JP3246495U - 繊維ロープ - Google Patents

Abstract

【課題】糸強さの利用率の低下を抑えながら太径化を図ることのできる繊維ロープを提供すること。【解決手段】１２本のストランドが撚り合わされて形成された１２打ち（１×１２打ち）ロープＲ１を１２本用いて構成された繊維ロープＲであって、１２本の１２打ちロープは、２本を引き揃えて一組にして得られる６対の内の３対がＺ撚りに、他の３対がＳ撚りに撚り合わされて形成された組構造（２×６打ち）を有する。【選択図】図１

Description

本考案は、例えば、海上土木工事用等に用いられる繊維ロープに関する。

繊維ロープは、糸（繊維糸）からヤーン、ヤーンからストランド、ストランドからロープというように、各段階で複数の構成要素を集合させて製造される。出願人が良く製造する船舶、海洋用途のロープのサイズは、概ねロープ直径４０～１００ｍｍの範囲に収まり、大型貨物船用途のロープでは直径６０～８０ｍｍの範囲のものが多い。

例えば、直径が７０ｍｍ程度のロープは、直径１ｍｍ前後の細い糸を３０本集合させて直径２～３ｍｍ程度のヤーンを作り、このヤーンを４０本ほど集合させて直径１８ｍｍ程度のストランドを作り、最後に１２本のストランドを編んで１２打ちロープとすることで得ることができる。この１２打ちロープは、ストランド２本を引き揃えて一組にして得られる６対の内の３対がＺ撚りに、他の３対がＳ撚りに撚り合わされて形成された組構造（２×６打ち）を有する。図２（Ａ）及び（Ｂ）は、この１２打ち（２×６打ち）ロープＲ２を示し、符号Ｓはストランドである。

ところで、直径１ｍｍ程度の糸から超太径（直径が２００ｍｍ以上）のロープを製造することを考えた場合、ヤーンを構成する糸の集合数を増やすとしても、ヤーンを作るために用いる装置の仕様等の関係上、５０～６０本程度とするのが限界であり、このとき得られるヤーンの直径は４～４．５ｍｍ程度となる。そのヤーンを集合させてストランドを作り、さらにこのストランドを集合させて例えばロープ径２００ｍｍを実現するには、ヤーンを１７０本くらい集合させてストランドを作る計算になる。

このとき、図２（Ｃ）に示すように、ストランドＳの断面を見るとヤーンＹは同心円状（一つの中心に対して、半径が異なる円で、樹の年輪のように幾層にも囲まれている状態）に並ぶ。また、ストランドＳは複数のヤーンＹを撚り合わせて作るため、ストランドＳにおいて中心のヤーンＹは直線あるいはそれに近い状態に延び、周囲のヤーンＹは螺旋状に延び、内層側のヤーンＹに比べ外層側のヤーンＹはより角度のついた（ストランドＳの軸方向とのなす角度が大きい）螺旋に巻かれることになる。ということは、ストランドＳを構成するヤーンＹの長さは全て同じにはならず、中心のヤーンＹと最外層のヤーンＹとで長さに相当の差異が生じることになる。以上の知見は、ストランドＳを構成するヤーンＹどうしについてのものであるが、同様のことは、ロープを構成するストランドＳどうしについても当てはまり得る。

そして、ロープに張力がかかると、ストランドＳ中のヤーンＹが張力を受けるわけで、長さの異なるヤーンＹを引っ張った場合、短いものが先に切れることから、相対的に短いヤーンＹのグループの集合強度がロープの強度に反映されるといえる。

ここで、実際のロープは高分子化合物の繊維からなり、伸びがあり、この伸びによって、ヤーンＹ間の長さのばらつきによるロープ強度への影響はある程度抑えられる。しかし、ロープが太くなるほど、特に超太径のロープでは、ヤーンＹを集合させる数が相当大きくなるので、ストランドＳの中のヤーン層の列数も大きく増加し、中心と最外層のヤーンＹの長さの差はより広がり、ロープ強度への影響が深刻化する懸念がある。

以下は、スーパー繊維である超高分子量ポリエチレン（ＨＭＰＥ）を原料とするイザナス（登録商標、東洋紡エムシー株式会社製）ＳＫ７７７を使用して作ったロープ（１），（２）のデータである。

［ロープ（１）：ロープ径 ６１ｍｍ］
直径１ｍｍ程度の糸を１８本集合させてヤーンとし、ヤーンを３４本集合させてストランド（断面の層数：５層）とし、ストランドを１２本集合させて１２打ち（２×６打ち）ロープとした。

このロープ（１）の強度は１４２ｔであった。ロープ（１）を構成する総糸数は７３４４本（＝１８×３４×１２）であるので、１４２０００／７３４４≒１９．３、つまり糸１本あたり１９．３ｋｇの「強さ」が発揮される計算になる。

［ロープ（２）：ロープ径 ８６ｍｍ］
直径１ｍｍ程度の糸を２０本集合させてヤーンとし、ヤーンを６６本集合させてストランド（断面の層数：７層）とし、ストランドを１２本集合させて１２打ち（２×６打ち）ロープとした（図２（Ｄ）参照）。

このロープ（２）の強度は２８０ｔであった。ロープ（２）を構成する総糸数は１５８４０本（＝２０×６６×１２）であるので、２８００００／１５８４０≒１７．７、つまり糸１本あたり１７．７ｋｇの「強さ」が発揮される計算になる。

上記ロープ（１），（２）のデータが示すように、同じ糸で同じような作り方でロープを作った場合でも、ロープが太くなるほど、ロープになったときの「発揮される糸の強さ」＝「糸強さの利用率」が低下することが理解される。これがもっと太いロープ、例えば直径２００ｍｍの超太径のロープになると、ロープになったときの糸強さの利用率はより低くなると考えられる。

本考案は上述の事柄に留意してなされたもので、その目的は、糸強さの利用率の低下を抑えながら太径化を図ることのできる繊維ロープを提供することにある。

上記目的を達成するために、本考案に係る繊維ロープは、１２本のストランドが撚り合わされて形成された１２打ち（１×１２打ち）ロープを１２本用いて構成された繊維ロープであって、１２本の１２打ちロープは、２本を引き揃えて一組にして得られる６対の内の３対がＺ撚りに、他の３対がＳ撚りに撚り合わされて形成された組構造（２×６打ち）を有する（請求項１）。

上記繊維ロープにおいて、各ストランドを構成する糸にスーパー繊維を用いることが考えられる（請求項２）。

本願考案では、糸強さの利用率の低下を抑えながら太径化を図ることのできる繊維ロープが得られる。

すなわち、本願の各請求項に係る考案の繊維ロープでは、これを形成するストランドをヤーンの集合体でなく、１２打ち（１×１２打ち）ロープの形にする、即ち１２打ち（１×１２打ち）ロープをストランドに見立ててこれを１２本用いて１２打ち（２×６打ち）のロープとしてあるので、各糸の長さを揃えやすくなり、ひいては糸強さの利用率の低下を抑えながら太径化を図ることができる。

請求項２に係る考案の繊維ロープでは、一般繊維（汎用繊維）を用いる場合に比べ、ロープ径の増大を緩和することができ、取り扱いや収納等の面で不都合を生じ難くすることができる。

（Ａ）は本考案の繊維ロープの検証用に作成した試作繊維ロープを正面から撮影した写真、（Ｂ）は前記試作繊維ロープに用いる１２打ち（１×１２打ち）ロープを正面から撮影した写真である。 （Ａ）及び（Ｂ）は従来の繊維ロープの正面図及び縦断面図、（Ｃ）は一般的なストランドの縦断面を概略的に示す説明図、（Ｄ）は上記ロープ（２）を正面から撮影した写真である。

本考案の実施の形態について図面を参照しながら以下に説明する。

まず、本考案の繊維ロープは、ロープでロープを編むようにしたものであり、具体的には以下のようにして製造する。

糸を複数本集合させて（撚り合わせて）ヤーンとし、ヤーンを複数本集合させて（撚り合わせて）ストランドとし、ストランドを１２本集合させて（撚り合わせて）１２打ち（１×１２打ち）ロープとし、この１２打ちロープをストランドに見立て１２本を編んでさらに１２打ち（２×６打ち）ロープにする。ストランドに見立てた１２本の１２打ち（１×１２打ち）ロープを編んで１２打ち（２×６打ち）ロープにする際は、１２打ち（１×１２打ち）ロープの２本を引き揃えて一組にして得られる６対の内の３対がＺ撚りに、他の３対がＳ撚りに撚り合わされて形成された組構造（２×６打ち）を有するようにする。

また、上記製造方法においてヤーンを作るために集合させる糸の本数、ストランドを作るために集合させるヤーンの本数は、それぞれ製造しようとする繊維ロープの仕様等に応じて適宜に決めればよく、直径が２００ｍｍ～３００ｍｍといった超太径のロープを製造する場合には、糸の本数、ヤーンの本数はそれぞれ数十本程度とすることが考えられる。

本考案の繊維ロープには、上述のイザナスのようなＨＭＰＥ（超高分子量ポリエチレン）繊維、ＬＣＰ繊維、アラミド繊維等のスーパー繊維を用いるのが好ましい。超太径の繊維ロープを製造する場合、一般繊維（汎用繊維）を使うとロープ径が太くなりすぎ、取り扱いや収納に支障を来すことが多くなるが、強度の高いスーパー繊維を使えばロープ径の増大の緩和を図ることができる。スーパー繊維としては、約２ＧＰａ以上の引張強度を持ち、弾性率が約５０ＧＰａ以上の繊維を用いることが考えられる。

図１（Ａ）は本考案の繊維ロープの検証用に作成した試作繊維ロープＲを示す。この試作繊維ロープＲは、直径１ｍｍ程度の糸（ＨＭＰＥイザナスＳＫ７７７）を４０本集合させてストランドとし、ストランドを１２本集合させて（撚り合わせて）１２打ち（１×１２打ち）ロープＲ１（図１（Ｂ）参照）とし、この１２打ちロープをストランドに見立て１２本を編んでさらに１２打ち（２×６打ち）ロープにして製造した。

ここで、１２打ちロープには、図１（Ｂ）に示す１×１２打ちロープＲ１と、図２（Ｄ）に示す２×６打ちロープＲ２とがあり、同じ１２打ちロープでも、ストランドの集合のさせ方の違いによってロープの凹凸度合や丸みの帯び方が変わるのであり、図１（Ｂ）に示す１×１２打ちロープＲ１の方が図２（Ｄ）に示す２×６打ちロープＲ２より、凹凸が減り丸みを帯びた形になっている。本来のヤーンの集合体であるストランドは丸い形をしており、試作繊維ロープＲではそれに近づけるために１×１２打ちロープＲ１を採用している。

出来上がった試作繊維ロープＲは、直径５２ｍｍ、強度は１３３ｔであった。試作繊維ロープＲを構成する総糸数は５７６０本（＝４０×１２×１２）であるので、１３３０００／５７６０≒２３．１、つまり糸１本あたり２３．１ｋｇの「強さ」が発揮される計算になる。

また、図１（Ｂ）に示す１×１２打ちロープＲ１の強度は１２ｔであった。このロープＲ１を１２本集合させて得られるのが試作繊維ロープＲであるので、
強度効率＝（試作繊維ロープＲの強度）／（１２本のロープＲ１の強度の合計）
＝１３３ｔ／（１２ｔ×１２本）
≒０．９２
であり、１×１２打ちロープＲ１をストランドとして試作繊維ロープＲを編んだ場合の強度効率は９２％という高いレベルに収まることが分かる。試作繊維ロープＲの糸１本当たりの強さ（２３．１ｋｇ）が上記ロープ（１）、（２）の強度（１９．３ｋｇ、１７．７ｋｇ）より明らかに高いのは、この高い強度効率によるものと考えられる。

以下、ロープでロープを編むようにした本考案の繊維ロープと、上記ロープ（１）、（２）のような一般的な方法で製造される繊維ロープとの比較検討を行った。

まず、本考案の繊維ロープにはスーパー繊維を用いることが好ましいとしているが、そもそもスーパー繊維は、一般繊維に比べて伸びが少ないので、この伸びによって、ヤーンの長さのばらつきによるロープ強度への影響が抑えられること自体、あまり期待できない。ゆえに、製造過程でいかに糸の長さをそろえるかによって出来上がるロープの強さが随分変わってくる。

本考案の繊維ロープでは、ストランドに見立てた１２本の１２打ち（１×１２打ち）ロープを編んで１２打ち（２×６打ち）ロープにするのであり、例えば径２００ｍｍの繊維ロープを製造する場合、ストランドに見立てる１２打ち（１×１２打ち）ロープは径５０ｍｍくらいとなり、この程度の太さのロープならロープ（１）、（２）のような通常の作り方で製造しても「ロープになった時の糸強さの利用率」は相応に期待することができる。

それに対し、径２００ｍｍの繊維ロープを製造する場合に、通常の作り方でストランドを作ると、ストランド内部のヤーンの長さの差（ばらつき）は相当に大きくなるといえる。ロープ（１）、（２）と同様に、スーパー繊維を用いて通常の作り方でストランドを作り、径２００ｍｍにしたロープ（３）は、典型的には以下のものとなる。

［ロープ（３）：ロープ径 ２００ｍｍ］
直径１ｍｍ程度の糸を５０本集合させてヤーンとし、ヤーンを１４６本集合させてストランド（断面の層数：１１層）とし、ストランドを１２本集合させて１２打ち（２×６打ち）ロープとした。

ここで、上の表１に示されるロープ（１）、（２）のストランドの断面の層の数と糸１本当たり強さとに着目すると、ストランドの断面の層の数が２層増えるごとに糸１本当たり強さが１割低下すると考えられる。そうすると、ストランドの断面の層の数が１１層であるロープ（３）では、糸１本当たり強さは１４ｋｇ程度になると予想される。そして、この場合、総糸数が８７６００本（＝５０×１４６×１２）であるロープ（３）のロープ強さは、
１４ｋｇ×８７６００＝１２２６４００ｋｇ
となり、ゆえに、通常の作り方で径２００ｍｍのロープを作った場合、強さは約１２２６ｔになると計算（推定）される。

一方、本考案の繊維ロープに使用する１２打ち（１×１２打ち）ロープ（ストランドに見立てるロープ）としては、ロープ（１）、（２）と同じスーパー繊維を用いて製造される以下のロープ（４）が考えられる。

［ロープ（４）：ロープ径 ５６ｍｍ］
直径１ｍｍ程度の糸を２０本集合させてヤーンとし、ヤーンを２７本集合させてストランド（断面の層数：５層）とし、ストランドを１２本集合させて１２打ち（１×１２打ち）ロープとした。

このロープ（４）の強度は１７０ｔであった。ロープ（４）を構成する総糸数は６４８０本（＝２０×２７×１２）であるので、１７００００／６４８０≒２６．２、つまり糸１本あたり２６．２ｋｇの「強さ」が発揮される計算になる。

これをストランドに見立ててロープを編むと、計算上径が２２４ｍｍになってしまい、径２００ｍｍとするにはロープ径を５０ｍｍにしないといけないので、
仮計算 １７０×（５０／５６）／２＝１３５．５
より、径５０ｍｍなら強度は１３５．５ｔの計算値になる。これを１２本合わせて本考案の繊維ロープにすると、
１３５．５×１２＝１６２６ｔ
となるが、前述のように強度効率を考慮すると、
強度効率９０％なら １６２６×０．９＝１４６３ｔ
強度効率８５％なら １６２６×０．８＝１３８２ｔ
となり、太くなると強度効率も落ちると考えられるが、９０％であればもちろん、８５％でも、強度が１２２６ｔである上記ロープ（３）に比べて、強度上の優位性が認められる。

なお、本考案は、上記の実施の形態に何ら限定されず、本考案の要旨を逸脱しない範囲において種々に変形して実施し得ることは勿論である。例えば、ロープでロープを編むようにした本考案の繊維ロープに、スーパー繊維ではなくナイロンやポリエステルなどの汎用繊維を用いてもよく、この場合でも、ロープでロープを編まない一般的な方法で得られる構造の繊維ロープに比して、強度面においてプラスの効果が得られるといえる。

産業上利用可能性

本考案に係る繊維ロープは、大型貨物船等の船舶の他、海洋資源の探査などに用いられる浮遊海上構造物を海底等に係留するための係留ロープや船舶用ロープ、養殖、定置、底曳等の水産漁業用ロープ、陸上用一般ロープ等としても好適に適用される。特に、通常は金属のチェーンが使われており、繊維でできれば、軽量化、作業の安全性、腐食による劣化がない、などメリットが多いことから、洋上風力発電の工事等、海上土木工事用途に好適に適用される。

Ｓ ストランド
Ｒ 試作繊維ロープ
Ｒ１ １２打ち（１×１２打ち）ロープ
Ｒ２ １２打ち（２×６打ち）ロープ
Ｙ ヤーン

Claims (2)

1. １２本のストランドが撚り合わされて形成された１２打ち（１×１２打ち）ロープを１２本用いて構成された繊維ロープであって、
   １２本の１２打ちロープは、２本を引き揃えて一組にして得られる６対の内の３対がＺ撚りに、他の３対がＳ撚りに撚り合わされて形成された組構造（２×６打ち）を有する繊維ロープ。
2. 各ストランドを構成する糸にスーパー繊維を用いてある請求項１に記載の繊維ロープ。