(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エレベータシステムのかごに引上力を加えるための引張部材であって、
複数の鋼製荷重搬送部材および複数の有機繊維荷重搬送部材を含む複数の荷重搬送部材と、
前記の複数の荷重搬送部材を実質的に包囲しているとともに、引張部材の断面厚さに対する幅の比として定義される縦横比が１以上であるコーティングと、
を備え、
前記複数の鋼製荷重搬送部材および複数の有機繊維荷重搬送部材は、それぞれ、前記引張部材の長手方向中心線に対して対称に配置され、
前記の複数の荷重搬送部材が、鋼製荷重搬送部材および有機繊維荷重搬送部材を一体化してなる独立した材料混成型コードからなり、
前記コードが、鋼製のコアおよび該コアを囲む環状の有機繊維からなることを特徴とする引張部材。
【請求項２】
エレベータシステムのかごに引上力を加えるための引張部材であって、
複数の鋼製荷重搬送部材および複数の有機繊維荷重搬送部材を含む複数の荷重搬送部材と、
前記の複数の荷重搬送部材を実質的に包囲しているとともに、引張部材の断面厚さに対する幅の比として定義される縦横比が１以上であるコーティングと、
を備え、
前記複数の鋼製荷重搬送部材および複数の有機繊維荷重搬送部材は、それぞれ、前記引張部材の長手方向中心線に対して対称に配置され、
前記の複数の荷重搬送部材が、鋼製荷重搬送部材および有機繊維荷重搬送部材を一体化してなる独立した材料混成型コードからなり、
前記コードが、有機繊維のコアおよび該コアを囲む環状の鋼からなることを特徴とする引張部材。
【請求項３】
エレベータシステムのかごに引上力を加えるための引張部材であって、
複数の鋼製荷重搬送部材および複数の有機繊維荷重搬送部材を含む複数の荷重搬送部材と、
前記の複数の荷重搬送部材を実質的に包囲しているとともに、引張部材の断面厚さに対する幅の比として定義される縦横比が１以上であるコーティングと、
を備え、
前記複数の鋼製荷重搬送部材および複数の有機繊維荷重搬送部材は、それぞれ、前記引張部材の長手方向中心線に対して対称に配置され、
前記の複数の荷重搬送部材が、鋼製荷重搬送部材および有機繊維荷重搬送部材を一体化してなる独立した材料混成型コードからなり、
前記コードが、複数のストランドからなり、前記ストランドが、鋼製ワイヤおよび有機繊維ワイヤが組み合わせられたものであることを特徴とする引張部材。
【請求項４】
エレベータシステムのかごに引上力を加えるための引張部材であって、
複数の鋼製荷重搬送部材および複数の有機繊維荷重搬送部材を含む複数の荷重搬送部材と、
前記の複数の荷重搬送部材を実質的に包囲しているとともに、引張部材の断面厚さに対する幅の比として定義される縦横比が１以上であるコーティングと、
を備え、
前記鋼製荷重搬送部材は、前記引張部材の長手方向中心線に対して対称に配置された複数の独立したコードであり、これらのコードは複数の鋼製ワイヤから構成され、前記有機繊維荷重搬送部材は、前記ワイヤよりも小径であって、個々に前記コーティング内部に分散されており、これにより、前記複数の鋼製荷重搬送部材と複数の有機繊維荷重搬送部材とに荷重が分配されることを特徴とする引張部材。
【請求項５】
前記有機繊維荷重搬送部材は、前記引張部材の長手方向軸線に対して平行に方向付けられていることを特徴とする請求項４記載の引張部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は、エレベータシステムに関し、特に、このようなエレベータシステムのための引張部材に関する。
【０００２】
【背景技術】
一般的な牽引式エレベータシステムは、かご、つりあいおもり、かごとつりあいおもりとを連結している複数のロープ、ロープを移動させるための牽引滑車、および牽引滑車を回転させる巻上機を備えている。ロープは、鋼製ワイヤが束ねられたかもしくは撚られたものからなり、滑車は、鋳鉄からなる。巻上機としては、歯車式巻上機および歯車無し式巻上機のどちらを利用することも可能である。歯車式巻上機を利用した場合、高速のモータを利用することができる。高速モータは、小型で低コストであるが、付加的な保守整備およびスペースを要する。
【０００３】
一般的な円形鋼製ロープおよび鋳鉄製滑車は、信頼性が高くかつコスト効率が高いことがわかっているが、これらの利用には制限がある。このような制限の１つは、ロープと滑車との間の牽引力である。このような牽引力は、ロープの巻き角度を増大させるかもしくは滑車に切り込みを設けることによって、増大させることができる。しかし、これらの技術を利用した場合、摩耗が増大したり（巻き角度）、ロープ圧力が増大する（切り込み）ことによって、ロープの耐久性が低下する。牽引力を増大させるもう一つの方法としては、合成材料製のライナを滑車の溝部に配置するものがある。このようなライナによって、ロープと滑車との間の摩擦係数が増大する一方で、同時に、ロープと滑車との間の摩耗が減少する。
【０００４】
円形鋼製ロープの利用に関するもう一つの制限は、円形鋼製ワイヤロープの柔軟性および疲労特性である。現在、エレベータの安全規格によって、各鋼製ロープが最小の直径ｄ（ｄｍｉｎ＝８ｍｍ（ＣＥＮ）；ｄｍｉｎ＝９．５ｍｍ（３／８”）（ＡＮＳＩ））を有するとともに、牽引式エレベータの場合はＤ／ｄ比が４０以上である（Ｄ／ｄ≧４０）ことが、要求されている。Ｄは滑車の直径である。従って、滑車の直径Ｄは、少なくとも３２０ｍｍ（ＡＮＳＩの場合は３８０ｍｍ）とされる。滑車の直径Ｄが大きいほど、巻上機がエレベータシステムを駆動するために要するトルクが大きくなる。
【０００５】
一般的な円形ロープのもう一つの欠点は、ロープ圧力が高いほど、ロープの耐用期間が短くなることである。ロープ圧力（Ｐrope）は、ロープが滑車上を移動する際に発生するものであり、ロープの張力（Ｆ）に比例し、滑車の直径Ｄおよびロープの直径ｄに反比例する（つまり、ＰropeはＦ／（Ｄｄ）に比例する）。さらに、滑車溝部の形状（滑車溝部の切り込みといった、牽引力を増大させる技術を含む）によっても、ロープに加わる最大ロープ圧力が増大する。
【０００６】
上述した技術が存在するにも拘わらず、出願人の譲渡人の指導下の科学者および技術者は、エレベータシステムを駆動するためのより効果的でかつ耐久性の高い方法および装置の開発に努めている。
【０００７】
【発明の開示】
本発明によると、エレベータ用の引張部材の縦横比が１以上とされる。ここで、縦横比は、引張部材の幅ｗと厚さｔとの比率として定義されている（縦横比＝ｗ／ｔ）。
【０００８】
本発明の主な特徴は、引張部材を平形とすることである。縦横比を増大させることによって、引張部材の係合面（幅寸法により画定される）がロープ圧力を分散させるのに適したものとなる。従って、最大圧力が、引張部材内部で低減される。さらに、縦横比を円形ロープ（縦横比は１）よりも大きくすることによって、引張部材の断面積を一定に維持しながら、引張部材の厚さを減少させることができる。
【０００９】
さらに、本発明によると、荷重搬送用の複数の独立したコード、ストランドおよび／またはワイヤが、引張部材の共通コーティング層内部に配置される。共通コーティング層によって、個々のコード、ストランドおよび／またはワイヤが分離されるとともに、牽引滑車と係合する係合面が画定される。
【００１０】
引張部材のこのような構成によって、ロープ圧力を引張部材全体に均一に分散させることができる。結果として、最大ロープ圧力が、荷重搬送容量が同程度の、従来技術のロープを備えたエレベータよりも、はるかに小さくなる。さらに、同じ荷重耐性を得るための有効ロープ直径「ｄ」（曲がる方向に測定される）が減少する。従って、Ｄ／ｄ比を減少させることなく、滑車の直径「Ｄ」を小さくすることができる。さらに、滑車の直径Ｄを減少させることによって、ギアボックスを用いることなく、低コストでかつ小型の高速モータを巻上機として利用することができる。
【００１１】
本発明の引張部材内部のコード、ストランドおよび／またはワイヤは、好ましくは、様々な組み合わせの鋼および有機繊維からなる。これらの２つの材料を、それぞれ独立した状態のまま用いることが可能であり、さらに、独立した鋼製コードおよび有機繊維コードとして共通コーティング内部に配置することが可能である。これらの２つの材料を組み合わせて１本のコードを構成し、複数のコードを共通ジャケット内部に分散させることも可能である。これらの材料のうちの一方の材料を他方の材料により包囲して、所定の配列で共通ジャケット内部に配置することも可能である。鋼製コードを共通ジャケット内部に分散させるとともに、共通ジャケット内部に有機繊維を不規則に分散させることも可能である。
【００１２】
上述したそれぞれの組み合わせによって、鋼製コードの平形引張部材や有機繊維の平形引張部材によっては得られない強度および利点を有する材料混成型柔軟性平形引張部材が得られる。各材料の利点として、鋼については、非破壊的検査が可能なこと、耐熱性が優れていること、および伸長性が低いことが挙げられる。有機繊維の利点は、重量が小さいこと、伸長性が高いこと、および耐腐食性が優れていることである。鋼および有機繊維を引張部材に効果的に用いてこれらに荷重が分配されるようにすることによって、引張部材の特性をはるかに向上させることができる。本発明は、２つの材料に「荷重を分配する」ことが可能な様々な実施例を有する。荷重を分配するには、各種の材料の荷重搬送容量、長時間の曲げ疲労に対する耐性、伸長性、およびベルトの軌道の安定性（tracking stability）を考慮することによって、このような相乗効果を得る必要がある。
【００１３】
本発明の上述した目的および他の目的、特徴および利点は、その実施例についての以下の詳細な説明および付随の図面によって、より明確となるだろう。
【００１４】
【発明を実施するための最良の形態】
図１には、牽引式エレベータシステム１２が示されている。エレベータシステム１２は、かご１４、つりあいおもり１６、牽引駆動装置１８および巻上機２０を備えている。牽引駆動装置１８は、かご１４とつりあいおもり１６とを連結している引張部材２２、および牽引滑車２４を備えている。引張部材２２は、滑車２４が回転すると引張部材２２（ひいては、かご１４およびつりあいおもり１６）が移動するように、牽引滑車２４と係合している。巻上機２０は、滑車２４と係合してこれを回転させる。歯車式巻上機２０が図示されているが、このような構成は例示的なものに過ぎず、本発明は、歯車式巻上機にも歯車無し式巻上機にも適用可能なものである。
【００１５】
本発明は、単一種類の材料からなる柔軟性平形引張部材よりも優れた特性を有する材料混成型平形柔軟性引張部材を提供する。荷重搬送材料の考えられる組み合わせの全てが形成後の引張部材に相乗効果をもたらすわけではない。むしろ、加わる荷重を種々の荷重搬送材料間で均衡させ、かつ引張部材の軌道を安定化させるのみならず、優れた特性を得るためには、構造的な荷重搬送容量を慎重に分析する必要がある。
【００１６】
図２を参照すると、本発明の第１実施例の材料混成型柔軟性平形引張部材の断面図が概略的に示されている。引張部材２２は、ウレタンもしくは他の高分子材料からなる共通ジャケット２６を備えている。鋼製の荷重搬送部材が、領域２８に配置されており、有機材料製の荷重搬送部材が３０として図示されている。当業者であれば理解できるように、荷重搬送材料は、引張部材２２の幅全体に亘って比較的均等に離間されている。両側で軌道を均衡させるために、引張部材２２の中央位置に２本の鋼製コードを並べて配置することが好ましい。滑車上での引張部材の軌道を安定化させるためには、引張部材の長手方向中心線の両側を対称とすることが重要である。
【００１７】
図では、有機材料繊維３０の断面積が鋼製コード２８よりも大きいが、このようにする必要はない。むしろ、問題となるのは、望ましい重量比、望ましい耐熱性およびこれらと同様なパラメータである。従って、数学的計算（当業者であれば実行可能な程度の計算）を実行することによって、用いるべき有機材料繊維の量および鋼製コードの量を求める。荷重を平形引張部材内部の種々のコードに分配し、これによって各コードの利点および特性が活用されるようにするために、このような計算が行われる。さらに、引張部材の軸方向剛性を、いかなる荷重が加わる状態でも引張部材の弾性応答が両タイプのコードに分配されるようなものとすることが重要である。このような荷重の分配が可能となるように、これらの２つのタイプのコードの撚り（twist）および構造が選択される。このような効果を得る際に、コード自体の寸法、数および分布（軌道を考慮する場合を除く）には制限がなく、さらに、有機繊維コードおよび鋼製コードの数を等しくする必要もない。２つのタイプのコードの特性を引張部材に望まれる特性に対して均衡させ、これによって、このような所望の特性が得られるようにすることが重要である。望まれるそれぞれの効果に対して、コードや寸法等の設計が複数存在し得る。引張部材の軌道を安定させるには、分布が重要であり、軌道を最適化するための容易な分布方法は、コードを引張部材の軸方向中心線に亘って均等に分布させるものである。
【００１８】
制御することが望ましい１つのパラメータは、曲げである。曲げにおいて有機材料コードより先に鋼製コードが損傷するようにして、非破壊的検査方法によって引張部材の完全性を検査できるようにすることが好ましい。このような方法として、電気抵抗もしくは磁束の漏れを測定するものが挙げられる。
【００１９】
本発明の他の実施例においては、図３に示されるように、引張部材２２の各コード自体が、材料混成型とされる。引張部材の断面が図示されており、有機繊維材料が、鋼製コア３４の周りの環３２に配置されている。この図では、引張部材の材料構成が１通りだけ示されているが、有機繊維材料によりコアを形成し、鋼を環に配置することも可能である。さらに、このような実施例に用いられている全てのコードに同じ種類のコア材料を用いる必要はない。１本もしくは複数本のコードのコア３４に鋼を利用し、１本もしくは複数本の他のコードのコア３４に有機繊維を用いることも可能である。各コードの、環のレベルやコアのレベルにおける撚りおよび構造によっても、引張部材全体の特性が左右されるため、このことを考慮しなければならない。当業者であれば、引張部材全体に所望の特性を与えることが可能な様々な撚りおよび構造を求める方法がわかるだろう。各コードにエラストマを浸透させるべき程度もまた、用いられるコードの配置および寸法に対して考慮すべきである。コードを互いに接触させて配置する場合には、フレッチングを考慮しなければならない。このような実施例の好適な構造においては、同数の「ｓ」コード構造および「ｚ」コード構造が、引張部材の軸方向中心線に沿って配置されている。
【００２０】
図４には、本発明の他の実施例が示されている。この図では、各コードの構成を示すために２つのコード３８のみが拡大して示されている。このような実施例においては、各コード３８が、複数のストランド（例えば９本のストランド（１本のストランドを８本のストランドが取り囲んでいる））からなり、各ストランド自体が材料混成型とされている。この図では、ストランド４０が、中心の有機材料製ワイヤ４２と、これを取り囲む８本の鋼製ワイヤ４４と、を備えている。さらに、６本のストランドが中心ストランド４６の周りに配置されており、これにによって、材料混成型コード３８が構成されている。鋼製ワイヤ４４および有機繊維４２の配置を逆にすることも可能である。上述した実施例で説明したものと同様の計算を、このような実施例にも適用する必要がある。このような計算は、当業者であればわかる程度のものである。さらに、特定の用途に合わせてコードの特定の構造を変えることが可能な点で、材料混成型コードは有用である。例えば、軌道を改善するために、引張部材が用いられる特定のエレベータにクラウン型滑車（crowned sheave）（図示せず）が利用される場合には、クラウン部（crown）近傍もしくクラウン部に直に接触するコードには、引張部材内部の他のコードよりも大きな荷重が加わる。このような大きな荷重に対処できるように、材料混成型コードを構成することができる。
【００２１】
ここで図５を参照すると、本発明の更なる実施例が示されている。図５では、２本のコードのみが拡大して示されている。このような実施例においては、各鋼製コード５０が、好ましくは１本のワイヤの周りに６本のワイヤが取り囲んだパターンの７本のワイヤからなり、鋼製コード５０自体は、材料混成型構造を有していない。コードを包囲する共通コーティング材料２８内部に個々の有機材料繊維５２が配置されており、このため、引張部材２２自体が材料混成型構造を有する。繊維５２は、好ましくは引張部材の主要軸線に平行に方向付けられているとともに、材料２８全体に亘って分散されている。このような実施例では、有機繊維によってこれらの剛性が得られる一方で、鋼製コード５０の剛性が、鋼製ワイヤの剛性により制御される。このような実施例の材料２８は、好ましくは、上述した実施例と同様に、ポリウレタンからなる。
【００２２】
上述した全ての実施例において、引張部材に含まれる鋼の体積比を増大させることによって、引張部材の弾性係数を増大させることができる。当業者には理解されるように、弾性係数の計算は、「混合の原理（rule of mixtures）」すなわち以下の式に基づいている。
【００２３】
Ｅ11＝Ｕf1Ｅ11f1＋Ｖf2Ｅ11f2＋ＶmＥm
ここで、Ｅ11＝ＦＦＲの長手方向の弾性係数（longitudinal FFR modulus）、Ｅ11f1＝繊維１の長手方向の弾性係数、Ｅ11f2＝繊維２の長手方向の弾性係数、Ｅm＝基質の弾性係数、Ｖf1＝繊維１の体積比、Ｖf2＝繊維２の体積比、Ｖm＝基質の体積比、である。
【００２４】
弾性係数の変化は、図６のグラフに示されている。
【００２５】
本発明の例示的な引張部材の引張強度の計算値が、引張部材の共通コーティング（すなわち、好適な実施例のポリウレタンコーティング）中の鋼／有機繊維（例えばケブラ）の含有量の関数として、図７のグラフに示されている。ここでは、共通コーティング材料に対する鋼／ケブラの体積比は６０ｖ／ｏ（体積パーセント）で一定であるが、鋼とケブラとの比率が変化している。
【００２６】
グラフにおいて、カーブの厳密な変化点は、鋼が２４％およびケブラ２９が１６％の点である（ケブラ４９の場合には、値が異なる）。この２４／１６点の右側においては、ケブラによって強度曲線が制御され、左側においては、鋼によって強度曲線が制御される。鋼は、２．０％の歪みによって損傷し、ケブラは、３．６％の歪みにより損傷する。鋼によって制御される領域では、歪みによる鋼の損傷によってケブラに過負荷が加わりこれが損傷する。しかし、ケブラにより制御される領域では、２．０％の歪みにより鋼が損傷しても、これによってケブラが損傷することはない。ケブラは、３．６％の歪みにまで耐え得るためである。
【００２７】
変化点２４／１６においては、ケブラ材料が劣化、損傷もしくは破壊してしまっていても、鋼が、引張部材内部で、このような引張部材を備えたエレベータシステムでの利用に対して十分な強度を有する。様々な、コーティング材料に対するコード材料の体積比に対してこのような効果を得るためには、以下の式を満たす必要がある。
【００２８】
Ｖs≧（σk／σs）Ｖk
Ｖs＝鋼の体積比
Ｖk＝ケブラの体積比
σk＝鋼の引張強度
σs＝ケブラの引張強度
好適な実施例が図示および記載されたが、本発明の主旨および範囲から逸脱することなく、これらの実施例に様々な変更および置き換えを行うことも可能である。従って、本発明は、例示的に記載されており、これらに制限されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】    本発明の引張部材が用いられた牽引駆動装置を備えたエレベータシステムの斜視図。
【図２】  本発明の材料混成型柔軟性平形引張部材の第１実施例の概略的断面図。
【図３】  本発明の材料混成型柔軟性平形引張部材の第２実施例の概略的断面図。
【図４】  本発明の材料混成型柔軟性平形引張部材の第３実施例の概略的断面図。
【図５】    本発明の材料混成型柔軟性平形引張部材の第４実施例の概略的断面図。
【図６】    本発明の引張部材の弾性係数を示すグラフ。
【図７】    本発明の引張部材の強度を示すグラフ。
【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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