KR20170136585A - 조작용 로프 - Google Patents

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KR20170136585A
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게이지 마츠모토
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토쿠센 코교 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 토크 전달성이 우수한 조작용 로프를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이 조작용 로프(2)는, 의료용 기구의 조작용 로프로서 적합하게 이용되는 로프(2)이며, 그 최외층인 사이드 소선(side wire; 6) 또는 사이드 스트랜드(side strand)가 나타내고 있는 스파이럴 형상의, 장경(長徑)을 단경(短徑)으로 나눈 종횡비인 편평도가, 1.00 초과 1.10 이하로 되어 있다. 그리고, 이 로프의, 파단 하중의 1.0%인 인장 하중이 부여되었을 때의 신장률이, 0.04% 이상 0.10% 이하인 것이 바람직하다.

Description

조작용 로프
본 발명은 예컨대 의료용 기구에도 이용될 수 있는 조작용 로프에 관한 것이다.
조작용 로프를 구비한 의료용 기구로서, 예컨대, 일본 특허 공개 평성 제8-126648호 공보에 개시된 내시경용 처치구가 알려져 있다. 이 내시경용 처치구에서는, 손으로 잡는 조작부와 선단의 처치부가, 토크 전달성을 갖는 조작용 와이어 로프에 의해 접속되어 있다. 조작자가, 상기 처치부를 환자의 체강 내에 삽입하고, 상기 조작부를 조작함으로써, 조작용 와이어 로프가 그 조작력을 처치부에 전달한다. 이 조작용 와이어 로프는, 조작부로부터의 누름력(pushing force), 당김력(pulling force), 회전력(토크)을, 처치부에 전달할 수 있다. 전달된 힘에 의해, 체내의 치료 대상 부위에 대해, 의료 조치가 실시될 수 있다.
조작용 와이어 로프에는, 그 목적에 따라, 누름력·당김력의 전달성은 물론, 우수한 토크 전달성(회전 추종성)이 요구된다. 조작용 와이어 로프의 토크 전달성 등이 불충분하면, 조작부의 조작이 처치부에 있어서 재현되지 않는다. 또한, 특히 의료 기기의 분야에서는, 의료 기기의 세경화(細徑化)에 따라, 조작용 와이어 로프의 유연성이 요구되고 있다.
일본 특허 공개 제2005-13296호 공보에는, 의료용 처치구에 이용되는 조작용 와이어 로프가 개시되어 있다. 이 와이어 로프는, 상층 및 하층의 소선(素線)을 평행 꼬임으로 하는 등을 통해, 인접하는 소선끼리 로프의 길이 방향을 따라 최대한 접촉하는 구성을 채용하고 있다. 그 목적은, 조작부로부터 처치부에 이르는 조작력, 조작량의 감쇄량의 저감을 도모하는 것이다. 그러나, 의료 기기 분야에서는, 조작용 와이어 로프에 대한, 토크 전달성, 유연성 등의 추가적인 향상이 요망되고 있다.
특허문헌 1: 일본 특허 공개 평성 제8-126648호 공보 특허문헌 2: 일본 특허 공개 제2005-13296호 공보
본 발명은 이러한 현상을 감안하여 이루어진 것으로, 토크 전달성이 우수한 조작용 로프를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명에 따른 조작용 로프에서는, 최외층인 사이드 소선(side wire) 또는 사이드 스트랜드(side strand)가 나타내고 있는 스파이럴 형상의, 장경(長徑)을 단경(短徑)으로 나눈 종횡비인 편평도가, 1.00 초과 1.10 이하로 되어 있다.
바람직하게는, 상기 로프의, 파단 하중의 1.0%인 인장 하중이 부여되었을 때의 신장률이, 0.04% 이상 0.10% 이하이다.
바람직하게는, 상기 편평도가, 1.01 이상 1.05 이하이다.
바람직하게는, 상기 사이드 소선 또는 사이드 스트랜드의 꼬임각이, 15° 이상이다.
본 발명에 따른 조작용 로프는, 토크 전달성이 우수하다.
도 1은 본 발명에 따른 조작용 로프의 일 실시형태를 도시한 횡단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 조작용 로프의 다른 실시형태를 도시한 횡단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 조작용 로프의 또 다른 실시형태를 도시한 횡단면도이다.
도 4는 조작용 로프의 토크 전달성 평가 시험 방법의 개략을 설명하는 사시도이다.
도 5는 조작용 로프의 기단측의 회전각과, 동일 시점의 선단측의 회전각을 대응시킨 그래프이다.
이하, 적절히 도면을 참조하면서, 바람직한 실시형태에 기초하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 3에는, 본 발명에 따른 조작용 와이어 로프(이하, 간단히 로프라고도 함)의 복수의 실시예가 예시되어 있다. 어느 로프(2, 8, 16)도, 복수 개의 소선을 합쳐 꼰 스트랜드로 구성되어 있다. 본 발명은 도 1 내지 도 3에 도시된 실시형태에 따른 구성으로 한정되지 않는다.
도 1에 도시된 로프(2)는, 1개의 코어 소선(코어선)(4)과, 최외층의 6개의 소선(사이드 소선이라고도 함)(6)으로 구성된 1+6의 층 꼬임에 의해 구성되어 있다. 도 2에 도시된 로프(8)는, 3개의 소선(10)으로 이루어지는 코어 스트랜드(12)와, 9개의 사이드 소선(14)으로 이루어지는 3+9의 층 꼬임에 의해 구성되어 있다. 도 3에 도시된 로프(16)는, 1+6의 층 꼬임으로 된 하층인 코어 스트랜드(18)와, 12개의 사이드 소선(20)으로 이루어지는 1+6+12의 층 꼬임에 의해 구성되어 있다. 이 로프(16)에서는, 그 횡단면 형상을 원형에 가깝게 하기 위해서, 서로 직경이 상이한 사이드 소선(20)이 이용되고 있다. 그러나, 이러한 구성으로 한정되지 않고, 전체 사이드 소선(20)이 동일 직경이어도 좋다. 이들 로프(2, 8, 16)는, 의료용 기구에 이용하는 조작용 로프의 꼬임 구성으로서 적합한 것이지만, 이들에 한정되는 것은 아니다.
이들 실시형태의 로프(2, 8, 16)는, 의료용 기구에 이용될 수 있다. 의료용 기구에 조작용으로서 장착된 로프는, 예컨대, 그 기단부가 의료용 기구의 손으로 잡는 조작부에 연결되고, 그 선단부가 처치부에 연결된다. 기단부에 가해진 토크 및 누름력·당김력이, 선단부에 전달되어, 처치부가 처치 작동을 일으킨다.
본 실시형태에서는, 로프(2, 8, 16)의 소선이, SUS304, SUS316 등의 오스테나이트계 스테인리스강, 니켈-티탄 합금 등으로 형성된다. 물론, 이들 재료로 한정되지 않는다. 이들 소선의 재질의 인장 강도는, 2000 ㎫ 이상인 것이 바람직하고, 2500 ㎫ 이상인 것이 더욱 바람직하며, 2800 ㎫ 이상인 것이 특히 바람직하다.
이들 로프(2, 8, 16)를 분해했을(풀었을) 때의, 최외층인 사이드 소선(6, 14, 20) 또는 사이드 스트랜드의 스파이럴의 형상은, 완전한 원형이 아니라, 타원형 또는 장원형을 나타내고 있다. 환언하면, 상기 스파이럴이 말하자면 편평하게 되어 있다.
이들 사이드 소선(6, 14, 20) 또는 사이드 스트랜드는, 그 편평도(편평율이라고도 함)가, 1.00 초과 1.10 이하로 되는 것이 바람직하다. 편평도란, 풀어진 사이드 소선 또는 사이드 스트랜드의 전술한 편평한 스파이럴의, 장경을 단경으로 나눈 종횡비를 말한다. 스파이럴의 직경의 측정 방법의 일례를, 이하에 설명한다. 투영기 상에 있어서, 풀어진 사이드 소선 또는 사이드 스트랜드를 그 중심축을 중심으로 회전시킨다. 그 과정에서, 임의의 복수의 각도 위치(예컨대 5개소)에 있어서의 스파이럴 직경을 측정한다. 이 복수의 각도 위치는, 등각도 간격인 것이 바람직하다. 이 복수의 측정값 중, 최대값을 장경으로 결정한다. 이 장경의 측정 방향으로부터, 사이드 소선 또는 사이드 스트랜드의 중심축을 중심으로 위상 90° 회전시킨 방향으로 측정한 스파이럴 직경을 단경으로 결정한다. 풀어진 사이드 소선 또는 사이드 스트랜드에는, 그 축 방향을 따라 복수 개의 스파이럴이 연속해서 형성되어 있다. 따라서, 90° 교차한 방향의 각 직경으로서는, 모두 복수 개(예컨대 임의의 10개소)의 측정값의 평균값이 채용된다.
편평도를 전술한 범위로 함으로써, 로프가 유연해지고 또한 구부리기 쉬워진다. 게다가, 사이드 소선끼리의 사이에서 또는 사이드 스트랜드끼리의 사이에서 발생하는 마찰력이 커지고, 또한, 사이드 소선 또는 사이드 스트랜드와, 코어선 또는 코어 스트랜드 사이의 마찰력이 저감되기 때문에, 로프의 회전을 전달할 때의 에너지 손실이 저감된다. 이 작용에 의해, 기단으로부터 선단으로 회전력이 전달되기 쉬워져, 토크 전달성이 향상된다.
편평도가 1.00 이하이면, 사이드 소선 또는 사이드 스트랜드와, 코어선 또는 코어 스트랜드 사이의 마찰력이 커지기 때문에, 로프의 회전을 전달할 때의 에너지 손실이 증대될 우려가 있다. 한편, 편평도가 1.10을 초과하면, 이른바 오픈 구조가 되어, 로프를 안정적으로 제조하는 것이 곤란해질 우려가 있다. 이러한 관점에서 보아, 편평도는, 1.01 이상 1.05 이하인 것이 바람직하다.
로프(2, 8, 16)는, 그 초기 신장률이, 0.04% 이상 0.10% 이하인 것이 바람직하다. 여기서, 로프의 초기 신장률이란, 상기 로프의 파단 하중의 1.0%인 인장 하중이 부여되었을 때의, 상기 로프의 신장률(길이의 증가율)을 백분율로 나타낸 것이다.
초기 신장률이 큰 로프는 유연하여 구부리기 쉽다. 즉, 초기 신장률이 큰 로프는, 종탄성 계수(영률)가 작다. 초기 신장률이 0.04% 미만이면, 사이드 소선 또는 사이드 스트랜드와, 코어선 또는 코어 스트랜드 사이의 마찰력이 커지기 때문에, 로프의 회전을 전달할 때의 에너지 손실이 증대될 우려가 있다. 한편, 초기 신장률이 0.10%를 초과하면, 로프가 이른바 오픈 구조가 되기 쉬워, 로프를 안정적으로 제조하는 것이 어려워질 우려가 있다.
초기 신장률은, 대상 로프의 인장 시험에 의해 확인된다. 이 인장 시험은, JISZ2241(2011)의 규정에 따라 실시될 수 있다. 먼저, 피검(被檢) 로프의 파단 하중이 측정된다. 이어서, 피검 로프를 시험기에 부착하고, 인장 하중을 부여한다. 이 인장 하중이 파단 하중의 1.0%가 된 시점에서의, 피검 로프의 축 방향으로 설정된 표점 거리의 증분(增分)을 측정한다. 이 증분을 원표점 거리에 대한 백분율로 나타낸 것이 초기 신장이 된다.
상기 로프(2, 8, 16)의 사이드 소선(6, 14, 20) 또는 사이드 스트랜드의 꼬임각은, 15° 이상으로 되는 것이 바람직하다. 이 꼬임각이 15° 이상으로 된 로프는, 0.04% 이상의 초기 신장률을 달성하는 것이 용이해진다. 꼬임각이란, 소선 또는 스트랜드가, 로프 또는 스트랜드의 중심축과 이루는 각도를 말한다. 여기서는, 사이드 소선 또는 사이드 스트랜드가, 로프의 중심축과 이루는 각도를 말한다.
이하에, 상기 로프의 제조 공정이 간단히 설명된다. 먼저, 로프를 구성하는 각 소선은, 신선(伸線) 가공 공정에 있어서, 필요로 하는 인장 강도가 얻어지도록 조정된다. 이어서, 연선 가공 공정에 있어서, 사이드 소선 또는 사이드 스트랜드에 대해서는, 프리포머(preformer)에 의해, 필요로 하는 편평도가 얻어지도록, 프리폼이 행해진다. 특히, 사이드 소선 또는 사이드 스트랜드의 스파이럴의 횡단면이 편평 형상이 되도록 프리폼[성형(forming)]된다. 그리고, 로프의 열처리 공정에서는, 배치(batch) 처리가 아니라, 연속 처리가 행해진다. 구체적으로는, 열처리로를 통과해 가는 피처리 로프에 대해, 열처리로의 출입구 각각에 있어서, 장력이 가해진다. 이렇게 함으로써, 로프의 직진성이 향상된다. 또한, 사이드 소선 또는 사이드 스트랜드의 편평도가 확정된다.
실시예
이하, 실시예에 의해 본 발명의 효과가 명백해지지만, 이 실시예의 기재에 기초하여 본 발명이 한정적으로 해석되어서는 안 된다.
[실시예 1-8]
도 1에 도시된 구성을 구비한 실시예 1-8의 각 조작용 와이어 로프를 얻었다. 이들 로프는, 의료 기기용의 와이어 로프이다. 모든 소선의 재질이, SUS304 오스테나이트계 스테인리스강이다. 로프의 외경(外徑)(코드 직경)은 0.8 ㎜이며, 코어선의 외경은 0.28 ㎜이고, 사이드 소선의 외경은 0.26 ㎜이다. 어느 소선도, 그 인장 강도는 2812 ㎫이다. 이들 로프의 꼬임 구성은 모두 1+6의 층 꼬임이며, 꼬임 피치는 모두 5.8 ㎜이다. 실시예 1-8의 로프의 열처리 온도는, 모두 550℃이다. 실시예 1-8의 로프의 사이드 소선의 편평도 및 초기 신장은, 표 1 및 표 2에 나타난 바와 같다.
[비교예 1]
편평도 및 초기 신장이 표 2에 나타난 바와 같은 것 외에는 실시예 1과 동일하게 하여, 비교예 1의 조작용 와이어 로프를 얻었다. 이 비교예 1의 로프의 사이드 소선은, 편평 형상으로는 되어 있지 않다.
[비교예 2]
편평도 및 초기 신장이 표 2에 나타난 바와 같고, 코드 직경이 0.8 ㎜를 대폭 초과하고 있는 것 외에는 실시예 1과 동일하게 하여, 비교예 2의 조작용 와이어 로프를 얻었다. 표 2에 나타난 바와 같이, 비교예 2의 로프는, 그 편평도가 1.50으로 되었기 때문에, 소선 사이에 많은 공극이 발생하는, 이른바 오픈 구조가 되었다. 이 때문에, 코드 직경이 0.8 ㎜를 대폭 초과하였다. 이러한 비교예 2의 로프는, 의료 기기용의 조작용 와이어 로프로서의 형태를 갖추고 있지 않아, 의료 기기용의 조작용 와이어 로프로서의 사용은 불가능하다고 판단되었다.
[비교예 3]
비교예 3은 종래 기술에 따른 조작용 와이어 로프이다. 이 비교예 3의 조작용 와이어 로프는, 편평도 및 초기 신장이 표 2에 나타난 바와 같은 것 외에는, 실시예 1과 동등하다. 이 비교예 3의 로프의 사이드 소선은, 편평 형상으로는 되어 있지 않다.
Figure pct00001
Figure pct00002
[토크 전달성의 평가]
토크 전달성은, 각 로프의 기단측(조작부에 해당)을 회전시켰을 때의, 기단측의 회전각과 선단측(처치부에 해당)의 회전각의 차에 의해 평가된다. 실시예 및 비교예의 각 로프에 대해, 이하와 같이 토크 전달성의 평가 시험이 실시되었다.
도 4에 도시된 바와 같이, 실시예 1-8 및 비교예 1-3의 각 로프에 대해, 직경이 200 ㎜인 2중 스파이럴을 형성한다. 이 2중 스파이럴의 형성은, 직경이 200 ㎜인 2중 스파이럴 형상이고, 또한, 양단측이 모두 직선 형상이 되도록 형성된 세경(細徑) 파이프(22)의 내부에, 예컨대 피검 로프(2)를 삽입함으로써 행해진다. 세경 파이프(22)에 삽입한 상태에서, 이 피검 로프(2)의 기단측에 중심축을 중심으로 회전력을 부여한다. 회전력이 부여되고 있는 동안, 로프(2)의 기단측(2A)의 회전각과 선단측(2B)의 회전각이 동시에 측정된다.
도 5는 로프의 기단측의 회전각과, 동일 시점의 선단측의 회전각을, 대응되게 나타낸 그래프이다. 환언하면, 도 5는 조작용 로프에 대한 입력 회전각과 출력 회전각의 관계를 나타낸 그래프이다. 각도의 단위는 도(°)이다. 그래프 중의, 0°를 기점으로 횡축 및 종축에 대해 45° 경사져서 연장되는 파선은, 전체 측정 각도 범위(입력 회전각이 0°로부터 약 720°까지의 범위)에 있어서 기단측의 회전각과 선단측의 회전각의 차가 제로(0)인 것을 나타내는 직선이다. 피검 로프의 평가 대상인, 기단측의 회전각과 선단측의 회전각의 차는, 도면 중의 45° 경사 직선과 측정값 곡선의 종축 방향의 차로서 나타난다. 이 회전각의 차는, 기단측 회전각에 대응하고 있다. 본 도면에서는, 이해를 용이하게 하기 위해서, 회전각의 차를 실제보다 크게 나타내고 있다. 0°로부터 720°의 범위인 입력 회전각에 있어서, 측정된 회전 각도차 중 최대 각도차가 평가 대상으로 된다.
실시예 1-8 및 비교예 1-3의 각 로프의 최대 각도차가, 비교예 3의 최대 각도차를 100으로 한 경우의 지수에 의해 표 1 및 표 2에 나타난다. 최대 각도차가 작을수록 지수값이 작고, 토크 전달성이 우수하다.
표 1 및 표 2에 나타난 바와 같이, 이 평가 결과로부터, 본 발명의 우위성은 명백하다.
본 발명에 따른 조작용 로프는, 의료용 기구의 조작용 로프로서 적합하다.
2, 8, 16: 조작용 와이어 로프 4: 코어선
6, 14, 20: 사이드 소선 10: 소선
12, 18: 코어 스트랜드

Claims (4)

  1. 최외층인 사이드 소선(side wire) 또는 사이드 스트랜드(side strand)가 나타내는 스파이럴 형상의, 장경(長徑)을 단경(短徑)으로 나눈 종횡비인 편평도가, 1.00 초과 1.10 이하인 것인 조작용 로프.
  2. 제1항에 있어서, 파단 하중의 1.0%인 인장 하중이 부여되었을 때의 신장률이, 0.04% 이상 0.10% 이하인 것인 조작용 로프.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 편평도는, 1.01 이상 1.05 이하인 것인 조작용 로프.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 사이드 소선 또는 사이드 스트랜드의 꼬임각이, 15° 이상인 것인 조작용 로프.
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