JP5436684B2 - ブレーキ装置、ブレーキライニング、ブレーキライニングの製造方法及びエレベータ装置 - Google Patents

Description

本発明は、エレベータ等の制動機構への使用に適したブレーキライニング及びその製造方法に関するものである。

従来は、ブレーキのライニングの摩擦係数を安定に保つために、ゴム基材にアラミド繊維の短い繊維等を配合してライニングを成形し、研摩剤の研摩による起毛処理を行うことでロータとの摩擦面に対して略直交する方向に繊維を起毛させるといった方法を用いている（特許文献１参照）。

また、例えば、旋盤等によりブレーキディスクとブレーキライニングとの摩擦面をブレーキディスクの回転方向と同方向に加工することにより高い摩擦係数を得る方法がある。さらに、ブレーキディスクとブレーキライニングとの摩擦面をブレーキディスクの回転方向を横切る方向に加工することにより、加工目への摩耗粒子の堆積を促進し、ブレーキディスクへライニング材を移着させることにより摩耗を低減している（特許文献２参照）。

他に、ブレーキライニングにコルク粒子や有機質繊維を配合し、相手材との摩擦面に潤滑膜を形成することにより、摩擦係数を増大させる方法がある（特許文献３参照）。

特開平８−１５２０３３号広報（００１９段落、第２図） 特開２０００−１０４７６５号広報（００１５段落、００１８段落、第３図、第５図） 特開昭５９−１９７３２号広報（第１、２頁）

しかしながら、ゴム基材に短繊維等を配合した後に繊維を起毛した場合、基材が柔らかいために長期の使用によって繊維の方向が滑り方向に平行になって引っかき効果が低減し、摩擦係数が徐々に小さくなってしまうといった問題がある。また、ゴムを長期間使用することにより、ゴムが塑性変形する。通常、巻上機のブレーキ装置は、ロータの回転が停止している状態で制動するようになっているため、ブレーキ制動時は、バネでライニングをロータに押付ける。一方、ブレーキ開放時はバネ力よりも大きい電磁吸引力でライニングをロータから引き離すようにブレーキ装置が構成されている。ライニングとロータの摩擦係数が大きければ、バネ力及び電磁吸引力を小さくできるが、ブレーキの開放時に塑性変形した量だけ余分にライニングを吸引する必要が生じる。このように、ライニングを吸引するストロークが増えることにより電磁吸引力を大きくする必要が生じ、消費電力の増加、ブレーキ装置の大型化といった問題がある。また、塑性変形量が大きい場合にはライニングの吸引が困難となり機器の信頼性を劣化させる可能性がある。

また、ディスクに加工目を設けて、摩耗粒子を移着させる場合、温湿度など周囲の環境変化によって、ディスクまたはライニングの表面状態が変化して摩擦係数が低下する問題があり、安定な制動力を確保できない可能性がある。

さらに、摩擦係数を増大させる方法として、ライニングの成分として元来高い摩擦係数を有するコルクやゴム等を微細な粒子状にしてライニングに混入する方法がある。しかし、コルクやゴム等の粒子の大きさによっては、摩擦時に粒子が脱落して摩擦係数が低下するなど、摩擦係数を安定に保つことが困難となる。このため、予め摩擦係数の低下を大きめに見込んでブレーキ装置を設計することになり、ブレーキ装置の小型化が困難となるといった問題が生じる。

本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、ライニングとロータ間において安定した摩擦係数を維持することが可能となり、ライニングをロータに押し付ける力を小さくすることによって、ブレーキ装置の小型化、軽量化を図ることができ、ブレーキ装置製造時におけるＣＯ２排出を低減することができるブレーキライニングを得るものである。

この発明に係るブレーキ装置は、軸受を介して固定軸を中心に回転可能な筒状の回転体と、回転体の内部に配置されるとともに固定軸を支持するハウジングに固定され、コイルを内蔵した固定鉄心と、コイルの励磁により固定鉄心に吸引されて接触し、固定鉄心に設けられたバネにより反発力を受ける可動鉄心と、回転体の内周面に設けられた凹凸部と互いに摺動可能かつ摺動する方向に対して略垂直な方向に繊維を配列し繊維を結束する調合材料によって固められた成型品であって、可動鉄心に設けられたブレーキライニングとを備えたものである。

この発明によれば、ロータの内周面に突起を設け、ライニングの基材となる炭素繊維をライニングとロータの摺動する方向に対して略垂直に配列した成型品であるため、ライニングの炭素繊維とロータの内周面の凹凸との間に互いに引っかく効果が生まれるとともに互いに摺動する方向の抵抗が増加し、ライニングとロータ間において安定した摩擦係数を維持することができる。従って、ライニングをロータに押し付ける力を小さくすることによって、ブレーキ装置の小型化、軽量化、低消費電力化を図れ、また、ブレーキ装置製造時におけるＣＯ２排出を低減することができるという効果を奏する。

本発明の実施の形態１による巻上機とブレーキ装置の構造の模式図である。 本発明の実施の形態１によるライニングとロータの模式図である。 本発明の実施の形態１によるライニングとロータの模式図である。 本発明の実施の形態１によるロータの内周面の形状の模式図である。 本発明の実施の形態１によるロータの内周面の形状の模式図である。 本発明の実施の形態２による製造方法を示す模式図である。 本発明の実施の形態２によるライニングの断面図である。 本発明の実施の形態２によるライニングの断面図である。 本発明の実施の形態２によるライニングの断面図である。 本発明の実施の形態３によるライニングとロータの模式図である。 本発明の実施の形態３による摩擦係数と摺動距離の関係を示す図である。 本発明の実施の形態３によるライニングの模式図である。 本発明の実施の形態４によるエレベータ装置の構造の模式図である。

実施の形態１．
本実施の形態１におけるブレーキ装置の構成を、図を用いて説明する。図１は本発明に係るブレーキライニングとロータが内在するエレベータ用の巻上機を示すものである。なお、以下に述べるライニングとロータはエレベータの巻上機のみならず、自動車の各種タイヤのブレーキ、電動モータ、ホイスト等の産業機器、モータ用ブレーキ、クラッチシステム等にも適用可能である。また、以下内部拡張型のブレーキ装置の例を示しているが、ドラムブレーキやディスクブレーキ等、制動方式に依存せず摩擦材を用いるものにも適用可能である。

図１において、エレベータの機械室の床又は昇降路内の壁に巻上機４のハウジング１９が取り付けられている。巻上機４の中央部にはエレベータのかごに繋がれたロープを懸架するための図示されないシーブが設けられている。また、シーブに固定され、シーブとともに回転する筒状のロータ２の中心には、ハウジング１９に一端が支持された固定軸６が設けられている。そして、固定軸６の外周面を覆う軸受を介して固定軸６を中心にロータ２が回転する。シーブは、ロータ２の固定軸方向に段違いに取り付けられ、固定軸６を中心に回転する。また、ロータ２の外周面には永久磁石が設けられており、ロータ２の外周面と対向するように配置されたコイルを内蔵した図示されないステータが、ハウジング１９に固定されている。

巻上機４のブレーキ装置は、固定鉄心７、可動鉄心８、ロータ２、及びライニング１より構成される。ライニング１は回転体であるロータ２の回転を制止するための摩擦材であり、シュー９に固定されている。そして、ロータ２の内周面の円周方向全てにライニング１と摺動するための凹凸部が形成されている。また、ハウジング１９の一部である支持部３０はロータ２の内周面に対向し、ロータ２の回転によってシュー９に作用する力を受ける。また、ロータの固定軸６の周囲、つまりロータ２の内部には、回転しない断面コの字状の固定鉄心７が、ハウジング１９の一部にボルトによって固定されている。そして、固定鉄心７の片側には例えば２つのコイル７ａが内蔵されている。このコイル７ａは固定軸６の奥行き方向に巻かれており、また、コイル７ａが通電して励磁した場合に可動鉄心８が電磁石となり固定鉄心７を吸引するよう、可動鉄心８は固定鉄心７に対して隙間をもって配置されている。また、筒状のスリーブ内にバネ１１の一端が固定され、バネ１１の他端は固定鉄心７に固定される。さらに、スリーブの一部が固定鉄心７の内部に配置される。

固定鉄心７に対して相対的に動く可動鉄心８は、ブレーキ制動時、つまりロータ２とライニング１の摺接時には固定鉄心７との間に僅かな隙間を有しているが、ブレーキ開放時、つまりコイル７ａの励磁時であり、ロータ２とライニング１が摺接していない時には固定鉄心７と接触する。また、可動鉄心８において、固定鉄心７と接触する側と反対側の面には支持ボルト１０が固定されており、支持ボルト１０は、可動鉄心８とシュー９を連結するためのボルトである。また、ライニング１が接着剤やネジ等でシュー９に固定されている。図１のようなブレーキ制動時には、シュー９に固定されたライニング１とロータ２とは接触し、ブレーキ開放時には、ロータ２とライニング１の間には隙間が生じる。この隙間はブレーキ制動時に固定鉄心７と可動鉄心８との間に有する隙間に対応するものである。

図２（ａ）及び図２（ｂ）は、本発明の実施の形態１におけるライニング１とロータ２とが摺動する前後、つまり、ブレーキ開放時とブレーキ制動時におけるライニング１とロータ２の配置及び形状を模式的に示したものである。また、図３は、本発明の実施の形態１におけるライニング１と摺動する巻上機のロータ２の配置及び別の形状を模式的に示したものである。さらに、図４は、本発明の実施の形態１におけるロータ２の内周面の形状を模式的に示したものであり、図５は、本発明の実施の形態１におけるロータ２の別の内周面の形状を模式的に示したものである。

図２（ａ）において、ライニング１は炭素繊維３を基材とし、繊維同士は調合材料１２に固められて密となり成型品となった状態でシュー９に接着されている。また、図２（ａ）のブレーキ開放時、つまりロータ２が回転中である場合には、ライニング１とロータ２が接触しないように隙間を生じた状態でロータ２と向かい合ってライニング１が配置される。一方図２（ｂ）では、ライニング１とロータ２が接触しており、ライニング１とロータ２は相対的に摺動する関係にある。ライニング１は、図中に矢印で示したライニングとロータの相対すべり方向に対して略垂直に配列される剛性が強い炭素繊維３が複数本調合材料１２により結合して密となっているためさらに剛性が高まり、ロータ２に押し付けても破損することはない。この炭素繊維３は例えば、直径約１ｍｍ〜２ｍｍ程度で長さは７〜１０ｍｍである。

ライニング１により、ロータ２の内側の表面である内周面、つまりロータ２の制動面が制動する。そして、ライニング１の炭素繊維３がロータ２と摺動する向きに対して引っかかりが生じるように、ロータ２の奥行き方向（ロータ２の半径方向）に切削、研摩等により内周面を粗くしておく。この内周面の切削は例えば、１０ミクロン〜２０ミクロンである。ロータ２の内周面に、深さのある凹凸を設けることで、ライニング１の炭素繊維３とロータ２の凹凸部が互いに引っかく構造を形成している。ロータ２の凹凸部の奥行き方向への深さは均一でなくて良く、また、若干傾斜した方向に凹凸を設けても良い。例えば、ボールバニシング等の方法でジグザグの溝を加工して得ることができる。なお、炭素繊維３が密となり一体となったライニング１はシュー９の面と炭素繊維３の長さ方向が垂直になるよう、接着剤等によりライニング１である一体となった炭素繊維３とシュー９を固定している。また、炭素繊維３がロータ２の凹凸部の各凹部と合致するような構成にしなくてもよい。ロータ２の材料としは、例えば、ＦＣ材やＦＣＤ材等が用いられ、ロータ２の内周面だけをセラミック系のスパッタで形成した薄膜等に変えることもできる。

また、ロータ２の内周面に設けられた形状は、図３に示すような矩形状であっても良い。このような形状は、例えばエッチング加工の方法を用いて加工することができる。なお、各炭素繊維３のピッチとロータ２の凹凸部のピッチとを一致させなくてもよい。

さらに、ロータ２の内周面に設けられた形状は、図４に示す形状であっても良い。図４はライニング１からロータ２の方向を見たロータ２の内周面の形状を表し、ロータ２の内周面にテクスチャリング加工を施してある。これにより、温度や湿度等の環境変動によって水分がロータ２の内周面に吸着した場合であっても、様々な方向に溝が形成されているため、溝を介して水分をライニング１とロータ２との接触領域外に排出させることができる。従って、環境が変化しても摩擦係数の変動を小さくして安定した摩擦係数及び制動力を確保することができる。

また、図５において、ロータ２の内周面にディンプルを形成するよう加工しても良い。ディンプルを設けることによりライニング１とロータ２との引っかきの抵抗を増大させ、摩擦係数を高くすることができる。そして、このディンプルは、圧縮空気でボールを内周面に吹き付けるブラスト加工等により形成可能であり安価に製造することができる。なお、ディンプルのようなくぼみの代わりに膨らみを形成しても良い。

次に本実施の形態１におけるブレーキ装置の動作について説明する。図１において、ロータ２の外周面と対向するように配置されたステータに内蔵されるコイルへの通電を停止し、電気的にエレベータのかごを減速させ停止させると固定軸６に支持された筒状のロータ２の回転が停止する。そして、ロータ２が完全に停止した後にコイル７ａに通電する制御を行うことによって、ライニング１は停止したかごが動かないようロータ２を固定する。通常、巻上機４のロータ２が回転するときは固定鉄心７に内蔵したコイル７ａに電流を流すことにより、コイル７ａが励磁し、固定鉄心７と可動鉄心８との間に電磁吸引力を発生する。そして、可動鉄心８が固定鉄心７の方向に引き付けられ、可動鉄心８と固定鉄心７が接触する。このとき、可動鉄心８に固定されているバネ１１は常時、自身が有する弾性力により可動鉄心８を固定鉄心７から引き離そうとするため、可動鉄心８を固定鉄心７に引き付けるためにはコイル７ａに発生させる電磁吸引力をバネ１１の弾性力よりも大きくする必要がある。可動鉄心８が固定鉄心７に吸引されるに伴い、可動鉄心８に固定された支持ボルト１０並びに支持ボルトに支持されたシュー９及びライニング１も固定鉄心７の方向に引き付けられる。このとき、可動鉄心８、シュー９及びライニング１はロータ２から引き離され、可動鉄心８と固定鉄心７の隙間が無くなるのに乗じてライニング１とロータ２との間に隙間が生じ、ブレーキ開放状態となる。

また、巻上機４のロータ２の回転が停止した後は固定鉄心７に内蔵したコイル７ａへの通電が短時間で止まり、コイル７ａの電磁吸引力は失われる。一方、バネ１１は弾性力を常時有しているため、固定鉄心７と可動鉄心８の接触により縮んでいたバネ１１が反発力により伸長し、可動鉄心８は固定鉄心７から引き離されるとともに、シュー９及びライニング１がロータ２に押し付けられ、ロータ２が制動する。

もっとも、エレベータのかごが作動している状態で停電等が発生した場合には、ロータ２が回転している状態で電源が切断されるため、かごが惰性運転し、ロープがロータ２を回転させる。同時に、停電によってコイル７ａに電流が流れなくなるに従い、バネ１１の弾性力によってライニングライニング１がロータ２に押し付けられる。このときロータ２が回転している状態でシュー９及びライニング１がロータ２に押し付けられるため、ライニング１とロータ２が摺動し、その後ロータ２は停止する。

ブレーキ制動時には、巻上機の固定鉄心７に設けられたバネ１１で可動鉄心８を動かし、シュー９を押し付けてロータ２の回転を制動するため、制動力を増大させるには、バネ１１の弾性力を増大させるか、若しくは、ライニング１の摩擦係数を高くすればよい。もっとも、バネ１１の弾性力を増大させると、ブレーキ開放時にバネ１１の弾性力に逆らって可動鉄心８を吸引するためのコイル７ａの電磁力が増加するため、固定鉄心７に内蔵したコイル７ａの使用量が増加し、消費電力も増大する恐れがある。

一方、ライニング１の摩擦係数を高くすると、同じ制動力を得るのに必要なバネ１１の弾性力を小さくすることができるため、バネ１１を小さくできるとともにブレーキ開放時に必要なコイル７ａの電磁吸引力を小さくすることが可能となる。したがって、コイル７ａの電磁吸引力で可動鉄心８を固定鉄心７に引き付けるための消費電力が抑制され、固定鉄心７自体の大きさや重量を低減することができる。また、ブレーキ装置の小型化、軽量化により、コイル７ａの量、固定鉄心７の大きさ等が減少し加工に生じる時間を短縮でき、工場でのＣＯ２を削減できる。

エレベータのかごが昇降している、つまり、巻上機４が作動しているような図２（ａ）の状態では、巻上機のロータ２が回転しており、同時にブレーキは開放状態となっている。そして、通常はかごを電気的に停止させ、ロータ２が停止した後にブレーキが働きライニング１がロータ２に押さえ付けられ巻上機が動かないよう固定する。一方、停電等の非常時の場合には、ロータ２が回転した状態でブレーキが働くため、ライニング１の炭素繊維３とロータ２の凹凸部が摺動した後にロータ２を停止する。無数の炭素繊維３とロータ２が互いに引っかく形状を有しているため、摺動時の抵抗、つまり摩擦力が増大し、ロータ２の停止距離が減少する。また、ライニング１は複数本が結合し密となった炭素繊維であるため、剛性が強く破損せず、ライニング１は安定して高い摩擦係数が維持できる。従って、ライニング１をロータ２に押し付ける力を小さくできるため、コイル７ａの通電量を同量にする場合に、コイル７ａの量が減少し、ブレーキ装置の小型化、軽量化が図れ、一方、コイル７ａの通電量を減らす場合にはブレーキ装置の発熱性を減少でき、ブレーキ装置の信頼性が向上する。

以上に述べたように、本実施の形態１によれば、ロータの内周面に凹凸部を設け、ライニングの基材となる炭素繊維をライニングとロータの摺動する方向に対して略垂直に配列することにより、ライニングの繊維とロータの内周面の凹凸との間に互いに引っかく効果が生まれるとともに互いに摺動する方向の抵抗が増加し、ライニングとロータ間において安定して高い摩擦係数を維持することができる。

また、ライニングとロータ間において安定して高い摩擦係数を維持することができるため、ライニングをロータに押し付ける力を小さくすることによって、コイルの量が減少しブレーキ装置の小型化、軽量化を図ることができ、ブレーキ装置の製造時におけるＣＯ２排出を低減することができる。

さらに、ライニングをロータに押し付ける力を小さくすることによって、コイルの通電量が減少するとともに発熱性が減少するためブレーキ装置の信頼性が向上する。

実施の形態２．
本実施の形態２における上記のライニング１の製造方法を説明する。まず、製造装置の構成につき説明する。図６（ａ）は炭素繊維３を結合して出来るライニング１を製造するための製造装置であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）で製造された炭素繊維３を結合して出来たライニング１の断面図である。

図６（ａ）の製造装置は、固定された複数個あるボビン２１の曲面に、それぞれ一本の炭素繊維３が巻き付けられており、巻き付けられた炭素繊維３の数本をワンセットに並べて置くための第１のローラー２２が複数ある。炭素繊維３は例えば直径１０ミクロン〜１７ミクロン程度の炭素繊維原糸を撚ったものを用いる。また、第１のローラー２２に並べられた数本ワンセットの炭素繊維３に調合材料１２を絡めるための粉状の熱硬化性樹脂である調合材料１２を有した粉体箱１３が設けられている。さらに、調合材料１２が付着した数本ワンセットの炭素繊維３を一本に撚ることが可能な、ローラーの両端から中央部に向かうに連れ下降傾斜している回転可能な第２のローラー２３が複数存在する。また、第２のローラー２３で一本に撚られた数本ワンセットの炭素繊維３を数本束ねて撚ることが可能なローラーの両端から中央部に向かうに連れ下降傾斜する形状を有すると共に回転する第３のローラー２４が設けられている。さらに、第３のローラー２４で撚られた繊維束を加熱・加圧成形し、炭素繊維３を結合し密とするための図示されないプレス１４がある。また、プレス１４で加熱・加圧成形された後、繊維束をプレスから離れる方向に引き出すための駆動部、駆動部を通過したライニング１を切断する図示されない切断機、切断機により切断したライニング１を焼成する図示されない焼成機がある。

図６（ａ）に示す製造装置によりできたライニング１、つまり焼成機で焼成されてできたライニング１の断面図を示したものが図６（ｂ）である。図６（ｂ）のライニング１は、複数本の炭素繊維３及び密となった繊維間を一体とするための調合材料１２とから構成され、炭素繊維３同士の間を強く結束している。ライニング１は、例えば縦７０ｍｍ〜８０ｍｍ×横７０ｍｍ〜８０ｍｍ、若しくは直径７０ｍｍ〜８０ｍｍであり、切断機で切断された長さは５〜１０ｍｍ程度である。

次に本実施の形態２における製造方法について説明する。図６（ａ）において、図示されない駆動機が炭素繊維３を回転させながら引っ張ることにより、ボビン２１に巻かれた炭素繊維３が引っ張られるとともに、ボビン２１に巻かれた炭素繊維３が解かれる。複数あるボビン２１より解かれた複数本の炭素繊維３が第１のローラーに並べられ第１のローラーが回転し繊維を送り出す。次に、第１のローラーにより送り出された複数本の炭素繊維３を予め調合材料１２を配合して充填してある粉体箱１３の中に通し、繊維間に調合材料をからめた後、炭素繊維３を第２のローラー２３で撚る。この第２のローラー２３は中央に向かうに連れ傾斜しており、中央に炭素繊維３が集まるようになっている。したがって、プレス加工により加熱・加圧成形してできた炭素繊維３結合体であるライニング１を引っ張ると同時に捻る駆動機の作用と相俟って、第２のローラー２３を通過した炭素繊維３が束ねられる。同時に同様の手順を用いて、調合材料をからめた後撚った炭素繊維３が複数本出来上がる。このようにして、複数本撚って出来た炭素繊維３をローラー２４でさらに撚ることを繰り返して所定の太さにした後、一本になった繊維束をプレス１４で加圧・加熱しながら成形して所定の長さに切断する。これにより繊維束を結束する、熱硬化性樹脂の調合材料１２を固める。そして、図示されない切断機で切断した後、図示されない焼成機で焼成して樹脂を加強することで、図６（ｂ）に示すとおり、複数本の炭素繊維３が密になり成型されたライニング１を得ることができる。本発明では、複数回に分けて撚る工程を設けているため、より炭素繊維間の密度が高くなり、剛性が高くなるとともに、炭素繊維間に調合材料１２が付着しやすく結束力が高いライニング１を作成することができる。したがって、ロータ２と摺動させてもライニング１は破損することはない。

粉体箱１３の中にある調合材料１２は、摩擦調整剤、充填剤、結合剤等で構成される。摩擦調整剤としては、カシューダスト、ゴムダスト、銅、亜鉛、アルミナ、ジルコニア等を、充填剤としては、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、硫酸カルシウム、硫化スズ等を、結合剤としては、フェノール樹脂、メラニン樹脂、ポリイミド等を用いる。

図６に示した製造方法によれば、焼成によって出来た一本の繊維束を切断するだけで複数のライニングを連続して製造することができ、高価な金型を必要としないので、安価に製造することができる。

また、複数回に分けて撚る工程を設けているため、炭素繊維間の密度が高くなり、剛性が高くなるとともに、炭素繊維間に調合材料１２が付着しやすく結束力が高いライニングを作成することができる。

また、図７はライニング１内に紐状のゴム材である紐状高摩擦剤１５が混入されたものである。図７に示すように、炭素繊維３を加熱、成形する前に紐状の例えばゴム材等の摩擦係数の高い摩擦材料である紐状高摩擦材１５を繊維とともに撚ることによって、さらに摩擦係数を大きくすることができる。通常、摩擦係数を高くするために、粒状のゴムなどを充填することがあるが、摩耗によって表面劣化を生じて脱落したり、摩擦熱によって硬化して脱落することがある。それに対し図６に示した製造法では、長さ方向につらなった材料により強度を確保され、紐状高摩擦材１５は脱落することなく、また、摩擦熱により温度が上昇しても表面が劣化するだけで、安定な摩擦係数を確保することができる。この摩擦材料は、ライニング１に構成される炭素繊維３の長さと略等しい。

図８は、ライニング１内に、炭素繊維３と一緒に、数種の材料が混入することを示す断面図である。ライニング１に混入する材料としては、紐状高摩擦材１５の１種類に限定されず、図８に示すように、例えば、針金状の耐摩耗性材１６など、複数種の長尺状の摩擦材料を繊維と一緒に撚ることによって、種々の摩擦特性を有するライニング１を安価に製造することができる。耐摩耗性材１６は、例えばタングステンあるいはモリブデン等を用いる。

上記では製造装置によりライニング１を作製する例を示したが、上記製造装置から得られるライニング１より大きなライニング２０が必要な場合がある。この場合には、製造装置に使用する炭素繊維３の本数を増やすことも考えられるが、図６（ｂ）に示すライニング１に構成される炭素繊維３の本数を減らし、それを１つのセグメントとし複数繋げてライニングを作製しても良い。ここで、セグメントとは、ライニング２０の一部を構成するものである。そして、セグメントを複数個並列に繋げて一体としたものをライニングとすることができる。

図９（ａ）はセグメント１７の断面図を示し、図６（ｂ）と対応するものである。図６（ｂ）は、それ自体をライニングとし、巻上機のシュー９に取り付けるものであるが、図９（ｂ）は、ライニングの一部に過ぎない。

図９（ｂ）はセグメント１７を多数個繋げてできるライニング２０の断面図を示すものである。寸法が大きなライニング２０は、図９に示すように、ライニングのセグメント１７を並列に複数個繋げて作製することができる。セグメント１７は、複数本の炭素繊維３と、それらを固めて結束させる調合材料１２からなる。１つのセグメントに構成される炭素繊維３の本数を変えるためには、上記の製造装置で用いる炭素繊維３の本数を減らせばよい。それにより、図６（ｂ）のライニング１より小さい図９（ａ）のセグメント１７を同図（ｂ）のように、多数個並列に配列させるよう接着剤等により接着してライニング１を製造する。そして、複数個のセグメント１７からなるライニング２０は接着剤等によりシュー９に直接接着し、若しくは、基板を介してシュー９に接着される。

このように、上記製造装置に用いる炭素繊維３の本数を減らしてできるセグメント１７を複数並列に接着することにより、撚り本数を少なくすることができ、その結果、ボビンやローラー等の個数が削減し、設備の小型化が図られるとともに、工場内のＣＯ2排出を抑制して、安価に製造することができる。

実施の形態３．
本実施の形態３におけるブレーキライニング及びロータの構成を、図を用いて説明する。なお、ロータ２を制止するライニングの形状を除き、巻上機４等の構成は実施の形態１と同一の構成であるため省略する。実施の形態１では、炭素繊維３を相対すべり方向とほぼ垂直に配列したライニング１について述べたが、炭素繊維３を短く切断して摩擦係数を大きくすることもできる。図１０（ａ）は、ブレーキ開放時の短繊維が設けられたライニングと回転体であるロータ２の配置関係を示し、図１０（ｂ）は、ブレーキ制動時の短繊維が設けられたライニングとロータ２の配置関係を示し、図１０（ｃ）は、ライニングの構成を示す断面図である。

図１０（ａ）は、ロータ２とライニング２５が隙間を生じた状態であるブレーキ開放時を示すものである。そして、実施の形態１と同様に、所定の表面形状に加工された巻上機のロータ２、実施の形態２で示した炭素繊維３を短く切断した短繊維１８で構成したライニング２５及びライニング２５を固定するとともに支持ボルト１０を通じて巻上機４の可動鉄心８と連動するシュー９により動作する。また、ブレーキ制動時には、図１０（ｂ）に示すとおり、ライニング２５に形成された短繊維１８とロータ２の凹凸部が引っかきあう構造となっている。また、図１０（ｃ）において、ライニング２５は、粉状の熱硬化性樹脂を含む調合材料１２により硬化している。短繊維１８が表面に露出することによって、剛性が高い繊維がロータ２の内周面を引っかくときの抵抗が大きくなり、摩擦係数を高めることが可能となる。

このようなライニング２５は、炭素繊維３を短く切ってできる短繊維１８と調合材料１２から構成され、それらを混合して金型に投入し、金型を加熱しながら成形するためのプレスで加圧する従来の加工プロセスで製造される。そして、ライニング２５の表面は、ざらざらした突起状の短繊維が起毛した状態で保持される。このように、ライニング１の製造工程を従来から特に変更することがないので、設備投資を抑制し、安価に品質が高いライニングを得ることができる。

次に、本実施の形態３におけるブレーキ装置の動作について説明する。なお、実施の形態１と同様の動作については省略する。図１１に摩擦係数と摩擦距離の関係を繊維の長さをパラメータにして示す。図１１の横軸は摩擦距離、縦軸は摩擦係数を表し、摩擦係数は、ロータ２とライニング２５が摺動している状態の摺動面に働く摩擦力と摺動面を垂直に押す力との比を意味し、摩擦距離は、ライニング２５とロータ２が回転している状態で接触して摺動している距離を意味する。短繊維１８は炭素繊維３を短く切ったものであり、長繊維は炭素繊維３そのものである。

図１０及び図１１において、ライニング２５がロータ２と接触し始めてからライニング２５とロータ２がなじむまで、つまり、ライニング２５がロータ２を押し付けてからライニングとロータの接触面圧の高い部分が選択的に削れて接触面圧が一様な状態になるまでは、摩擦係数が小さく安定しない。しかし、所定の距離だけ摩擦させてライニング１とロータ２がなじんだ状態では、摩擦係数はほぼ一定の値に落ち着く。実験によれば、短繊維１８の長さが０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下になると、ライニング２５とロータ２の間の摩擦係数が０．５を超え、大きな値を得ることが可能となる。

上記では、基材に短繊維１８を用いたが、図１２に示すとおり、短繊維１８及び短繊維よりも長い長繊維である炭素繊維３を基材として用いることができる。炭素繊維３と短繊維１８を基材として使用することにより、機械強度が大きなライニングを得ることができる。短繊維は０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下であり、炭素繊維３は５ｍｍ以上１０ｍｍ以下とする。短繊維１８のみを基材とした場合には、繊維同士が絡みにくいため、せん断、曲げなどの機械強度が小さくなることがある。つまり、炭素繊維３が短繊維１８の剥がれ等を防止する機能を持ち、短繊維１８が摩擦係数を増大させる機能を持つ。したがって、長い繊維と短い繊維を使用することによって、両方のメリットを享受する。なお、図１２では、２種の長さの炭素繊維を用いる例を示したが、短繊維１８の長さと炭素繊維３の長さの間の長さの繊維を加えるなど、３種以上の長さの炭素繊維を使用しても良い。

以上述べたように、本実施の形態３によれば、短繊維１８を用いることによりライニング２５とロータ２の摩擦係数を増大するため、その分固定鉄心７に設けられたバネの弾性力及び固定鉄心７に内蔵されたコイル７ａの電磁吸引力を小さくできるためブレーキ装置の小型化、軽量化、及びブレーキ装置の消費電力を低減することができる。

また、長さの異なる繊維を組合せて使用することにより、摩擦係数が高く、且つ機械強度が大きいライニングを得ることができ、ブレーキ装置の小型化、軽量化、及びブレーキ装置の消費電力低減を図ることができる。

実施の形態４．
次に、本発明の実施の形態４におけるエレベータ装置について図１３を用いて説明する。なお、巻上機の構成については上記と同様のため省略する。図１３は本実施の形態におけるブレーキ装置を含む巻上機を用いたエレベータ装置の構成を示すものである。建物の最上階に機械室２６が設けられている。機械室２６の床には実施の形態１で示した巻上機４が固定されている。上述の通り、巻上機４には軸受を介して固定軸６を中心に回転するロータ２が設けられ、ロータ２の固定軸方向に段違いに取り付けられたシーブがロータ２と共に回転する。そして、シーブには、かご２８及び釣合い錘２９を吊り下げるためのロープ２７が設けられている。また、かご２８は釣合い錘２９と釣り合っている。

図示しない電源部から巻上機４のステータに電力が供給されると巻上機４のロータ２は回転する。ロータ２の回転に伴ってシーブが回転する。これによって、シーブに懸架されたロープ２７の両端に固定された釣合い錘２９及びかご２８が上下に動作する。

なお、本実施の形態では、巻上機４が建物の機械室に設けられる構成を示したが、例えば、昇降路内の壁等に配置してもよい。

本実施の形態における巻上機４に内蔵されるブレーキ装置は例えば図１に示すような構成であり、安定して高い摩擦係数を維持することができるためブレーキ装置に内蔵されるコイル７ａの電磁吸引力を小さくできるため、エレベータ動作時におけるブレーキ開放に必要な消費電力が減少し、ブレーキ装置の消費電力の低減及びエレベータの消費電力の低減を図ることができる。

この発明は、エレベータの巻上機のみならず、自動車の各種タイヤのブレーキ、電動モータ、ホイスト等の産業機器、モータ用ブレーキ、クラッチシステム等に利用できる。

１ ライニング
２ ロータ
３ 炭素繊維
４ 巻上機
６ 固定軸
７ 固定鉄心
７ａ コイル
８ 可動鉄心
９ シュー
１０ 支持ボルト
１１ バネ
１２ 調合材料
１３ 粉体箱
１４ プレス
１５ 紐状高摩擦材
１６ 耐摩耗性材
１７ セグメント
１８ 短繊維
１９ ハウジング
２０ ライニング
２１ ボビン
２２ 第１のローラー
２３ 第２のローラー
２４ 第３のローラー
２５ ライニング
２６ 機械室
２７ ロープ
２８ かご
２９ 釣合い錘
３０ 支持部

Claims (3)

1. 複数本の繊維を引き出す駆動機により前記繊維を引き出しながら、前記繊維を結束するための調合材料を前記繊維に付着する付着ステップと、
   前記付着ステップにて前記調合材料を付着した前記繊維を繰り返し撚って束ねる束ねステップと、
   前記束ねステップにて束ねてできる繊維束を加熱・加圧成形する成形ステップと、
   前記成形ステップにて成形した前記繊維束を切断しブレーキライニングとする切断ステップと、
   を含むことを特徴とするブレーキライニングの製造方法。
2. 前記束ねステップにおいて、摩擦係数の高い摩擦材料とともに前記繊維を撚ることを特徴とする請求項１に記載のブレーキライニングの製造方法。
3. 前記切断ステップにて切断された前記繊維束を接着剤により並列に複数個繋げて一体にするステップを含むことを特徴とする請求項１に記載のブレーキライニングの製造方法。

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