JP4202950B2 - ワイヤロープ及びこれを用いた昇降装置 - Google Patents

Description

本発明は、ワイヤロープ及びこれを用いた昇降装置に係わり、特に、鋼の素線を束ねた素線構造体をより合わせたワイヤロープ、及び、これを用いたエレベータ・クレーン・昇降機などの昇降装置に好適なものである。

ロープは、静索として橋及び建築物などに広く使用されており、動索としてエレベータ、クレーン及び昇降機などの昇降装置に広く使用されている。ロープには、さまざまな種類があり、素線に繊維を用いたもの、鋼を用いたもの、メッキした素線を用いたもの、繊維と鋼の素線の両者を使用したものなどがある。また、素線径、素線数、撚り方も多くの種類がある。例えば、昇降機に使用されているロープの一つは、１９本の鋼の素線を撚り合わせて形成したストランドを麻製の芯に撚り合わせて構成されている。

これらのロープは、静索については主に周囲環境により劣化し、動索については周囲環境による劣化に加えてロープの屈曲や負荷荷重の変化、ロープを掛けている滑車との摩擦などにより劣化する。

さらに、素線が鋼製の場合には、腐食によっても劣化する。腐食により素線が細くなると、素線強度が低下し、断線に至る場合がある。また、動索としてのロープでは、腐食による劣化に加えて、ロープをかけている滑車との摩擦や、ロープの屈曲による素線同士の微小すべり、負荷される荷重の変化により素線が摩耗して断線し、或いはフレッティングにより断線する場合がある。

従来のロープの劣化診断方法としては、目視で素線の断線を診断する方法が行われている（従来技術１）。例えば、昇降機に使用しているロープの場合、ＪＩＳＡ４３０２である昇降機の検査基準に交換基準が定められている。この交換基準によれば、ロープについては、次の４項目を満足しない場合は交換しなくてはならないと規定されている。
（１）素線の破断が平均に分布している場合、１構成より（ストランド）の１よりピッチ内での破断数４以下。
（２）破断素線の断面積が、元の素線の断面積の７０％以下となっているか、又は、さびが甚だしい場合、１構成よりの１よりピッチ内での破断数２以下。
（３）素線の破断が１か所又は特定の撚りに集中している場合、素線の破断総数が１よりピッチ内で６より鋼索では１２以下、８より鋼索では１６以下。
（４）摩耗部分の鋼索の直径が摩耗していない部分の鋼索の直径の９０％以上。

また、素線が鋼製である場合には、磁束を用いたロープの劣化診断が行われている（従来技術２）。磁束を用いたロープの劣化診断には、漏洩磁束法、全磁束法がある。漏洩磁束法とは、ロープを磁化させたときに漏れる磁束を検出し、ロープの劣化を診断するものであり、素線に断線があった場合、そこから漏れる磁束を検出して断線を検出するものである。一方、全磁束法とは、ロープを磁化させてロープ内の磁束の総量変化を検出し、ロープの劣化を診断するものであり、腐食や摩耗などのある一定の広がりを持った劣化の検出を行うものである。

また、ロープの劣化診断方法として、特開２００１−３０２１３５号公報（特許文献１）に示されたものがある（従来技術３）。このロープの劣化診断方法は、荷重支持部材として屈曲が繰り返し作用する箇所に使用される方法であり、ロープは各ストランド内に光ファイバが配設され、ロープの一端に発光手段を備え、ロープの他端に受光手段を備え、光ファイバ内を通過する透過光量の変化を検出し、その変化に基づいてロープの劣化を判別する方法である。

特開２００１−３０２１３５号公報

しかし、上述した従来技術１の目視によるロープの劣化診断方法では、ロープの使用状態において、ロープの内側の素線に断線がある場合に、断線した素線を確認することが困難であった。そして最近では、ロープの外層を樹脂などで被覆することによって、鋼製の素線の腐食や滑車などとの摩擦の低減を図り、ロープの信頼性を向上することが考えられているが、この場合には素線の劣化を被覆の外側から目視で確認することが全くできないという問題があった。

また、上述した従来技術２の磁束の検出によるロープの劣化診断方法では、外層の素線に囲まれた内層の素線の断線を検出することが難しく、内層の素線が断線した場合でもロープの強度が低下するため、ロープの劣化を確実に診断することが難しいという問題があった。

さらに、上述した従来技術３の光ファイバによるロープの劣化診断方法では、光ファイバ自身が高価であると共に、発光手段、受光手段及び透過光量検出手段などの特別な検出装置が必要になり、これらにより大幅なコストアップを招くという問題があった。

本発明の目的は、外層被覆によるロープの信頼性の向上を図りつつ、安価で確実に且つ早期にロープの劣化診断が可能なワイヤロープ及びこれを用いた昇降装置を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明は、磁束を用いて劣化の検出が行われるワイヤロープにおいて、鋼製の素線を複数条撚り合わせた素線構造体と、前記素線構造体の芯材となる内層構造体と、磁性材からなるパイロット素線を有するパイロット線と、前記素線構造体、内層構造体及び前記パイロット線を被覆する外層被覆と、を備え、前記素線構造体は複数条有すると共に撚り合わせて形成され、前記パイロット線は複数条有すると共に隣接する前記素線構造体の間で且つ前記内層構造体との間に配置された構成としたことにある。

係る本発明のワイヤロープにおいて、より好ましくは次の構成にすることである。
（１）前記外層被覆は前記素線構造体と前記パイロット線と前記内層構造体とで形成される間隙に充填されると共に前記外層構造体の外周面を形成すること。
（２）前記パイロット線は鋼製のパイロット素線とこのパイロット素線を被覆する樹脂製のパイロット被覆とを有して構成されたこと。
（３）前記素線構造体の素線は、径方向に複数層有すると共に、その最外層の素線の撚り角度をその内層側の素線の撚り角度に対して０度より大きく撚り合わせたこと。

また、前記目的を達成するために、本発明は、磁束を用いて劣化の検出が行われるワイヤロープにおいて、鋼製の素線を複数条撚り合わせた素線構造体と、前記素線構造体を被覆する外層被覆と、を備え、前記素線構造体は複数条有すると共に撚り合わせて形成され、前記素線構造体の素線は、径方向に複数層有すると共に、その最外層の素線の撚り角度をその内層側の素線の撚り角度に対して０度より大きく撚り合わせて最外層の素線をパイロット線と兼用した構成としたことにある。

さらに、前記目的を達成するために、本発明は、人や荷物などを昇降させる昇降部と、前記昇降部に接続されたワイヤロープと、前記ワイヤロープを移動させて前記昇降部を上下動させる駆動機構と、前記ワイヤロープの劣化状態を磁束を用いて検出する劣化検出部と、を備えた昇降装置において、前記ワイヤロープは、鋼製の素線を複数条撚り合わせた素線構造体と、前記素線構造体の芯材となる内層構造体と、磁性材からなるパイロット素線を有するパイロット線と、前記素線構造体、内層構造体及び前記パイロット線を被覆する外層被覆と、を備え、前記素線構造体は複数条有すると共に撚り合わせて形成され、前記パイロット線は複数条有すると共に隣接する前記素線構造体の間で且つ前記内層構造体との間に配置され、前記劣化検出部は前記ワイヤロープが屈曲される部分の近傍に設置された構成としたことにある。

さらに、前記目的を達成するために、本発明は、人や荷物などを昇降させる昇降部と、前記昇降部に接続されたワイヤロープと、前記ワイヤロープを移動させて前記昇降部を上下動させる駆動機構と、前記ワイヤロープの劣化状態を磁束を用いて検出する劣化検出部と、を備えた昇降装置において、前記ワイヤロープは、鋼製の素線を複数条撚り合わせた素線構造体と、前記素線構造体を被覆する外層被覆と、を備え、前記素線構造体は複数条有すると共に撚り合わせて形成され、前記素線構造体の素線は、径方向に複数層有すると共に、その外層側の素線の撚り角度を内層側の素線の撚り角度より小さく設定してその外層側の素線をパイロット線と兼用し、前記劣化検出部は前記ワイヤロープが屈曲される部分の近傍に設置された構成としたことにある。

本発明によれば、上述の構成としたことにより、外層被覆によるロープの信頼性の向上を図りつつ、安価で確実に且つ早期にロープの劣化診断が可能なワイヤロープ及びこれを用いた昇降装置を得ることができる。

以下、本発明の複数の実施例について図を用いて説明する。各実施例の図における同一符号は同一物または相当物を示す。本発明は、各実施例に開示した形態に限られるものではなく、本発明に含まれる変更を許容するものである。

本発明の第１実施例を、図１〜図４を用いて説明する。

まず、昇降装置の一例であるエレベータについて図１を参照しながら説明する。図１は本発明の第１実施例に係わるエレベータの構成図である。

本実施例のエレベータ５０は、乗りかご１３、カウンターウェイト１４、駆動機構２０及び磁束検出部１８を備えて構成されている。駆動機構２０は、ワイヤロープ１を移動させて乗りかご１３を上下動するためのものであり、原動機１５、シーブ１６及びそらせ車１７などを備えて構成されている。乗りかご１３は人や荷物などを乗せて昇降させるものであり、カウンターウェイト１４は原動機１５に加わる乗りかご１３の上昇ささせる荷重を低減させるものである。乗りかご１３とカウンターウェイト１４とはワイヤロープ１の両端に固定され、ワイヤロープ１の移動に伴って上下動される。なお、本実施例では、駆動機構２０が原動機１５、シーブ１６及びそらせ車１７などを備えて構成されているが、本発明は、ドラムなどにワイヤロープ１を巻き取る駆動機構などにも適用可能である。

ワイヤロープ１は、鋼製の素線２を束ねた素線構造体４を撚り合わせたものを樹脂製の外層被覆８で被覆して構成されている（図２参照）。この外層被覆８によって、素線２の腐食の抑制、シーブ１６及びそらせ車１７との摩擦による磨耗の低減を図っている。ワイヤロープ１は駆動機構２０に掛けられて支持されている。本図示例では、原動機１５に取り付けられたシーブ１６とそらせ車１７とに掛けられて支持されている。従って、ワイヤロープ１には、乗りかご１３及びカウンターウェイト１４の重量が常に加えられ、運転時に人や荷物の重量がさらに加えられることになる。ワイヤロープ１は、駆動機構２０の駆動機構２０のシーブ１６及びそらせ車１７を通過する際に屈曲され、乗りかご１３が昇降する度にこの屈曲が繰返えされる。これらによって、ワイヤロープ１の劣化が進行され、特に屈曲により劣化の進行が促進される。ワイヤロープ１の劣化は、外層被覆８により内部の素線が見えないために、目視以外の方法で行わなくてはいけない。

本実施例では、磁束を検出する劣化検出部（ロープテスター）１８がシーブ１６の近傍に備えられ（換言すれば、劣化検出部１８が駆動機構３０でワイヤロープ１が屈曲される部分の近傍に設置され）、磁束の検出による劣化の診断を早期に行えるようになっている。この劣化検出部１８は、磁束を用いて劣化診断を行うことによって、外層被覆８により内部が見えないワイヤロープ１の劣化診断を行うことができる。

磁束を用いた劣化診断の方法としては、漏洩磁束法または全磁束法が用いられる。漏洩磁束法は、ワイヤロープ１を磁化させたときに漏れてくる磁束を測定し、劣化を診断する方法であり、断線などのロープの不連続な劣化を検出するのに適している。全磁束法は、ワイヤロープ１を磁化させてワイヤロープ１の磁束が総量としてどれくらい変化しているかを測定し、劣化を診断する方法であり、腐食や摩耗などのある程度の広がりを持って分布する劣化を検出するのに適している。本実施例では、漏洩磁束法が用いられている。なお、本実施例の具体的な劣化診断方法については詳細を後述する。

そして、劣化検出部１８による検出結果は、エレベータ５０の運転を管理する管理室の監視装置や、劣化検出診断を行う者の手元監視装置などに表示され、遠隔監視することができるようになっている。

次に、ワイヤロープ１に関して図２を参照しながら説明する。図２は図１のエレベータに用いるワイヤロープの断面図である。

ワイヤロープ１は、中央部の内層構造体１ａと、その外周部の外層構造体１ｂとを備えて構成されている。内層構造体１ａは素線構造体４を所定の内径で撚り合わせることができるようにするための芯材として機能するものである。外装構造体１ｂはワイヤロープ１としての主要機能である強度を確保するように構成されている。

内層構造体１ａは、樹脂製の芯５と、鋼製の素線を撚り合わせて形成されたストランド６と、樹脂製の内層被覆７と、を備えて構成されている。芯５はワイヤロープ１の最中心部を構成するものである。ストランド６は、内層構造体１ａとしての強度を確保するために設けられ、芯５の外周に沿って延びるように複数条（図示例では５条）設置されている。内層被覆７は、芯５およびストランド６を被覆するように形成され、内層構造体１ａの外周面を形成している。

外装構造体１ｂは、素線構造体４、パイロット線３０及び外層被覆８を備えて構成されている。

素線構造体４は、内層構造体１ａの外周面に複数条（図示例では８条）有すると共に撚り合わされて設けられ、ワイヤロープ１の強度を確保する主要部を構成している。この素線構造体４は、鋼製の素線２と、樹脂製の素線被覆３と、を備えて構成されている。その素線２は、多数条有し、これらを撚り合わせて構成され、ワイヤロープ１全体の強度を殆ど負担するように設定されている。その素線被覆３は、撚り合わされた素線２を被覆するものであり、必要に応じて設けられる。この素線被覆３によって、素線２間の磨耗を低減することができる。

パイロット線３０は、ワイヤロープ１の劣化診断のために用いられるものであり、磁性材である鋼製のパイロット素線９と樹脂製のパイロット素線被覆１０とを備えて構成されている。磁性材のパイロット素線９は光ファイバーと比較して安価である。パイロット線３０は、複数条設けられ、それぞれが素線構造体４に沿って設けられ、素線構造体４と共に撚り合わされている。また、これらのパイロット線３０は、隣接する素線構造体４の間に配置され、ワイヤロープ１が屈曲する際に素線構造体４から面圧が加えられるように設置されている。これによって、パイロット線３０が素線構造体４の素線２よりも早期に劣化が進行されるようになっている。特に、本実施例では、隣接する素線構造体４の間で且つ内層構造体１ａとの間に挟持して設けられているので、ワイヤロープ１が屈曲する際に、素線構造体４から加えられる面圧により、内層構造体１ａの外周面にパイロット線３０が押し付けられることとなり、パイロット線３０の劣化を確実に進行させることができるようになっている。なお、パイロット素線３０は、劣化の目印の素線であり、基本的にはロープの強度分担はしない。

外層被覆８は、内層構造体１ａの外周に設けられ、素線構造体４及びパイロット線３０を被覆してこれらを保護するものである。外層被覆８は素線構造体４とパイロット線３０と内層構造体１ａとで形成される間隙に充填して形成されている。この外層被覆８によって、ワイヤロープ１の劣化を抑制することができる。

ワイヤロープ１は、劣化により素線２が断線すると、その強度が低下するために、交換されなければならないが、エレベータの場合、ワイヤロープ１の残存強度が８０％以下に低下するまでに、交換されなければならない。

隣接する素線構造体４の間は、ワイヤロープ１が引張られたときに、素線構造体４が中心によるので、この位置にパイロット線３０を入れておくことにより、パイロット素線９は両側の素線構造体４から大きな面圧を受けて早期に断線しやすい。このパイロット素線９は、素線２と異なり強度を分担している部材ではないために、断線してもワイヤロープ１の残存強度は殆ど低下しない。

次に、磁束によるワイヤロープ１の劣化診断について図３及び図４を参照しながら説明する。

図３は図１のエレベータ５０における劣化診断の断線検出強度とロープ残存強度との関係を示す特性図である。図３における断線検出強度は、漏洩磁束法による磁束密度の検出量を強度として表したものであり、パイロット素線９の断線数が増えることにより増加するものである。また、ロープ残存強度は、ワイヤロープ１の初期の強度を１００％として表したものである。

パイロット素線９が断線し、その断線数が増えていくと、断線検出強度が増加する。断線検出強度が増加すると、図３に示すように、少しずつロープ残存強度が低下していく。そして、パイロット素線９の断線数が増加した後、素線２の断線が始まると、ロープ残存強度がさらに低下し、ついには素線構造体４が断線するに至り、一気にロープ残存強度が低下する。従って、ワイヤロープ１の断線検出強度を測定することにより、素線構造体４が断線する前にワイヤロープ１の劣化を確実に診断することができる。この磁束を検出する劣化検出部１８による劣化診断は、従来技術３の光ファイバーを用いる劣化診断に比較して安価なものとすることができる。

図３のデータを予め得ておくことにより、ロープ残存強度が使用可能範囲以下になるときの断線検出強度Ｉｃがわかる。例えば、エレベータ５０では、断線残存強度が８０％以下になるまでにワイヤロープ１ｃを交換する必要があるが、ロープ残存強度８０％の断線検出強度Ｉｃが特定できる。従って、エレベータでは、ロープ残存強度が８０％になったときの断線検出強度Ｉｃ（或いは、それより若干小さい断線検出強度）を劣化検出部１８で検出したときにワイヤロープ１を交換すればよい。

図４は図１のエレベータ５０の劣化診断におけるロープ使用時間と断線検出強度の関係を示す特性図である。使用初期は素線２及びパイロット素線９は断線していないので、断線検出強度は０である。エレベータ５０の使用に伴って、少しずつ断線検出強度が増加していく。これはパイロット素線９の断線によるものである。そして、あるところから断線検出強度が著しく増加する。これは、強度を分担する素線２が断線し始めたからである。強度を負担する素線２は、パイロット素線９よりもワイヤロープ１の外側に配置されているために、断線検出強度が大きくなる。断線検出強度が急激に増加する使用時間ｔｍまでは、ワイヤロープ１の残存強度はあまり低下しないので、メンテナンスの回数は少なくて良い。使用時間がｔｍを超えると、ワイヤロープ１の残存強度が大きく低下するために、メンテナンス回数を増加させる必要がある。そして、図３より得られた残存強度が８０％となる断線検出強度Ｉｃまでにワイヤロープ１の交換を行う。

次に、本発明の第２実施例について図５及び図６を用いて説明する。図５は本発明の第２実施例のワイヤロープ１を示す断面図、図６は図５の素線構造体４を構成する素線２の一部を示す側面図である。なお、この第２実施例のワイヤロープ１が用いられるエレベータの構成は、第１実施例と同一であるため、図示及び説明を省略する。

この第２実施例は、以下に述べる通り第１実施例と相違するものであり、その他の点については第１実施例と基本的には同一である。すなわち、この第２実施例は、パイロット線３０を備えておらず、素線構造体４を構成する素線２の撚り合わせ方が第１実施例と相違するものである。

この第２実施例の素線２は、その最外層の素線２ａの撚り角度をその一つ下層の素線２ｂの撚り角度に対して０度より大きい角度θで撚り合わせて構成されている。かかる素線２によれば、ワイヤロープ１の使用時の素線２ａ、２ｂ間の面圧が増加し、最外層素線２ａが断線しやすくなり、パイロット線として機能する。最外層素線２ａは内部の素線２ｂと比較して、磁束による劣化の検出で検出されやすい。このように、最外層素線１１が断線することで、劣化検出部１８で確実に検出することができ、早期にワイヤロープ１の劣化を診断することができる。

なお、この第２実施例の素線構造体４の素線２の構成を第１実施例の素線構造体４の素線２に適用することにより、パイロット線３０の断線の検出による劣化診断に続いて素線構造体４の最外層素線２ａの断線の検出による劣化診断を行うことができる。これによって、劣化の検出精度が向上し、早期に劣化を診断できる。

本発明の第１実施例の昇降装置の構成図である。 図１の昇降装置に用いるワイヤロープの断面図である。 図１のエレベータにおける劣化診断の断線検出強度とロープ残存強度との関係を示す特性図である。 図１の昇降装置の磁束による劣化診断におけるロープ使用時間と断線検出強度の関係を示す特性図である。 本発明の第１実施例の昇降装置に用いるワイヤロープの断面図である。 図５のワイヤロープにおける素線構造体の撚り角を説明する図である。

符号の説明

１…ワイヤロープ、１ａ…内層構造体、１ｂ…外層構造体、２…素線、３…素線被覆、４…素線構造体、５…芯、６…ストランド、７…樹脂構造体、８…外層被覆、９…パイロット素線、１０…パイロット素線被覆、１１…最外層素線、１２…一下層の素線、１３…乗りかご（昇降部）、１４…カウンターウェイト、１５…原動機、１６…シーブ、１７…そらせ車、１８…劣化検出部（ロープテスター）、２０…駆動機構、３０…パイロット線、５０…エレベータ（昇降装置）。

Claims (7)

1. 磁束を用いて劣化の検出が行われるワイヤロープにおいて、
   鋼製の素線を複数条撚り合わせた素線構造体と、
   前記素線構造体の芯材となる内層構造体と、
   磁性材からなるパイロット素線を有するパイロット線と、
   前記素線構造体、内層構造体及び前記パイロット線を被覆する外層被覆と、を備え、
   前記素線構造体は複数条有すると共に撚り合わせて形成され、
   前記パイロット線は複数条有すると共に隣接する前記素線構造体の間で且つ前記内層構造体との間に配置された
   ことを特徴とするワイヤロープ。
2. 請求項１に記載のワイヤロープにおいて、前記外層被覆は前記素線構造体と前記パイロット線と前記内層構造体とで形成される間隙に充填されると共に前記外層構造体の外周面を形成することを特徴とするワイヤロープ。
3. 請求項１に記載のワイヤロープにおいて、前記パイロット線は鋼製のパイロット素線とこのパイロット素線を被覆する樹脂製のパイロット被覆とを有して構成されたことを特徴とするワイヤロープ。
4. 請求項１に記載のワイヤロープにおいて、前記素線構造体の素線は、径方向に複数層有すると共に、その最外層の素線の撚り角度をその内層側の素線の撚り角度に対して０度より大きく撚り合わせたことを特徴とするワイヤロープ。
5. 磁束を用いて劣化の検出が行われるワイヤロープにおいて、
   鋼製の素線を複数条撚り合わせた素線構造体と、
   前記素線構造体を被覆する外層被覆と、を備え、
   前記素線構造体は複数条有すると共に撚り合わせて形成され、
   前記素線構造体の素線は、径方向に複数層有すると共に、その最外層の素線の撚り角度をその内層側の素線の撚り角度に対して０度より大きく撚り合わせて最外層の素線をパイロット線と兼用した
   ことを特徴とするワイヤロープ。
6. 人や荷物などを昇降させる昇降部と、
   前記昇降部に接続されたワイヤロープと、
   前記ワイヤロープを移動させて前記昇降部を上下動させる駆動機構と、
   前記ワイヤロープの劣化状態を磁束を用いて検出する劣化検出部と、を備えた昇降装置において、
   前記ワイヤロープは、鋼製の素線を複数条撚り合わせた素線構造体と、前記素線構造体の芯材となる内層構造体と、磁性材からなるパイロット素線を有するパイロット線と、前記素線構造体、内層構造体及び前記パイロット線を被覆する外層被覆と、を備え、
   前記素線構造体は複数条有すると共に撚り合わせて形成され、
   前記パイロット線は複数条有すると共に隣接する前記素線構造体の間で且つ前記内層構造体との間に配置され、
   前記劣化検出部は前記ワイヤロープが屈曲される部分の近傍に設置された
   ことを特徴とする昇降装置。
7. 人や荷物などを昇降させる昇降部と、
   前記昇降部に接続されたワイヤロープと、
   前記ワイヤロープを移動させて前記昇降部を上下動させる駆動機構と、
   前記ワイヤロープの劣化状態を磁束を用いて検出する劣化検出部と、を備えた昇降装置において、
   前記ワイヤロープは、鋼製の素線を複数条撚り合わせた素線構造体と、前記素線構造体を被覆する外層被覆と、を備え、
   前記素線構造体は複数条有すると共に撚り合わせて形成され、
   前記素線構造体の素線は、径方向に複数層有すると共に、その最外層の素線の撚り角度をその内層側の素線の撚り角度に対して０度より大きく撚り合わせて最外層の素線をパイロット線と兼用し、
   前記劣化検出部は前記ワイヤロープが屈曲される部分の近傍に設置された
   ことを特徴とする昇降装置。

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