JP4073232B2

JP4073232B2 - エレベータの駆動機構

Info

Publication number: JP4073232B2
Application number: JP2002095000A
Authority: JP
Inventors: 田朗長; 田晃則永; 川俊明中
Original assignee: Toshiba Elevator Co Ltd
Current assignee: Toshiba Elevator and Building Systems Corp
Priority date: 2002-03-29
Filing date: 2002-03-29
Publication date: 2008-04-09
Anticipated expiration: 2022-03-29
Also published as: JP2003292270A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、住居ビル、事務所ビル等に設置されるエレベータの駆動機構に係り、とりわけ乗りかごとつり合いおもりとを連結する主ロープを有するエレベータの駆動機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりエレベータの乗りかごとつり合いおもりとを連結する主ロープと、主ロープが係合するとともに巻上機により駆動されるトラクションシーブとを備えたつるべ式エレベータの駆動機構が知られている。
【０００３】
主ロープの乗りかご側張力Ｔ_１とつり合いおもり側張力Ｔ_２との差がトラクションシーブと主ロープとの間に生ずる摩擦力と釣り合っており、一般には次式で表される関係にある。
【０００４】
【数１】

上式において、左辺が乗りかご側張力Ｔ_１とつり合いおもり側張力Ｔ_２との比、いわゆるトラクション比であり、右辺のμは主ロープとトラクションシーブとの摩擦係数、θは主ロープがトラクションシーブに巻きかかる角度である。
【０００５】
また図７、図８にエレベータに用いられる主ロープ５の断面構造の一例としてシール形構造を示す。図７において、主ロープ５は芯鋼６と、芯鋼６を囲むように配置された複数のストランド７とを有し、各ストランド７は複数の素線８を撚って形成されている。芯鋼６については麻、ポリプロピレン等の複数の繊維芯９を有しているが、図８にようにストランド７と同程度の強度を有する複数の鋼線８を有しているものが、海外の超高層ビル等に用いられている。図７および図８に示す主ロープ５には、素線８、繊維芯９の他、０．５〜３重量％程度のロープ油が素線８および繊維芯９同士の接触による摩耗を防ぐために含まれている。
【０００６】
つるべ式エレベータのように、トラクションシーブの摩擦によって巻上機からの動力を主ロープ５に伝えて装置を駆動する機構については、主ロープ５とシーブとの組合せに対して、耐曲げ疲労性、トラクション性能、耐摩耗性が要求される。
【０００７】
主ロープ５の曲げ疲労による劣化は、繰返し応力により生じ、摩耗による素線破断として表われる。一般に主ロープ５の劣化はシーブ径Ｄとロープ径ｄとの比であるＤ／ｄ比、主ロープ５の張力、シーブの溝形状の他、主ロープ構造等に依存する。素線８に生ずる概略の曲げ応力σは縦弾性係数をＥ、素線径をδとすると、
【数２】

となり、Ｄ／ｄ比が大きいほうが主ロープ５への負荷が小さく主ロープ５の寿命は長い。
【０００８】
主ロープ５の張力が主ロープの素線に平均してかかるとすると、シーブと素線８との間の接触応力として作用するため張力は小さいほうが寿命は長い。シーブの溝の形状は接触面圧に関係しており、接触面積が大きい形状のほうがストランド７の表層素線８の摩耗が減り、主ロープ５の有効断面積を維持できるため、結果的に疲労寿命も延びる。
【０００９】
トラクション性能確保については、広く用いられている方法としては、トラクションシーブの溝にアンダーカットを施したり、シーブの溝形状をＶ型にして主ロープ５との接触面圧を高め、高トラクション化を図るものがある。しかしながら、この場合、主ロープおよびシーブへの負担も高くなり、摩耗が増えることによって前述のように疲労寿命が低下する傾向にある。
【００１０】
高トラクションを得る別な方法としては、ゴム、樹脂、皮革材料等からなる高摩擦係数のライニングをシーブの溝に設けることも考えられている。
【００１１】
図９に一例としてトラクションシーブ４の溝に高分子ライニング１０を設けた構成を示す。この方法の利点は、トラクションシーブ４の摩耗がライニング１０側に集中するため、主ロープ５の寿命が長くなることである。この場合、メンテナンスは主としてライニング１０の交換のみとなり、主ロープ５の交換頻度が少なくなる。このため、鉱山用エレベータ等、行程が非常に高いエレベータでは、適当なライニングの使用によりメンテナンスコストの低減が図られている。
【００１２】
エレベータの駆動機構において、上述の如く主ロープ５の耐疲労性能、トラクション性能、耐摩耗性能は互いに深く影響しあい、それぞれの要求をバランスよく満たすことがシステム構成上重要である。
【００１３】
近年、住宅向けのエレベータについては、省スペース化への要求が厳しく、傾向として昇降路に巻上機を収納した機械室レス構造が増えている。機械室レス構造のエレベータにおいて、省スペース化を図るには、トラクションシーブを含む駆動系を極限的に小型化することがポイントである。しかしながらトラクションシーブの小型化を図ると、前述のように主ロープの曲げ疲労寿命を低下させるため、建築基準法ではＤ／ｄ比を４０以上確保することを義務付けている。
【００１４】
Ｄ／ｄ比を４０とし、かつシーブ径を削減するには、主ロープ径も同時に減らす必要がある。しかしながら所定の引張り強度を満足するために、主ロープ５の本数を増やしたり、あるいは素線材料の破断強度を向上させる必要がある。この場合、主ロープ５の本数を増やしてしまうと、本来の目的である省スペース化に反するほか、据付けやメンテナンス工数も増すため、強度確保には材料強度向上が望ましい。しかしながら主ロープ５の素線径の減少を図り破断強度を向上させると、主ロープ５の張力が増加し、主ロープ５とシーブ４との間の接触面圧が過大になり、主ロープ５の摩耗が増え疲労・摩耗寿命が低下する問題がある。このような高強度の主ロープ５においても、前述したような高分子材料等からなるライニングをトラクションシーブ４の溝の表面に設けることは、主ロープ５の延命のためには有効である。この場合、シーブ４の溝との接触面においても、主ロープ５の摩耗はほとんどなくなり、大幅に寿命が延長する。
【００１５】
ところで、主ロープ５に接触するライニング１０をシーブ４に設けると、以下のような問題が生じる。
【００１６】
ライニング材料については、高摩擦係数と耐摩耗性が必要であり、広く用いられている材料ではポリウレタンやフッ素ゴム等の高強度ゴムの性能が比較的優れている。ところでゴムの摩擦機構については、一般に個体と同様摩擦力Ｆはせん断摩擦Ｆｓと変形摩擦Ｆｐにわかれ、次式で表される。
【００１７】
【数３】

（１）式において、せん断摩擦Ｆｓは摩擦材料間の結合を切る力である。ライニング１０のように耐摩耗性があり結合の切断が表面で生じる場合、すなわち摩擦材料間の表面で滑る場合では、ライニング１０と主ロープ５の素線８との間の分子間力が摩擦力を支配すると考えられる。
【００１８】
分子間力による摩擦力モデルとしては、例えばShallamach等によるモデルは次式で表される。
【００１９】
【数４】

（２）式において、Ｅａは活性化エネルギ、Ｔは温度、Ａは摩擦材料間の真実接触面積、δＡは接触点における高分子材料−分子の真実接触面積、λは接触している分子の結合が切れるまでに伸びる長さ、κはボルツマン定数、Ｖは分子間の相対速度、Ｖ_０、ｃ_１は定数である。
【００２０】
一方、変形摩擦Ｆｐは摩擦による変形のヒステリシス・ロスに起因する力で例えば次式が文献（Moor,D.F.:"Viscoelastic Machine Elements"Butterworth-Heinemann Ltd 1993）に示されている。
【００２１】
【数５】

（３）式において、δ_０はは変形量、Ｅは弾性係数、tanδは貯蔵エネルギに対する損失エネルギの比である損失正接、ｃ_２は定数である。（３）式には変形速度や温度が現れていないが、弾性係数Ｅや損失正接tanδがそれらの影響を受け、一般には速度が速く、温度が低くなると変形摩擦Ｆｐは増大する。しかしエレベータのトラクションシーブ４においては変形量δ_０が小さく、変形摩擦Ｆｐはせん断摩擦Ｆｓに比べて非常に小さいと考えられる。
【００２２】
前述のように、エレベータの駆動機構においては、トラクションシーブ４に高分子ライニング１０を使用する場合、主ロープ５のライニング１０との間の分子間力が摩擦力（トラクション性能）を支配すると考えられる。ここでライニング材とＦｅ材（ロープ素材相当）との間で実施したピン・オン・ディスク摩擦試験の結果を図１２に示す。試験で使用したロープ潤滑油は従来一般にロープに塗布されているものであるが、高分子ライニング材とＦｅ材との摩擦ではロープ油の有無が摩擦力に大きな影響を与えることがわかる。
【００２３】
図１２に示す結果は、（２）式における真実接触面積Ａが潤滑油によって減少するためと考えられる。すなわち主ロープ５に塗布されるロープ油によって、図１０に示すように主ロープ５がライニング１０と油とで支持された状態になるためにロープとライニング材との間に働くせん断力が減少すると考えられる。真実接触面積Ａについては、上記の潤滑条件以外に材料硬度や接触面圧等に依存する。ライニング材の硬度は低い方が主ロープ５の表面の形状になじみ易く接触面積は増えるが、一般には経年的な応力緩和による永久変形によりシーブ４から剥離しやすく摩耗も多い。主ロープ５とライニング１０との間の接触面圧が増加すると、接触面積は増えるが、ある程度の面圧で飽和し、以後は面圧が増加しても接触面積は増えない。
【００２４】
図１１に、面圧とトラクション性能との関係を示すが、一般に面圧増加によりトラクション性能は低下する。即ち一般のエレベータにおける荷重範囲においては、面圧によってライニング１０と主ロープ５との間の接触面積は飽和しており、荷重が増えるとトラクション性能は低下すると考えられる。
【００２５】
このようにトラクションシーブ４の溝にライニング１０を設けたつるべ式エレベータの駆動装置において、主ロープ５に加わる荷重が増えるとトラクション性能が低下する。この問題は、主ロープ５の高強度化に伴って深刻になり、ＪＩＳＧ３５２５において区分されるＢ種以上の破断荷重を有する素線材料で構成されるような高強度かつ直径の小さな主ロープ５については所定のトラクション性能を満足することがむずかしいのが実情である。
【００２６】
本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、つるべ式エレベータの駆動機構において、トラクションシーブの径の小型化と、トラクションシーブと主ロープの長寿命化とを図ることができるエレベータ駆動装置を提供することを目的とする。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、エレベータの乗りかごとつり合いおもりとを連結する主ロープと、主ロープが係合する外周溝を有し、外周溝に高分子材料からなるライニングが設けられているとともに、巻上機により駆動されるトラクションシーブとを備え、主ロープは複数の鋼線からなる芯鋼と、芯鋼を囲むように配置され、各々が鋼線を平行よりして撚ってなる複数のストランドとを有し、芯鋼は高い潤滑性をもつ芯鋼油を含み、各ストランドは芯鋼油と異なり、芯鋼油より低い粘度をもつストランド油を含み、ストランド油は、ストランドとライニングとの接触面から容易に排出される程度の低い粘度をもつことを特徴とするエレベータの駆動機構である。
【００２８】
本発明は、芯鋼と複数のストランドとの間に緩衝部材を介在させたことを特徴とするエレベータの駆動機構である。
【００３０】
本発明は、芯鋼油は増ちょう剤を含むグリスからなり、ストランド油は増ちょう剤を含まない油からなることを特徴とするエレベータの駆動機構である。
【００３１】
本発明は、ストランド油の粘度は、２０℃で１００ｃＳｔ以下となることを特徴とするエレベータの駆動機構である。
【００３２】
本発明は、エレベータの乗りかごとつり合いおもりとを連結する主ロープと、主ロープが係合する外周溝を有し、外周溝に高分子材料からなるライニングが設けられているとともに、巻上機により駆動されるトラクションシーブとを備え、主ロープは複数の鋼線からなる芯鋼と、芯鋼を囲むように配置され、各々が鋼線を平行よりして撚ってなる複数のストランドとを有し、芯鋼は芯鋼油を含み、各ストランドはストランド油を含み、芯鋼油とストランド油は、各々の粘度が２０℃で、１００ｃＳｔ以下であるとともに、ストランド油は、芯鋼油より低い粘度をもち、ストランド油は、ストランドとライニングとの接触面から容易に排出される程度の低い粘度をもつことを特徴とするエレベータの駆動機構である。
【００３７】
【発明の実施の形態】
第１の実施の形態
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１乃至図６は、本発明によるエレベータの駆動機構の第１の実施の形態を示す図である。
【００３８】
まず図６により、エレベータの駆動機構の概略について述べる。図６に示すように、エレベータの駆動機構はエレベータの乗りかご１をつり合いおもり２を用いて駆動するものである。すなわちエレベータの駆動機構はエレベータの乗りかご１とつり合いおもり２とを連結する主ロープ１５と、この主ロープ１５が係合する外周溝１４ａを有するトラクションシーブ１４と（図１参照）、トラクションシーブ１４を駆動する巻上機３とを備えている。
【００３９】
このうちトラクションシーブ１４の外周溝１４ａ内には、高分子材料、例えばポリウレタンからなるライニング１３が設けられており、ライニング１３の硬度は８５℃（ＪＩＳＡスケール）以上となっていることが好ましい。
【００４０】
また主ロープ１５は、図１に示すように複数の鋼製素線（鋼線）１１ａからなる芯鋼１１と、芯鋼１１を囲むように配置された複数のストランド１２とを有し、各ストランド１２は素線１１ａと同一材料からなる鋼線（素線）１２ａを平行よりで撚られて形成されている。また各ストランド１２は芯鋼１１の囲りに、一定ピッチで撚られている。
【００４１】
芯鋼１１およびストランド１２を構成する素線１１ａおよび素線１２ａは、いずれもＪＩＳＧ３５２５で規定されるＢ種以上の強度の有する素線からなっている。
【００４２】
また芯鋼１１は、潤滑油、油膜保持のために望ましくはグリスからなる芯鋼油を含んでいる。さらにストランド１２は、芯鋼油よりも粘度の低い油、すなわちストランド油を含んでいる。
【００４３】
主ロープ１５において、ストランド１２が芯鋼１１周りにおいて撚りの緩みが生じ、また芯鋼１１の直径が減少することがあり、この場合は、このような主ロープ１５では、一般にストランド１２の素線１２ａよりも芯鋼１１の素線１１ａに生ずる応力の方が大きい。主ロープ１５内部では、芯鋼１１の素線１１ａの断線の原因は、素線１１ａ間の摩擦によるフレッティング摩耗や内部応力である。このため芯鋼１１に対する芯鋼油の潤滑性はより高い方が望ましい。芯鋼油は極圧添加剤や二硫化モリブデン等の固体潤滑材を含有するとともに、油膜保持のためには分子間の凝集力が高く、高粘度を有している。さらには芯鋼油は増ちょう剤を含有しており、メンテナンスの作業を大幅に省力化することができる。
【００４４】
他方、ストランド１２に塗布するストランド油については、ライニング１３表面とストランド１２表面との間の真実接触面積を確保するために、接触面から排出されやすい低粘度の油が望ましい。
【００４５】
主ロープ１５のトラクション性能を示す主ロープ１５に対するトラクション比の測定結果を図２に示す。図２に示すように、実用性能を確保するには概ね２０℃で１００ｃＳｔ程度以下の油が良好な結果となっている。
【００４６】
即ち、芯鋼１１に塗布する芯鋼油の性状と、ストランド１２に塗布するストランド油の性状を替え、ストランド１２に塗布するストランド油の粘度を２０℃で１００ｃＳｔ以下とする。このことによりトラクションシーブ１４のライニング１３と主ロープ１５との間でトラクション性能が確保されるとともに、経年的劣化に対しても十分な寿命を得ることが出来る。
【００４７】
なおストランド油の低粘度化にともない、油膜の保持性が悪くなるためストランド１２においては、錆の発生等が懸念されるが、本発明の駆動機構において、定常的にストランド１２に油を供給するための油供給装置１６を設けてもよい。油供給装置１６について、機能、メンテナンスの簡便さから望ましい構成を図３に示す。
【００４８】
図３において、油供給装置１６は油を含んだ繊維部材から成る塗布片１６ａを有し、この塗布片１６ａは主ロープ１５に押し付けられている。塗布片１６ａはローラ１７に巻付けられ、塗布片１６ａはストランド油１９を収納するタンク１８内を通るようになっている。塗布片１６はタンク１８の油面に接触しており、またローラ１７はタンク１８に回転自在に取り付けられている。主ロープ１５の移動によりローラ１７が回転して、タンク１９から塗布片１６への給油と、主ロープ１５への油の塗布を同時に行う構成となっている。このように油供給装置１６を設けることにより、ストランド油の低粘度化に際しても従来と同等以上の油膜保持性を確保できる。
【００４９】
図１において、主ロープ１５の一例としてＩＷＲＣ（Independent Wire Rope Core）のシール形を示したが、類似の実施形態としてウォーリントン形、フィラー形、さらにはＩＷＳＣ（Independent Wire Strand Core）構造の主ロープ１５を用いてもよい。
【００５０】
第２の実施の形態
次に本発明の第２の実施の形態について説明する。
【００５１】
本発明の第２の実施形態は、図４に示すように主ロープ１５において芯鋼１１とストランド１２との間にポリエチレン等からなる緩衝部材２２を設けたものである。緩衝部材２２は芯鋼１１とストランド１２との接触面における摩耗を防止するとともに、芯鋼１１に塗布された油を密封する機能を有している。即ち緩衝部材２２により、芯鋼１１に塗布された潤滑性の高い芯鋼油がストランド１２表面に漏れ出すことはなく、このためトラクション低下を防ぐことができる。
【００５２】
図４において、図１乃至図３および図６に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を符して詳細な説明は省略する。
【００５３】
図４において、主ロープ１５の一例としてＩＷＲＣ（Independent Wire Rope Core）のシール形を示したが、類似の実施形態としてウォーリントン形、フィラー形、さらにはＩＷＳＣ（Independent Wire Strand Core）構造の主ロープを用いてもよい。
【００５４】
第３の実施の形態
次に本発明の第３の実施の形態について説明する。
【００５５】
本発明の第３の実施形態としてＣＦＲＣ（Center Fit Rope Core）構造ロープを図５に示す。ＣＦＲＣは前述のＩＷＲＣやＩＷＳＣとは異なり、主ロープ１５内部の芯鋼１１において、素線１１ａ間の交差がなく接触応力の緩和が図られている。このため素線１１ａの断線が起こり難く、曲げに対する疲労寿命上有利な構造となっている。芯鋼１１の素線１１ａ間の接触応力が低いため、芯鋼１１に対してもストランド１２のストランド油と同じ低粘度の芯鋼油を塗布しても実用上十分な寿命を確保でき、トラクション性能と疲労寿命との両立が可能である。
【００５６】
第３の実施の形態において、芯鋼油およびストランド油は、いずれも、２０℃で１００ｃＳｔ以下の粘度を有している。
【００５７】
図５において、図１乃至図３および図６に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を符して詳細な説明は省略する。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、従来の高トラクションシーブ構造と同等以上のトラクション性能を備え、かつ主ロープの寿命を長くすることができ、さらに直径の小さなトラクションシーブを有しエレベータの省スペース化に大きく貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるエレベータの駆動機構における主ロープとトラクションシーブを示す断面図。
【図２】高分子材料からなるライニングを用いたときの油の粘度とトラクション比との関係を示す試験結果。
【図３】ストランド油をストランドに供給するための油供給装置を示す図。
【図４】芯鋼に塗布された芯鋼油を密封しかつ芯鋼とストランドとの接触摩耗を緩和することができる緩衝部材を有する主ロープを示す図。
【図５】芯鋼の素線同士の交差を無くすことにより一様に低粘度油を使用することが可能であるＣＦＲＣの本ロープを示す図。
【図６】本発明によるエレベータの駆動機構を示す図。
【図７】一般に用いられている繊維芯を有する主ロープを示す断面図。
【図８】鋼線を有する主ロープを示す断面図。
【図９】トラクションシーブにライニングを設けた構成を示す図。
【図１０】潤滑条件下におけるトラクションシーブの溝のライニングと主ロープの素線との接触状態を示す概念図。
【図１１】ライニングを設けた条件において、トラクションシーブの溝と主ロープとの接触面圧とトラクション比との関係を示す試験結果。
【図１２】ピン・オン・ディスク試験による試験結果を示す図。
【符号の説明】
１乗りかご
２つり合いおもり
３巻上機
１１芯鋼
１１ａ素線
１２ストランド
１２ａ素線
１３ライニング
１４ａトラクションシーブ
１５主ロープ
１６油供給装置
１６ａ塗布片
１７ローラ
１８タンク
１９ストランド油
２２緩衝部材

Claims

エレベータの乗りかごとつり合いおもりとを連結する主ロープと、
前記主ロープが係合する外周溝を有し、前記外周溝に高分子材料からなるライニングが設けられているとともに、巻上機により駆動されるトラクションシーブとを備え、
前記主ロープは複数の鋼線からなる芯鋼と、この芯鋼を囲むように配置され、各々が鋼線を平行よりして撚ってなる複数のストランドとを有し、
前記芯鋼は高い潤滑性をもつ芯鋼油を含み、各ストランドは前記芯鋼油と異なり、前記芯鋼油より低い粘度をもつストランド油を含み、
前記ストランド油は、前記ストランドと前記ライニングとの接触面から容易に排出される程度の低い粘度をもつことを特徴とするエレベータの駆動機構。
前記芯鋼と前記複数のストランドとの間に緩衝部材を介在させたことを特徴とする請求項１記載のエレベータの駆動機構。
前記芯鋼油は増ちょう剤を含むグリスからなり、前記ストランド油は増ちょう剤を含まない油からなることを特徴とする請求項１または２記載のエレベータの駆動機構。
前記ストランド油の粘度は、２０℃で１００ｃＳｔ以下となることを特徴とする請求項１または２記載のエレベータの駆動機構。
エレベータの乗りかごとつり合いおもりとを連結する主ロープと、
前記主ロープが係合する外周溝を有し、前記外周溝に高分子材料からなるライニングが設けられているとともに、巻上機により駆動されるトラクションシーブとを備え、
前記主ロープは複数の鋼線からなる芯鋼と、この芯鋼を囲むように配置され、各々が鋼線を平行よりして撚ってなる複数のストランドとを有し、
前記芯鋼は芯鋼油を含み、各ストランドはストランド油を含み、
前記芯鋼油と前記ストランド油は、各々の粘度が２０℃で、１００ｃＳｔ以下であるとともに、前記ストランド油は、前記芯鋼油より低い粘度をもち、
前記ストランド油は、前記ストランドと前記ライニングとの接触面から容易に排出される程度の低い粘度をもつことを特徴とするエレベータの駆動機構。