エレベータープーリー：種類、溝形状、検査ガイド、交換のヒント

エレベータープーリーとは何ですか?なぜ重要ですか?

エレベータ プーリ (専門用語ではシーブとも呼ばれます) は、動きを伝達し、エレベータかごおよび釣り合いおもりの荷重を支えるためにエレベータ ロープまたはスチール ベルトがその上を通る溝付きの車輪です。すべての牽引エレベータ システムは、滑車に依存してロープの移動を方向転換し、機械的利点を倍増させ、牽引機械からかごに駆動力を伝達します。エレベータ シーブが適切に設計、製造、保守されていないと、ロープが急速に摩耗し、牽引機械がかごを効率的に動かすことができなくなり、ロープの滑りや機械的故障のリスクが大幅に増加します。

「エレベータプーリー」と「エレベータシーブ」という用語は業界では同じ意味で使用されますが、技術的にシーブとは特にロープやケーブルで使用される溝付きプーリーを指します。エレベーター工学では、シーブは溝付きホイール自体を指しますが、プーリーはシャフト、ベアリング、ハウジングを含む完全なアセンブリを指す場合があります。用語に関係なく、これらのコンポーネントはすべての牽引エレベーターの機械システムの中心に位置し、その形状、材質、溝の輪郭、状態がエレベーターの性能、ロープの寿命、乗客の安全性を直接決定します。

この記事では、エレベーターのプーリーの仕組み、エレベーター システムで使用されるさまざまなタイプ、関連する材料と製造基準、検査とメンテナンスの方法、および交換用シーブを指定する際の注意点について説明します。エレベーター技術者、建物設備管理者、または新しい設備を設計するエンジニアのいずれであっても、エレベーター システムを安全かつ効率的に稼働させるには、エレベーターのプーリーを詳細に理解することが不可欠です。

牽引システムにおけるエレベーターの滑車の仕組み

トラクション エレベータでは、駆動機械 (ギアボックスまたはギアレス ダイレクト ドライブ モーターに接続された電気モーター) がトラクション シーブを回転させます。スチール ワイヤ ロープまたはコーティングされたスチール ベルトがトラクション シーブ上に掛けられ、エレベータかごが一方の側に吊り下げられ、もう一方の側につり合いおもりが取り付けられます。ロープとトラクションシーブの溝の間の摩擦が車を上下に駆動します。機械はウインチのようにロープを引っ張るのではありません。トラクションによってグリップします。この基本的な違いが、溝のプロファイル、ロープとシーブの直径比、および溝の材質がすべてシステムのパフォーマンスに直接的な影響を与える理由です。

完全なエレベータ システムでは、メインのトラクション シーブのほかに、いくつかの追加のプーリーが使用されます。デフレクタシーブは、巻上機械が昇降路の真上に配置されていない場合に、巻上機械からかごまたは釣合おもりへのロープ経路の方向を変更します。アイドラ シーブは、システム全体でロープの張力と正しい位置を維持します。ロープ式油圧エレベーターや一部の牽引システムでは、機械的利点を実現するために複数のシーブがプーリー ブロック構成で配置されています。多くのエレベーター システムで使用されている 2:1 および 4:1 のロープ配置では、ロープの経路を完成させるためにデフレクター シーブとアイドラ シーブが必要です。システム内の各シーブはロープの曲げ疲労に寄与するため、シーブの数、直径、曲げ角度はすべてロープの耐用年数に影響します。

エレベーターの滑車の種類とその役割

完全なエレベータ設備では、ロープ システムの特定の機能に合わせてそれぞれ設計された、いくつかの異なるタイプのシーブが使用されます。各タイプの機能とその場所を理解すると、問題を診断し、適切な代替品を指定するのに役立ちます。

トラクションシーブ（ドライブシーブ）

トラクション シーブは、エレベータ システムの主要な駆動要素です。これは、ギアボックスを介して、またはギアレス モーター シャフトに直接、牽引機械の出力シャフトに直接取り付けられており、その回転によりロープの摩擦によってエレベータかごおよびつり合いおもりが駆動されます。トラクション シーブは、システム内で最も負荷のかかるプーリーであり、ロープ全体の張力と、シーブの表面上で継続的に屈曲するロープによる曲げ疲労の両方を受けます。溝のプロファイルはロープの直径に正確に一致する必要があり、溝の材質はロープの過度の摩耗を引き起こすことなく適切なトラクションを提供する必要があります。トラクション シーブの直径は、家庭用小型エレベーターの約 320 mm から、高速商用システムの 800 mm 以上まで多岐にわたります。

デフレクターシーブ

デフレクタシーブは、巻上機が昇降路中心線の真上に配置されていない場合に、巻上機からのかごまたは釣合おもり上の正しい垂直位置にロープ経路の方向を変更するために使用されます。駆動機械が専用の機械室ではなく昇降路の上部に取り付けられる機械室レス (MRL) エレベータ設備では、正しいロープ形状を確立するためにデフレクタ シーブが特に重要です。デフレクタ シーブは、機械が昇降路の中心からオフセットされている天井機械室の設置でも使用されます。ロープには大きなロープ張力荷重がかかるため、たわみや振動を発生させずにこれらの力に対処できるサイズとサポートが必要です。

カーシーブとカウンターウェイトシーブ

2:1 ローピング構成では、ロープが固定アンカー ポイントからかごフレーム上のシーブの周りを下降し、デフレクターまたはオーバーヘッド シーブに戻り、釣合おもりまで下降します。かごシーブと釣合おもりシーブは、それぞれかごフレームと釣合おもりフレームに取り付けられます。これらの滑車により、かごと釣合おもりは 1:1 システムの半分のロープ速度で移動できるため、必要なロープ速度が低下し、より小型の牽引機械で同じ荷重を移動できるようになります。かごのシーブは、かごのフレーム構造内に適切なロープのクリアランスを持たせて設計する必要があり、そのベアリングは、かごの吊り下げ荷重全体にロープ フォール間で分割された定格荷重を加えたものに耐える必要があります。

オーバーヘッドシーブ（セカンダリシーブ）

オーバーヘッドシーブは、昇降路の上部または機械室の頭上構造に取り付けられた固定滑車で、トラクションシーブとかごまたは釣合おもりシーブの間で、マルチラップまたは複雑なローピング構成でロープの向きを変えます。一部の低速大容量貨物エレベータで使用される 4:1 ローピング システムでは、複数の天井シーブによってプーリー ブロックの配置が完成します。これらの滑車は通常、トラクション シーブよりも直径が小さく、牽引力を提供するというよりも主にロープの経路を変更するように設計されています。

補償シーブ

ロープの重量が大きくなる高層ビル（通常、使用高さが 30 メートルを超える建物）では、車両の走行中に吊り上げロープの重量のバランスをとるために、車両と釣合おもりの下に補償ロープまたはチェーンが吊り下げられます。補償ロープをガイドし、適切な張力を維持するために、補償シーブがエレベータ ピットに取り付けられています。補償シーブは重力によって張力がかかり、動作中のロープの伸びや動的なロープの動きに対応するために、制限内で自由に垂直に移動できる必要があります。

エレベータシーブの溝プロファイルとロープの寿命に及ぼす影響

の溝プロファイル エレベーターの滑車 これはエレベーター設計の技術的に最も重要な側面の 1 つであり、トラクション性能とロープの摩耗率の両方に直接影響します。エレベータ シーブには 3 つの主要な溝プロファイルが使用されており、それぞれがトラクション、ロープ圧力、ロープ疲労寿命の間の異なるトレードオフを表しています。

丸溝（U溝）

丸い溝は、ロープの半径よりわずかに大きい半径を持つ円形の断面を持ちます。通常、溝の半径はロープの直径の 0.53 ～ 0.55 倍です。ロープは大きな円弧 (約 120 ～ 150°) で溝に接触し、接触圧力が広範囲に均一に分散されます。この低い接触圧力により、ロープの変形が最小限に抑えられ、ロープの疲労寿命が最大になるため、トラクションを必要としないすべてのデフレクター シーブ、カー シーブ、およびオーバーヘッド シーブには丸溝シーブが推奨されます。トラクション シーブの丸い溝の制限は、アンダーカット溝よりもトラクション (摩擦) が低いことですが、カウンターウェイト比が低い場合や加速要件が高いシステムには不十分な場合があります。

アンダーカットV溝

アンダーカット溝は、V 字型と底部の小さな半径のアンダーカットを組み合わせたものです。溝の斜めの側面がロープを圧迫し、ロープと溝の間の垂直抗力を大幅に増加させるくさび効果を生成します。したがって、同じロープ張力下での丸い溝と比較して、利用可能なトラクションが増加します。アンダーカット溝で達成できるトラクション係数は、通常、同等の溝角度の円形溝よりも 50 ～ 80% 高くなります。そのため、ほとんどの最新のエレベーター設備ではアンダーカット溝がトラクション シーブの標準プロファイルとなっています。その代償として、溝の端でロープ ワイヤにかかる接触圧力が高くなり、ロープの摩耗が促進され、ロープの疲労寿命が短くなります。アンダーカット溝の角度は通常 90° ～ 105° の範囲で、アンダーカットが深いほど高いトラクションが得られますが、ロープの劣化が早くなります。

V 溝 (フル V)

アンダーカットのない完全な V 溝は、極端なくさび作用により最大のトラクションを生み出しますが、その代償として非常に高い接触圧力が発生し、ロープの急速な摩耗が発生します。完全な V 溝は、現代の旅客用エレベーターのトラクション シーブではほとんど使用されませんが、古い設備や一部の貨物およびサービス用エレベーターの用途では使用されることがあります。また、V 溝のロープと溝の接触圧力が高いと、溝自体が急速に摩耗するため、アンダーカット溝の設計に比べてより頻繁なトラクション シーブの交換が必要になります。既存の設備で完全な V 溝が見つかった場合は、保守点検時にその状態を注意深く評価する必要があります。

エレベータープーリーの材質と製造規格

エレベータ シーブは、システム内での役割に適した硬度、靱性、機械加工性、耐摩耗性の適切な組み合わせを提供するように選択された材料から製造されています。以下の表は、使用される主な材料とその特性をまとめたものです。

エレベーター シーブは、ヨーロッパの EN 81-20 および EN 81-50、北米の ASME A17.1、中国の GB 7588 などの関連安全規格に準拠する必要があります。これらの規格では、シーブとロープの最小直径比（通常、トラクション シーブの場合は D/d ≥ 40、D はシーブのピッチ直径、d はロープの直径）、溝プロファイルの公差、材料の機械的特性要件、および検査基準を指定しています。これらの規格への準拠はエレベーターの型式承認に必須であり、製造時と定期的な安全検査の両方で検証されます。

D/d 比: ロープの直径に対するシーブの直径が重要な理由

シーブ ピッチ直径 (D) とロープ直径 (d) の比 (一般に D/d と表記されます) は、エレベータ ロープとシーブ システムの設計において最も重要なパラメータの 1 つです。ロープがシーブ上で曲がるたびに、ロープの外側のワイヤは張力で引き伸ばされ、内側のワイヤは圧縮されます。ロープに対してシーブが小さいほど、この曲げ応力はより大きくなり、ロープの疲労損傷がより早く蓄積されます。 D/d 比 40:1 (エレベータのトラクション シーブの安全基準で通常義務付けられている最小値) は、13 mm のロープの場合、シーブの最小ピッチ直径が 520 mm であることを意味します。

より大きな D/d 比を使用すると、ロープの寿命が大幅に延長されます。研究データと現場データは、D/d を 40 から 60 に増加させると、同等の荷重下でダブル ロープの疲労寿命を超えることが一貫して示されています。高速、高サイクルのエレベーター システム (1 日に何百回も往復する高層商業ビルのエレベーター システムなど) では、交換までのロープの耐用年数を許容できるようにするために、D/d 比を 60 ～ 80 以上に指定することがよくあります。 D/d 比は、トラクション シーブだけでなく、システム内のすべてのシーブで維持する必要があります。これは、ロープの曲げ疲労が各トリップ サイクル中にロープが接触するすべてのシーブにわたって累積されるためです。デフレクター シーブとオーバーヘッド シーブは、トラクション シーブよりも小さな直径で指定されることがありますが、ロープ全体の寿命の計算では、ロープの疲労に対するそれらの寄与を考慮する必要があります。

エレベーターのプーリー検査: いつ、何を確認するか

エレベーターの滑車の定期検査は、すべての主要な安全基準の下でエレベーターのメンテナンスの必須要素です。シーブの検査には 2 つの目的があります。1 つはロープの損傷やシステム障害を引き起こす前に摩耗または損傷したシーブを特定すること、もう 1 つはシーブ システムが適切なトラクションとロープの寿命を提供し続けていることを確認することです。エレベーターの定期メンテナンス訪問には、次の検査項目を含める必要があります。

• 溝摩耗測定: 溝ゲージ（公称溝形状に合わせた合否プロファイルゲージ）を使用して、各溝の深さと形状を測定します。メーカーの公差を超えて摩耗した溝（通常、溝半径が 10 ～ 15% 以上増加するか、アンダーカット プロファイルが目に見えて平坦になる）は、再機械加工するか、シーブを交換する必要があります。溝が摩耗すると、トラクション シーブのトラクションが低下し、デフレクター シーブのロープ接触圧力が増加し、ロープの摩耗が加速します。
• 溝表面状態： 溝の表面に傷、亀裂、孔食、または腐食がないか検査します。スコアリング（ロープのワイヤーが切れてシーブの溝に刻まれた縦方向の溝）は、ロープに応力集中を引き起こし、ロープの劣化を劇的に加速させます。切り込みのある溝のあるシーブは、滑らかな溝表面を復元するために再機械加工するか、再機械加工後に溝の深さが最小値を下回る場合は交換する必要があります。
• 溝深さの一貫性: 多溝シーブのすべての溝の溝の深さを測定します。溝の深さが不均一であると、ロープ全体に荷重が不均一に分散されます。最も浅い溝には最大の荷重がかかり、深い溝のロープには張力が低くなります。この負荷の不均衡により、過負荷になったロープの摩耗が促進され、システム全体の安全率が低下します。同じシーブ上の溝間の深さの変化が 0.5 mm を超える場合は、溝を再加工する必要があります。
• ベアリングの状態: ロープを取り外した状態でシーブを手で回転させて、シーブのベアリングに異音、粗さ、過剰な遊びがないか確認します。ベアリングがゴロゴロしている、異音がする、または緩んでいる場合は、潤滑不良またはベアリングの磨耗を示しているため、直ちに交換する必要があります。シーブ ベアリングが故障すると、シーブの位置ずれが生じ、ロープの摩耗が促進され、シーブ シャフトと支持構造に異常な負荷がかかります。
• シーブのアライメント: シーブがロープの経路と正しく位置合わせされていることを確認します。位置がずれていると、ロープが溝上で斜めに走行し、横方向の力が発生してロープと溝が非対称に摩耗し、ロープが高速で溝を飛び越える可能性があります。位置合わせは、シーブ面全体のストレート エッジまたはレーザー位置合わせツールを使用してチェックされます。
• シーブガードの状態： すべてのシーブ ガードが所定の位置にあり、損傷がなく、ロープの脱線を防ぐために正しい位置にあることを確認します。安全基準では、突然張力が失われた場合にロープを溝に保持するために、すべてのエレベータ シーブにガードを設置することが義務付けられています。

エレベーターシーブを交換する時期

エレベーターのプーリーを運転し続けたり、溝を再加工したりするのではなく、いつ交換するかを決定するのは、安全性、ロープの寿命、メンテナンスコストのバランスを考慮した判断でなければなりません。以下の状態ではシーブの交換または溝の再加工が必要であり、検査中に特定された場合は必須の処置項目として扱う必要があります。

• 許容範囲を超えた溝摩耗: 溝摩耗ゲージの測定により、溝の半径またはアンダーカット形状に関してメーカーが指定した公差を超えて溝が摩耗していることが示され、溝の底面を最小肉厚未満に減らさずに再加工できる十分な材料が残っている場合、溝を再加工する必要があります。再加工するには十分な材料が残っていない場合は、シーブを交換してください。
• 亀裂または破損: シーブ本体、ハブ、またはリムに目に見える亀裂がある場合は、直ちにシーブを交換する必要があります。鋳鉄製シーブの亀裂は、繰り返し荷重がかかると急速に広がり、致命的な破壊を引き起こす可能性があります。ひび割れたシーブを溶接などの手段で修復しようとしないでください。
• 機械加工できないロープの溝の切り込み: 溝の切り込みが十分に深く、切り込みマークを除去するための再加工によって溝が最小深さよりも小さくなる場合は、交換が必要です。
• 腐食損傷: 高湿度、化学物質への曝露、または沿岸の塩気のある環境で溝表面またはシーブ本体に重大な腐食孔食が発生した場合、孔食の深さがシーブの構造的完全性またはロープ接触面の滑らかさを損なう場合、交換が必要になる場合があります。
• ベアリングハウジングの摩耗: ベアリングハウジングのボアが磨耗または損傷し、ベアリングの外輪をしっかりと保持できない場合は、シーブを交換する必要があります。磨耗したハウジングに特大のベアリングや接着剤による補修剤を使用しようとすることは、エレベータシステムでは許容できる安全対策ではありません。

最新の MRL および高速システムのエレベーター プーリー

マシンルームレス (MRL) エレベーター技術は、1990 年代後半以降、低層から中層の建物に設置される主流のタイプとなり、エレベーター シーブ システムに新たな課題と構成を導入しました。 MRL の設置では、牽引機械は昇降路内 (通常は上部) に取り付けられ、ロープの形状は昇降路構造の限られたスペース内に配置された偏向シーブを使用して確立する必要があります。このため、シーブの位置決め精度、構造支持設計、メンテナンス アクセス計画に対して、従来の機械室設置よりもはるかに大きな要求が課せられます。 MRL デフレクタ シーブは、多くの場合、機械の台板アセンブリに組み込まれるか、昇降路構造に溶接またはボルト止めされた専用の鋼製ブラケットに取り付けられます。

高層ビルにサービスを提供する高速エレベーター (4 m/s 以上で移動するエレベーター) は、トラクション シーブの性能に厳しい要求を課します。高速では、ロープの振動、空気力学的影響、およびロープ シーブの入口点と出口点での動的衝撃力がすべて大幅に増加します。高速トラクションシーブは常に鍛造鋼または高強度ダクタイル鋳鉄で、振動を最小限に抑えるために精密にバランスが取られ、高精度ベアリングが取り付けられ、適切なトラクションを維持しながらロープの疲労を最小限に抑える慎重に最適化された溝プロファイルで設計されています。最大 4 m/s の速度に対応するフラット コーティング スチール ベルト システム (シンドラーのマルチベルトやオーティスの Gen2 など) の出現により、溝付き鉄製シーブの代替としてポリウレタン裏地付きシーブが導入され、中層用途でより静かな動作とベルトの耐用年数が長くなり、同時に精密な溝付きトラクション シーブと比較してシーブの製造が簡素化されました。