JP2009083974A - エレベータ - Google Patents

Abstract

【課題】地震の発生等に起因する突然の停電に際しても昇降動作を継続し得て、人がかごの中に閉じ込められるといったことがないとともに、かごの動きのぎこちなさといったことのないエレベータを提供する。
【解決手段】人、物を積載するかご１と、滑車５に掛け回される索条６によってかごに連結されるカウンタウエイトと、モータなどの駆動力によって人、物を積載するかごとカウンタウエイトの力をバランスさせるか又は僅かにカウンタウエイトの力が大なる如くトルク設定される定荷重ばね３と、人、物を積載するかごを昇降させる駆動機構とを有してなるエレベータ。
【選択図】図１

Description

本発明は、定荷重ばね、カウンタウエイトといった受動素子で主要部が構成され、停電時においても人がかごの中に閉じ込められるといったことのないエレベータ、特に本質安全型ホームエレベータに関する。

我が国は、確実に高齢化社会へ向かいつつある。而して、下肢（歩行）機能の衰えた高齢者の上下階間の移動或いは家庭で介護等を行うに際しては、ホームエレベータが上下階間の重要な移動手段となる。一方、地震の発生等に起因して停電となったときに、人がエレベータのかごの中に長時間閉じ込められると、人が受ける精神的なダメージは大きなものがある。わけても夜間、突然の暗闇の中、人がエレベータのかごの中に数十分乃至１時間を超える長時間閉じ込められると、それはさらに大きなものとなる。

而して、突然の停電に遭遇して、或いは落下防止のためのロック機構の誤動作による非常停止に際して人がエレベータのかごの中に長時間閉じ込められることのない、ホームエレベータが望まれている。一方、従来のエレベータにおいては、落雷などに起因してエレベータの制御系が故障し暴走することがある。機械的な非常制動装置が作動し、エレベータのかごの中の人が死に至ることはないにしても、精神的に大きなショックを受ける。

従来、エレベータは、かごとカウンタウエイトをワイヤロープで連結し幾つかの滑車を介して巻き上げ機によってかごを昇降させる方式を採っている。而して、（人＋かご）の重さとカウンタウエイトの重さ（通常、カウンタウエイトの重さの方が小さい）の差分をモータで巻き上げている。

他方、カウンタウエイトをぜんまいばね或いは定荷重ばねで代替させるようにした介護用移動補助装置が既知である（たとえば、特許文献１参照）。この先行技術にあっては、錘によって見掛けの体重を小さくして、被介護者をその身体保持手段を介して上昇させるようにしている。被介護者をその身体保持手段を介して上昇させるときの推力は、前記錘の質量を変更することによってなされる。而して、この錘に代えて定荷重ばねを用いることもできるとされている（特許文献１（特開２００２−３３６３０７号公報）の図２３の態様）。また、復元用錘もぜんまいばねで代替できるとされている（特許文献１（特開２００２−３３６３０７号公報）の図２４，図２５の態様）。
特開２００２−３３６３０７号公報

従来の、（人＋かご）の重さとカウンタウエイトの重さ（通常、カウンタウエイトの重さの方が小さい）の差分をモータで巻き上げるタイプのエレベータでは、地震の発生等に起因する突然の停電に際し、（人＋かご）の重さの方がカウンタウエイトの重さよりも大であるが故にかごの落下防止のためにかごの動きをロックする機構が作動し、かごの中に人が長時間閉じ込められる問題を解決し得ない。エレベータのメーカーの緊急対応要員を派遣するとしても、都市部において上記突発的な停電に際してすべてのエレベータにきわめて短時間に対応することは事実上不可能である。また、落雷などによる電気ノイズに起因してエレベータの制御系が故障し暴走することにも十分に対処し得ない。

特許文献１（特開２００２−３３６３０７号公報）に開示の介護用移動補助装置においては、錘によって見掛けの体重を小さくして、被介護者をその身体保持手段を介して上昇させるようにしている。被介護者をその身体保持手段を介して上昇させるときの推力は、前記錘の質量を変更することによってなされる。而して、錘の位置変更は同公報の図２および図８、図９に示されているように、モータおよびウォーム減速機によってなされており、吊り具の昇降過程（エレベータ４０の作動）にモータが必須の要素となっている。従って、突然の停電等に際して、昇降を停止させることなく継続させることができない。

また、特許文献１（特開２００２−３３６３０７号公報）に開示の技術的手段をホームエレベータに適用したとしても、地震等に起因する突然の停電に際し、かごの中に人が長時間閉じ込められる問題を解決し得ない。

本発明の発明者は、上記問題を解決するための本質安全型ホームエレベータを、特願２００６−０９４２８０にて提案した。この提案になる本質安全型ホームエレベータによれば、地震の発生等に起因する突然の停電に際しても、昇降動作を継続し得て、人がかごの中に閉じ込められるといったことがない。

しかしながら、発明者がこの本質安全型ホームエレベータを試作して運転してみると、定荷重ばねのみでかごを昇降させると、諸所の摩擦に起因してかごの動きがぎこちなくふらつくといった問題があった。また、索条の伸び（永久歪み）により停止階での停止位置が不正確になる問題もあった。

本発明は、地震の発生等に起因する突然の停電に際しても、昇降動作を継続し得て、人がかごの中に閉じ込められるといったことがないとともに、前述のかごの動きのぎこちなさといった問題を解決した本質安全設計に基づくエレベータを提供することを目的とする。

上記課題を解決するための請求項１に記載の発明は、人、物を積載するかごと、滑車に掛け回される索条によって前記かごに連結されるカウンタウエイトと、モータなどの駆動力によって前記人、物を積載するかごとカウンタウエイトの力をバランスさせるか又は僅かにカウンタウエイトの力が大なる如くトルク設定される定荷重ばねと、前記人、物を積載するかごを昇降させる駆動機構とを有してなるエレベータである。

請求項２に記載の発明は、人、物を積載するかごを昇降させる駆動機構が、かごの昇降用空間を形成する架構にラックギアを立設し、該ラックギアに噛合するピニオンギアをかご内部から延在する軸の一端に枢支するとともに前記軸の他端をモータ、変速ギア、クラッチからなる駆動系に接続し、前記モータの回転駆動によって人、物を積載するかごを昇降せしめるよう構成したものである請求項１に記載のエレベータである。

請求項３に記載の発明は、人、物を積載するかごを昇降させる駆動機構が、かごの昇降用空間を形成する架構に鉛直方向に延在する面を立設し、該面に押圧されるとともにかご内部から延在する軸の一端に枢支される回転体をモータで駆動し、人、物を積載するかごを昇降せしめるよう構成したものである請求項１に記載のエレベータである。

本発明の本質安全設計に基づくエレベータは、カウンタウエイト、定荷重ばねといった受動素子で主要部が構成され、かごの昇降は、定荷重ばねによってカウンタウエイトの重さの方が（人＋荷物＋かご）の重さよりもたとえば５ｋｇ大きいといった僅かにアンバランスに設定された状態の下で、２０Ｗ〜６０Ｗといった小容量のモータでなされる。而して、突然の停電に際しても人、物を積載するかごは僅かにアンバランスに設定されたカウンタウエイトによって上の階に上昇して機械的制動手段によって静かに停止し、機械的にドアを開き安全に外部に出ることができる。また、落雷等に起因する電気ノイズによる制御トラブルに起因する暴走や異常停止を生じることもない。

また、万一、定荷重ばねが破断した場合でも、カウンタウエイトの重量を（かご＋人或いは荷物）の重量よりも重く設定して置くことによって、かごは落下することなく上昇しバンパーの作動と相俟って系は安全側に移行する。このように、本発明のホームエレベータは本質的安全設計に基づいている。また、定荷重ばねのトルク設定をモータ及びウォーム減速機によって行うことならびにかごの昇降を２０Ｗ〜６０Ｗといった小容量のモータで行うのみであるから電力消費量がきわめて小さい。

さらに、地震の発生等に起因する突然の停電に際しても、かごの昇降を手動で簡単に行えるからかごの昇降動作を継続し得て所望の階に行くことができ、この面からも人がかごの中に閉じ込められることがない。

本発明は、エレベータたとえばホームエレベータを設計するに際して、突然の停電に際してもかごの中に人が閉じ込められるといった事態を招くことなくまた、かごが落下するといったことがない、本質的に安全なものをつくることを大前提としている。本発明のエレベータは、定員は２名程度で、１階と２階乃至３階間を移動することを念頭においている。以下、本発明をその好ましい実施例に則して説明する。

図１乃至図３に、本発明の一実施例に係るエレベータを示す。図１において、１はかごであって、人や荷物を搭載する。２はカウンタウエイトであり、本発明においては、（人或いは荷物＋かご）の重さよりも重く設定されている。３は定荷重ばねであって、図示しないモータによって駆動される減速機４によって巻回、巻き解きがなされる。この定荷重ばねによって、（人＋荷物＋かご１）の重さとカウンタウエイト３の重さの関係において、カウンタウエイトの重さが僅かに、たとえば５ｋｇ重くなるように設定される。即ち、ウォームギア減速機４を介してモータの回転により、定荷重ばね３のトルクを調節して図１に示す定荷重ばね３とかご１の下面間の索条３の引っ張り力Ｆを調整して、（人或いは荷物＋かご）の重さとカウンタウエイト３の重さの関係を設定する。

５は滑車であり、索条（ワイヤ）６が巻回されかご１とカウンタウエイト２を変位自在に連結している。カウンタウエイトの重さを、設計段階で種々変更することは勿論可能である。かご１とカウンタウエイト２を変位自在に連結している索条（ワイヤ）６は、１本でも耐えることができるものを３本用いている。１本では劣化によって切断することがある。３本にしておいて、若し１本が切断した場合でも２本の状態にしておき、如何なる場合も索条（ワイヤ）６が１本という状況をつくらないようにしている。

図２に、本発明で用いる定荷重ばねを示す。図２に示すように、内部に渦巻き状にぜんまいばね１１が入っており、このぜんまいばね１１に直結された軸に円錐状ドラムＤが固定されている。このドラムＤの外周面にワイヤ６を巻回、巻き解きするための索溝が螺旋状に彫設されている。図１に示す、モータによって駆動されるウォームギア減速機４による初期巻きによって荷重を設定すると、ぜんまいがある程度巻かれる。ワイヤ６を引き出すことによってぜんまいばね１１はさらに巻かれてトルクが大きくなる。

ワイヤ６にかかる力をＦ、ワイヤ６の引き出し位置でのドラムＤ断面半径をｒ、発生するトルクをＴとすると、Ｔ＝ｒ×Ｆとなる。而して、ドラムＤの軸から、ワイヤ６がドラムＤから引き出されてドラムＤから離れる点までの距離が最適値になるようにドラムＤの傾斜を設定することによってほぼ定荷重を実現できる。しかし、ぜんまいばねの力は厳密には線形ではないので、全体の巻き数のうち線形とみなせる２０％〜８０％の間を使用している。モータによって駆動されるウォームギア減速機４による巻回によって一定荷重範囲内で設定荷重を調節できる。

定荷重ばねは、以下のような特長をもっている。
１）ロックが解除されたら、ばねの弾性力のみで動く。
２）初期巻きの変更によって、簡単に力制御を行うことができる。
３）省エネルギーである。

図３に、本発明の本質安全型ホームエレベータにおけるかごの昇降用駆動系を示す。図３において、１はかご、５は滑車、６は索条、１７はモータ、１８は減速機、１９はクラッチである。クラッチ１９は、この実施例においては、アクティブクラッチであり、電源が切れると負荷との接続が断たれる。２１はピニオンギア、２２はラックギア、２６は軸である。而して、モータ１７、減速機１８、クラッチ１９からなる駆動系によってピニオンギア２１が回転せしめられ、ピニオンギア２１とラックギア２２の噛み合いによってかご１が昇降せしめられる。モータ１７としては、バッテリーを電源とする直流モータを用いることもできるが、交流同期電動機が好ましい。交流同期電動機は、負荷の如何にかかわらず回転数が一定であり、かご１の昇降速度が変化しない点で好ましい。モータ１７の容量は、２０Ｗ〜６０Ｗ程度の範囲である。

２０は手動用スプロケットホイールであって、モータの電源が停電等によって断たれたときに、手回し用スプロケットホイール２３を手回し用クランク２５を人手で回すことによってチェーン２４を介して軸２６に枢支されているピニオン２１を回転させてかご１を下降させる。

この実施例の本質安全型ホームエレベータの動作を説明する。カウンタウエイト２の重さは、これを（人＋荷物＋かご）の重さよりも重くしておく。カウンタウエイト２の重さと（人＋荷物＋かご）の重さを考慮して、モータの回転によりウォームギア減速機４を介して定荷重ばね３の設定トルクを調節し、カウンタウエイト２の重さを（人＋荷物＋かご）の重さよりも僅かに、たとえば５ｋｇ大きくする。その状態で、図３に示すモータ１７を回転させ、かご１を昇降させる。かご１はカウンタウエイト２の重さによって上昇するから、モータ１７には逆トルクが入力される。而して、かご１を下降させるときには、カウンタウエイト２の方が（人＋荷物＋かご）の重さよりもたとえば５ｋｇ重く設定されているから、（人＋荷物＋かご）の重さがたとえば５ｋｇ重くなるようにモータ１７の回転トルクを与えかご１を下降させる。

かご１の昇降動作中に停電となったときには、クラッチ１９が切れてモータ１７による駆動が断たれ、カウンタウエイト２と定荷重ばね３の設定荷重のアンバランス量に従ってかご１は上昇する。かご１の昇降動作中に停電となったときには、かご１はカウンタウエイト２によって最上階へ移動するが、最上階から所望の下層階に行きたい場合は、図３に示す手回しクランク２５によって手回し用スプロケットホイール２３を回転させ、チェーン２４を介して手動用スプロケットホイール２０を回転させて軸２６に枢支されているピニオン２１を回転せしめ、かご１を下降させる。

実施例１におけるラック２２に代えて、表裏に粗面をもつ板状体をかご１の昇降空間を形成する架構に立設し、ピニオン２１に代えて大きな摩擦係数を有する一対のタイヤを、前記表裏に粗面をもつ板状体を一対のタイヤ間に張設された引張りばねによって挟圧する如く配設し、タイヤの一方を回転自在とし、他方のタイヤをモータ１７、減速機１８、クラッチ１９からなる駆動系によって回転駆動し、かご１を昇降させる構成とした。その余の構成および動作は、実施例１におけると同様である。

モータ１７、減速機１８、クラッチ１９からなる駆動系をかご１の昇降空間の下方に固設し、ピニオンギア２１に代えて索条巻回、巻き解き用滑車とし、一方、索条の一端をかご１の下端に連結し、索条の巻き込み、巻き解きによってかご１を昇降せしめるよう構成した。

本発明を実施例によって説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、モータ１７、減速機１８、クラッチ１９からなる駆動系によって駆動される種々のかご１の昇降手段を採ることができる。また、かごを昇降させる駆動機構として、流体圧シリンダや電動シリンダ等を用いることもできる。

本発明の一実施例に係る本質安全型ホームエレベータの基本構造を示す模式図 本発明の一実施例に係る本質安全型ホームエレベータに用いる定荷重ばねの構造を示す模式図 本発明の一実施例に係る本質安全型ホームエレベータの構造を示す模式図

符号の説明

１ かご
２ カウンタウエイト
３ 定荷重ばね
４ ウォームギア減速機
５ 滑車
６ 索条（ワイヤ）
１１ ぜんまいばね
１７ モータ
１８ 減速機
１９ クラッチ
２０ 手動用スプロケットホイール
２１ ピニオンギア
２２ ラックギア
２３ 手回し用スプロケットホイール
２４ チェーン
２５ 手回し用クランク
２６ 軸
Ｄ ドラム
Ｆ 力

Claims (3)

1. 人、物を積載するかごと、滑車に掛け回される索条によって前記かごに連結されるカウンタウエイトと、モータなどの駆動力によって前記人、物を積載するかごとカウンタウエイトの力をバランスさせるか又は僅かにカウンタウエイトの力が大なる如くトルク設定される定荷重ばねと、前記人、物を積載するかごを昇降させる駆動機構とを有してなるエレベータ。
2. 人、物を積載するかごを昇降させる駆動機構が、かごの昇降用空間を形成する架構にラックギアを立設し、該ラックギアに噛合するピニオンギアをかご内部から延在する軸の一端に枢支するとともに前記軸の他端をモータ、変速ギア、クラッチからなる駆動系に接続し、前記モータの回転駆動によって人、物を積載するかごを昇降せしめるよう構成したものである請求項１に記載のエレベータ。
3. 人、物を積載するかごを昇降させる駆動機構が、かごの昇降用空間を形成する架構に鉛直方向に延在する面を立設し、該面に押圧されるとともにかご内部から延在する軸の一端に枢支される回転体をモータで駆動し、人、物を積載するかごを昇降せしめるよう構成したものである請求項１に記載のエレベータ。

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