JP4153471B2 - 操作用ロープ - Google Patents

Description

この発明は、自動車などのコントロールケーブルに好適な操作用ロープに関し、とくに操作用ロープの疲労耐久性の向上にかかわる。

操作用ロープは、屈曲疲労耐久性を向上させるために、金属素線（以下、この明細書において、金属素線を素線と称する。）径を小さくするとともに素線数を多くして、素線の受ける曲げ応力を小さくしている。このため、多数の素線を撚った芯ストランドの周りに、複数の素線を撚った複数の側ストランドを配し、撚り合わせた操作用ロープが実用されている。この操作用ロープとして、撚線時の傷つきを防止するため、締め率が０〜２％程度に撚られ、形付率（操作用ロープの実測外径で、その操作用ロープをほぐしたときの側ストランドのうねり径を除して得られる。）が９５〜１００％程度となるように側ストランドにプレホームを行うと耐疲労性がよいことが知られている。

上記の締め率が小さく形付率の大きい操作用ロープは、回転しないガイドのような、摺動しながら屈曲を受ける部位に使用すると、形くずれが起こり易い。形くずれが生じると、素線が二次曲げ（外圧によって素線がその下の素線層に押し付けられて生ずる局部的曲げ）を受けるため、屈曲疲労耐久性が低くなる。特許文献１には、締め率を４〜１１％、形付率を６５〜９０％とし、大きい締め率で固く撚ることにより形くずれを防止した操作用ロープが提案されている。この締め率が大きく形付率の小さい操作用ロープは、撚りあがった側ストランドには中心方向に締まろうとする力を生じ、形くずれが防止される。このため、素線の二次曲げが起こり難い利点がある。

特許第２６６９７５４号公報

しかしながら従来の操作用ロープは、ロープピッチおよび側ストランドピッチと耐久性との関連について配慮がなされていない。このため、形くずれ防止および素線の二次曲げ防止の効果が十分でなく、過負荷耐久性または繰返しの曲げ耐久性が不十分であった。また、締めすぎによりロープ外周部にバリが発生し相手部品を傷つける問題が生じ易い。
この発明の目的は、ロープピッチおよび側ストランドピッチを最適に設定することにより、過負荷耐久性を著しく向上させた操作用ロープの提供にある。

この発明は、複数本の素線を撚合した芯ストランドの回りに、複数本の素線を撚合した複数の側ストランドを配して撚合してなり、前記芯ストランドの素線、前記側ストランドの素線および芯ストランドに対する側ストランドの撚合方向が、それぞれＺＳＺまたはＳＺＳとした複撚り構造の操作用ロープにおいて、ロープピッチがロープ外径の６倍以上、７倍以下（６〜７倍）とし、側ストランドピッチが、側ストランド外径の７倍以上、１０．５倍以下（７〜１０．５倍）としたことを特徴とする。なお、ロープピッチとは、芯ストランドに側ストランドを撚るときのピッチであり、側ストランドピッチとは、側ストランドの素線の撚りピッチである。

請求項２に記載の操作用ロープは、前記芯ストランドは、芯線の回りに複数本の素線を撚った中間層、および該中間層の回りに複数本の素線を撚った外層の三層構造を有するとともに、３つの層が平行撚りであることを特徴とする。
請求項３に記載の操作用ロープは、前記芯ストランドがウォリントン撚りであることを特徴とする。
請求項４に記載の操作用ロープは、芯ストランドの撚り構造が１９本の素線からなり、前記複数の側ストランドは８本であるとともに各側ストランドの撚り構造が７本の素線からなる。

請求項５に記載の操作用ロープは、操作用ロープの締め率が０％以上、２％以下であることを特徴とする。締め率とは、複数本の素線の各素線外径の操作用ロープの直径方向の総和である計算外径から、操作用ロープの外接円の直径である実測外径を引いた値を該計算外径で除して得られる値の百分率で表される。

この発明の最良の実施形態を、図に示す実施例とともに説明する。

この発明の操作用ロープ（以下、ロープ）１は、図１、図２に示す如く、複数本の素線２０を撚った芯ストランド２の回りを、複数本の素線３０を撚った複数の側ストランド３で包囲し、撚合（複撚り）した構造を有する。この実施例では、芯ストランド２は、１本の素線（芯線）と、その外側（中間）に配した６本の素線２０からなる中間層２Ａと、さらにその外側に配した１２本の素線からなる外層２Ｂとを有し、計１９本の素線２０からなる３層構造となっている。側ストランド３は、１本の素線（芯線）３０の外側に、６本の素線３０を配して撚った２層構造を有する。素線２０、３０の使用材質は、オーステナイト鋼ステンレス鋼線、ＳＵＳ３０４を用いている。

ロープ１は、芯ストランド２の外周に８本の側ストランド３を撚合した構造を有する。芯ストランド２の素線２０、側ストランド３の素線３０および芯ストランド２に対する側ストランド３のロープ１の撚合方向は、それぞれＺ，Ｓ，ＺまたはＳ，Ｚ，Ｓであり、複撚り構造となっている。ロープ１は、ロープピッチを９．５ｍｍ以上、１１．０ｍｍ以下（９．５〜１１．０ｍｍ）に設定してあり、側ストランド３の側ストランドピッチを３．０以上、４．５ｍｍ以下（３．０〜４．５ｍｍ）に設定している。ロープピッチ９．５〜１１．０ｍｍは、ロープ外径の６〜７倍に相当し、側ストランドピッチ３．０〜４．５ｍｍは、側ストランド外径の７〜１０．５倍に相当する。

芯ストランド２は、３層構造の中間層２Ａおよび外層２Ｂが同一方向に撚られた平行撚りとなっている。芯ストランド２に平行撚りを採用する理由は、平行撚りは各層間の素線２０が線接触構造となり、引張力に対する伸びが小さくできるためである。これに対し、中間層２Ａおよび外層２Ｂが逆方向に撚られた交差撚りの場合は、各層間の素線２０が点接触である。このため、各層間の隙間が大きくなり、ロープ１に引張力が加わった場合に、芯ストランド２の伸び（伸長）量が大きく、過負荷耐久性および曲げ耐久性が低下する。

芯ストランド２は、その中心の芯線に直径が０．１７ｍｍの線材を用い、中間層２Ａに直径０．１６ｍｍの線材を用いている。外層２Ｂは、直径０．１７ｍｍの太線２１と、直径０．１３ｍｍの細線２２とを交互に配して平行に撚り合わせたウォリントン撚りとなっている。芯ストランド２をウォリントン撚りとする理由は、芯ストランド２の外周に凹凸を形成して芯ストランド２と側ストランド３との接触面の面圧を高めるためである。これにより、芯ストランド２と側ストランド３との相互滑り移動に要する移動力を高めることができる。この結果、引張力に対する側ストランド３の負荷分担を大きくして、芯ストランド２への負荷分担を軽減させ、芯ストランド２の伸長を低減させることが可能になる。

この実施例では、芯ストランド２は、１９本の素線２０を芯線、中間層２Ａおよび外層２Ｂの３層に撚ってあり、８本の側ストランド３は、７本の素線３０を２層に撚った構造を有する。この構造のロープ１は、過負荷耐久性が高く、自動車用としては、ウインドレギュレータ用ワイヤロープ、スライドドアロック用ワイヤロープ、また建築関係の窓開閉装置用ロープの用途に好適である。

この実施例では、ロープ１は、締め率を概ね２％に設定してある。この理由は、締め率４％では、側ストランド３の外周素線３２の撚合時に、抑え治具の締め付け過ぎによりロープ外周部の素線が強圧縮力を受けて変形し、外周部全体にバリが発生して、相手部品を損傷させる可能性が大きいからである。

図３は、ロープ１の過負荷耐久試験の模式図を示し、測定に使用した多数のサンプルの内のサンプル１〜３の使用を表１に示す。過負荷耐久試験とは、表２に示す如く、ロープ１に２０ｋｇの荷重を負荷して、１５０ｍｍストロークさせた後、５０ｋｇの負荷で２秒間保存するサイクルを繰り返す耐久試験である。図４の（イ）は、ロープ１の多数のサンプルについて、側ストランドピッチの変化と過負荷耐久回数との測定結果を示す特性曲線のグラフであり、図４の（ロ）は、ロープピッチの変化と過負荷耐久回数との測定結果を示す特性曲線のグラフである。

このロープ１の過負荷耐久試験において、この発明の如く、ロープピッチが９．５〜１１．０ｍｍ、側ストランドピッチが３．０〜４．５ｍｍのとき、大幅に過負荷耐久性を向上させることができることが判明する。とくに、ロープピッチが１０．５ｍｍで、ストランドピッチが３．６ｍｍのときに、大幅な過負荷耐久性向上のピークが見られる。

ロープピッチを９．５ｍｍ以上とするのは、これを下回るピッチでは、側ストランド３の浮き上がりが生じて凹凸状となり、一定外径のロープ１が製造できないためである。また、１１．０ｍｍ以下とする理由は、図４の（ロ）に示す如く、このポイントに変曲点があると推測されることによる。これは、図５に示す、ロープ１の繰り返し曲げ耐久試験においても同様な傾向が見られる。

曲げ耐久試験の模式図を図５の（イ）に示し、測定結果を図５の（ロ）、（ハ）に示す。曲げ耐久試験とは、表３に示す如く、２０ｋｇの荷重を負荷して１００ｍｍのストロークで（３０ｃ．ｐ．ｍ．）で、ロープ１の繰り返し曲げを行う試験である。曲げ耐久回数は、サンプル１は９０×１０⁴ 、サンプル２は１７×１０⁴ 、サンプル３は５×１０⁴ であった。すなわち、繰り返し曲げ耐久回数は、以下の順である。
サンプル１ ＞＞＞サンプル２ ＞サンプル３

ここで、芯ストランド２と側ストランド３の接触側（内側）の、素線３０の素線２０の接触側と、その反対側の素線径および側ストランド３（８本）のみの破断荷重を調査すると、表４となる。表４に示す結果より、芯ストランド２と側ストランド３の接触側の、側ストランド素線３の３０は、ロープ１の軸に直交する断面が、サンプル１、２は、明らかに楕円状である。これに対し、サンプル３の断面は概ね円断面である。

これは、側ストランド３の撚りピッチ、ロープピッチの大小、およびそれぞれの撚り方向に起因する。芯ストランド２の素線２０、側ストランド３の素線３０、および芯ストランド２に対する側ストランド３の撚合方向が、ＺＳＺまたはＳＺＳのときは、芯ストランド２と接触側の側ストランド３の素線３０は偏平形状となる。前記撚合方向が、ＺＳＳまたはＳＺＺのときは、その逆となる。すなわち、側ストランド３の内側の素線３０のロープ１の軸に直交する断面積は、つぎのようになっている。
サンプル２＞サンプル１＞＞サンプル３

側ストランド３のみの破断荷重の測定は、図７に示す如く、ウォリントン撚りで外径Φが０．７５ｍｍの芯ストランド２を、芯ストランド２の影響を無くすため、２箇所で切断して行った。側ストランド３（８本）のみの破断荷重は、各サンプルで以下のような関係がある。
サンプル２＜サンプル１＜＜サンプル３
なお、サンプル２の側ストランド３のみの破断荷重が低いのは、側ストランドピッチは２．２５ｍｍで、サンプル３の半分以下（サンプル３は５．５２ｍｍ）であることから、撚りピッチ小とすることにより、隣接線との圧縮変形状態となり低下したものと判断される。

この結果からつぎのことが判明する。
芯ストランド２と側ストランド３との摩擦形態を考えると、荷重を加えると、芯ストランド２と側ストランド３の境界の接触部で滑り移動による擦れ摩耗が始まる。これは、芯ストランド２と側ストランド３との伸び量が大きく異なるからである。そして、芯ストランド２の外側の素線２０と側ストランド３の内側の素線３０とが摩耗する。

かかる場合において、サンプル１とサンプル３とを比較すると、軸直交断面で一方は楕円形状（サンプル１）であるのに対して、他方は概ね円形（サンプル３）で、この断面積はサンプル１の方が大きい。従って、摩耗の激しい繰り返し曲げ耐久において、サンプル１の耐久回数が多い理由は、断面積が楕円形状により大きくなり、接触摩耗に対する摩耗率が低減して耐久性を向上したと判断できる。

一方、同様な楕円形状でありながらサンプル２の耐久回数が少ない理由は、側ストランドの撚りピッチが最小（２．２５ｍｍ）とすることにより、隣接線との圧縮変形状態となり、破断荷重が低下し、その結果、繰り返し曲げ耐久性が低下したものと考えられる。
以上、過負荷耐久試験、繰り返し曲げ試験とに説明上区分したが、耐久性が向上する理由は、これらに区分できるものではなく、前記した現象がいずれの試験においても組み合わされて、その性能を向上させたものである。

過負荷耐久試験、繰り返し曲げ耐久試験のいずれにおいても、耐久性が向上するのは以下の理由による。図６に示す、芯ストランド２と側ストランド３とが接触する側の芯ストランド２の素線２０と側ストランド３の中心線との交差角θは、表５となる。

以上の結果に基づいて、交差角θと過負荷耐久性との関係について、説明する。
イ）サンプル１、２、３の交差角θは、時計回りを＋、逆回りを−とすると、表５に示す如く、以下の順となる。
サンプル１ ＞ サンプル２ ＞ サンプル３
＋２．３度 ＋０．２度 −１．４度

ロ）芯ストランド２と側ストランド３とでは、芯ストランド２の方が伸びが大きいため、荷重が加わると、芯ストランド２が伸びて交差角θを大きくさせる。各サンプル１〜３とも、芯ストランド２は同一仕様である。

ハ）交差角θが大きいと、芯ストランド２と側ストランド３との接触部（芯ストランド２の外周面と側ストランド３の内側面）にて、芯ストランド２の外周面の凹凸と、側ストランド３の内側面の凹凸とが引っかかって軸方向および周方向の滑りを阻止するアンカー効果が生じる。このため、引張力に対する側ストランド３の負荷分担が大きくなる。サンプル１は、側ストランド３の伸びが各サンプル１〜３の内で最も大きい。この結果、ロープ１は、全体（芯ストランド２と側ストランド３と）で負荷を分担させる作用が大きく、過負荷耐久性が向上したと考えられる。

芯ストランド２がウォリントン撚りロープの場合、外周素線が太細線の組み合わせであり、この太線に側ストランド３の内側面が乗る撚合形態となる。このため、芯ストランド２と側ストランド３との接触部の接触面圧が増大するとともに、交差角θが大きいことによるアンカー効果が一層高まる。この結果、側ストランド３への負荷分担が大きくでき、ロープ１全体で負荷を分散させる作用により、過負荷耐久性をさらに向上させることが可能となる。

［実施例の効果］
この実施例では、ロープピッチが外径の６倍以上、７倍以下とし、側ストランドピッチが、側ストランド外径の７倍以上、１０．５倍以下としているため、従来のロープに比較して過負荷耐久性および曲げ耐久性を著しく向上させることができる。芯ストランド２を、芯線、中間層２Ａ、外層２Ｂの三層構造とし、３つの層が平行撚りであると過負荷耐久性の向上に有利である。芯ストランド２がウォリントン撚りであると、さらに過負荷耐久性を向上できる。また、芯ストランド２の撚り構造が１９本の素線２０からなり、側ストランド３は８本であるとともに各側ストランド３の撚り構造が７本の素線からなるロープ１は、操作性が高く実用的である。さらに、ロープ１は、側ストランド３の撚合時にバリが生じることを防止する観点から、締め率を０％以上、２％以下に設定することが望ましい。

操作用ロープの斜視図である。 操作用ロープの正面図および断面図である。 過負荷耐久試験の模式図である。 過負荷耐久試験の結果を示すグラフである。 曲げ耐久試験の模式図および測定結果のグラフである。 芯ストランドの外側と側ストランドの内側との交差状態図である。 芯ストランドを切断したロープの斜視図である。

符号の説明

１ 操作用ロープ
２ 芯ストランド
２０ 芯ストランドの素線
２１ 太線
２２ 細線
２Ａ 中間層
２Ｂ 外層
３ 側ストランド
３０ 側ストランドの素線

Claims (5)

1. 複数本の金属素線を撚合した芯ストランドの回りに、複数本の金属素線を撚合した複数の側ストランドを配して撚合してなり、前記芯ストランドの金属素線、前記側ストランドの金属素線および芯ストランドに対する側ストランドの撚合方向が、それぞれＺＳＺまたはＳＺＳとした複撚り構造の操作用ロープにおいて、ロープピッチがロープ外径の６倍以上、７倍以下とし、側ストランドピッチが、側ストランド外径の７倍以上、１０．５倍以下としたことを特徴とする操作用ロープ。
2. 請求項１において、前記芯ストランドは、芯線の回りに複数本の金属素線を撚った中間層、および該中間層の回りに複数本の金属素線を撚った外層の三層構造を有するとともに、平行撚りであることを特徴とする操作用ロープ。
3. 請求項１または２において、前記芯ストランドは、ウォリントン撚りであることを特徴とする操作用ロープ。
4. 請求項１〜３のいずれか１において、前記芯ストランドは撚り構造が１９本の金属素線からなり、前記複数の側ストランドは８本であるとともに、各側ストランドは撚り構造が７本の金属素線からなることを特徴とする操作用ロープ。
5. 請求項１〜４のいずれか１において、操作用ロープの締め率が０％以上、２％以下であることを特徴とする操作用ロープ。

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