JP5485862B2 - ワイヤロープ - Google Patents

Description

本発明は、車椅子を固定するために用いられるワイヤロープに関する。

車椅子を自動車等の搭載位置に固定するための固定装置が知られている。この装置は、複数本の素線を撚り合わせたワイヤロープを備えており、ワイヤロープの先端には固定金具（フック等）が取付けられている。車椅子を搭載位置に固定する際は、通常、ゼンマイで巻取り方向に付勢されたスプールからワイヤロープを引き出し、引き出したワイヤロープの先端の固定金具を車椅子のフレーム等に係合させ、ワイヤロープをスプールに巻き取らせる。これにより、ワイヤロープに張力が発生し、その張力によって車椅子が搭載位置に固定される。車椅子を安定して固定しておくためには、スプールを付勢する付勢力をある程度の大きさとしなければならず、その結果、ワイヤロープにはある程度の引張強度が求められる。例えば、特許文献１では、スウェージング加工等によりワイヤロープの素線隙間率を２０〜３５％の範囲とすることで、ワイヤロープの引張強度を向上させている。

特許３０９０８９８号公報

ところで、車椅子を固定するために用いられるワイヤロープは、車椅子の形状に合わせて様々に屈曲させられ、また、車椅子を搭載位置に固定する毎に繰り返し屈曲させられる。このため、この種のワイヤロープには、引張強度だけでなく屈曲耐久性も求められる。しかし、スウェージング加工を施したワイヤロープでは、スウェージング加工によってワイヤロープを構成する素線がダメージを受け、屈曲耐久性が低下する。そのため、スウェージング加工を施したワイヤロープを車椅子の固定装置に用いると、固定装置の耐用期間内にワイヤロープを構成する素線の断線が始まり、固定装置の耐用期間内にワイヤロープを交換する必要が生じる場合があった。

本発明は上記の課題を解決する。すなわち本発明は、引張強度と屈曲耐久性に優れたワイヤロープを提供することを目的としている。

本明細書で開示されるワイヤロープは、車椅子を固定するために用いられるワイヤロープであり、減面加工された素線を多数本撚り合わせて形成したストランドが複数本撚り合わされている。このワイヤロープは、スウェージング加工が施されておらず、各素線の減面加工前の断面積をａとし、減面加工後の断面積をｓと表した場合に、（１−ｓ／ａ）×１００％と表される素線の減面率が９７．５％〜９８．５％であることを特徴としている。

このワイヤロープでは、スウェージング加工が施されていないため、ワイヤロープを構成する各素線へのダメージが減少し、ワイヤロープの屈曲耐久性を向上させることができる。また、このワイヤロープでは、ワイヤロープを構成する各素線の減面率を従来のワイヤロープに比べて高く設定されている。このため、ワイヤロープを構成する各素線の引張強度が向上し、スウェージング加工を施さないことによるワイヤロープの引張強度の低下が補われる。これによって、引張強度を高く維持したまま、屈曲耐久性に優れたワイヤロープを提供することができる。

上記したワイヤロープでは、各素線の減面加工後の断面積ｓの総和をＳとし、ワイヤロープの外接円の面積をＡと表した場合に、（１−Ｓ／Ａ）×１００％と表されるワイヤロープの隙間率が２７．４〜３６．７％に設定されることが好ましい。これによって、ワイヤロープに良好な柔軟性を付与することができると共に、十分な引張強度を付与することができる。

ワイヤロープ１０の断面図。 ストランド１１０の断面図。 ワイヤロープ１０の減面加工を説明する図。 減面率Ｇと破断荷重Ｈ及び素線折損本数の関係を示す図。 プーリ耐久試験を説明する図。 屈曲耐久試験を説明する図。 固定装置４０におけるワイヤロープ１０の様子を模式的に示す図。

本発明を具現化した一実施形態に係るワイヤロープ１０について、図面を参照しながら説明する。ワイヤロープ１０は、車椅子の固定装置において、車椅子を搭載位置に固定するために用いられる。図１に示すように、ワイヤロープ１０は、多数本の素線１２を撚り合わせて形成したストランド１４、１６、２０を撚り合わせて構成されている。

ワイヤロープ１０は、ウォーリントン型の１９×１９（以下、１９×Ｗ１９と記載する）の撚り構成が採用されている。ここで、「ウォーリントン型」の１９×１９の撚り構成では、ストランド１４，１６，２０の最外層には、第１外層素線と、第１外層素線よりも径の太い第２外層素線の２種類のストランドを備えている。第１外層素線と第２外層素線は、周方向に交互に配置されている（図１のストランド１４，１６，２０の断面図を参照）。ワイヤロープ１０は、１９本の素線１２がウォーリントン型で撚り合わされた芯ストランド１４の廻りに、同じく１９本の素線１２がウォーリントン型で撚り合わされた内層ストランド１６が６本撚り合わされている。更に、この内層ストランド１６の外側に、１９本の素線１２がウォーリントン型で撚り合わされた外層ストランド２０が１２本撚り合わされている。各ストランドをウォーリントン型の撚り構成を採用することで、ストランドを構成する素線が密に充填される。つまり、各素線１２の断面積の総和をＳとし、ワイヤロープ１０の外接円の面積をＡと表した場合に、（１−Ｓ／Ａ）×１００％と表されるワイヤロープ１０の隙間率Ｍを小さくすることができる。

本実施形態では、ワイヤロープ１０の隙間率が２７．４〜３６．７％となるように調整される。隙間率を２７．４％以上とすることで、ワイヤロープ１０に良好な柔軟性を付与するためである。また、隙間率を３６．７％以下とすることで、ワイヤロープ１０に十分な引張強度を付与するためである。
なお、本実施形態では、ワイヤロープ１０にスウェージング加工が施されていないため、スウェージング加工によって、ワイヤロープ１０の隙間率を調整することはできない。そこで、ワイヤロープ１０の隙間率が２７．４〜３６．７％となるように、ワイヤロープ１０の外接円の径、各ストランド１４、１６、２０の径、及び、各ストランド１４、１６、２０を構成する各素線１２の径及び撚りピッチが設定されている。ワイヤロープ１０の外接円の径、各ストランド１４、１６、２０の径、及び、各素線１２の径は、ワイヤロープに求められる機械的特性に基づいて適宜決定することができる。例えば、自動車等の車両に装備され、車椅子を所定の搭載位置に固定するための固定装置に用いられるワイヤロープ１０では、ワイヤロープ１０の外径φを３．２５〜３．４８ｍｍとすることができる。ワイヤロープ１０の外径φを３．２５〜３．４８ｍｍとすることで、隙間率を２７．４〜３６．７％としながら、自動車の車椅子固定装置用のワイヤロープに要求される引張強度を得ることができる。なお、各ストランドの径及び各素線の径は、ワイヤロープ１０の外径φが上記の範囲となり、隙間率が２７．４〜３６．７％となるように適宜決定することができる。

ワイヤロープ１０を構成する各素線１２は、例えば、硬鋼線材（ＳＷＲＨ６２Ａ）の母材を減面加工することによって形成することができる。減面加工では、図３に示すように、ダイス２６を用いて素線１２の基となる円柱状の母材２４を細線化する。複数のダイス２６を用いて連続的に細線化することで、素線１２の減面率が上昇する。素線１２の減面率とは、減面加工前の母材２４の断面積をａとし、減面加工後の素線１２の断面積をｓと表した場合に、（１−ｓ／ａ）×１００％で表される。

本実施形態では、ワイヤロープ１０を構成する各素線１２の減面率Ｇが、従来のワイヤロープの各素線の減面率Ｇに比べて高い９７．５〜９８．５％となっている。素線１２の減面率Ｇを９７．５％以上とすることで、各素線１２に減面加工により十分な加工硬化を付与するためである。一方、素線１２の減面率Ｇを９８．５％以下とすることで、屈曲耐久性の低下を防止するためである。

本実施形態のワイヤロープ１０では、スウェージング加工を行わないため、ワイヤロープ１０を構成する各素線１２へのダメージを減らし、良好な屈曲耐久性を得ることができる。一方、スウェージング加工を行わないことによる引張強度の低下は、素線減面率及び／又は隙間率を調整することによって補われる。その結果、ワイヤロープ１０は、十分な引張強度と屈曲耐久性を得ることができる。例えば、ワイヤロープ１０を自動車に装備される車椅子固定装置に用いた場合には、車椅子固定装置用のワイヤロープに要求される機械的特性を満足しながら、車椅子固定装置の耐用期間内にワイヤロープ１０の素線１２が破断することを防止できる。その結果、車椅子固定装置の耐用期間内において、ワイヤロープ１０の交換作業を不要にすることができる。

次に、上述した本実施形態に係るワイヤロープ１０を実際に製作し、その製作したワイヤロープ１０に各種試験を実施した結果を説明する。製作したワイヤロープ１０は、自動車等の車両に装備される車椅子固定装置に用いられるものとした。
まず、素線１２の減面率Ｇが９５．０〜９９．０％の範囲で変化するように複数のワイヤロープ１０を製作し、各ワイヤロープ１０に対して、破断荷重Ｈの測定とプーリ耐久試験をそれぞれ実施した。表１に、製作したワイヤロープ１０の特徴を示す。表１に示すように、製作したワイヤロープ１０はサンプル１〜７の７種類であり、減面率は９５．０〜９９．０％の範囲であった。

図５を用いてプーリ耐久試験の試験方法を説明する。プーリ耐久試験では、ワイヤロープ１０の一端に３０ｋｇｆのウエイト３２を吊り下げ、ワイヤロープ１０の中間部をプーリ３０によって９０度屈曲させた。この状態で、ワイヤロープ１０の他端を、ストローク（振幅）１２５ｍｍ、速度１５ｃｐｍ（ｃｍ／ｍｉｎ)の条件でワイヤロープ１０の進路方向に往復運動させた。プーリ耐久試験では、ワイヤロープ１０に含まれる３６１本の素線１２のうち、ワイヤロープ１０を１万回往復運動させるまでに折損した素線１２の本数を測定した。この「１万回」という数値は、車両に装備される車椅子固定装置用のワイヤロープに要求される耐用回数である。すなわち、１日に２回車を使用したとすると、１年間のワイヤロープ使用回数は３６５×２＝７３０回となる。したがって、１００００回の耐久試験に耐えることができれば、１００００÷７３０＝１３．７年の耐用年数を有すると考えられる。車椅子固定装置の耐用年数は、安全性の観点から１３．７年より短い期間が定められている。このため、ワイヤロープが１００００回の耐久性を有するのであれば、車椅子固定装置の耐用年数の間にワイヤロープを交換する必要はないと考えられる。したがって、耐久試験の往復運動回数を１万回とした。
なお、破断荷重Ｈの測定には、公知の引張試験機を用いた。具体的には、ワイヤロープ１０を引張試験機にセットし、ワイヤロープ１０が破断する時のワイヤロープ１０に作用する荷重を測定した。

破断荷重Ｈとプーリ耐久試験の測定結果を表２と図４に示す。測定結果から明らかなように、素線の減面率Ｇを９８．５％以下となるサンプル１〜５のワイヤロープには、素線の折損が発生しなかった。素線１２の減面率Ｇが９８．５％を超えるサンプル６、７のワイヤロープには、素線の折損が発生した。また、素線１２の減面率Ｇを９７．５％〜９８．８％となるサンプル３〜６のワイヤロープは、その破断荷重Ｈが９．８ｋＮよりも大きくなった。この「９．８ｋＮ」という数値は、車両に装備される車椅子固定装置におけるワイヤロープのエンド離脱荷重規格値である。すなわち、車椅子固定装置では、ワイヤロープ１０にエンド離脱荷重規格値以上の荷重が負荷された場合に、ワイヤロープ１０の端部が固定装置から離脱するように設計される。ワイヤロープ１０の破断荷重Ｈがエンド離脱荷重規格値を超えることで、ワイヤロープ１０に荷重が加えられた場合に、ワイヤロープ１０の端部が車椅子固定装置から離脱するよりも先に、ワイヤロープ１０が破断してしまうことが防止される。つまり、車椅子固定装置に用いられるワイヤロープに作用する荷重の範囲内で、ワイヤロープ１０が破断することが防止される。上記の説明から明らかなように、減面率Ｇを９７．５〜９８．５％とすることで、車椅子固定装置のワイヤロープに要求される機械的特性（引張強度、屈曲耐久性）を備えることが確認された。

次に、スウェージング加工の有無による機械的特性への影響を調べた試験結果を説明する。表３に示すように、本実施例に係るワイヤロープである実施品と、従来のワイヤロープである従来品を用意し、そのワイヤロープを用いて各種試験を実施した。表１に、製作した実施品と従来品の特徴を示す。実施品及び従来品ともに、自動車等の車両に装備される車椅子固定装置に用いられるものとした。

表４、表５に、ワイヤロープ１０のプーリ耐久試験の測定結果を示す。表４には、ワイヤロープ１０を１万回往復運動させるまでに折損した素線１２の本数を示す。また表５には、ワイヤロープ１０が全損破断するまでにワイヤロープ１０を往復運動させた回数を示す。表４に示すように、従来品では、１万回往復運動させるまでに３６１本中５０本の素線１２が折損した。また、表５に示すように、従来品では、ワイヤロープが全損破断するまでの往復運動回数が５．４万回程度であった。これに対し実施品では、１万回の往復運動で折損する素線１２はなく、ワイヤロープ１０が全損破断するまでの往復運動回数が２０万回以上となった。

表６に、ワイヤロープ１０の屈曲耐久試験の測定結果を示す。まず、図６を用いて屈曲耐久試験を説明する。屈曲耐久試験では、ワイヤロープ１０の一端を固定具３４に固定し、固定具３４の端部３４ａにおいてワイヤロープ１０を、固定具３４におけるワイヤロープ１０の進路方向から６０度傾けて配索する。この状態で、ワイヤロープ１０の他端に速度１Ｈｚで、０〜３００Ｎの間で変化する負荷を加える。この屈曲耐久試験では、ワイヤロープ１０が全損破断するまでの負荷操作回数を測定する。表６に示すように、従来品のワイヤロープでは、全損破断するまでの負荷操作回数が、２．５万回程度であった。これに対し本実施例のワイヤロープ１０では、３万回以上にまで向上した。
表４〜６より、実施品では、従来品に比べて屈曲耐久性が向上することが確認された。

次に、ワイヤロープ１０の操作力を測定した結果を説明する。図７に示すように、車椅子の固定装置４０に用いられるワイヤロープ１０は、車椅子が載置される床板４２の下に、スプール４４に巻かれた状態で配設される。ワイヤロープ１０の一端は、スプール４４に固定されている。スプール４４は、ゼンマイによってワイヤ巻取り方向に付勢されている。ワイヤロープ１０の他端は、床板４２に設けられた貫通孔４６から床板４２の表面上に引き出されている。スプール４４から貫通孔４６に至るワイヤロープ１０の経路には、複数のプーリ４８が設けられている。プーリ４８ａは、床板４２と平行な面内においてワイヤロープ１０の進路方向を変更する。また、プーリ４８ｂは、床板４２に垂直な方向にワイヤロープ１０の進路方向を変更する。ワイヤロープ１０は、複数のプーリ４８ａ、４８ｂによって様々に屈曲しながら配索される。

固定装置４０で車椅子を固定する際には、スプール４４の引き戻し力に逆らってワイヤロープ１０を貫通孔４６から引き出す。固定装置４０では、ワイヤロープ１０を引き出す際の引き出し力Ｆ１が小さいことで、作業者の負担が軽減される。また、固定されていた車椅子を解除する際には、ゼンマイの引き戻し力によってワイヤロープ１０をスプール４４に巻き取る。上述したように、ワイヤロープ１０の経路には、複数のプーリ４８が設けられており、ワイヤロープ１０とプーリ４８の間に抵抗力が働く。固定装置４０では、この抵抗力が小さいことで、実際に作用するゼンマイの引き戻し力Ｆ２（つまり、ゼンマイの引き戻し力から抵抗力を差し引いた力）が大きくなり、ワイヤロープ１０を最後まで巻き取ることができる。以下では、ワイヤロープ１０を引き出す際の引き出し力Ｆ１と、ワイヤロープ１０を巻き取る際の引き戻し力Ｆ２をワイヤロープ１０の操作力と呼ぶ。

表７に、ワイヤロープ１０の操作力測定の結果を示す。この測定では、固定装置４０における実際の使用状態に合わせるために、貫通孔４６からワイヤロープ１０を２００〜４００ｍｍ引き出した位置（これは、車椅子を固定する際の引き出し位置に相当）での引き出し力Ｆ１を測定し、その最大値を算出した。また、貫通孔４６からワイヤロープ１０を２００ｍｍ引き出した位置での引き戻し力Ｆ２を測定した。なお、使用したゼンマイ自体の引き戻し力は３．７Ｎであった。

表７に示すように、従来品のワイヤロープでは、引き出し力Ｆ１が１４．３Ｎであった。これに対し本実施例のワイヤロープ１０では、１３．２Ｎまで減少した。また、従来品のワイヤロープでは、引き戻し力Ｆ２が２．４Ｎであった。これに対し本実施例のワイヤロープ１０では、３．１Ｎと２．９Ｎとなり、２．６Ｎよりも大きくなった。この「２．６Ｎ」という数値は、車椅子固定装置４０において、ワイヤロープ１０を最後まで巻き取るのに必要な引き戻し力Ｆ２の規格値である。本実施例では、引き戻し力Ｆ２が２．６Ｎを超えることで、固定装置４０に固定されていた車椅子を解除する際に、ワイヤロープ１０を確実に最後まで巻き取ることができる。スプール４４に引き戻し力を与えるために、再度ワイヤロープ１０を引き出す等の作業を行う必要がない。表７の測定結果より、実施品は、従来品に比べて操作力も向上することが確認された。

以上、本明細書によって開示されるワイヤロープの具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。
例えば、上述した実施形態では、素線を「ウォーリントン型」に撚ってストランド１４，１６，２０としていたが、本発明はこのような形態に限られない。例えば、図２に示すような撚り構成のストランド１１０としてもよい。図２に示すように、ストランド１１０では、芯素線１１４の廻りに内層素線１１６が６本撚り合わされ、その内層素線１１６の外側に１種類の外層素線１２０が１２本撚り合わされている。

本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

１０ ワイヤロープ
１２ 素線
１４ 芯ストランド
１６ 内層ストランド
２０ 外層ストランド
２６ ダイス
３０ プーリ
３４ 固定具
４０ 固定装置
４４ スプール
４８ プーリ
Ｇ 減面率
Ｈ 破断荷重
Ｍ 隙間率

Claims (2)

1. 車椅子を固定するために用いられ、減面加工された素線を多数本撚り合わせて形成したストランドを複数本撚り合わせたワイヤロープであって、
   スウェージング加工が施されておらず、
   各素線の減面加工前の断面積をａとし、減面加工後の断面積をｓと表した場合に、（１−ｓ／ａ）×１００％と表される各素線の減面率が９７．５％〜９８．５％であることを特徴とするワイヤロープ。
2. 各素線の減面加工後の断面積の総和をＳとし、ワイヤロープの外接円の面積をＡと表した場合に、（１−Ｓ／Ａ）×１００％と表されるワイヤロープの隙間率が２７．４〜３６．７％であることを特徴とする請求項１に記載のワイヤロープ。

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