(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エレベータかごを停止させるためのエレベータ安全制動機であって、該制動機は、
基部と、エレベータガイドレールの面と接触するために該基部の大部分にわたって延在するように設けられた炭素−炭素複合材料の単一のプレートである摩擦面と、を有するブレーキシューと、
前記エレベータかごを停止させるために前記ブレーキシューの前記炭素−炭素複合材料を前記ガイドレールの面に押し付けるための手段と、有することを特徴とする制動機。
【請求項２】
前記炭素−炭素複合材料は、二次元に編んだ構造を有することを特徴とする請求項１記載の制動機。
【請求項３】
前記炭素−炭素複合材料は、三次元に編んだ構造を有することを特徴とする請求項１記載の制動機。
【請求項４】
前記炭素−炭素複合材料は、台形の基部とレール接触面とを有する形状となっており、
前記ブレーキシューの基部は、前記炭素−炭素複合材料の前記台形の基部を受容するために、台形のスロットを有する形状となっていることを特徴とする請求項１記載の制動機。
【請求項５】
前記炭素−炭素複合材料は、二次元に編んだ構造を有することを特徴とする請求項４記載の制動機。
【請求項６】
前記炭素−炭素複合材料は、三次元に編んだ構造を有することを特徴とする請求項４記載の制動機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に速度超過状態にあるエレベータかご等の垂直方向に移動する物体を減速もしくは停止させるための安全制動機に関する。本発明は、特に、炭素−炭素複合材料の摩擦面を有するエレベータかごを減速もしくは停止させるためのエレベータ安全制動機システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、安全制動機システムは、エレベータかごに取り付けられており、実質的に平らな摩擦面を有する一対のウェッジ形状のブレーキシューを含む。平らな摩擦面は、通常、エレベータ昇降路壁に支持されたＴ字型ガイドレールのステム部の両側にそれぞれ配置されている。ウェッジ形状のこれらのブレーキシューは、調速機機構によって起動され、該調速機機構により、隣接するガイドシューアッセンブリに沿って移動させられる。そして、ガイドシューアッセンブリは、かごが減速もしくは停止するように、ブレーキシューの摩擦面をガイドレールと接触させる。
【０００３】
一般の安全制動機システムでは、ウェッジは、７平方インチ（０．０４５ｍ2）の面に約８０００ｐｓｉ（５５，０００ｋＰａ）の圧力を加えられることにより、最高約５６，０００ｌｂ（２５０，０００Ｎ）の垂直力を受ける。ガイドレールに対する公称の摩擦係数が約６ｍ／ｓで約０．１５である鋳鉄摩擦面を使用すると、ウェッジにかかる５６，０００ｌｂ（２５０，０００Ｎ）の力は、約１１，２００ｌｂ（５０，０００Ｎ）の摩擦力をウェッジの摩擦面に生じさせる。鋳鉄摩擦面を使用する従来のエレベータかご室は、四つの摩擦面を有しているので、潜在的な制動力の総計は約４５，０００ｌｂ（２００，０００Ｎ）となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
現在多くの高層のビルが建設されているので、これらのビルの多数の階を通じて（一般には、４〜８ｍ／ｓ、最大１２．５ｍ／ｓの）高速で、かつ積載量が多い状態で運転することができるエレベータの必要とされている。このようなエレベータは、最高約１６，０００ｋｇの定格荷重（ｌｏａｄ  ｒａｔｉｎｇ）を有する。このようなエレベータの安全制動機の要求仕様は、ますます厳しくなっている。従来のねずみ鋳鉄が近代的エレベータシステムで使用された場合には、過度の摩耗や高い摩擦熱による摩擦係数の低下によって制動機の故障を引き起してしまい、このようなシステムにおいて要求される速い速度や積載量に対して一定の摩擦力を提供する摩擦材料として機能することができないことが確認された。従って、この従来のものに代えて、高層ビルに設置される積載量が多い高速エレベータに対応することができるように、摩耗が少なく、かつ摩擦が一定して高い摩擦材料で製造されたエレベータ安全ブレーキシューが必要とされている。
【０００５】
本発明の目的は、エレベータかごを停止させるためのエレベータ安全制動機を提供することである。
【０００６】
本発明の他の目的は、積載量の多い高速エレベータで使用するための、一定して高い摩擦係数を有し、かつ摩耗が少ない信頼できるエレベータ安全制動機を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
これらの目的の少なくとも一部は、基部と、エレベータガイドレール面との接触のためにこの基部に設けられた摩擦面と、を備えたブレーキシューを有するエレベータ安全制動機によって達成される。上記摩擦面の少なくとも一部は、炭素−炭素複合材料を含む。安全制動機は、エレベータかごを停止させるために、ブレーキシューの摩擦材料をガイドレール面に押し付けるアクチュエータを備えている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明を使用することができる周知のエレベータ安全制動機システムを簡略化して示した説明図である。この制動機システム１０は、エレベータかご１４に取り付けられた一対のアクチュエータ１２を含み、これらの装置は、エレベータ昇降路（図示省略）内に支持されたガイドレール１６の反対側にそれぞれ配置されている。アクチュエータ１２の一部は、ウェッジ形状のガイドシュー１８によって構成され、このガイドシュー１８は、ハウジング２０内でガイドレール１６に対して実質的に直交する方向に移動可能となっている。ガイドシュー１８は、ばね２２によってガイドレール１６に向かって付勢されている。また、ガイドシュー１８は、傾斜した支持面２４を有している。基部２６を有するウェッジ形状のブレーキシュー２５には、ガイド面２８が設けられており、この面は、ガイドシュー１８の傾斜した支持面２４とは相補的となっている。このブレーキシュー２５は、レール対向面３０を有しており、ガイドシュー１８とレール１６との間に配置されている。高摩擦材料を備えたブレーキパッド３２がブレーキシュー２５の基部２６のレール対向面３０に取り付けられている。複数のローラ３４を収容したローラガイドケージアッセンブリが、ガイドシュー１８の傾斜した支持面２４と、この支持面に相補的に傾斜したブレーキシュー２５のガイド面２８と、の間に配置されている。これらのローラ３４によって、ガイドシュー１８及びブレーキシュー２５のそれぞれの相補的に傾斜した隣接する面２４，２８は、摩擦が低い状態で接触している。ばね２２によって付勢されているガイドシュー１８は、ローラ３４を通じてレール１６に向かってブレーキシュー２５に垂直力ＦNを加える。
【０００９】
制動機システム１０を使用する必要がある緊急時には、エレベータかご１４の移動方向の力ＦAがウェッジ形状のブレーキシュー２５の基部２６に加わることにより、上記シュー２５がエレベータかご１４に向かって移動する。通常、力ＦAは、調速機（図示省略）に接続されたロープ、ケーブルまたは機械的リンク機構によって供給される。ガイドシュー１８及びブレーキシュー２５の基部２６のそれぞれの相補的に傾斜した面２４，２８は、互いに平行に移動し、これにより、パッド３２とレール１６とが接触するまでブレーキシュー２５はレール１６に向かって移動する。当業者にとって自明であるように、ばね２２から供給される垂直力ＦNによってパッド３２がレール１６に押し付けられる。垂直力ＦNが提供する制動力は、ブレーキパッド３２で使用する高摩擦材料とレール１６の材質との間の摩擦係数μKに実質的かつ直接的に比例する。制動が行われると、ブレーキパッド３２内に熱が蓄積されやすくなり、そのためパッド材料とレール材料との間の摩擦係数μKが有害なものとなるおそれがある。所定の材料でこの熱がある程度高くなってしまうと、高摩擦材料の変形や融解のおそれとともに、その堅さが実質的に減少するおそれがあり、これにより、制動機が故障するおそれがある。
【００１０】
従来の技術では、摩擦面を提供するために制動機システム１０で使用されるブレーキパッド３２は、ねずみ鋳鉄によって形成されている。ねずみ鋳鉄は、低速で積載量が少ない条件には適しているが、高速で積載量が多い条件では、一定の摩擦材料として機能することができない。このような条件でねずみ鋳鉄を使用した場合の欠点を検討した結果、パッド３２の高摩擦材料として使用されるねずみ鋳鉄材料は、炭素−炭素複合材料で置き換えることができることが確認された。以下でより詳細に説明する本発明に係る炭素−炭素複合材料を含むブレーキパッドは、一秒当たり１０メートルの約定速度でかつ最高１６０００Ｋｇの定格荷重で運転されるエレベータで要求される条件の下で、用いることができる。更に、本発明に従って製造したパッドは、高い機械強度及び熱衝撃抵抗性を有し、レールスチールに対する摩耗率は無視できる程度であり、また、レールスチールに対してかなり高い摩擦係数を有することが分かった。
【００１１】
ランダムに裁断した繊維、標準的な二次元プライ（層）複合材料、図３Ａ〜図４Ｂに示した二次元に編んだ複合材料、及び図５に示した三次元編みテープなどの三次元に編んだ複合材料、を含む商業的に流通している材料を用いて大規模な実験を行った。編んだ複合材料に関しては、二次元のレイアップの厚みにＰＡＮ繊維を貫通させてせん断破壊に対する耐性を高めた。三次元に編まれた材料には、一体となるように直交する三つの方向全てに編んだ繊維が含まれていた。
【００１２】
試験は、複合材料の繊維の一次軸に対して垂直及び平行の両方向で行われた。ランダムに裁断した繊維及び標準的な二次元複合材料は、高いせん断荷重の下で故障を防止することができる一体構造（ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ  ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ）を有していなかった。二次元及び三次元に編まれた繊維は、共に良好な結果を出すことが確認された。また、このグループでは、三次元に編まれた繊維が最も優れた複合材であることが確認された。この三次元に編まれた材料は、ビーエフ  グッドリッチ社（ＢＦ  Ｇｏｏｄｒｉｃｈ）によって製造され、スーパーカーブＩＩ（Ｓｕｐｅｒｃａｒｂ  ＩＩ）の登録商標で販売されている。この材料は、図４で示した三次元に編まれた構造を有する。
【００１３】
試験用タイルを形成するために、鋼の基体に、三次元の炭素−炭素複合材料であるスーパーカーブＩＩから形成した１２ｍｍ×２５ｍｍのタイルを取り付け、複合材料の端部に面取り部を設けた。回転する直径２メートルのディスク上にこの試験用タイルを乗せ、一般の昇降路のスチールガイドレール表面での高速でかつ積載量が多い条件における緊急停止のシミュレーションを行うために選択された条件の下で、これに１７，０００Ｎの垂直力を加えた。この試験の結果、約５，５００Ｎの摩擦力が発生した。これは、上記材料のレールスチールとの公称摩擦係数は、約０．２５であり、一般的なねずみ鋳鉄第３０等級のものとほぼ同程度であることを示す。複合材料のタイルの摩耗の程度はかなり小さく、一般的な鋳鉄第３０等級のものの約１０パーセントであった。複合材料によるレールの損傷は、実質的になかった。きれいなレール及び錆びたレールの条件でシミュレーションを行ったところ、この材料は、両方の条件で十分に機能した。
【００１４】
図２を参照すると、ブレーキシュー基部２６のレール対向面３０に複合材料３６を取り付けるには、鋳造を用いてまたは他の方法で台形状の基部セクション３８とこのセクションから延びるレール接触面４０とを有するように複合材料を形成することによって行うことができる。この台形状の基部セクション３８は、ブレーキシュー２５の基部２６内に設けられた対応する台形状のスロット４２にはまる。勿論、複合材料３６を基部２６に取り付けるために上記以外の手段を使用することもできる。これらの手段には、機械的な固定手段や接着が含まれるが、これらの手段に限定されるものではない。
【００１５】
上記の説明により理解されるように、本発明に係るエレベータを停止させるための安全制動機システムの種々の実施例を説明してきた。ここで使用した炭素−炭素複合材料は、高い摩擦係数を有し、これにより、より低い垂直力及びより小さくかつ軽量のばねや安全装置を使用できる点で有利である。ここで説明した実施例は、発明の原理を単に説明したものであることを理解されたい。当業者は、本発明の趣旨及び範囲内で本発明の原理を具体化した種々の変更をこれらの実施例に加えることができる。従って、本発明は、付随する請求項及びその妥当な解釈によってのみ限定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】ガイドレールの両側に二つの摩擦ウェッジが配置されたエレベータ安全制動機システムの説明図である。
【図２】シューのレール対向面に炭素−炭素複合材料を施したエレベータ安全ブレーキシューの説明図である。
【図３】図３Ａは、本発明で使用することができる二次元に編んだ炭素−炭素複合構造体の平面図であり、図３Ｂは、該複合構造体の横断面図である。
【図４】図４Ａは、本発明で使用することができる他の方法で二次元に編んだ炭素−炭素複合構造体の平面図であり、図４Ｂは、該複合構造体の横断面図である。
【図５】好ましい炭素−炭素複合摩擦材料を三次元に編んだ構造体の説明図である。
【符号の説明】
１６…ガイドレール
２６…ブレーキシュー基部
２８…ガイド面
３０…レール対向面
３８…基部セクション
４０…レール接触面
４２…スロット
【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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