JP2011111692A - 繊維ロープ - Google Patents

Abstract

【課題】 小径のドラムや多数の小径ガイドローラーを介して、全長に渡り張力と曲げが作用する厳しい条件におかれても芯繊維層の飛出し及びドラム、シーブ当り面のの発生を防止して、負荷に対して伸びが少なく、強力が高い繊維ロープを提供する。
【解決手段】 芯繊維層及び前記芯繊維層を被覆する編組外繊維層を有し、添付図面中の図１として示す実効断面積率（％）と芯繊維層含有率（％）の関係を示す図において、Ａ、Ｂ及びＣで囲まれた領域内の実効断面積率及び芯繊維層含有率を有することを特徴とする繊維ロープとする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、高荷重、長距離、長ストロークで使用されるハウスカーテン用駆動繊維ロープ及び産業機械用の動索として適用可能な繊維ロープに関するものである。

例えばハウスカーテン用駆動ロープは、ロープ径が４ｍｍ未満の小径ロープが一般に用いられ、ロープ長が最長１００ｍ、ストロークが最長８ｍにも達し、さらに小径のドラムや多数の小径ガイドローラーを介して、全長にわたり張力と曲げが作用する厳しい条件におかれているものである。更に、駆動ロープ取り付け時には温室内の様々な障害物を避けながら手作業で取り付けるために、ロープは予想以上の角度で捻られたり、手繰り寄せるために急激に引張りあるいは縮める方向に力が作用するものである。

従来、ハウスカーテン用駆動ロープは、一般的に鋼線製ワイヤーロープが使用されており、伸びが非常に少なく、この点では申し分ないが、高荷重、長距離、長ストロークで使用される状況のもとでは屈曲疲労耐久性は十分ではなく、頻繁に交換が必要とされている。

一方、樹脂繊維製のロープも使用されており、芯繊維層とこの芯繊維層を被覆する編組外繊維層とを有する二重構造の繊維ロープが一般的である。二重構造の繊維ロープは、単なる曲げによる屈曲疲労耐久性は申し分ないが、高荷重、長距離、長ストロークで使用される状況のもとではロープの断面方向の硬さが柔らかく、ドラム、シーブ当り面で型崩れを起こし、伸びが大きく、頻繁に巻き直しが必要とされている。

樹脂繊維製のロープの型崩れを防止するために硬く製紐されたロープとして、芯繊維層の割合を大きくした繊維ロープが広く一般的に見られるが、局部曲げによる芯繊維層が編組外繊維層の編み目の隙間から外へ突き出る、いわゆる飛出し現象が生じ易くなる。一方、芯繊維層の割合が低い繊維ロープも一般的であるが、絶対的強力が小さく、伸びが大きいのが現状である。

また、動索用高強力繊維ロープとして実用化されている下記特許文献１及び特許文献２に示されている繊維ロープは、芯繊維層の割合が非常に高く、かつ芯繊維層の構造を工夫する技術も伴って絶対的強力は非常に高く、この点で申し分ないが、芯繊維層の飛出しを防止するためなのか、緩く製紐されており、初期伸び及びドラム、シーブ当り面で型崩れ性に関しては十分とはいえない。

特開平１１−２９３５７４号公報 特開２００２−６０１６３号公報

本発明は、上記課題に鑑みなされたもので、小径のドラムや多数の小径ガイドローラーを介して、全長にわたり張力と曲げが作用する厳しい条件におかれても、芯繊維層の飛出し及びドラム、シーブ当り面の型崩れの発生を防止して、負荷に対して伸びが少なく、強力が高い繊維ロープを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、芯繊維層及び前記芯繊維層を被覆する編組外繊維層を有し、前記芯繊維層及び編組外繊維層の全断面積をロープ見掛け断面積で除した値を１００倍した値を実効断面積率（％）と定義し、前記芯繊維層の断面積を編組外繊維層を含めたロープの全断面積で除した値を１００倍した値を芯繊維層含有率（％）と定義し、添付図面中の図１として示す実効断面積率と芯繊維層含有率の関係を示す図において、以下に示すＡ、Ｂ及びＣで囲まれた領域内の実効断面積率及び芯繊維層含有率を有することを特徴とする繊維ロープを提供する。
Ａ：実効断面積率＝５３％、芯繊維層含有率＝４０％、Ｂ：実効断面積率＝６６％、芯繊維層含有率＝４０％、Ｃ：実効断面積率＝５３％、芯繊維層含有率＝５６．２５％。

本発明者は、樹脂繊維製のロープの芯繊維層の飛出し機構を解析したところ、ロープに局部曲げが加わると、ゴム紐等の弾性の非常に高い材料であれば外側は引張り応力が作用して伸び、内側は圧縮応力が作用して縮み、局部曲げ部の断面形状及び断面積はほぼ保持される。一方、マルチ繊維を使用したロープは局部曲げを加えると芯繊維層外周部の繊維は引張り応力が作用しても伸びることもなく曲げ部内側へ追い込まれる現象が生じる。と同時に内側のマルチ繊維は曲げによって存在できる空間容積が減少していることも加わって曲げ部の芯繊維層の容積は曲げる以前と比較して大きく増大していることが確認された。丁度、家庭用として使用されているビニールホースを局部曲げした部分が潰れて横に広がる現象を潰れず横に広がるようにしたような状態である（ビニールホースは芯がない）。次に編組外繊維層はロープに局部曲げが加わると、曲げ内側部は曲げる以前と比較して周長が減少し、更に外側部は先の芯繊維層外周部の内側へ追い込まれ現象も加わって編組繊維が余剰し、編み目が緩む現象が生じていることが確認された。芯繊維層の容積が大きく増大して、編組外繊維層の編み目が緩めば芯繊維層がそこを簡単に突き出てしまう。

従来の繊維ロープは、屈曲疲労耐久性や柔軟性または高弾性繊維を使用して伸び及び強力を向上させる要素限定された技術を伴うロープは多く開発されているが、芯繊維層含有率及び実効断面積率に着目して、ロープの断面硬度を向上させてドラム、シーブ当り面の型崩れの発生を防止して、負荷に対して伸びが少なく、強力が高い総合バランスの高い繊維ロープを得ることは、従来、検討されておらず、本発明者の新知見である。

本発明では、全長にわたり張力と曲げが作用する厳しい条件におかれても芯繊維層の飛出しや型崩れの発生を防止して、かつ負荷に対して低伸びで強力が高い繊維ロープとするために、芯繊維層含有率及び実効断面積率の最適な範囲を見出したものである。

また、本発明は、外径が４ｍｍ未満であることを特徴とする繊維ロープを提供する。
小径のドラムや多数の小径ガイドローラーを介して、全長に渡り張力と曲げが作用するハウスカーテン用駆動繊維ロープとしては、外径が４ｍｍ未満の小径ロープであることが好ましい。

また、本発明は、引張り試験機でロープを引張り２５ｋｇｆにほぼ均衡的に達した時点での記録されたロープの伸び長さを基のロープ長さで除して１００倍した値で示した「２５ｋｇｆ荷重伸び量」が、３％以内であることを特徴とする繊維ロープを提供する。
上記特定領域内の実効断面積率及び芯繊維層含有率を有することにより、負荷に対して伸びが少ない繊維ロープとすることができる。

また、本発明は、前記編組外繊維層が、１６打ちであることを特徴とする繊維ロープを提供する。
８打ちでは網目構造が粗いため耐芯繊維層飛出し性を確保することが困難になり、２４打ちでは価格が割高になり、実用的でないという問題がある。

本発明の繊維ロープは、小径のドラムや多数の小径ガイドローラーを介して、全長にわたり張力と曲げが作用する厳しい条件下であっても、芯繊維層の飛出し及びドラム、シーブ当り面の型崩れの発生を防止して、負荷に対して伸びが少なく、強力が高い。

繊維ロープの実効断面積率と芯繊維層含有率の関係を示すグラフである。 本発明の繊維ロープの一実施形態を示すもので、（ａ）は側面図、（ｂ）は断面図である。

以下、本発明の繊維ロープの実施の形態について説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。

本発明の繊維ロープは、芯繊維層及びこの芯繊維層を被覆する編組外繊維層の構造を有する。高荷重、長距離、長ストロークで使用されるハウスカーテン用駆動繊維ロープでは、小径のドラムや多数の小径ガイドローラーを介して、全長にわたり張力と曲げが作用する厳しい条件下におかれる。このような条件下で、芯繊維層が編組外繊維層の編み目の隙間を突き出てしまう飛び出し現象や型崩れの発生を抑制し、かつ負荷に対して低伸びで強力が高い特性を備える繊維ロープを検討した結果、以下に定義を示す実効断面積率と芯繊維層含有率に着目し、これらの値を特定の範囲の領域の値とすることにより達成されたものである。

実効断面積率（％）：芯繊維層及び編組外繊維層の全断面積をロープ見掛け断面積で除した値を１００倍した値。

芯繊維層含有率（％）：芯繊維層の断面積を編組外繊維層を含めたロープの全断面積で除した値を１００倍した値。

図１に繊維ロープの実効断面積率と芯繊維層含有率の関係を示すグラフを示した。図１において、以下に示すＡ、Ｂ及びＣで囲まれた三角領域内の実効断面積率及び芯繊維層含有率を有する繊維ロープとすることにより、小径のドラムや多数の小径ガイドローラーを介して、全長に渡り張力と曲げが作用する厳しい条件下でも芯繊維層の飛出しや型崩れの発生がし難く、かつ負荷に対して低伸びで強力が高い特性を備えることができる。
Ａ：実効断面積率＝５３％、芯繊維層含有率＝４０％、
Ｂ：実効断面積率＝６６％、芯繊維層含有率＝４０％、
Ｃ：実効断面積率＝５３％、芯繊維層含有率＝５６．２５％。

実効断面積率を５３％以上６６％以下に設定した理由は、５３％未満であるとロープが緩く型崩れしやすく、また初期伸びしやすく、６６％を超えると硬く製紐するために繊維の断線等が生じ易くなって製紐性が悪化し実用的でなく、なによりロープが硬く芯繊維層の飛出しが生じやすくなるためである。

芯繊維層含有率を４０％以上５６．２５％以下と設定した理由は、４０％未満であると引張り応力を担う芯繊維層のボリューム及び実効断面積率が不足して初期伸びしやすく、また、絶対強力が低いこと、５６．２５％を超えると網目構造が細かい１６打ちであっても編組外繊維層のボリュームが不足して芯繊維層の飛出しが生じやすくなり、これを防ぐために実効断面積率を５３％より低下させると、型崩れ性及び初期伸びが生じやすくなるためである。

樹脂繊維製のロープの型崩れを防止するための硬く製紐されたロープとして、実効断面積率が５３％以上のロープは広く一般的に見られるが、局部曲げによる芯繊維層の飛出しが生じ易くなるため、経験上なのか芯繊維層含有率が４０％未満の芯繊維層含有率の低いロープとすることが一般的であり、絶対的強力が小さく、伸びが大きいのが現状である。

また、動索用高強力繊維ロープとして実用化されている上記特許文献１及び特許文献２に示されている繊維ロープは、芯繊維層含有率が５０％を超えて芯繊維層含有率が非常に大きく、芯繊維層の構造を工夫する技術も伴って絶対的強力は非常に高く申し分ないが、やはり経験上芯繊維層の飛出しを防止するためなのか、実効断面積率が５３％未満で緩く製紐されており、初期伸び及びドラム、シーブ当り面で型崩れ性に関しては十分とはいえない。

図２に、本発明の繊維ロープの一実施形態の断面図と側面図を示した。この実施形態の繊維ロープは、図面では１４束の繊維束２１から構成される芯繊維層２とこの芯繊維層２を被覆する１６打ちの編組外繊維層３とを有する芯と外層の二重構造である。芯繊維層２の各繊維束２１は強く固められているため、図のように実際にはつぶれた断面形状となる。また、編組外繊維層３は、右旋糸８束、左旋糸８束が交差して編まれて１６打ちとなっている。

使用する繊維は素材の伸び及び圧縮特性が極めて大きいなどの力学特性の大きく異なる紡績糸、複合弾性糸あるいは編組部を後加工して融着する等を施していなければ公知のアラミド繊維、超高分子量ポリエチレン繊維、ポリアリレート繊維、ポリアミド繊維、ポリエステル繊維、ポリビニルアルコール繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリ塩化ビニル繊維等のマルチ繊維を芯繊維層及び編組外繊維層に全量あるいは複数組み合わせて使用できる。芯繊維層と編組外繊維層のそれぞれの繊維を異ならせても、同一の繊維を用いても良い。ハウスカーテン用駆動ロープとしては、強力、伸びの基本物性が上記繊維の中で中庸で、耐候性や吸湿安定性などの環境特性は優秀で、価格は比較的安価なポリエステル繊維を用いるのが実用的で好ましい。

ハウスカーテン用駆動ロープとして適用する場合は、小径のドラムや多数の小径ガイドローラーを介して高荷重、長距離、長ストロークで使用されるため、ロープ径が４ｍｍ未満の小径ロープとすることが好ましい。

編組外繊維層は、１６打ちとすることが好ましい。例えば８打ちでは網目構造が粗いため耐芯繊維層飛出し性を確保するためには、芯繊維層含有率及び実効断面積率のＡ、Ｂ及びＣで囲まれた三角領域が左下に移行し、強力不足、伸び過大となるおそれがある。一方、２４打ちでは網目構造が細かくなり、１６打ちを上回る耐芯繊維層飛出し性を保有すると考えられるが、２４打ちを実施するには高価な２４打ち機の導入と同径のロープでは価格が割高な細い繊維束を使用することを考慮すると、コスト的に割高になるおそれがある。

（実施例）
１．繊維ロープの作成
帝人ファイバー株式会社製ポリエステルマルチ繊維（高強力グレード）を使用して表１に示した仕様のロープを作成した。

なお、繊維層の断面積は
断面積（平方mm）＝繊度（dtex）÷〔繊維比重×１００００〕
によって算出した。

参考例は特開平１１−２９３５７４号公報（特許文献１）記載の試料番号１ロープである。

２．ロープの試験
（１）破断強力：
引張り試験機で１００ｍｍ／ｍｉｎでロープを引っ張り、破断した時点まで試験した場合の記録された最大強度を測定した。
（２）２５ｋｇｆ荷重伸び：
引張り試験機でロープを引張り２５ｋｇｆにほぼ均衡的に達した時点での記録されたロープの伸び長さを基のロープ長さで除して１００倍値で示した伸び量を測定した。２５ｋｇｆはロープの破断強力の１／１０程度で、ハウスカーテン用駆動ロープとして使用している平均的な張力である。
（３）２５ｋｇｆ荷重時形状保持度：
３４ｍｍ径の鋼製パイプにロープを半周させ、ロープの一端を引張り試験機で引張り２５ｋｇｆにほぼ均衡的に達した時点での引張り方向と１８０°反対側の鋼製パイプ当り部のロープの外径を測定し、基のロープ径で除して１００倍値で示した変形量を測定した。
（４）芯繊維飛出し性：
２０ｍｍ程度の間隔でロープを指でつかみ、捻ってキンクさせたり、長手方向から圧縮、引っ張りを繰り返し、そのまま局部曲げするような動作を３０秒程度連続的に繰り返し、芯繊維層が編組外繊維層を目視で観察して飛出さなかった場合を○、飛出した場合を×とした。

表１に示したロープに対して上記試験を行った結果を表２に示す。

なお、参考例の破断強力は文献記載値である。

破断強力は、芯繊維層の繊度（糸の「太さ」を表すもの）の大きさにほぼ依存していることが示されている。実施例では、２６０〜３１０ｋｇｆの範囲であるのに対して、芯繊維層含有率（％）が４０％未満である比較例１〜４では、１６０〜２３５ｋｇｆの範囲であり、特に芯繊維繊度の最も小さい比較例１は、芯繊維層含有率が最も低く、破断強力は最も小さい値を示した。同じ芯繊維繊度では実効断面積率の高いロープが繊維束のロープ内での均一化が計れるものと推測され、破断強力がやや高い傾向を示した。

２５ｋｇｆ荷重伸びは、実効断面積率及び芯繊維層含有率が大きくなる程小さくなる傾向を示す。また、同じ芯繊維層含有率のロープでも実効断面積率が低下すると伸びが大きくなる傾向を示す。実施例の２５ｋｇｆ荷重伸びは、２．３〜３．０％を示した。これに対し、実効断面積率４８．１％で芯部の緩い比較例１では伸びが非常に大きく、６．７％を示した。２５ｋｇｆ荷重伸びを受け持つ部分は破断強力と同様に芯繊維層に依存していると考えられ、芯繊維層のロープ長手方向の弛みを編組外繊維層を製紐する際に実効断面積率の向上と共に除くことによって抑制する効果を本発明は狙っているが、実効断面積率の向上には限界があり、実施例１、５、比較例５、６及び７ではほぼ頭打ち状態を示した。

２５ｋｇｆ荷重時形状保持度は、ほぼ実効断面積率に依存していることが伺えた。比較例２のように芯繊維層含有率が小さくても影響はなく、芯繊維層含有率の大きいロープでも緩く製紐されていれば型崩れしやすいことが推測された。

芯繊維飛出し性は、比較例５及び比較例６に示されるように、実効断面積率が高く、かつ芯繊維層含有率が大きい場合には飛出し易いことが示された。どちらか一方が低い場合には生じ無いことが認められる。

本発明による実施例は、ロープに求められる高強力、低伸び、耐型崩れ性を総合的に極めて高度にバランスさせた１６打ち編組外繊維層保有繊維ロープであることが分かる。

本発明の繊維ロープは、高荷重、長距離、長ストロークで使用されるハウスカーテン用駆動繊維ロープ及び産業機械用の動索として利用可能である。

１： 繊維ロープ
２： 芯繊維層
２１： 繊維束
３： 編組外繊維層

Claims (4)

1. 芯繊維層及び前記芯繊維層を被覆する編組外繊維層を有し、前記芯繊維層及び編組外繊維層の全断面積をロープ見掛け断面積で除した値を１００倍した値を実効断面積率（％）と定義し、前記芯繊維層の断面積を編組外繊維層を含めたロープの全断面積で除した値を１００倍した値を芯繊維層含有率（％）と定義し、添付図面中の図１として示す実効断面積率と芯繊維層含有率の関係を示す図において、以下に示すＡ、Ｂ及びＣで囲まれた領域内の実効断面積率及び芯繊維層含有率を有することを特徴とする繊維ロープ：
   Ａ：実効断面積率＝５３％、芯繊維層含有率＝４０％、
   Ｂ：実効断面積率＝６６％、芯繊維層含有率＝４０％、
   Ｃ：実効断面積率＝５３％、芯繊維層含有率＝５６．２５％。
2. 外径が４ｍｍ未満であることを特徴とする請求項１記載の繊維ロープ。
3. 引張り試験機でロープを引張り２５ｋｇｆにほぼ均衡的に達した時点での記録されたロープの伸び長さを基のロープ長さで除して１００倍した値で示した「２５ｋｇｆ荷重伸び量」が、３％以内であることを特徴とする請求項２記載の繊維ロープ。
4. 前記編組外繊維層が、１６打ちであることを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の繊維ロープ。

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