JP3381350B2

JP3381350B2 - エレベータ用非常止め装置およびエレベータ

Info

Publication number: JP3381350B2
Application number: JP33493593A
Authority: JP
Inventors: 亮二岡田; 光明羽田; 俊宏山田; 廣人圷; 準簀河原; 政之重田; 正勝田中
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-02-03
Filing date: 1993-12-28
Publication date: 2003-02-24
Anticipated expiration: 2018-02-24
Also published as: JPH07206310A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はエレベータにかかり、特
に高速で移動するエレベータにおいて移動速度が所定値
より速くなったときに動作する信頼性の高いエレベータ
用非常止め装置及びその非常止め装置を備えた高速エレ
ベータに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】エレベータには、駆動するロープの切断
等によって乗りかごが落下した際に、乗客に危害を与え
ない減速度（日本エレベータ協会規格では平均９．８ｍ
／ｓ²以下）で停止する安全装置、すなわち非常止め装
置が不可欠である。

【０００３】非常止め装置の構造は、通常はガイドレー
ルに摺動面が対面するように２個の制動子を配して、乗
りかごが所定の速度以上に達した場合に、ガイドレール
を挟み込むように２個の制動子を弾性体の弾力により、
制動力を発生させる構造になっている。現在、ビルの高
層化にともない、エレベータの高速化、長行程化が進め
られている。エレベータを高速化、長行程化すると、非
常停止時の動作速度、停止距離が増すため、非常止め装
置が制動すべきエネルギが大幅に増大するという新たな
問題が生じる。

【０００４】従来構造で、この制動エネルギの増大に対
応するには、制動子をガイドレールに押し付ける力の増
大が必要となり、弾性体の大型化を招き、結果として非
常止め装置の重量増加につながる。非常止め装置の重量
増加は、乗りかごの重量増加となり、エレベータ駆動源
の馬力アップを必要とする。さらに、乗りかごの重量増
加は、ロープの本数増加、大径化を必要とし、一層の重
量増加を引き起こす悪循環につながる。従って、エレベ
ータのより一層の高速化、長行程化には、制動子を押し
付ける力を増す方法ではなく、制動子の摺動特性、すな
わち摩擦係数の増加、耐摩耗性の向上を達成することが
必要である。

【０００５】制動子には以下の摺動特性が求められる。
非常止め装置において、動作時に制動子とレールとが焼
き付いて乗りかごを急激に停止し、乗客に危害を与える
状態は最も避けねばならない。従って、制動子にはレー
ルに焼き付いてロックしないための、適度の潤滑性が必
要である。一方、押し付け力を効果的に乗りかごの制動
力に変換するためには、高速から低速まで安定した高い
摩擦係数が必要である。さらに、制動子を押し付ける弾
性体として線形バネ定数を有するバネを用いる場合、摩
耗とともに押し付け力は低下することになる。従って、
制動子には他の特性として、耐摩耗性が必要となる。

【０００６】今まで制動子には主に鋳鉄が用いられてき
た。例えば、特公昭５０−４１７５号公報に示すよう
に、片状黒鉛鋳鉄ＦＣ２５０（ＪＩＳ規格）や球状黒鉛
鋳鉄ＦＣＤ４００（ＪＩＳ規格）が利用されている。同
材料はグラファイトが潤滑成分として働くため、レール
とのロックが生ぜず摩擦係数が安定している。

【０００７】また、制動子の摺動特性を機構的に改良す
る方法が検討されている。例えば、摩擦係数値を高く保
ちかつ安定させる方法として、１個の制動子の摺動面の
上部に耐摩耗性のよい鉄系材料、下部に摩擦係数の安定
した銅系材料を配置した非常止め装置が特公昭５９−３
５８１９号公報に明示されている。

【０００８】また、制動子の高温での摩擦係数の安定性
を増す方法として、制動子の摺動表面を耐熱材料の薄膜
で覆う方法が考案されており、特開昭６２−２６９８７
５号公報に明示されている。

【０００９】また、エレベータに限らなければ、鉄道車
両用の摩擦材として各種鋳鉄が使用されている。鉄道用
摩擦材としての各種鋳鉄については、潤滑学会学会誌
「潤滑」、第３１巻１２号（１９８６）、８４５頁から
８５０頁に記載されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】特公昭５０−４１７５
号公報に開示されているＦＣ２５やＦＣＤ４０は、摩擦
係数が安定している反面、摩擦係数が低く、耐摩耗性に
劣る。従って、ＦＣ２５やＦＣＤ４０を用いる場合は、
非常止め装置の押し付け力を増す必要が有り、このため
非常止め装置自体の重量が増大し、結果として乗りかご
の重量が増すという問題があった。

【００１１】さらに、前記の他の事例については、以下
の課題がある。

【００１２】特公昭５９−３５８１９号公報に開示され
ている摺動面の上部に鉄系材料、下部に銅系材料を配置
した制動子では、制動子に不可欠な潤滑成分に対する検
討がなされておらず、信頼性に問題がある。また、摺動
面の温度上昇に対して鉄系材料と銅系材料の併用が検討
されているが、両材料間の熱伝導の効率が低く、鉄系材
料部分の摺動面の溶融防止には効果的ではない。さら
に、両材料の耐摩耗性が等しくない場合、制動子の上部
と下部とで摩耗量が異なり、摺動面の片当りが生じ、正
常な制動力を発生できなくなる可能性がある。

【００１３】特開昭６２−２６９８７５号公報に開示さ
れている摺動面全体を耐熱性のよい薄膜で覆う方法は、
制動子に不可欠の潤滑成分に対する検討がなされておら
ず、信頼性に問題がある。また、薄膜摩耗後は摺動面の
溶融防止効果がなく信頼性に問題がある。

【００１４】「潤滑」、第３１巻１２号（１９８６）、
８４５頁から８５０頁に記載されている鉄道車両用の各
種鋳鉄は、エレベータと異なり速度が極めて大きく（エ
レベータの数〜１０数ｍ／ｓに対し、２０〜３５ｍ／
ｓ）、面圧が小さい（エレベータの数〜１０ｋｇ／ｍｍ
²に対し、０．０数〜０．１ｋｇ／ｍｍ²）条件で使用さ
れる。また、エレベータ非常止め装置制動子のように一
度きりの使用に耐えうれば良いものではなく、長期にわ
たり繰返し使用するものである。材料の摺動特性は、一
般に摺動条件に依存する。従って、鉄道車両用の各種鋳
鉄はエレベータの稼動条件下では同様の特性を示すと限
らない。すなわち、鉄道車両用条件下の特性をもとにし
た、単純な転用は意味をなさない。

【００１５】本発明の目的は上記問題点を解決し、信頼
性が高く、より大きな制動エネルギに対応できるエレベ
ータ用非常止め装置、及び安全性が高く、高速運転が可
能であるエレベータを提供するものである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、昇降路壁に設置されたガイドレールに対向
するよう配置された制動子と、エレベ−タの乗りカゴが
所定速度以上となったとき制動子をガイドレールに押し
つける弾性体とを備えるエレベータ用非常止め装置に以
下のいずれかの構成を備えればよい。

【００１７】平均９．８ｍ／ｓ²以下の減速度で乗りカ
ゴを停止させるのに要する非常止め装置１組あたりの制
動エネルギー（Ｊ）に対する前記弾性体の発生するガイ
ドレールに制動子を押しつける最大加重（ｋｇ）の比が
０．０１５（ｋｇ／Ｊ）以下である。

【００１８】平均９．８ｍ／ｓ²以下の減速度で乗りか
ごを停止させるのに要する非常止め装置１組あたりの制
動エネルギー（Ｊ）に対する非常止め装置１組の重量
（ｋｇ）の比が０．０００１５（ｋｇ／Ｊ）以下であ
る。

【００１９】制動子の摺動面の金属組織が、グラファイ
ト相、ステダイト相、セメンタイト相及びパーライト相
を含む。

【００２０】又、制動子の摺動面の金属組織が上記の各
相を備え、更にグラファイト相の面積に対するステダイ
ト相とセメンタイト相を合わせた面積との比が０．５以
上であるもので構成されている。

【００２１】制動子はその摺動面の金属組織が、ステダ
イト相を面積率で５％以上含むものである。

【００２２】制動子がＣを３〜４ｗｔ％、Ｐを０．５ｗ
ｔ％以上含む鉄合金である。

【００２３】制動子がＣを３〜４ｗｔ％、ＰとＣｒを合
わせて２．０ｗｔ％以上含む鉄合金である。

【００２４】制動子は、、その摺動面に副数本の溝が形
成されており、摺動面が複数に分割されているものであ
る。

【００２５】本発明は上記目的を達成するために、乗り
かごと、乗りかごを昇降させる駆動装置と、乗りカゴの
速度が所定値を越えたときに作動する非常止め装置を備
えるエレベータにおいて、上記のいずれかの構成を備え
るエレベ−タ用非常止め装置を備えるエレベータとす
る。

【００２６】又、エレベータ用非常止め装置が乗りかご
の上下にそれぞれ１組づつ計２組を装着し、２組のうち
の少なくとも１組は上記いずれかの構成を備えるエレベ
ータ用非常止め装置を備えればよい。

【００２７】

【作用】本発明に用いる鋳鉄には以下の組織、即ち、黒
鉛の結晶構造で存在する炭素からなるグラファイト相、
ＦｅとＦｅ₃ＰとＦｅ₃Ｃとの三元共晶組織であるステダ
イト相、Ｆｅ₃Ｃで示される鉄の炭化物を表すセメンタ
イト相及びＦｅ₃Ｃとフェライトとの二元共析組織であ
りＦｅ₃Ｃとフェライトとが層状に交互に配列するパー
ライト相がある。

【００２８】以下、上記組織が制動子として果たす作
用、役割を説明する。

【００２９】摺動面に存在するグラファイト相は潤滑成
分の役割を果たし、ガイドレールと制動子との焼き付き
を防止する。ステダイト相は硬質相であり、摩擦係数を
高め、耐摩耗性を増す役割を果たす。セメンタイト相も
硬質相であり、同様に摩擦係数を高め、耐摩耗性を増す
役割を果たす。さらに、セメンタイト相はステダイト相
に比べ、高温での硬さの低下がより小さいため、摩擦熱
で摺動面が高温になった状態で摩擦係数を高め耐摩耗性
を増す役割の低下が小さい。

【００３０】以下、添加元素が組織形成に対し果たす作
用、役割を説明する。

【００３１】Ｃはグラファイトとして存在し、潤滑成分
の役割を果たす。Ｓｉ，ＮｉはＣをグラファイト化させ
る効果がある。またＮｉは、パーライトを強化する効果
がある。Ｐはステダイトを形成する。Ｃｒはセメンタイ
トとステダイトを析出させる効果がある。

【００３２】以下、制動子摺動面に形成された溝と、制
動子摺動面を分割構造とする作用、役割を説明する。

【００３３】複数本形成された溝は、摩耗粉をすみやか
に摺動面から排除し、摩耗粉もしくはかけらがレールに
食い込み、異常摩耗が発生するのを防ぐ。また、複数に
分割された摺動面は、片当たりが生じた場合、当たった
部分、即ち分割された１面の面圧が極端に高くなるため
即座に摩耗し、片当たりを解消する役割を果たし、異常
摩耗の発生すを防ぐ。

【００３４】次に、非常止め装置を２組装着する機構の
作用、役割を説明する。

【００３５】まず、非常止め装置の台数の呼び方につい
て以下説明する。エレベータの乗りかごは、昇降路を形
成し、相対する２面に設置されたガイドレールによって
ガイドされる。従って、非常止め装置は動作時に乗りか
ごを傾け、急停止することのないよう、各レールに１台
づつ計２台が乗りかごの同じ高さに設置される。すなわ
ち、非常止め装置は１台で設置、動作することはなく、
２台、１組が使用される最小単位である。従って、非常
止め装置１組と称するときには、エレベータの乗りかご
に２台設置されることを意味する。

【００３６】非常止め装置の制動力は、制動子を押しつ
ける力、制動子の数、及び各制動子の摩擦係数、制動子
を押しつける力を発生する弾性体のバネ定数と制動子の
耐摩耗性とに依存する。従って、非常止め装置を２組装
着し、非常止め装置の各制動子に摩擦係数の異なる材料
を組み合わせることで、同一材料ではできない制動力の
微調整が可能となる。

【００３７】

【実施例】本発明の一実施例を図１〜１９を用いて説明
する。

【００３８】図１は、本発明の一実施例である非常止め
装置を備えたエレベータの移動部の構成を示す概略図で
ある。エレベータの移動部は、乗客を乗せ昇降路を移動
する乗りかご２、乗りかご２と機械室に設置された駆動
系とを連結する複数本のロープからなるメインロープ４
と、非常時に乗りかご２を安全に停止させる非常止め装
置１からなる。また、図中３は昇降壁に設置され、昇降
の際に乗りかご２をガイドする２本のガイドレールを示
す。さらに、非常止め装置１は内部にガイドレール３を
はさみ込む一対の制動子９を有し、制動子９は乗りかご
２の速度を感知するガバナ系（詳細は後述）とロッド８
によって連結されている。なお、図１において、エレベ
ータは非常止め装置の設置位置を主に説明するため、直
接関係しない装置、例えばドア開閉装置、テールコー
ド、駆動系、及びガバナ関連等は省き、図示していな
い。

【００３９】図２に非常止め装置１の動作状態を説明す
るための、非常止め装置システムの概略を示す。非常止
め装置システムは、エレベータ機械室（図示せず）に設
置されたガバナ５、ガバナ５に乗りかご２の速度を伝え
るガバナロープ６、ガバナロープ６と乗りかご２とを連
結するリンク７、リンク７と非常止め装置１とを連結す
る引き上げロッド８からなる。

【００４０】図２におけるＩ−Ｉ断面をＡ方向からみた
非常止め装置１の１部断面を概略的に図３に示す。図３
において、非常止め装置１はガイドレール３の右側に断
面図、左側に正面図で示される。非常止め装置１はガイ
ドレール３をはさみ込む２個の制動子９、制動子９の移
動をガイドするローラ１０、ガイド１１、ローラ１０と
ガイド１１を支持するガイド支持部材１２、制動子をガ
イドレールに押しつける力を発生する弾性体１３、フレ
ーム１４、ローラの側面に設置されているローラプレー
ト１５、及びガイド支持部材１２をフレーム１４に取付
け、且つ弾性体１３をガイドする固定ボルト１６からな
る。固定ボルト１６は、ばね１７、ナット１８を介して
フレーム１４に設置されている。

【００４１】なお、制動子９の組成、組織、及び非常止
め装置の重量、形状については、詳細を、以下に説明す
る。また、弾性体１３には、Ｕ字型のばねを用いた。な
お、本発明の非常止め装置は、ばね形状に制限されるこ
とは無く、Ｕ字型のばね以外にも皿形状のばね、コイル
ばねの使用が可能である。

【００４２】さらに、図３の線II−IIに沿って見た非常
止め装置を破断して図４に示す。図４において、非常止
め装置１の動作時に、制動子９を引き上げるロッド８が
断面で示される。支持板８’は引き上げロッド８に連結
されており、制動子９はガイドレール３に対し離接可能
に支持板８’に保持されている。さらに、制動子９は、
ばね（図示せず）によりローラ１０に対して押しつけら
れている。弾性体１３は、固定ボルト（図示せず）によ
ってフレーム１４に固定されている。

【００４３】非常止め装置１の動作機構を以下図２，図
３，図４及び図５を用いて説明する。図５は、非常止め
装置１の動作時の各部品の動きを説明する動作説明図で
ある。

【００４４】まず図２及び５を用いて説明する。乗りか
ご２が所定速度を超えて降下した場合、ガバナ５の回転
数が所定値を超えると、内部に設けられた加速度検知器
（図示せず）が動作しガバナ５を停止する。その結果、
ガバナロープ６の運動も停止するが、乗りかご２は落下
し続けているため、相対的にリンク７が引き上げられ、
さらにリンク７に連結するロッド８が引き上げられる。
その結果、ロッド８に連結する支持板８’に保持された
制動子９も引き上げられる。

【００４５】次に図３及び図４を参照すると、ロッド８
が引き上げられると、制動子９は、ローラ１０及びガイ
ド１１などに案内されながら上方に上昇する。制動子９
がフレーム１４に対し所定距離だけ上昇すると、ガイド
レ−ルに対向配置した一対のガイド１１はテ−パを有し
ているため、一対の制動子９はその間隔が狭まり、ガイ
ドレ−ル３に接触する。制動子が更に上昇するとガイド
レ−ルへの押し付け力が生ずると共に反力を受け、ロー
ラ１０、ガイド１１、ガイド支持部材１２を介してＵ字
形の弾性体１３の脚部を所定値だけ押し広げ、弾性体１
３が制動子９をガイドレール３に押しつける所定の力が
発生する。その結果、ガイドレール３と制動子９間に大
きな摩擦力が生じ、乗りかご２を停止させる。

【００４６】本実施例に用いた制動子９の組成、組織に
ついて検討した内容及び結果を以下に詳細に説明する。

【００４７】エレベータの落下状態を模擬するために、
ガイドレールの材料である低炭素鋼ＳＳ４００（ＪＩＳ
規格）製のディスクを回転させ、その表面に制動子の材
料で作られたのピンを押し付け摺動する実験を行った。
ディスクは、非常止め装置の動作時を再現するように、
所定の回転数から一定減速度で停止するまで減速させ
た。その間のディスクとピンとの摩擦係数を測定して、
速度と摩擦係数との関係を求め、さらに平均摩擦係数、
摩耗率を算出して材料を評価した。実験条件を下記の表
１にまとめる。

【００４８】尚、平均摩擦係数μａｖは次による。摩擦
係数μは、摺動速度ｖに依存しする。したがって、μ＝
μ（ｖ）と表すことができる。又、ｖは時間とともに変
化する。摺動距離をＬとすると、ＬはＬ＝∫ｖ（ｔ）ｄ
ｔと表すことができ、平均摩擦係数μａｖは、これらよ
りμａｖ＝∫μ（ｖ）ｄｖ／Ｌで表される。

【００４９】又、摩耗率ＷＲは、摩耗量をＷＬ、面圧を
Ｐ（＝荷重／摺動面積）、摺動距離をＬとすると、ＷＲ
＝ＷＬ／（Ｐ×Ｌ）で表される。

【００５０】

【表１】

【００５１】以下、上記検討を行った材料について説明
する。まず、従来装置に用いているＦＣ２５０をベース
に各種元素を加え、各種鋳鉄を製作し、組織の変化と平
均摩擦係数、摩耗率の変化を調べた。検討した材料の組
成範囲を、表２にまとめる。

【００５２】

【表２】

【００５３】なお、上記結果は鋳込み時に採取した試料
を化学分析した結果であり、制動子の全体的な組成の範
囲を示すものである。上記元素において、Ｃ，Ｓｉ，Ｎ
ｉ，Ｃｒ，Ｐの効果については、前述したが補足すると
次の通りである。

【００５４】すなわち、Ｃはグラファイトとして存在
し、潤滑成分の役割を果たす。Ｓｉ，ＮｉはＣをグラフ
ァイト化させる効果がある。またＮｉは、パーライトを
強化する効果がある。Ｐはステダイトを形成する。Ｃｒ
はセメンタイトとステダイトを析出させる効果がある。

【００５５】尚、Ｍｎは鋳鉄中の酸素を除去する役割を
果たし、鋳鉄の添加元素としては広く用いられているも
のである。

【００５６】上記、組成の鋳鉄の組織について以下説明
する。ＦＣ２５０は、パーライト地に片状のグラファイ
トが析出した組織である。このＦＣ２５０にＰを加える
と、前述したように、Ｆｅ₃Ｐ−Ｆｅ₃Ｃ−Ｆｅで示され
る三元共晶組織であるステダイトが析出する。さらに、
Ｃｒを加えると、Ｆｅ₃Ｃで示される鉄の単価物である
セメンタイトが析出し、またステダイトの析出量も増
す。Ｆｅ₃Ｃとフェライトとの二元共析組織でありＦｅ₃
Ｃとフェライトとが層状に交互に配列するパーライト層
はＮｉを加えるとパーライト地が微細化され、さらに４
％近くまで多量に加えると、素地がベイナイトと呼ばれ
る硬い組織に変化する。

【００５７】以下、上記組織が制動子として果たす作
用、役割を説明する。◆摺動面に存在するグラファイト
相は潤滑成分の役割を果たし、ガイドレールと制動子と
の焼き付きを防止する。ステダイト相は硬質相であり、
摩擦係数を高め、耐摩耗性を増す役割を果たす。セメン
ダイト相も硬質相であり、同様に摩擦係数を高め、耐摩
耗性を増す役割を果たす。さらに、セメンタイト相はス
テダイト相に比べ、高温での硬さの低下がより小さいた
め、摩擦熱で摺動面が高温になった状態で摩擦係数と耐
摩耗性の低下が小さい。

【００５８】以下、検討結果を説明する。

【００５９】まず、Ｐの影響について説明する。以下説
明する結果は、他の元素の組成を固定し、Ｐの含有率を
変えた結果である。なお、他の元素の組成を固定し材料
を製作したが、分析した結果試験片間に多少の差が生じ
た。他元素のバラツキを含め、組成を表３にまとめる。
また、試験条件は全て一定とした。試験条件を表４にま
とめる。

【００６０】

【表３】

【００６１】

【表４】

【００６２】図６にＰの含有率と平均摩擦係数、摩耗率
との関係を示す。なお、平均摩擦係数、摩耗率はＦＣ２
５０の値を基準値；１．０とし、相対値に変換して表記
した相対平均摩擦係数、相対摩耗率である。平均摩擦係
数はＰの添加量とともに増加し、約０．５ｗｔ％以上で
急激に増加して、約０．８ｗｔ％以上でほぼ一定値に達
する。摩耗率はＰの添加量とともに減少し、約０．７ｗ
ｔ％でほぼ一定値に達する。

【００６３】図６に示されるように平均摩擦係数は従来
のものに比較して１．４〜１．５倍になり、摩耗率は従
来のものに比較して約９〜１０倍になることが分かる。

【００６４】図７に材料組織中におけるのステダイトの
面積率と平均摩擦係数、摩耗率との関係を示す。なおス
テダイトの面積率は、１５点の材料組織写真を撮り、ス
テダイト部分をトレースした後、（株）ニレコ社製画像
処理装置、ルーゼックスIIを用いて面積、及び面積率を
求めた。面積率とは、画像処理した範囲におけるステダ
イトの面積の比率をいう。

【００６５】平均摩擦係数はステダイト面積率の増加と
ともに増し、ステダイト面積率が約５％を超えると急激
に増加して約６％でほぼ一定値に達する。摩耗率はステ
ダイト面積率の増加とともに減少し、約６％でほぼ一定
値に達する。

【００６６】すなわち、従来の制動子の材料であるＦＣ
２５０に、Ｐを添加することで摩擦係数、耐摩耗性を大
幅に改良することができる。添加量は、約０．５ｗｔ％
以上でその効果が顕著であり、約０．７ｗｔ％以上では
ほぼ一定値に達する。しかしながら、Ｐの添加量が３ｗ
ｔ％を越えると、制動子の切削性が悪化するので、添加
量は０．７から３ｗｔ％の範囲内にあるのが望ましい。
さらに、Ｐを添加した材料組織を検討すると、ステダイ
トの析出が摩擦係数、耐摩耗性を大幅に改良することが
判明した。組織を定量化すると、ステダイトの面積率が
約５％以上でその効果が顕著であり、約６％以上ではほ
ぼ一定値に達する。

【００６７】次にＣｒの影響について説明する。以下説
明する結果は、上記結果と同等に他の元素の組成を固定
し、Ｃｒの含有率を変えた結果である。検討した材料の
組成範囲を表５にまとめる。また、試験条件は表４に示
す条件と同様である。

【００６８】

【表５】

【００６９】前述のごとくＣｒを加えると、セメンタイ
トが析出する。しかし、Ｐが加えられており、ステダイ
トが析出している場合には、ステダイトの一部を構成す
るセメンタイトとしても析出するために、Ｃｒ添加の効
果は単体のセメンタイトの析出だけでは、判定できな
い。従って、摩擦係数、耐摩耗性に及ぼす効果として
は、Ｐが添加されている場合、Ｐとの複合効果として検
討しなければならない。

【００７０】図８にＰ＋Ｃｒの含有率と相対平均摩擦係
数、相対摩耗率との関係を示す。平均摩擦係数はＰ＋Ｃ
ｒの含有率とともに増加し、約２．０ｗｔ％でほぼ一定
値に達する。摩耗率はＰ＋Ｃｒの含有率とともに減少
し、約２．０ｗｔ％でほぼ一定値に達する。なお、一般
にＣｒが３．０ｗｔ％を越えると制動子の切削性が悪化
する。Ｃｒの効果は、摩擦係数よりも耐摩耗性の改良の
点で顕著である。

【００７１】すなわち、ＣｒはＰとともに加えれば、平
均摩擦係数、耐摩耗性の改良により一層の効果が生ま
れ、特に耐摩耗性の改良に効果が大きい。Ｐ＋Ｃｒの含
有率で示せば、約１．５ｗｔ％以上でその効果が顕著で
あり、約２．０ｗｔ％以上では、その効果はほぼ一定値
に達する。なお、Ｐ＋Ｃｒの含有率は、切削性に観点か
ら約５ｗｔ％までが実用範囲である。

【００７２】次にＣの影響について説明する。上記の
Ｐ、Ｃｒの検討に用いた材料は全て、Ｃを３．４〜３．
６ｗｔ％含みグラファイトが析出している材料である。
この材料のグラファイトの面積率は８．４〜１０．５％
であり、平均９．６％である。グラファイトの効果を確
かめるためＣの量が少なくグラファイト面積比率の小さ
い工具炭素鋼ＳＫ−３（ＪＩＳ規格）について同様の実
験を行った。

【００７３】その結果、摩擦係数は高くなるが安定せ
ず、試験毎に測定間の値に大きな差を生じることが判明
した。場合によっては、ガイドレールを模擬したＳＳ４
００材とロックし、急激な減速度で停止することがあっ
た。また、摩耗率が著しく増加した。非常止め装置とい
う安全装置の役割を考慮すれば、信頼性に劣る材料は使
用しがたい。この結果から、炭素鋼の摩擦係数の不安
定、高い摩耗率は、組織中にグラファイト相が極めて少
ないためと考えられ、制動子には摩擦係数を安定させる
ためのグラファイト相の存在は不可欠と考えることがで
きる。なお、ＳｉはＣのグラファイト化を促進する効果
のある添加元素として有効であり、グラファイト化を促
進のため１．４〜１．６ｗｔ％の添加が望ましい。

【００７４】我々は、制動子の特性として、高い摩擦係
数と耐摩耗性、及び摩擦係数の安定性と高い信頼性を両
立させるために、制動子の材料において摺動抵抗となる
組織と、潤滑となる組織の比率に着目した。先に説明し
た、種々試験片のステダイト、セメンタイトとグラファ
イトとの面積率を解析し、（ステダイト面積＋セメンタ
イト面積）／グラファイト面積の比で特性を整理した。
その結果を図９にまとめる。

【００７５】（ステダイト面積＋セメンタイト面積）／
グラファイト面積の比を以下ＳＲと表記する。平均摩擦
係数はＳＲの増加とともに増し、特にＳＲが約０．５以
上での増加が著しい。摩耗率はＳＲの増加とともに減少
し、約１．０％でほぼ一定値に達する。

【００７６】すなわち、（ステダイト面積＋セメンタイ
ト面積）／グラファイト面積の比ＳＲは、約０．５以上
で、特性が安定でかつ高い摩擦係数と耐摩耗性が得られ
る。

【００７７】次にＮｉの影響について説明する。Ｎｉを
添加すると、組織のパーライトが微細化し、全体の強度
が増し、耐摩耗性の点で効果がある。しかし、Ｎｉの量
を増し素地にベイナイトが析出する状態になると、効果
が逆転する。すなわち、ベイナイトが素地に析出した状
態では摩擦係数と耐摩耗性が下がる。特に、耐摩耗性に
低下が著しい。従って、ベイナイトの析出は避けなけれ
ばならず、Ｎｉの量としては１．５〜４ｗｔ％の範囲が
良好であり、望ましくは２〜４ｗｔ％の範囲が好まし
い。

【００７８】以上の知見に基づけば、制動子として特性
が安定し、高い摩擦係数と耐摩耗性を発揮するには、材
料組織としては、グラファイト相、ステダイト相、セメ
ンタイト相及びパーライト相で構成されていることが望
ましい。なお、上記結果はガイドレールの材料がＳＳ４
００である場合に限らず、他の炭素鋼である場合も同様
である。

【００７９】次に、上記知見に基いて材料を決定した、
制動子の形状について、以下説明する。◆図１０に上記
材料で製作した非常止め装置の制動子９の外観を示す。
図１０に示すように制動子９は、全体的にくさび形状を
しており、ガイドレール３をはさみ込む摺動面９ａに
は、複数の溝が形成してある。また、図１０に示す９ｂ
は、引き上げられる際にガイドレール３をはさみ込むよ
うに移動させるためのガイド溝であり、両側面に形成し
てある。

【００８０】摺動面９ａの詳細を図１１及び１２で説明
する。図１１は、制動子９の摺動面９ａの一部正面図で
あり、線III−IIIの断面の一部拡大を図１２に示す。本
制動子は、断面がＶ字形状の溝（以後、Ｖ字溝と表記す
る）を摺動方向に対し、４５度と１３５度の角度で互い
が直交するように形成し、摺動面を４角形に分割してい
る。図１２に示したＶ字溝の角度αは、本実施例では９
０度と６０度を検討し、両角度とも摩耗粉を摺動面から
取り除き、良好な結果を得ている。Ｖ字溝の場合、溝加
工が容易であり、分割された４角形の断面形状が台形で
あるため、剪断力に強いという効果がある。

【００８１】他の実施例を図１３及び１４で説明する。
図１３は他の実施例である制動子の摺動面の一部正面図
であり、線IV−IVの断面の一部拡大を図１４に示す。本
制動子は、断面が角形状の溝（以後、角溝と表記する）
を摺動方向に対し、４５度と１３５度の角度で互いが直
交するように形成し、摺動面を４角形に分割している。
角溝の場合、溝体積が大きいため摩耗粉を多量に取り込
める。

【００８２】さらに、他の実施例を図１５で説明する。
図１５は他の実施例である制動子の摺動面の一部正面図
である。本制動子は、角溝を摺動方向に対し、６０度、
９０度、１２０度の３種類形成し、摺動面を３角形に分
割している。摺動面を３角形に分割した場合、溝の交差
が３本になり、摩耗粉の排除が容易となる。

【００８３】以下、制動子摺動面に形成された溝と、制
動子摺動面を分割構造とする作用、役割を説明する。◆
複数本形成された溝は、摩耗粉をすみやかに摺動面から
排除し、摩耗粉若しくはかけらがレールに食い込み、異
常摩耗が発生するのを防ぐ。また、複数に分割された摺
動面は、片当たりが生じた場合、当たった部分、すなわ
ち分割された一面の面圧が極端に高くなるため即座に摩
耗し、片当たりを解消する役割を果たし、異常摩耗の発
生を防ぐ。

【００８４】次に、上記知見に基づいて製作した制動子
を有する非常止め装置の装置全体の特性について、以下
説明する。◆非常止め装置は、装着されるエレベータの
定格速度、乗りかごの重量、すなわち非常止め装置が制
動すべきエネルギ（単位はジュール）によって弾性体の
仕様が決まり、装置全体の重量（単位はｋｇ）が決定さ
れる。従って従来の装置を用いた場合、当然のことなが
ら、制動すべきエネルギ（以下、Ｅとする）が大きいほ
ど、弾性体が制動子をガイドレールに押しつける力（以
下、Ｐとする）を大きくする必要があり、、非常止め装
置の重量（以下、Ｗとする）が大きくなる。

【００８５】しかし、本実施例の非常止め装置を用いる
と、制動子の摩擦係数が高いため、押しつけ力Ｐが有効
に制動力に変換でき、かつ耐摩耗性が優れるため、制動
子の摺動面の摩耗が少なく、押しつけ力Ｐの低下が少な
い。従って、小さい押しつけ力Ｐ、小さい非常止め装置
で、大きな制動エネルギＥに適応することができる。制
動子にＦＣ２５０を用いている従来装置と本実施例の装
置との制動能力の比較を図１６及び図１７を用いて説明
する。

【００８６】図１６は、押しつけ力Ｐと制動エネルギＥ
との比Ｐ／Ｅと、相対摩擦係数との関係を示すものであ
る。本実施例の非常止め装置は従来装置に比べ、Ｐ／Ｅ
で大幅な低下が図れる。即ち、本実施例において、速度
が一定で乗りカゴの重量が２種の値をとる場合、Ｐ／Ｅ
値が０．０１３（ｋｇ／Ｊ）と０．００９（ｋｇ／Ｊ）
となり、乗りカゴの適正重量から推定した適正押しつけ
力を基に算出した値０．０１５（ｋｇ／Ｊ）以下を達成
することが可能となった。一方、従来装置においてはＰ
／Ｅの実績値は０．０３６（ｋｇ／Ｊ）である。

【００８７】また、図１７は非常止め装置Ｗと制動エネ
ルギＥとの比と、相対摩擦係数との関係を示すものであ
る。本実施例の非常止め装置は従来装置に比べ、Ｗ／Ｅ
で大幅な低下が図れる。即ち、従来装置においては、Ｗ
／Ｅの実績値が０．０００３６（ｋｇ／Ｊ）であるのに
対し、本実施例においては非常止め装置が２種の値をと
る場合、Ｗ／Ｅ値が０．０００１５（ｋｇ／Ｊ）と０．
００００９（ｋｇ／Ｊ）となり、乗りカゴの適正重量か
ら推定した非常止め装置の適正重量から算出した値０．
０００１５（ｋｇ／Ｊ）以下を達成することが可能とな
った。

【００８８】次に本発明の他の実施例を図１８及び図１
９を用いて説明する。◆図１８は、本発明の他の実施例
である非常止め装置を配置したエレベータの構成を示す
概略図である。図１８において、１は乗りかご２の下部
に取付けられた非常止め装置であり、１’は乗りかご２
の上部に取付けられた非常止め装置である。図１８の線
Ｖ−Ｖの断面をＣ方向から見た断面を図１９に示す。図
１９において、９は非常止め装置１用の制動子（以後、
下部制動子と表記する）、９’は非常止め装置１’用の
制動子（以後、上部制動子と表記する）である。なお、
図１９においては、図３、４でＵ字型ばねで示した弾性
体を単なるばね１３として簡略表示してある。

【００８９】本実施例においては下部制動子９と上部制
動子９’とに前述の実施例１で示したグラファイト相、
ステダイト相、セメンタイト相及びパーライト相を含む
材料組織を有するものを用いた。その結果、制動力が増
大し定格速度及び荷重の大きなエレベータへも適用でき
ることが明らかとなった。尚このばあい、上部及び下部
の制動子を同時に作動させず、上部の制動子を作動させ
た後、下部の制動子を作動させるようにすると滑らかな
減速が得られる。又、上部と下部の制動子の材料に異な
るものを用いて組み合わせることにより、摩擦係数を広
範囲に制御することができ、、エレベータの移動速度、
及び荷重に応じ、最適の制動力を得ることができる。Ｆ
Ｃ２５０を用いた制動子を備える非常止め装置とグラフ
ァイト相、ステダイト相、セメンタイト相及びパーライ
ト相を含む材料組織からなる制動子を備える非常止め装
置組合わせた一例を表６にまとめる。なお、定格速度と
は、常時の運転時の速度であり、非常止め装置の動作す
る速度とは異なる。

【００９０】

【表６】

【００９１】なお、表６の組合せＢにおいて、本発明の
非常止め装置を上部に設置しＦＣ２５０の制動子を備え
る装置を下部に設置したのは、下部装置の制動による摩
擦熱によって温度上昇しているレールと摺動する上部装
置側に、高温での摩擦係数がＦＣ２５０より高い組織を
有する本発明の材料構成材を用いた非常止め装置を配置
する方が、制動に対し効果的であるためである。

【００９２】また、下部装置の制動子の材料は、従来非
常止め装置の制動子材料としてのＦＣ２５０を用いた
が、摩擦係数と摩耗率とを考慮すればＦＣ２５０に限る
ものではなく、ＦＣＤ４００、ＦＣＤ７００でもよい。

【００９３】表６に示すようなエレベータの非常止め装
置に用いる制動子材料を組み合わせることにより、最適
な制動力を備え、制動力の安定したエレベータとするこ
とができる。

【００９４】

【発明の効果】本発明の非常止め装置を用いれば、従来
の約１．４〜１．５倍の平均摩擦係数，約９〜１０倍の
耐摩耗性が安定的に得られ、より小さな押し付けバネ
で、停止可能である。さらに、摩耗量が約１／１０であ
るため、用いるバネのバネ定数が小さくてすみ、変位量
の小さいばねの使用が可能である。

【００９５】従って、制動エネルギの増大にもかかわら
ず、非常止め装置の重量を大幅に増す必要がない。その
結果、メインロープの大径化、駆動モータの大馬力化を
する必要が無く、乗客人数のアップ、消費エネルギの節
約が可能である。さらに、以上のような非常止め装置を
搭載したエレベータは、非常止め装置動作時の信頼性が
高く、乗客の安全を確実にするものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例であるエレベータ用非常止め
装置を配置したエレベータ乗りかごの概略斜視図であ
る。

【図２】本発明の一実施例であるエレベータ用非常止め
装置システムの概略図である。

【図３】図２におけるＩ−Ｉ線断面図をＡ方向から見た
非常止め装置の一部断面図である。

【図４】図３におけるII−II線断面図をＢ方向から見た
断面図である。

【図５】エレベータ用非常止め装置の内部説明概略図で
ある。

【図６】本発明の制動子のＰ添加量と相対平均摩擦係数
及び相対摩耗率との関係図である。

【図７】本発明の制動子の摺動面におけるステダイト面
積率と相対平均摩擦係数及び相対摩耗率との関係図であ
る。

【図８】本発明の制動子の（Ｐ＋Ｃｒ）添加量と相対平
均摩擦係数及び相対摩耗率との関係図である。

【図９】本発明の制動子の摺動面における（ステダイト
面積＋セメンタイト面積）／グラファイト面積と相対平
均摩擦係数及び相対摩耗率との関係図である。

【図１０】本発明の一実施例である制動子の斜視図であ
る。

【図１１】図１０に示した制動子摺動面の一部正面図で
ある。

【図１２】図１１に示した制動子のIII−III線断面をＣ
方向から見た拡大断面図である。

【図１３】本発明の他の実施例である制動子の摺動面の
一部正面図である。

【図１４】図１３に示した制動子のIV−IV線断面をＣ方
向から見た拡大断面図である。

【図１５】本発明の他の実施例である制動子の摺動面の
一部正面図である。

【図１６】従来の非常止め装置と本発明装置とを、ばね
力Ｐと制動エネルギＥとの比と相対平均摩擦係数とで比
較した図である。

【図１７】従来の非常止め装置と本発明装置とを、装置
重量Ｗと制動エネルギＥとの比と相対平均摩擦係数とで
比較した図である。

【図１８】本発明の他の実施例であるエレベータ用非常
止め装置を２組配置したエレベータ乗りかごの概略図で
ある。

【図１９】図１８におけるＶ−Ｖ線断面図をＤ方向から
見た断面図である。

【符号の説明】

１、１’…非常止め装置、２…エレベータ乗りかご、３
…ガイドレール、４…メインロープ、５…ガバナ、６…
ガバナロープ、７…リンク、８…引き上げロッド、８’
…支持板、９、９’…制動子、９ａ…制動子の摺動面、
１０…ローラ、１１…ガイド、１３…弾性体、１４…フ
レーム。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者圷廣人茨城県勝田市市毛1070番地株式会社日立製作所水戸工場内 (72)発明者簀河原準茨城県勝田市市毛1070番地株式会社日立製作所水戸工場内 (72)発明者重田政之茨城県勝田市市毛1070番地株式会社日立製作所水戸工場内 (72)発明者田中正勝茨城県勝田市市毛1070番地株式会社日立製作所水戸工場内 (56)参考文献特開昭60−23276（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−54056（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−96055（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−269875（ＪＰ，Ａ) 実開昭55−136759（ＪＰ，Ｕ) 実開昭60−126469（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B66B 5/00 - 5/28 F16D 49/00 - 71/04

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】昇降路壁に設置されたガイドレールに対向
するよう配置された制動子と、エレベータの乗りカゴが
所定速度以上となったとき前記制動子をガイドレールに
押しつける弾性体とを備えるエレベータ用非常止め装置
において、平均9.8m/s2以下の減速度で乗りカゴを停止
させるのに要する非常止め装置１組あたりの制動エネル
ギー（Ｊ）に対する前記弾性体の発生するガイドレール
に制動子を押しつける最大加重（ｋｇ）の比が０．０１
５（ｋｇ／Ｊ）以下であることを特徴とするエレベータ
用非常止め装置。
【請求項２】昇降路壁に設置されたガイドレールに対向
するよう配置された制動子と、エレベータの乗りカゴが
所定速度以上となったとき前記制動子をガイドレールに
押しつける弾性体とを備えるエレベータ用非常止め装置
において、平均9.8m/s2以下の減速度で乗りかごを停止
させるのに要する非常止め装置１組あたりの制動エネル
ギー（Ｊ）に対する非常止め装置１組の重量（ｋｇ）の
比が０．０００１５（ｋｇ／Ｊ）以下であることを特徴
とするエレベータ用非常止め装置。
【請求項３】前記制動子が炭素（Ｃ）を３〜４重量％、
リン（Ｐ）を０．７〜３重量％であってリンとクロムと
合わせて（Ｐ＋Ｃｒ）１．５〜５重量％、ニッケル（Ｎ
ｉ）を１．５〜４重量％含む鉄合金であることを特徴と
する請求項１または２に記載のエレベータ用非常止め装
置。
【請求項４】前記制動子の摺動面の金属組織を構成する
グラファイト相の面積に対するステダイト相とセメンタ
イト相を合わせた面積との比が０．５以上であることを
特徴とする請求項１または２に記載のエレベータ用非常
止め装置。
【請求項５】請求項１ないし４のいずれか１項に記載の
非常止め装置を有するエレベータ。