JP4296152B2 - エレベータ用ロープ及びエレベータ装置 - Google Patents

Description

この発明は、エレベータに用いられ、かごを吊り下げるエレベータ用ロープ及びそのロープを用いたエレベータ装置に関するものである。

従来、エレベータ装置においては、ロープの早期の摩耗や断線を防止するため、ロープ径の４０倍以上の直径を持つ綱車が使用されている。従って、綱車の径を小さくするためには、ロープの径も小さくする必要がある。
しかし、ロープ径を小さくすると、かごに積載する荷物や乗降する乗客の荷重変動でかごが振動し易くなったり、綱車でのロープの振動がかごに伝わったりする恐れがある。また、ロープの本数が増え、エレベータ装置の構成が複雑になってしまう。さらに、駆動シーブの径を小さくすると、駆動摩擦力が低下し、かごの重量を増す必要があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、高強度、長寿命、高摩擦を維持しつつ小径化を図ることができるエレベータ用ロープ、及びそのロープを用いたコンパクトなレイアウトのエレベータ装置を得ることを目的とする。
この発明によるエレベータ用ロープは、複数の鋼製の素線が撚り合わされている複数の内層子縄を有する内層ロープ、内層ロープの外周を被覆する樹脂製の内層被覆体、及び内層被覆体の外周部に設けられ、複数の鋼製の素線が撚り合わされている複数の外層子縄を有する外層を備えている。
また、この発明によるエレベータ装置は、ロープ溝が設けられた駆動綱車を有している駆動装置、ロープ溝内に挿入されて駆動綱車に巻き掛けられているエレベータ用ロープ、及びエレベータ用ロープにより昇降路内に吊り下げられ、駆動装置により昇降されるかご及び釣合おもりを備え、エレベータ用ロープは、複数の鋼製の素線が撚り合わされている複数の内層子縄を含む内層ロープと、内層ロープの外周を被覆する樹脂製の内層被覆体と、内層被覆体の外周部に設けられ、複数の鋼製の素線が撚り合わされている複数の外層子縄を含む外層とを有しており、ロープ溝のエレベータ用ロープとの接触面は、高摩擦樹脂材により構成されている。

図１はこの発明の実施の形態１によるエレベータ装置を示す概略の正面図、
図２は図１のエレベータ装置を示す平面図、
図３は図１のエレベータ用ロープの断面図、
図４は図３のエレベータ用ロープを層毎に破断して示す側面図、
図５は図１の駆動綱車、かご吊り車、釣合おもり吊り車、かご側案内車及び釣合おもり側案内車を示す正面図、
図６は図５のロープ溝の断面図、
図７はこの発明の実施の形態２によるエレベータ用ロープの断面図、
図８はこの発明の実施の形態３によるエレベータ用ロープを層毎に破断して示す側面図である。

以下、この発明の好適な実施の形態について図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるエレベータ装置を示す概略の正面図、図２は図１のエレベータ装置を示す平面図である。図において、昇降路３１内の上部には、支持台３２が固定されている。支持台３２上には、薄形の駆動装置３３が搭載されている。駆動装置３３は、モータ３４と、モータ３４により回転される駆動綱車３５とを有している。また、駆動装置３３は、駆動綱車３５の回転軸が垂直に延びるように水平に配置されている。
駆動綱車３５には、複数本（図では１本のみ示す）のエレベータ用ロープ３６が巻き掛けられている。各エレベータ用ロープ３６は、支持台３２に接続された第１端部３６ａ及び第２端部３６ｂを有している。
エレベータ用ロープ３６の第１端部３６ａと駆動綱車３５との間には、かご３７が吊り下げられている。かご３７の下部には、エレベータ用ロープ３６が巻き掛けられる一対のかご吊り車３８が設けられている。
エレベータ用ロープ３６の第２端部３６ｂと駆動綱車３５との間には、釣合おもり３９が吊り下げられている。釣合おもり３９の上部には、エレベータ用ロープ３６が巻き掛けられる一対の釣合おもり吊り車４０が設けられている。かご３７及び釣合おもり３９は、エレベータ用ロープ３６を介して駆動装置３３により昇降路３１内を昇降される。
昇降路３１内の上部には、駆動綱車３５から延びるエレベータ用ロープ３６をかご３７に導くかご側案内車４１が配置されている。また、昇降路３１内の上部には、駆動綱車３５から延びるエレベータ用ロープ３６を釣合おもり３９に導く釣合おもり側案内車４２が配置されている。
駆動装置３３、かご側案内車４１及び釣合おもり側案内車４２は、垂直投影面内でかご３７と重なるように配置されている。また、かご側案内車４１及び釣合おもり側案内車４２の径は、エレベータ用ロープ３６の径の１５倍以上、２０倍以下になっている。
また、昇降路３１内には、かご３７の昇降を案内する一対のかごガイドレール４３と、釣合おもり３９の昇降を案内する一対の釣合おもりガイドレール４４とが設置されている。なお、図１では、ガイドレール４３，４４を省略した。
次に、図３は図１のエレベータ用ロープ３６の断面図、図４は図３のエレベータ用ロープ３６を層毎に破断して示す側面図である。
図において、内層ロープ１は、芯ロープ２と、芯ロープ２の外周部に設けられている複数の内層子縄３とを有している。芯ロープ２は、複数の芯子縄４を有している。各芯子縄４は、複数の鋼製の素線５を互いに撚り合わせることにより構成されている。芯子縄４は、互いに撚り合わされており、内層子縄３は、芯子縄４とは逆向きに撚られている。
内層子縄３は、複数の鋼製の素線６を互いに撚り合わせることにより構成されている。内層子縄３の断面構造は、ウォリントン形（ＪＩＳ Ｇ ３５２５）である。内層ロープ１の径は、駆動綱車３５の径の１／２７以下に設定されている。
内層ロープ１の外周には、樹脂製の内層被覆体７が被覆されている。内層被覆体７は、例えばポリエチレン樹脂からなっている。
内層被覆体７の外周部には、外層８が設けられている。外層８は、複数の外層子縄９を有している。各外層子縄９は、中心に配置された中心素線１０と、中心素線１０の外周に配置された６本の外周素線１１とから構成されている。また、外層子縄９は、内層子縄３とは逆向きに撚られている。
全ての素線５，６，１０，１１の径は、駆動綱車３５の径の１／４００以下に設定されている。
次に、図５は図１の駆動綱車３５、かご吊り車３８、釣合おもり吊り車４０、かご側案内車４１及び釣合おもり側案内車４２を示す正面図、図６は図５のロープ溝の断面図である。
図において、駆動綱車３５、かご吊り車３８、釣合おもり吊り車４０、かご側案内車４１及び釣合おもり側案内車４２の外周部には、エレベータ用ロープ３６が挿入されるロープ溝４５が設けられている。ロープ溝４５のエレベータ用ロープ３６との接触面は、高摩擦樹脂材（樹脂製ライニング）４６により構成されている。高摩擦樹脂材４６の材料としては、摩擦係数が０．２以上の材料、例えばポリウレタン樹脂が用いられる。
このようなエレベータ装置では、エレベータ用ロープ３６の中心部に鋼製の内層ロープ１が配置され、かつ内層ロープ１の外周には、内層子縄３よりも小径の外層子縄９が配置されているため、全体の直径を抑えつつ、鋼製の素線５，６，１０，１１の実装密度を高くすることができ、エレベータ用ロープ３６の高強度化を図ることができる。
また、内層ロープ１と外層８との間に樹脂製の内層被覆体７が配置されているため、内層子縄３と外層子縄９とが直接接触して擦れるのが防止され、摩耗による劣化を防止するとともに緩衝作用により曲げ応力を緩和することができ、エレベータ用ロープ３６の長寿命化を図ることができる。
さらに、ロープ溝４５のエレベータ用ロープ３６との接触面は、高摩擦樹脂材４６により構成されているため、綱車３５，３８，４０，４１，４２との直接の接触により外層子縄９が摩耗するのを防止することができる。また、外層子縄９の素線１０，１１が綱車３５，３８，４０，４１，４２に押し潰されることにより発生する曲げ応力も緩和することができ、エレベータ用ロープ３６の長寿命化を図ることができるとともに、綱車３５，３８，４０，４１，４２の小径化を図ることができる。従って、エレベータ用ロープ３６全体としての強度をさらに高くすることができるとともに、綱車３５，３８，４０，４１，４２を安価に構成することができる。
さらにまた、ロープ溝４５に高摩擦樹脂材４６を設けたことにより、駆動綱車３５の径を小さくしても、十分な駆動力の伝達効率を確保することができる。従って、エレベータ用ロープ３６と駆動綱車３５との間の摩擦力を上げるためにかご３７の重量を増加させたり、エレベータ用ロープ３６の駆動綱車３５への巻き付け角度を増加させるために案内車を追加したりする必要がなく、エレベータ装置の構成が複雑になることもない。
ここで、高摩擦樹脂材４６としては、摩擦係数が０．２以上のものが好適であり、十分な駆動力の伝達効率を確保することができる。また、摩擦係数が０．２以上であれば、ポリウレタンに限らず、ポリビニル等を用いることもできる。
また、ポリウレタン樹脂は、軟質から硬質まで自由に選定できるが、エレベータ用ロープ３６が綱車３５，３８，４０，４１，４２の表面で微少に滑る現象に対する耐摩耗性能を確保するためには、硬度８５〜９８の硬質のポリウレタン樹脂を用いるのが好適である。特に、硬度９０度以上のポリウレタン樹脂が好適である。また、使用環境で起こる加水分解を防ぐためには、エステル系よりもエーテル系の樹脂が望ましい。
さらに、ロープ溝４５に高摩擦樹脂材４６を設けたので、エレベータ用ロープ３６の最外周を高摩擦樹脂材で被覆する場合に比べて加工が容易である。
さらにまた、内層被覆体７の材料として、エレベータ用ロープ３６が綱車３５，３８，４０，４１，４２で曲げられたときに自由に滑り易いものを選択することにより、曲げ抵抗を減らすことができる。さらにまた、内層被覆体７は、内層子縄３の素線６間及び外層子縄９の素線１１間で押し潰されない硬さを必要とする。このような材料としては、低摩擦で硬質のポリエチレン材が適している。
また、内層被覆体７の材料としては、例えばナイロン、シリコン、ポリプロピレン、又はポリ塩化ビニルなどの樹脂を用いてもよい。このような内層被覆体７を用いることにより、鋼製の内層ロープ１を用いる場合の寿命の低下を抑制することができる。
さらに、外層子縄９は、中心素線１０と６本の外周素線１１とを含む単純な７本素線構造を有しているため、エレベータ用ロープ３６の径を小さくできるとともに、形崩れを抑制することができる。
さらにまた、内層子縄３の断面構造をシール形やフィラー形とせず、ウォリントン形としたので、極端に細い素線６を使用することがなく、摩滅による素線６の断線を防止することができ、長寿命化を図ることができる。また、長寿命化を図るため、内層子縄３の素線６は、交差撚りではなく、平行撚りとするのが好適である。このとき、外周部に位置する素線６の数を、その内側に位置する素線６の数と同じかその２倍とすることにより、素線６を無理なくバランス良く配置することができ、素線６の摩滅をより一層防止することができる。
また、多層構造のエレベータ用ロープ３６では、負荷による張力や綱車による経年的な繰り返し曲げにより、撚りが戻る方向の回転トルクが内部に発生し、各層の荷重負担バランスが崩れ、切断強度や寿命が低下する恐れがある。
これに対して、内層子縄３を芯子縄４とは逆向きに撚り、外層子縄９を内層子縄３とは逆向きに撚ることにより、内部の回転トルクをバランスさせることができ、ロープ全体の撚り戻しトルクを低減することができる。
また、上記のように柔軟性の高いエレベータ用ロープ３６を小径の綱車３５，３８，４０，４１，４２に巻き掛ける場合、綱車３５，３８，４０，４１，４２と外層子縄９との接触圧力が増し、綱車３５，３８，４０，４１，４２及び外層子縄９の損耗が著しく進む恐れがある。
このため、エレベータ用ロープ３６の径の２０倍の径の綱車に適用する場合には、外層子縄９の本数を１２本以上（図３では１９本）とするのが好適である。また、エレベータ用ロープ３６の径の１５倍の径の綱車に適用する場合には、外層子縄９の本数を１６本以上とするのが好適である。
これにより、綱車と外層子縄９との接触圧力が高くなるのを抑えることができ、綱車及び外層子縄９の損耗を抑制することができる。従って、綱車の材料を特に高価なものにする必要がなく、綱車を安価に構成することができる。
さらに、ロープ溝の表面が金属で構成されている場合には、張力と綱車による曲げ応力との繰り返し回数で寿命が決まり、ロープ表面の素線から先に断線が起こる。しかし、ロープ溝４５に高摩擦樹脂材４６を設けた場合には、綱車との接触圧力が低減されるため、ロープの表面ではなく、内部の素線が曲げ疲労で優先的に断線し易くなる。
このような曲げ疲労による寿命回数は、発明者の試験研究によると、次式で示される関係にあることが判った。
寿命計算式
綱車と接触する素線が断線する計算式
寿命回数Ｎｃ＝１０．０×ｋ×１．０５^Ｄ／ｄ
ロープ内部の素線が断線する計算式
寿命回数Ｎｎ＝１９．１×ｋ×１．０５^Ｄ／ｄ
（ｋは、ロープ構造とロープ強度とで決まる係数）
ここで、寿命回数Ｎｎを、Ｄ／ｄ＝４０のときのＮｃ値と同じにするためのＤ／ｄ値を求めると、２６．７となる。従って、従来の一般的なエレベータ用ロープが適用されてきた条件、即ちＤ／ｄ＝４０のときと同等の寿命を確保しようとすれば、内層ロープ１の径を綱車径の１／２７以下にしなければならない。言い換えれば、内層ロープ１の径の２７倍以上の綱車を用いなければならない。
また、上記のエレベータ用ロープでは、全ての素線５，６，１０，１１の径が、適用する綱車の径の１／４００以下に設定されているので、適用する綱車の径を小さくしても曲げ疲労寿命を損なうことがない。
さらに、外層８が外部に露出しているため、外周素線１１の断線を目視確認することができる。これにより、断線状態を検査するための探傷装置等を使用する必要がなくなり、保守費用を安くすることができる。
また、上記のようなエレベータ装置では、高強度、長寿命、高摩擦のエレベータ用ロープ３６を使用したことにより、かご側案内車４１及び釣合おもり側案内車４２の径は、エレベータ用ロープ３６の径の１５倍以上、２０倍以下としても、十分なロープ寿命を維持することができる。
従って、昇降路３１の高さ寸法を大きくすることなく、かご側案内車４１及び釣合おもり側案内車４２をかご３７の上方のスペースに配置することができ、昇降路３１の横断面積を広げる必要がない。
なお、かご側案内車４１及び釣合おもり側案内車４２の径は、実用上運転頻度の多くないエレベータ装置では、ロープ径の１５倍以上、多いエレベータ装置では２０倍以上とするのが好適であり、十分な寿命を確保できる。また、昇降路３１の高さ寸法を抑えるためには、案内車４１，４２の径は、ロープ径の３０倍以下とするのが好適である。特に、案内車４１，４２の径をロープ径の１５〜２０倍の範囲内とすれば、昇降路３１の高さ寸法を効果的に小さくできる。さらに、案内車４１，４２の径を、駆動装置３３の設置高さ範囲内とすれば、昇降路３１の高さ寸法をより効果的に小さくできる。
実施の形態２．
次に、図７はこの発明の実施の形態２によるエレベータ用ロープの断面図である。図において、内層ロープ２３は、芯ロープ２４と、芯ロープ２４の外周部に設けられている複数の内層子縄２５とを有している。芯ロープ２４は、複数の芯子縄２６を有している。各芯子縄２６は、複数の鋼製の素線２７を互いに撚り合わせることにより構成されている。
内層子縄２５は、複数の鋼製の素線２８を互いに撚り合わせることにより構成されている。内層子縄２５の素線２８の断面は、内層子縄２５を外周から圧縮することにより異形化されている。芯子縄２６の素線２７の断面は、芯子縄２６を外周から圧縮することにより異形化されている。他の構成は、実施の形態１と同様である。
このようなエレベータ用ロープでは、内層子縄２５及び芯子縄２６の製造時に、仕上げ径よりも５％程度大きく撚り上げた後、仕上げ径のダイスを通すことで、素線同士が点でなく面又は線で接触するようになる。これにより、素線２７，２８の実装密度を高めることができる。また、素線２７間及び素線２８間の接触圧力が低減され、素線２７，２８の摩耗が抑制される。さらに、内層子縄２５及び芯子縄２６の形崩れが防止され、長寿命化を図ることができる。
なお、外層子縄９の素線１０，１１の断面についても、外層子縄９を外周から圧縮することにより異形化することができる。
実施の形態３．
次に、図８はこの発明の実施の形態３によるエレベータ用ロープを層毎に破断して示す側面図である。この例では、内層子縄３、芯子縄４及び外層子縄９がそれぞれ同じ向きに撚られている。他の構成は、実施の形態１と同様である。
このようなエレベータ用ロープを用いた場合、子縄３，４，９を同一方向へ撚ったので、エレベータ用ロープに荷重が作用したときや、繰り返し曲げにより撚りが解けた場合でも、子縄３，４，９の荷重分担が不均一になりにくく、高い強度を維持することができるとともに、長寿命化を図ることができる。
なお、実施の形態１〜３に示す多層構造のロープは、経年的な疲労によって各層の荷重負担率が変化する特性がある。そこで、ロープの構造によっても異なるが、優先的に損傷が進む層の強度負担率を少なくする。即ち、一方の層の強度を２０〜８０％に設定することで、全体強度が著しく低下する前に最弱層の異常を検知し交換するのが好適である。
例えば、曲げ応力が最も大きくなる最弱層である外層子縄９の強度を合算した強度は、エレベータ用ロープ全体の強度の２０％以内に設定されるのが好適である。これにより、外層子縄９が断線した場合にも、内層ロープ１だけで８０％近くの残存強度を確保することができ、信頼性を向上させることができる。
なお、内層ロープ１の芯子縄４が被覆されない場合や異形加工されないときなど、外層子縄９よりも寿命が短い構造の場合には、内層ロープ１の強度を全体の２０％とし、外層子縄９をプリフォーム加工することが有効である。

Claims (8)

1. 複数の鋼製の素線が撚り合わされている複数の内層子縄を有する内層ロープ、
   上記内層ロープの外周を被覆する樹脂製の内層被覆体、及び
   上記内層被覆体の外周部に設けられ、複数の鋼製の素線が撚り合わされている複数の外層子縄を有する外層
   を備え、
   上記外層子縄は１２本以上であり、
   上記外層子縄の径は、全ての上記内層子縄の径よりも小さく、
   隣接する上記内層子縄は、互いに間隔をおいて配置されており、
   隣接する上記外層子縄は、互いに間隔をおいて配置されており、
   上記内層被覆体は、隣接する上記内層子縄間、隣接する上記外層子縄間、及び上記内層子縄と上記外層子縄との間に介在しているエレベータ用ロープ。
2. ロープ溝が設けられた駆動綱車を有している駆動装置、
   上記ロープ溝内に挿入されて上記駆動綱車に巻き掛けられているエレベータ用ロープ、及び
   上記エレベータ用ロープにより昇降路内に吊り下げられ、上記駆動装置により昇降されるかご及び釣合おもり
   を備え、
   上記エレベータ用ロープは、複数の鋼製の素線が撚り合わされている複数の内層子縄を含む内層ロープと、上記内層ロープの外周を被覆する樹脂製の内層被覆体と、上記内層被覆体の外周部に設けられ、複数の鋼製の素線が撚り合わされている複数の外層子縄を含む外層とを有しており、
   上記ロープ溝の上記エレベータ用ロープとの接触面は、高摩擦樹脂材により構成されており、
   上記外層子縄は１２本以上であり、
   上記外層子縄の径は、全ての上記内層子縄の径よりも小さく、
   隣接する上記内層子縄は、互いに間隔をおいて配置されており、
   隣接する上記外層子縄は、互いに間隔をおいて配置されており、
   上記内層被覆体は、隣接する上記内層子縄間、隣接する上記外層子縄間、及び上記内層子縄と上記外層子縄との間に介在しているエレベータ装置。
3. 上記高摩擦樹脂材の摩擦係数は、０．２以上である請求項２記載のエレベータ装置。
4. 上記高摩擦樹脂材は、ポリウレタン樹脂である請求項２記載のエレベータ装置。
5. 上記内層ロープの径が、上記駆動綱車の径の１／２７以下に設定されている請求項２記載のエレベータ装置。
6. 上記各素線の径が、上記駆動綱車の径の１／４００以下に設定されている請求項２記載のエレベータ装置。
7. 上記駆動装置は、上記駆動綱車の回転軸が垂直に延びるように上記昇降路の上部に配置されており、
   上記昇降路の上部には、上記駆動綱車から延びる上記エレベータ用ロープを上記かごに導くかご側案内車と、上記駆動綱車から延びる上記エレベータ用ロープを上記釣合おもりに導く釣合おもり側案内車とが配置されており、
   上記かご側及び釣合おもり側案内車には、上記エレベータ用ロープが挿入されるロープ溝が設けられており、
   上記かご側及び釣合おもり側案内車の少なくともいずれか一方におけるロープ溝の上記エレベータ用ロープとの接触面は、上記高摩擦樹脂材により構成されている請求項２記載のエレベータ装置。
8. 上記駆動装置、上記かご側案内車及び上記釣合おもり側案内車は、垂直投影面内で上記かごと重なるように配置され、上記かご側案内車及び上記釣合おもり側案内車の径は、上記エレベータ用ロープの径の１５倍以上、３０倍以下になっている請求項７記載のエレベータ装置。

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