JP5554254B2 - エレベータ - Google Patents

Description

本発明はロープ懸架式のエレベータに係り、特に乗りかごの上部にロープを駆動するための巻上機を搭載するエレベータに関する。

エレベータは、乗りかごがロープによって懸架されており、巻上機でロープを巻上げることにより、乗りかごが上下に移動する。この巻上機を昇降路内に設置した機械室レスエレベータでは、巻上機の小型化を図るため、乗りかごとつり合い重りにプーリを配置し、巻上機の巻き取り量がロープの巻き取り量の２倍となるいわゆる２：１ローピングを採用している。この構成によれば、巻上機の巻き取り量とロープの巻き取り量が等しい１：１ローピングに比べて、必要なトルクが半分で済むため、巻上機を小型化することができる。さらに、この巻上機を、乗りかごと昇降路壁の隙間に設置して、昇降路高さ方向の寸法縮小を図ったり、巻上機を乗りかごやつり合い重りの投影面内に設置して、昇降路断面積の縮小を図る構成が主流となっている。

一方、機械室レス化を実現する他の方法としては、巻上機を乗りかごもしくはつり合い重りに搭載する方法があり、例えば特許文献１もしくは特許文献２に記載の発明がある。

特許文献１に記載の構成では、ギヤレスのダイレクトドライブのモータをかご上に搭載し、鋼線のロープを用いて乗りかごを駆動している。ロープは、短い区間でプーリによるロープの曲げ方向が変化すると寿命が短くなることが知られており、逆方向の曲げは同方向の曲げの１．５倍とカウントして寿命回数を数えている。このような背景のもと、この構成では、鋼線のロープの寿命を長くするために、プーリに巻きかかる際の曲げ方向を１方向とし、逆方向の曲げ方向にならないようにロープをシーブに２１５〜２７０゜巻き掛ける構成となっている。

また、頂部の省スペース化を図るため、特許文献２に記載の構成では、昇降路上部のスペースを削減するため、巻上機を乗りかごの底部に配置している。薄型巻上機のシーブ表面が乗りかごの底面と平行にして、ピット深さの短縮を図っている。

以上のように、かごもしくはつり合い重りに巻上機を搭載する場合、高さ方向の設置スペースの縮小を図るため、巻上機の小型化が必要である。巻上機の小型化を実現する手段としては、シーブを小径化する方法があり、巻上機に必要なトルクを小さくしてモータを小型化することができる。このシーブ小径化の方法としては、鋼線の直径を細くしたり、例えば特許文献３に記載のように、素線を細くするとともにその外周を樹脂で被覆した丸型ロープが考案されている。

国際公開番号ＷＯ９７／１１０２０号公報 国際公開番号ＷＯ２００７／１３５７１６号公報 特開２００６−９１７４号公報

特許文献１に記載のエレベータ構成では、ロープのシーブへの巻き掛け角度を２１０〜２７０度に巻きつけるために、ロープの入射口と出口でシーブの軸方向において、ロープ同士が干渉しないようにシーブの両端でかごに設けたプーリを傾斜させて配置する必要がある。この設置方法は、ロープの外周がロープ溝に擦れて摩耗しやすくなる他、据付時にプーリの傾斜角の微調整が必要などの問題がある。

また、エレベータは、乗りかごとつり合い重りの差分を、ロープとシーブの間のトラクションで駆動するシステムであり、この駆動に必要なトラクションと各諸元との関係は、次式で表わされる。
Ｔ１／Ｔ２＝ｅｘｐ（μθ）
ここで、Ｔ１、Ｔ２はかご側とつり合い重り側のそれぞれの張力、μはシーブとロープの摩擦係数、θはロープの巻き掛け角度である。

一般に、つり合い重りは、乗りかごの質量に積載量の半分を加えた値に設定して、巻上機は積載量の半分を駆動する容量があればよい。上記の式によれば、乗りかごとつり合い重りの比に相当するＴ１とＴ２の差が大きいほど、大きな摩擦が必要である。すなわち、乗りかごに軽量部材などを用いて質量を軽減すると、Ｔ１／Ｔ２が大きくなり、従来公知の発明ではさらに巻き掛け角度を増やす必要がある。

しかし、ロープをシーブに２７０゜以上巻き掛けると、両端のプーリへの入射角度が大きくなり、ロープ外周が摩耗しやすくなる。また、幾何学的にロープを１つの溝に３６０゜以上巻き掛けることはできない。

一方で、摩擦係数を向上させるために、ロープの溝形状をＶ型にする方法もあるが、ロープの摩耗が大きくロープ交換周期が短くなる。このため、かごを軽量化する際には、トラクション性能による限界があると考えられる。また、かご上に大きな巻上機を搭載した場合、昇降路頂部の隙間を確保しなければならず、昇降路体積が大きくなりやすい。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたもので、その主な目的とするとこは、乗りかご上部に巻上機を搭載するエレベータにおいて、巻上機の小型化、特に巻上機の高さ方向への制約を少なくして、昇降路頂部の省スペース化に好適なエレベータを提供することにある。

上記主な目的を達成するため、本発明は乗りかごを駆動する巻上機を乗りかご上部に配置し、巻上機のシーブに巻き掛けられたロープを介して乗りかごとつり合い重りとを昇降するエレベータにおいて、その特徴とするところは、前記ロープの直径Ｄｒと前記シーブの直径Ｄｓとの比Ｄｓ／Ｄｒを２０以下で構成し、前記シーブの上面に前記ロープを巻き掛けるとともに、当該ロープのシーブへの巻き掛け角度を１８０度以下とし、前記シーブの両側であって前記乗りかご上部の両端に前記ロープの第１および第２の転向プーリを配置し、前記乗りかご上部に前記巻上機として、第１および第２の巻上機を配置し、前記第１の巻上機と前記第２の巻上機との間に前記ロープを押圧する第３の転向プーリを備え、前記ロープは第１および第２のロープによって構成され、前記第１および第２の巻上機は、それぞれ、前記第１および第２のロープを駆動し、前記第１のロープは、前記第１の巻上機のシーブに巻き掛けられ、前記第３の転向プーリを介して、前記第２の巻上機のシーブを通過することなく、前記第２の転向プーリに巻き掛けられ、前記第２のロープは、前記第２の巻上機のシーブに巻き掛けられ、前記第３の転向プーリを介して、前記第１の巻上機のシーブを通過することなく、前記第１の転向プーリに巻き掛けられることにある。

ここで、前記乗りかご上部の「両端に前記ロープの転向プーリを配置」とは、転向プーリの側端が乗りかご側板と昇降路壁との間に突出する位置に配置することを言いい、以下の実施の形態でも明らかにする。

本発明では更に、ロープには樹脂で被覆されたロープや平型のベルトを用い、ロープの柔軟性により実現した小径シーブの巻上機を乗りかご上部に設置すると共に、乗りかご上部に設置する転向プーリの直径をシーブの直径よりも大きくし、巻上機の高さよりも下方に設置すること、さらには、巻上機を複数台設置してロープを分散駆動することで巻上機１台あたりのトルクを低減する等の工夫により、前記目的に加えて、巻上機の軽量化、若いては乗りかごの軽量化を図ると共に、エレベータの据付や調整なども容易としているが、これらの特徴については以下述べる実施の形態のなかで明らかにする。

本発明によれば、乗りかご上部に巻上機を搭載するエレベータにおいて、ロープのシーブに対する巻き掛け角度の制約が小さくなるので、巻上機の高さ方向の小型化が容易となり、昇降路頂部の省スペース化等も可能となる。

本発明の第１の実施例に係るエレベータ全体の模式図 本発明の第２の実施例に係るエレベータ全体の模式図 本発明の第１の実施例に係るエレベータの昇降路断面の構造図 本発明の第３の実施例に係るエレベータの乗りかご上部の垂直断面図 従来の乗りかご上部におけるロープの巻き掛け図

本発明の第１の実施例について、図１のエレベータの模式図を用いて説明する。エレベータの乗りかご１の上部には巻上機５が設置されており、巻上機５のシーブ９にロープ３が巻き掛かっている。巻上機５を介したロープは、それぞれ乗りかご上部の転向プーリ６ａ、６ｂを介して、その一端は建屋側に、他端は頂部のプーリ７とつり合い重り２に設置されたプーリ８を通過して、建屋側に固定する。そして、巻上機５を回転させることによって、乗りかご１を昇降する。このロープには、細素線で構成されたロープの他、柔軟性の高い例えば樹脂で被覆されたロープや、平型のベルトを用いれば、シーブ９の直径を小さくすることができる。シーブ９を小径化することによって、巻上機５に必要なトルクが小さくて済むので、巻上機５を小型化することができる。

一般に、エレベータに使用する鋼線のロープは、シーブ９の直径をＤとして、ロープ３の直径をｄとした場合、鋼線ロープは少なくともＤ／ｄ＝４０以上と定めている（例えば、建築基準法および同法関連法令、昇降機技術基準の解説内のロープ式エレベータの強度検証法に記載）。

これは、主にロープの素線径とシーブの半径に起因する応力と摩耗の両面から定めた諸元である。素線に発生する曲げ応力σは、鋼線のヤング率をＥ（ＭＰａ）、シーブの直径をＤ（ｍ）、素線径をδ（ｍ）とすれば、σ∝Ｅ・δ／Ｄの関係がある。すなわち、素線径が小さくシーブ径が大きいほど、小さいのでこの値が大きいほど寿命には有利である。例えばロープ直径１０ｍｍでは、素線径δが０．６７ｍｍとすると、δ／Ｄは１．６８×１０＾（−３）である。しかし、曲げ応力を低減すべく、素線を細くすると、素線同士の摩耗によってロープの素線束が破断するため、撚り方の工夫や素線径を最低限確保する必要がある。

これに対して、後者の柔軟ロープは、例えば、素線を細線化するとともに高張力鋼などを用いることによって、素線を鋼線のロープの半分以下、すなわちＤ／ｄ＝２０以下でも、鋼線ロープと同等の疲労強度と長期信頼性を実現することができる。素線径は、ロープの鋼線部外直径が９ｍｍで素線径を０．２９ｍｍとすると、δ／Ｄは１．４５×１０＾（−３）で、シーブを小径化しても鋼線のロープ以下の応力となる。素線同士の摩耗を抑制するため、素線束を樹脂で被覆しているため、素線の摩耗が小さくこの寿命は、一般的な鋼線ロープが３００万回屈曲に対し、１０００万回以上の屈曲寿命を実現できる。よって、プーリの屈曲部におけるロープの曲げ方向が逆方向になっても、十分な疲労強度を有している。

巻上機５は、体格寸法よりも軸長が短い薄型タイプや、体格寸法よりも軸長が長い胴長タイプがあるが、昇降路頂部の隙間を短縮するためには、本図に示すような胴長タイプを用いることが好適である。

ここでプーリとシーブ、これに巻き掛けるロープとの関係について、前述の特許文献１に記載の構造を図５の側断面図を用いて詳細に説明する。ロープ３は、右下方からシーブ９に巻き掛けられて、ほぼ１周する形で左下に向かって出て行く。プーリ６ａ、６ｂならびにシーブ９におけるロープ３の巻き掛け方向は、時計回りのみで反時計方向にまわる部分はない。なお、シーブ９とプーリ６ａ、６ｂは、上方向から見ると、同一線上にあるわけではなく、シーブ９の入射と出口でロープ３が干渉しないように、シーブ９の軸が平行ではなく傾斜して取り付けられる。以上の構成によって、ロープ３の屈曲方向は１方向で、耐屈曲性に優れるばかりでなく、シーブ９とロープ３の巻き掛け角度を大きくすることができるので、高い摩擦伝動力を確保することができる。

一方、本発明の実施の形態によれば、上記の樹脂被覆されたロープ３を用いるため、シーブ９との摩擦は異種材料同士の接触形態となり、鋼線同士よりも高い摩擦係数が得られる。このため、ロープの巻き掛け部は、巻上機５のシーブ９の上面側のみとして、その巻き掛け角度を１８０゜以下で構成する。本図は、およそ６０゜の巻き掛け角で構成している。

一般に、シーブ９の巻き掛け部の前後における張力差をスリップすることなく、駆動するために必要な摩擦係数と、張力の関係は以下となる。
Ｔ１／Ｔ２＝ｅｘｐ（μθ）
ここで、Ｔ１とＴ２は、それぞれ乗りかご側張力とつり合い重り側張力（Ｎ）、μはシーブ９とロープ３の摩擦係数、θはロープ３のシーブ９への巻き掛け角（ｒａｄ）である。

例えば、かご１の質量が１０００ｋｇ、積載量６００ｋｇの仕様のエレベータの場合、つり合い重り２は、積載量の半分でバランスするように設計するので、その質量は１３００ｋｇとなる。Ｔ１／Ｔ２＝１６００／１３００＝１．２３であるから、巻き掛け角６０゜に相当するθ＝π／３（ｒａｄ）の場合に必要な摩擦係数μは０．２０となる。表面を樹脂で被覆したロープの場合、シーブ９の表面状態や溝形状にもよるが、摩擦係数は０．４〜０．６を実現することができるので、上記の条件を満足する。

また、かご１を軽量部材で構成し、例えば質量１０００ｋｇを７００ｋｇに軽量化した場合、同様に積載量６００ｋｇの仕様のエレベータでは、Ｔ１／Ｔ２＝１３００／１０００＝１．３となり、必要な摩擦係数もしくは巻き掛け角度を大きくしなければならない。このため、樹脂で被覆されたロープでは容易に乗りかごの軽量化を実現することができる。

乗りかごのバランスを確保するため、巻上機５は、乗りかごの中央付近に設置して、乗りかご１の両端に設置した転向プーリ６ａ、６ｂ、さらにシーブ９を結ぶ線は、乗りかご１の重心を通過するように配置する。

本実施例によれば、転向プーリ６ａ、６ｂは、シーブに対して傾斜することなく、同一線上にある。さらに乗りかご１の端部、即ち転向プーリの側端が乗りかご側板と昇降路壁との間に突出する位置にあることから、プーリ出口が、昇降路壁と近くなっており、昇降路頂部を横断する梁が不要となり、昇降路側方の建屋の頂部梁（図２中１１ａ、１１ｂ）と連結することが容易である。

これは、昇降路の隙間寸法を短縮できる他、部品点数を削減することができる。上記の構成を、乗りかご１の奥行き寸法が短い小型のかごに、胴長の巻上機５を設置する場合、巻上機５が乗りかご１から突出する場合がある。これを回避すべく、巻上機５を乗りかご１の水平面において、傾斜させて配置している。

次に、本発明の第２の実施例について、つり合い重り２を乗りかご１の側方に配置した構成について図２を用いて説明する。この構成においては、頂部の転向プーリ７が、乗りかご１の側方に配置されている以外の基本的な構成は図１と同様である。ロープ３の固定端４ａ、４ｂは、レール１０ａ、１０ｂの近くにあるため、頂部の梁１１ａ、１１ｂをレールの近くに配置してロープ３を容易に固定することができる。

一般にロープ３が屈曲される場合、鋼線ロープの場合には、ロープを構成するストランド同士の擦れによる摺動摩擦によって、屈曲抵抗が発生する。これが、鋼線の周囲を樹脂で被覆したロープの場合には、金属同士の接触よりも摩擦抵抗が大きくなる。この傾向は、ロープ３の巻き掛け半径が小さいほど、鋼線部の樹脂部への接触面圧が高まるため、抵抗が大きくなる。

このため、シーブ９の直径は、ロープ３の主に寿命から定まる屈曲半径を最小として、それ以外の転向プーリ６ａ、６ｂ、頂部プーリ７、つり合い重り２のプーリ８の直径は、シーブよりも大きくする。

次に、第１の実施例におけるエレベータ昇降路断面の詳細について、図３の平面断面図を用いて説明する。ロープの屈曲によって発生する走行時のロスを低減するために、プーリの数が少なくなるように巻上機２９を斜めに配置している。ブレーキ２８は、モータ２９の後方にディスクタイプなどを設置する例もあるが、本発明の実施形態によれば、かご１の重心位置と巻上機５の重心を近付けるため、シーブ９側に軸を延設して、この端部にブレーキ２８を配置する。これによって、ブレーキ２８の点検や保全作業を乗りかご１のほぼ中央で容易に行なうことができる。

次に、本発明の更に他の実施例について、図４を用いて詳細に説明する。本図は、巻上機５を搭載するかご上部近傍の乗りかご１の垂直投影断面図を表している。乗りかご１を駆動する複数のロープ３ａ、３ｂであり、例えば４本のロープで乗りかご１を懸架する場合、２本ずつをそれぞれロープ３ａ、ロープ３ｂと称する。

乗りかご１のフレーム２５には、防振ゴム２３ａ、２３ｂを介して２つの巻上機５ａ、５ｂを設置している。ロープ３ａは左側の巻上機５ａに設置したシーブ９ａに巻き掛けられ、その出口はプーリ２４を介して、シーブ９ｂを通過することなく、転向プーリ６ｂに巻き掛けられる。一方、ロープ３ｂは、右側のシーブ９ｂに巻き掛けられ、シーブ９ａを通過することなく、転向プーリ６ａに巻き掛けられる。

この構成では、例えば４本のロープで乗りかごを懸架する場合、１つの巻上機が駆動するロープは２本で済む。このため、駆動に必要なトルクは、１台の巻上機ですべてのロープを駆動する場合に比べて半分で済む。さらに、巻上機５の軸にかかる荷重も１台で４本を支える場合に比べて半分でよいので、巻上機５の主軸などを小さくすることができる。これらの効果によって、巻上機５の体格寸法を小型化し、乗りかご１上部の高さを縮小することができる。

以上の構成は、ロープが４本に限らず、６本であれば、２本ずつで３台の巻上機、あるいは３本ずつで２台の巻上機で構成してもよい。３本の場合には、１本ずつを３台の巻上機で駆動してもよい。複数台の巻上機５ａと５ｂは同期して駆動させて乗りかごに不要な振動が発生しないように制御を行なう。

これらの巻上機５のブレーキは、各々の巻上機５に設置する他にも、転向プーリ６ａ、６ｂ、２４のすべてのロープ３ａ、３ｂが通過するプーリのいずれか、もしくはすべてに設置してもよい。

プーリ６ａ、６ｂ、２４およびシーブ９ａ、９ｂの諸直径寸法は、シーブ９ａ、９ｂの直径Ｄｓ１とＤｓ２を転向プーリ６ａ、６ｂならびに、プーリ２４の直径Ｄｐ１、Ｄｐ２、Ｄｐ３よりも小さくして屈曲抵抗の低減を図っている。ここで、昇降路頂部の隙間を短縮するために、巻上機５ａ、５ｂの上面よりも、転向プーリ６ａ、６ｂ、２４およびこれらの支持部材が下面になるように配置する。巻上機５ａ、５ｂの下には、フレーム２５との振動絶縁を図るため、防振ゴム２３ａ、２３ｂを配置している。巻上機５の重力方向と、ロープ３ａ、３ｂの張力の合力の方向が一致しているので、巻上機を設置する際に、防振ゴムは圧縮方向にしか力が作用せず、据付作業を容易に行なうことができる。

また、転向プーリ６ａ、６ｂならびに、プーリ２４については、ロープ３ａ、３ｂの張力が上方向に作用するため、プーリ支持ベース２１ａ、２１ｂ、２１ｃとプーリ軸連結部材との間に防振ゴム２２ａ、２２ｂ、２２ｃを配置することによって、フレーム２５との防振を行なうことができる。

１…乗りかご、２…つり合重り、３…ロープ、４ａ，４ｂ…ロープ端部、５…巻上機、
６ａ，６ｂ…転向プーリ、７…頂部転向プーリ、８…つり合い重りプーリ、９…シーブ、
１０ａ，１０ｂ…かご側レール、１１ａ，１１ｂ…梁、２１ａ，２１ｂ，２１ｃ…プーリ支持ベース、２２ａ，２２ｂ，２２ｃ…プーリ防振ゴム、２３ａ，２３ｂ…巻上機防振ゴム、２４…プーリ、２５…かご上部フレーム、２８…ブレーキ、２９…モータ

Claims (5)

1. 乗りかごを駆動する巻上機を乗りかご上部に配置し、前記巻上機のシーブに巻き掛けられたロープを介して乗りかごとつり合い重りとを昇降するエレベータにおいて、
   前記ロープの直径Ｄｒと前記シーブの直径Ｄｓとの比Ｄｓ／Ｄｒを２０以下で構成し、前記シーブの上面に前記ロープを巻き掛けるとともに、当該ロープのシーブへの巻き掛け角度を１８０度以下とし、前記シーブの両側であって前記乗りかご上部の両端に前記ロープの第１および第２の転向プーリを配置し、
   前記乗りかご上部に前記巻上機として、第１および第２の巻上機を配置し、前記第１の巻上機と前記第２の巻上機との間に前記ロープを押圧する第３の転向プーリを備え、
   前記ロープは第１および第２のロープによって構成され、前記第１および第２の巻上機は、それぞれ、前記第１および第２のロープを駆動し、
   前記第１のロープは、前記第１の巻上機のシーブに巻き掛けられ、前記第３の転向プーリを介して、前記第２の巻上機のシーブを通過することなく、前記第２の転向プーリに巻き掛けられ、
   前記第２のロープは、前記第２の巻上機のシーブに巻き掛けられ、前記第３の転向プーリを介して、前記第１の巻上機のシーブを通過することなく、前記第１の転向プーリに巻き掛けられること
   を特徴とするエレベータ。
2. 請求項１記載のエレベータにおいて、前記第１および第２のロープは、金属鋼線の周囲を樹脂で被覆したロープで構成することを特徴とするエレベータ。
3. 請求項１記載のエレベータにおいて、前記第１および第２並びに第３の転向プーリの直径は前記第１および第２の巻上機のシーブの直径よりも大きいことを特徴とするエレベータ。
4. 請求項１記載のエレベータにおいて、前記第１および第２の巻上機は、それぞれ同期して制御されることを特徴とするエレベータ。
5. 請求項１〜３記載のいずれかのエレベータにおいて、前記第１または第２もしくは第３の転向プーリにブレーキ機構を備えることを特徴とするエレベータ。

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