１１から１２本の素線が撚り合わされて１本の撚線４を形成する。

本発明に関する知識を有する当業者であれば、駆動プーリを使用せずに荷重支持用のケーブルを使用することもできることは明らかである。更に熟練者は、図２から４に示すような二重ケーブル（対ロープ）として、あるいはベルトとして一実施形態を使用できる。図２はコグドベルトを示し、図３はポリＶベルトを示し、図４は二重ケーブルを示している。

純粋の保持ケーブルとは異なり、駆動されるエレベータケーブルは、駆動プーリ上で変形しないように、あるいは固有の撚りまたは偏りの結果として回転し始めないように極めてコンパクトでなくてはならず、またしっかりと撚るか編むかをしなくてはならない。したがって撚線４の個別の層の間の隙間または空洞は、他の撚線４に対して支持効果を持ち得る充填撚糸９によって、ほぼ円形の撚線層６を得て充填度を増加させ、ケーブルの外周エンベロープを更に丸くなるように形成される。これらの充填撚線９は、合成材料、例えばポリアミドからなる。

強く配向された鎖状分子からなるアラミドの繊維５は、高い引張り強度を有する。しかしながら鋼と比べるとアラミドの繊維５は、その原子構造のために、やや低い横方向強度を有する。この理由から従来のスチールケーブル・ロックは、これらの構成要素に作用する締付け力がケーブル１の破断荷重を大きく減らすので、合成繊維ケーブル１のケーブル端固定には使用できない。合成繊維ケーブル１のための適当なケーブル端接続は、ＰＣＴ／ＣＨ９４／０００４４号（国際公開第９４／２０７７０号パンフレット）により既に知られいる。

図５は、本発明による合成繊維ケーブル１の構造の斜視図を示す。アラミドの繊維５で撚られた、あるいは編まれた撚線４は、充填撚線９を含めて、コア１０の周りに左撚りまたは右撚りを有する層として編み込まれている。内側撚線層６と最外側撚線層３との間には、摩擦低減中間ケーシング７が配置されている。最外側撚線層３は被覆２によって被覆されている。被覆２の表面１１は、規定された摩擦係数を決定するように構成できる。被覆２の役割は、駆動プーリに対する所望の摩擦係数を保証することと、機械的化学的損傷と紫外線放射とから撚線４を保護することとからなる。荷重は、撚線４のみによって支持される。アラミドの繊維５から構成されたケーブル１は、同じ横断面のスチールケーブルと比較して実質的により高い荷重支持能力を持っており、比重量では僅か５分の１から６分の１である。したがって同じ荷重支持能力のために、合成繊維ケーブル１の直径は、従来のスチールケーブルに対して減らすことができる。前述の材料の使用によってケーブル１は、腐食に対して完全に保護される。スチールケーブルの場合のようにケーブルにグリースを塗布するための保守作業は、もはや必要でない。

図６は、本発明によるアラミドの強化ケーブル５の断面の模式図を示し、図７は本発明によって強化された繊維の斜視図を再現している。相分散は、アラミドが第１の相あるいは基材を形成し、強化粒子が第２の相を形成するように実施される。第２の相とも呼ばれる粒子１２は、基材１３内に導入されて分散される。第２の相は、第１の相よりも高い弾性係数を示し、あるいはアラミドの強化繊維の弾性係数がアラミドの無強化繊維の弾性係数より少なくとも高くなるような機械的化学的性質を示す。

第２の相１２は例えば、きわめて硬い合成材料、アラミドより硬いポリマー、セラミック、カーボン、ガラス、鋼、チタン、特に合金および／または金属間相からなる。「硬い」は、弾性係数がアラミドの弾性係数より高いことの意である。

粒子１２の幾何学形状は、球体、カプセル、小球体、短繊維および／または長繊維の分散という結果になり得る。図８は、第２の相の繊維を強化する粒子の実施形態の種々の幾何学形状を示し、その粒子は、例えばアラミドの母体内に分散される球体ａ、ほぼ球状の粒子ｂ、円板または小板ｃ、短繊維ｄまたは長繊維ｅの形状をとることができる。

極端な場合には第２の相１２の繊維は、アラミドの繊維５と同じくらい長くてもよく、図９に示すようにそれに平行に延びて組み込まれてもよい。

粒子１２の分布と密度は、アラミド１３内で均質であることが好ましい。短繊維および／または長繊維の場合、繊維の配向は、図７に示すようにランダムであってよく、あるいは例えば図９のように繊維５の長手方向に関して選択的な方向を持つことも可能である。

第１の相１３における強化粒子１２の効果のため、繊維全体の繊維５の長手方向および／または横方向の弾性係数は増加する。更に、無強化ケーブルの場合と比較して、ケーブルの破断ひずみは増加し、ケーブルの耐用寿命は延びる。

アラミド・ケーブルの機械的性質を最適化するための第２の相の導入は、エレベータ用支持手段といったケーブルの使用の既知の不都合な点の回避を可能にする。ケーブル全体の弾性係数は長手方向横方向ともに、高い昇降高さを有する昇降装置用の支持手段としてのケーブルの要件が達成できるくらい増加する。

本発明にしたがって強化されたアラミド・ケーブルの耐用寿命ならびに破断強度と引伸ばし強度は、実質的に増加しており、このようにして安全性に関してエレベータの分野に課せられている要求を十分に満足させている。同時に強化アラミド・ケーブルの重量は同等の強度を有する対応するスチールケーブルの重量より実質的に軽くなっている。

本発明のように、微小繊維によって強化されたアラミドの繊維を製造する方法は、例えば米国特許出願公開第２００１／００３１５９４号明細書に開示されている。

繊維５の基材１３は、十分な強度を有する他の合成物によって置き換えることも可能である。これより優れた強化粒子１２は、強化の肯定的な効果がなければ問題にならないような基材１３としての材料の使用を可能にする。

第１の相１３への強化粒子１２の導入はまた、図５に示すケーブルとは異なる撚線の構造・配置を有するエレベータケーブルにおいても考えられる。

エレベータケーブルに加えて、エレベータベルトも粒子１２によって強化でき、したがってエレベータ用の支持手段あるいは駆動手段として使用するためのより適当な機械的性質を持つことができる。

従来技術による従来の合成材料ケーブルの断面を示す図である。 コグドベルトを示す図である。 ポリＶベルトを示す図である。 ツイン・ケーブル（対ロープ）を示す図である。 従来技術による従来の合成材料ケーブルの斜視図である。 本発明による強化繊維の断面を示す図である。 本発明による強化繊維の斜視図である。 繊維を強化する第２の相の実施形態の種々の幾何学形状を示す図である。 第２の相が、長さ方向に配向されていてアラミドの母体に組み込まれてアラミドの繊維に平行に延びている繊維からなっている場合の、本発明による強化繊維の斜視図である。

符号の説明

１ ケーブルまたはベルト
２ 被覆
３ 最外側撚線層
４ 撚線
５ 繊維
６ 内側撚線層
７ 摩擦低減中間ケーシング
９ 充填撚線
１０ コア
１１ 被覆の表面
１２ 粒子
１３ 基材
ａ 球体
ｂ ほぼ球状粒子
ｃ 小板
ｄ 短繊維
ｅ 長繊維

Claims (12)

1. 複数の繊維から構成され被覆に包まれた、荷重を支持する撚線を有する、エレベータ用ケーブルまたはベルトであって、前記繊維の材料が少なくとも二つの相から構成されることを特徴とするケーブルまたはベルト。
2. 前記繊維の材料の第１の相が、鋼、プラスチック、合成物、アラミド、ザイロンといった基材から構成され、前記繊維の材料の第２の相が、前記繊維の長手方向および／または半径方向における前記繊維の弾性係数を増加させる強化材料から構成されることを特徴とする請求項１に記載のケーブルまたはベルト。
3. 前記繊維の前記強化材料が前記基材の弾性係数より高い弾性係数を有することを特徴とする請求項２に記載のケーブルまたはベルト。
4. 前記強化材料が、母体を形成する前記基材内に長繊維および／または短繊維、カプセル、球体の形で配置かつ分散されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のケーブルまたはベルト。
5. 複数の繊維から構成され被覆に包まれた、荷重を支持する撚線を有するケーブルまたはベルトであって、前記繊維の材質が少なくとも二つの相から構成されることを特徴とする、ケーブルまたはベルトを有するエレベータ。
6. 前記繊維の材料の第１の相が、鋼、プラスチック、合成物、アラミド、ザイロンといった基材から構成され、前記繊維の材料の第２の相が、前記繊維の長手方向および／または半径方向における前記繊維の弾性係数を増加させる強化材料から構成されることを特徴とする、請求項５に記載のケーブルまたはベルトを有するエレベータ。
7. 前記繊維の強化材料が前記基材の弾性係数より高い弾性係数を有することを特徴とする、請求項６に記載のケーブルまたはベルトを有するエレベータ。
8. 前記強化材料が、母体を形成する前記基材内に長繊維および／または短繊維、カプセル、球体の形で配置かつ分散されていることを特徴とする、請求項５から７のいずれか一項に記載のケーブルまたはベルトを有するエレベータ。
9. 複数の繊維から構成され被覆に包まれた、荷重を支持する撚線を有するエレベータケーブルまたはエレベータベルトであって、前記繊維を形成するために少なくとも二つの相が組み合わされ、および／または混合されていることを特徴とする、エレベータケーブルまたはエレベータベルトを製造する方法。
10. 前記繊維の材料の第１の相が、鋼、プラスチック、合成物、アラミド、ザイロンといった基材から構成され、前記繊維の材料の第２の相が前記繊維の長手方向および／または半径方向における繊維の弾性係数を増加させる強化材料から構成されることを特徴とする、請求項９に記載のエレベータケーブルまたはエレベータベルトを製造する方法。
11. 前記繊維の強化材料が前記基材の弾性係数より高い弾性係数を有することを特徴とする、請求項１０に記載のエレベータケーブルまたはエレベータベルトを製造する方法。
12. 前記強化材料が、母体を形成する前記基材内に長繊維および／または短繊維、カプセル、球体の形で配置かつ分散されていることを特徴とする、請求項９から１１のいずれか一項に記載のエレベータケーブルあるいはエレベータベルトを製造する方法。

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