エレベーターの仕組みとは?(写真:y-studio / iStock)

科学が発達した現代、私たちは多種多様な「モノ」に囲まれて生活しているが、日頃よく目にし、使っているがゆえに、それに対して特に大きな疑問を抱いたりすることはない。だが、たとえば会社ビルなどには必ずあるといっていい「エレベーター」を思い起こしたとき、「吊るされているのはわかっているけれど、仕組みはよく知らない」といった「?(クエスチョン)」が脳裏にすぐ浮かぶ。やはり、このエレベーターにも「すごい技術」がうまく生かされているのだ。
新刊『雑学科学読本 身のまわりのすごい技術大百科』を著したサイエンスライターの涌井良幸・貞美両氏に、身近にあるモノの構造や仕組みについて、イラストを使いながらわかりやすく解説してもらった。

まさに“工夫だらけ”の「エレベーター」

毎年11月10日は「エレベーターの日」。1890年のこの日に、東京の浅草で日本初の電動式エレベーターを備えた12階建て展望台・凌雲閣(りょううんかく)がオープンしたことを記念したものだ。

海外では、紀元前のローマでエレベーターが使われていたという記録も残っている。これはもちろん電動式ではないが、エレベーターの歴史は意外なほど古い。

さて、現代の電動式エレベーターの多くは「つるべ式」と呼ばれる方式を採用している。人が乗る「かご」と、バランスを取る「つり合いおもり」がワイヤーロープによって「つるべ式」につながっている方式だ。

この方式の特徴は、「かご」と「つり合いおもり」をつり合わせているため、モーターにかかる負荷が半減されてモーターの容量を小さくできることだ。


(イラスト:小林哲也)

エレベーターの駆動方式にはその他に「油圧式」「巻胴式」などがあり、高さやスペースなどによって使い分けられる。かごが昇降するイメージは、ケーブルカーを垂直に走らせるのに似ている。取りつけられたローラー(すなわち車輪)にガイドされながら、かごは直立したレールに沿ってロープに引っ張られ、移動するのだ。

最近のエレベーターはだいぶ静かで、ほとんど揺れない。時速70キロを超えるスピードで昇降しながら、床に立てた10円玉が倒れないほどだという。これはコンピュータ制御のおかげで、かごにつけられた加速度センサーが揺れを感知すると、ローラーとレールとの力関係をコンピュータが調整。つねにかごの振動を抑えるよう保たれているのだ。


(イラスト:小林哲也)

コンピュータ制御は、待ち時間の縮小にも一役買っている。何台もエレベーターが並んでいるのに、長く待たされたという経験がある人も多いだろうが、新しいビルではそんなことはほとんどない。「人がイライラせずに待てるのは1分以内」とも言われるが、コンピュータ制御でそれが実現されているのだ。

待ち時間を減らすという点では、エレベーターには「スカイロビー構造」も多く採用されている。このスカイロビー構造とは、高層ビルで何十台ものエレベーターを効率よく運用するために、各階止まりと直通とに分け、途中の階で乗換える方式のこと。これらはビルの構造にも影響を与えている。


(イラスト:小林哲也)

「エスカレーター」の知られざる仕組み

エレベーターの話を聞いて、「では、エスカレーターは?」と思う人もいるだろう。このエスカレーターにも、人に話したくなるような“すごい技術”が隠されている。

「エスカレーター」とは、ラテン語の「Scala」(階段)と英語の「Elevator」(エレベーター)を組み合わせて作った言葉で、考案者のチャールズ・シーバーガーが1895年に命名した、その名のとおり、階段状の昇降装置である。エスカレーターの利点は搬送能力が高いこと。エレベーターに比べ、格段に効率がいい。

エスカレーターは、踏段(ステップ)をループ状のチェーンに連結し、モーターで駆動する仕組み。踏段と同時に、手すりも同じスピードで動かす。

街で見られるエスカレーターは傾斜角30度の直線タイプが普通だが、これより傾斜角を大きくしたものや、途中に平らな踊り場が設けられたものなどさまざまある。また、傾斜角をなくした「動く歩道」もエスカレーターと仕組みは同じだ。


(イラスト:小林哲也)

「変速エスカレーター」も登場している

多くのエスカレーターの速度は分速30メートル(時速1.8キロ)。そのため、気の短い人などはエスカレーターを駆け上ったり下りたりしてだいぶ危険だ。もちろん、もっと速く動かすことも可能なのだが、そうすると今度は乗り降りしづらくなってしまう。だが、この2つの問題を見事に解決するエスカレーターも登場している。三菱電機が実用化にこぎつけた、「変速エスカレーター」または「傾斜部高速エスカレーター」と呼ばれるものだ。

その秘密は踏段の構造にある。通常のエスカレーターでは、2つの踏段はチェーンで直線的に連結されているのだが、変速エスカレーターでは、この連結を曲がるようにした。水平時には「Y」の字のような形に、傾斜時にはカタカナの「イ」の字のような形に変形させる。こうすることで、入口と出口のところで、紙がシワになる原理で踏段のスピードが落ち、安全に乗降できるのだ。おかげで、傾斜部の移動速度を乗降時の1.5倍にすることが可能になったという。

ちなみに、日本最長のエスカレーターは香川県の遊園地「NEWレオマワールド」にあるもので(2017年末時点)、なんと96メートルもあるそうだ。


(イラスト:小林哲也)

「自販機」の進化が止まらない!

最後に、これも意外と知らない人が多いかもしれない「自動販売機」の仕組みについて取り上げる。

自動販売機(略して自販機)の歴史は古く、世界最古の自販機の登場は2000年以上も昔に遡る。それはコインを投入すると水が出てくる装置で、エジプトの寺院に置かれていたという。そして今では自販機だけのコンビニエンスストアもあるほど、その普及には目を見張るものがある。飲料や食物だけでなく、花や下着など、実にさまざまなモノが売られているのだ。

海外ではさほど目立たない自販機だが、普及台数だけ見ると、日本はアメリカやヨーロッパよりも実は少ない。海外で目立たないのは露出度が低いからで、海外ではビルの中など、防犯対策が施せる場所に設置されていることが多いため、日本ほど目立たないのだ。

さて、そうした自販機普及の裏ではさまざまな努力がなされている。たとえば省エネの工夫。この四半世紀で電力消費量は7割以上削減された。照明をLEDにし、センサーを備えて照度を調整。さらには、取り出し口付近のみを冷却、加温し、すぐに売れるものだけを温め、冷やしているのだ。


(イラスト:小林哲也)


(イラスト:小林哲也)

よく目にする「エコベンダー」とは

最近は「エコベンダー」と呼ばれる自販機をよく目にする。これは「ピークシフト」機能を搭載した自販機だ。電気が最も使われる夏場の午後には冷却運転を停止し、その前にしっかり飲食物を冷却しておく機能が備えられているのだ。こうすることで、発電所の負担を軽減することができる。


面白いことに、一つの自販機で温かいものと冷たいものを同時に売る機能があるのは日本固有だという。狭いスペースを有効利用し、冷却の排熱をムダにしない“もったいない”精神を持つ日本人の特性がここに表れているのかもしれない。

なお、自販機の正面には設置場所を示すステッカーが貼られている。これは、2005年から始められたサービスで、災害発生時など、すぐ自分の居場所がわかるようになっている。また、災害時に中の飲料等を無料で提供する機能がついているものもある。自販機には、実はインフラ的存在としての一面もあるのだ。


(イラスト:小林哲也)

以上、私たちが外出時によく使っている“すごい技術”を簡単に解説したが、「身近なのにそもそもよく知らない」ものは、周囲をちょっと意識してみれば意外なほどたくさんある。私たちは今、“すごい技術”と共に生きているのだ。