JP4625043B2 - 動索用ワイヤロープ - Google Patents

Description

本発明は動索用ワイヤロープの改良に関する。

ワイヤロープは非常に種類が多く、使用に当たってはその目的と使用場所に適合したものを選択しないとワイヤロープの持つ利点を十分に生かすことができないのは周知のとおりである。
ことにクレーンなどにおける動索用のワイヤロープは、シーブで曲げられ、ドラムに巻き付けられるために耐疲労特性が要求される。

従来この種のロープは、図１に示すように、心ロープＣＲの外周に複数本の側ストランドＳＴを配して撚成した構造が採用され、心ロープには、
繊維心・金心が使用されていた。しかしこの構造では、ストランド間、シーブ部とロープ間での金属接触が避けられず、摩耗による断線が発生する。

この対策として、従来幾つかの先行技術が提案されているが、それぞれに問題があり、いまだ十分とはいえなかった。
先行文献１（特許第２８７６１４０号）は、心ロープを薄く樹脂被覆したもので、心ロープと側ストランドの摩耗による断線を回避することができるが、ストランド間、シーブとの接触面での摩耗による断線を回避できない問題がある。

先行文献２（特許第３４９３２４８号）には、側ストランド間に樹脂製のスペーサを有し、スペーサの頂点の角度が外周方向に６０度であることが記載されている。しかし、この先行技術では、スペーサは基端部分がくさび形に形成され、そのくさび部分がロープ中心にまで達しているためロープの有効断面積が低下し、高い破断荷重が要求される用途には使用が困難であるという問題がある。

先行文献３（特公昭６３−４６１９６号公報）には、先端を扇状にしくびれを介して裾広がり部を形成した充填材を側ストランド間に介在させたものが開示されている。しかしこの先行技術は、充填物に補強心が入っているため、充填材が側ストランドを構成する素線間には充填されず、かつ、早期に補強心が断線した場合に、充填物から補強心が飛び出てトラブルを起こす可能性があり、また充填物に補強心を入れるため製造に特殊な設備を必要とし、コストが高くなる問題がある。

先行文献４（米国特許第６３６０５２２号）には、先行技術３と同じように、先端を扇状にしくびれを介して裾広がり部を形成したスペーサを側ストランド間に配向させたものが開示されている。しかし、この先行技術も２軸配向分子構造など強度の高い樹脂を使用しているため変形しにくく、側ストランドを構成する素線間に充填されないため、素線が動いて心接面切れを抑制できず、またロープの伸びが大きくなる問題があった。
特許第２８７６１４０号 特許第３４９３２４８号 特公昭６３−４６１９６号公報 米国特許第６３６０５２２号

本発明は前記のような問題点を解消するためになされたもので、その目的とするところは、別体に作った樹脂を充填したタイプのロープにおいて、素線の動きを的確に拘束して心接面切れを少なくし、また伸びを少なくし、疲労寿命を向上することができる動索用ワイヤロープを提供することにある。

上記目的を達成するため本発明は、心ロープとこれの外周に配されて撚合された複数本の側ストランドと、側ストランド間に介在する樹脂質のスペーサを有するロープであって、心ロープが心ロープ本体とこれを外囲する樹脂被覆層を有し、該樹脂被覆層により心ロープ本体と側ストランドとが離隔されており、前記樹脂スペーサが、単体の状態において側ストランド間の隙間よりも大きな断面積を有し、ストランド間に配された状態で外周から圧縮されることにより塑性変形し、側ストランドの外接円を越え、側ストランドの外層側素線の輪郭に沿った彎曲部の先で先細りの山形状をなして各外層側素線の隙間に６０％以上の充填率で喰い込んだ圧入充填部を形成していることを特徴としている。

本発明によるときには、心ロープが心ロープ本体とこれを外囲する樹脂被覆層を有し、該樹脂被覆層により心ロープ本体と側ストランドとが離隔されているので、側ストランドと心ロープ間の金属接触が防止され、心接面切れを大幅に低減できる。また、ストランド間に樹脂スペーサを介在させていることによりストランド間の接触を防ぎ、谷切れを防止し、シーブとの接触箇所の増加によりロープ表面の面圧が低減し、摩耗による山切れの寿命を延ばすことができる。しかも、樹脂スペーサが、側ストランドの外接円を越え、側ストランドの外層側素線の輪郭に沿った彎曲部の先で先細りの山形状をなして各外層側素線の隙間に喰い込んだ圧入充填部を形成しているので、素線の動きが拘束され、心接面切れを減少させることができ、また、ロープの伸びを小さくすることができるなどのすぐれた効果が得られる。

樹脂スペーサは単体の状態においてストランド間の隙間よりも大きな断面積を有し、ストランド間に配された状態で外周から圧縮されることにより塑性変形し、素線間に侵入される。
これによれば、簡単、確実に素線と噛み合うごとく素線間に樹脂スペーサを充填させた状態を形成することができる。
素線間へ樹脂スペーサは６０％以上の充填率で侵入している。ただし、充填率＝素線間に侵入している樹脂の面積（Ａ）/ストランドの外接円と最外層素線の隙間の面積（Ｂ）×１００。
これによれば、素線間への樹脂侵入度が高いので、素線の動きをしっかりと固定でき、ロープがシーブにより曲げられたときに素線の動きが確実に抑制され、心接面切れが非常に少なく、寿命が向上する。また、伸びを小さくすることができる。

以下添付図面を参照して本発明の実施例を説明する。
図２と図３は本発明による動索用ワイヤロープの一実施例を示しており、心ロープ１と、複数本の側ストランド２と、前記側ストランド２の間に介在された樹脂スペーサ３とから構成されている。

心ロープ１は、鋼素線またはストランドを撚合して構成された心ロープ本体１ａを内包するように樹脂被覆層１ｂを設けている。心ロープ１は側ストランド２の外径よりも大きく構成されている。
前記心ロープ本体の構造は任意であるが、この例では、１×７構造の心メンバー１００の周りに、同じ構造の６本の側メンバー１０１を配して撚合した７×７のＩＷＲＣからなっている。樹脂被覆層１ｂは、側ストランド２と心ロープ本体１ａの直接的接触を阻止するために、心ロープ本体１ａの外接円を十分に超える厚さを有している。前記樹脂被覆層１ｂは、この例では円形であるが、場合によっては側ストランドの座りをよくするために、ピッチがロープの撚りピッチと等しいらせん溝を外周に有してもよい。らせん溝は側ストランド２の外層の素線を少なくとも１本落し込め得る深さと幅を備えていることが好ましい。

側ストランド２は複数本（図面では６本）用いられている。各側ストランド２の構造は任意であるが、この例では、６×Ｆｉ（２９）の構造からなっている。つまり、心素線の周りに７本の相対的に細い素線を配し、かつその細い素線間の各谷間に細径素線を計７本配して撚り合せて内層とし、これの周りに外層側素線２０１を１４本配して撚合した形態となっている。
心ロープ１と側ストランド２の各素線は鋼素線が用いられる。鋼素線は、ロープに高い強度が要求される場合、引張り強さ２４０ｋｇ／ｃｍ^２以上の特性を有するものが使用される。かかる鋼素線は、炭素含有量が０．７０ｗｔ％以上の原料線材を伸線することで得られる。素線は表面に薄い耐食性被覆たとえば亜鉛めっき、亜鉛・アルミ合金めっきなどを有しているものを含む。素線の径はシーブによる繰り返し曲げによる疲労に対応できるように選定される。

それぞれの側ストランド２は、前記心ロープ１の樹脂被覆層１ｂの外周に等間隔で配され、各側ストランド２のそれぞれの間隙に樹脂スペーサ３が挿入され、側ストランド２とともに撚り合わされている。
前記樹脂スペーサ３は熱可塑性樹脂を押出し成形して作られた条体が用いられる。熱可塑性樹脂としてはポリプロピレン、ポリエチレンが一般的であるが、耐摩耗性、耐候性、柔軟性（耐ストレスクラック性）に加え、シーブとの摩擦係数の調整用の適度の弾性を有し摩擦係数が比較的高く、加水分解しない熱可塑性樹脂、たとえばアクリル系、ポリウレタン系（エーテル系ポリウレタンやそのエラストマー）なども好適である。

なお、心ロープ１の樹脂被覆層１ｂの樹脂は、ポリ塩化ビニール、ナイロン、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン及びこれら樹脂の共重合体など心ロープ本体１ａと接着性の良いものを用いることができる。しかし、ロープ全体として樹脂は物理的、化学的特性が同質ないし近似している方がよいので、前記樹脂スペーサ３の樹脂と同じか近似した材質が好ましい。

樹脂スペーサ３は単体の状態において、図4（ａ）のように扇状に拡大した頭部３ａと頭部よりも小さい扇状の基部３ｂを有し、それらはくびれ縁3ｂによって連続している。
前記樹脂スペーサ３は、図4（ｂ）のように側ストランド２の間隙の断面積ａよりも適度に大きな断面積ａ´を有している。これは、具体的にはくびれ縁３ｂ、３ｂ間の厚みを、層心間上の側ストランド配置隙間に対してたとえば１５〜３０％増加した値にすることで実現される。
樹脂スペーサ３は、各側ストランド２のそれぞれの間隙に挿入され、側ストランド２とともに撚り合わされる。樹脂スペーサ３の頭部３ａの曲率頂面３００はロープの外接円とほぼ一致し、基部３ｂの曲率下面３０１は心ロープ１の樹脂被覆層１ｂと密接している。

前記のように撚り合わされた状態の樹脂スペーサ３は、側縁部分に、図２（ｂ）のように、側ストランド２の外接円を越え、各外層側素線２０１、２０１の隙間に喰い込んだ圧入充填部３０を有しており、圧入充填部３０は外層側素線２０１の輪郭に沿った彎曲部の先で先細りの山形状をなしている。

ここで、前記圧入充填部３０の大きさは充填率で表される。図３はそれを模式的に示しており、外層側素線２０１、２０１間に侵入している圧入充填部３０の面積をＡとし、側ストランド２の外接円と外層側素線２０１、２０１との隙間Ｓの面積をＢとすると、充填率はＡ／Ｂ×１００（％）と定義される。
本発明はこの素線間充填率を５０％以上とするものであり、好適には６０％以上とするものである。その理由は、素線間充填率が５０％未満では、素線２０１の固定が不完全になり、ロープがシーブに巻回されたときに素線２０１の動きを確実に抑制できないので、断線ことに心接面切れを十分に減少できない。また、素線の拘束力が小さく、ロープの伸びを十分に低減することができないからである。上限は９9％程度である。

前記心ロープ本体１ａの構造、側ストランド２の構造は特に限定はない。心ロープ本体１ａが７×７のＩＷＲＣから構成され、側ストランド２がＳ（１９）構造から構成され、ロープ全体として、ＩＷＲＣ８×Ｓ（１９）となっていてもよく、心ロープ本体１ａと側ストランド２を１×７構造とし、ロープ全体として７×７構造としてもよい。

実施例のロープを製作する方法を説明すると、心ロープ本体１ａを樹脂押出し機に連続的に通して、樹脂被覆層１ｂを有する心ロープ１を製作する。また、側ストランド２を所要本数、製作しておく。一方、押出し成形機により、前述のように、側ストランド２、２間の隙間より大きな断面積を有する樹脂スペーサ３を製作しておく。

次いで、第５図のようにクロージングにおいてロープに撚り合せる。図５において、５は繰り出し部で、中央部に心ロープ１を巻収したボビン５０を、外側に側ストランド２を巻収したボビン５１を配している。繰り出し部５には下流方向にパイプシャフト６が延在しており、これに回転自在にツノ７が装備され、該ツノに樹脂スペーサ３を巻収したボビン７１が配されている。
前記パイプシャフト６の先端付近には鏡板８が固定されており、この鏡板８は中心に心ロープ１を挿通する孔を有し、これよりも外周に等間隔で側ストランド２を挿通する孔と樹脂スペーサ３を挿通する孔が交互に設けられている。そして、鏡板８の下流には半径方向から圧縮力を加えるボイス９が位置している。

鏡板８を回転させつつこれに前記心ロープ１、側ストランド２および樹脂スペーサ３を通してボイス９に導けば、各側ストランド２、２は樹脂被覆層１ｂの外周に配置され、側ストランド２、２間に樹脂スペーサ３が挿入されてこの状態を維持しながらロープに撚り合わされる。
しかも、ボイス９が半径方向から圧縮力を加えるので、意図的に側ストランド２、２間の隙間より大きな断面積としている樹脂スペーサ３は、各側ストランド２、２の外接円に接するにとどまらず、過剰断面積分が図３（ａ）のように側ストランド２の外層側素線２０１、２０１間に塑性変形により流入され、その状態で硬化して圧入充填部３０となる。

こうして得られたロープにおいては、心ロープ１が被覆樹脂層１ｂを有している関係から、その分だけ心ロープ１の径が増径され、側ストランド２間に隙間を形成しやすい上に、側ストランド２と心ロープ１間は樹脂被覆層１ｂによって実質的に分離される。したがって、側ストランド２と心ロープ１間の金属接触が防止され、心接面切れが大幅に低減される。

また、側ストランド２間に樹脂スペーサ３が介在され、完全にセパレートされるのでストランド間接触が防止され、谷切れが防止される。樹脂スペーサ３の基部３ｂは心ロープ１の被覆樹脂層１ｂまでであり、ロープ心には達しないので、鋼材充填率も高くすることができ、ロープ強度も良好なものとなし得る。樹脂スペーサ３の外面はロープの外接円とほぼ一致しているので、シーブとの接触箇所が増し、ロープ表面の面圧を低減する。これにより摩耗による山切れの寿命を延ばすことができる。

しかも、前記樹脂スペーサ３は、単に側ストランド２間に介在されているだけでなく、側ストランド２の最外層を構成している素線２０１，２０１の隙間に喰い込んで隙間を樹脂で埋め、その状態で素線２０１と接着し、ずれに対する抵抗が大きい。したがって、素線２０１の動きを抑制するので、心接面切れが減少される。

図７は本発明の第２実施例を示しており、この実施例では、樹脂スペーサ３の基部３ｂが台部３ｃを有し、この台部３ｃにより側ストランド２の内接円と心ロープ１の被覆樹脂層１ｂとの間に樹脂層を形成している。
これによれば、側ストランド２と心ロープ１間の金属接触がさらに一段と確実に防止される。
その他の構成は第１実施例と同様であるから、説明は援用する。

次に本発明の具体例を示す。
ロープとして、図２に示すIWRC６×Fi(29)の構造を持ち、O/O,直径１６ｍｍ，引張り強さ173ｋＮを用いた。心ロープは、心ロープ本体の外周に、ポリプロピレン樹脂を押し出し成形機により被覆した直径７．５ｍｍを使用した。側ストランドは直径５．０１ｍｍを６本使用した。樹脂スペーサは、ポリプロピレン樹脂を押し出し成形した条体を用いた。樹脂スペーサは、図４(ａ)に示す断面形状を持ち、厚さを側ストランドの層心間の配置隙間より１２５％大きい寸法にした。この樹脂スペーサを、図５の方法により側ストランド間に挿入し、ボイスで半径方向圧縮力を掛け、塑性変形した。好適条件を検討するため、ボイスの内径を種々にとって半径方向圧縮度合いを変え、素線間充填率が１０％、３５％、６０％および９８％の実施例１〜４のロープを得た。

上記実施例１〜４をエンドレス状に繋ぎ、図８に示すように、中間の位相を３０ｃｍずらせた２つのＵ溝つき試験シーブを経由させて駆動シーブとラム側シーブに巻装し、往復動させる疲労試験を行った。試験シーブの径Ｄとロープ径ｄにおいて、D/d＝２０、ＳＦ＝６（28.8kN）とした。
比較のため、図１に示すロープ（比較材１）と、前記被覆心ロープに側ストランドを配して撚合したロープ（比較材２）についても、上記条件で疲労試験を行い、サイクル数と１ピッチ間の断線数の関係を調べた。

その結果を示すと図９のとおりであり、樹脂スペーサ３を介在させた実施例１〜４は、比較材１，２よりも寿命が長くなっている。これは山切れが減少したものであるが、特に、素線間充填率が６０％以上の場合に非常に良好な結果が得られていることがわかる。

次に、各ロープを分解して各部位における断線状況を調べた。その結果を表１に示す。

この表１から、比較材２は、心ロープに樹脂被覆があるので、比較材１に比べて心接面切れが少なく、心ロープ本体の断線も少ない。しかし、谷切れが多い。これに対して、樹脂スペーサを用い、素線間充填率を高くすると、サイクル数が増しても谷切れ、心接面切れが大きく減少している。これは、素線間に樹脂が圧入されることにより素線の動きが固定されるので、シーブにより曲げられた時の素線の動きが効果的に抑制されたためである。

次に、各ロープについて伸び（％）を測定した結果を表２に示す。

この結果から明らかなように、樹脂スペーサを用い、素線間充填率を高くすると伸びが小さくなっており、これはクレーンなど荷役機械に用いるロープとして適切な特性であるといえる。

従来の動索用ワイヤロープの断面図である。 （ａ）は本発明による動索用ワイヤロープの一実施例を示す断面図、（ｂ）は同じくその部分的拡大図である。 本発明における素線間樹脂充填率を模式的に示すもので、（ａ）は樹脂の素線間充填状体の断面、（ｂ）はストランド外接円と最外層素線との隙間を示す断面図である。 （ａ）は本発明における樹脂スペーサの一例を示す拡大断面図、（ｂ）は素線間隙間と樹脂スペーサの大きさの関係を示す模式図である。 本発明ロープのクロージング工程図である。 クロージング後の樹脂スペーサの形状を示す断面図である。 本発明の別な実施例を示す断面図であり、側ストランドは円形に略している。 疲労試験に用いた設備の説明図である。 本発明の実施例と比較材の疲労試験結果を示す線図である。

符号の説明

１ 心ロープ
１ａ 心ロープ本体
１ｂ 樹脂被覆層
２ 側ストランド
２０１ 最外層素線
３ 樹脂スペーサ
３０ 圧入充填部

Claims (1)

1. 心ロープとこれの外周に配されて撚合された複数本の側ストランドと、側ストランド間に介在する樹脂質のスペーサを有するロープであって、心ロープ１が心ロープ本体１ａとこれを外囲する樹脂被覆層１ｂを有し、該樹脂被覆層１ｂにより心ロープ本体１ａと側ストランド２とが離隔されており、前記樹脂スペーサ３が、単体の状態において側ストランド間の隙間よりも大きな断面積を有し、ストランド間に配された状態で外周から圧縮されることにより塑性変形し、側ストランド２の外接円を越え、側ストランド２の外層側素線２０１の輪郭に沿った彎曲部の先で先細りの山形状をなして各外層側素線２０１、２０１の隙間に６０％以上の充填率で喰い込んだ圧入充填部３０を形成していることを特徴とする動索用ワイヤロープ。

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