JP2022505537A - 鋼ワイヤロープ、被覆鋼ワイヤロープ及び鋼ワイヤロープを含むベルト - Google Patents

Abstract

鋼ワイヤロープは、エレベータ及び吊上用途に使用するために提示されている。鋼ワイヤロープは複数のストランドによって囲まれたコアを含む。コアの外部フィラメント及びストランドの外部フィラメントは、使用中に互いに接触しやすい。コアの外部鋼フィラメントは、ストランドの外部フィラメントのビッカース硬さ数より少なくとも５０ビッカース硬さ数低い、平均ビッカース硬さを有する。コアの外部フィラメントの硬さは、ストランドの外部フィラメントの硬さより実質的に低いので、それらのより柔らかいフィラメントは、好ましくは使用中に摩滅する。このようにして、コアは犠牲になる一方で、ストランドの外部フィラメントの一体性を保護する。より好ましくは、コアは６００ＨＶ未満であるビッカース硬さを有する。鋼ワイヤの硬さは、引抜き、熱処理、その他の間の炭素量、冷間変形の程度などの多くの要因の関数である。構想の様々な異形が提示されている。この「犠牲コア」の使用により、使用後の残余の破断荷重がより高くなる。被覆鋼ワイヤロープは、１本の鋼ワイヤロープ及び鋼ワイヤロープを囲むポリマジャケットを含む。ベルトは、並んで配置され、一緒にポリマジャケットによって保持された数本の鋼ワイヤロープを含む。

Description

本発明は、被覆鋼ワイヤロープとしてポリマジャケット内に包まれる鋼ワイヤロープ、又はエレベータ、クレーン、ダムウェータ又は同種のものなどの吊上用途に使用するためのポリマベルト内に包まれる鋼ワイヤロープに関する。

吊上用途に鋼ワイヤロープを使用することはユビキタスである。鋼ワイヤロープは、排他的ではないにしても、概してその周りに多くのストランドが巻かれるコアを含む。ストランドは、一緒に撚り合わせる鋼フィラメントから作成される。恐らくストランドは層内で体系化され、例えばストランドの第１の型の中間層は、第１の撚り長さ及び方向にコアの周りに巻かれる。それらの中間ストランドの上に、第２の型のストランドの外部ストランドは、第２の撚り長さ及び方向に撚り合わせることができる。中間ストランド及び外部ストランドの撚り長さ及び撚り方向が等しい場合、単一撚りロープと言う。

コアは鋼ワイヤロープ内の独自の位置を占める。コアは中心であり螺旋状に形成されたストランドによって囲まれるので、その長さはストランドの螺旋長さに比べて短い。全ての鋼ワイヤロープが伸びた場合、コアは長さが短いので、コアはストランドより伸長する必要があるということになる。

更に、鋼ワイヤロープが滑車の上を走る時、滑車の回転部で、滑車の半径方向外方のストランドはコア上で静止し、コア自体はストランドの半径方向内部ベッド上で静止する。この時ストランドが螺旋状に巻かれている間に、ストランドは滑車の上で曲がることにより課せられた余分の外部長さを容易に吸収することができる。しかしコアはより短く螺旋の変形がない、すなわちコアは伸長しなければならず、又は伸長しない時はストランドのベッドを切断するので、コアは滑車の回転部によって運ばれることにより、コア及び／又は下にあるストランドの早期摩耗を引き起こす。

加えて滑車では、コアは滑車との接触圧に起因して横方向に圧迫される。それによってコアの直径は低減して、ストランドの螺旋が小径を採用し、それ故に軸方向に伸びることができる。コアの直径の低減が永続すると、これは鋼ワイヤロープを永続的に伸長させ、これは吊上用途には望ましくない。

従ってコアは以下の要件を満たさなければならない。
・コアは、下にあるストランドが滑車で摩耗しないように、直径を低減することなく繰り返し曲げてられて弾性的に伸長しなければならない。
・コアは、使用中に鋼ワイヤロープが伸長しないように、ストランドの螺旋を半径方向の適所に保つために十分に横方向に剛性でなければならない。

従ってコア材料の選択は、鋼ワイヤロープの作用全体に大きな影響を有する。以下の型のコアが周知である。
・繊維コア（ＦＣ）は、天然又は人工繊維から作成したコアである。欠点は、繊維コアが容易に横方向に圧迫されることにより、鋼ワイヤロープを永続的に伸長させることである。
・独立したワイヤロープコア（ＩＷＲＣ）は、それら自体がワイヤロープであるコアである。これらは、伸長及び直径の保持に関して優れていることがわかっている。しかし鋼ワイヤの剛性に起因して、鋼ワイヤは、外部ストランドの内側を摩耗する傾向があることにより、鋼ワイヤロープの破断荷重の損失をもたらす。

ＩＷＲＣ型の鋼ワイヤロープの欠陥を克服するために、以下のように様々な解決策が提案されている。
・摩滅損失を軽減する試みで、鋼ワイヤの張力グレードは、鋼ワイヤロープ全体で等しく選択される。すなわち全てのワイヤは１７７０Ｎ／ｍｍ^２又は１５７０Ｎ／ｍｍ^２の張力クラスからなる。鋼ワイヤロープが「デュアルタイプ」（ｃｆｒ ＩＳＯ Ｓｔａｎｄａｒｄ４３４４）からなる場合、より低い張力のワイヤがストランドの外層に位置付けられる。
・別法として「クッションコア」（国際公開第９４／０３６７２号パンフレット）を使用するように提案されており、すなわちこれらは、その周りにプラスチックのマントルが提供される固体中心部材を備えたコアであり、プラスチックのマントルは、外部ストランドを受領して適所に保つために螺旋状凹部を備える。この解決策は、外部ストランドによりプラスチックが摩滅するという難点があり得る。
・別法として、ＩＷＲＣの周りに外部ストランドを閉じる前に、ＩＷＲＣをプラスチックジャケットで包むように提案している（米国特許第２００８／０２３６１３０号明細書）。この解決策ではＩＷＲＣが外部ストランドから隔離されるが、鋼ワイヤロープの低荷重の伸長作用は、荷重が増加する時、ロープの係数は、最初はプラスチックが完全に圧迫されない限り低いままであり、その後一端金属ワイヤが互いに接触すると上昇するという点で十分ではない。

最近、２０００Ｎ／ｍｍ^２を超える引張強度を有するフィラメントを備えた被覆鋼ワイヤロープが、エレベータに使用するために導入されている（欧州特許第１５９７１８３号明細書、欧州特許第１５１７８５０号明細書、欧州特許第１３４７９３０号明細書、欧州特許第１２１３２５０号明細書）。これらの高い引張強度の使用は、コアの内部摩滅の観点で追加の問題をもたらすが、発明者らは本発明で解決するように試みてきた、それらを以下に記載する。

過去の問題を排除する鋼ワイヤロープを供給することが、本発明の一般的な目的である。摩耗作用が制御された鋼ワイヤロープを提供することが、本発明の第１の目的である。ストランドがコアを囲む前にまず摩滅するコアを有する、鋼ワイヤロープを提供することが、本発明の更なる目的である。本発明の別の目的は、外部フィラメントがポリマジャケットで保護される被覆鋼ワイヤロープを供給することである。本発明の更なる目的は、具体的にはエレベータに使用するために適切である、鋼ワイヤロープを含むベルトを提供することである。本発明の一層更なる目的は、鋼ワイヤロープを生成するための方法を供給することである。

本明細書の目的のために、連続値の範囲が値ＡとＢとの間である特定の量「Ｑ」であると考える時は、常にＡ≦Ｑ＜Ｂと読むべきである。換言すると、ＱはＡ以上であり、ＱはＢ未満である。換言すると、あらゆる連続範囲に対して、その範囲に含まれる範囲の下限が低いほど、範囲から除外される上限は高い。離散値が「Ｎ」から「Ｍ」までであると考える時、「Ｎ」及び「Ｍ」はどちらもその範囲に含まれる。

本発明の第１の態様によれば、鋼ワイヤロープは、請求項１の特徴の通りに表されている。

鋼ワイヤロープは、具体的には吊上用途（クレーン、ダムウェータ若しくは同種のものなどの物品の昇降など）に使用するため、又はエレベータなど人々の輸送するため、例えば公共利用のためのエレベータ若しくは専用使用のエレベータ（例えば風車）のために、被覆鋼ワイヤロープ或いはポリマジャケットのベルトに使用するのに適している。

鋼ワイヤロープは、コア及びコアの周りに撚り合わせた複数のストランドを含む。コア及びそれぞれのストランドは、一緒に撚り合わせた内部及び外部鋼フィラメントを含む。外部鋼フィラメントは、コア及びストランドの半径方向外方に据えられる。換言すると、外部鋼フィラメントは、少なくともポリマジャケットから離れている時に、ストランド又はコアの外側から明白に見える一方で、内部フィラメントは外部フィラメントに覆われている。

コア又はストランド内で鋼フィラメントを一緒に撚り合わせることは、当技術分野で公知であるようなあらゆる組合せによって可能である。

コアは、５、６、又は７本の外部フィラメントで囲まれる、単一のフィラメントの周りに構築することができる。フィラメントの直径は、フィラメントの撚り長さの撚り合わせを収容するために選択され、すなわち撚り長さが短いほど、外部フィラメントは薄くなければならない。別法として、コアは、第１の撚り長さ及び撚り方向で一緒に撚り合わせた「ｎ」本の内部フィラメントから構成される層状構成であることが可能であり、その上に「ｍ」本の外部フィラメントの層が、第１の撚り長さ及び／又は方向と異なる第２の撚り長さ及び／又は方向で撚り合わせられる。適切な例は、「ｎ」は３であり、「ｍ」は９である。

更に好ましい構成は、平行な撚り構成であり、全てのフィラメントは単一の撚り長さ及び方向で一緒に撚り合わせられる。例えば米国特許第４８２９７６０号明細書による１２本のワイヤ、又は米国特許第３３５８４３５号明細書による９本のワイヤの準ウォーリントン構造が、コアとして使用することができる。中心フィラメント又はキングワイヤが存在しない組合せがコアに最も好ましく、すなわち全ての内部及び外部フィラメントは、解いた時に螺旋形状を示す。

ストランドは、コアと異なる構造からなることが可能である。ストランドの構造は、後に説明するように、鋼ワイヤロープ内の位置の中で異なることが可能である。ストランドに適切な構造は以下の通りである。
・単一層構造、例えば
ｉ．その周りに多くの外部フィラメントが単一の撚り長さ及び方向で撚り合わせる単一の内部フィラメント。フィラメントの適切な数は、５、６、又は７本の外部フィラメントが撚り合わされ、又は、
ｉｉ．互いの周りに撚り合わせる多数の外部フィラメント。例えば単一撚り長さで一緒に撚り合わせる３、４、又は５本のフィラメント。
・単一撚り又は層状構造が外部フィラメントの層で覆われ、外部フィラメントは、フィラメントの外層と異なる撚り長さ及び／又は撚り方向を有する、層状構造。例は、１＋５＋１０、１＋６＋１２、３＋６＋１２、３＋９＋１５である。
・全てのフィラメントが同じ撚り長さ及び方向で一緒に撚り合わされ、それによってフィラメントは互いに接触する線を有する、平行撚り構造。顕著な例は、

などのウォーリントン型構造であり、「Ｎ」は５、６又は７であり、ストローク「｜」はワイヤが同じ撚り長さ及び方向で中心「ｃ」の周りに撚り合わせることを示す。フィラメントの直径が示されており、互いに異なる。中心「ｃ」は、単一フィラメント又は単一層構造であることが可能である。下線を引いたフィラメントは、ストランドの外側から見える外部フィラメントである。別法として平行な撚り構造は、

によって表されたシールストランドであることが可能であり、Ｎは６、７、８、又は９である。やはり下線を引いたフィラメントは、外部フィラメントを表す。

鋼フィラメントは、普通炭素鋼成分を有するワイヤロッドから引き抜かれる。本明細書の文脈において、「普通炭素鋼」は以下の行による成分を有する（全ての百分率は重量％である）。
・０．６０％～１．２０％の範囲の炭素量（％Ｃ）。炭素が多いことにより、冷間成形を受けて硬化する歪がより高くなる。普通炭素鋼ワイヤロッドは、０．０５ｗｔ％の炭素のステップで互いに異なる炭素クラスで製鋼所によって供給される。０．６０の炭素クラスの鋼は、０．６０～０．６５ｗｔ％の炭素の平均、０．６５クラスは０．６５～０．７０ｗｔ％Ｃの平均、０．７０クラスは０．７０ｗｔ％～０．７５ｗｔ％Ｃの平均を含有し、以下同様である。下限は常にそのクラスに含まれ、クラスを指すために使用される。本発明を実行するために、同じ鋼ワイヤロープ内で異なる炭素クラスからワイヤロッドを使用することが必要であることがある。
・０．１０％～１．０％、例えば０．２０％～０．８０％の範囲のマンガン量（％Ｍｎ）。マンガンは炭素のようにワイヤの加工硬化に追加し、ワイヤロッドの製造に脱酸素剤としても作用する。
・０．１０％～１．５０％、例えば０．１５％～０．７０％の範囲のシリコン量（％Ｓｉ）。シリコンは、製造中に鋼を脱酸素化するために使用する。炭素と同様に、シリコンは鋼の加工硬化を増加するために役立つ。
・アルミニウム、硫黄及びリンのような要素の存在は、最小に留めるべきである。例えばアルミニウム量は、０．０３５％未満、例えば０．０１０％未満に留めるべきであり、硫黄量は０．０３％未満、例えば０．０１％未満で最良であり、リン量は０．０３％未満、例えば０．０１％未満で最良である。
・鋼の残余は、意図せずに存在する鉄及び他の要素である。

クロミウム、ニッケル、コバルト、バナジウム、モリブデン、銅、ニオブ、ジルコニウム、チタニウムなどの更なる金属要素は、鋼の特性（冷間強化、オースティン化挙動、延性、その他）を微調整するために鋼に意図的に追加してもよい。このような鋼は「マイクロ合金」鋼として公知である。

普通炭素鋼の引抜きは、以下のように進む。
・直径５．５ｍｍのワイヤロッドは、表面に存在する酸化物を除去するために、まず機械的スケーリングすることにより、及び／又は化学酸洗いすることによって浄化される。
・ワイヤロッドは、第１の中径まで直径を低減するために、第１の一連の乾式引抜き操作を受ける。
・この第１の中径Ｄ１、例えば約３．０～３．５ｍｍで、乾式引抜きした鋼ワイヤは、パテンティングを受ける。パテンティングは、まず約１０００℃の温度までオーステナイト化し、続いて約６００～６５０℃の温度でオーステナイトからパーライトに相を変態させることを意味する。このような金属組織構造は、
・第１の中径Ｄ１から第２の一連の直径を低減するステップで第２の中径Ｄ２まで第２の乾式引抜きステップで更に小径に引き抜くことができる。第２の直径Ｄ２は、典型的には１．０ｍｍ～２．５ｍｍの範囲である。
・この第２の中径Ｄ２では、鋼ワイヤは、金属組織構造をパーライトに復元するために第２のパテンティング処理を受ける。
第１の乾式引抜きステップと第２の乾式引抜きステップとの間の直径の全低減があまり大きくない場合、直接引抜き操作は、ワイヤロッドから直径Ｄ２まで行うことができる。
・このパテンティング処理後、鋼ワイヤは金属被覆を備える。一例は、亜鉛被覆又は例えば亜鉛とアルミニウムの合金などの亜鉛合金被覆である。好ましくは、亜鉛又は亜鉛合金被覆は、「溶融亜鉛メッキ」として公知の工程で溶融亜鉛又は溶融亜鉛合金の漕を通してパテンティングしたワイヤを導くことによって適用される。これは、より好ましくはワイヤの表面に亜鉛又は亜鉛合金で、例えば鉄と亜鉛の合金層の形を溶融亜鉛メッキなどで電解被覆することにより、被覆と鋼基板との間に金属接着をもたらす。別法として、黄銅被覆は、その後銅の層に続いて黄銅層を形成するために次に熱拡散する亜鉛の層でワイヤを電解被覆することにより適用することができる。

最後の引抜きステップでは、鋼フィラメントは、強度、伸長、硬度、延性及び靭性に関してその最終特性を獲得する。この引抜きステップでは、中間ワイヤの直径「Ｄ」（上流工程に依存して「Ｄ１」又は「Ｄ２」のいずれかに等しい）を備える中間ワイヤは、その後最終フィラメントの直径「ｄ」まで直径が低減する鋳型を通ってワイヤを引き抜くことにより低減される。好ましくは、これは湿式ワイヤ引抜きによって行われ、すなわちワイヤ及び鋳型は、引抜き中に冷却して引抜き摩擦を低減する潤滑油内に浸される。ワイヤに適用される「真伸び率ε」は、ワイヤの最終特性に進める最も重量なパラメータであり、次のように定義される。

本発明は、コアの外部鋼フィラメントが、ストランドの外部鋼フィラメントの平均ビッカース硬さより少なくとも５０ＨＶ低い、平均ビッカース硬さ数を有することを特徴とする（請求項１）。外部フィラメントのビッカース硬さは、鋼フィラメントの垂直断面上のビッカース硬さのダイヤモンド圧子の１０個の刻み目で測定される。圧子力「Ｆ」は５００グラム重量（すなわち４．９０５Ｎ）であり、これを１０秒間加える。ダイヤモンド形状の刻み目の２つの対角線は、測定されて平均され、長さδを得る。ビッカース硬さ数は次の通りである。
ＨＶ＝１．８５４４・Ｆ／δ^２ 単位ｋｇｆ／ｍｍ^２
ビッカース硬さ試験は、ＩＳＯ６５０７－１（２０１８年版）「Ｍｅｔａｌｌｉｃ ｍａｔｅｒｉａｌｓ－Ｖｉｃｋｅｒｓ ｈａｒｄｎｅｓｓ ｔｅｓｔ－Ｐａｒｔ１：Ｔｅｓｔ ｍｅｔｈｏｄ」に記載されている。硬さは、鋼ワイヤロープ内に存在するフィラメント上で測定することができる。この目的で、鋼ワイヤロープは、エポキシマトリックス内に包み、垂直に切断し、磨き、次いで刻み目を付けることができる。規格ＩＳＯ６５０７－１に定められたように、刻み目は、鋼フィラメントの境界から平均刻み目の対角線の少なくとも３倍を互いから維持するべきである。少なくとも１０個の位置にわたる平均が取られる。

コアの外部鋼フィラメントの間の平均ビッカース硬さ数が、ストランドの外部鋼フィラメントの平均ビッカース硬さ数より少なくとも７０ＨＶ低い場合が一層より好ましい。コアとストランドの外部フィラメントの間のビッカース硬さ数の差が、２００ＨＶ数未満にとどまることがより良い。

硬さの差は以下の摩耗機構をもたらす。
コア及びストランドの外部フィラメントは、互いに接触する。鋼ワイヤロープを使用中、コア及びストランドは同じ短い長さで互いに対して繰り返し動く。最終的にコアの外部フィラメントは、それらのフィラメントがより柔らかいので、この鋼がより柔らかいコア外部フィラメントから除去される間に、まず摩滅し始める。本発明のコードによると、コアの外部フィラメントは、コアの外部フィラメントがストランドの外部フィラメントより柔らかいので、このようにストランドの外部フィラメントよりむしろ先に摩滅することが確実である。

従ってこれは、コアが鋼ワイヤロープの全強度にわずかしか寄与しない、すなわちコアは１つだけ存在する一方でストランドは複数存在するので、鋼ワイヤロープの一体全体に問題ではないと発明者らは推測する。ほとんどの負荷を運ぶストランドより、むしろコアが摩滅する方が良い。コアはまず摩滅する一方でストランドを保護するという点で、コアは「犠牲コア」として作用する。

更に好ましい実施形態では、コアの外部フィラメントは、６００ＨＶ以下であるビッカース硬さを有する。コアの外部フィラメントは、５７５ＨＶ以下、又は更に５５０ＨＶ以下である場合に一層より好ましい。コアの外部フィラメントの硬さは、コアの過度の摩耗を防ぐために４００ＨＶより高いことが好ましい。コアの内部フィラメントも、６００又は更に５７５ＨＶ以下であるビッカース硬さを有してもよい。

それと対照的に、ストランドの内部及び外部フィラメントは、６００ＨＶを超える、又は更に６５０を超える、又は更に７００ＨＶより高いビッカース硬さを有してもよい。

更により好ましい実施形態では、複数のストランドは、以下の２つの群に分割される。
・コアの周りに撚り合わせた５～８本の中間ストランド。
・６～１２本の外部ストランド、前記外部ストランドは、前記中間ストランド上に撚り合わせる。
それによって外部ストランドが前記中間ストランド上に撚り合わされる撚り長さ及び／又は方向は、それによって中間ストランドがコアを中心に撚り合わされる撚り長さ及び／又は方向と異なることが可能である。別法として、中間ストランド及び外部ストランドは、同じ撚り長さ及び方向でコアの周りに撚り合わせることができ、それによって単一の撚りロープを形成する。

コアの外部フィラメントのビッカース硬さ数は、ストランドの外部フィラメントのビッカース硬さ数より少なくとも５０ＨＶ低くなければならないという要件に加えて、外部ストランドの外部フィラメントのビッカース硬さ数は、中間ストランドの外部フィラメントのビッカース硬さ数より少なくとも４０ＨＶ高くなければならないという要件がある。

換言すると、コアの外部フィラメントのビッカース硬さは、中間ストランドの外部フィラメントのビッカース硬さより低く、次に中間ストランドの外部フィラメントのビッカース硬さは、外部ストランドの外部フィラメントより低いビッカース硬さを有する。従って鋼ワイヤロープ内で最も硬いフィラメントは、鋼ワイヤロープの外側であることがわかる。

更に好ましい実施形態では、コアの外部フィラメントの鋼は、０．８０重量％未満の炭素、又は更に０．７０重量％未満の炭素、例えば０．６５重量％未満の炭素である炭素量を有する。コアの内部フィラメントも、０．８０、０．７０、又は０．６５重量％未満の炭素である炭素量を有してもよい。

しかし炭素量は、より低い硬さの外部ワイヤと組み合わせると、これはコア全体の早期の不良を生じるはずであるので、低過ぎることはあり得ない。従って炭素量は、コアの全てのフィラメントに対して０．６０重量％以上の炭素であるべきである。

更に好ましい実施形態では、中間ストランドであるストランドは、０．８０重量％未満の炭素を備える鋼から作成した鋼フィラメントを有する一方で、外部ストランドの鋼フィラメントは、０．８０重量％以上の炭素、例えば０．８５重量％以上の炭素、又は更に０．９０重量％以上の炭素を備えた鋼から作成した鋼フィラメントを有する。特に好ましい実施形態は以下の通りである。
・コアの内部及び外部鋼フィラメントは、０．７０重量％未満である炭素量を備えた鋼から作成する。
・中間ストランドの内部及び外部鋼フィラメントは、０．７０重量％以上、及び０．８０重量％未満である炭素量を備えた鋼から作成する。
・外部ストランドの内部及び外部鋼フィラメントは、０．８０重量％以上である炭素量を備えた鋼から作成する。

改良した実施形態では、中間ストランドの内部及び外部鋼フィラメントの鋼は、外部ストランドの内部及び外部フィラメントと等しく、０．８０重量％以上の炭素である炭素量を有する。

鋼の炭素量及び鋼ワイヤに与えられた真伸び率の程度は、鋼フィラメントの引張強度の大部分を決定する。それ故により好ましい実施形態では、コアの内部及び外部鋼フィラメントは、２０００Ｎ／ｍｍ^２未満、好ましくは更に１９００Ｎ／ｍｍ^２、又は更に１８００Ｎ／ｍｍ^２未満である引張強度を有する。コア内の引張強度が９００Ｎ／ｍｍ^２より低いことは推奨されない。対照的に、ストランドの内部及び外部フィラメントは、鋼ワイヤロープに十分な強度を与えるために、２０００Ｎ／ｍｍ^２以上である引張強度を持たなければならない。

ワイヤの「引張強度」とは、ワイヤの破断荷重をフィラメントの垂直断面積（ｍｍ^２で表す）で割った割合（Ｎで表す）を意味する。引張強度は、好ましくは鋼ワイヤロープに組み込む前に鋼フィラメントに基づいて決定される。しかしこれが可能であるはずがない場合、鋼フィラメントは、鋼ワイヤロープから解くことができ、引張強度は、変形したワイヤに基づいて決定することができる。解いて獲得した結果は、変形していないフィラメント内のフィラメントの結果より約－５％～０％になる。

尚更に好ましい実施形態では、中間ストランドの内部及び外部鋼フィラメントは、２７００Ｎ／ｍｍ^２未満、又は更に２６００Ｎ／ｍｍ^２未満である引張強度を有する。

最終的に好ましい実施形態では、外部ストランドの内部及び外部鋼フィラメントは、２６００Ｎ／ｍｍ^２以上である引張強度を有する。一層より好ましい実施形態は、外部ストランドの外部鋼フィラメントの引張強度が２７００Ｎ／ｍｍ^２以上である場合である。鋼フィラメントの引張強度は、これが脆いワイヤをもたらすことがあるので、３５００Ｎ／ｍｍ^２を超えないことが好ましい。

本発明の第２の態様によれば、被覆鋼ワイヤロープが記載されて主張されている。被覆鋼ワイヤロープは、記載されたような１本の鋼ワイヤロープ及び鋼ワイヤロープの周囲を囲むポリマジャケットを含む。被覆鋼ワイヤロープの断面は円形であることが好ましい。

本発明の第３の態様によれば、吊上用途に使用するためベルトが提供されている。ベルトは、記載されたような複数の鋼ワイヤロープ及びポリマジャケットを含む。ポリマジャケットは、隣合った関係の複数の鋼ワイヤロープを包んで保持する。好ましくは、ベルトの断面は長方形である。ベルトは平坦なベルト、ベルトの長さ寸法に実質的に垂直な方向に歯を有する歯付きベルト、又はベルトの長さに沿って溝を備えた溝付きベルトであってもよい。

鋼ワイヤロープのように、最も硬いフィラメントはロープの外側に見出すことができ、これは、外部フィラメントが滑車に接触するので、外部フィラメントは柔軟であるべきである公知の慣行に矛盾し、その上を鋼ワイヤロープが走る滑車に何らかの保護が必要である。ポリマジャケットは、外部ストランドの硬い外部フィラメントとその上をベルト又は被覆エレベータロープが走る滑車との間の緩衝材として機能する。

被覆鋼ワイヤロープ又はベルトのジャケット材料は、好ましくはエラストマとも呼ばれる弾性ポリマである。エラストマは、そのガラス転移温度より高い時に粘度と弾性特性を組み合わせる。ジャケット材料は、例えば熱可塑性又は熱硬化性エラストマポリマから作成することができる。

熱可塑性ポリマの非限定例は、スチレンブロック共重合体、ポリエーテル・エステルブロック共重合体、熱可塑性ポリオレフィン・エラストマ、熱可塑性ポリウレタン及びポリエーテル・ポリアミドブロック共重合体である。

好ましい実施形態では、ジャケットは、エーテル系ポリウレタン、エステル系ポリウレタン、エステル・エーテル系ポリウレタン、炭酸塩系ポリウレタン又はそれらのあらゆる組合せに基づいた熱可塑性ポリウレタン・エラストマを含む。特に好ましい熱可塑性ポリウレタン・エラストマは、国際公開第２０１８／０１５１７３号パンフレットに開示されている。

熱硬化性（又は熱硬化性）弾性ポリマは、ポリイソプレン、クロロプレン、スチレン・ブタジエン、ブチルゴム、ニトリル及び水素化ニトリルゴム、ＥＰＤＭなどのゴムが最も顕著なゴムである。

好ましくは、被覆鋼ワイヤロープ又はベルトのジャケットは、１つ又は複数の鋼ワイヤロープの周りにポリマを押出加工することにより適用される。少なくとも外部ストランドの間、好ましくは中間ストランドまでポリマを貫通させるために注意を払わなければならない。最も良いのは、鋼ワイヤロープがコア及びコアの内部フィラメントまで完全に貫通する場合である。好ましくは、鋼ワイヤロープは、ポリマと鋼フィラメントとの間を接着させるために接着剤で被覆される。

本発明の第４の態様によれば、上の実施形態のいずれか１つに記載の被覆鋼ワイヤロープを生成するための方法が記載されて主張されている。方法は、以下のステップを含む。
・普通炭素鋼成分を有する１つ又は複数の鋼ワイヤロッドを提供すること。複数の鋼ワイヤロッドが使用される場合、異なる鋼ワイヤロッドは、最終フィラメントが鋼ワイヤロープ内に置かれる場所に依存して、異なる炭素クラスに属してもよい。
・中間鋼ワイヤの直径を有する１つ又は複数の中間鋼ワイヤに前記ワイヤロッドを引き抜くこと。異なる中間鋼ワイヤは、最終フィラメントに達するために硬さの機能に必要であることがある。硬さの次に、これも最終フィラメントの引張強度に影響を及ぼす。
・中間鋼ワイヤをパテンティングすること。これは、更にワイヤを引き抜くことができるために、好ましい金属組織構造を復元するためである。
・中間鋼ワイヤをコアの内部フィラメント又は外部フィラメント、並びにストランドの内部フィラメント又は外部フィラメントに引き抜くこと。
・コアを作成するために、コアの内部フィラメント又は外部フィラメントを撚り合わせることにより組み立てること、ストランドを形成するためにストランドの内部フィラメント及び外部フィラメントを撚り合わせることにより組み立てること。これは、配線すること又は集積することによって実行することができる、それ自体が当業者に公知であるステップである。
・コア及び複数のストランドを撚り合わせることにより鋼ワイヤロープに組み立てること。これは、配線すること、又はそれほど好ましくないものの、集積することによって行われる。
・鋼ワイヤロープを囲むポリマジャケットで鋼ワイヤロープを被覆すること。これは、鋼ワイヤロープの周りにポリマジャケットを押出加工により、続いて恐らく熱硬化性ポリマの場合にポリマを硬化することによって行われる。
方法についての特徴は、コアの内部フィラメント及び外部フィラメントの鋼が、２．８５未満の真伸び率を受けていることである。一層より好ましいのは、適用した真伸び率が２．５０未満、又は更に２．３０未満、又は２．００未満であった場合である。

方法の更に好ましい実施形態では、複数のストランドは、中間ストランドと外部ストランドに分割される。５～８本の中間ストランド及び６～１２本の外部ストランドが存在する。中間ストランドはコアストランドの周りに撚り合わせ、外部ストランドは中間ストランドの周りに撚り合わせる。中間ストランドの内部及び外部フィラメントの鋼は、２．８５未満の真伸び率で引き抜かれ、外部ストランドの内部及び外部フィラメントの鋼は、２．８５以上の真伸び率で引き抜かれる。

方法の次の好ましい実施形態では、複数のストランドは、中間ストランドと外部ストランドに分割される。５～８本の中間ストランド及び６～１２本の外部ストランドが存在する。中間ストランドはコアストランドの周りに撚り合わせ、外部ストランドは中間ストランドの周りに撚り合わせる。中間ストランドの内部及び外部フィラメントの鋼は、２．８５以上の真伸び率で引き抜かれ、外部ストランドの内部及び外部フィラメントの鋼は、２．８５以上、恐らく更に３．００を超える真伸び率で引き抜かれる。

具体的にはエレベータロープとして適切な、本発明による被覆鋼ワイヤロープの例示的構成を示す。 クレーン上に使用するように設計された、本発明による被覆鋼ワイヤロープの例示的構成を示す。 エレベータに使用するためのベルトの例示的構成を示す。

図１は、本発明による被覆鋼ワイヤロープの断面を示す。被覆鋼ワイヤロープは、ポリマジャケット１８０内に包まれて覆われた鋼ワイヤロープ１１０を含む。ポリマジャケット１８０は、鋼ワイヤロープ１１０を完全に囲む。鋼ワイヤロープ１１０は、コア１２０並びにコア１２０の周りに撚り合わせる複数のストランド１４０、１４０’、…、及び１６０、１６０’、…から構成される。コアは、単一の内部フィラメント１２２及び６本の外部フィラメント１２４を含む。中間ストランド１４０も、６本の外部フィラメント１４４に囲まれた内部フィラメント１４２を有する。外部ストランド１６０は、７本の内部フィラメント１６２及び１２本の外部フィラメント１６４を有する。外部ストランドは、ウォーリントン幾何形状を有する。外部フィラメントは、ストランドの外周に据えられ、それによって内部フィラメントを被覆する。

ポリマジャケット１８０は、エステルポリオール系ポリウレタン、例えばＢＡＳＦから入手可能なＥＬ１１９０で作成される。ポリマジャケット１８０は、鋼ワイヤロープの周りに押出加工される。押出加工中は、エラストマがコアワイヤ１２２まで鋼ワイヤロープを完全に貫通させるように注意が払われる。

図１のワイヤロープの詳しい構成は、以下の公式にまとめることができる。
｛［（０．３４＋６ｘ０．３１）_{１０．０Ｚ}＋６ｘ（０．２５＋６ｘ０．２５）_{１０．０Ｓ}］_２０Ｚ＋７ｘ（０．３４｜６ｘ０．３１｜６ｘ０．３３｜６ｘ０．２５）_２０Ｓ｝_４５Ｚ
カッコは、アセンブリの異なるレベルを示した。１つのカッコのレベル内の全ての要素は、１つの配線操作で組み合わされる。

小数点の付いた数は、フィラメントの直径（単位ｍｍ）を指す一方で、整数はフィラメントの数を示す。下付きは、それらの撚り方向を含む撚り長さであり、それによってそれぞれのストランドのフィラメントは一緒に撚り合わされる。

コアの外部フィラメントは、０．３１ｍｍの直径を有し、中間ストランドの外部フィラメントは、０．２５の直径を有する。外部ストランドの外部フィラメントは、０．３３ｍｍ及び０．２５ｍｍの直径を有する。

異なるフィラメントの特性は、表Ｉにまとめられている（フィラメントはストランドの内側から外側の順である）。

ビッカース硬さは、ＩＳＯ６５０７－１（２０１８年版）に即して、５００グラム重量の押込み力を１０秒間加えて測定した。特定の層内の全てのフィラメントが測定されて平均された。炭素量は、通常鋼ワイヤロッドの分野で特定されるような下部クラス限度である。引張強度は、破断荷重（単位Ｎ）を決定すること、及びそれを鋼フィラメントの断面積（単位ｍｍ^２）で割ることによって真っ直ぐなワイヤ上で測定される。

確認できるように、コアの外部フィラメント０．３１ｍｍは、中間ストランドの０．２５の外部フィラメントと接触する。それぞれ５２４ＨＶと６１３ＨＶであるビッカース硬さ数の差は５０ＨＶを超え、正確には８９ＨＶである。

コアの外部及び内部フィラメントは、どちらも中間ストランドの外部フィラメントに比べて柔らかく、前者は６００ＨＶ未満の硬さを有する一方で、後者は６００ＨＶを超える硬さを有する。中間ストランドの外部フィラメントは、６００ＨＶを超えるビッカース硬さを有する。

外部ストランドの外部フィラメント０．３３ｍｍ及び０．２５ｍｍは、中間ストランドの外部フィラメントのビッカース硬さより４０ＨＶを超えるビッカース硬さを有する。

コアの外部フィラメントは、内部フィラメントと同様に０．７０クラスからなるので、０．８０％Ｃ未満の炭素量を有する。

コア及び中間ストランドの全てのフィラメントは、０．８０ｗｔ％Ｃ未満を含む鋼から作成される一方で、外部ストランドの内部及び外部フィラメントは０．８０ｗｔ％Ｃ超を含む。

コアの内部及び外部フィラメントが受けている真伸び率は、１．６１及び１．７９であり、これは限度の２．８５より十分に低い。中間ストランドの内部及び外部フィラメントは、限度の２．８５より低い２．６９の真伸び率を受けている。外部ストランドの内部フィラメント０．３４及び０．３１は、それぞれ３．０５及び３．２３の真伸び率を受けている一方で、０．２５及び０．３３の外部フィラメントは、それぞれ３．２０及び３．１１の真伸び率を受けており、これらは限度の２．８５より十分に高い。

コアの内部（１７９１Ｎ／ｍｍ^２）及び外部（１８５７Ｎ／ｍｍ^２）フィラメントの引張強度は、２０００Ｎ／ｍｍ^２より十分に低い。中間ストランドの内部及び外部フィラメントの引張強度は、２０００Ｎ／ｍｍ^２より高いが２６００Ｎ／ｍｍ^２より低い（２３１５Ｎ）。外部ストランドの内部及び外部フィラメントの引張強度は、常に２６００Ｎ／ｍｍより高く、正確には２７４２（０．３４ｍｍ）、２８６５（０．３１ｍｍ）、２６９６（０．２５ｍｍ）及び２７８２（０．３３ｍｍ）Ｎ／ｍｍ^２）である。外部ストランド内の強度がより高いことにより、３１ｋＮであるロープ全体に対する総破断荷重がかなり高いことが確実である。

金属工業では、硬さ測定は鋼の引張強度と相互に関係するとよく言われるが、これは鋼の低い範囲内、例えば２０００Ｎ／ｍｍ^２未満で、且つ非冷間加工した鋼に対して例えば異なる炭素量を有する鋼の範囲内でのみ有効である。ＩＳＯ１８２６５及びそこに与えられた警告を参照されたい。

現在エレベータに使用している鋼ワイヤロープは、６００ＨＶを超える硬さを有するフィラメントを使用しないと発明者らは述べている。異なる硬さ、異なるグレードの真伸び率、異なる炭素量又は異なる引張強度の使用は、鋼ワイヤの設計の分野では一般的ではないことにも発明者らは気づいている。一般的な分野のロープでは、使用するワイヤの引張グレードは、常に２０００Ｎ／ｍｍ^２未満である。いかなる場合も、名目上引張グレードのロープの数は１又は２に限定される。いわゆるデュアル引張グレードは、例えばＩＳＯ４３４４の通りにグレード１３７０／１７７０のロープに対して２０００Ｎ／ｍｍ^２未満の引張強度に全てが限定される。その上一般的な分野のロープは、外部ストランドの外部フィラメントとして最低引張のフィラメントを有する一方で、最高引張のフィラメントは、コア及びロープの内部に据えられる。

同じ構造及び作りの比較実施形態では、中径Ｄ２及び炭素量のみが変わった（表ＩＩ参照）。

コアの外部フィラメントと中間ストランドの外部フィラメントとの間の硬さの差は５０ＨＶ未満であるので、本発明の条件を満たさない。

隠蔽フィールドテストは、エレベータ内の被覆鋼ワイヤロープのロープＩ及びロープＩＩの両方で行った。使用したロープの断面は、明らかにロープＩのコアの外部フィラメントが（予想通りに）摩耗の増加を示すが、ロープＩの疲労寿命は、ロープＩＩの疲労寿命と同じように良くなる一方で、残りの破断荷重が改善した。

図２は、鋼ワイヤロープ２１０及び円形断面を有するポリマのジャケット２８０から構成される、クレーンロープの適用のために設計される被覆鋼ワイヤロープ２００を示す。ロープは、６本の外部フィラメント２２４で囲まれた１本の内部フィラメント２２２から構成されるコア２２０を含む。コア２２０は１８本のストランドによって囲まれ、ストランドは、コア２２０を直に囲む６本の中間ストランド２４０と１２本の外部ストランド２６０、２７０に分割することができる。中間ストランドは、同様に６本の外部フィラメント２４４によって囲まれた１本の内部フィラメント２４２を含む。１２本の外部ストランドは、６本の小径のストランド２７０及び６本の大径のストランド２６０から構成される。やはり外部ストランドも、その周りに６本の外部フィラメント２６４、２７４が撚り合わされる内部フィラメント２６２、２７２から構成される。コア及び全てのストランドは、１つの閉鎖操作において一緒に撚り合わせ、すなわち全てのストランドは同じ撚り長さ及び撚り方向を有する。６本の小径のストランド２７０及び６本の大径のストランド２６０の直径は、ストランドのウォーリントンアセンブリを形成するように選択される。鋼ワイヤロープは、好都合には（１９ｘ７）Ｗと指定することができる。鋼ワイヤロープは、鋼ワイヤロープの周りに押出加工される、ポリウレタン・エラストマ被覆２８０を更に備える。

詳細には、鋼ワイヤロープの作成は以下のように書くことができる。

全てのワイヤは、フィラメント１キログラム当たり約１５グラムの重量の亜鉛を持つ薄い溶融メッキで亜鉛メッキされる。

フィラメントの詳細は表ＩＩＩに示されている。

中間層の外部フィラメントと接触するコアの外部フィラメントは、７５ＨＶビッカース硬さポイントだけ低い。その上、コアの全てのフィラメントは、６００ＨＶポイント未満のビッカース硬さを有する。

被覆前の鋼ワイヤロープは、８．１ｍｍの直径を有し、被覆後の８．５ｍｍの直径はポリウレタンを含む。被覆鋼ワイヤロープは、１メートル当たり２７０グラムの重量及び約７０ｋＮの破断荷重を有する。

図３は、ポリマジャケット３８０により包まれて平行に保持された、４本の鋼ワイヤロープ３０２から構成されたベルト３００を示す。鋼ワイヤロープ３０２は、以下の公式で構築された（１９ｘ７）Ｗからなる。

鋼ワイヤロープ３０２は、４．８ｍｍの直径、２７ｋＮの破断荷重、及び１メートル当たり９２グラムの線密度を有する。ベルトは、７ｍｍの厚さ及び２６ｍｍの幅を有する。

フィラメントは、以下の特性を有する（表ＩＶ）。

コアの外部フィラメントは、中間ストランドの外部フィラメントのビッカース硬さより５５ＨＶ低いビッカース硬さを有する。

Claims (17)

1. 吊上用途に使用するための鋼ワイヤロープであって、前記鋼ワイヤロープはコア及び前記コアの周りに撚り合わせた複数のストランドを含み、前記コア及びそれぞれの前記ストランドは、一緒に撚り合わせた内部及び外部鋼フィラメントを含み、前記外部鋼フィラメントは、前記コア及びストランドを半径方向外方に据え、前記鋼フィラメントの前記鋼は、引き抜かれた普通高炭素鋼であり、
   前記コアの前記外部鋼フィラメントは、前記ストランドの前記外部鋼フィラメントの平均ビッカース硬さより、少なくとも５０ＨＶ低い前記平均ビッカース硬さ数を有し、前記ビッカース硬さは、５００グラム重量の押込み力を１０秒間加えて測定し、前記平均は、前記鋼フィラメントの垂直断面で１０個の測定点で取ることを特徴とする、鋼ワイヤロープ。
2. 前記コアの前記外部フィラメントは、６００ＨＶ未満であるビッカース硬さ数を有する、請求項１に記載の鋼ワイヤロープ。
3. 前記コアの前記内部フィラメントは、６００ＨＶ未満であるビッカース硬さ数を有する、請求項２に記載の鋼ワイヤロープ。
4. 前記ストランドの前記外部フィラメントは、６００ＨＶ以上であるビッカース硬さ数を有する、請求項１～３のいずれか一項に記載の鋼ワイヤロープ。
5. 前記複数のストランドは、５～８本の中間ストランド及び６～１２本の外部ストランドを含み、前記中間ストランドは前記コアの周りに撚り合わせ、前記外部ストランドは前記中間ストランド上に撚り合わせ、前記外部ストランドの前記外部フィラメントは、前記中間ストランドの前記外部フィラメントのビッカース硬さ数より４０ＨＶ以上高いビッカース硬さ数を有する、請求項１～４のいずれか一項に記載の鋼ワイヤロープ。
6. 前記コアの前記外部フィラメントの前記鋼は、０．８０重量％未満である炭素量を有する、請求項１～５のいずれか一項に記載の鋼ワイヤロープ。
7. 前記コアの前記内部フィラメントの前記鋼は、０．８０重量％未満である炭素量を有する、請求項６に記載の鋼ワイヤロープ。
8. 前記複数のストランドは、５～８本の中間ストランド及び６～１２本の外部ストランドを含み、前記中間ストランドは前記コアの周りに撚り合わせ、前記外部ストランドは、前記中間ストランド上に撚り合わせ、前記中間ストランドの前記内部フィラメント及び前記外部フィラメントの前記鋼は、０．８０重量％未満の炭素を含み、前記外部ストランドの前記内部フィラメント及び前記外部フィラメントの前記鋼は、０．８０重量％以上の炭素を含む、請求項６又は７に記載の鋼ワイヤロープ。
9. 前記複数のストランドは、５～８本の中間ストランド及び６～１２本の外部ストランドを含み、前記中間ストランドは前記コアの周りに撚り合わせ、前記外部ストランドは、前記中間ストランド上に撚り合わせ、前記中間ストランドの前記内部フィラメント及び前記外部フィラメントの前記鋼は、０．８０重量％以上の炭素を含み、前記外部ストランドの前記内部フィラメント及び前記外部フィラメントの前記鋼は、０．８０重量％以上の炭素を含む、請求項６又は７に記載の鋼ワイヤロープ。
10. 前記コアの前記内部フィラメント及び前記外部フィラメントは、２０００Ｎ／ｍｍ^２未満である引張強度を有し、前記複数のストランドの前記内部フィラメント及び外部フィラメントは、２０００Ｎ／ｍｍ^２以上である引張強度を有する、請求項１～９のいずれか一項に記載の鋼ワイヤロープ。
11. 前記複数のストランドは、５～８本の中間ストランド及び６～１２本の外部ストランドを含み、前記中間ストランドは前記コアの周りに撚り合わせ、前記外部ストランドは、前記中間ストランド上に撚り合わせ、前記中間ストランドの前記内部フィラメント及び前記外部フィラメントは、２６００Ｎ／ｍｍ^２未満である引張強度を有する、請求項１０に記載の鋼ワイヤロープ。
12. 前記複数のストランドは、５～８本の中間ストランド及び６～１２本の外部ストランドを含み、前記中間ストランドは前記コアの周りに撚り合わせ、前記外部ストランドは、前記中間ストランド上に撚り合わせ、前記外部ストランドの前記内部フィラメント及び前記外部フィラメントは、２６００Ｎ／ｍｍ^２以上である引張強度を有する、請求項１０又は１１に記載の鋼ワイヤロープ。
13. 請求項１～１２のいずれか一項に記載の１本の鋼ワイヤロープ及び前記鋼ワイヤロープの周囲を囲むポリマジャケットを含む、吊上用途に使用するための被覆鋼ワイヤロープ。
14. 請求項１～１２のいずれか一項に記載の複数の鋼ワイヤロープ及びポリマジャケットを含む吊上用途に使用するためのベルトであって、前記ポリマジャケットは、隣合った関係の前記複数の鋼ワイヤロープを包んで保持する、ベルト。
15. 請求項１～１２のいずれか一項に記載の鋼ワイヤロープを生成するための方法であって、以下のステップ、すなわち
    普通炭素鋼成分を有する１つ又は複数の鋼ワイヤロッドを提供することと、
    中間鋼ワイヤの直径を有する１つ又は複数の中間鋼ワイヤに前記ワイヤロッドを引き抜くことと、
    前記中間鋼ワイヤをパテンティングすることと、
    前記中間鋼ワイヤを金属被覆で被覆することと、
    前記中間鋼ワイヤを前記コア及び／又は前記ストランドの前記内部フィラメント若しくは外部フィラメントに引き抜くことと、
    前記コアの前記内部フィラメント及び外部フィラメントを撚り合わせることにより前記コアに組み立てること、前記ストランドの前記内部フィラメント及び外部フィラメントを撚り合わせることにより前記ストランドに組み立てることと、
    前記コア及び前記ストランドを撚り合わせることにより鋼ワイヤロープに組み立てることとを含み、
    前記コアの前記内部フィラメント及び前記外部フィラメントの前記鋼は、２．８５未満の真伸び率を受けていることを特徴とする、方法。
16. 前記複数のストランドは、５～８本の中間ストランド及び６～１２本の外部ストランドを含み、前記中間ストランドは前記コアストランドの周りに撚り合わせ、前記外部ストランドは前記中間ストランド上に撚り合わせ、
    前記中間ストランドの前記内部フィラメント及び前記外部フィラメントの前記鋼は、２．８５未満の真伸び率で引き抜かれ、前記外部ストランドの前記内部フィラメント及び前記外部フィラメントの前記鋼は、２．８５以上の真伸び率で引き抜かれることを更に特徴とする、請求項１３に記載の方法。
17. 前記複数のストランドは、少なくとも５～８本の中間ストランド及び少なくとも６～１２本の外部ストランドを含み、前記中間ストランドは前記コアストランドの周りに撚り合わせ、前記外部ストランドは、前記中間ストランド上に撚り合わせ、
    前記中間ストランドの前記内部フィラメント及び前記外部フィラメントの前記鋼は、２．８５以上の真伸び率で引き抜かれ、前記外部ストランドの前記内部フィラメント及び前記外部フィラメントの前記鋼は、２．８５以上の真伸び率で引き抜かれることを更に特徴とする、請求項１３に記載の方法。
    

Images