JP2015101438A - エレベーターのブレーキ装置およびエレベーターシステム - Google Patents

Abstract

【課題】緊急停止時に動作速度が速い空気圧を用いたエレベーターのブレーキ装置を提供すること。
【解決手段】巻上機のブレーキディスクを挟み込む一対のブレーキシューと、ブレーキディスクを挟み込む方向に一対のブレーキシューを押し付ける押付ばねと、圧縮空気を流入して押付ばねの押し付け力を解除する空気圧シリンダーおよびプランジャと、空気圧シリンダーに流入された圧縮空気を大気中に排出する減圧弁と、空気圧シリンダーに流入された圧縮空気を減圧弁が排出するよりも短時間で排出する急速排気弁とを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、異常走行時にかごを緊急停止させるエレベーターのブレーキ装置に関するものである。

エレベーターのブレーキにおいては、ブレーキばねによってブレーキシューをブレーキ車に押し付けて制動力を印加する。ブレーキを開放するときには、ブレーキばねに抗してブレーキシューをブレーキ車から開離して制動力を解除するために電磁石を用いている。しかしながら、高層ビル用のエレベーターなどではエレベーターを駆動する巻上機が大型化し、ブレーキばねも強力なものが必要となるため、制動力を解除する手段として強力なものが必要となり、油圧または空気圧を用いられることがある。（例えば特許文献１参照）

特開２０１０−２４０１４号公報

従来の空気圧を用いたブレーキを備えたエレベーター装置では、ブレーキを動作させるときにはピストンとシリンダー間に注入された空気圧を圧力源に戻す必要があり、緊急停止をさせようとしたときに動作速度が遅いという問題があった。

本発明は前記のような問題を解決するためになされたもので、緊急停止時に動作速度が速い空気圧を用いたエレベーターのブレーキ装置を提供することを目的としている。

本発明によるエレベーター装置は、巻上機のブレーキディスクを挟み込む一対のブレーキシューと、ブレーキディスクを挟み込む方向に一対のブレーキシューを押し付ける押付ばねと、圧縮空気を流入して押付ばねの押し付け力を解除する空気圧シリンダーおよびプランジャと、空気圧シリンダーに流入された圧縮空気を大気中に排出する減圧弁と、空気圧シリンダーに流入された圧縮空気を減圧弁が排出するよりも短時間で排出する急速排気弁とを備え、空気圧シリンダーが一対のブレーキシューの一方と連結され、プランジャが一対のブレーキシューの他方と連結されているものである。

本発明によれば、巻上機のブレーキディスクを挟み込む一対のブレーキシューと、ブレーキディスクを挟み込む方向に一対のブレーキシューを押し付ける押付ばねと、圧縮空気を流入して押付ばねの押し付け力を解除する空気圧シリンダーおよびプランジャと、空気圧シリンダーに流入された圧縮空気を大気中に排出する減圧弁と、空気圧シリンダーに流入された圧縮空気を減圧弁が排出するよりも短時間で排出する急速排気弁とを備え、空気圧シリンダーが一対のブレーキシューの一方と連結され、プランジャが一対のブレーキシューの他方と連結されているので、緊急停止時に動作速度が速い空気圧を用いたブレーキを簡単な構造で実現することができる。

本発明の実施の形態１によるエレベーターシステムの構成図である。 本発明の実施の形態１による巻上機の断面図である。 本発明の実施の形態１によるブレーキ装置の構成図である。 本発明の実施の形態１によるブレーキ装置の構成図である。 本発明の実施の形態１によるブレーキ装置における空気の流れを説明する図である。 本発明の実施の形態１によるブレーキ装置における空気の流れを説明する図である。 本発明の実施の形態１によるブレーキ装置における空気の流れを説明する図である。 本発明の実施の形態１によるブレーキ装置における空気圧シリンダーの空気圧の変化を示す図である。 本発明の実施の形態１によるブレーキ装置において減圧弁を用いたときの空気圧シリンダーの空気圧の変化を示す図である。 本発明の実施の形態１によるブレーキ装置において圧力制御弁を用いたときの空気圧シリンダーの空気圧の変化を示す図である。 本発明の実施の形態１によるブレーキ装置において圧力制御弁を用いたときの空気圧シリンダーの空気圧の変化を示す図である。 本発明の実施の形態１によるブレーキ装置における急速排気弁の接続例を示す図である。 本発明の実施の形態１によるブレーキ装置における急速排気弁の接続例を示す図である。 本発明の実施の形態２によるブレーキ装置の構成図である。 本発明の実施の形態２によるブレーキ装置の構成図である。

実施の形態１
図１は、本発明の実施の形態１によるブレーキ装置を備えたエレベーターシステムの一例を示したものである。本発明の実施の形態１によるブレーキ装置を備えたエレベーターシステムは、昇降路１の上部に機械室２が設けられている。機械室２には、駆動綱車３を有する巻上機４と、そらせ車５と、エレベーターの運転を制御する制御盤６とが設けられている。そらせ車５は、駆動綱車３から距離をおいて設置されている。昇降路１には、かご７およびおもり８が上下方向へ移動可能に設けられている。

駆動綱車３およびそらせ車５には、かご７およびおもり８をつり下げる懸吊体９が巻き掛けられている。懸架体９としては、例えば、ロープやベルトなどが用いられる。駆動綱車３は巻上機４のモータ駆動力によって回転され、かご７およびおもり８は駆動綱車３の回転により昇降路１の内部を上下方向に移動する。巻上機４には、かご７を停止するために駆動綱車３の回転を抑制するブレーキ装置１０が備えられている。

図２は、本発明の実施の形態１によるブレーキ装置を備えたエレベーターシステムにおける、巻上機４の詳細を示した断面図である。回転軸２１には、ロータ２２、駆動綱車３およびブレーキディスク２３が取り付けられている。ロータ２２とステータ２４の間の電磁力により回転軸２１が回転すると、駆動綱車３とブレーキディスク２３が回転する。ブレーキディスク２３の外周面には、ブレーキ装置１０が設置されている。図２に示した例では、上部と下部の２箇所にブレーキ装置１０が設置されている。

図３および図４は本発明の実施の形態１によるブレーキ装置１０の構成図であり、図３はブレーキ制動時の様子を示しており、図４はブレーキ解放時の様子を示している。

ブレーキ装置１０においては、ブレーキシュー３１ａ、３１ｂによってブレーキディスク２３を両面から挟み込むことにより、ブレーキディスク２３の回転を拘束する。ブレーキレバー３２ａ、３２ｂは回転軸３３を支点として回転する構造であり、ブレーキレバー３２ａの一方の端にはブレーキシュー３１ａが取り付けられており、ブレーキレバー３２ａのもう一方の端には空気圧シリンダー３４が取り付けられている。また、ブレーキレバー３２ｂの一方の端にはブレーキシュー３１ｂが取り付けられており、ブレーキレバー３２ｂのもう一方の端にはプランジャ３５が取り付けられている。ブレーキレバー３２ａにはブレーキの動作状態を検知するブレーキスイッチ３８が設けられている。空気圧シリンダー３４の内部には押付ばね３６が設置されており、押付ばね３６はプランジャ３５を空気圧シリンダー３４の下部へ押し付けている。空気圧シリンダー３４において、押付ばね３６が設置されている反対側に圧縮空気を流入させるための配管３７が接続されている。配管３７には、急速排気弁４３、減圧弁４２および圧縮機４１が接続されている。

図３に示されたブレーキ制動時においては、空気圧シリンダー３４内部の空気は配管３７を通して減圧弁４２から大気中に排出される。その結果、プランジャ３５は押付ばね３６によって図における下方向に押し付けられることになる。この状態では、ブレーキレバー３２ａ、３２ｂは回転軸３３を中心として空気圧シリンダー３４およびプランジャ３５の側で間隔が広げられ、ブレーキレバー３２ａ、３２ｂは回転軸３３を中心として回転することにより、ブレーキシュー３１ａ、３１ｂの間隔が狭まり、ブレーキシュー３１ａ、３１ｂがブレーキディスク２３へ押し付けられる。このとき、ブレーキスイッチ３８は、オフとなる。

図４に示されたブレーキ解放時においては、減圧弁４２が閉じられ、圧縮機４１によって圧縮された空気が配管３７を通して空気圧シリンダー３４に流入する。流入した空気圧は、押付ばね３６の押し付け力に抗してプランジャ３５を押し上げる。これにより、ブレーキレバー３２ａ、３２ｂは回転軸３３を中心として空気圧シリンダー３４およびプランジャ３５の側で間隔が狭められ、ブレーキレバー３２ａ、３２ｂは回転軸３３を中心として回転することにより、ブレーキシュー３１ａ、３１ｂの間隔が広がり、ブレーキシュー３１ａ、３１ｂがブレーキディスク２３から離れることになる。このとき、ブレーキスイッチ３８は、オンとなる。なお、ブレーキ解放時は、配管３７を通して空気圧シリンダー３４に空気圧を流入し続けてもよく、空気圧シリンダー３４の内部の空気圧が一定以上になったときに減圧弁４２を閉じて空気圧シリンダー３４の内部の空気圧が下がらないようにしてもよい。

図５、６、７は本発明の実施の形態１によるブレーキにおける空気の流れを説明するための図である。図５はブレーキ解放時の様子、図６は通常のブレーキ制動時の様子、図７は緊急停止時の様子を、示している。図５、６、７では、図２に示した様に複数のブレーキ装置１０が設置されていることを想定しており、それぞれのブレーキ１０はそれぞれの空気圧シリンダー３４を有している。図５、６、７において、矢印は空気の流れを示しており、破線はそれぞれが配管３７でつながれているが空気が流れていないことを示している。本発明の実施の形態１によるブレーキを備えたエレベーター装置では、通常の運行状態ではかご７が乗り場階で停止する毎に図５および図６に示した状態を繰り返し、エレベーターが異常動作を起こし走行中に緊急停止させるときには図７に示した状態となる。

図５は、ブレーキ解放時の様子を示しており、圧縮機４１は大気から取り込んだ空気を高圧に圧縮する。圧縮機４１によって圧縮された空気は、減圧弁４２および急速排気弁４３を通って、複数設置された空気圧シリンダー３４に供給される。これにより、それぞれのブレーキ１０は、開放状態となる。このように、複数の空気圧シリンダー３４への圧縮空気を１台の圧縮機４１から供給することにより、ブレーキシステム全体を小型化することができる。

図６は、通常のブレーキ制動時の様子を示しており、空気圧シリンダー３４に蓄えられていた圧縮空気は、急速排気弁４３を通って減圧弁４２に送られ、減圧弁４２から大気中に開放される。このように複数の空気圧シリンダー３４からの圧縮空気を１台の減圧弁４２から開放することにより、複数の空気圧シリンダー３４の内部の圧力を１台の減圧弁４２で制御することができ、ブレーキシステム全体を小型化することができる。

図７は、緊急停止時の様子を示しており、空気圧シリンダー３４に蓄えられていた圧縮空気は、急速排気弁４３から大気中に開放される。急速排気弁４３は、減圧弁４２に比べて圧縮空気を大気中に開放する流量が多く、空気圧シリンダー３４の内部の圧力は、急速に低下する。このように複数の空気圧シリンダー３４からの圧縮空気を１台の急速排気弁４３から開放することにより、１台の急速排気弁４３を制御することにより複数の空気圧シリンダー３４の内部の圧力を一度に急激に低下させることができ、ブレーキシステム全体を小型化することができる。

図８は、図６に示された通常のブレーキ制動時と図７に示された緊急停止時のそれぞれの空気圧シリンダー３４の空気圧の変化を示す図である。図８において、実線は通常ブレーキ制動時の空気圧の変化、破線は緊急停止時の空気圧の変化を示している。図８の破線で示されているように、緊急停止時には空気圧シリンダー３４の内部の圧力を短時間で下げる。これにより、ブレーキが高速に動作し、直ちにかご７の走行を抑制することができる。

一方、図８の実線で示された通常のブレーキ制動時には、空気圧シリンダー３４の内部の圧力を緩やかに下げるため、緊急停止時に比べてブレーキが低速で動作する。これにより、ブレーキシュー３１ａ、３１ｂがブレーキディスク２３に衝突する速度を小さくして振動や騒音を小さくすることができるとともに、ブレーキ装置に加わる衝撃荷重を小さくすることによりブレーキ装置を長寿命化することができる。

減圧弁４２を用いた場合、空気圧シリンダー３４の内部の圧力は、所定の圧力または大気圧のどちらかの状態しか保持できないが、減圧弁４２のかわりに圧力制御弁を用いることにより、通常のブレーキ制動時のブレーキ動作をより柔軟に設定することができる。例えば、圧力制御弁の内部に圧力センサを設置してフィードバック制御を行うことにより、空気圧シリンダー３４の内部の圧力を任意の圧力変化にすることができる。図９は、減圧弁４２を用いたときの空気圧シリンダー３４の内部の圧力の変化、図１０、図１１は、圧力制御弁と圧力センサを用いて空気圧シリンダー３４の内部の圧力を制御したときの空気圧シリンダー３４の内部の圧力の変化の様子を示している。減圧弁を用いた図９の例では、ブレーキシュー３１ａ、３１ｂがブレーキディスク２３に一気に接触してそのまま挟み込むが、例えば、圧力制御弁と圧力センサを用いて空気圧シリンダー３４の内部の圧力を制御図１０，図１１に示すように制御すると、ブレーキシュー３１ａ、３１ｂがブレーキディスク２３に接触する直前まで圧力を下げてその圧力が保持され、ブレーキシュー３１ａ、３１ｂがブレーキディスク２３に衝突する直前で停止する。この後に圧力を落とすと、ブレーキ動作速度を遅くすること無く、ブレーキシュー３１ａ、３１ｂがブレーキディスク２３に接触する速度を下げることができる。これにより、ブレーキ装置の寿命をさらに延ばすことができる。

なお、電磁石を用いたブレーキ装置では、ブレーキシュー３１ａ、３１ｂをブレーキディスク２３と接触する位置まで安定して移動させることが困難である。例えば、電磁吸引力が強い場合はブレーキシュー３１ａ、３１ｂを引き戻すこととなり、電磁吸引力が弱い場合はブレーキシュー３１ａ、３１ｂをブレーキディスク２３に押し付けることになり、電磁石に与える電流変化によってどちらかの状態に遷移する不安定な制御しか実現できない。このように、電磁石の電流とブレーキシュー３１ａ、３１ｂの移動距離との関係は非線形であり、所定の位置にブレーキシュー３１ａ、３１ｂを静止保持することが困難である。これに対して、空気圧を用いたブレーキ装置では、圧力を自由に設定できるため所定の位置にブレーキシュー３１ａ、３１ｂを静止保持することが容易に実現できる。また、電磁石を用いて大きな制動力を持ったブレーキ装置を実現しようとすると、１台の電磁石では電磁吸引力を十分に大きくできないため、多数の電磁石を備えたブレーキ装置を並列に配置するなどの方法が必要となり、ブレーキ装置全体が大型化して部品点数が増加するという問題があったが、空気圧を用いたブレーキ装置では、シンプルな構造で十分に大きな圧力を発生させることが可能である。

さらに、油圧を用いたブレーキ装置では、配管を通じて油を移動させるときに時間を要してしまうため、緊急停止時の動作速度が十分に速くできないという問題があったが、空気圧を用いたブレーキ装置では、空気の移動速度が速いため緊急停止時の動作速度を十分に速くすることができる。また、油圧を用いたブレーキ装置では、シリンダーから油を抜くときに容器等に回収しなければならないが、空気圧を用いたブレーキ装置では、空気圧シリンダー３４の内部の空気を大気中に開放するだけでよく、簡単な装置で実現が可能である。

また、空気圧を用いたブレーキ装置では、空気の圧縮性がばね要素として作用するため、ブレーキシュー３１ａ、３１ｂがブレーキディスク２３と接触するときの衝撃を吸収する効果もある。そのため、空気圧を用いたブレーキ装置では、ブレーキシュー３１ａ、３１ｂの位置制御を厳密に行わなくても、大きな衝撃が発生することがない。

なお、本発明の実施の形態１ではブレーキ１０が２つの構成について説明したが、ブレーキ１０が３つ以上であっても同様の効果を得ることができる。

さらに、急速排気弁４３と減圧弁４２の接続関係は、空気圧シリンダー３４の内部の空気圧を下げられるものであればどの様なものでもよく、例えば、図１２に示すように急速排気弁４３を空気圧シリンダーに直接接続してもよいし、図１３に示すように空気圧シリンダー３４からの配管３７を分岐してもよい。

実施の形態２
図１４および図１５は、本発明の実施の形態２によるブレーキ装置１０の構成図である。図１４はブレーキ解放時の様子を示しており、図１５はブレーキ制動時の様子を示している。図１４および図１５を実施の形態１によるブレーキ装置１０の構成図である図４および図３と比べると、圧縮機４１が第１の圧縮機４１ａと第２の圧縮機４１ｂに、減圧弁４２が第１の減圧弁４２ａと第２の減圧弁４２ｂに変更され、第１の圧縮機４１ａ、第１の減圧弁４２ａおよび第１の急速排気弁４３ａが空気圧シリンダー３４の押付ばね３６が設置されている反対側に接続され、第２の圧縮機４２ｂおよび第２の減圧弁４２ｂが空気圧シリンダー３４の押付ばね３６が設置されている側に接続されている以外は、同じである。

図１４に示されたブレーキ解放時においては、第１の圧縮機４１ａによって圧縮された空気が空気圧シリンダー３４の内部の押付ばね３６が設置されている反対側に流入する。流入した圧縮された空気は、押付ばね３６の押し付け力に抗してプランジャ３５を押し上げる。空気圧シリンダー３４の内部の押付ばね３６が設置されている側の空気は、接続された配管を通して第２の減圧弁４２ｂから大気中に排出される。その結果、プランジャ３５の移動が抵抗無く行われる。これにより、ブレーキシュー３１ａ、３１ｂの間隔が広がり、ブレーキシュー３１ａ、３１ｂがブレーキディスク２３から離れることになる。

図１５に示されたブレーキ制動時においては、まずは第１の減圧弁４２ａは開放せず、第２の圧縮機４１ｂによって圧縮された空気が空気圧シリンダー３４の内部の押付ばね３６が設置されている側に流入する。この結果、流入された圧縮空気は、押付ばね３６の押し付け力にさらに力を付加することになる。このときに流入する空気の圧力は、空気圧シリンダー３４の内部の押付ばね３６が設置されている反対側の空気圧よりも低圧であり、プランジャ３５が途中まで移動し、ブレーキシュー３１ａ、３１ｂがブレーキディスク２３に接触する直前の位置まで移動する程度の圧力とする。この後、空気圧シリンダー３４の内部の押付ばね３６が設置されている反対側の圧縮空気を第１の減圧弁４２ａから大気中に排出することにより、プランジャ３５が図の下方向に完全に押し付けられることになり、ブレーキシュー３１ａ、３１ｂがブレーキディスク２３に完全に押し付けられることになる。

このような動作を行うことにより、ブレーキ制動時にブレーキシュー３１ａ、３１ｂがいきなりブレーキディスク２３に衝突することがなくなり、衝突による振動や音を低減できるとともに、ブレーキ装置の長寿命化が可能となる。さらに、圧力制御弁などを用いることなく、簡易な構造の減圧弁を２つ用いることにより、ブレーキ制動時の振動や音を低減することができる。

なお、緊急停止時は、実施の形態１によるブレーキ装置と同様に、空気圧シリンダー３４の内部の圧縮空気を急速排気弁４３から大気中に開放することにより、直ちにブレーキシュー３１ａ、３１ｂをブレーキディスク２３に押し付けることができる。

また、実施の形態２では第１の圧縮機４１ａおよび第２の圧縮機４１ｂの２台の圧縮機を使用するとしたが、１台の圧縮機を切り替え器を通して第１の減圧弁４２ａおよび第２の減圧弁４２ｂの両方に接続し、ブレーキの動作に応じて圧縮空気を切り替えて供給してもよい。

２３ ブレーキディスク
３１ａ、３１ｂ ブレーキシュー
３４ 空気圧シリンダー
３５ プランジャ
３６ 押付ばね
４２ 減圧弁
４３ 急速排気弁

Claims (7)

1. 巻上機のブレーキディスクを挟み込む一対のブレーキシューと、
   前記ブレーキディスクを挟み込む方向に前記一対のブレーキシューを押し付ける押付ばねと、
   圧縮空気を流入して前記押付ばねの押し付け力を解除する空気圧シリンダーおよびプランジャと、
   前記空気圧シリンダーに流入された圧縮空気を大気中に排出する減圧弁と、
   前記空気圧シリンダーに流入された圧縮空気を前記減圧弁が排出するよりも短時間で排出する急速排気弁とを備え、
   前記空気圧シリンダーが前記一対のブレーキシューの一方と連結され、
   前記プランジャが前記一対のブレーキシューの他方と連結され
   ていることを特徴とするエレベーターのブレーキ装置。
2. 巻上機のブレーキディスクを挟み込む複数対のブレーキシューと、
   前記ブレーキディスクを挟み込む方向に前記複数対のブレーキシューを押し付ける複数の押付ばねと、
   圧縮空気を流入して前記複数の押付ばねのそれぞれの押し付け力を解除する複数の空気圧シリンダーおよび複数プランジャと、
   前記複数の空気圧シリンダーに流入された圧縮空気を大気中に排出する減圧弁と、
   前記複数の空気圧シリンダーに流入された圧縮空気を前記減圧弁が排出するよりも短時間で排出する急速排気弁とを備え、
   前記複数の空気圧シリンダーが前記複数対のブレーキシューのそれぞれの一方と連結され、
   前記複数のプランジャが前記複数対のブレーキシューのそれぞれの他方と連結され
   ていることを特徴とするエレベーターのブレーキ装置。
3. 圧縮空気を前記複数の空気圧シリンダーに流入する第１の圧縮機をさらに備えたことを特徴とする請求項２に記載のエレベーターのブレーキ装置。
4. 前記減圧弁は前記ブレーキシューが前記ブレーキディスクに衝突する直前まで前記空気圧シリンダー内に流入された圧縮空気の圧力を下げた後に圧力を保持し、さらに圧力を下げることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のエレベーターのブレーキ装置。
5. 前記減圧弁は圧力制御弁であることを特徴とする請求項４に記載のエレベーターのブレーキ装置。
6. 前記押付ばねの押し付け力に力を付加する方向に空気圧シリンダーに圧縮空気を流入する第２の圧縮機をさらに備えたことを特徴とする請求項４に記載のエレベーターのブレーキ装置。
7. 請求項１から６のいずれか１項のエレベーターのブレーキ装置を備えたエレベーターシステム。

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