JP2012172829A - エレベーター用油圧緩衝器 - Google Patents

Abstract

【課題】 本願の目的は、エレベーター用油圧緩衝器において、オリフィスを通過する作動油にキャビテーションが発生し、作動油が気液の二相流となった場合においても、油室からの作動油の噴き出しを防止することにある。
【解決手段】エレベータ用油圧緩衝器は、底面にピンロッドが立設しているベースシリンダと、底面にピンロッドが挿通する開口が設けられている中間プランジャと、底面に開口よりも寸法の小さいオリフィスが設けられている上段プランジャと、空気孔を有し、上段プランジャの上方側に取り付けられた中空状のケースとを備えている。上段プランジャには上記ケースと連絡する連通孔がケースの底部側に設けられており、ケースの内側には内部を区切る仕切り板が固定されているものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は油圧緩衝器に関わり、特にエレベーターの昇降路に設置されるエレベーター用油圧緩衝器に関する。

エレベーター用油圧緩衝器は、かごまたは吊り合いおもりが何らかの異常によって昇降路の底部に衝突するとき、かごに加わる衝撃を緩らげる役割を担う。

特許文献１に開示されるエレベーター用油圧緩衝器は、ベースシリンダ、中間プランジャ、上段プランジャ、油室ケース、ピンロッド、復帰ばねを備えている。ベースシリンダには作動油が充填されている。少なくとも１つ設けられる円筒状の中間プランジャは、ベースシリンダに軸方向へ摺動可能に挿入される。上段プランジャは中間プランジャに軸方向へ摺動可能に挿入され、底面部にはオリフィスが設けられている。

油室ケースは上段プランジャが全ストローク圧縮されたときに作動油が流入する油室を形成する。ピンロッドはベースシリンダ内に立設され、上段プランジャのストロークの途中からオリフィスに挿入される。復帰ばねは中間プランジャ及び上段プランジャを無負荷状態の位置に復帰させる。

特許文献２に開示されるエレベーター用油圧緩衝器は、開閉装置と油だめ室を備えている。開閉装置はプランジャの内部から外部に向かう方向を阻止方向とし、且つその阻止機能に所定の漏れ特性が設定されている。油だめ室はシリンダの頂部近傍でシリンダの内部に連通している。これらの機構により外部への作動油の噴き出しを防止している。

ＷＯ２００９／０２８１００ 特開平６−２９８４７０号公報

特許文献１に係るエレベーター用油圧緩衝器は、作動時のかごの速度が速い場合に、オリフィスを通過する作動油の流速が非常に速くなる。これによりオリフィスを通過する作動油内にキャビテーションによる気泡が発生し、作動油の流れは気液が混合した二相流となる。気液の混在する作動油が大気圧に保たれている油室および上段プランジャに流入すると、作動油の油圧は大気圧に至るまで急速に低下する。この急速な圧力低下に伴い、作動油の体積は急速に増し、作動油が油室上部に設けられた空気孔から噴き出す。噴き出しに伴い作動油の量が減少するため、所定の性能を確保するには、エレベーター用油圧緩衝器には、作動の都度、作動油を補充する必要がある。

一方、特許文献２には、エレベーター用油圧緩衝器における作動油の噴き出しを防止する技術が開示されている。プランジャに設ける孔には、空気は通過できるが作動油は通過できないような漏れ特性が設定されている。すなわち、プランジャ内の作動油が完全な液状である場合は、作動油はプランジャに設ける孔を通過できないため、プランジャ外に噴き出すことはない。

しかし、オリフィスを通過する作動油にキャビテーションが発生し、作動油が気液の混合した状態となった場合には、プランジャに設けた開閉装置によって作動油の噴き出しを阻止することはできない。すなわち、作動油にキャビテーションが発生するような作動条件における、作動油の噴き出しは防止できない。

本願の目的は、エレベーター用油圧緩衝器において、オリフィスを通過する作動油にキャビテーションが発生し、作動油が気液の二相流となった場合においても、油室からの作動油の噴き出しを防止することにある。

本願に係るエレベータ用油圧緩衝器は、底面にピンロッドが立設しているベースシリンダと、底面にピンロッドが挿通する開口が設けられている中間プランジャと、底面に開口よりも寸法の小さいオリフィスが設けられている上段プランジャと、空気孔を有し、上段プランジャの上方側に取り付けられた中空状のケースとを備えていて、上段プランジャには上記ケースと連絡する連通孔がケースの底部側に設けられており、ケースの内側には内部を区切る仕切り板が固定されているものである。

気液が混合した二相流となった作動油の油室内表面の進行経路が長くなることで、作動油の気液が分離され、作動油よりも軽い空気のみが空気孔に到達でき、作動油は空気孔に到達しなくなり、作動油が空気孔から噴き出すことを防ぐことができる。

実施の形態１に係るエレベータ用油圧緩衝器を示す図であり、負荷がかけられていない状態に対応する断面図である。 復帰ばねの第１の形態を示す図である。 実施の形態１に係るエレベータ用油圧緩衝器を示す図であり、完全に圧縮された状態に対応する断面図である。 復帰ばねの第２の形態を示す図である。 実施の形態２に係るエレベータ用油圧緩衝器を示す図であり、負荷がかけられていない状態に対応する断面図である。 実施の形態２に係るエレベータ用油圧緩衝器を示す図であり、完全に圧縮された状態に対応する断面図である。 実施の形態３に係るエレベータ用油圧緩衝器を示す図であり、負荷がかけられていない状態に対応する断面図である。 実施の形態３に係るエレベータ用油圧緩衝器を示す図であり、完全に圧縮された状態に対応する断面図である。

実施の形態１．
実施の形態１に係るエレベータ用油圧緩衝器を図に基づいて説明する。図１はエレベータ用油圧緩衝器の断面を示している。エレベータ用油圧緩衝器１００は、かご及び釣合おもり等の昇降体が昇降する昇降路に設置されており、負荷がかけられていない状態（作動していない状態）にある。エレベータ用油圧緩衝器１００は、ベースシリンダ１、ピンロッド２、中間プランジャ３、上段プランジャ４、作動油１０、油室ケース１１から構成されている。

ベースシリンダ１は、昇降路の底部にアンカボルト等により垂直に固定されている。ベースシリンダ１は、円筒状のベースシリンダ本体１ａと、ベースシリンダ本体１ａの下端の開口を塞ぐベースシリンダ底面部１ｂと、ベースシリンダ本体１ａの上端部から内径側に突出したベースシリンダ係合部１ｃと、ベースシリンダ係合部１ｃの内周に配置される円筒状の第１のスライドブッシュ１ｄとで構成される。ベースシリンダ底面部１ｂには、ピンロッド２が垂直に固定されている。

ベースシリンダ１の上端部には、ベースシリンダ１よりも小径の中間プランジャ３が挿入されている。中間プランジャ３は、円筒状の中間プランジャ本体３ａと、中間プランジャ本体３ａの下端部から外径側に突出した中間プランジャ抜け止め部３ｂと、中間プランジャ本体３ａの下端部から内径側に突出したストッパ部３ｃと、中間プランジャ本体３ａの上端部から内径側に突出した中間プランジャ係合部３ｄと、中間プランジャ係合部３ｄの内周に配置された円筒状の第２のスライドブッシュ３ｅとで構成される。

中間プランジャ本体３ａは、第１のスライドブッシュ１ｄの内周面に沿って上下に摺動可能である。このため、中間プランジャ本体３ａの外周面、即ち第１のスライドブッシュ１ｄに対する摺動面は、滑らかに機械加工されている。これに対して、中間プランジャ抜け止め部３ｂの外周面とベースシリンダ１の内周面との間には隙間が設けられているため、中間プランジャ抜け止め部３ｂの外周面及びベースシリンダ１の内周面には特別な機械加工を施す必要はない。

中間プランジャ３の上端部には、中間プランジャ３よりも少径の上段プランジャ４が挿入されている。上段プランジャ４は、円筒状の上段プランジャ本体４ａと、上段プランジャ本体４ａの下端部に設けられた上段プランジャ底面部４ｂと、上段プランジャ本体４ａの上端の開口を塞ぐ上段プランジャ上面部４ｃと、プランジャ上面部４ｃの上面に固定された弾性体４ｄと、上段プランジャ本体４ａの外周面よりも外径側へ突出した上段プランジャ抜け止め部４ｅとで構成される。

上段プランジャ本体４ａは、第２のスライドブッシュ３ｅの内周面に沿って上下に摺動可能である。このため、上段プランジャ本体４ａの外周面、即ち第２のスライドブッシュ３ｅに対する摺動面は、滑らかに機械加工されている。上段プランジャ抜け止め部４ｅの外周面と中間プランジャ３の内周面との間には隙間が設けられているため、上段プランジャ抜け止め部４ｅの外周面及び中間プランジャ３の内周面には特別な機械加工を施す必要はない。エレベーター用油圧緩衝器１００が圧縮され、上段プランジャ４が下降すると、ストロークの途中から上段プランジャ抜け止め部４ｅの下面がストッパ部３ｃに当接する。

上段プランジャ底面部４ｂの外周部には、上段プランジャ抜け止め部４ｅが設けられている。上段プランジャ底面部４ｂの中央には、オリフィス（開口部）４ｆが設けられている。エレベーター用油圧緩衝器１００が圧縮され、上段プランジャ４が下降すると、ストロークの途中からピンロッド２がオリフィス４ｆに挿入される。上段プランジャ４には、上段プランジャ室７と油室１２の最下部を連通する連通孔４ｇが設けられている。

負荷がかけられていない状態においては、ベースシリンダ１の内側にベースシリンダ室５が形成され、中間プランジャ３の内側に中間プランジャ室６が形成され、上段プランジャ４の内側に上段プランジャ室７が形成される。また、負荷がかけられていない状態では、作動油１０は、ベースシリンダ室５及び中間プランジャ室６を満たす。負荷がかけられていない状態における作動油１０の油面は、オリフィス４ｆよりも上方に位置している。

上段プランジャ４の外周部には、上段プランジャ４の上側を囲繞するように油室ケース１１が固定されている。油室ケース１１は、エレベーター用油圧緩衝器１００の圧縮時に作動油１０を収容する油室１２を形成する。油室ケース１１の内側には仕切り板１４が固定されている。仕切り板１４は上段プランジャ４の外周を取り巻いており、螺旋状に油室ケース１１の底部から上部まで延びている。

油室ケース１１には、油室１２の最上部と油室ケース１１の外とを連通する油室ケース空気孔１１ａが設けられている。油室ケース１１は、上段プランジャ４が全ストロークを圧縮されても中間プランジャ３に当接しないように、上段プランジャ４の上端部近傍に配置されている。即ち、上段プランジャ４の油室ケース１１が取り付けられている部分は、エレベーター用油圧緩衝器１００が完全に圧縮された場合でも、中間プランジャ３から上方へ突出している。

図１には示していないがエレベーター用油圧緩衝器１００には復帰ばねが装着されている。図２は復帰ばねの形態を示す図で、見やすくするため差動油の図示を省略している。上段プランジャ底面部４ｂおよび中間プランジャ抜け止め部３ｂの下面にはばね受けが固定されている。中間プランジャ３には復帰ばね２０ａが、ベースシリンダ１には復帰ばね２０ｂがそれぞれ設けられている。復帰ばね２０ａ、２０ｂとしては、例えばコイルばねが用いられる。エレベーター用油圧緩衝器１００が負荷をかけられることによって圧縮された状態から負荷を取り除かれると、復帰ばね２０ａ、２０ｂの復元力によって各プランジャが押し上げられ、図１の状態で保持される。

ピンロッド２は、上端面から下方へ向けて（ベースシリンダ底面部１ｂへ向けて）断面が徐々に大きくなるようなテーパ部２ａを有している。ストッパ部３ｃにはオリフィス（開口部）３ｆが開口されている。ピンロッド２はオリフィス３ｆをスムーズに貫通することができる。テーパ部２ａの傾斜角の設計により、エレベーター用油圧緩衝器１００の緩衝性能を決めることができる。例えば特許文献１に示される考えに基づきテーパ部２ａを設計する。オリフィス３ｆはオリフィス４ｆよりも大径である。

図３は、エレベーター用油圧緩衝器が完全に圧縮された状態（作動した状態）を示す。油室ケース空気孔１１ａは、エレベーター用油圧緩衝器１００が完全に圧縮されたときにも油面が到達しない高さに設けられている。連通孔４ｇの面積は、オリフィス４ｆよりも十分に大きく、エレベーター用油圧緩衝器１００の緩衝性能に与える影響は少ない。

エレベーター用油圧緩衝器１００が圧縮されると、まず上段プランジャ４が降下し、上段プランジャ底面部４ｂが中間プランジャ３のストッパ部３ｃに到達すると、上段プランジャ４と中間プランジャ３がともに下降する。各プランジャの下降にともない、中間プランジャ室６およびベースシリンダ室５の作動油１０がオリフィス４ｆを通過して、上段プランジャ室７に押し出される。上段プランジャ４の降下にともない、ピンロッド２のテーパ部２ａがオリフィス４ｆに挿入され、オリフィス４ｆの有効面積が狭められていく。

次に、エレベーター用油圧緩衝器が作動したときの作動油１０の動きについて説明する。まず作動油１０は、オリフィス４ｆを通過し、上段プランジャ室７に流入する。エレベーター用油圧緩衝器１００の作動速度が高い場合は、オリフィス４ｆを通過する時の作動油１０の流速が速く、作動油１０にキャビテーションが発生し、作動油１０は気液が混合した二相流となる。次に二相流となった作動油１０は連通孔４ｇを通過して、油室１２に流入する。ここで油室１２は、油室ケース１１の外部とを連通する油室ケース空気孔１１ａが設けられているため、大気圧に保たれている。油室１２に流入した二相流の作動油１０は、圧力の急激な低下により体積が減少する。

実施の形態１に係る油室ケース１１は、内部を螺旋構造とし、連通孔４ｇから油室ケース空気孔１１ａまでの経路が長いことが特徴である。気液が混合した二相流を壁面に沿って進行させると、壁面に沿って液膜が形成され、気相と液相が分離される現象が一般的に知られている。この特性を活用し、連通孔４ｇから油室ケース空気孔１１ａまでの経路において、壁面の進行距離を増やすことで気液の分離を実現している。分離された重い液相は油室１２に溜まり、軽い気相のみが油室ケース空気孔１１ａから外部に排気される。

なお、より多くの作動油１０が壁面に沿って進行するためには、油室１２の内壁に直角に当るように連通孔４ｇの向きを決めるのが望ましい。このようなエレベーター用油圧緩衝器１００では、油室内で作動油の気液を分離することによって、作動油の噴き出しを防ぐことができる。油室の限られた体積の中で、気液が混合した二相流となった作動油の油室内表面の進行経路を有効に長くとることができるので、作動油の気液を分離するために油室ケースが大型なものになることを防ぐことができる。

定期点検などではエレベーター用油圧緩衝器の動作確認を毎度行なう。油圧緩衝器から作動油の噴き出しが生じる構造であれば、定期点検のたびに作動油補充の作業が発生する。本願に係るエレベーター用油圧緩衝器１００によれば、作動油の噴き出しが抑制されるため保守管理者の作業負荷を低減することができる。

復帰ばねの別の形態を図４に示す。図２に示した形態では復帰ばねを各プランジャ毎に装着していたが、ここでは上段プランジャとベースシリンダの間に一本の復帰ばね２０を装着している。復帰ばね２０は上段プランジャ４と中段プランジャ３の両方を復帰させる。こうすることで、各プランジャを小径にでき、軽量化を図れるメリットがある。

実施の形態２．
実施の形態２に係るエレベータ用油圧緩衝器１００を図５と図６に基づいて説明する。図５は負荷がかけられていない状態（作動していない状態）にある実施の形態２に係るエレベータ用油圧緩衝器の断面図である。図６は、完全に圧縮された状態（作動した状態）にある実施の形態２に係るエレベータ用油圧緩衝器の断面図である。なお、図５と図６において、図１〜図４と同一の要素には同一符号を付し、説明を省略する。

実施の形態２に係る油室１２には、複数枚の仕切り板１３が間隔をあけて固定されている。仕切り板１３には開口１３ａが設けられている。開口１３ａは上側の仕切り板と下側の仕切り板で同じ場所に重ならないように例えば千鳥に配置されている。図の例では、３枚の仕切り板１３が油室ケース１１の内側に固定されている。

実施の形態２に係る油室１２は、仕切り板１３によって内部を直列につながれた複数の小室に分割されていることが特徴である。オリフィス４ｆの通過により、気液が混合した二相流となった作動油１０は、連通孔４ｇを通過して、油室１２に設けられた最初の小室に流入する。最初の小室が二相流となった作動油１０によって満たされると、作動油１０は次の小室に流入する。次の小室も作動油１０によって満たされると、作動油１０はさらに次の小室に流入する。

この動作を繰返すたびに、作動油１０の圧力は段階的に下げられていくことになる。すなわち、作動油１０が油室１２を満たす過程において、作動油１０の圧力が段階的に下げられていくことにより、作動油１０の膨張を防ぐことができる。これにより、作動油１０にキャビテーションが発生した場合においても、作動油１０の膨張を防止し、作動油の噴き出しを防ぐことができる。

実施の形態３．
実施の形態３に係るエレベータ用油圧緩衝器１００を図７と図８に基づいて説明する。図７は負荷がかけられていない状態（作動していない状態）にある実施の形態３に係るエレベータ用油圧緩衝器の断面図である。図８は、完全に圧縮された状態（作動した状態）にある実施の形態３に係るエレベータ用油圧緩衝器の断面図である。なお、図７と図８において、図１〜図４と同一の要素には同一符号を付し、説明を省略する。

実施の形態３に係る油室１２には、複数枚の仕切り板１５ａと仕切り板１５ｂが互い違いに配設されている。仕切り板１５ａの直径は仕切り板１５ｂの直径よりも大きい。仕切り板１５ａの外周部は油室ケース１１の内周側に固定されている。仕切り板１５ｂの内周部は上段プランジャ４の外周に固定されている。仕切り板１５ａの内周部と上段プランジャ４の外周との間には隙間が設けられている。仕切り板１５ｂの外周部と油室ケース１１の内側との間にも隙間が設けられている。

実施の形態３に係る油室１２は、仕切り板１５ａと仕切り板１５ｂによって内部を直列につながれた複数の小室に分割されている。オリフィス４ｆの通過により、気液が混合した二相流となった作動油１０は、連通孔４ｇを通過して、油室１２に設けられた最初の小室に流入する。最初の小室が二相流となった作動油１０によって満たされると、作動油１０は次の小室に流入する。次の小室も作動油１０によって満たされると、作動油１０はさらに次の小室に流入する。

この動作を繰返すたびに、作動油１０の圧力は段階的に下げられていくことになる。すなわち、作動油１０が油室１２を満たす過程において、作動油１０の圧力が段階的に下げられていくことにより、作動油１０の膨張を防ぐことができる。これにより、作動油１０にキャビテーションが発生した場合においても、作動油１０の膨張を防止し、作動油の噴き出しを防ぐことができる。

１ ベースシリンダ、２ ピンロッド、３ 中間プランジャ、４ 上段プランジャ、４ｆ オリフィス、４ｇ 連通孔、５ ベースシリンダ室、６ 中間プランジャ室、７ 上段プランジャ室、１０ 作動油、１１ 油室ケース、１１ａ 油室ケース空気孔、１２ 油室、１３ 仕切り板、１４ 仕切り板、１５ 仕切り板

Claims (4)

1. 底面にピンロッドが立設しているベースシリンダと、
   底面に前記ピンロッドが挿通する開口が設けられている中間プランジャと、
   底面に前記開口よりも寸法の小さいオリフィスが設けられている上段プランジャと、
   空気孔を有し、上段プランジャの上方側に取り付けられた中空状のケースとを備えていて、
   上段プランジャには上記ケースと連絡する連通孔がケースの底部側に設けられており、上記ケースの内側には内部を区切る仕切り板が固定されていることを特徴とするエレベータ用油圧緩衝器。
2. 仕切り板はケースの下部から上部にまで螺旋状に延在していることを特徴とする請求項１に記載のエレベータ用油圧緩衝器。
3. 仕切り板は、開口を有する複数枚の板で構成されていることを特徴とする請求項１に記載のエレベータ用油圧緩衝器。
4. 仕切り板は、外周側はケースの内側と密接し内周径が上段プランジャの外径よりも大きい第１の仕切り板と、外周径がケースの内径よりも小さく内周側は上段プランジャの外側と密接する第２の仕切り板から構成されていることを特徴とするエレベータ用油圧緩衝器。

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