JP4797769B2 - エレベータ及びエレベータ用シーブ - Google Patents

Description

本発明は、乗りかごに接続されたロープが巻き回されたシーブを回転駆動することによって乗りかごを駆動させるエレベータ及びエレベータ用シーブに関し、特に、ロープとシーブとの摩擦係数の安定化，摩耗を低減するものに好適である。

ワイヤロープを用いたロープ式エレベータは、巻上機に取り付けたシーブにロープをかけ、シーブを中心に片側に乗りかごをつるし、その反対側に乗りかごとバランスするためのカウンターウェイトをつるしている。そして、巻上機は、シーブを回転させ、ロープとシーブとの摩擦力により、ロープにつるされた乗りかごを移動させる。したがって、エレベータの適正な運転には、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。
通常、エレベータにおいて、鋼の素線を撚り合わせ、芯にはグリスを含浸した麻芯を用いた鋼線ロープが多く使用されている。しかし、滑らかに作動し、軽量で耐腐食のある高耐久性を得るためには、鋼線を撚り合わせ樹脂で被覆したロープや合成繊維ロープが使用される。そして、樹脂被覆ロープや合成繊維ロープは、樹脂が金属に比べて柔らかく変形しやすいため、ロープとシーブとの接触面圧が鋼線ロープと比較して小さくなる。このため、昇降路内に存在する粉塵，水滴や油などの異物がロープとシーブとの間に侵入しやすく、異物が大量に付着した場合、ロープとシーブとの摩擦係数が低下し、エレベータを適正に運転できなくなる恐れがある。

また、トラクション、つまり駆動力を伝達するために、トラクション綱車（シーブ）の接触面の周方向の表面粗さを１〜３μｍにすること、耐久性を改善するために綱車接触面に硬い耐腐食性被覆を行うことが知られ、例えば特許文献１に記載されている。
さらに、合成繊維ロープを駆動するため、ロープ溝（シーブ）の表面を粗さ等級Ｎ７〜Ｎ１２（算術平均粗さＲａ＝１.６ 〜５０μｍに対応）にすることが知られ、例えば特許文献２に記載されている。

特表２００３−５１２２６９号公報 特開２００１−１３９２６７号公報

上記従来技術においては、単にシーブ溝の表面粗さを数μｍ程度としたものでは、樹脂被覆ロープや合成繊維ロープの場合、多量の異物が付着して表面の凹凸を異物が覆うことになり、摩擦係数が極端に低下する。例えば、油が多量に付着すると表面の凹凸を油が覆い、摩擦係数が低下する。また、シーブ溝の表面粗さを数十μｍにしたものでは、異物の付着に対して摩擦係数の低下を防止するには良いが、表面粗さを増すことで樹脂が金属に比べて柔らかな樹脂系ロープの摩耗が増加する。

本発明の目的は、異物の影響を受けやすい樹脂被覆ロープや合成繊維ロープであっても摩擦係数の低下を防ぎトラクションを安定に確保すると共に、ロープの摩耗防止を図ることにある。

上記課題を解決するため本発明は、乗りかごに接続されたロープが巻き回されたシーブを回転駆動することによって乗りかごを駆動させるロープ式のエレベータにおいて、鋼線を撚り合わせ樹脂で被覆した樹脂被覆ロープと、溝表面の周方向および幅方向の表面粗さが算術平均粗さＲａ＝４〜１０μｍとされた前記シーブと、を備え、前記表面粗さ曲線の山高さの平均値Ｚpa，谷深さの平均値Ｚvaとした場合、Ｚva／Ｚpa＝１.５〜２.０とされたものである。

本発明によれば、油や水滴などの異物が付着しても、摩擦係数の低下が少なく、長期間運転での信頼性を向上することができる。また、軽量で耐腐食のある高耐久性な樹脂系ロープを用いてロープの摩耗を抑えることができるので、ロープの寿命を長くして、その交換頻度を減らしメンテナンスを容易とし、保守コストの低減を図ることができる。

図１は一実施例であるエレベータを示す概略図である。図１において１は乗客を乗せる乗りかごである。乗りかご１はロープ２と連結されており、ロープ２は巻上機３に取り付けられたシーブ４に巻きかけられている。さらに、ロープ２はそらせ車５を通ってカウンターウェイト６と連結している。昇降路内にはガイドレール７が設置され、乗りかご１に取り付けられたガイドシュー８により挟み込まれている。
巻上機３によりシーブ４が回転すると、ロープ２とシーブ４との摩擦力によりシーブ４の回転力がロープ２に伝わることでロープ２が移動し、乗りかご１が昇降路内をガイドレール７に沿って上下に移動する。乗りかご１が１階分上昇したときの乗りかご、およびカウンターウェイトの位置を図１に破線で示している。

図２（ａ）は上記シーブ４の側面図、図２（ｂ）はＡ−Ａ断面で切断した場合の断面図である。このシーブにはロープを巻きかける溝９が３本ある。
図３はシーブの溝９の断面を表す図であり、シーブ溝表面は例えばショットブラスト加工などの砥粒を溝表面に投射する加工により、算術平均粗さＲａ＝４〜１０μｍになるように形成されている。
図４はシーブ溝の算術平均粗さＲａに対する摩擦係数の測定結果である。なお、以降に示す実験結果は、鋼線を撚り合わせ樹脂で被覆した樹脂被覆ロープを用いたときのものである。μａはロープおよびシーブが清浄なときの摩擦係数であり、μｂはロープおよびシーブに油が付着したときの摩擦係数である。図４の縦軸には摩擦係数比として、μａと
μｂの比を示した。摩擦係数比が大きい場合は清浄状態と油付着状態の摩擦係数の差が大きくなるため、ロープとシーブとの摩擦力が不安定になる。算術平均粗さＲａ＝４μｍ以上の場合、摩擦係数比が１.２ 近くまで減少し、摩擦係数の差は小さくなるため、安定した摩擦力を得ることができる。

図５はシーブ溝の算術平均粗さＲａに対するロープの摩耗量の測定結果である。なお、算術平均粗さＲａ＝１μｍのときの摩耗量を１とし、他の摩耗量の測定結果はそれに対する相対値で示した。金属のシーブと外側が樹脂で被覆されている樹脂被覆ロープをすべらせて摩耗試験を行うと、ロープを被覆している樹脂が摩耗する。金属と樹脂の摩耗は、相手金属に樹脂が凝着する凝着摩耗と、相手金属の突起が被覆樹脂を削るアブレシブ摩耗に分類される。シーブ溝の算術平均粗さがＲａ＝１０μｍ以下である場合、凝着摩耗が支配的であり、算術平均粗さＲａの増加に伴い少しずつ摩耗量が増加する。しかし、シーブ溝の算術平均粗さがＲａ＝１０μｍを超えた場合、アブレシブ摩耗が支配的になり、急激に摩耗量が増加することになる。したがって、被覆樹脂の摩耗量を低い値に保つにはシーブ溝の算術平均粗さをＲａ＝１０μｍ以下とするのがよい。

図４に示した摩擦係数測定結果と図５に示した摩耗量測定結果から、シーブ溝表面の算術平均粗さをＲａ＝４〜１０μｍとすることで摩擦係数が安定し、エレベータの適正な運転ができる。また、ロープの摩耗を抑えることができ、ロープの寿命を延ばすことができる。
なお、図４および図５に示した測定結果は、後述する粗さ曲線の山高さＺｐの平均値
Ｚpaと谷深さＺｖの平均値Ｚvaとの関係がＺva／Ｚpa＝１.５〜２.０の範囲で得たものである。

図６はシーブ溝の断面図であり、図中の一点鎖線は、断面形状を粗さ曲線とした場合の平均線であり、平均線より上側の突起を山、下側の突起を谷とする。図６（ａ）の断面図では粗さ曲線の山高さＺｐの平均値Ｚpaと谷深さＺｖの平均値Ｚvaはほぼ同じである。一方、図６（ｂ）の断面は山の先端突起が削られており、ＺpaよりＺvaの方が大きくなっている。
山高さＺｐの平均値Ｚpaおよび谷深さＺｖの平均値Ｚvaは、シーブ溝表面の粗さ曲線に含まれる山の高さ（Ｚｐ₁〜Ｚｐ_n），谷の深さ（Ｚｖ₁〜Ｚｖ_m）の合計を求め、それを山数ｎ，谷数ｍで除算し求めた。
図６（ａ）は直径４５０μｍの不定形多角形の砥粒をシーブ溝表面の法線方向から投射し、シーブ溝表面の算術平均粗さをＲａ＝６.０μｍ まで加工したものである。同図(ｂ)は直径１５００μｍの不定形多角形の砥粒をシーブ溝表面の法線方向から投射し、その後、直径１１０μｍの不定形多角形の砥粒をシーブ溝表面の接線方向から投射し、シーブ溝表面の算術平均粗さをＲａ＝６.０μｍ まで加工したものである。図６（ａ）と比較して、砥粒の接線方向からの投射により、山の先端の突起が削られている。なお、使用する砥粒の直径は１００〜１７００μｍがよく、好ましくは法線方向からの加工は４００〜1700μｍ、接線方向からの加工は１００〜６００μｍのものがよい。また、接線方向からの加工に用いる砥粒の直径は法線方向からの加工に用いる砥粒の直径よりも小さいほうが良い。

図７はシーブ溝表面の山高さＺｐの平均値Ｚpaと谷深さＺｖの平均値Ｚvaの比と摩擦係数の測定結果を示したものである。ロープおよびシーブが清浄なときの摩擦係数をμａとし、ロープおよびシーブに油が付着したときの摩擦係数をμｂとし、その比で測定結果を示している。Ｚva／Ｚpaが２.０ 以下である場合、清浄状態の摩擦係数であるμａと油付着状態の摩擦係数であるμｂとの比が１.２ 近くまで減少し、ほぼ同じ摩擦係数になる。これは、シーブ溝表面に油溜りができやすく、油付着状態であっても摩擦係数が低下しにくくなるためである。Ｚva／Ｚpaが２.０ 以上とすると、油溜りが形成されにくく、油がロープとシーブとの接触面に残る。したがって、油付着状態での摩擦係数が低下する。すなわち、μａ／μｂが増加することになる。

図８はシーブ溝表面の山高さＺｐの平均値Ｚpaと谷深さＺｖの平均値Ｚvaの比と被覆樹脂の摩耗量の測定結果を示したものである。なお、算術平均粗さＺva／Ｚpa＝３.０ のときの摩耗量を１とし、他の摩耗量の測定結果はそれに対する相対値で示した。
Ｚva／Ｚpaが１.５ 以下とすれば、シーブ溝表面の突起により、ロープの摩耗量が増加する。Ｚva／Ｚpaが１.５ 以上とすることにより、シーブ溝表面の突起が減少するため、ロープの摩耗を減少することができる。
したがって、シーブ溝表面の山高さＺｐの平均値Ｚpaと谷深さＺｖの平均値Ｚvaの比であるＺva／Ｚpaを１.５〜２.０とすることで摩擦係数が安定し、エレベータの適正な運転ができる。また、ロープの摩耗を抑えることができ、ロープの寿命を延ばすことができる。なお、図７および図８に示した測定結果は、シーブ溝表面の算術平均粗さＲａ＝４〜
１０μｍの範囲で測定したものである。

Ｚva／Ｚpaを１.５〜２.０にする方法としては、図９（ａ）に示すように、不定形多角形もしくは球形の粉体１０を、シーブ４の溝９の法線方向から投射した後に、図９（ｂ）に示すように不定形多角形もしくは球形の粉体１０をシーブ４の溝９の接線方向から投射し表面の先端突起を取り除くことにより実現できる。

図１０は図６に示した断面形状をＦＦＴ（高速フーリエ変換）し得られた波長と振幅の関係である。ＦＦＴの窓関数としてはハニング（サイドローブがシャープに切れ落ちた特性を持ったウインドウ。ダイナミックレンジの広い測定ができる。）を用いた。さらに、ＦＦＴで得られた結果を音の波と考え、３分の１オクターブの中心周波数で、それぞれの振幅を求めた。そして、周波数の逆数を求め波長に変換した。
図１０では、図６（ａ）に示した波形を比較例３−１，図６（ｂ）に示した波形を実施例３−１としている。また、図１０には不定形多角形の直径４００〜５００μｍの砥粒をシーブ溝表面の法線方向から投射し、その後、シーブ溝表面の接線方向から投射しシーブ溝表面の算術平均粗さをＲａ＝４.０μｍ まで加工したシーブ溝の形状を実施例３−２として示した。表１に実施例３−１，３−２および比較例３−１の具体的な加工方法，算術平均粗さＲａを示す。

図１１は図１０に示した比較例および実施例のシーブ溝とロープとの摩耗試験結果である。図１１の縦軸には、被覆樹脂の摩耗量を実施例３−１の実験で得た摩耗量を１とした場合の相対摩耗量で示している。つまり、実施例３−１，実施例３−２と比較して比較例３−１の摩耗量が多く、シーブ溝のＲａが同等であってもそれぞれの波長成分の振幅が異なると、被覆樹脂の摩耗量が異なる。

図１２は、砥粒の投射条件を変えて製作したシーブ溝表面をＦＦＴ分析した結果を示し、製作したシーブ溝を実施例３−３，３−４とする。各波長成分の振幅を比較すると、実施例３−４の方が実施例３−３と比較して、波長７０μｍ未満の振幅が大きい。これらのシーブを用いて摩耗試験を実施し、摩耗量はほぼ同等であった。したがって、波長７０
μｍ未満の振幅は摩耗にほとんど影響しない。これは波長７０μｍ未満の振幅が小さいため、シーブ溝表面の突起が樹脂にほとんど食い込まないためである。

図１３に砥粒の投射条件を変えて製作したシーブ溝表面をＦＦＴ分析した結果を示す。製作したシーブ溝を実施例３−５，３−６とする。各波長成分の振幅を比較すると、実施例３−６の方が実施例３−５と比較して、波長１４０μｍを超える波長の振幅が大きい。これらの摩耗試験を実施し、摩耗量はほぼ同等であった。したがって、波長１４０μｍを超える波長の振幅は摩耗にほとんど影響しない。波長１４０μｍ以上になるとロープとシーブとの接触面積が増加することで、面圧が低下し樹脂が凝着しにくくなるとともに、樹脂を削りにくくなるためである。

図１０に示した波長成分の振幅から、実施例３−１，３−２は波長７０〜１４０μｍの振幅が波長の１４０分の１である０.５μｍ〜１.０μｍより小さい。一方、摩耗量の多かった比較例３−１の波長７０〜１４０μｍの振幅は波長の１４０分の１より大きい。したがって、シーブ溝表面の波長が７０μｍ〜１４０μｍの成分の振幅を波長の１４０分の１より小さくすることでロープ被覆樹脂の摩耗を低減することができ、ロープ寿命を延長することができる。なお、波長７０〜１４０μｍの振幅の一部が波長の１４０分の１以上であっても、ロープの摩耗を低減するが、波長７０〜１４０μｍの振幅の全てが波長の140分の１以下であることが望ましい。

図１４に算術平均粗さがＲａ＝３μｍのシーブ溝表面をＦＦＴにより分析し、各波長成分の振幅を求めた結果を比較例４−１として示す。なお、同図には図１１に示した比較例３−１，実施例３−１，３−２の波長と振幅の関係も同時に示す。比較例４−１は算術平均粗さＲａが他の比較例や実施例より小さいため、各波長の成分の振幅も小さな値になる。
図１５に図１４に示した比較例３−１，４−１，実施例３−１，３−２のシーブとロープとの摩擦係数を測定した結果を示す。比較例３−１，実施例３−１，３−２については摩擦係数比がほぼ１であるが、比較例４−１については、摩擦係数比が３になり清浄時と油付着時の摩擦係数の差が大きい。図１４から、比較例４−１は波長７０〜１４０μｍの成分の振幅が波長の１４００分の１である０.０５〜０.１０μｍより小さいことがわかる。このように波長７０〜１４０μｍの振幅が０.０５〜０.１０μｍより小さいと、油付着時に油溜りを形成することができず、ロープとシーブとの接触面に油が侵入し、摩擦係数が低下する。したがって、シーブ溝表面の波長が７０〜１４０μｍの成分の振幅を波長の１４００分の１より大きくすることで異物不着時の摩擦係数の低下を防止できる。

以上の実施例ではシーブ直径が２００mmが良く、シーブ直径が２００mm以上になると、ロープとシーブとの接触面圧が低下するため、２００mmに対するシーブ直径の増加割合だけ算術平均粗さＲａ、シーブ溝表面の山高さＺｐの平均値Ｚpaと谷深さＺｖの平均値Ｚvaの比であるＺva／Ｚpa、およびＦＦＴで分析した各波長成分の振幅を増してやることで良い。

図１６は、砥粒をシーブ溝表面の法線方向から投射し、その後、砥粒をシーブ溝表面の接線方向から投射し、さらに金属メッキ１１を処理したシーブ溝表面の断面図である。図１７は図１６のメッキ部分拡大図である。メッキは、二層構造になっており、金属メッキ１１と低摩擦樹脂含有金属メッキ１２で構成される。シーブとの接触面は、低摩擦樹脂含有の金属メッキ（ニッケルメッキ）となる。金属メッキには無電解のニッケルリンメッキ、低摩擦樹脂には四フッ化エチレンが好適である。また、このときのメッキ厚さは二層を合わせて１０〜２５μｍが好適であり、１０μｍより薄いと、メッキを行う素材に欠陥があった場合、メッキにピンホールが生じる。また、２５μｍよりも厚いとシーブ溝の山，谷がメッキにより埋められてしまい、異物、特に油が多量に付着すると表面の凹凸を油が覆い、摩擦係数が低下する。
四フッ化エチレン樹脂を含有したメッキ層は、１０〜１５μｍが良く、１０μｍより薄いと、メッキを行う素材に欠陥があった場合、メッキにピンホールが生じる可能性がある。また、１５μｍ以上にすると四フッ化エチレン樹脂をメッキ内に均一に分散させるのが困難になる。このため、四フッ化エチレン樹脂を含有したメッキ層の厚さは１０〜１５
μｍが好適である

本発明の一実施の形態によるエレベータ装置の概略構成を示す側面図。 一実施の形態によるシーブの側面図および断面図。 一実施の形態によるシーブ溝表面の断面図。 一実施の形態において、シーブ溝表面の算術平均粗さＲａと、摩擦係数μａと油付着時の摩擦係数μｂ比と、の関係を示すグラフ。 一実施の形態において、シーブ溝表面の算術平均粗さＲａとロープの相対摩耗量Ｗを示すグラフ。 一実施の形態におけるシーブ溝表面の断面図。 一実施の形態において、シーブ溝表面の山高さの平均値Ｚpaと谷深さの平均値Ｚvaの比Ｚva／Ｚpaと、摩擦係数μａと油付着時の摩擦係数μｂの比と、の関係を示すグラフ。 一実施の形態において、シーブ溝表面の山高さの平均値Ｚpaと谷深さの平均値Ｚvaの比Ｚva／Ｚpaと、ロープの相対摩耗量Ｗとの関係を示すグラフ。 一実施の形態において、粉体をシーブに投射する方向を示した側面図。 各実施例において、シーブ溝表面をＦＦＴで分析し、波長と振幅の関係を示した図。 各実施例において、摩耗試験を行ったときのロープの相対摩耗量Ｗを示した図。 各実施例において、シーブ溝表面をＦＦＴで分析し、波長と振幅の関係を示した図。 各実施例において、シーブ溝表面をＦＦＴで分析し、波長と振幅の関係を示した図。 各実施例において、シーブ溝表面をＦＦＴで分析し、波長と振幅の関係を示した図。 各実施例において、摩擦係数μａと油付着時の摩擦係数μｂの比を示した図。 一実施の形態による金属メッキを処理したシーブ溝表面を示す断面図。 図１６の拡大図。

符号の説明

１…乗りかご、２…ロープ、３…巻上機、４…シーブ、５…そらせ車、６…カウンターウェイト、７…ガイドレール、８…ガイドシュー、９…溝、１０…粉体、１１…金属メッキ、１２…低摩擦樹脂含有金属メッキ。

Claims (10)

1. 乗りかごに接続されたロープが巻き回されたシーブを回転駆動することによって乗りかごを駆動させるロープ式のエレベータにおいて、
   鋼線を撚り合わせ樹脂で被覆した樹脂被覆ロープと、溝表面の周方向および幅方向の表面粗さが算術平均粗さＲａ＝４〜１０μｍとされた前記シーブと、
   を備え、前記表面粗さ曲線の山高さの平均値Ｚpa，谷深さの平均値Ｚvaとした場合、Ｚva／Ｚpa＝１.５〜２.０とされたことを特徴とするエレベータ。
2. 請求項１に記載のものにおいて、前記表面粗さ曲線の波長が７０〜１４０μｍとなる成分の振幅は、０.５μｍ〜１.０μｍより小さくされたことを特徴とするエレベータ。
3. 請求項１に記載のものにおいて、前記シーブの直径が２００mm以上の場合、２００mmに対する直径の増加割合だけＺva／Ｚpaの値を大きくしたことを特徴とするエレベータ。
4. 請求項１に記載のものにおいて、前記シーブの直径が２００mm以上の場合、前記表面粗さ曲線の波長が７０〜１４０μｍとなる成分の振幅は、０.５μｍ〜１.０μｍに２００mmに対する直径の増加割合だけ大きくした値より小さくされたことを特徴とするエレベータ。
5. 請求項１に記載のものにおいて、前記シーブの溝に厚さ１０〜２５μｍの金属メッキ処理を施したことを特徴とするエレベータ。
6. 請求項１に記載のものにおいて、前記シーブの溝に低摩擦樹脂を含有した金属メッキ処理を施したことを特徴とするエレベータ。
7. 請求項１に記載のものにおいて、前記シーブの溝は、不定形多角形あるいは球形の粉体をシーブ溝表面の法線方向から投射した後に、接線方向から投射されて加工されたことを特徴とするエレベータ。
8. 請求項１に記載のものにおいて、前記シーブの溝は、不定形多角形あるいは球形の粉体をシーブ溝表面の法線方向から投射した後に、接線方向から投射されて加工されたことを特徴とするエレベータ。
9. 請求項８に記載のものにおいて、前記シーブの溝に低摩擦樹脂を含有した金属メッキ処理を施したことを特徴とするエレベータ。
10. 乗りかごに接続された樹脂被覆ロープがシーブに巻き回され、該シーブを回転駆動することによって乗りかごを駆動させるエレベータ用シーブにおいて、
    前記シーブの溝は、溝表面の周方向および幅方向の表面粗さが算術平均粗さＲａ＝４〜１０μｍとされ、前記表面粗さ曲線の山高さの平均値Ｚpa，谷深さの平均値Ｚvaとした場合、Ｚva／Ｚpa＝１.５〜２.０とされたことを特徴とするエレベータ用シーブ。

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