JP2013160304A - ブレーキシュー姿勢確認装置、及び、それを備えたエレベータ巻上機の電磁ブレーキ装置、並びに、ブレーキシュー姿勢確認方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ブレーキシューの姿勢の変化を確認することができるブレーキシュー姿勢確認装置等の提供。
【解決手段】ブレーキシュー姿勢確認装置５１は、第１対角ひずみゲージ５５及び第２対角ひずみゲージ５７と、薄膜部材６１と、情報伝達手段５９と、演算処理部５３とを備え、情報伝達手段は、第１及び第２対角ひずみゲージの出力値を演算処理部に送り、薄膜部材は、ブレーキ装置のフィールド１１とブレーキシュー７とを架橋するように設けられ、第１及び第２対角ひずみゲージは、薄膜部材の面上の二つの仮想線に沿って薄膜部材に設けられ、二つの仮想線は、共にブレーキシューの動作方向と傾斜し且つ相互に交差するものであり、演算処理部は、第１及び第２対角ひずみゲージの出力値の差を演算することでブレーキシューの姿勢を確認する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ブレーキシュー姿勢確認装置、及び、それを備えたエレベータ巻上機の電磁ブレーキ装置、並びに、ブレーキシュー姿勢確認方法に関するものである。

特許文献１には、電磁ブレーキにおける異常検出装置が開示されている。かかる装置では、ブレーキドラムに圧接するブレーキライニングとブレーキアームとの間に、バックプレートを配置しておき、そのバックプレートにひずみゲージを貼付しておく。そして、ひずみゲージによりブレーキライニングとブレーキドラムとの間の圧力に関する状況を検出し、その検出結果と、ブレーキ指令を行う制御装置の指令状況とを比較することで、ブレーキの動作状態の異常を検出する。

特開２０１０−２７５０２３号公報

しかしながら、ブレーキ装置では、ブレーキシューが傾いたまま、制動動作と解放動作とが繰り返されると、ブレーキシューの往復運動を案内しているガイドとブレーキシューとの間でかじりが発生し、ブレーキの動作不良を引き起こす問題がある。これにつき、特許文献１に開示されたような従来の装置では、ブレーキアームが動作しているか否かの動作確認はできるものの、ブレーキシューの姿勢の変化の確認まではできなかった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、ブレーキシューの姿勢の変化を確認することができるブレーキシュー姿勢確認装置等を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するため、本発明のブレーキシュー姿勢確認装置は、ブレーキ装置のブレーキシューの姿勢を確認する装置であって、第１対角ひずみゲージ及び第２対角ひずみゲージと、薄膜部材と、情報伝達手段と、演算処理部とを備え、前記情報伝達手段は、前記第１対角ひずみゲージ及び第２対角ひずみゲージの出力値を前記演算処理部に送るものであり、前記薄膜部材は、前記ブレーキ装置のフィールドと前記ブレーキシューとを架橋するように設けられており、前記第１対角ひずみゲージ及び第２対角ひずみゲージは、前記薄膜部材の面上の二つの仮想線に沿って、該薄膜部材に設けられており、前記二つの仮想線は、共に前記ブレーキシューの動作方向と傾斜し、且つ、相互に交差するものであり、前記演算処理部は、前記第１対角ひずみゲージ及び第２対角ひずみゲージの出力値の差を演算することで前記ブレーキシューの姿勢を確認する。

本発明によれば、ブレーキシューの姿勢の変化を確認することができる。

本発明の実施の形態１に係るエレベータ巻上機の電磁ブレーキ装置及びブレーキシュー姿勢確認装置を示す図である。 実施の形態２に関する図１と同態様の図である。 実施の形態３に関する図１と同態様の図である。 ブレーキシューの姿勢に関する定義を説明する図である。 図４の状態に関するブレーキシューとフィルムの状態を示す図である。 ひずみゲージの配置とひずみ座標とを示す図である。 主ひずみとブレーキパッド摩耗との関係を示すグラフである。

以下、本発明を、エレベータ巻上機の電磁ブレーキ装置に適用した場合の実施の形態について添付図面に基づいて説明する。なお、図中、同一符号は同一又は対応部分を示すものとする。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係るエレベータ巻上機の電磁ブレーキ装置及びブレーキシュー姿勢確認装置を示す図である。まず、電磁ブレーキ装置１は、ブレーキパッド３を備えており、ブレーキパッド３は、エレベータ巻上機の図示しない駆動綱車に連動して回転するロータドラム（制動対象）５の内周面と対面するように設けられている。なお、電磁ブレーキ装置は、図１から了解されるように、中心線Ｙを基準に左右対称に構成されており、以下では、説明を分かり易くするため、片側について行う。

ブレーキパッド３は、対応するブレーキシュー７の先端に支持されている。ブレーキシュー７は、その基部において、対応する可動鉄心９に取り付けられている。また、可動鉄心９の近傍には、フィールド１１が設けられており、このフィールド１１には、電磁コイル１３が設けられている。

ブレーキシュー７は、ロータドラム５の一半径方向（図示例では図１の紙面左右方向）に沿って移動可能に設けられており、図示しないばねの弾性力等の付勢力に起因し、ロータドラム５の内周面に近づく向きに付勢されている。電磁コイル１３の励磁により、可動鉄心９に磁力が作用すると、可動鉄心９がフィールド１１に引き寄せられ、それによって、ブレーキシュー７は、ロータドラム５の内周面から離れる向きに移動される。かかる構成により、通常（電磁コイル１３の励磁時）は、ブレーキパッド３がロータドラム５から離れている解放状態にあり、ブレーキが要求されたとき（電磁コイル１３の消磁時）には、ブレーキパッド３がロータドラム５に押し付けられる制動状態となる。

ブレーキシューの姿勢確認装置５１は、演算処理部５３と、第１対角ひずみゲージ５５及び第２対角ひずみゲージ５７と、情報伝達手段５９と、薄膜部材６１とを備える。

薄膜部材６１は、フィールド１１とブレーキシュー７とを架橋するように、それらフィールド１１とブレーキシュー７とに固定されている。薄膜部材６１の固定方法は、特に限定されないが、例えば、接着やねじ止め等でよい。

薄膜部材６１は、電磁コイル１３の磁場の影響を受けないような薄膜状の部材であれば特に限定されないが、好適な一例を挙げると、非磁性体からなるフィルムを用いることができ、より具体的には、ポリエチレンやポリプロピレン等の樹脂フィルムを用いることができる。なお、フィルムとしては、ブレーキの動作に影響を与えない程度の厚みとし、例えば、０．１〜０．５ｍｍ程度とし、面外せん断が無視できるものがよい。

第１対角ひずみゲージ５５及び第２対角ひずみゲージ５７は、薄膜部材６１に貼り付けられている。好適には、第１対角ひずみゲージ５５及び第２対角ひずみゲージ５７の貼り付け箇所は、薄膜部材６１の固定部分から十分に離れた位置とする。これにより、薄膜部材６１における固定部分でのひずみに関する影響を避けることができる。また、本実施の形態では、第１対角ひずみゲージ５５及び第２対角ひずみゲージ５７の貼り付け箇所は、薄膜部材６１の中心線Ｘから偏倚した位置に設定されている。かかる中心線Ｘは、薄膜部材６１の中心線のうち、ブレーキシュー７が移動する方向に沿って延びるものである。

薄膜部材６１は、十分に薄く低剛性であるため、ブレーキストローク（ブレーキシュー７の移動量）によっては、薄膜部材６１のひずみ量が大きくなることが想定される。そのため、第１対角ひずみゲージ５５及び第２対角ひずみゲージ５７には、必要に応じて、大ひずみ検出用のひずみゲージを用いることも考慮する。

本発明における第１対角ひずみゲージ５５及び第２対角ひずみゲージ５７は、薄膜部材６１の面上に厚み方向に投影的にみて交差する二つの仮想線を観念し、各ひずみゲージが別個の仮想線にあるように配置されている。二つの仮想線は、共にブレーキシュー７の動作方向（中心線Ｘと平行な方向）と傾斜し、且つ、相互に交差するものである。なお、本実施の形態１では、二つの仮想線は、厚み方向に投影的にみて矩形である薄膜部材６１の対角線となる。

演算処理部５３は、情報伝達手段５９を介して、第１対角ひずみゲージ５５及び第２対角ひずみゲージ５７のそれぞれと、情報伝達可能に接続されている。なお、情報伝達手段５９は、概念的なものであり、上記のように情報伝達が可能であれば特に限定されず、例えば、模式的に図示された有線でもよいし、図示は省略する無線態様の情報伝達手段でもよい。

ブレーキシュー姿勢確認方法としては以下のとおりである。上記のように所定角度で交差する異なる仮想線上に第１対角ひずみゲージ５５及び第２対角ひずみゲージ５７を配置し、これら第１対角ひずみゲージ５５及び第２対角ひずみゲージ５７からの検出結果が、演算処理部５３に送られる。演算処理部５３は、第１対角ひずみゲージ５５及び第２対角ひずみゲージ５７の検出値の大小関係を比較することで、ブレーキシュー７の姿勢やその傾きの大きさを確認することができる。

すなわち、まず、ブレーキシューの姿勢を図４の（ａ），（ｂ）に示すように定義した場合、ブレーキシュー７の姿勢が（＋）側に傾いていたならば第１対角ひずみゲージ５５及び第２対角ひずみゲージ５７の一方の出力値が他方の出力値よりも大きくなり、つまり、図５の（ａ）に示すようにε_ｇ１＞ε_ｇ２となり、それをもってブレーキシュー７の姿勢が（＋）側に傾いていることが確認できる。逆に、ブレーキシュー７の姿勢が（−）側に傾いていたならば、第１対角ひずみゲージ５５及び第２対角ひずみゲージ５７の一方の出力値が他方の出力値よりも小さくなり、つまり、図５の（ｂ）に示すようにε_ｇ１＜ε_ｇ２となり、同様に、ブレーキシュー７の姿勢が（−）側に傾いていることが確認できる。また、ひずみゲージの出力の差分値をみることで、ブレーキシュー７の傾きの程度を確認することもできる。

演算処理部５３は、第１対角ひずみゲージ５５及び第２対角ひずみゲージ５７の出力の差分値が所定の閾値を超えた場合には、ブレーキシュー７の挙動異常として判断し、警報等の出力を行う。

以上のように構成された本実施の形態１によれば、複数のひずみゲージの出力値の関係からブレーキシューの姿勢の変化を確認することができ、しかも、その確認は目視によらず、遠隔地においても行うことができる。

実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について説明する。図２は、実施の形態２に関する図１と同態様の図である。実施の形態２は、以下に説明する点を除いては、実施の形態１と同様であるものとする。

本実施の形態２に係るブレーキシューの姿勢確認装置１５１は、演算処理部５３と、第１対角ひずみゲージ５５及び第２対角ひずみゲージ５７と、半径方向ひずみゲージ１５６と、情報伝達手段５９と、薄膜部材６１とを備える。すなわち、実施の形態１の態様にさらに、半径方向ひずみゲージ１５６が追加されて取り付けられている。半径方向ひずみゲージ１５６は、ブレーキシュー７の動作方向に沿って配置されている。

半径方向ひずみゲージ１５６を追加することで、第１対角ひずみゲージ５５及び第２対角ひずみゲージ５７の出力値ε_ｇ１，ε_ｇ２と、半径方向ひずみゲージ１５６の出力値ε_ｇ３との三つの出力値が得られ、以下の方法で、ブレーキシュー７の挙動確認と、さらにブレーキパッド３の磨耗量の確認とが可能となる。

図６は、ひずみゲージの配置とひずみ座標とを示す図であり、図７は、主ひずみとブレーキパッド摩耗との関係を示すグラフである。ブレーキパッド３の磨耗量の算出は、時刻ｔ_０（電磁コイル１３を励磁して吸引時）からｔ_２（電磁コイル１３を消磁して落下時）へブレーキシュー７が移動したことにより、第１対角ひずみゲージ５５及び第２対角ひずみゲージ５７の出力値ε_ｇ１、ε_ｇ２と半径方向ひずみゲージ１５６の出力値ε_ｇ３とが出力される。

第１対角ひずみゲージ５５及び第２対角ひずみゲージ５７の出力値ε_ｇ１、ε_ｇ２を座標変換しε_ｙ、ε_{θ＝４５°}を求める。ε_ｇ３＝ε_ｘとすることで、薄膜部材６１上のひずみ量が確定し、主ひずみε_ｍａｘおよび主ひずみ方向θを求めることができる（図７（ａ）参照）。

ブレーキパッド３が磨耗していない状態の主ひずみ量と、ブレーキをｎ回動作させてブレーキパッド３が磨耗した状態の主ひずみ量との比較で、ブレーキパッド３の磨耗量の算出が可能となる。（図７（ｂ）参照）。

図６の（ａ）から図６の（ｂ）への座標変換は、実配置ひずみ座標系での第１対角ひずみゲージ５５の出力値ε_ｇ１と直行座標ひずみ座標系のＹ軸ひずみε_ｙとの座標変換マトリックスを

とした場合、ε_ｙは、

式（２）として変換される。

同様に、実配置ひずみ座標系での第２対角ひずみゲージ５７の出力値ε_ｇ２と直行座標ひずみ座標系のθ＝４５°軸ひずみε_{θ＝４５°}の座標変換マトリックスを

とした場合、ε_{θ＝４５°}は、

式（４）として変換される。

変換後の各ひずみ量を用いて、以下の式（５）の計算を実施し、主ひずみ量ε_ｍａｘと主ひずみ方向θを決定する。

また、主ひずみ方向は直行座標ひずみ座標系ε_ｘを基準として、以下の式（６）となる。

電磁コイル１３の吸引落下時間（ｔ_０→ｔ_２）に関し、測定時間ｔ_１を設けることでブレーキシュー７のストローク中の姿勢が確認できる。測定時間を増やすことでブレーキシュー７の移動軌跡を確認できる（図７（ｂ）参照）。

ブレーキパッド３の摩耗減少によりブレーキシュー７の移動量が増加し、主ひずみε_ｍａｘが変化する。図７（ｂ）に示されるように下限と上限の領域を設定することで、主ひずみε_ｍａｘから、ブレーキパッド３の減少によるブレーキシュー７の変位増大に起因したブレーキシュー７の挙動の異常検出が可能となる。

このように、ひずみゲージが三個の場合、演算処理部５３は、主ひずみε_ｍａｘと主ひずみ方向θとから、ブレーキシュー７の姿勢の確認を行うことができ、ブレーキシュー７の挙動の異常を判断することができる（図７（ａ）参照）。

よって、本実施の形態２によれば、実施の形態１の作用効果に加え、これまでは、作業員が現地に赴き実測にて確認する方法しかなかったパッド摩耗量の確認を、遠隔地においてもリアルタイムで行うことができる。

実施の形態３．
次に、本発明の実施の形態３について説明する。図３は、実施の形態３に関する図１と同態様の図である。実施の形態３は、以下に説明する点を除いては、実施の形態２と同様であるものとする。

本実施の形態３に係るブレーキシューの姿勢確認装置２５１は、演算処理部５３と、第１直交ひずみゲージ２５５と、第２直交ひずみゲージ２５６と、傾斜ひずみゲージ２５７と、情報伝達手段５９と、薄膜部材６１とを備える。

３つのひずみゲージの配置は、図６の（ｂ）に示した直行座標ひずみ座標系のように行う。すなわち、第２直交ひずみゲージ２５６は、ブレーキシュー７の動作方向に沿って配置し、第１直交ひずみゲージ２５５は、第２直交ひずみゲージ２５６と直交する向きに配置し、傾斜ひずみゲージ２５７は、それら第１直交ひずみゲージ２５５及び第２直交ひずみゲージ２５６と４５度傾いた向きに配置する。

かかるひずみゲージの配置によって、第１直交ひずみゲージ２５５からは、出力値ε_ｙが得られ、傾斜ひずみゲージ２５７からは、出力値ε_{θ＝４５°}が得られ、第２直交ひずみゲージ２５６からは、出力値ε_ｘが得られる。

３つのひずみゲージから得られるε_ｙ，ε_{θ＝４５°}，ε_ｘを用いて、上述した式（５）及び式（６）を実施することで、主ひずみεｍａｘと主ひずみ方向θとが算出でき、実施の形態２と同様、ブレーキシュー７の姿勢と、ブレーキパッド３の摩耗量とが検出することができる。

このように、本実施の形態３によれば、実施の形態２と同様、実施の形態１の作用効果に加え、これまでは、作業員が現地に赴き実測にて確認する方法しかなかったパッド摩耗量の確認を、遠隔地においてもリアルタイムで行うことができる。本実施の形態３では、さらに、実施の形態２では必要であった座標変換を行うことなく、主ひずみεｍａｘと主ひずみ方向θが算出できるため、よりリアルタイムな磨耗検出に有利である。

以上、好ましい実施の形態を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の改変態様を採り得ることは自明である。

１ 電磁ブレーキ装置、３ ブレーキパッド、５ ロータドラム、７ ブレーキシュー、１１ フィールド、５１，１５１，２５１ ブレーキシューの姿勢確認装置、５３ 演算処理部、５５ 第１対角ひずみゲージ、５７ 第２対角ひずみゲージ、５９ 情報伝達手段、６１ 薄膜部材、１５６ 半径方向ひずみゲージ、２５５ 第１直交ひずみゲージ、２５６ 第２直交ひずみゲージ、２５７ 傾斜ひずみゲージ。

Claims (7)

1. ブレーキ装置のブレーキシューの姿勢を確認する装置であって、
   第１対角ひずみゲージ及び第２対角ひずみゲージと、薄膜部材と、情報伝達手段と、演算処理部とを備え、
   前記情報伝達手段は、前記第１対角ひずみゲージ及び第２対角ひずみゲージの出力値を前記演算処理部に送るものであり、
   前記薄膜部材は、前記ブレーキ装置のフィールドと前記ブレーキシューとを架橋するように設けられており、
   前記第１対角ひずみゲージ及び第２対角ひずみゲージは、前記薄膜部材の面上の二つの仮想線に沿って、該薄膜部材に設けられており、
   前記二つの仮想線は、共に前記ブレーキシューの動作方向と傾斜し、且つ、相互に交差するものであり、
   前記演算処理部は、前記第１対角ひずみゲージ及び第２対角ひずみゲージの出力値の差を演算することで前記ブレーキシューの姿勢を確認する、
   ブレーキシュー姿勢確認装置。
2. ブレーキ装置のブレーキシューの姿勢を確認する装置であって、
   第１対角ひずみゲージ及び第２対角ひずみゲージと、半径方向ひずみゲージと、薄膜部材と、情報伝達手段と、演算処理部とを備え、
   前記情報伝達手段は、前記第１対角ひずみゲージ、前記第２対角ひずみゲージ及び前記半径方向ひずみゲージの出力値を前記演算処理部に送るものであり、
   前記薄膜部材は、前記ブレーキ装置のフィールドと前記ブレーキシューとを架橋するように設けられており、
   前記第１対角ひずみゲージ及び第２対角ひずみゲージは、前記薄膜部材の面上の二つの仮想線に沿って、該薄膜部材に設けられており、
   前記二つの仮想線は、共に前記ブレーキシューの動作方向と傾斜し、且つ、相互に交差するものであり、
   前記半径方向ひずみゲージは、前記ブレーキシューの動作方向に沿って配置されており、
   前記演算処理部は、前記第１対角ひずみゲージ、前記第２対角ひずみゲージ及び前記半径方向ひずみゲージによる３つの出力値を座標変換し、前記ブレーキシューの姿勢の確認と該ブレーキシューに設けられたブレーキパッドの磨耗量の検出とを行う、
   ブレーキシュー姿勢確認装置。
3. ブレーキ装置のブレーキシューの姿勢を確認する装置であって、
   第１直交ひずみゲージと、第２直交ひずみゲージと、傾斜ひずみゲージと、薄膜部材と、情報伝達手段と、演算処理部とを備え、
   前記情報伝達手段は、前記第１直交ひずみゲージ、前記第２直交ひずみゲージ及び前記傾斜ひずみゲージの出力値を前記演算処理部に送るものであり、
   前記薄膜部材は、前記ブレーキ装置のフィールドと前記ブレーキシューとを架橋するように設けられており、
   前記第２直交ひずみゲージは、前記ブレーキシューの動作方向に沿って配置されており、
   前記第１直交ひずみゲージは、前記第２直交ひずみゲージと直交する向きに配置されており、
   前記傾斜ひずみゲージは、それら第１直交ひずみゲージ及び第２直交ひずみゲージと４５度傾いた向きに配置されており、
   前記演算処理部は、前記第１直交ひずみゲージ、前記第２直交ひずみゲージ及び前記傾斜ひずみゲージによる３つの出力値から、座標変換することなく前記ブレーキシューの姿勢の確認と該ブレーキシューに設けられたブレーキパッドの磨耗量の検出とを行う、
   ブレーキシュー姿勢確認装置。
4. エレベータ巻上機の電磁ブレーキ装置であって、
   前記エレベータ巻上機の制動対象と対面するように配置されたブレーキパッドと、
   前記ブレーキパッドを支持するブレーキシューと、
   前記ブレーキシューの近傍に位置するフィールドと、
   前記ブレーキシューの姿勢を確認するブレーキシュー姿勢確認装置とを備え、
   前記ブレーキシュー姿勢確認装置は、請求項１乃至３の何れか一項に記載されたものである、
   エレベータ巻上機の電磁ブレーキ装置。
5. ブレーキ装置のフィールドとブレーキシューとを架橋するように薄膜部材を設け、該薄膜部材の面上の二つの仮想線に沿うように第１対角ひずみゲージ及び第２対角ひずみゲージを前記薄膜部材に設け、
   前記二つの仮想線は、共に前記ブレーキシューの動作方向と傾斜し、且つ、相互に交差するものであり、
   前記第１対角ひずみゲージ及び第２対角ひずみゲージの出力値の差を演算することで前記ブレーキシューの姿勢を確認する、
   ブレーキシュー姿勢確認方法。
6. ブレーキ装置のフィールドとブレーキシューとを架橋するように薄膜部材を設け、該薄膜部材に第１対角ひずみゲージと第２対角ひずみゲージと半径方向ひずみゲージとを設け、
   前記第１対角ひずみゲージ及び第２対角ひずみゲージは、前記薄膜部材の面上の二つの仮想線に沿って配置し、且つ、その二つの仮想線は、共に前記ブレーキシューの動作方向と傾斜し、且つ、相互に交差するものであり、
   前記半径方向ひずみゲージは、前記ブレーキシューの動作方向に沿って配置し、
   前記第１対角ひずみゲージ、前記第２対角ひずみゲージ及び前記半径方向ひずみゲージによる３つの出力値を座標変換し、前記ブレーキシューの姿勢の確認と該ブレーキシューに設けられたブレーキパッドの磨耗量の検出とを行う、
   ブレーキシュー姿勢確認方法。
7. ブレーキ装置のフィールドとブレーキシューとを架橋するように薄膜部材を設け、該薄膜部材に第１直交ひずみゲージと第２直交ひずみゲージと傾斜ひずみゲージとを設け、
   前記第２直交ひずみゲージは、前記ブレーキシューの動作方向に沿って配置し、
   前記第１直交ひずみゲージは、前記第２直交ひずみゲージと直交する向きに配置し、
   前記傾斜ひずみゲージは、それら第１直交ひずみゲージ及び第２直交ひずみゲージと４５度傾いた向きに配置し、
   前記第１直交ひずみゲージ、前記第２直交ひずみゲージ及び前記傾斜ひずみゲージによる３つの出力値から、座標変換することなく前記ブレーキシューの姿勢の確認と該ブレーキシューに設けられたブレーキパッドの磨耗量の検出とを行う、
   ブレーキシュー姿勢確認方法。

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