JP4350511B2 - 局所ひずみを表示する検出可能要素を有するエレベータロープ - Google Patents

Description

本発明は、一般にエレベータ装置のための負荷支持アッセンブリに関する。より詳細には、本発明は、エレベータ負荷支持アッセンブリ内の局在化したひずみを容易に検出するための構成に関する。

エレベータ装置は、一般に、細長い負荷支持部材を用いて互いに結合されるかごとつり合おもりとを含む。通常の負荷支持部材としては、鋼製ロープ、より最近では、合成ロープ、およびポリマー被覆強化ベルトなどの多要素ロープが挙げられる。高層建築物内でのエレベータの使用が増加していることと、鋼製ローピング構成に比較したその重量対強度比によって、ポリマー被覆強化ベルトの使用を増加させる必要性が生じている。

エレベータ装置内の負荷支持部材を検査することは、いくつかの方法で達成されている。従来の鋼製ローピングでは、ロープの手作業による目視検査によって、技術者は、鋼製ロープの特定のストランドが、いつ、すり切れ、破壊し、あるいは、そうでなければ摩耗するかを決定する。しかしながら、この検査方法は、ロープの外側部分に限定されており、ロープの内部ストランドの状態については何らの表示も与えない。また、この検査方法は、いくぶん困難で時間のかかるものであり、負荷支持構成の全長に亘る完全な検査は、必ずしも可能ではない。

より新しいロープに対して目視検査技術を用いる際に、同様の制限がある。例えば、ポリマー被覆強化ベルトでは、ポリマー材料製のストランドから成るコードの上に一般に被覆が施されているので、目視検査はできない。いくつかの進歩が、そのような負荷支持構成の検査を容易にするために提案されてきた。一例が、米国特許第５，８３４，９４２号に示されており、そこでは、電圧検出ユニットが、負荷支持部材内に含まれている。このユニットを横切る電圧を測定することにより、負荷支持部材の状態に関する決定が行われる。しかしながら、この提案は、負荷支持部材の長さに沿ったひずみの位置に関する情報を全く与えないので、限定されている。さらに、電圧検出ユニットを通る導電率の減損が、負荷支持部材に対するひずみまたは損傷と直接相互に関係があるということを保証する方法はない。このような構成の別の欠点は、時間経過に亘る負荷支持部材の劣化に関する定性的な情報がないということである。

エレベータアッセンブリ内の負荷支持部材の状態を決定するための改善された構成および方法が、必要とされている。本発明は、この問題に対する独自の解決を与える。

一般的な用語では、本発明は、エレベータ装置に使用するための負荷支持部材アッセンブリである。本発明の構成は、負荷支持部材の一部分を形成する第１の材料を含む。第２の材料製の要素は、負荷支持部材アッセンブリに付随する。第２の材料は、第２の材料を第１の材料から区別する材料特性を有する。第２の材料製の要素は、この要素が、負荷支持部材の長さに沿って繰り返される配置を有するように、負荷支持アッセンブリの残りの部分に対して配置される。要素の配置を検出することによって、負荷支持アッセンブリの確認し得る部分に局所ひずみの表示が与えられる。

構成の一例は、複数のストランド内へ配置される、第１の材料製の複数の繊維を含む。第２の材料を第１の材料から区別する特性を有する、第２の材料製の少なくとも１つのフィラメントが、複数のストランドに付随する。第２の材料製のフィラメントは、負荷支持部材が第１の状態にあるときは、負荷支持部材の長さに沿って一定の間隔で繰り返される配置を有する。第２の材料製のフィラメントの配置は、負荷支持部材の一部分に沿って、負荷支持部材のその部分におけるひずみに応じて変化する。従って、第２の材料製のフィラメントの配置の変化は、特定の位置における負荷支持部材の状態の表示を与える。

エレベータ装置に使用するための負荷支持部材を組み立てる本発明の方法は、複数のストランドを形成するように、第１の材料製の複数の繊維を一緒に巻くことを含む。第１の材料とは異なる特性を有する第２の材料製の要素は、この要素が、負荷支持部材の長さに沿って繰り返される配置を有するように、ストランドに対して配置される。第２の材料製の要素の配置は、負荷支持部材の長さの一部分に沿って、負荷支持部材のその部分におけるひずみに応じて変化する。

一例では、負荷支持部材を組み立てる方法は、複数のストランドのうちの１つストランドの中心に第２の材料製のフィラメントを配置し、コードを形成するように複数のストランドを一緒に巻くことを含む。第２の材料製フィラメントを含むストランドの巻きパターンは、フィラメントの繰り返される配置を与える。

本発明のさまざまな特徴および利点は、現在好ましい実施態様の以下の詳細な説明から当業者には明らかになるであろう。詳細な説明を伴う図面は、以下に簡潔に説明できる。

図１は、かご２２とつり合おもり２４とを含む例示的なエレベータ装置２０を概略示している。負荷支持部材アッセンブリ２６は、かご２２とつり合おもり２４を互いに結合し、それによって、かご２２は、例えば建築物の階床間を従来の方法で移動できる。

負荷支持部材アッセンブリ２６は、さまざまな形態をとり得る。一例としては、ポリマー強化ストランドを含む平ベルトがある。他の例としては、平形被覆鋼製ベルト、合成ロープ、および多要素ロープなどが挙げられる。本発明は、最も厳密な意味の「ベルト」に限定されない。平ベルトが、本発明に従って設計された負荷支持部材の一例として使用される。従って、この説明中の「ベルト」へのどのような言及も、どのような意味にも限定しようとするものではない。

図２に示される例示的な負荷支持部材アッセンブリ２６は、少なくとも１つのコードを形成するように、既知の方法で一緒に巻かれた複数のストランド３０および３２を含む。第１の材料は、好ましくは、ストランド３０および３２を形成するのに使用される。例示されたストランドは、被覆３４で被覆されており、この被覆３４は、ストランドを摩耗から保護するとともに、必要に応じてエレベータ装置構成要素を駆動するための摩擦特性を与える。本発明は、被覆ベルト構成に限定されない。

本発明に従って設計された負荷支持部材アッセンブリは、第２の材料を第１の材料から区別する少なくとも１つの特性を有する、第２の材料製の要素を含む。第２の材料製の要素は、この要素が、負荷支持部材の長さに沿って一定の間隔で繰り返される配置を有するように、負荷支持部材の残りの部分に付随する。例示的な配置は、負荷支持部材に対する物理的配置などの外部特性または結晶構造などの内部特性を含む。

負荷支持部材内に局在化したひずみは、第２の材料製要素の配置に変化を生じさせる。第２の材料は、第２の材料を第１の材料から区別する少なくとも１つの特性を有するので、そのような変化は、容易に測定できる。第２の材料製要素の変化を測定するための技術は、区別可能な特性の性質に依存する。第２の材料製要素の配置の変化は、強度の減損または負荷支持部材の状態の他の変化に相互に関係する。

負荷支持部材の長さに沿った繰り返される配置および区別可能な特性を有する第２の材料を備えることによって、負荷支持部材に局在化したひずみに関する信頼できる情報源が与えられる。さまざまな区別可能な特性を使用できる。いくつかの特性は、第２の材料の物理的特性とすることができる。例示的な特性としては、密度、磁気吸収特性、波長吸収特性、および結晶構造が挙げられる。選択された区別可能な特性は、第２の材料製要素の形状または配置を観察する方法を規定することになる。例えば、密度が区別可能な特性であるときは、ｘ線技術が、負荷支持部材アッセンブリの長さに沿った別々の部分における第２の材料製要素の配置の画像を取得するために使用され得る。既知の技術が、特定の実施態様において使用される区別可能な特性に基づく所望の情報を得るために、第２の材料製要素の配置を観察するのに使用され得る。この説明の恩恵を受ける当業者は、本発明により提供される結果を得るように、可能な材料、材料特性、および観察技術の中から選択することができるものである。

第２の材料製要素を負荷支持部材アッセンブリ内へ組み込むさまざまな方法がある。一例としては、第２の材料製要素を負荷支持部材のアッセンブリ内へ一体化することが挙げられる。この例では、第２の材料製要素は、複数のストランドのうちの１つストランドの中心にあるフィラメント３８である。複数のストランドが、一緒に（例えば、らせん配置で）巻かれるときは、フィラメント３８は、負荷支持部材に沿ったストランドの撚り長さ(lay length)に一致する、結果として得られる形状パターンを有する。負荷支持部材の長さに沿ってフィラメント３８の配置を観察することによって、負荷支持部材の構造状態の表示が与えられる。

本発明に従って設計された負荷支持部材２６を組み立てる方法の一例は、ストランド３２の中心にフィラメント３８を配置することを含む。換言すれば、第１の材料製の複数の繊維３６が、フィラメント３８を取り囲む位置に配置される。一旦、このストランドが組み立てられると、次に、それは、各ストランドが第１の材料製の複数の繊維３６から成っている他のストランドと巻かれる。複数のストランドを一緒に巻くことによって、コードが形成されるばかりでなく、負荷支持部材２６の長さに沿って繰り返されるフィラメント３８の配置が確立される。一般的な構成は、負荷支持部材２６の長さに沿った繰り返し周期を有するらせん形状を与える。この例におけるフィラメント３８の形状の周期は、好ましくは、コードの１つまたは複数のストランドの撚り長さに直接対応する。

図４は、一構成内のフィラメント３８の配置を概略例示しており、ここでは、フィラメントが、らせんに巻かれた構成内のストランド内にある。フィラメント３８のらせんパターンは、負荷支持部材２６の軸４０に沿って繰り返される。

図５は、単一の平面上に投射した図４のフィラメント３８の画像５０を例示する。フィラメント３８の配置の周期５２は、好ましくは、負荷支持部材に応力が掛けられていないときは、一定であり繰り返される。周期の変化によって、特定の位置における負荷支持部材の状態の表示が与えられる。例えば、長さまたは周期５２が他の部分に比較して負荷支持部材の一部分に沿って大きくなると、それは、その部分が、例えば負荷によりひずみを受けていることの表示である。負荷支持部材２６の特定の配置に依存して、負荷支持部材の一部分内におけるフィラメント配置の伸びが、修理または交換が必要とされるという十分な摩耗の表示を、いつ与えるか、の決定を行うための特定のしきい値または許容値が、決定され得る。この説明の恩恵を受ける当業者は、どのように特定の負荷支持部材構成のための適切なしきい値を確立するかを決定できるものである。

図５に示されるものなどの画像を得ることは、いくつかの方法で達成できる。一例では、低電圧ｘ線装置６０Ａおよび６０Ｂが使用される。デジタル画像処理装置６２および記憶装置６４が、図６に概略示される。フィラメント３６に使用される材料より高い密度を有するポリマーフィラメントまたは金属製フィラメント３８を用いることで、フィラメント３８は、ｘ線技術を用いて容易に確認できる。ｘ線が線源６０Ａから検出器６０Ｂへと負荷支持部材２６を通過するときに、ｘ線は、繊維３６に比較してフィラメント３８によってより強く吸収される。ポリマーコード背景に対するフィラメントの画像は、好ましくは、コンピュータまたはマイクロプロセッサーにより処理されて、負荷支持部材２６の長さに沿った位置に対するフィラメントの配置情報が抽出される。

さまざまなパターンが選択され得るので、特定の区別可能な特性および負荷支持部材アッセンブリの残りの部分に対するその関係は、好ましくは、検出を最適化するように選択される。第２の材料製の検出可能な要素は、組み立てのいずれの段階においても負荷支持部材内へ組み込むことができ、また、さまざまな方法で表示を与えるのに使用できる。

第２の材料の選択は、負荷支持部材を形成するのに使用される第１の材料に部分的に依存することになる。さまざまな商業上入手可能な材料が、第１の材料すなわち構造材料として使用され得る。負荷支持部材の構造材料は、例えば、金属、複数の金属、金属合金、または金属マトリックス複合材とすることができる。他の可能なものとしては、ポリマー材料、または、ポリマー材料と金属材料の任意の組み合わせが挙げられる。例示的なポリマー材料としては、商品名Ｚｙｌｏｎで販売されているＰＢＯ、商品名Ｖｅｃｔｒａｎで販売されているポリエステル−ポリアリラート(polyester-polyarylate)などの液晶ポリマー、商品名Ｋｅｖｌａｒ、Ｔｅｃｈｎｏｒａ、およびＴｗａｒｏｎで販売されているものなどのｐ型アラミド、あるいは、一例として商品名Ｓｐｅｃｔｒａで販売されている超高分子量ポリエチレン、およびナイロン、が挙げられる。

検出可能な要素３８のために選択される材料は、上述した材料の任意の１つとすることができる。この説明が与えられれば、当業者は、その者の特定の状態の必要性に適合するか、あるいは、その者の選択された検出技術に適合する、適切な材料を選択することができるであろう。

材料の選択は、例えば、選択された配置（ひずみの確認のために使用される）が、第２の材料製要素の形状または物理的配置などの外部特性になるか、あるいは材料の結晶構造または密度などの内部特性になるかに依存することになる。

一例では、高度に局所的なひずみの領域は、長さまたは周期５２の局所的な増加によって表示されることになる。疲労したコードでの位置に対する局所的な撚り長さを、コードが第１の許容可能な構造状態にある（すなわち、歪んでいない）ときの基準線測定値と比較することで、負荷支持部材の特定の位置におけるひずみの量の指標が与えられる。別の比較因子は、歪んでいないベルトを観察し、それを、既知の状態に歪んでいる領域と比較することによって決定される、相関係数とすることができる。例えば、既知の折り曲げ疲労試験から導出されるようなベルト破壊強度の減損を有するベルト区間が、継続される運転には適合できない負荷支持部材の試料を提供するのに使用され得る。この区間内の対応する要素配置が、そのようなベルトの状態の視覚的表示を与える。この測定値は、ベルトの状態を識別するように、運転中のベルトに対する実際の測定値との比較のために使用できる。

別の例では、フィラメント３８は、鋼などの強磁性線材である。この例では、既知の磁束漏れ技術などの磁気検出技術が、フィラメント３８のらせん構成の各回転を検出するのに使用され得る。そのような磁気検出技術は、ベルト検査に既に使用されているので、これは、本発明が電流検査機械または装置によって対応されるという利点を与える。

フィラメント３８が非強磁性である例では、渦電流非破壊検出技術が、フィラメント３８の撚り長さの周期性（すなわち、配置）を検出するのに利用され得る。渦電流検出技術は、既知である。磁気検出技術または渦電流検出技術のどちらかが、撚り長さ５２の表示を与える、フィラメント３８の部分の位置に関する情報を提供する。

別の例では、被覆３４は、光学的に透明であり、また、光学的画像化が、フィラメント３８の配置を決定するのに使用される。そのような一例では、フィラメント３８は、コードの外側の周りに巻かれており、それは被覆３４を通して見ることができる。好ましくは、高解像度のビデオ装置が、フィラメントの画像を取得し、この画像は、デジタル的に処理されて、ベルトひずみの指標である配置特性が決定される。光学的画像化が使用される構成では、フィラメント３８の区別可能な特性は、例えば、繊維３６の色と比較して異なる色とすることができる。

本発明は、負荷支持部材２６の個別の部分に局在化したひずみを検出する能力を提供する。ポリマー繊維が歪んでしまうときに、負荷支持部材２６の対応する部分は、一般に伸びることになる。フィラメント３８の配置内の対応する伸びによって、負荷支持部材２６のその部分の構造状態の表示が与えられる。

本発明は、特定の状態の必要性に依存するさまざまな基準に適合するように負荷支持部材の強度特性を決定する汎用性のある方法を提供する。

上記の説明は、本質的に限定ではなく例示である。開示された実施態様に対する変形物および変更物が、当業者には明らかとなり得るものであり、必ずしも本発明の本質から逸脱するものではない。本発明に与えられる法的保護範囲は、添付の請求項を検討することによってのみ決定できる。

エレベータ装置の概略図。 本発明の実施態様に従って設計された例示的な負荷支持部材の概略図。 本発明の実施態様に従って設計された負荷支持部材の選択された部分の概略図。 本発明と関連して使用されるフィラメントの例示的な配置パターンの概略図。 図４の配置パターンの射影画像の概略図。 本発明の実施態様に従って設計された負荷支持部材アッセンブリの強度特性を決定するための検査装置構成の概略図。

Claims (7)

1. 複数のストランド内へ配置される、第１の材料製の複数の繊維と、
   第２の材料を第１の材料から区別する特性を有する、第２の材料製の少なくとも１つの要素と、
   を備え、第２の材料製の要素は、負荷支持部材が第１の状態にあるときは、負荷支持部材の長さに沿って繰り返される第１の配置を有し、第２の材料製の要素の配置は、負荷支持部材の一部分に沿って、負荷支持部材のその部分におけるひずみに応じて伸び、
   前記第２の材料製の要素は、複数のストランドのうちの１つのストランドの内部でこの１つのストランドの中心に配置されるフィラメントであり、
   前記１つのストランドは、第２の材料製のフィラメントが、複数のストランドのパターンの撚り長さに相当する周期を有するらせん形状を備えるように、選択されたパターンで他の複数のストランドと一緒に巻かれている、
   ことを特徴とする、エレベータ装置に使用するための負荷支持部材。
2. 前記区別可能な特性は、結晶構造、磁気特性、波長吸収、および密度から成る群より選択される少なくとも１つの特性であることを特徴とする請求項１記載の負荷支持部材。
3. 前記第１の材料は、金属から成り、前記第２の材料は、ポリマーから成ることを特徴とする請求項１記載の負荷支持部材。
4. 前記第１の材料は、ポリマーから成り、前記第２の材料は、金属から成ることを特徴とする請求項１記載の負荷支持部材。
5. 前記第１の材料は、第１のポリマーから成り、前記第２の材料は、第２のポリマーから成ることを特徴とする請求項１記載の負荷支持部材。
6. 前記第１の材料は、第１の金属から成り、前記第２の材料は、第２の金属から成ることを特徴とする請求項１記載の負荷支持部材。
7. 前記第１または第２の材料の少なくとも１つは、ＰＢＯ、ポリエステル−ポリアリラート、ｐ型アラミド、超高分子量ポリエチレン、およびナイロンから成る群より選択されるポリマーから成ることを特徴とする請求項１記載の負荷支持部材。

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