JP6534149B2 - 衝撃吸収ロープ - Google Patents

Description

本発明は衝撃吸収ロープに関するものであって、特に高所作業において墜落を防止するために使用される安全帯に取り付け、作業者が高所から墜落したときにその体を支えると共に、衝撃を吸収して軽減するためのロープに関するものである。

建築工事や土木工事などの高所作業においては墜落防止用の安全帯が使用されるが、万一墜落したような場合には、使用者の体重が安全帯を介して使用者の腹部に衝撃的に掛かり、たとえ墜死は免れたとしても腹部に強い衝撃を受けて、二次的に傷害を受けることがあった。

そこで労働省産業安全研究所において、安全帯構造指針ＮＩＩＳ−ＴＲ−Ｎｏ．３５が定められており、当該指針において安全帯に取り付けるロープの性能として、破断時強度と落下衝撃値とが定められている。すなわち破断時強度としては１５ｋＮ以上であり、落下衝撃値が８ｋＮ以下であることが求められている。

そこでかかる指針に定める安全帯に取り付けるロープとして、衝撃を吸収するものが用いられ、例えば特開平８−３１１７８７号公報（特許文献１）に記載されたようなものが知られている。

この特許文献１に記載されたロープは、三つ撚りロープの各ストランドの内層に高伸度の繊維を使用し、外層に低伸度のナイロン繊維を使用し、使用者が墜落したときには高伸度繊維が伸びることにより衝撃を吸収し、ナイロン繊維によりロープの強度を負担すると言うものである。

しかしながらこのものでは、外層のナイロン繊維がただ単純に内層を取り巻いているだけであって、その撚りによって内層よりも長くなるからその分内層に伸びる余地があると言うに過ぎず、それだけでは十分に衝撃を吸収することができない。

特開平８−３１１７８７号公報

本発明はかかる事情に鑑みなされたものであって、ロープのストランドを芯鞘構造となし、芯として高伸度繊維を使用するとともに、鞘体に高強度繊維の金剛打ち構造を採用することにより、鞘体の伸度を十分に大きいものとし、大きな衝撃を吸収することを目的とするものである。

而して本発明は、ストランドを複数本撚り合わせ又は組み合わせてなるロープであって、前記ストランドが芯鞘構造をなし、その芯体が高伸度繊維よりなる芯ヤーンを束にしてなり、鞘体が前記芯体の周囲を高強度繊維よりなる鞘ヤーンを金剛打ちに組んでなることを特徴とするものである。

本発明においては、前記芯ヤーンが、合成繊維の未延伸糸又は低延伸糸よりなることが好ましい。また前記鞘ヤーンとしては、ナイロン又はポリエステル繊維よりなるものとすることが好ましい。

また本発明においては、前記芯ヤーンと鞘ヤーンとの長さの比が、芯ヤーン１に対して鞘ヤーン１．５以上であることが好ましい。また前記芯体に、高強度繊維を少量混入することも好ましいことである。

本発明によれば、ロープのストランドが芯鞘構造であり、その芯体に高伸度繊維よりなる芯ヤーンを使用するとともに、その鞘体に高強度繊維の鞘ヤーンを金剛打ち構造を採用して組んでいる。

金剛打ちは組紐の一種であるが、その金剛打ちを構成するヤーンが、組紐の長さ方向に対して一方向に螺旋状に回転しながら、隣接するヤーンが互いに絡み合った構造を有している。

そのため通常の長さ方向に対して左右にヤーンを組み合わせる通常の組紐と比較して、ヤーンの組み込み長さを長く設定することが可能であり、衝撃的な引っ張り力が作用したときに、そのヤーンの回転と絡み合いとが解けることにより、構造的に大きな伸びを実現しているのである。

従って芯体に高伸度繊維を使用することにより、当該芯体の伸びに対して鞘体の前記金剛打ち構造に基づく大きな伸びが生じ、先に述べた特許文献１に記載したものに比べて、大きな伸びを生じ、大きな衝撃を吸収し得るのである。

本発明の衝撃吸収ロープの平面図 本発明の衝撃吸収ロープの横断面図 本発明におけるストランドの一部を分解して示した平面図 実施例１のロープのＳ−Ｓ曲線 実施例２のロープのＳ−Ｓ曲線

以下本発明を図面に基づいて説明する。図１及び図２は本発明の衝撃吸収ロープ１の一例を示すものであって、ストランド２を組み合わせて組紐構造のクロスロープとしたものである。なお図面ではストランド２を八本組み合わせているが、十二本、又は十六本等組み合わせることもでき、また三本又は四本撚り合わせてなる撚りロープとすることも可能である。

図３は、前記衝撃吸収ロープ１におけるストランド２を示すものであって、芯体３の周囲を鞘体４が取り巻いた芯鞘構造をなしている。

そして前記芯体３を構成する芯ヤーン５は、高伸度繊維よりなっている。本発明に言う高伸度繊維とは、少なくとも破断時伸度が１００％以上の繊維であって、さらに好ましくは１５０％以上である。

さらに、当該芯ヤーン５としては、未延伸糸又は低延伸糸を使用するのが好ましい。通常合成繊維を製造する際には高度に延伸して強度を出しているのであるが、未延伸糸とはその延伸を行わない繊維のことを言う。また低延伸糸は、その延伸の程度が低い繊維のことである。

これらの未延伸糸又は低延伸糸は、通常の延伸を施した繊維に比べると強度が劣るが、引っ張り力が作用することにより繊維が延伸されてズルズルと引き延ばされ、その間に衝撃を吸収するのである。

また前記鞘体４を構成する鞘ヤーン６は高強度繊維よりなるものであって、当該高強度繊維としては、通常の延伸が施されたナイロン又はポリエステルなどの合成繊維を使用することができる。そしてこの鞘体４は、鞘ヤーン６を金剛打ち組織により組まれており、前記芯体３を取り巻いて鞘体４を形成している。

金剛打ちは前述のように鞘ヤーン６がストランド２の長さ方向に向かって螺旋状に回転しながら、隣接する鞘ヤーン６同士が絡み合っているので、当該鞘ヤーン６は前記芯ヤーン５に比べて長く組み込まれることになる。本発明においては、芯ヤーン５の長さ１に対して、鞘ヤーン６の長さが１．５以上となるようにするのが好ましい。

本発明によれば、この衝撃吸収ロープ１に衝撃的に大きな引っ張り力が作用すると、ストランド２の芯体３を構成する芯ヤーン５が高伸度繊維よりなるので、この芯体３が大きく引き伸ばされる。

それと同時にストランド２の鞘体４が、鞘ヤーン６を金剛打ち組織により組み合わせているので、当該金剛打ちの鞘ヤーン６の回転が解けることにより伸長すると共に、鞘ヤーン６の絡み合いが解けることによりさらに伸長可能であり、鞘ヤーン６が高強度繊維よりなるものであっても、大きな伸びを得ることができるのである。

またストランド２の芯体３が伸長することにより細くなると、鞘体４が金剛打ちにより螺旋状に巻回されているため、芯体３が細くなるのに伴って鞘ヤーン６の角度がストランド２の長さ方向に平行に近くなり、それに伴ってさらに鞘体４も伸長するため、鞘体４が芯体３に追従し易い。

そして衝撃吸収ロープ１がある程度伸長したならば、鞘ヤーン６の金剛打ちに伴う鞘体４の伸長が限界に達し、それ以後は伸長することなく鞘ヤーン６を構成する高強度繊維の強度の限界まで、衝撃吸収ロープ１が切断することなく引っ張り力に対して耐えることができるのである。

また本発明においては、前記芯体３に少量の高強度繊維を混入させることにより、芯体３が衝撃的に引っ張り力を受けて高伸度繊維が伸長する間に、当該高強度繊維が切断し、それによって衝撃を吸収することができる。高強度繊維の混入量は、芯ヤーン５の５〜２０％程度が適当である。

［使用原糸］
芯ヤーン ポリエステルマルチフィラメントの部分延伸糸 ５３０Ｔ×１４本（７４２０Ｔ） 破断時強度：２．２３ｃＮ／Ｔ 破断時伸度：１４０％
鞘ヤーン ポリエステルマルチフィラメント １６７０Ｔ×３本（５０１０Ｔ） 破断時強度：７．４８ｃＮ／Ｔ 破断時伸度：１２％

［ストランド］
芯体 ７４２０Ｔ／１０本 （芯体の繊維使用量：５５％） 引き揃え
鞘体 ５０１０Ｔ×１２Ｐ （鞘体の繊維使用量：４５％） 金剛打ち
ストランド直径：５．７５ｍｍ 組目：９．３ｍｍ／４山
ストランド強度：２．４２ｋＮ （芯鞘同時破断最大強度）

［ロープ］
構造：八つ打ちクロスロープ
リード：８０．５ｍｍ
ロープ径：１９．７ｍｍ ロープ重量：２００．５ｇ／ｍ
落下試験後のロープ径：１７．０ｍｍ

［性能］
破断強度 ：１７．４ｋＮ （安全帯構造指針：１５．０ｋＮ以上）
落下衝撃値：３．７６ｋＮ （安全帯構造指針：８．００ｋＮ以下）
付加機能 ：ロープの基本性能に関係なく、１，１８０mm←→１，５００mmの範囲で伸縮可能

［Ｓ−Ｓ曲線］
上記実施例１のロープのＳ−Ｓ曲線を図４に示す。原点Ｏはロープに荷重を掛けない状態であって、伸度も強度も０である。このときのサンプルの長さが１１８０mmであり、Ｓ−Ｓ曲線においてはこのときをＯ点とし、ここから引っ張ったときの変位（mm）を横軸に取った。縦軸は荷重（ｋＮ）である。

そしてそこに荷重を掛けていくと、ＯからＡにかけてはロープの構造に基づいて荷重が増し、それに伴って変位も大きくなる。荷重がＡを超えると、芯体３の構造的な変形は終了し、それ以後は芯体３が荷重を受けて伸長を開始し、鞘体４は金剛打ちに基づく鞘ヤーン６の回転及び絡み合いが解けることにより伸長する。このとき鞘体４が強度を負担することはない。

そして衝撃荷重を受けたときの衝撃の吸収を終えるポイントは、Ｂ点であって、荷重約３．７ｋＮであり、伸度は約４７％であった。さらに荷重を掛けていくと、Ｓ−Ｓ曲線は急速に立ち上がり、Ｃ点において破断する。その破断時強度は約１７．４ｋＮであり、破断時伸度は約１１０％であった。

すなわち落下の衝撃を通常の体重の人物が受けるとした場合、その衝撃荷重は３．７ｋＮであって前記安全帯構造指針８．００ｋＮよりも大幅に低く、当該人物が二次被害を受けることはない。また破断時強度は１７．４ｋＮであって、さらに体重の重い人物が使用した場合においても、破断することはない。

この実施例は、先の実施例よりも径を細く且つ軽量化を図るものであって、芯体３に高強度繊維を少量混入している。

［使用原糸］
芯ヤーン ポリエステルマルチフィラメント部分延伸糸 ５３０Ｔ×１４本（７４２０Ｔ） 破断時強度：２．２３ｃＮ／Ｔ 破断時伸度：１４０％
高強度繊維 ポリエステルマルチフィラメント １１００Ｔ×３本（３３００Ｔ） 破断時強度：７．４８ｃＮ／Ｔ 破断時伸度：１２％
鞘ヤーン ポリエステルマルチフィラメント 黒原着糸 ９４０Ｔ×４本（３７６０Ｔ） 破断時強度：６．０５ｃＮ／Ｔ 破断時伸度：２３％

［ストランド］
芯体 ７４２０Ｔ／１０本 （芯体の繊維使用量：５５．１％） 引き揃え
３３００Ｔ／１本 （高強度繊維の繊維使用量：３．１％） 鞘体に混合
鞘体 ３７６０Ｔ×１２Ｐ （鞘体の繊維使用量：４１．８％） 金剛打ち
ストランド直径：５．２０ｍｍ 組目：８．０ｍｍ／４山
ストランド強度：２．８２ｋＮ （芯鞘同時破断最大強度）

［ロープ］
構造：八つ打ちクロスロープ
リード：６９．０ｍｍ
ロープ径：１７．５ｍｍ ロープ重量：１４２ｇ／ｍ
落下試験後のロープ径：１５．５ｍｍ

［性能］
破断強度 ：２１．０ｋＮ （安全帯構造指針：１５．０ｋＮ以上）
落下衝撃値：５．０７ｋＮ （安全帯構造指針：８．００ｋＮ以下）
付加機能 ：ロープの基本性能に関係なく、１，１２０ｍ←→１，５００ｍの伸縮可能

［Ｓ−Ｓ曲線］
上記実施例２のロープのＳ−Ｓ曲線を図５に示す。原点Ｏはロープに荷重を掛けない状態であって、伸度も強度も０である。このときのサンプルの長さは、９８０mmであり、これをＯ点とした。

そしてそこに荷重を掛けていくと、ＯからＤにかけてはロープの構造に基づいて荷重が増し、それに伴って伸度も大きくなる。Ｄにおいて芯体３に混入した高強度繊維が破断を始め、繰り返し破断することにより鋸歯状のＳ−Ｓ曲線を描きつつ、伸度の増大に伴って荷重も徐々に増大すると共に、芯ヤーン５も伸長する。しかしながら鞘体４は金剛打ちに基づく鞘ヤーン６の回転及び絡み合いが解けることにより伸長し、鞘体４が強度を負担することはない。

そして衝撃荷重を受けたときの衝撃の吸収を終えるポイントは、Ｅ点であって、荷重約５．０ｋＮであり、伸度は約５０％であった。さらに荷重を掛けていくと、Ｓ−Ｓ曲線は急速に立ち上がり、Ｆ点において破断する。その破断時強度は約２１．０ｋＮであり、破断時伸度は約１２８％であった。

すなわち落下の衝撃を通常の体重の人物が受けるとした場合、その衝撃荷重は３．７ｋＮであって前記安全帯構造指針８．００ｋＮよりも大幅に低く、当該人物が二次被害を受けることはない。また破断時強度は１７．４ｋＮであって、さらに体重の重い人物が使用した場合においても、破断することはない。

１ ロープ
２ ストランド
３ 芯体
４ 鞘体
５ 芯ヤーン
６ 鞘ヤーン

Claims (5)

1. ストランド（２）を複数本撚り合わせ又は組み合わせてなるロープ（１）であって、前記ストランド（２）が芯鞘構造をなし、その芯体（３）が高伸度繊維よりなる芯ヤーン（５）を束にしてなり、鞘体（４）が前記芯体（３）の周囲を高強度繊維よりなる鞘ヤーン（６）を金剛打ちに組んでなることを特徴とする、衝撃吸収ロープ
2. 前記芯ヤーン（５）が、合成繊維の未延伸糸又は低延伸糸よりなることを特徴とする、請求項１に記載の衝撃吸収ロープ
3. 前記鞘ヤーン（６）が、ナイロン又はポリエステル繊維よりなることを特徴とする、請求項１に記載の衝撃吸収ロープ
4. 前記芯ヤーン（５）と鞘ヤーン（６）との長さの比が、芯ヤーン（５）１に対して鞘ヤーン（６）１．５以上であることを特徴とする、請求項１に記載の衝撃吸収ロープ
5. 前記芯体（３）に、高強度繊維を少量混入したことを特徴とする、請求項１に記載の衝撃吸収ロープ

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