JP2015507706A - 吊り上げ用ロープおよびそのロープを備えたエレベータ - Google Patents

Abstract

中心層、内層、および外層を含む三層構造を有するロープ（２１０、３１０）であって、中心層は１本のストランド（２２５、３１５）からなり、内層はｎ本の複数のストランド（２２０）からなり、外層はｍ本の複数のストランド（２１５）からなり、ｎは奇数であり、かつｍはｎとの公約数をもたない数であり、各ストランドが、撚り合わされた複数の金属フィラメントから形成される。この構造によって、ストランドのフレッティングが低減され、ロープの耐用年数が向上する。また、吊り上げに適用されるロープの使用方法、およびそのようなロープを含むエレベータシステムが開示される。

Description

本発明は、ロープに関する。ロープは中心層、内層および外層を含む。中心層は１本のストランドからなり、内層は複数本のストランドからなり、外層も複数本のストランドからなる。さらに、本発明は、このようなロープをエレベータシステムに適用すること、および、そのようなロープを用いたエレベータシステムにも関する。

マルチストランドコードは、スチールロープの一般技術、および、吊り上げ用の特定の技術において周知である。

米国特許出願公開第２００８／０３１４０１６号明細書は、ロープを巻き上げ用に適用することを開示している。ロープは強度および耐食性に優れているが、フレッティングに対する性能が低い。

このようなマルチストランドロープのもう一つの例が、１×１９＋８×７＋８×１９構造である。このロープは、吊り上げの技術分野で長所を有することが認められている。しかしながら、このコードは、コードが有する複数のスチールフィラメントのいくつかに沿ってフレッティングを起こす場合があり、耐用年数が減少するという、好ましくない結果を引き起こすことが、経験上わかっている。

本発明の目的は、従来技術の欠点を軽減することである。

本発明のもう一つの目的は、耐用年数の長いロープを提供することである。

フレッティングの度合いを低減したロープを提供することもまた、本発明の目的である。

本発明の第１の態様によれば、ロープが提供される。このロープは、中心層、内層および外層を含む三層構造を有する。中心層は１本のストランドからなり、内層はｎ本のストランドからなり、外層はｍ本のストランドからなる。ｎは奇数であり、かつｍはｎとの公約数をもたない数である。各ストランドは、撚り合わせられた複数の金属フィラメントから形成される。

本発明によれば、内層のｎ本のストランドは中心層の周りに撚り合わせられて中心層に隣接し、外層のｍ本のストランドは内層の周りに撚り合わせられて内層に隣接している。「隣接」は、フィラメントまたはストランドが間にないという意味である。

本発明者らは、三層構造を有する従来の金属ロープであって、中心層が１本のストランドを有し、かつロープ内全てのストランドが複数本の撚り合わせられた金属フィラメントから形成されている金属ロープに関し、フレッティング、およびその結果である耐用年数の減少は、吊り上げのために滑車に金属ロープをかけたとき、金属ロープの全長に沿ったどこかで、金属ロープの一部分に、滑車の負荷が集中してかかっているためであることを発見した。この危険部分において、金属ロープの少数のフィラメントが互いに沿って一直線に並び、その結果、金属ロープの片側から反対側へ次々と点接触する。これを「フィラメントの整列現象」と呼ぶ。その結果、この危険部分において、少数のフィラメントのみが全ての負荷を支え、これら少数のフィラメントから他の残りのフィラメントに負荷を分散することができない。これらの少数のフィラメントは、他の残りのフィラメントと比べてかなり大きな負荷を負うことになるので、この危険部分は弱い部分になる。この限定された負荷配分は、金属ロープのフレッティングを引き起こし、金属ロープの耐用年数を短くする。

さらなる分析によって、三層構造を有する金属ロープで、内層のストランドの数が外層のストランドの数との公約数をもつときに、このような危険部分が発生し得るという結論に到った。したがって、内層のストランドの数と外層のストランドの数を注意深く選択することによって、金属ロープの全長に沿った全部分において、フィラメントの整列を回避することができる。このため、金属ロープの全長に沿った全部分において、滑車の負荷が複数の金属フィラメントに十分に分散され得るので、ロープのフレッティングが低減され、金属ロープの耐用年数が向上する。

内層のストランド数ｎが外層のストランド数ｍとの公約数をもつことを避ければ、ロープの全長に沿ったいずれかの部分において、全てのフィラメントが整列することがなくなる。言い換えれば、ロープの全長に沿ったどの部分においても、ロープの片側から反対側までフィラメントが整列することはない。

本発明の第１の態様に係るマルチストランドロープの例は以下の通りである。
・ｎが３およびｍが４、５、７、８、１０、１１、１３、または１４、
したがって、中心層＋３＋［４、５、７、８、１０、１１、１３、または１４］、
・ｎが５およびｍが４、６、７、８、９、１１、１２、１３、または１４、
したがって、中心層＋５＋［４、６、７、８、９、１１、１２、１３、または１４］、
・ｎが７およびｍが４、５、６、８、９、１０、１１、１２、１３、１５、１６、１７、１８、１９または２０、
したがって、中心層＋７＋［４、５、６、８、９、１０、１１、１２、１３、１５、１６、１７、１８、１９または２０］、
・ｎが９およびｍが４、５、７、８、１０、１１、１３、１４、１６、１７、１９、２０、２２、２３または２５、
したがって、中心層＋９＋［４、５、７、８、１０、１１、１３、１４、１６、１７、１９、２０、２２、２３または２５］。

特開昭６１−１０３４５８号公報が、ロープ内全てのストランドが、平均の長さが５〜２００μｍで、平均の直径が０．１〜５μｍである複数の合成樹脂繊維からなる合成樹脂ロープを開示している。

スイス特許第１２２７９０号明細書が、４層構造を有するロープであって、そのロープの中心層が、麻繊維からなる繊維ストランドである、ロープを開示している。

特開昭６１−１０３４５８号公報のロープとスイス特許第１２２７９０号明細書のロープは共に、長さが短く直径が小さい非金属繊維からなる繊維ストランドから構成されるため、特開昭６１−１０３４５８号公報のロープとスイス特許第１２２７９０号明細書のロープは「フィラメントの整列現象」の問題が起こらない。

さらにフレッティング量を低減し、ロープの耐用年数を長くするために、本発明の主要な特徴を他の手段と組み合わせ得る。

そのような手段には、フィラメント同士の間にポリマーを使用することが含まれ得る。このように、中心層を第１ポリマーの第１層で覆うことができる。内層のストランドを、第２ポリマーの第２層で覆うことができる。外層のストランドを、第３ポリマーの第３層で覆うことができる。

好ましくは、第１ポリマー、第２ポリマー、または第３ポリマーは、ポリウレタン（ＰＵ）、ポリエチレン（ＰＥ）、熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）およびポリスチレン（ＰＳ）である。

本発明における第１の態様の特定の実施形態では、第１ポリマーが第３ポリマーと異なる。

別の好ましい実施形態では、ロープ内の少なくとも１本のストランドが、複数のフィラメントを有する円形もしくは小型の円形である。この小型の円形ストランドは、断面が円形であって、小型構造を有し、フィラメント間の間隔が限られている、１種のストランドである。

好ましくは、円形ストランドは、多層構造を有し、異なる層におけるフィラメントが異なる直径を有する、いわゆるウォーリントン形のストランドである。

本発明の第１の態様に係るロープは、複数のストランドを有する。各ストランドは複数の金属フィラメントを有する。このフィラメントは、例えば、スチール合金フィラメントまたは高炭素鋼フィラメント等のスチールフィラメントであり得る。

好ましい実施形態において、各ストランドは、例えば撚り合わされたスチールフィラメントのような、撚り合わされた金属フィラメントから構成される。「構成される」とは、他のフィラメントを含まないことを意味している。

本発明の第２の態様によると、第１の態様によるロープが、エレベータ、クレーン、または採鉱装置の吊り上げに適用されている。

本発明の第３の態様によると、かごと、カウンターウェイトと、昇降機と、ロープとを含むエレベータシステムが提供されている。かごとカウンターウェイトは、ロープを用いた昇降機によって駆動される。少なくとも１本のロープは、中心層、内層および外層を含む三層構造を有する。中心層は１本のストランドを含み、内層はｎ本の複数ストランドを含み、外層はｍ本の複数のストランドを含み、ｎは奇数であり、かつｍはｎとの公約数をもたない数である。ロープのストランドは、複数の撚り合わせられた金属フィラメントからなる。

先行技術のロープの断面図である。 本発明の第１の好ましい実施形態の断面図である。 本発明の第２の好ましい実施形態の断面図である。 エレベータシステムの正面図である。

図１は、先行技術の三層構造のスチールロープを示している。スチールロープ１１０は、中心層、内層および外層を有する。中心層は、１本のストランド１２５を含む。ストランド１２５は、１＋６＋１２の構造（中心フィラメントとして１本のフィラメント、中心層の周りに撚り合わせられた６本のフィラメント、およびその６本のフィラメントの周りに撚り合わせられた１２本のフィラメント）を有するウォーリントン形のストランドである。内層は、１＋６の構造を有する８本のストランド１２０からなる。外層は、１＋６＋１２の構造を有する８本のウォーリントン形のストランド１１５からなる。この８本のストランド１２０は、内層を形成するように撚り合わせられ、かつ８本のストランド１１５が外層を形成するように撚り合わせられている。スチールロープ１１０は、内層を囲むポリウレタン層１３０を有する。吊り上げ装置にロープ１１０を適用する際、ロープ１１０は、重い負荷を持ち上げるために滑車にかけられる。ロープ１１０の部分Ａが、ロープ１１０と滑車の間の接触点である。滑車からロープ１１０への負荷は部分Ａに集中する。この危険部分Ａでは、ロープ１１０の少数のフィラメントが、互いに沿って直線Ｂを形成し、その結果、ロープ１１０の片側からロープ１１０の反対側まで、フィラメントが次々と点接触する。その結果、直線Ｂ内の少数のフィラメントだけが全ての負荷を支え、他の複数のフィラメントには負荷を支える機会がない。この「フィラメントの整列現象」が、ロープ１１０のフレッティングを引き起こし、ロープ１１０の耐用年数を短くする。

図２は、本発明の第１の実施形態を示す。スチールロープ２１０が、中心層、内層および外層を有する。中心層は、１＋６＋１２の構造を有するウォーリントン形のストランドである、１本のストランド２２５からなる。内層は、１＋６の構造を有する７本のストランド２２０を有する。外層は、１＋６＋１２の構造を有する８本のストランド２１５を有する。ストランド内のスチールフィラメントの炭素含有量は、０．７０％である。スチールロープは、内層を囲むポリウレタン層２３０を有する。吊り上げ装置内の滑車でロープ１１０を用いる場合、ロープ２１０の部分Ａ’がロープ２１０と滑車の間の接触点である。ロープの全長に沿って、どの部分においてもフィラメントが全く整列していない。

先行技術のロープ１１０と比較すると、ロープ２１０の部分Ａ’から他の反対側への負荷の分散が直線状ではなく、少数のフィラメントだけが負荷を支えるのではなく、ロープ２１０内のより多くのフィラメントが負荷を支える。これによって、「フィラメントの整列現象」が回避され、ロープ２１０のフレッティングが低減される。その結果、ロープ２１０はロープ１１０と比較して、耐用年数が増加する。

本発明では、内層を形成するために、内層のストランドが、内層撚り合わせ方向に撚り合わせられている。外層を形成するために、外層のストランドが、外層撚り合わせ方向に撚り合わせられている。内層撚り合わせ方向と外層撚り合わせ方向は、異なることもできるし、同じであることもできる。すなわち、内層撚り合わせ方向がＳの場合、外層撚り合わせ方向はＺまたはＳであり、もしくは、内層撚り合わせ方向がＺの場合、外層撚り合わせ方向はＳまたはＺである。

本発明では、中心層が第１ポリマーの第１層で覆われ、および／または、内層が第２ポリマーの第２層で覆われ、および／または、外層が第３ポリマーの第３層で覆われている。異なる層におけるポリマーは、同じ材料であることもできるし、異なる材料であることもできる。これらポリマーは、押出加工によって覆われていることが好ましい。ロープの製造方法の一例では、最初に中心層を準備し、次にポリエチレンの第１層が中心層上に押し出され、その後、第１層の周りに内層を形成するためにストランドが撚り合わされ、その後、ポリエチレンの第２層が内層上に押し出され、その後、第２層の周りに外層を形成するためにストランドが撚り合わされ、最後に、ポリウレタンの第３層が外層上に押し出される。

図３は、本発明の第２の実施形態を示す。スチールロープ３１０が、中心層、内層および外層を有する。中心層は、１＋６の構造を有する１本のストランド３１５からなり、内層は、５本のストランド２２０、外層は７本のストランド２１５からなる。ロープ３１０は、外層を囲むポリウレタン層３２５と内層を囲むポリエチレン層３２０を有する。

第３の実施形態は、１＋６の構造を有する１本のストランドからなる中心層と、１＋８の構造を有する７本のストランドからなる内層と、１＋６＋１２の構造を有する１８本のストランドからなる外層と、を含む、スチールロープである。

第４の実施形態は、１＋６の構造を有する１本のストランドからなる中心層と、１＋８の構造を有する３本のストランドを含む内層と、１＋８の構造を有する１３本のストランドを含む外層と、を含むスチールロープである。このロープは、中心層を囲む第１層として、ポリウレタン層を有する。

第５の実施形態は、１本のストランドからなる中心層と、９本のストランドからなる内層と、１６本のストランドからなる外層と、を含むスチールロープである。中心のストランドは、ポリエチレンの第１層で覆われ、内層はポリエチレンの第２層で覆われ、外層はポリウレタンの第３層で覆われている。

第６の実施形態は、１本のストランドからなる中心層と、５本のストランドからなる内層と、１２本のストランドからなる外層と、を含むスチールロープである。熱可塑性ポリウレタン層が、外層を覆っている。

図４は、エレベータシステムの実施形態を示す。エレベータシステム４１０は、かご４２０と、カウンターウェイト４１５と、ロープ２１０と、滑車４２５および４３０と、を含む。エレベータシステム４１０は、図中には示されていない、駆動力を提供するモーターのような昇降機も含む。かご４２０とカウンターウェイト４１５は、昇降機によってロープ２１０を介して駆動される。

Claims (12)

1. 中心層、内層および外層を含む三層構造を有するロープ（２１０，３１０）であって、
   前記中心層は１本のストランド（２２５、３１５）からなり、
   前記内層はｎ本のストランド（２２０）からなり、
   前記外層はｍ本のストランド（２１５）からなり、
   前記各ストランドが、撚り合わせられた複数の金属フィラメントから形成されるものにおいて、
   前記ｎは奇数であり、かつ前記ｍは前記ｎとの公約数をもたない数であることを特徴とする、ロープ。
2. 前記ｎが３の場合、前記ｍが４、５、７、８、１０、１１、１３、または１４であることを特徴とする、請求項１に記載のロープ。
3. 前記ｎが５の場合、前記ｍが４、６、７、８、９、１１、１２、１３、または１４であることを特徴とする、請求項１に記載のロープ。
4. 前記ｎが７の場合、前記ｍが４、５、６、８、９、１０、１１、１２、１３、１５、１６、１７、１８、１９、または２０であることを特徴とする、請求項１に記載のロープ。
5. 前記ｎが９の場合、前記ｍが４、５、７、８、１０、１１、１３、１４、１６、１７、１９、２０、２２、２３、または２５であることを特徴とする、請求項１に記載のロープ。
6. 前記中心層が第１ポリマーの第１層で覆われ、および／または、前記内層が第２ポリマーの第２層で覆われ、および／または、前記外層が第３ポリマーの第３層で覆われていることを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載のロープ。
7. 前記第１ポリマーが前記第３ポリマーと異なることを特徴とする、請求項６に記載のロープ。
8. 前記第１ポリマー、前記第２ポリマー、または前記第３ポリマーが、ポリウレタンまたはポリエチレンであることを特徴とする、請求項６または７に記載のロープ。
9. 前記ロープ内の少なくとも１本のストランドが、複数のフィラメントを含む小型の円形ストランドであることを特徴とする、請求項１から８のいずれかに記載のロープ。
10. 前記ストランドが多層構造を有し、異なる層における前記フィラメントが異なる直径を有することを特徴とする、請求項９に記載のロープ。
11. エレベータ、クレーン、または採鉱装置の吊り上げ用としての、請求項１から１１のいずれかに記載のロープの使用。
12. かごと、カウンターウェイトと、昇降機と、ロープとを含むエレベータシステムであって、前記かごと前記カウンターウェイトは、前記ロープを用いた前記昇降機によって駆動され、少なくとも１本の前記ロープ（２１０，３１０）は、中心層、内層、および外層を含む三層構造を有し、
    前記中心層は１本のストランド（２２５、３１５）からなり、
    前記内層はｎ本のストランド（２２０）からなり、
    前記外層はｍ本のストランド（２１５）からなり、
    前記各ストランドが、撚り合わされた複数の金属フィラメントから形成されるものにおいて、
    前記ｎは奇数であり、かつ前記ｍは前記ｎとの公約数をもたない数であることを特徴とする、エレベータシステム。

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