JP2017031282A - エレベーターロープ用グリース、エレベーターロープ、トラクション式エレベーター及びトラクション式エレベーターの保守方法 - Google Patents
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Abstract
Description
上述したとおり、本発明に係るエレベーターロープ用グリースは、基油と、チキソ性付与剤とを含む。基油は、複数の環状炭化水素を分子構造中に有するナフテン化合物(多環ナフテン化合物)等を含むものであり、チキソ性付与剤は、基油に溶解して固体状の組成物を形成するものである。
分子構造中に水素結合を形成可能な構造を有し、油等に溶解することでチキソトロピック性を有する半固体状の組成物を形成する化合物(チキソ性付与剤)とを含む。なお、本発明に係るエレベーターロープ用グリースは、さらに増粘剤、ワックス等の増ちょう剤又は防錆等の機能を付与するための添加剤を含むものであってもよい。
本発明において、基油はエレベーターロープに塗布され、シーブとの接触によりせん断を受けて液状化するチキソ性グリースを構成する物として用いることができれば特に制限なく用いることができる。最良の形態は、多環ナフテン化合物である。多環ナフテン化合物とは、複数の環状炭化水素を分子構造中に有する一連の化合物を意味する。具体的には、下記一般式(1)で表わされる少なくとも1種類の化合物である。
本発明に係るエレベーターロープ用グリースは、上記基油を固化するためにチキソ性付与剤を添加したものである。チキソ性付与剤は、1つの分子中に親水基および疎水基を持つ化合物であり、基油に溶解すると、溶液中で水素結合により分子同士が構造を形成し、固体状の組成物(グリース)を形成する特徴を持つ。本発明に係るグリースは、ロープ‐シーブ間でせん断力が与えられることによりチキソ性付与剤の水素結合が切断されて容易に軟化するチキソトロピック性を有し、高粘度の液状組成物となる。これにより、ロープ‐シーブ間の接触面を保護する油膜の形成が容易となり、ロープの耐摩耗性の向上につながる。また、せん断応力が除かれることで再び水素結合による構造を形成し、固体状の組成物となることから、ロープへの付着性を維持し、ロープの耐摩耗性の向上につながる。
上述した本発明に係る基油(多環ナフテン化合物)は、高いトラクション特性を示す一方で、ロープ油が基油単独では粘性が低いものもある。粘性が低いと、接触部への油の張り付き(付着性)は弱くなり、シーブからの動力伝達時に油膜切れを起こしてロープの摩耗が発生しやすい。そのため、接触部では油膜の構造を維持する必要があり、基油の粘性を高めるような施策が必要となる。本発明では、基油の粘性を高めるために増粘剤を適宜用いることができる。
本発明に係るグリースに必須の成分ではないが、エレベーターの設計上必要となるチキソ性グリースの不混和ちょう度、滴点およびチキソトロピック性などに応じて、増ちょう剤を適宜加えることができる。増ちょう剤は、チキソ性グリース中に混合できれば特に制限なく用いることができ、増ちょう剤の例としては、鉱油系ワックス(マイクロワックス(マイクロクリスタリンワックス)、パラフィンワックスおよびペトロラタム等)、合成炭化水素ワックス(石炭の分解ガスをフィッシャートロプッシュ法で合成したもの)、オレフィン誘導体のポリマーワックス(ポリエチレンワックス、α‐オレフインワックス)、脂肪酸誘導体のワックス(アマイドワックス、ケトンワックス)、鉱物系ワックス(モンタン酸ワックス)、動物系ワックス(密ロウ、鯨)および植物系ワックス(カルナウバロウ、ホロウ)等がある。これらのワックスの種類および含有量は、トラクション係数への影響、チキソトロピック性およびロープへの張り付き性を考慮して決定する必要がある。増ちょう剤の最適な含有量は、チキソ性付与剤と同程度とすることが望ましく、チキソ性グリースの0.5〜25質量%、より好ましくは1〜10質量%である。
図2はエレベーターロープの一例を示す断面の模式図である。図2に示すように、エレベーターロープ4は、複数の鋼線(10a,10b及び10c)をより合わせて構成される鋼線ストランド(以下、単に「ストランド」とも称する。)9を、合成繊維又は天然繊維からなる心綱8を中心に複数本より合わせてなる。図2では心綱8の周りに6本のストランド9を配置しているが、8本のストランド9を配置していてもよい。
本発明に係るトラクション式エレベーターは、図1に一例を示したトラクション式エレベーターのロープ4を、上述した本発明に係るエレベーターロープとしたものである。本発明に係るトラクション式エレベーターは、チキソ性グリースのトラクション係数が高いため、従来のエレベーターと比較して装置の小型化及びロープ細線化が可能となる。また、エレベーターロープの耐摩耗性が高いため、ロープの交換回数を低減することができる。
ロープ油の動粘度(40,100℃)は、JIS規格(JIS K2283)に基づき測定した。また、チキソ性グリースのちょう度(不混和ちょう度、混和ちょう度および混和ちょう度測定後(30分後)の不混和ちょう度)及び滴点は、JIS規格(JIS K2220)に基づき測定した。また、ロープ油の40℃及び100℃の動粘度の値から、JIS規格(JIS K 2283)に基づき粘度指数を評価した。また、ロープ油の40℃の動粘度の値から、ISO(International Organization for Standardization) 3448に基づき、粘度グレードを評価した。
トラクション係数測定は、ボールオンディスク試験装置を用いて行った。本試験装置はボール及びディスク双方が回転する機構を有し、すべり速度、転がり速度を任意に変更できる。測定条件は、荷重30N(ヘルツ面圧:0.82GPa)、転がり速度:500mm/s、温度30℃、すべり速度:0〜1000mm/sとし、すべり速度を変化させてトラクション係数を測定し、その最大値(μmax)を試料のトラクション係数とした。回転体の材質にはJIS規格(JIS G 4805:2008)の高炭素クロム軸受鋼鋼材(SUJ2鋼材)を用いた。
ロープ油の極圧試験はファレックス摩擦摩耗試験装置を用い、ASTM(America Society for Testing and Materials)‐D2670を参考にして行った。試験片の材質は炭素鋼(ジャーナルピン(φ6.35mm):ニッケルクロム鋼鋼材(SAE3135)、Vブロック:硫黄快削鋼(AISI1137))であり、油で浸漬した試験片について、一定速度及び荷重条件下(回転速度:290min−1、温度:70℃、ならし運転:89N,5min、本測定:445N,3h)で行った。摩耗量は負荷機構のラチェットの目盛り変化からピンとブロックの合計の摩耗深さを計算により求めた。
増粘剤の重量平均分子量(Mw)は、ゲルろ過クロマトグラフィ(GPC:Gel Permeation Chromatography)装置(溶媒:テトラヒドロフラン、ポリスチレン標準)により測定した。
10リットル(以下、リットルを「L」と記す)のガラス製反応容器に、α−メチルスチレン5kgと、触媒として12‐タングステン酸100gとを入れ、50℃で1時間加熱、攪拌して反応させた後、20℃の水浴にて冷却し、固体触媒を濾別した。この濾液を200Lオートクレーブに入れ、さらにシクロヘキサン100kgと、Pdを含む活性炭担体の水添触媒(5質量%Pd担持)(以下、この触媒を「Pd/C水添触媒」と記す)500gを入れ、密閉後、水素圧60kg/cm2(G)、180℃で8時間水素化を行い、室温まで放冷し、触媒を濾別した。
3Lのガラス製反応容器に、m−キシレン中にエチレンジアミン30gと、12−ヒドロキシステアリン酸300gとを溶解し、触媒として塩化鉄(III)6水和物15gを加えて10時間加熱還流した。生成物を濾別した後、再結晶により生成物を単離、精製した。得られた生成物をゲルろ過クロマトグラフィにより分析したところ、脂肪酸ジアミド(N,N‘−エチレン−ビス−12−ヒドロキシステアリン酸アミド:チキソ性付与剤1)を得た。
基油1〜3について、増粘剤として固体ポリイソブチレン(重量平均分子量9,000)を添加したロープ油を調製し、更にチキソ性付与剤1を加えてチキソ性グリースを作成した。表1にロープ油およびチキソ性グリースの配合比と特性評価結果を示す。なお、表1の組成について、「%」は「質量%」を意味するものとする。
実施例1にて用いたロープ油との比較を目的として、ポリイソブテン(ポリイソブチレン)油(重量平均分子量700)を用意した。上記実施例1のロープ油、基油1及び比較例2のポリイソブテン油について、ロープ油の動粘度(40℃および100℃)を測定し、粘度指数及びISO粘度グレードを評価した。また、ロープ油のトラクション係数(30℃)及び摩耗量を測定した。表2に評価結果を示す。
実施例4について、基油1と増粘剤としてスチレンエラストマ(スチレン‐エチレン共重合体、スチレン共重合比:約70%、重量平均分子量:80,000)を用いたロープ油を調製し、更にチキソ性付与剤1を加えてチキソ性グリースを作成した。表1にロープ油およびチキソ性グリースの配合比と物性評価結果を併記する。表1に示すように、分子構造の異なる増粘剤を使用した場合においても、高トラクション特性とチキソトロピック性、クリープ回復特性を示した。
実施例5及び6は増粘剤を添加せず、基油とチキソ性付与剤のみで構成したチキソ性グリースについて示したものである。表1にロープ油およびチキソ性グリースの配合比と物性評価結果を併記する。他の実施例のチキソ性グリースと同様に、高トラクションとチキソトロピック性、クリープ回復特性を示した。実施例5及び6は四量体成分である基油3を多く(40%以上)含むため、この四量体成分が増粘剤の役割を果たし、ロープ油が他の実施例と同等の粘度を示したものと考えられる。
実施例7〜10は、実施例1のチキソ性付与剤の含有量を変更したものである。表3にチキソ性グリースの組成と特性の評価結果を併記する。チキソ性付与剤の添加量により、混和ちょう度、不混和ちょう度が変化し、チキソトロピック性を制御可能であることが示された。また、他の実施例と同様、高トラクション特性も維持した。チキソ性付与剤の添加量により、ロープの要求性能に応じてチキソ性グリースのちょう度、チキソトロピック性、クリープ回復特性を柔軟に変えることが可能であることが示された。
実施例11〜12は、実施例1のチキソ性グリースに、増ちょう剤として分岐炭化水素や飽和環状炭化水素を主骨格とするマイクロワックス(融点88℃)を加えたものである。表3にチキソ性グリースの組成と特性の評価結果を併記する。ワックスを加えることでちょう度、混和ちょう度が低くなり、クリープ回復特性も高まる傾向を示した。これは、ワックス添加により、チキソ性グリース全体で網目構造が形成されて、油の保持性が高くなったためと考えられる。また、添加量が少ないため、ワックス添加時の懸念事項であったトラクションの性能低下は見られず、優れた性能を維持した。なお、パラフィンワックス(融点69℃)、合成炭化水素ワックス(融点102℃)についても同様の結果を得た。
実施例13、14は、実施例1の基油にVG−100グレードの鉱油系オイル(ナフテンオイル)、合成オイル(ポリイソブテンオイル)を加えたものである。表3にチキソ性グリースの組成と特性の評価結果を併記する。チキソ性グリースを固化するためにはチキソ性付与剤を5%以上添加する必要があり、実施例1の基油と比較して相溶性が異なることが示唆される。また、チキソ性付与剤の含有量は実施例1よりも少ないにも関わらず、ちょう度、混和ちょう度が実施例1よりも高く、軟らかいグリースとなった。多環ナフテン化合物に上記の油を混ぜることで、チキソ性付与剤の相溶性、水素結合の強さなどが変化し、チキソ性グリースのちょう度が変化したものと推定する。基油の配合比によって混和ちょう度が変化し、ロープ設計条件に適したチキソ性グリースとなるように調整できることが示された。
ガラス製反応容器中で、酸触媒中でメチルエステル化した12−ヒドロキシステアリン酸150gについて、濃アンモニア水(25〜28%)を用いてアミド化し、生成物を抽出後、再結晶により単離、精製した。得られた生成物をゲルろ過クロマトグラフィにより分析したところ、脂肪酸アミド(12−ヒドロキシステアリン酸アミド:チキソ性付与剤2)を得た。
3Lのガラス製反応容器に、m−キシレン中にステアリルアミン100gと、ステアリン酸100gとを溶解し、触媒として塩化鉄(III)6水和物 15gを加えて10時間加熱還流した。生成物を濾別した後、再結晶により生成物を単離、精製した。得られた生成物をゲルろ過クロマトグラフィにより分析したところ、脂肪酸アミド(N−ステアリルステアリン酸アミド:チキソ性付与剤3)を得た。
3Lのガラス製反応容器に、m−キシレン中にエチレンジアミン30gと、ベヘン酸300gとを溶解し、触媒として塩化鉄(III)6水和物15gを加えて10時間加熱還流した。生成物を濾別した後、再結晶により生成物を単離、精製した。
得られた生成物をゲルろ過クロマトグラフィにより分析したところ、脂肪酸ジアミド(N,N‘−エチレン−ビス−ベヘン酸アミド:チキソ性付与剤4)を得た。
3Lのガラス製反応容器に、m−キシレン中に1,6−ヘキサンジアミン30gと、12−ヒドロキシステアリン酸300gとを溶解し、触媒として塩化鉄(III)6水和物 15gを加えて10時間加熱還流した。生成物を濾別した後、再結晶により生成物を単離、精製した。得られた生成物をゲルろ過クロマトグラフィにより分析したところ、脂肪酸ジアミド(N,N´−ヘキサメチレン−ビス−12−ヒドロキシステアリン酸アミド:チキソ性付与剤5)を得た。
実施例15〜18は、実施例1のチキソ性付与剤を変更したものである。表4にチキソ性グリースの組成と特性の評価結果を併記する。モノアミンからなる実施例15、16、ヒドロキシル基を持たないジアミンからなる実施例17は、実施例1と比較して混和ちょう度、不混和ちょう度が高く、クリープ回復特性に優れる傾向を示した。ジアミンの炭素数が多い実施例18は、実施例1と比較して混和ちょう度が低く、不混和ちょう度が高くなる傾向を示した。これらは、チキソ付与剤と基油との相分離、チキソ付与剤同士の水素結合の強さなどが影響して、チキソ性グリースの性質が変化したためと推定する。いずれも高トラクションを維持していることから、ロープ設計条件に応じてチキソ性付与剤を選定することで、チキソ性グリースの物性を制御可能となる。
α−メチルスチレン二量体1000g、シクロヘキサン5000g、Pd/C水素添加触媒10gを、攪拌機付き10Lオートクレーブに入れ密封した。オートクレーブ内を水素で0.1MPaに保ち、室温(25℃)で18時間攪拌した。その後、オートクレーブを開封し、Pd/C水素添加触媒を濾別後、シクロヘキサンを留去し、2−メチル−2,4−ジフェニルペンタン1125gを得た。
基油A〜Dはそれぞれ下記の物質である。
基油A:exo−2−メチル−exo−3−メチル−endo−2−〔(endo−3−メチルビシクロ〔2.2.1〕ヘプト−exo−2−イル)メチル〕ビシクロ〔2.2.1〕ヘプタン
基油B:exo−2−メチル−exo−3−メチル−endo−2−〔(endo−2−メチルビシクロ〔2.2.1〕ヘプト−exo−3−イル)メチル〕ビシクロ〔2.2.1〕ヘプタン
基油C:endo−2−メチル−exo−3−メチル−exo−2−〔(exo−3−メチルビシクロ〔2.2.1〕ヘプト−exo−2−イル)メチル〕ビシクロ〔2.2.1〕ヘプタン
基油D:endo−2−メチル−exo−3−メチル−exo−2−〔(exo−2−メチルビシクロ〔2.2.1〕ヘプト−exo−3−イル)メチル〕ビシクロ〔2.2.1〕ヘプタン
2Lのステンレス製オートクレーブに、クロトンアルデヒド561g及びジシクロペンタジエン352gを仕込み、170℃で3時間攪拌して反応させた。反応溶液を室温まで冷却した後、ラネーニッケル触媒18gを加え、水素圧9kg/cm2(G)、150℃で4時間水素化を行った。冷却後、触媒を濾別した後、濾液を減圧蒸留し、105℃/20mmHg留分500gを得た。
10Lのガラス製反応容器に、D‐リモネン1kgと、1,2‐ジエトキシエタン100mlと、触媒として陽イオン交換樹脂100gとを入れ、50℃で6時間加熱、攪拌して反応させた後、20℃の水浴にて冷却し、固体触媒を濾別した。ロータリーエバポレーターにより、溶媒及び未反応の原料を回収し、反応液500gを1Lオートクレーブに入れ、水素化用ニッケル触媒50gを入れ、密閉後、水素圧50kg/cm2(G)、160℃で4時間水素化を行い、室温まで放冷し、触媒を濾別した。
得られた生成物をゲルろ過クロマトグラフィにより分析したところ、二量体成分(基油6)が51.2質量%、三量体成分(基油7)が35.3質量%、四量体成分(基油8)が13.5質量%生成した。全反応液を減圧蒸留して各成分を分取した。
10Lのガラス製反応容器に、β‐ピネン1kgと、シクロヘキサン200mLと、1,2‐ジエトキシエタン100mlと、触媒として陽イオン交換樹脂100gとを入れ、40℃で6時間加熱、攪拌して反応させた後、20℃の水浴にて冷却し、固体触媒を濾別した。ロータリーエバポレーターにより、溶媒および未反応の原料を回収し、反応液500gを1Lオートクレーブに入れ、水素化用ニッケル触媒50gを入れ、密閉後、水素圧50kg/cm2(G)、120℃で4時間水素化を行い、室温まで放冷し、触媒を濾別した。得られた生成物をゲルろ過クロマトグラフィにより分析したところ、二量体成分(基油9)が生成した。全反応液を減圧蒸留して二量体成分のみ分取した。
10Lのガラス製反応容器に、カンフェン1kgと、シクロヘキサン200mLと、1,2‐ジエトキシエタン100mlと、触媒として陽イオン交換樹脂100gとを入れ、50℃で6時間加熱、攪拌して反応させた後、20℃の水浴にて冷却し、固体触媒を濾別した。ロータリーエバポレーターにより、溶媒および未反応の原料を回収し、反応液500gを1Lオートクレーブに入れ、水素化用ニッケル触媒50gを入れ、密閉後、水素圧50kg/cm2(G)、110℃で4時間水素化を行い、室温まで放冷し、触媒を濾別した。得られた生成物をゲルろ過クロマトグラフィにより分析したところ、二量体成分(基油10)が生成した。全反応液を減圧蒸留して二量体成分のみ分取した。
10Lのガラス製反応容器に、テルピノレン1kgと、シクロヘキサン200mLと、1,2‐ジエトキシエタン100mlと、触媒として陽イオン交換樹脂100gとを入れ、60℃で6時間加熱、攪拌して反応させた後、20℃の水浴にて冷却し、固体触媒を濾別した。ロータリーエバポレーターにより、溶媒および未反応の原料を回収し、反応液500gを1Lオートクレーブに入れ、水素化用ニッケル触媒50gを入れ、密閉後、水素圧50kg/cm2(G)、120℃で4時間水素化を行い、室温まで放冷し、触媒を濾別した。
得られた生成物をゲルろ過クロマトグラフィにより分析したところ、二量体成分(基油11)が生成した。全反応液を減圧蒸留して二量体成分のみ分取した。
10Lのガラス製反応容器に、ジペンテン(p‐メンタジエン類の異性体混合物)1kgと、1,2‐ジエトキシエタン100mlと、触媒として陽イオン交換樹脂100gとを入れ、60℃で6時間加熱、攪拌して反応させた後、20℃の水浴にて冷却し、固体触媒を濾別した。ロータリーエバポレーターにより、溶媒および未反応の原料を回収し、反応液500gを1Lオートクレーブに入れ、水素化用ニッケル触媒50gを入れ、密閉後、水素圧50kg/cm2(G)、160℃で4時間水素化を行い、室温まで放冷し、触媒を濾別した。得られた生成物をゲルろ過クロマトグラフィにより分析したところ、二量体成分(基油12)が66.3%、三量体成分(基油13)が21.3%、四量体成分(基油14)が12.4%生成した。全反応液を減圧蒸留して各成分を分取した。
10Lのガラス製反応容器に、テレビン油(α‐ピネン90%、β‐ピネン5%、その他5%)1kgと、シクロヘキサン200mLと、1,2‐ジエトキシエタン100mlと、触媒として陽イオン交換樹脂100gとを入れ、40℃で6時間加熱、攪拌して反応させた後、20℃の水浴にて冷却し、固体触媒を濾別した。ロータリーエバポレーターにより、溶媒および未反応の原料を回収し、反応液500gを1Lオートクレーブに入れ、水素化用ニッケル触媒50gを入れ、密閉後、水素圧50kg/cm2(G)、120℃で4時間水素化を行い、室温まで放冷し、触媒を濾別した。
得られた生成物をゲルろ過クロマトグラフィにより分析したところ、二量体成分(基油15)が生成した。全反応液を減圧蒸留して二量体成分のみ分取した。
実施例15〜26は、実施例1の基油を他の多環ナフテン化合物に変更したものである。表5に実施例15〜26のチキソ性グリースの組成を、表6に実施例15〜26の特性の評価結果を示す。いずれも実施例1と同様、高いトラクション係数とチキソトロピック性、クリープ回復特性を示した。
実施例27は、実施例1の基油を多環ナフテン化合物以外の化合物(ナフテンオイル)に変更したものであり、実施例28および29は、実施例1のチキソ性付与剤の含有量を変更したものである。表7に実施例27〜29のチキソ性グリースの組成と特性の評価結果を示す。いずれも実施例1と同様、高いトラクション係数とチキソトロピック性、クリープ回復特性を示した。
Claims (16)
- 基油と、チキソ性付与剤と、を含み、
前記チキソ性付与剤は、1つの分子中に親水基および疎水基を持つ化合物であり、前記基油に溶解して固体状の組成物を形成し、該組成物がチキソトロピック性を示すことを特徴とするエレベーターロープ用グリース。 - 前記エレベーターロープ用グリースは、せん断力が与えられると液状化し、前記せん断力が取り除かれると再び固体状となることを特徴とする請求項1記載のエレベーターロープ用グリース。
- 前記基油が、下記一般式(2)〜(7)で表される多環ナフテン化合物を少なくとも1種含むことを特徴とする請求項1記載のエレベーターロープ用グリース。
- 前記チキソ性付与剤は、ヒドロキシステアリン酸、エチレンジアミンまたは1,6−ヘキサンジアミンであることを特徴とする請求項1記載にエレベーターロープ用グリース。
- さらに、重量平均分子量が500以上100,000以下の増粘剤を含むことを特徴とする請求項1記載のエレベーターロープ用グリース。
- 前記増粘剤として、直鎖炭化水素、分岐炭化水素、飽和環状炭化水素および芳香族炭化水素のうちの少なくとも1つを5〜40質量%含むことを特徴とする請求項5記載のエレベーターロープ用グリース。
- さらに、増ちょう剤として鉱油系炭化水素ワックス又は合成炭化水素ワックスを0.5〜25質量%含むことを特徴とする請求項1記載のエレベーターロープ用グリース。
- さらに、鉱油、合成エステル油、合成エーテル油又は合成炭化水素油を含むことを特徴とする請求項1記載のエレベーターロープ用グリース。
- 不混和ちょう度が200〜400であり、混和ちょう度が不混和ちょう度よりも高く、滴点が30℃以上120℃以下であることを特徴とする請求項1記載のエレベーターロープ用グリース。
- 複数の鋼線をより合わせて形成したストランドと、心綱と、を含み、
前記心綱を中心として前記心綱の周りに複数本の前記ストランドをより合わせたエレベーターロープにおいて、請求項1記載の前記エレベーターロープ用グリースを、前記ストランドに塗布し、又は含浸させたことを特徴とするエレベーターロープ。 - 前記心綱に、多環ナフテン化合物を含む油を含浸させ、前記ストランドに前記エレベーターロープ用グリースを塗布し、又は含浸させたことを特徴とする請求項12記載のエレベーターロープ。
- ロープと、前記ロープを巻上げる巻上機と、前記ロープに接続されたカウンターウェイトと、前記ロープに接続され、前記ロープが巻上げられることにより駆動される乗りかごと、を備え、
前記ロープが、請求項12記載のエレベーターロープであることを特徴とするトラクション式エレベーター。 - さらに、前記ロープに、請求項1記載の前記エレベーターロープ用グリースを塗布する機構を備えたことを特徴とする請求項14記載のトラクション式エレベーター。
- ロープと、前記ロープを巻上げる巻上機と、前記ロープに接続されたカウンターウェイトと、前記ロープに接続され、前記ロープが巻上げられることにより駆動される乗りかごと、を備えるエレベーターの保守方法において、
前記ロープに、請求項1載の前記エレベーターロープ用グリースを塗布することを特徴とするトラクション式エレベーターの保守方法。
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