JP4374293B2 - ワイヤロープおよびワイヤロープの劣化検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、ワイヤロープおよびその劣化検出方法に係り、特にエレベータに好適なワイヤロープおよびその劣化検出方法に関する。

従来のワイヤロープの例が、特許文献１に記載されている。この公報に記載のワイヤロープは、シーブ径を小さくしてもロープの寿命や強度の低下が起きないようにするために、ワイヤロープを構成する複数の素線それぞれに樹脂材料を被覆している。そして、ワイヤロープ全体にも樹脂材料を被覆し、シーブ巻き掛け時に生じる素線相互の滑りによる摩耗、シーブとの接触による摩耗を低減している。

従来のワイヤロープの他の例が、特許文献２に記載されている。この公報に記載のワイヤロープは、ロープの軽量化や小径のシーブにも対応できるようにするために、全体被覆前のロープ径と素線径の比が１５〜１００であり、素線には高強度鋼素線を使用している。そして素線を撚り合せて構成した心ストランドの周りに複数本の側ストランドを配して撚り合わせ、外周に高分子化合物の被覆を施して１本の心シェンケルを形成している。心シェンケルの周りには、複数の側シェンケルを配している。側シェンケルは、素線を撚り合わせた心ストランドの周りに複数本の側ストランドを配して撚り合わせて構成され、外径が高分子化合物被覆シェンケルよりも小さい。なおロープ全体は、高分子化合物で被覆されている。

特開２００１−２６２４８２号公報

特開２００２−２７５７７３号公報

上記特許文献１および特許文献２に記載のワイヤロープは、シーブを小型化したときにも樹脂被覆ロープの強度の低下を減少させるという利点を有するが、ワイヤロープの使用によりワイヤロープを構成する金属素線の破断を確実に検出することについては、十分な考慮がなされていない。

エレベータ用ワイヤロープは、エレベータ駆動時にシーブまたはプーリにより繰返し曲げを受ける。その結果、疲労破断にまで達することがある。エレベータを安全に運用するためには、ロープの疲労による強度低下を検出し、急激な強度低下やロープ破断が起きる前にロープを交換することが必要である。特にロープの最外周を樹脂で被覆したワイヤロープでは、素線の破断状況を外観からは検査できないので、外観検査以外の方法で確実にワイヤロープの強度低下を検出することが望まれている。

本発明は上記従来技術の不具合に鑑みなされたものであり、その目的は樹脂被覆したワイヤロープにおいて、素線の破断を高精度で検出することにある。本発明の他の目的は、樹脂被覆したワイヤロープにおいて、使用による急激なロープ強度の低下を防止することにある。

上記目的を達成する本発明の特徴は、中央部に配した１本の心シェンケルと、この心シェンケルの回りに心被覆樹脂を介して配した複数本の側シェンケルと、この複数本の側シェンケルの外周部に配置された外層被覆樹脂とを有し、心シェンケルと側シェンケルとが金属製素線を撚り合わせて形成したストランドを複数本撚り合わせて形成されたものであるワイヤロープにおいて、複数本の側シェンケルの少なくとも１本のストランドの全素線の素線強度を、他のストランドの素線よりも低くしたものである。

そしてこの特徴において、心シェンケルと側シェンケルとは、素線の直径および素線本数が実質的に同一である、心シェンケルは中心部に配置した心ストランドと、この心ストランドの周囲に配置した複数の側ストランドとを有し、この心ストランドと側ストランドとは、素線の直径および素線本数が実質的に同一である、複数の側シェンケルはそれぞれ中心部に配置した心ストランドと、この心ストランドの周囲に配置した複数の側ストランドとを有し、各心ストランドと各側ストランドとは、素線の直径および素線本数が実質的に同じであるのが好ましい。

また上記特徴において、金属性素線の表面に、素線強度が低いものと素線強度が高いものとを識別する光沢または色を付すのがよく、心シェンケルは、中心部に配置した中心樹脂と、この中心樹脂の周囲に複数本配置した側ストランドと、この複数の側ストランドの周囲に配置した被覆樹脂とを有し、中心樹脂の軟化温度が被覆樹脂の軟化温度以上であるのが好ましい。さらに、複数の側シェンケルは、それぞれ中心部に配置した中心樹脂と、この中心樹脂の周囲に複数本配置した側ストランドとを有し、中心樹脂の軟化温度が外層被覆樹脂の軟化温度以上であるのが望ましく、心シェンケルは、複数本の側ストランドとこの複数本の側ストランドの周囲に配置した被覆樹脂とを有し、この被覆樹脂の軟化温度が外層被覆樹脂の軟化温度以上であることが望ましい。

上記目的を達成する本発明の他の特徴は、上記ワイヤロープに磁界をかけ、少なくとも素線及びストランドのいずれかの断線部からの漏洩磁束を計測し、この計測結果に基づいて素線またはストランドの破断を検出するようにしたことにある。

本発明によれば、ワイヤロープの側シェンケルにおいて、ストランド単位で他よりも低強度な部分を形成したしたので、低強度ストランドが他のストランドに先行して破断するからワイヤロープの劣化を高精度に把握できる。

図１に、本発明に係るワイヤロープ一実施例の横断面を、図２にその斜視図を示す。本実施例のワイヤロープは、３段撚り線構造になっている。すなわち、鋼製の素線１６を７本使用して１本のストランド５、６、１４、１５を形成し、７本のストランド５、６、１４、１５を使用して１本のシェンケル１１、１２を形成する。さらに７本のシェンケル１１、１２を使用して１本のワイヤロープ５０を形成している。

ストランド５、６、１４、１５を形成する際には、１本の大径の心素線１６ａの周りに６本の小径の側素線１６ｂをほぼ周方向均等に配置し、それら７本の素線１６ａ、１６ｂを撚り合せる。同様にシェンケル１１、１２を形成する際は、１本の心となるストランド５、１４の周りに６本の側ストランド６、１５を周方向ほぼ均等に配置し、それら７本のストランド５、６、１４、１５を撚り合せる。さらに、１本の心となるシェンケル１１の周りに、６本の側シェンケル１２を周方向ほぼ均等に配置し、７本のシェンケル１１、１２を撚り合わせる。これは、シェンケル構造のＩＷＲＣ（独立ワイヤロープ心：Ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｗｉｒｅ Ｒｏｐｅ Ｃｏｒｅ）ロープと呼ばれる。

ワイヤロープ５０の中央に配置される心シェンケル１１では、心ストランド５と側ストランド６、側ストランド６相互により形成される隙間およびストランド６の外周側までが心被覆樹脂１で埋められている。これにより心シェンケル１１は、星型に心被覆樹脂１で被覆されている。側シェンケル１２の心ストランド１４と側ストランド１５、側ストランド１５相互により形成される隙間および心被覆樹脂１の外周側から側ストランド１５の外周側まではロープ被覆樹脂４で覆われている。これにより、ワイヤロープ５０は断面ほぼ円形の樹脂被覆ロープとして形成される。

ところで本実施例では、各側シェンケル１２の６本の側ストランド１５のなかで、１本の側ストランド３の全素線に、他のストランド２よりも強度の低い素線１６ｃを採用している。ここで、強度が低いとは疲労強度が低いことを意味する。逆に、強度が高いとは、疲労強度が高いことを意味する。

図８に、強度が高い素線である高強度素線４１と強度が低い素線である低強度素線４２の繰り返し曲げ応力に対する疲労強度試験の結果の一例を示す。同じ曲げ応力であれば、低強度素線４２の方が早く破断することが分かる。全素線を同一の強度にした場合には、全ての素線が同じような時期に破断する恐れがあり、ワイヤロープの寿命を正確に予測または判断することが困難である。

本実施例では、低強度の素線を用いて一部の素線のみを切れやすくして、これらの素線が破断しても他の素線がワイヤロープの強度を保証するようにしている。したがって、何らかの方法で低強度素線の破断を検出できれば、多数の素線の破断の前にロープ寿命を確実に予測または判断することができる。なお、低強度素線と高強度素線の区別を容易にするために、メッキや着色により素線の光沢や色を変え、目視で判別できるようにする。これにより、使用前に低強度ストランドが撚り入れられているか否かを目視で確認できる。

心被覆樹脂１には、ポリウレタン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ナイロンなどの樹脂を用いる。心被覆樹脂１の外径形状を、側シェンケル１２の最内側に位置する側ストランド１５部で小径に、隣り合う側シェンケル１２、１２の側ストランド１５、１５間で大径となる星型形状としたので、心被覆樹脂１の小径部の凹部が形成する溝を側ストランド１５の撚りピッチに合わせたらせん溝に形成でき、ワイヤロープ５０を曲げたときに心シェンケル１１の最外側の素線１６と、側シェンケル１２の最内側の素線１６が接触して生じるフレッティング破断や、接触により摩耗して生じる疲労破断を防止できる。

ロープ被覆樹脂４には、ポリウレタン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ナイロンなどの樹脂を用いる。側シェンケル１２の外側を完全にロープ被覆樹脂４で被覆したので、側シェンケルの最外側に位置する素線１６が図示しないシーブに直接接触するのを回避できる。その結果、摩耗やフレッティングによる素線１６の破断によるワイヤロープ強度の低下を防止できる。ワイヤロープ５０にロープ被覆樹脂４を処理するときは、心シェンケル１１と側シェンケル１２とを撚り合わせた後に、撚り合わせたシェンケル１１、１２全体を加熱したロープ被覆樹脂４で塗布または浸漬し、その後冷却する。その際、加熱したロープ被覆樹脂４の熱により心被覆樹脂１が過度に変形する恐れがあるので、心被覆樹脂１の軟化温度をロープ被覆樹脂４の軟化温度以上とする。

本実施例では、各ストランド５、６、１４、１５の心素線１６ａの径を側素線１６ｂの径よりもわずかに大径にして、素線１６ａ、１６ｂをより合わせる際に素線１６ａ、１６ｂ間または１６ｂ、１６ｂ間に形成される隙間をできるだけ小さくしている。しかしながら、心ストランド５、１４と側ストランド６、１５は同じ構造としたので、ストランド５、６、１４、１５を作成するときに使用する素線１６の種類は、径の異なる２種類だけで済み、製造コストを低減できる。

上記実施例で説明したワイヤロープ５０をエレベータの動索として使用すると、ワイヤロープ５０はかごやカウンターウェィトの負荷により張力を受ける。それとともに、シーブやプーリを通過するたびにに繰返し曲げられる。このような状態では、ワイヤロープ５０の隣り合う素線１６同士が、高い面圧および曲げ応力の下で接触および摺動する。このような負荷が継続すると、素線１６はフレッティング疲労または摩耗を伴う疲労により破断する。

フレッティング疲労の原因となる面圧と曲げ応力については、面圧はシェンケル心側が高く、曲げ応力はロープの表面に近いほうが高くなる。フレッティング疲労あるいは摩耗を伴う疲労により最初に破断する素線１６を推定することは、同一仕様の素線１６であれば素線強度のばらつきに依存するので、困難である。そこで本実施例では、素線強度のばらつき以上に強度が低い素線１６ｃを、側シェンケル１２の一部の側ストランド３に用いている。その結果、素線１６、１６ｃが破断する状態に達しているのであれば、この低強度素線１６ｃで構成されたストランド３が先行して破断する。

本発明に係るワイヤロープの他の実施例を、図３を用いて説明する。図３は、ワイヤロープ５０ａの横断面図である。本実施例が図１に示した実施例と異なるのは、心シェンケル１１および側シェンケル１２のいずれにおいても、心ストランドの代わりにポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロン等の樹脂線７ａ、７ｂを用いたことにある。心シェンケル１１では６角形の星型をした樹脂線７ａを、側シェンケル１２でも６角形の星型をした樹脂線７ｂを各シェンケル１１、１２の中心部に配置する。樹脂線７ａは、各側ストランド６と撚り合わせられる前には円形断面をしている。

側ストランド６との撚り合わせ時に、加熱しながら型で絞り形成すると、樹脂線７ａが軟化する。そして、側ストランド６の樹脂線７ａに近い側の素線１６が樹脂線７ａに食い込んで、星型断面を形成する。樹脂線７ａの表面に形成された溝が心シェンケル１１の撚りピッチと一致して、側ストランド６同士の接触を防止する。

心シェンケル１１を樹脂被覆する際に、加熱された心被覆樹脂１の熱により心シェンケル１１の樹脂線７ａが過度に変形するのを防止するため、心シェンケル１１の樹脂線７ａの軟化温度を心シェンケル１１の心被覆樹脂１の軟化温度以上にする。同様に、ワイヤロープ５０ａを被覆する際に、ロープ被覆樹脂４の熱により心シェンケル１１の心被覆樹脂１や側シェンケルの樹脂線７ｂが過度に変形するのを防止するため、心シェンケル１１の心被覆樹脂１の軟化温度と側シェンケル１２の樹脂線７ｂの軟化温度を、ロープ被覆樹脂１の軟化温度以上にする。

本実施例では、心シェンケル１１と側シェンケル１２の中心部に樹脂線７ａ、７ｂを配置しているので、ワイヤロープ５０ａの引張強度が多少小さくなる。しかし、側ストランド６、１５が金属の心ストランドと接触することがないので、側ストランド６、１５と樹脂線７ａ、７ｂの間の面圧が低下してフレッティング摩耗強度が増し、繰返し屈曲に対するワイヤロープ５０ａの寿命が長くなる。

本発明に係るワイヤロープ５０ｂのさらに他の実施例を、図４に示す。図４は、ワイヤロープ５０ｂの横断面図である。本実施例は、図３に示した実施例と低強度素線１６ｃからなるストランド３の個数が相違する。その他の構成は、図３に示した実施例と同様である。図３に示した実施例では、各側シェンケル１２が必ず１個の低強度素線１６ｃからなるストランド３を有していたが、本実施例では６個の側シェンケルの中の１個だけが、低強度素線１６ｃからなるストランド３を有している。低強度素線１６ｃからなる側ストランド３の本数を減らしたので、ワイヤロープ５０ａの破断を示す出力は小さくなるが、ワイヤロープの５０ａ繰返し曲げに対してさらに長寿命のワイヤロープを提供することができる。

図９に、本発明に係るワイヤロープ５０ｃのさらに他の実施例を示す。図１０は、ワイヤロープ５０ｃの横断面図である。本実施例が図３に示した実施例と異なるのは、側シェンケル１２の側ストランド１５の中で、高強度素線を用いた側ストランド２の中心部の素線を樹脂線８にしたことにある。その他の構成は、図３に示した実施例と同様である。本実施例によれば、側ストランド１５の金属素線１６同士が接触して面圧が高くなるのを抑制でき、側ストランド１５、ひいてはワイヤロープ５０ｃの寿命が長くなる。また、これは使用前に低強度ストランドが撚り入れられているかを目視で確認できる。側ストランド１５の心線８には、ポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロン等の樹脂を用いる。

上記各実施例に示したワイヤロープを用いて、ワイヤロープの劣化を検出する方法を、図５により説明する。ワイヤロープ５１内部の側シェンケル１２の側ストランド２、３が見えるように、ロープ被覆樹脂４を取り除いて示す。ワイヤロープ５１の軸線方向に離隔した２箇所に、ワイヤロープ５１を包むように励磁器２１を配置する。励磁器２１は、磁束流２３を発生する。磁束流２３は、電気の不導体であるロープ被覆樹脂４を通り抜けて電気の導体である金属性素線１６を通過する。ワイヤロープ５１の素線１６が破断していると、磁束２４が破断部２５から漏れ出し、磁束検出器２２が漏れ磁束を検出する。これにより、素線１６の破断を検出する。

上記各実施例に示したワイヤロープでは、低強度素線からなる低強度ストランド３が先行して破断するので、破断したストランド２５から強い磁束が漏洩する。この漏洩磁束を磁束検出器２２が検出し、ワイヤロープ５１の強度低下を検出する。従来のワイヤロープでは、素線強度のばらつきにより破断位置が変わるので、漏洩磁束に顕著なピークは現れず、破断を正確に把握することが困難であった。

図６および図７を用いて、ワイヤロープ５１の繰り返し曲げ強度を説明する。図６は、全ての素線を同一強度(ノミナル強度)にしたワイヤロープの特性の例であり、図７は上記各実施例に示したワイヤロープ５１の特性の例である。ワイヤロープ５１の繰返し曲げ回数に対するワイヤロープ５１の引張強度３１とストランド破断本数３２を示している。全ての素線１６の強度を同一にすると、ワイヤロープ５１の寿命の初期では、屈曲回数を増やしても引張強度はほとんど低下しない。そして、ワイヤロープ５１の寿命の末期で急激に引張強度が低下する。

これは、多くの素線１６がほぼ同じ応力振幅で繰返し曲げを受ける結果、フレッティング寿命がほぼ同時期に集中し、一斉に素線破断が発生することを示している。引張強度が急激に低下する特性のワイヤロープ５１では、素線１６の断線数が増加して検出可能なレベルに達すると、ワイヤロープの引張り強度の低下も著しく、使用可能状態を維持できる期間（余寿命）（Ｎ２−Ｎ１）が非常に短くなる。この場合、ワイヤロープ５１を高頻度に点検する必要が生じる。

一方、上記各実施例で説明したワイヤロープ５１を使用すれば、図７に示すように屈曲回数が増えてもワイヤロープ５１の引張強度は徐々にしか減少しない。これは低強度素線１６ｃからなる低強度ストランド３が、高強度ストランドに先行して破断するからである。つまり、低強度素線１６ｃは屈曲回数Ｎ１のときには、すでに点線３２ａで示す破断曲線上を変化するので、検出可能レベルにある。このとき高強度素線は、破線３２ｂ上を変化するので、まだ検出レベルにはない。屈曲回数がＮ２に達すると、高強度素線が破断し始め、寿命となる。上記各実施例では、低強度ストランド３を撚りこんだので、ワイヤロープ５１の屈曲寿命はやや低下するが、低強度ストランド３の破断本数が検出可能なレベルに達してから、ロープの引張強度が使用可能範囲を下回るまでの寿命（Ｎ２−Ｎ１）を長くできる。これにより、ワイヤロープの検査間隔を長することができる。

本発明に係るワイヤロープの一実施例の横断面図である。 図１に示したワイヤロープの斜視図であり、一部被覆を除いて示した図である。 本発明に係るワイヤロープの他の実施例の横断面図である。 本発明に係るワイヤロープのさらに他の実施例の横断面図である。 本発明に係るワイヤロープの劣化検出方法を説明する図である。 ワイヤロープの特性を説明するグラフである。 ワイヤロープの特性を説明するグラフである。 ワイヤロープの特性を説明するグラフである。 本発明に係るワイヤロープのさらに他の実施例の横断面図である。

符号の説明

１…心被覆樹脂、２、３…ストランド、４…ロープ被覆樹脂、５…心ストランド、６…側ストランド、７ａ、７ｂ…樹脂心、１１…心シェンケル、１２…側シェンケル、１４…心ストランド、１５…側ストランド、１６…素線、２１…励磁器、２２…磁束検出器、２３…磁束、２４…漏洩磁束、２５…ストランド断線、２６…素線断線、３１…引張強度比、３２…ストランド断線数、３２ａ…低強度ストランドの断線数、３２ｂ…高強度ストランドの断線数、４１…高強度素線、４２…低強度素線、５０、５０ａ、５０ｂ、５１、５１ａ…ワイヤロープ。

Claims (9)

1. ワイヤロープの断面中央部に配した心シェンケルと、この心シェンケルの回りに心被覆樹脂を介して配した複数本の側シェンケルと、この複数本の側シェンケルの外周部に配置された外層被覆樹脂とを有し、前記心シェンケルと側シェンケルとが金属製素線を撚り合わせて形成したストランドを複数本撚り合わせて形成されたものであるワイヤロープにおいて、前記複数本の側シェンケルの少なくとも１本のストランドの全素線は、他のストランドの素線よりも素線強度が低いことを特徴とするワイヤロープ。
2. 前記心シェンケルと側シェンケルとは、素線の直径および素線本数が実質的に同一であることを特徴とする請求項１に記載のワイヤロープ。
3. 前記心シェンケルは中心部に配置した心ストランドと、この心ストランドの周囲に配置した複数の側ストランドとを有し、この心ストランドと側ストランドとは、素線の直径および素線本数が実質的に同一であることを特徴とする請求項１または２に記載のワイヤロープ。
4. 前記複数の側シェンケルはそれぞれ中心部に配置した心ストランドと、この心ストランドの周囲に配置した複数の側ストランドとを有し、各心ストランドと各側ストランドとは、素線の直径および素線本数が実質的に同じであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のワイヤロープ。
5. 前記金属性素線の表面に、素線強度が低いものと素線強度が高いものとを識別する光沢または色を付したことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のワイヤロープ。
6. 前記心シェンケルは、中心部に配置した中心樹脂と、この中心樹脂の周囲に複数本配置した側ストランドと、この複数の側ストランドの周囲に配置した被覆樹脂とを有し、前記中心樹脂の軟化温度が被覆樹脂の軟化温度以上であることを特徴とする請求項１に記載のワイヤロープ。
7. 前記複数の側シェンケルは、それぞれ中心部に配置した中心樹脂と、この中心樹脂の周囲に複数本配置した側ストランドとを有し、前記中心樹脂の軟化温度が前記外層被覆樹脂の軟化温度以上であることを特徴とする請求項１に記載のワイヤロープ。
8. 前記心シェンケルは、複数本の側ストランドとこの複数本の側ストランドの周囲に配置した被覆樹脂とを有し、この被覆樹脂の軟化温度が前記外層被覆樹脂の軟化温度以上であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載のワイヤロープ。
9. 請求項１ないし８のいずれかに記載のワイヤロープに磁界をかけ、少なくとも素線及びストランドのいずれかの断線部からの漏洩磁束を計測し、この計測結果に基づいて素線またはストランドの破断を検出するワイヤロープの劣化検出方法。

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