JP2005533973A - ブレーキライニング監視装置とその監視方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、ブレーキライニング材料の誘電率の特性を示す値を測定する段階と、上記材料が新品の時の基準値と上記測定値とを比較する段階と、上記測定値が所定の許容範囲内にある時に実用性を判定する段階と、を含んだ、ブレーキライニング（１０，１２）の実用性を監視する方法に関する。

Description

本発明は、ブレーキライニングの実用性を監視する方法に関し、特に、エレベータブレーキの用途に関する。

例えば、ドラムブレーキやディスクブレーキのような、メカニカルブレーキは、広範な技術分野に用いられている。とりわけ、車両製造業者にとっては、これらのブレーキは通常よく知られている。しかし、乗客輸送装置、特にエレベータ、にも、メカニカルブレーキは頻繁に用いられる。これらのメカニカルブレーキは、通常、非常に安全で信頼性がある。一般的な不具合として、ブレーキライニングの摩耗やブレーキライニングの汚れが挙げられ、後者の不具合は、汚れがオイルや水等の流体によって引き起こされるときに、通常最も厄介なものとなる。

ブレーキライニングの摩耗を検出する監視装置が、既に提案されている。従って、車両製造業者にとっては、制動に応じたブレーキライニング材料の摩耗にともなってすり減るような導体をブレーキライニング材料の中に含ませることは周知である。この導体がすり減ると、ブレーキが引き揚げられた時につまりブレーキライニングがブレーキディスクやブレーキドラムに接触しなくなった時に、導体の抵抗が無限大となり、また、ブレーキの使用時つまりブレーキライニングがブレーキディスクやブレーキドラムに接触している時に、所定量の抵抗が存在する。既定の摩耗条件の下で、この監視装置は、警告信号を発生し、ユーザーにブレーキライニングの差し迫った変化を伝える。しかしながら、この監視装置は、汚れによりブレーキライニングが機能しなくなる状況を検出することはできない。

このことは、特にエレベータにおいて、大きな問題を引き起こす。エレベータは、そのモータユニットの部品として電磁的に作動するブレーキを備え、これは、エレベータがある階に停止する時にかごを保持するために用いられる。これらのブレーキは、通常、ドラムブレーキであり、ブレーキライニングがブレーキドラムの外側から作動し、バネにより制動状態になる。ブレーキの引き揚げにソレノイドが用いられる。ブレーキが引き揚げられると、かごが移動可能になる。電気モータや間に挿入される如何なるギアも、停止のための十分なブレーキ作用を及ぼすことができないため、このブレーキは非常に重要となる。ブレーキが故障している間、釣合おもりがかごと積載量の総和に比べ軽いか重いかによって、上下いずれかの方向に移動する。上記の状態においては、かごドアおよび昇降路ドアは通常開放しているため、かご内の乗客にとっては非常に危険な状況となり得る。加えて、積載が加わったり減ったりする間の荷重の変化によりかごが突然動き出すと、衝突する危険もある。このような状況は過去に既に起こっているが、多くの場合、運良く重大な災害に至っていない。大半のブレーキ不具合の原因は、モータユニットから漏れた潤滑油が浸み込んだブレーキライニングにある。

ドライバーが、「スポンジーな（踏み応えの無いふわふわした）」感じを受けてブレーキ効果の段階的な故障を感知し得る自動車の場合と異なり、エレベータの場合は、エレベータ設備が偶然に保守され、初期の汚れが検出されなければ、通常、突発的な故障となる。

従って、本発明の目的は、ブレーキライニングの実用性を監視する方法、特に、汚れによる差し迫ったブレーキ故障を適時に検出する方法、を実現することである。

本発明は、ライニング材料の誘電率の特性を表す値を測定する段階と、上記材料が新品の時の基準値と上記測定値とを比較する段階と、上記測定値が所定の許容範囲内にある時に実用性を判定する段階と、を含んだ方法によって上記目的を達成する。

本発明は、今まで起こった重大なブレーキ不具合において、ブレーキライニングが若干汚れていただけではなく、潤滑油が比較的に軟質なブレーキライニング材料内に大量にしみ込んでいたという経験を生かしている。このことは、ブレーキライニングに漏れたオイルが少量であれば、通常のブレーキ作動に大きな支障がないことを明らかに意味する。より多くの量のオイルが継続的に漏れて初めて、オイルは徐々に浸み込み、最終的には突発的なブレーキ不具合を引き起こす。このような浸み込んだ状態のブレーキライニングは、該ブレーキライニングの誘電率に著しい変化をもたらし、よって、この誘電率の変化からブレーキ不具合の前兆を検出することができる。所定の許容範囲がラインテストにより定まる。具体的には、ブレーキ保持力の依存性は誘電率から定まり、申し分のないブレーキ機能の状態で開始することにより許容範囲が定まる。異なる適用可能な汚染物質、特に潤滑油や水、について、上記の許容範囲が定まる。

誘電率を定量的に検出することが必ずしも必要ではないことに留意されたい。むしろ、関連する基準値と比較可能な誘電率の特性値を検出することが必要不可欠である。

上記誘電率の特性値は、望ましくは、静電容量の測定によって検出される。２つの導体の間にブレーキライニング材料が設けられ、これらの２つの導体における静電容量を技術的に測定するのは、かなり容易である。少なくとも１つの導体がブレーキライニング材料内に設けられた場合にも有益である。また、望ましくは、伝導性の測定が上記少なくとも１つの導体上で行われてもよく、つまり、導体の抵抗が測定されてもよい。ブレーキライニングの摩耗に応じてブレーキライニングの上記導体がすり減ってくると、上記伝導性の測定において抵抗は無限大に近づき、従って、抵抗が無限大に近づいていることを示す抵抗測定結果は、ブレーキライニングが、かなり摩耗していて取り替えなければならないことを示す。したがって、上記のようなブレーキライニングのすり減った状態では、静電容量は突然変化し、静電容量ゼロの測定値を示す。従って、静電容量の測定を行うだけでもブレーキライニングがすり減っているかを判定することができる。

上記の方法は、ブレーキライニングの内側に２つの導体を備え付ける段階を含む。上記２つの導体の間で上記の静電容量の測定が行われる。

また、本発明は、静電容量の測定に用いられるようにライニング材料内に設けられた少なくとも２つの導体を含んだブレーキライニングに関する。上記２つの導体は、基本的には直線状にブレーキライニング内を通過する。しかしながら、これらの導体が、例えば互いにループ状になるように該導体を配置してもよく、これにより、第１と第２の導体がブレーキライニング内で互いに平行になるように交互に延びることになる。上記第１と第２の導体の「狭まった」配置は、上記２つの導体によって構成される「コンデンサ」の静電容量を著しく増大し、これにより、静電容量の変化がより検出され易くなる。

望ましくは、上記導体は、ブレーキライニングのブレーキ表面に対して基本的には平行な平面上に設けられる。上記導体は、望ましくは、フォイル材料からなる。上記ブレーキライニングの製造中に該ライニング材料内にフォイル材料を挿入することは、比較的容易である。

望ましくは、ライニング材料がブレーキライニングの摩耗方向に対して上記導体の両側に存在するように、上記導体がブレーキライニング材料に埋め込まれる。これにより、すり減った状態が検出された後でも十分な量のブレーキライニング材料が利用可能となり、上記のすり減った状態が検出された後でもブレーキの機能がしばらくの間確保される。

本発明は、さらに、ブレーキライニングの誘電率の変化に基づいてブレーキライニングの実用性を判定するように設計されたブレーキライニング監視装置を含んだブレーキに関する。

望ましくは、ブレーキは、上記ブレーキライニングに設けられるように少なくとも２つの導体を備えた本発明のライニングを備える。あるいは、ブレーキは、誘電率の特性を示す動的な値を、例えば電磁的な信号をブレーキライニング材料に伝送することにより、測定するような装置を含む。

望ましくは、上記ブレーキライニング監視装置は、少なくとも２つの導体によって放出された静電容量と協働して発振回路を構成する抵抗を備え、さらに望ましくは、該発振回路の固有周波数を測定することが可能な評価回路を備える。例えば流体がブレーキライニング材料に浸み込むことにより、該ブレーキライニング材料の静電容量が変化すると、この静電容量の変化に伴って上記発振回路の上記周波数も同様に変化する。

本発明は、さらに、本発明のブレーキを備えたエレベータ設備に関する。上記ブレーキライニング監視装置からの信号がエレベータ制御部に中継される場合には好適である。ブレーキライニング材料の検出された状態によって、このエレベータ制御部は、例えば、警告信号を発したり、リモートサービス接続を介して、すり減ったライニングの交換が必要であるとのメッセージを送信したりすることができ、また、ブレーキライニング機能の有害な汚染を示す誘電率や静電容量の変化によって、エレベータは運転を中止し、また、リモートサービス接続は、保守部門に関連したメッセージを送信することできる。

図１は、バネを配置することにより作動方向に引っ張られる２つのブレーキシュー６，８を含んだ、エレベータブレーキ２を示す。各ブレーキシュー６，８は、例えば、接着剤やリベット等により取り付けられたブレーキライニング１０，１２を備える。作動位置において、上記ライニング１０，１２のブレーキ表面は、ブレーキドラム１４の外周に接触する。

各ブレーキシュー６，８は、ボルト１６，１８を中心に回転する。ソレノイド２０が、ブレーキシュー６，８と協働し、ブレーキを引き揚げるために用いられ、つまり、ソレノイド２０に電圧が印加されると、該ソレノイドはブレーキライニング１０，１２をブレーキドラム１４から引き揚げ、関連するシャフトが回転する。

通常、エレベータブレーキ２は、かごがある階床に停止する時に該かごを保持するために用いられる。かごと釣合おもりとは、該かごが許容積載量の半分を積載するときに、通常、釣り合いがとれる。従って、通常ブレーキに働く制動力は比較的小さい。一般に、エレベータ駆動ユニットは、ブレーキ２が作動しても、昇降路内のエレベータを何の問題もなく移動させられるようなサイズである。このような場合には、通常、ブレーキライニングに大量の摩耗が生じ、これにより、短い時間でブレーキ故障に至る。従って、上記ブレーキライニングの摩耗状況を監視することは有益である。不具合の別の要因には、例えば、オイルやグリス等の潤滑油や水が上記ブレーキライニング１０，１２に漏れるといった汚れが挙げられる。ある程度の汚れ状態に達すると、ブレーキが、ある階床でかごを保持することが出来なくなり、その結果、かごが歯止め無く動き、多くの場合、かごドアと昇降路ドアが開放している時に起こるので、かご内の乗客や開放した昇降路ドアの前に立っている乗客が怪我をする危険性が高い。このような状態を回避するために、ブレーキ２は、関連する汚れの状態を検出することが可能なブレーキライニング１０，１２と、制御部と、を基本的に含んだブレーキライニング監視装置を備える。汚れの状態の検出は、特に、ブレーキライニングの誘電率、つまり、静電容量、を測定することによって行われる。図１は、ブレーキライニングから制御部（図示せず）に信号を伝えるライン２２，２４を示す。上記制御部は、上記測定値を評価する関連機能を備えたエレベータ制御部であってもよいし、あるいは、信号をエレベータ制御部に伝送するだけの、上記ブレーキに割り当てられた制御部であってもよい。

図２は、ブレーキシュー６，８と少しだけ異なったブレーキシュー２４を示す。図２で注目すべき部分は、ブレーキライニング１０であり、該ブレーキライニング１０からライン２２が現れる。図からブレーキライニング１０の多層構造が認識できよう。特に、このブレーキライニング１０は、外側ブレーキライニング層２６を備え、この層２６の制動表面２８がブレーキドラムの方向に配置されている。さらに、（太線の）中間層３０があり、ここで、静電容量つまり誘電率の測定を行う導体が配置される。また、ブレーキライニング材料のもう１つの層３２が、より深い位置で配置されており、上記外側層２６がすり減った時に「予備の層」として用いられる。

上記導体のある層３０は、ブレーキライニング１０を製造している間に、例えば接着や焼結等によって、上記の外側ブレーキライニング層２６と層３２との間に挿入される、平坦な層であってもよい。あるいは、上記層２６，３２の間に別個の導体トラックを設けることも可能である。また、ブレーキライニング１０を製造している間、通常、基本的に粉末状のライニング材料を圧縮、焼結させている間に、平坦な導体の層や別個独立の導体を、それぞれ一体的に配置し、圧縮・焼結もしくは別の適切なプロセスによって、生材をブレーキライニング１０に改質することができる。

図３は、ブレーキライニング１０の導体の構成を大略示す。図３は、ブレーキライニング１０自体に設けられた導体の経路が明らかになるように、導体層３０の面内の部分を示す。２つの導体３４，３６が、上記ブレーキライニング１０の中を基本的に平行に延びるように構成されていることに特に留意されたい。一対の端子３８の間と、一対の端子４０の間と、において、導体内の抵抗が測定される。外側ライニング層２６が存在している限り、上記の抵抗は、通常、上記導体の抵抗である。ブレーキライニング１０の外側層２６が、すり減ったり摩耗したりすると、上記導体３４，３６の１つあるいは双方が損耗し、これにより、ブレーキが引き揚げられると上記の抵抗は基本的に無限大に近づくが、作動したブレーキの抵抗は、著しく低下する。その結果、電流が導体端子およびブレーキドラムの中を流れることが可能になる。静電容量、つまりブレーキライニング材料の誘電率に関連した値が、上記導体端子４２，４４の間で測定される。上記ライニング材料の中に汚染物質が入り込むと、上記ブレーキライニング材料の誘電率に、つまり、装置の静電容量に、変化をもたらす。「清潔な」ブレーキライニング材料の基準値から読み取りを開始し、しきい値が検出され、その値を超えると、ブレーキライニングは、機能的に使用に適さないと判定され、ブレーキは停止する。このしきい値は、例えば、上記制御部に設けられたメモリに記憶される。あるいは、電気回路が用いられてもよく、この回路によって定義されたしきい値より上回っていることを表示する。また、第１と第２のしきい値を定義することが可能である。上記第１のしきい値は、例えばリモートサービス接続を介して、エレベータ保守部門に保守警告を伝送するために用いられる。そして、上記第２のしきい値は、エレベータが一定の方法で運行するように、つまり、エレベータが次の階まで移動した後、停止し、その位置から動かなくなるように、エレベータ制御部に信号を伝送する。

図４は、図３の構成と多少似ている回路構成の概略を示す。図３の構成とは対照的に、導体トラック３４，３６が、ループ状に設けられ、つまり、ブレーキライニング１０の中を曲がりくねっている。これにより、コンデンサの静電容量が増大し、その変化を容易に検出することができる。必要に応じて、上記導体３４，３６が、ブレーキライニング１０内を２回よりも多く通過するように、つまり、１つのループよりも多く迂回して通過するようにしてもよい。

図３と図４の場合において、ブレーキライニング１０が導体３４，３６に至るまですり減って、ブレーキが作動すると、無限大より小さな抵抗値が測定されるが、基本的にはゼロとなる静電容量が測定される。ブレーキが引き揚げられると、静電容量はゼロより大きくなるが、抵抗は無限大に近づく。汚れがひどくなると、つまり、潤滑油や水がブレーキライニングにしみ込むと、上記導体３４，３６の間の誘電率が変化するため、静電容量も変化する。この静電容量の変化は、上述したように評価され得る。上記の場合には、抵抗は変化しない。静電容量が変化したときにブレーキ２の制御部が警告信号を発する場合に、無限大の抵抗が測定され、ゼロ静電容量が測定されるのは有益である。

本発明によるエレベータブレーキを示す図。 ブレーキライニングの付いたブレーキシューの拡大図。 本発明により実現可能な導体の構成を示す図。 本発明による別の導体の構成を示す図。

Claims (12)

1. ブレーキライニング材料の誘電率の特性を示す値を測定する段階と、
   上記材料が新品の時の基準値と上記測定値とを比較する段階と、
   上記測定値が所定の許容範囲内にある時に実用性を判定する段階と、
   を含んだ、ブレーキライニング（１０，１２）の実用性を監視する方法。
2. 上記誘電率の特性値が静電容量の測定により検出されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 伝導性の測定を行う段階をさらに含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の方法。
4. ブレーキライニング（１０，１２）に、上記ブレーキライニング材料内に設けられるように少なくとも２つの導体（３４，３６）を備え付ける段階をさらに含んだ、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
5. 静電容量の測定に用いられるような形で、ブレーキライニング材料内に配置された少なくとも２つの導体（３４，３６）を含んだ、ブレーキライニング（１０，１２）。
6. 上記導体（３４，３６）は、上記ブレーキライニング（１０，１２）のブレーキ表面に基本的に平行な面に基本的に配置されることを特徴とする請求項５に記載のブレーキライニング（１０，１２）。
7. 上記導体（３４，３６）がフォイル材料からなることを特徴とする請求項５または６に記載のブレーキライニング（１０，１２）。
8. ブレーキライニング材料が上記ブレーキライニング（１０，１２）の摩耗方向に対して上記導体（３４，３６）の両側に存在するように、上記導体（３４，３６）が上記ブレーキライニング材料に埋め込まれていることを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載のブレーキライニング（１０，１２）。
9. ブレーキライニング材料の誘電率の変化に基づいてブレーキライニング（１０，１２）の実用性を判定できるように構成されたブレーキライニング監視装置を備えたブレーキ（２）。
10. ブレーキライニングが請求項５〜８のいずれかに記載のブレーキライニング（１０，１２）であることを特徴とする請求項９に記載のブレーキ（２）。
11. 上記ブレーキライニング監視装置は、少なくとも２つの導体（３４，３６）によって放出された静電容量と協働して発振回路を構成する抵抗と、該発振回路の固有周波数を測定する評価回路と、を備えることを特徴とする請求項１０に記載のブレーキ（２）。
12. 請求項９〜１１のいずれかに記載のブレーキ（２）を備えたエレベータ設備。

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