(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
異常発生時にエレベーターの乗りかごを停止させるためガイドレールに制動子を押し付けて制動力を発生させるエレベーター用非常止め装置において、
円柱の一部を平面状の切欠き面が生じるように切欠いた形状とされセラミックスとされた摩擦材と、
前記摩擦材を保持した支持体で前記ガイドレールを挟み込む前記制動子と、
該制動子を前記ガイドレールに押し付ける弾性体と、
を備え、前記摩擦材は円柱の端面が前記ガイドレールに押し付けられ、前記切欠き面が前記乗りかごの昇降方向と平行となるように配置されて摩擦力を受ける部位と回転力を受ける部位を分け、前記摩擦材は前記支持体の円周面で保持されたことを特徴とするエレベーター用非常止め装置。
【請求項２】
請求項１に記載のものにおいて、複数の前記摩擦材を３列に上下方向にずらして配置し、３列のうち端部列の前記摩擦材は前記切欠き面が１箇所の形状、中央列の前記摩擦材切欠き面を２箇所設けた形状とし、
端部列に配置した前記摩擦材と、該摩擦材と同じ高さに配置した他端部列の前記摩擦材のレール幅方向間隔は、前記摩擦材とレール上下方向にずらして配置した隣接する中央列の前記摩擦材とのレール上下方向間隔よりも小さくし、
中央列の前記摩擦材の２箇所の切欠き面端部が、端部列の前記摩擦材のそれぞれ１箇所の切欠き面と同一線上になるように配置することを特徴とするエレベーター用非常止め装置。
【請求項３】
請求項１に記載のものにおいて、前記摩擦材は複数設けられ、前記切欠き面は、それぞれ同一方向となるように配置されたことを特徴とするエレベーター用非常止め装置。
【請求項４】
請求項１に記載のものにおいて、前記摩擦材は複数の切欠き面を有し、該切欠き面が前記乗りかごの昇降方向と平行となるように配置されたことを特徴とするエレベーター用非常止め装置。
【請求項５】
請求項１に記載のものにおいて、前記切欠き面の長さは摩擦材直径の１／５〜１／２とされたことを特徴とするエレベーター用非常止め装置。
【請求項６】
異常発生時にエレベーターの乗りかごを停止させるためガイドレールに制動子を押し付けて制動力を発生させるエレベーターにおいて、
円柱の一部を平面状の切欠き面が生じるように切欠いた形状とされセラミックスとされた摩擦材と、前記摩擦材を保持した支持体で前記ガイドレールを挟み込む前記制動子と、該制動子を前記ガイドレールに押し付ける弾性体と、を備え、前記切欠き面が前記乗りかごの昇降方向と平行となるように配置されて摩擦力を受ける部位と回転力を受ける部位を分け、前記摩擦材は前記支持体の円周面で保持された非常止め装置を有したことを特徴とするエレベーター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエレベーター用非常止め装置及びエレベーターに関し、特にエレベーターの速度が所定速度以上になったときに動作させるものに好適である。
【背景技術】
【０００２】
エレベーターには、乗りかごが一定以上で下降した際に、適切な減速度で乗りかごを停止させる安全装置、すなわち非常止め装置を設置することが義務づけられている。  
非常止め装置は、弾性体で囲われた内側に２個の台形型の摩擦材を配した制動子を用い、乗りかごが所定の速度以上に達した場合に、昇降路の壁に設置されたエレベーター用ガイドレールを２個の制動子で押し付け、弾性変形によって生じる力で制動力を発生させるもので、従来、制動子は適度な摩擦係数と耐摩耗性を有する鋳鉄や銅系焼結合金等の材料により形成されている。
【０００３】
しかしながら、年々、建築物の高層化に伴って、エレベーターの仕様は高速，大容量化にシフトしており、非常止め装置においては、動作時の制動子とガイドレール間に発生する摩擦熱による高温環境下でも安定した摩擦力が得られることが要求されている。  
高速，大容量下でも安定した制動特性を得るために、耐熱性に優れたセラミックス製の摩擦材を用い、摩擦材を円柱状あるいは角を丸めた多角柱状とし、制動子本体の面から突出するように埋設することが知られ、例えば特許文献１に記載されている。
【０００４】
また、制動子のガイドレールへの片当たりを防止するために、制動子本体の制動面側に、その制動面から突出するようにセラミックス製のブレーキ片（摩擦材）を埋設し、この埋設部分に軟質金属からなる環状リングを配置して、環状面の数箇所にポンチを圧入して軟質金属からなる環状リングを局所的に変形させ、ブレーキ片を固定することが知られ、特許文献２に記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−１８２０３１号公報
【特許文献２】特開２０００−１９１２５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来技術において、非常止めを動作させた際に摩擦材の摺動面内で押圧力に不均一な分布が発生し、摩擦材には回転力が作用して回転を抑止できなくなる恐れがある。つまり、かしめ付けした摩擦材の保持力よりも摩擦力による回転力のほうが上回ると摩擦材は回転し、摩擦材とレールとの間に作用する摩擦力が確保できずに適切な減速度を得ることができなくなる。そして、特に落下質量が大積載量化していくと制動力も比例して大きくする必要があり、摩擦材の摺動面内の押圧力の差も大きくなり、より摩擦材の回転を抑止することが難しくなる。
【０００７】
また、制動時に発生するレール切粉は、摩擦材の配置方法によって摩擦力に影響する。具体的には、切粉が制動子内に滞留すると、切粉を介して制動子の支持体に摺動熱が伝導され、支持体が熱変形を起こし摩擦材が均一にレールに接触できなくなり、摩擦力が小さくなる。
【０００８】
本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、制動子に埋め込まれる摩擦材を確実に固定し、緊急時には乗りかごを確実に停止できる信頼性の高いエレベーター用非常止め装置及びエレベーターを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明は、異常発生時にエレベーターの乗りかごを停止させるためガイドレールに制動子を押し付けて制動力を発生させるエレベーター用非常止め装置において、円柱の一部を平面状の切欠き面が生じるように切欠いた形状とされセラミックスとされた摩擦材と、前記摩擦材を保持した支持体で前記ガイドレールを挟み込む前記制動子と、該制動子を前記ガイドレールに押し付ける弾性体と、を備え、前記摩擦材は円柱の端面が前記ガイドレールに押し付けられ、前記切欠き面が前記乗りかごの昇降方向と平行となるように配置されて摩擦力を受ける部位と回転力を受ける部位を分け、前記摩擦材は前記支持体の円周面で保持されたものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ブレーキ片となる摩擦材に偏った制動力が作用しても摩擦材が回転することなく所定の摩擦力を確保し、緊急時に確実に乗りかごを停止できる信頼性の高いものとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明に係るエレベーター用非常止め装置について図を参照して説明する。  
図１は、エレベーターが備える乗りかご１と、乗りかご１の下部に取り付けた非常止め装置を斜視図で示し、乗客を乗せる乗りかご１は、ロープ３によって建物最上階にある図示しない駆動系に連結されている。本図では簡略化のためにドア開閉機、外枠の詳細な図示を省略している。  
昇降路の両側には、昇降時に乗りかご１をガイドする一対のガイドレール２が設置されている。乗りかご１の下部には、断面Ｔ字型に形成された各ガイドレール２のＴ字の縦棒部を挟むように、一対の非常止め装置４が、設置されている。一対の非常止め装置４は、図示しない接続機構によって連結されている。
【００１２】
図２は、非常止め装置の縦断面図であり、ガイドレールを挟んで左右対称に構成されている。非常止め装置４は、断面台形状に形成された一対の制動子を有し、制動子５は上端側が短辺となり、下端側が長辺となっている。  
一対の制動子５は、ガイドレール２を挟持可能にガイドレールと僅かな隙間を持ってガイドレール２に略平行に配置されている。制動子５の背面は上方が狭くなるくさび状の平滑な傾斜面になっている。  
制動子５が所定位置に移動するように、移動を案内する案内板８がガイド部材１０に設けられている。ガイド部材１０は、内側が制動子５の傾斜面と平行な傾斜面を成し、外側は垂直面となっており、垂直面を弾性体６で挟み込んでいる。ガイド部材１０の外周部は、ガイドレール２に対向する側が開放されたＵ字状に形成された弾性体６に囲まれている。制動子５、および案内板８，ガイド部材１０，弾性体６は、筐体９内に収容され、制動子の一端には、非常止め装置を起動させる図示しない駆動手段が有する引き上げ棒が接続されている。
【００１３】
図３は、非常止め装置が動作した状態を示す図である。制動子５の傾斜面には複数の案内ローラ１１が押し当てられている。ローラ１１はガイド部材１０に回転可能に保持されており、制動子が上方に円滑に移動できるように作用する。  
ガイド部材１０は、制動子５の傾斜面と平行な傾斜面を有しており、ガイド部材１０の背面側は垂直面となっているので、ガイド部材１０の垂直面を弾性体６で挟み込むようになっている。したがって、非常止め装置が動作したときは、制動子５がガイド部材１０に対して引き上げられ、ガイド部材１０を押し広げる。ガイド部材１０が押し広げられた反力が制動子５に作用し、制動子５は互いの距離が狭まるように移動する。そして、ガイドレール２を挟み込む。
【００１４】
図４は、制動子の概略外観図であり、制動子５は、鋳鉄からなる四角柱状の支持体５ａと、支持体５ａのガイドレール対向面側に結合された複数本(本実施例では、４本，２列)の摩擦材１２を備える。摩擦材１２は、窒化珪素，炭化珪素，アルミナおよびサイアロンなどの高性能セラミックスである。摩擦材１２と支持体５ａとの結合は、摩擦材先端部を制動子の表面から１〜３mm突出した状態で、たとえば焼きバメによって保持されている。ガイドレール２とは、摩擦材１２が摺動する。
【００１５】
図５は、制動子５の支持体５ａと摩擦材１２を分解したときの斜視図である。摩擦材
１２は円柱状の一部を切欠いた形状で、その切欠き面１５ａが長方形を成している（以下、Ｄ型形状と称する）。つまり、摩擦材１２は円柱を平面状の切欠き面が生じるように切欠いた形状とされている。  
ガイドレール２と摺動する面の端部１３および切欠き面の端部１４には面取りを施している。また、切欠き面の端部１８ａ，１８ｂにも面取りを施している。これは、摩擦材の回転力をこの端部１８ａ（または、１８ｂ）で受けるためで応力集中を緩和する目的で設けている。ただし、端部１８ａ，１８ｂはなだらかな曲率面としてもよい。
【００１６】
制動子５には摩擦材１２を焼きバメ保持するための凹穴１９がたとえば放電加工により設けられている。その凹穴１９の形状は、摩擦材１２と同じＤ型形状である。そして、凹穴１９の切欠き面１５ｂと、摩擦材１２の切欠き面１５ａとが同じ位置になるようにはめ合わされている。  
摩擦材１２の切欠き面１５ａ長さＬ１は、支持体５ｂの凹穴１９の切欠き面長さＬ２に比べ少し長い。言い換えれば、摩擦材１２摺動面の切欠いた側の幅Ｌ３は、支持体５ｂの凹穴１９の幅Ｌ４に比べ少し小さい。これは、摩擦材１２を焼きバメした際に、摩擦材を支持体５ａの円周面で確実に保持するためである。
【００１７】
以上のような形状で摩擦材を保持することで脱落防止と回転防止を施している。そして、この切欠き面１５ａ，１５ｂは、非常止め装置動作時に摩擦材１２がガイドレール２と摺動する方向である乗りかご昇降方向に略平行になる位置に設ける。つまり、摩擦材は、円柱を平面状の切欠き面が生じるように切欠いた形状とされ、円柱の端面がガイドレール２に押し付けられ、切欠き面１５ａが乗りかごの昇降方向と平行となるように配置されている。
【００１８】
乗りかご１の移動速度が定格速度を超える設定速度に達すると、最上階に設置された図示しない速度感知装置が動作し、非常止め装置４と連結している図示しないガバナロープを捕捉する。ガバナロープは引き上げ棒２９に連結され、引き上げ棒２９は制動子５に連結されており、落下する乗りかご１に装着された非常止め装置４に対し、制動子５は相対的に引き上げられ、乗りかご１の両側の昇降路壁に設置されたガイドレール２を挾み込み、同時に制動子５を囲むように配置されたＵ字状の弾性体６を押し広げて弾性変形させることでガイドレール２と制動子５の間に摩擦力を発生させ、乗りかご１を停止させる。  
ガイドレール２に制動子５の摩擦材１２が当接すると、各摩擦材１２のエッジは、ガイドレール２の摺動面をわずかに切削しながら移動する。その結果、ガイドレール２には切削抵抗が生じ、摩擦力として作用する。したがって、ガイドレール２に切削抵抗を生じさせるためには、摩擦材１２のエッジは鋭利にしたほうが有効である。しかし、セラミックス製の摩擦材１２に鋭利な角部を設けると当接時に応力が集中し材料強度を超えてしまうので応力を緩和するために面取り処理を施す。また、耐熱性のあるセラミックス製の摩擦材１２を用いることで、摺動熱による摩擦材の軟化や焼きつきが防止できる。  
摩擦材１２に不均一な摩擦力が作用した場合は、摩擦材には回転力が作用する。すると、Ｄ型形状した摩擦材の端部１８ａ（または１８ｂ）が支持体５ａの切欠き面１５ｂに接触して回転力を止める。端部１８ａには面取りを施しているので応力は集中しないので、摩擦材を確実に保持することができ、不均一な摩擦力が作用しても所定の制動力が得られる。
【００１９】
次に、摩擦材１２に作用する回転トルクの算出について説明する。  
制動子５とガイドレール２間の摩擦係数μを０.２５ 、摩擦材１本当たりの押付け力を材料強度の限界から約５０ｋＮとする。図６（ａ）に示す、円柱状の摩擦材１７のエッジ部に作用する回転トルクＴ１は以下の式で算出される。  
Ｆ１＝μＮ      Ｔ１＝Ｆ１×ｒ  
Ｆ１は摩擦力、μは摩擦係数、Ｎは押付け力、ｒは摩擦材半径である。  
図６（ｂ）に示す、摩擦材１７の右半円１７ｂ（または、左半円１７ａ）にのみ摩擦力が作用した場合の半円部内平均回転トルクＴ２は、以下の式で算出される。  
Ｆ２＝μＮ／ｓ      Ｔ２＝2/3Ｆ２×ｒ3 
Ｆ２は単位面積あたりの摩擦力、μは摩擦係数、Ｎは押付け力、ｓは摩擦材の半円の面積、ｒは摩擦材半径である。
【００２０】
図７に図６（ａ），（ｂ）で示した回転トルクの算出結果と、摩擦材１７を焼きバメしたときの回転保持トルクを棒グラフで示す。摩擦材半径は６.５mm（直径１５mm，エッジ面取り１mm）である。  
最悪条件である摩擦材１７のエッジ部に作用する回転トルクは、約８１Ｎ・ｍとなる。また、半円部１７ｂのみに摩擦力が作用した場合の平均回転トルクは、約３４Ｎ・ｍとなる。これらに対して摩擦材１７と支持体である鋳鉄とを焼きバメした場合の締め代が２〜３μｍの摩擦材の回転保持トルクは、実測して約１１Ｎ・ｍである。  
したがって、摩擦材を焼きバメした保持構造だけでは、摩擦力に極度なアンバランスが生じたときには、摩擦材が回転し、所定の制動力が得られない。また、回転保持トルクを確保するために焼きバメの締め代を増やすと、摩擦材に加わる応力が過大となり、好ましくない。
【００２１】
次に、摩擦材の回転抑止用に設けた長方形の切欠き面位置について説明する。  
切欠き面１５ａ，１５ｂは、非常止め装置が動作した時に摩擦材１２がガイドレール２と摺動する方向、すなわち乗りかご昇降方向に略平行になる位置（側部）に設けている。これは、摩擦力によって摩擦材に作用する応力が最も小さい位置になるからである。
【００２２】
図８に摩擦力によって摩擦材に作用する応力を示す。摩擦材１２表面に矢印２２方向の摩擦力が作用すると摩擦材長手方向（制動子奥行き方向）において、下部位置２０には引張応力が発生し、制動子の締結端部で最大値を示す。一方、上部位置２１には、下部位置２０に作用する応力と同等の圧縮応力が作用する。すなわち、非常止め動作中に摩擦材
１２に作用する力を負担する部位は摩擦材の上部と下部である。  
したがって、回転力を受ける部位は、特に引張り応力が作用する下部位置は避け、応力の中立点である側部にすることが回転を抑止するうえで良い。そして、摩擦力を受ける部位と回転力を受ける部位を分けることで応力集中を避けることができる。
【００２３】
ここで、摩擦材の切欠き面の長さＬ１（図５）は、短すぎると回り止めとしての作用をなさず、大きすぎると、上述したように摩擦力を受ける領域と重なってしまい応力が集中するので、摩擦材直径の１／５〜１／２程度が好ましい。
【００２４】
他の実施の形態による制動子にＤ型形状の凹穴を加工する方法について説明する。  
図９は、制動子の分解斜視図を示し、ドリルで円柱状の穴２４を摩擦材締結本数だけ加工する（図９では６個）。次に円柱状の穴２４の一部を切取るために、たとえばフライス加工によって制動子の幅方向中央部分を上下方向に通しで溝２５を掘る。円柱状の穴２４の切取り位置を互いに向かい合わせることで溝２５の加工は容易になる。さらに、溝２５よりやや幅の広い角棒２３を加工し、制動子を加熱して凹穴を広げ図示しない摩擦材を挿入し、溝２５に角棒２３を入れて冷却することで組立てる。これにより、放電加工に比べ、加工コストを抑えることができる。また、角棒２３の組付けには、溝２５よりやや幅の小さい角棒２３を用意し、ボルト締結，接着，溶接などを併用してもよい。
【００２５】
図５に示す摩擦材１２は、接着剤で支持体５ａに締結しても良い。この場合は、支持体５ａの凹穴の大きさは、摩擦材の直径よりやや大きめに加工する。そして、凹穴と摩擦材１２の間に接着剤を介在させる。接着剤の種類は、耐熱性のあるセラミックス粒子を母剤にしたものなどが望ましい。
【００２６】
図１０は、他の実施の形態による摩擦材の縦断面形状を示す。  
摩擦材に複数の切欠き面を設けたもので、摩擦材２６の互いに向いあった位置に２箇所切欠き面２７，２８を設けてあり、回転力を２箇所で受けることができ、応力集中をさらに避けることができる。
【００２７】
図１１は、摩擦材１２の支持体５ａへの別の配置を示す。摩擦力を確保するには、これまで述べてきたように摩擦材１２が回転しないようにすることに加え、レール幅方向に摩擦材１２を密に並べて摺動幅を確保することと、制動時に発生するレール切粉を制動子の外に排出することが重要となる。切粉が制動子内に滞留すると、切粉を介して制動子の支持体に摺動熱が伝導され、支持体が熱変形を起こし摩擦材がレールに均一に接触できずに摩擦力が小さくなる。
【００２８】
そこで、図１１に示すように、８本の摩擦材を３列の千鳥配置にする。千鳥配置とは、隣接して配置する摩擦材を上下方向にずらして配置することを言う。一般には、摩擦材大きさの半分が重なるように配置する。
【００２９】
本実施例では、摩擦材の形状は２種類用いる。３列のうち端部列の摩擦材３０，３１は切欠き面が１箇所のＤ型形状，中央列の摩擦材３２は切欠き面を２箇所設けた形状である。いずれの切欠き面も、かごの昇降路方向と平行に設けてあり、そのうち、端部列の摩擦材３０，３１の切欠き面３０ａ，３１ａは、中央側に向くように設けてある。
【００３０】
端部列に配置した摩擦材３０と、該摩擦材と同じ高さに配置した他端部列の摩擦材３１のレール幅方向間隔はＷ１、摩擦材３０とレール上下方向にずらして配置した隣接する中央列の摩擦材３２とのレール上下方向間隔をＷ２とするとき、Ｗ１＜Ｗ２の関係にする。
【００３１】
また、中央列の摩擦材３２の２箇所の切欠き面端部３２ａ，３２ｂが、端部列の摩擦材
３０,３１のそれぞれ１箇所の切欠き面３０ａ,３１ａとが、同一線上になる（点線３３ａ，３３ｂ）ように配置する。すなわち、レール幅方向には、摩擦材が重ならず、かつ隙間なく配列する。
【００３２】
以上のように摩擦材を配置した制動子を備える非常止め装置の動作を述べる。図１２に制動子の摩擦材配置と切粉の排出方向の関係を示す。
【００３３】
セラミックスからなる摩擦材がレールに当接すると、制動子は、各摩擦材のエッジによって、レールの摺動面をわずかに切削しながら移動する。この際には切粉が発生する。例えば摩擦材３０，３１で切削した切粉のうち摩擦材３０，３１の間隙３４を通る切粉は摩擦材３２に衝突して矢印３５ａ，３５ｂの制動子両端部へと流れて制動子外に排出される。このとき、レール幅方向に同じ高さ位置に配置した摩擦材３０，３１の間隙幅Ｗ３比べて、隣接してレール上下方向にずらして配置した摩擦材３０，３２の上下方向間隙幅Ｗ４を広くしたので、切粉は制動子内の摩擦材の間に溜まることなく容易に排出される。また、中央列の摩擦材３２は切欠き面を２箇所にしたことでより制動子内に間隙が増えて切粉の排出が容易になる。さらに、端部列の切欠き部を中央側に対向させることで、間隙幅Ｗ３を広く確保でき間隙３４で切粉が溜まりにくくなる。
【００３４】
また、摩擦材をレール幅方向には隙間無く配置したのでレール切削幅Ｗ５内には削り残される部分は発生せず、有効摺動幅が広くなり大きな制動力を確保できる。
【００３５】
４列以上の千鳥配置の場合も同様に、摩擦材をレール幅方向には密に、レール上下方向には粗に配置すれば同様に切粉の排出はしやすくなるが、列数が増えすぎると中央側で発生した切粉の排出が難しくなるのであまり好ましくない。
【００３６】
また、本実施例では２種類の摩擦材を用いて、切粉の排出を容易にしているが加工コストを抑えるために１種類にしても効果が激減することはない。そして、他の摩擦材回り止め手段を用いれば、本実施例の摩擦材配置は切欠き面を有した摩擦材に限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施の形態によるエレベーター乗りかごを示す斜視図。
【図２】図１の非常止め装置を示す正面図。
【図３】図２の非常止め装置の部分斜視図。
【図４】図２の非常止め装置が有する制動子の斜視図。
【図５】一実施の形態による摩擦材と支持体の関係を示す部分斜視図。
【図６】一実施の形態による摩擦材に作用する回転トルクを説明する図。
【図７】一実施の形態による回転トルクと保持トルクの比較を示すグラフ。
【図８】一実施の形態による摩擦材に作用する応力を説明する図。
【図９】他の実施の形態による制動子を示す斜視図。
【図１０】他の実施の形態による摩擦材を示す側面図。
【図１１】一実施の形態による摩擦材の配置を示す側面図。
【図１２】他の一実施の形態による摩擦材の配置を示す側面図。
【符号の説明】
【００３８】
１…乗りかご、２…ガイドレール、４…非常止め装置、５…制動子、５ａ…支持体、６…弾性体、８…案内板、１０…ガイド部材、１２，１７…摩擦材、１５ａ…切欠き面、
１９…凹穴。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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