JP4516546B2

JP4516546B2 - エレベータ装置

Info

Publication number: JP4516546B2
Application number: JP2006159352A
Authority: JP
Inventors: 太一前田; 律寺本; 正記有賀; 富夫早野
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2006-06-08
Filing date: 2006-06-08
Publication date: 2010-08-04
Anticipated expiration: 2026-02-10
Also published as: JP2007210795A

Description

本発明は、鋼線を撚り合わせ樹脂で被覆したロープによって乗りかごを駆動させるロープ式のエレベータ装置に関する。

エレベータ装置は、主要形態であるロープ式のものとして、ロープの一端に接続した乗りかごと、ロープの他端に接続され、乗りかごとのバランスを図るためのカウンタウェイト（錘）と、このロープが巻き回されたシーブと、このシーブを回転駆動する電動機（巻上機）とを備えたものが知られている。このエレベータ装置を適正に運転するためには、ロープとシーブとの摩擦係数がエレベータの駆動に十分であり、かつ安定している必要がある。詳しくは、乗りかごとカウンタウェイトとの質量差をロープとシーブ間の摩擦力で支えなければならないし、かつシーブのトルクをロープに伝達しなければならない。

ここで例えば鋼線を撚りあわせ樹脂で被覆したロープや合成繊維ロープ等を採用した場合、樹脂は金属に比べて柔らかく変形しやすいことからシーブに対するロープの面圧が小さくなり、昇降路内に存在する異物（例えば油や水等）がロープとシーブの間に侵入しやくなる。通常、エレベータ装置は、異物が付着していない状態でロープ及びシーブを駆動するが、万一大量の異物が付着した場合、この異物の影響によりロープとシーブとの摩擦係数が低下する可能性があった。

そこでこれに対応するため、例えば合成繊維ロープを採用する場合、シーブのロープ溝の表面をプラズマ被覆し、その表面粗さを粗さ等級Ｎ７〜Ｎ１２（この範囲は算術平均粗さＲa＝１．６〜５０μｍに対応）とするものが提唱されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−１３９２６７号公報

しかしながら、上記従来技術には以下のような課題が存在する。
すなわち、上記従来技術においては、シーブのロープ溝の表面粗さを算術平均粗さＲa＝１．６〜５０μｍとすることにより、異物が存在することになっても摩擦係数の低下を抑制するようになっている。ところが、算術平均粗さＲaが大きすぎると、ロープ及びシーブの摩耗量も増加してしまう。特に、例えばシーブのロープ溝の表面を硬質化処理した場合、ロープの摩耗量が増加し、ロープ寿命が短くなる可能性があった。

本発明の目的は、異物の影響による摩擦係数の低下を防止しつつ、ロープ寿命を向上させることができるエレベータ装置を提供することにある。

（１）上記目的を達成するために、本発明は、樹脂被覆されたロープの一端に接続した乗りかごと、前記ロープの他端に接続したカウンタウェイトと、前記ロープがロープ溝に巻き回されたシーブと、前記シーブを回転駆動する電動機とを備えたエレベータ装置において、前記シーブは金属製とされ、前記ロープ溝の表面は、低摩擦樹脂である四フッ化エチレン樹脂を含有量４０Vol％以下となるように含浸した金属メッキ処理が施されてメッキ層が形成され、さらにシーブ周方向及び幅方向の粗さが算術平均粗さＲa＝３〜６μｍで且つ最大高さＲzと平均粗さＲaとの比Ｒz／Ｒa＝４〜８である。

本発明によれば、異物の影響による摩擦係数の低下を防止しつつ、ロープ寿命を向上させることができる。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。

本発明の第１の実施形態を図１〜図７により説明する。
図１は、本発明のエレベータ装置の一実施形態の全体構成を表す概略図である。

この図１において、エレベータ装置は、鋼線を撚り合わせ樹脂で被覆したロープ１（例えば特開２００１−２６２４８２号公報の図１、図４〜図７等参照）と、このロープ１の一端に連結され乗客を乗せる乗りかご２と、ロープ１の他端に連結されたカウンタウェイト（錘）３と、ロープ１が巻き回されたシーブ４と、このシーブ４を回転駆動する電動機（巻上機）５と、シーブ４とカウンタウェイト３との間に設けられ、ロープ１が巻き回されたそらせ車６とを備えている。また、昇降路内にはガイドレール７が設置されており、乗りかご４にはガイドレール７を挟み込むガイドシュー８が取り付けられている。そして、電動機５によってシーブ４を回転駆動すると、昇降路内のガイドレール７に沿って乗りかご２が上下移動するようになっている。

このように構成されたエレベータ装置において、ロープ１と接触する金属表面は、シーブ４及びそらせ車６にそれぞれ形成されたロープ溝である。そして、本実施形態は、シーブ４のロープ溝に本発明の大きな特徴を有するものであり、その詳細を以下説明する。

図２は、上記シーブ４の全体構造を表す側面図であり、図３は、図２中断面III−IIIによるシーブ４の幅方向断面図である。また、図４は、シーブ４のロープ溝の金属表面を表す拡大断面図である。

これら図２〜図４において、シーブ４の外周面には、ロープ１が巻き回される複数（図示では３つ）のロープ溝９が形成されている。このシーブ４のロープ溝９は、ロープ１との摩擦係数を考慮し、断面が半円状の丸溝として形成されている（なお、断面がＶ形状のＶ溝としたり、丸溝又はＶ溝の底部がロープ非接触領域となるようにアンダーカットした溝としてもよい）。

そして、シーブ４のロープ溝９の金属表面（本実施形態では、例えば鋳鉄製のシーブ母材１０の表面）は、ショットピーニング処理（詳細には、例えば直径１０〜５００μｍの砥粒等を高速で衝突させる加工方法）により、シーブ周方向及び幅方向（言い換えれば、ロープ１の長手方向及び径方向）の粗さが算術平均粗さＲa＝３〜６μｍとなるように形成されている。なお、ショットピーニング処理は、表面のごく薄い層を加工硬化させることが可能な加工方法であり、シーブ４全体の靱性が損なわれないようになっている。

次に、本実施形態の作用効果を、本願発明者らの試験結果により説明する。

図５は、シーブ４のロープ溝９の金属表面の算術平均粗さＲaに対する摩擦係数測定試験の結果を表す特性図である。
この図５において、横軸は、シーブ４のロープ溝９の金属表面の算術平均粗さＲaをとって表し、縦軸は、油が付着しない状態での摩擦係数μaと油が付着した状態での摩擦係数μbとの比μa／μbをとって表している。算術平均粗さＲa＝０．５とした場合、摩擦係数比μa／μb≒１０になっている（言い換えれば、油が付着しない状態に比べ、油が付着した状態での摩擦係数は１／１０まで低下する）。そして、算術平均粗さＲa＜３μｍの範囲では、算術平均粗さＲaの増加に従って摩擦係数比μa／μbが急激に減少し、算術平均粗さＲa≧３μｍの範囲では、摩擦係数比μa／μb≒１でほぼ一定となっている（言い換えれば、油が付着した状態でも、摩擦係数はほぼ変動せず安定している）。

このような算術平均粗さＲaと摩擦係数比μa／μbとの関係を説明するため、算術平均粗さＲaを油膜パラメータに変換して表したものを図６に示す。図６は、ロープ１とシーブ４のロープ溝９との潤滑状態を表す、いわゆるストライベック線図である。
この図６において、横軸は、相対油膜パラメータ（＝油膜厚さ／表面粗さ）をとって表し、縦軸は、算術平均粗さＲa＝０．５における油付着時の摩擦係数μbを基準とした油付着時の相対摩擦係数μb'をとって表している。算術平均粗さＲa＝６〜３μｍの範囲（言い換えれば、相対油膜パラメータが０〜１．８の範囲）では、相対摩擦係数μb'≒５．０でほぼ一定であり、ロープ１とシーブ４のロープ溝９とは境界潤滑状態にある。また、算術平均粗さＲa＝３〜０．５μｍの範囲（言い換えれば、相対油膜パラメータが１．８〜３．２の範囲）では、算術平均粗さＲaの減少に従って相対摩擦係数μb'は急激に減少しており、ロープ１とシーブ４のロープ溝９とは混合潤滑状態にある。また、試験結果を図示していないものの、算術平均粗さＲa＜０．５μｍの範囲（言い換えれば、相対油膜パラメータが３を越える範囲）では、ロープ１とシーブ４のロープ溝９とは流体潤滑状態（詳細には、ロープ１とシーブ４のロープ溝９の間の油膜が発達して浮いた状態）に移行すると推測される。

したがって、算術平均粗さＲa≧３μｍの範囲では、シーブ４のロープ溝９の金属表面に形成された粗さの高低差による液溜り（凹部）の効果により、その金属表面とロープ１との間に異物が侵入しにくくなり、異物の影響による摩擦係数の低下を防止できるといえる。

図７は、シーブ４のロープ溝９の金属表面の算術平均粗さＲaに対するロープ１の摩耗量測定試験の結果を表す図である。すなわち、乗りかご２とカウンターウェイト３の質量差によってロープ１がシーブ４上で伸縮し被覆樹脂が摩耗するので、本願発明者らはその摩耗量を測定している。
この図７において、横軸は、シーブ４のロープ溝９の金属表面の算術平均粗さＲaをとって表し、縦軸は、相対摩耗量Ｗとって表している。算術平均粗さＲa≦６μｍの範囲では、算術平均粗さＲaの増加に従って相対摩耗量Ｗが単調増加しており、凝着摩耗（詳細には、シーブ４のロープ溝９の金属表面に凝着したロープ１の被覆樹脂が剥がされる摩耗）が支配的となっている。また、算術平均粗さＲa＞６μｍの範囲では、算術平均粗さＲaの増加に従って相対摩耗量Ｗは急激に増加しており、アブレシブ摩耗（詳細には、シーブ４のロープ溝９の金属表面の粗さ突部がロープ１の被覆樹脂を削る摩耗）が支配的となっている。これにより、算術平均粗さＲa≦６μｍの範囲では、ロープ１の摩耗量を抑え、ロープ寿命を向上させることができるといえる。

なお、上述した図５〜図７に示す試験結果は、後述する最大高さＲzと算術平均粗さＲaの比Ｒz／Ｒa＝４〜８の範囲において測定したものである。

以上のことから、本実施形態においては、シーブ４のロープ溝９の金属表面におけるシーブ周方向及び幅方向の粗さを算術平均粗さＲa＝３〜６μｍとすることにより、異物の影響による摩擦係数の低下を防止しつつ、ロープ寿命を向上させることができる。また、異物の影響による摩擦係数の低下を防止することができるので、エレベータ装置を適正に運転することができる。また、ロープの交換頻度を低減することができ、コスト低減を図ることができる。

なお、上記第１の実施形態においては、砥粒を用いたショットピーニング処理によるシーブ４のロープ溝９の金属表面を一例として図４に示したが、これに限られない。すなわち、例えば砥粒の投射方向を変えたり砥粒から球状微粒子に変えてショットピーニング処理を複数回行うか、若しくは金属部材の押し付けによる塑性加工を行うことにより、図８に示すように、金属表面における粗さ突部の形状が丸みを帯びるようにしてもよい。この場合も、算術平均粗さＲa＝３〜６μｍとすることにより、上記同様の効果を得ることができる。

本発明の第２の実施形態を図９及び図１０により説明する。なお、上記第１の実施形態と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

本実施形態では、シーブ４のロープ溝９の金属表面は、シーブ周方向及び幅方向の粗さが、最大高さＲzと算術平均粗さＲaとの比Ｒz／Ｒa（以降、粗さ比と称す）＝４〜８となるように形成されている。本実施形態の作用効果を、本願発明者らの試験結果により説明する。

図９は、シーブ４のロープ溝９の金属表面の粗さ比Ｒz／Ｒaに対する摩擦係数測定試験の結果を表す図である。
この図９において、横軸は、シーブ４のロープ溝９の金属表面の粗さ比Ｒz／Ｒaをとって表し、縦軸は、油が付着しない状態での摩擦係数μaと油が付着した状態での摩擦係数μbとの比μa／μbをとって表している。粗さ比Ｒz／Ｒa＝３．２とした場合、摩擦係数比μa／μb≒５になっている（言い換えれば、油が付着しない状態に比べ、油が付着した状態での摩擦係数は１／５まで低下する）。そして、粗さ比Ｒz／Ｒa＜４の範囲では、粗さ比Ｒz／Ｒaの増加に従って摩擦係数比μa／μbが急激に減少し、粗さ比Ｒz／Ｒa≧４の範囲では、摩擦係数比μa／μb≒１でほぼ一定となっている（言い換えれば、油が付着した状態でも、摩擦係数はほぼ変動せず安定している）。これにより、粗さ比Ｒz／Ｒa≧４の範囲では、シーブ４のロープ溝９の金属表面に形成された粗さの高低差による液溜り（凹部）の効果により、その金属表面とロープ１との間に異物が侵入しにくくなり、異物の影響による摩擦係数の低下を防止できるといえる。

図１０は、シーブ４のロープ溝９の金属表面の粗さ比Ｒz／Ｒaに対するロープ１の摩耗量測定試験の結果を表す図である。
この図１０において、横軸は、シーブ４のロープ溝９の金属表面の粗さ比Ｒz／Ｒaをとって表し、縦軸は、相対摩耗量Ｗとって表している。粗さ比Ｒz／Ｒa≦８の範囲では、粗さ比Ｒz／Ｒaの増加に従って相対摩耗量Ｗが単調増加しており、凝着摩耗が支配的となっている。また、粗さ比Ｒz／Ｒa＞８の範囲では、粗さ比Ｒz／Ｒaの増加に従って相対摩耗量Ｗは急激に増加しており、アブレシブ摩耗が支配的となっている。これにより、粗さ比Ｒz／Ｒa≦８の範囲では、ロープ１の摩耗量を抑え、ロープ寿命を向上させることができるといえる。

なお、上述した図９及び図１０に示す試験結果は、算術平均粗さＲa＝３〜６μｍの範囲において測定したものである。

以上のことから、本実施形態においては、シーブ４のロープ溝９の金属表面におけるシーブ周方向及び幅方向の粗さを粗さ比Ｒz／Ｒa＝４〜８とすることにより、異物の影響による摩擦係数の低下を防止しつつ、ロープ寿命を向上させることができる。また、異物の影響による摩擦係数の低下を防止することができるので、エレベータ装置を適正に運転することができる。また、ロープの交換頻度を低減することができ、コスト低減を図ることができる。

なお、上記第１の実施形態においては、シーブ４のロープ溝９の金属表面におけるシーブ周方向及び幅方向の粗さを算術平均粗さＲa＝３〜６μｍとすることについて説明し、上記第２の実施形態においては、粗さ比Ｒz／Ｒa＝４〜８とすることについて説明したが、これら条件を組み合わせてもよいことは言うまでもない。

本発明の第３の実施形態を図１１により説明する。本実施形態は、シーブ４のロープ溝９の金属表面に金属メッキ処理を施した実施形態である。

図１１は、本実施形態によるシーブ４のロープ溝９の金属面を表す拡大断面図である。この図１１において、上記実施形態と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

本実施形態では、シーブ４のロープ溝の金属表面は、シーブ母材１０表面がショットピーニング処理された後、低摩擦樹脂（例えば潤滑性を有する四フッ化エチレン樹脂等）を含浸した金属メッキ処理（例えばニッケルメッキ処理等）が施されて、メッキ層１１が形成されている。このメッキ層１１は、ロープ１との摩擦による摩耗を考慮し、例えば厚さ１μｍ以上、ビッカース硬度２５０以上であることが望ましい。また、例えば四フッ化エチレン樹脂の含有量が多いと硬度が低下するため、四フッ化エチレン樹脂の含有量は４０Vol％以下とすることが望ましい。このようなシーブ４のロープ溝９の金属表面においても、上記実施形態同様、シーブ周方向及び幅方向の粗さを算術平均粗さＲa＝３〜６μｍとしたり、粗さ比Ｒz／Ｒa＝４〜８としている。

以上のような本実施形態においても、上記実施形態同様、異物の影響による摩擦係数の低下を防止しつつ、ロープ寿命を向上させることができる。また本実施形態においては、低摩擦樹脂を含有した金属メッキ処理を施すことにより、シーブ４のロープ溝９の耐摩耗性を向上させることができる。また、錆の発生を防止することができ、錆が研磨剤として働きシーブ４のロープ溝９の表面粗さが低下するのを防止することができる。

なお、上記第３の実施形態においては、シーブ４のロープ溝の金属表面は、シーブ母材１０表面をショットピーニング処理した後、低摩擦樹脂を含浸した金属メッキ処理を施してメッキ層１１を形成した場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、例えば図１２に示すように、シーブ母材１０表面に低摩擦樹脂を含浸した金属メッキ処理を施してメッキ層１１を形成した後、ショットピーニング処理を施してもよい。このような場合も、上記同様の効果を得ることができる。

本発明の第４の実施形態を図１３及び図１４により説明する。本実施形態は、シーブ４のロープ溝９に油を供給する油供給手段を設けた実施形態である。

図１３は、本実施形態によるエレベータ装置の全体構成を表す概略図である。また、図１４は上記第１の実施形態の図４に相当するシーブ４のロープ溝９の金属表面に油が供給された状態を一例として表す拡大断面図であり、図１５は上記第３の実施形態の図１１に相当するシーブ４のロープ溝９の金属表面に油が供給された状態を他の例として表す拡大断面図である。これら図１３〜図１５において、上記実施形態と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

本実施形態では、シーブ４のロープ溝９に適量な油１３を供給する油供給装置１２（油供給手段）を設ける。この油供給装置１２は、詳細を図示しないが、例えば油をしみこませた樹脂を回転中のシーブ４のロープ溝９に押し付けるような機構を有する。また、シーブ４のロープ溝９の金属表面は、上記実施形態同様、シーブ周方向及び幅方向の粗さを算術平均粗さＲa＝３〜６μｍとしたり、粗さ比Ｒz／Ｒa＝４〜８としている。

以上のような本実施形態においても、上記実施形態同様、異物の影響による摩擦係数の低下を防止しつつ、ロープ寿命を向上させることができる。また本実施形態においては、油の影響による摩擦係数の低下を防止することができるので、シーブ４のロープ溝９に適量な油１３を供給する。これにより、例えば油を供給しない場合に比べ、ロープ１の摩耗量を低減することができる。また、錆の発生を防止することができ、錆が研磨剤として働きシーブ４のロープ溝９の表面粗さが低下するのを防止することができる。

なお、上記第４の実施形態においては、油供給手段として、油供給装置１２を設けた場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、例えばロープ１の内部又は被覆樹脂に油を含ませ、シーブ４のロープ溝９との面圧によってしみ出させることにより、シーブ４のロープ溝９に適量な油を供給してもよい。このような場合も上記同様の効果を得ることができる。

なお、以上においては、ロープ１と接触する金属表面としてシーブ４のロープ溝９を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、例えばそらせ車６等に適用してもよいことは言うまでもない。

本発明のエレベータ装置の第１の実施形態の全体構成を表す概略図である。本発明のエレベータ装置の第１の実施形態を構成するシーブの全体構造を表す側面図である。図２中断面III−IIIによるシーブの幅方向断面図である。本発明のエレベータ装置の第１の実施形態を構成するシーブのロープ溝の金属表面を一例として表す拡大断面図である。シーブのロープ溝の金属表面の算術平均粗さＲaに対する摩擦係数測定試験の結果を表す図である。図５に示す試験結果に基づいたストライベック線図である。シーブのロープ溝の金属表面の算術平均粗さＲaに対するロープ摩耗量測定試験の結果を表す図である。本発明のエレベータ装置の第１実施形態を構成するシーブのロープ溝の金属表面を他の例として表す拡大断面図である。シーブのロープ溝の金属表面における最大高さＲzと算術平均粗さＲaとの比Ｒz／Ｒaに対する摩擦係数測定試験の結果を表す図である。シーブのロープ溝の金属表面における最大高さＲzと算術平均粗さＲaとの比Ｒz／Ｒaに対するロープ摩耗量測定試験の結果を表す図である。本発明のエレベータ装置の第３の実施形態を構成するシーブのロープ溝の金属表面を一例として表す拡大断面図である。本発明のエレベータ装置の第３の実施形態を構成するシーブのロープ溝の金属表面を他の例として表す拡大断面図である。本発明のエレベータ装置の第４の実施形態の全体構成を表す概略図である。本発明のエレベータ装置の第４の実施形態を構成するシーブのロープ溝の金属表面を一例として表す拡大断面図である。本発明のエレベータ装置の第４の実施形態を構成するシーブのロープ溝の金属表面を他の例として表す拡大断面図である。

符号の説明

１ロープ
２乗りかご
３カウンターウェイト
４シーブ
５電動機
６そらせ車
７ガイドレール
８ガイドシュー
９ロープ溝
１０シーブ母材
１１メッキ層
１２油供給装置（油供給手段）
１３油

Claims

樹脂被覆されたロープの一端に接続した乗りかごと、前記ロープの他端に接続したカウンタウェイトと、前記ロープがロープ溝に巻き回されたシーブと、前記シーブを回転駆動する電動機とを備えたエレベータ装置において、
前記シーブは金属製とされ、前記ロープ溝の表面は、低摩擦樹脂である四フッ化エチレン樹脂を含有量４０Vol％以下となるように含浸した金属メッキ処理が施されてメッキ層が形成され、さらにシーブ周方向及び幅方向の粗さが算術平均粗さＲa＝３〜６μｍで且つ最大高さＲzと平均粗さＲaとの比Ｒz／Ｒa＝４〜８であることを特徴とするエレベータ装置。