JP6077941B2 - エレベータ用ワイヤロープ - Google Patents

Description

本発明は、エレベータに使用される動索用ワイヤロープの改良に関する。

ワイヤロープの用途を大別すると静索と動索に分けられる。静索は単に荷重が印加された状態で静止しているが、動索用ワイヤロープはロープに荷重が印加された状態でシーブを通過したり、ドラムに巻き取られたりする。

動索の典型はエレベータロープであり、このエレベータロープとして使用されるワイヤロープ１０１は、例えば図５に示されるように、１つの駆動モータに連動すると共にワイヤロープ１０１の方向を転換するシーブ１０２と、ワイヤロープ１０１の方向を転換するプーリ１０３とを介して、エレベータ箱１０４とカウンターウェイト１０５とを連結している。このエレベータ箱１０４は、シーブ１０２の回転とワイヤロープ１０１とのトラクションを利用して上昇、下降するが、このとき、ワイヤロープ１０１は荷重が印加された状態で曲げ応力が加わるので、単に荷重を印加した状態である静索に比べて数倍のダメージを受けることになる。

こうしたエレベータ用のワイヤロープは、従来、図６に示すように、麻等の繊維芯１１１の外周に複数本の側ストランド１１２を配して撚合した構造が採用されているが、エレベータ特有のワイヤロープとシーブとの適度なトラクションを確保するため、通常、シーブにＶ溝やアンダーカット溝を付ける等の工夫がなされている。このため、ワイヤロープがシーブにより曲げられたときにワイヤロープ表面とシーブ表面との接触が歪みになりやすく、ワイヤロープの素線断線が生じやすくなる虞がある。

また、近年では、図７に示すような機械室レス式のエレベータシステムが採用されるようになってきている。このシステムでは、ワイヤロープ１０１でエレベータ箱１０４を抱え上げる構造になっており、図５に示す従来のシステムに比べてワイヤロープ１０１が通過するシーブ１０２やプーリ１０３の数は格段に増えている。このようにワイヤロープ１０１がシーブ１０２やプーリ１０３を通過する回数が増えることにより、ストランド同士の接触やシーブ１０２やプーリ１０３と素線との圧接による素線の疲労断線が増大することは避けられない。

一方で、最近の機械室レスのエレベータは、構造のコンパクト化が進み、シーブ径が小さくなる傾向にあり、それに伴ってワイヤロープの細径化も検討されている。しかしながら、単にワイヤロープを細径化するだけでは破断強度が低下するため、ワイヤロープの設置本数を多くする必要が生じる。したがって、従来並みの強度を確保しつつワイヤロープを細径化することが望まれている。そこで、このように高強度且つ細径化の施策としては、ロープに占める鋼素線の充填率(有効断面積)を増やすか、あるいは強度の高い素線を使用することが一般的に知られている。

また、上述したシーブ曲げによって隣接するストランド同士の接触疲労断線を防止し、且つロープに占める鋼素線の充填率を増やして伸びを少なくする先行技術として、鋼素線又はストランドを撚合して構成したワイヤロープ本体を樹脂被覆した芯ロープを使用し、芯ロープの周りの側ストランド間に樹脂の緩衝材を配合して撚合し、ストランド同士の接触による磨耗断線を改善する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

そしてまた、樹脂被覆ロープを用いつつ、必要なトラクション力を安定して発生させることができるエレベータ装置も紹介されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００８−２４８４２６号公報 国際公開第２００６／０３８２５４号パンフレット

しかしながら、前述した特許文献１に開示されている従来技術では、芯ロープに鋼素線またはストランドを撚合して構成したワイヤロープ本体を使用するため、屈曲性が悪くなり、小径のシーブによって繰り返し曲げを受けることにより芯ロープ鋼素線の断線が起こり得る虞がある。また、鋼素線が断線していても外部からは分からないのが実状である。

そこで、電磁探傷法による保守が不可欠となるが、この電磁探傷法は、素線の断線の有無を検知できるが、その場所を特定できるわけではない。また、仮に、不可視部分の断線が分かったとしても、稼働中のロープをばらすことはできない。このように、従来は、ワイヤロープの保守点検に多大な手間と時間とコストを要していた。

また、特許文献２に開示されているロープは、構造が複雑であり、製造に手間や時間、コストがかかると共に、細径化を図ることが困難である。

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、目視による点検が可能であり、保守が容易で、ロープの長寿命化を図ることができると共に、高強度、細径化を図ることができ、エレベータシステムのコンパクト化に好適なワイヤロープを提供することを目的とする。

この目的を達成するため本発明は、芯と、前記芯の外周に沿って配設された複数本の側ストランドと、前記側ストランドの外側であって互いに隣接する前記側ストランド間の谷間に各々設けられた補助ストランドとを有し、前記側ストランドは、複数の素線を撚り合わせて構成されると共に、当該素線の全てが普通丸線から構成されてなり、前記補助ストランドは、複数の素線を撚り合わせて構成されると共に、外層素線が異形線から構成され、当該外層素線以外の素線が普通丸線から構成されてなり、前記各々の側ストランドの外接円及び前記各々の補助ストランドの外接円が、略同一の円に内接してなるエレベータ用ワイヤロープを提供するものである。

本発明によれば、補助ストランドを設けることにより、ロープに占める鋼素線の充填率を上げることができ、強度が向上され且つ細径化が達成されたエレベータ用ワイヤロープを提供することができる。また、前記補助ストランドを設けないワイヤロープと比べ、ロープとシーブとの接触箇所を増加することができるため、ロープ表面の面圧が低減し、摩耗による山切れの寿命を延ばすことができる。

本発明の実施形態１にかかるエレベータ用ワイヤロープの断面図である。 本発明の実施形態２にかかるエレベータ用ワイヤロープの断面図である。 本発明の実施形態３にかかるエレベータ用ワイヤロープの断面図である。 エレベータ用ワイヤロープのストランド数毎の充填率を示す図である。 従来のエレベータを示す説明図である。 従来のエレベータ用ワイヤロープの断面図である。 従来の機械室レスのエレベータを示す説明図である。

次に、本発明の実施形態に係るエレベータ用ワイヤロープについて図面を参照して説明する。なお、以下に記載される実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をこれらの実施形態にのみ限定するものではない。したがって、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、様々な形態で実施することができる。

図１は、本発明の実施形態１にかかるエレベータ用ワイヤロープの断面図である。なお、図１では、説明を判り易くするため、各部材の厚さやサイズ、拡大・縮小率等は、実際のものとは一致させずに記載した。

図１に示すように、実施形態１にかかるエレベータ用ワイヤロープ１は、ワイヤロープ１の中心をなす芯１１と、芯１１の外周に沿って配設された５本の側ストランド１２と、各々の側ストランド１２の外側であって、互いに隣接する側ストランド１２と側ストランド１２との間（谷間）に各々配設され且つ側ストランド１２よりも細い（径が短い）５本の補助ストランド１３とを備えて構成されている。

芯１１は、例えば、押し出し成型等で得られる樹脂連続体からなり、芯１１の断面は円形状をなしている。芯１１の材質としては、特に限定されるものではないが、ワイヤロープ１の形状を安定させるため圧縮剛性の高いものが望ましく、例えば、ポリ塩化ビニール、ナイロン、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン及びこれら樹脂の共重合体等を用いることができる。また、必要に応じてグラスファイバ等の補強繊維を樹脂に添加してもよく、補強繊維を添加することにより、引張強度、弾性率をより高くすることもできる。

芯１１にいずれの材質を採用した場合でも、引張り強度が２０ＭＰａ以上で且つ弾性率が５００ＭＰａ以上、より好適には３０ＭＰａ以上で且つ弾性率が５５０ＭＰａ以上の特性を有していることが好ましい。引張り強度を２０ＭＰａ以上にすることで、ワイヤロープ製造時の張力でロープ製造時の張力で破断する虞がない。また、弾性率が５００ＭＰａ以上なのでワイヤロープに張力が負荷された際、側ストランド１２と芯１１とが接触しても円形が保たれ、安定した形状が得られ、型崩れすることがない。

なお、芯１１の材質として、前述したものの他、圧縮剛性を高めた密度の高い麻や、樹脂製の繊維芯等を用いてもよい。この場合、潤滑油やグリース等を芯１１に良好に含浸させることができるため、ロープ内部からグリースが染み出すことにより、長期に渡ってロープ全体を潤滑できるというメリットがある。

側ストランド１２の構造は、特に限定されるものではないが、実施形態１では、５×Ｓ（１９）の構造を有している。即ち、側ストランド１２の中心をなす芯素線２１と、芯素線２１の外周に沿って配設された９本の素線２２と、各々の素線２２の外側に配設された９本の外層素線２３とを有し、芯素線２１、素線２２及び外層素線２３を撚合した形態を有している。芯素線２１、素線２２及び外層素線２３は、全てが普通丸線から構成されている。また、素線２２は、芯素線２１及び外層素線２３に対し、相対的に細い（径が短い）素線から形成されている。

また、補助ストランド１３の構造も特に限定されるものではないが、実施形態１では、５×Ｐ・７の構造を有している。即ち、補助ストランド１３の中心をなす芯素線３１と、芯素線３１の外周に沿って配設された異形線である６本の外層素線３２とを有し、芯素線３１及び外層素線３２を撚合した形態を有している。なお、芯素線３１は普通丸線から構成されている。

ここで、補助ストランド１３の直径は、側ストランド１２の直径に比べて小さいことから、構成される素線径も自ずと小さくなってしまう。よって、ワイヤロープの早期山切れや、早期谷切れを防止する視点から見れば、摩耗しにくく且つ可能な限り太い素線径を取れる構造を選定することが望ましい。そこで、実施形態１では、補助ストランド１３の構造として５×Ｐ・７の構造、即ち、７本の素線から構成された構造を採用した。このように、補助ストランド１３の外層素線３２を異形線で構成したことにより、外層素線３２の外周表面が平坦になるので、シーブや、隣接する側ストランド１２の外層素線２３との接触による耐摩耗性を向上させることができる。また、外層素線３２同士の接触状態が面接触となるため、耐摩耗性を向上させることができると共に、形崩れを少なくすることができる。さらにまた、外層素線３２同士の間隔を小さくすることができ、実装密度(有効断面積)を向上させることができる等のメリットもある。

この構成を備えたワイヤロープ１は、断面視で、各側ストランド１２の外接円（図１に符号Ａで示す一点鎖線で記載した円）と、各補助ストランド１３の外接円（図１に符号Ｂで示す一点鎖線で記載した円）とが、ワイヤロープ１の外接円（図１に符号Ｃで示す一点鎖線で記載した円）に内接するように形成されている。即ち、各側ストランド１２の外接円Ａと、各補助ストランド１３の外接円Ｂは、ほぼ同一の円に内接するように配置されている。

また、側ストランド１２と補助ストランド１３の撚り長さは同じであり、補助ストランド１３は、隣接する側ストランド１２と互いに線接触となるように、補助ストランド１３と平行に撚られている。

そしてまた、側ストランド１２及び補助ストランド１３を構成する各素線として、鋼素線を用いることができる。この鋼素線は、ワイヤロープに高い疲労性と強度が要求される場合、引張り強さ１６００Ｎ／ｍｍ^２以上の特性を有するものが使用される。このような鋼素線は、炭素含有量が０．６０ｗｔ％以上の原料素線を伸線することで得ることができる。また、素線は、表面に薄い耐食性被覆、例えば亜鉛メッキ、亜鉛・アルミ合金メッキ、錫メッキ等を有していてもよい。

この実施形態１にかかるワイヤロープ１は、芯１１が樹脂質連続体で構成されており、繊維芯を有する従来のワイヤロープに比べ圧縮剛性が高いことから、シーブにより繰り返し曲げを受けてもロープ断面の形崩れが小さく、したがってストランド間での相対摩擦が少なくなるため、谷切れ寿命を延ばすことができる。また、芯１１として素線を用いないことから、内部の素線断線が起こらないので、保守に電磁探傷法が必要でなくなり、メンテナンスコストを低減することができる。

また、実施形態１にかかるワイヤロープ１には、補助ストランド１３が設けられているため、ワイヤロープ１に占める鋼素線の充填率を上げることができる結果、ワイヤロープ１を高強度且つ細径化することができる。さらにまた、実施形態１にかかるワイヤロープ１は、補助ストランド１３が設けられていないワイヤロープと比べて、ロープとシーブとの接触箇所を倍増することができるため、ロープ表面の面圧を低減することができる。したがって、摩耗による山切れの寿命を延ばすことができる。

また、本発明の必須条件ではないが、側ストランド１２と補助ストランド１３とを接触させて配置することで、側ストランド１２の径及び補助ストランド１３の径が一定（固定）となり、ワイヤロープ１の形崩れをさらに防止でき、強度をさらに向上させることができる。

次に、本発明の実施形態２にかかるワイヤロープについて説明する。図２は、実施形態２にかかるエレベータ用ワイヤロープの断面図である。なお、実施形態２では、前述した実施形態１にかかるワイヤロープ１と同様の部材には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

図２に示すワイヤロープ２は、芯１１の外周に沿って、配設された５本の側ストランド４２と、各々の側ストランド４２の外側であって、互いに隣接する側ストランド４２と側ストランド４２との間（谷間）に各々配設され且つ側ストランド４２よりも細い（径が短い）５本の補助ストランド１３とを備えて構成されている。

側ストランド４２は、５×Ｆｉ（２９）の構造を有している。即ち、芯素線２１の外周に沿って７本の素線４３を配設して撚り合わせ、且つ素線４３同士の間の各谷間に細径素線４４を各々配設（合計７本配設）して撚り合わせて内層とし、これらの外周に沿って外層素線４５を１４本配設して撚合した形態を有している。芯素線２１、素線４３、細径素線４４及び外層素線４５は、全てが普通丸線から構成されている。また、補助ストランド１３は、実施形態１と同じ５×Ｐ・７の構造を備えている。

このワイヤロープ２も、ワイヤロープ１と同様に、断面視で、各側ストランド４２の外接円（図２に符号Ａで示す一点鎖線で記載した円）と、各補助ストランド１３の外接円（図２に符号Ｂで示す一点鎖線で記載した円）とが、ワイヤロープ２の外接円（図２に符号Ｃで示す一点鎖線で記載した円）に内接するように形成されている。即ち、各側ストランド４２の外接円Ａと、各補助ストランド１３の外接円Ｂは、ほぼ同一の円に内接するように配置されている。

また、側ストランド４２と補助ストランド１３の撚り長さは同じであり、補助ストランド１３は、隣接する側ストランド４２と互いに線接触となるように、補助ストランド１３と平行に撚られている。

この実施形態２にかかるワイヤロープ２は、補助ストランド１３の外層素線３２の直径を側ストランド４２の外層素線４５の直径に近づけることができるため、補助ストランド１３の外層素線３２に素線切れが生じやすくなるという偏りをさらに防ぐことができる。

次に、本発明の実施形態３にかかるワイヤロープについて説明する。図３は、実施形態３にかかるエレベータ用ワイヤロープの断面図である。なお、実施形態３では、前述した実施形態１にかかるワイヤロープ１と同様の部材には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

図３に示すワイヤロープ３は、実施形態１にかかるワイヤロープ１の各側ストランド１２と各補助ストランド１３との間隙に樹脂被覆体４０を充填した構成を有している。この樹脂被覆体４０の外表面は、断面視で、ワイヤロープ３の外接円（図３に符号Ｃで示す円）とほぼ一致している。また、このワイヤロープ３も、ワイヤロープ１と同様に、断面視で、各側ストランド１２の外接円（図３に符号Ａで示す一点鎖線で記載した円）と、各補助ストランド１３の外接円（図３に符号Ｂで示す一点鎖線で記載した円）とが、ワイヤロープ３の外接円（図３に符号Ｃで示す一点鎖線で記載した円）に内接するように形成されている。

樹脂被覆体４０としては、芯１１と同じ系統の熱可塑性樹脂を用いることができ、例えば、ポリ塩化ビニール、ナイロン、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン及びこれら樹脂の共重合体等が一般的であるが、耐摩耗性、耐候性、柔軟性(耐ストレスクラック性)に加え、適度の弾性を有し、摩擦係数が比較的高く、加水分解しない熱可塑性樹脂、例えば、アクリル系、ポリウレタン系(エーテル系ポリウレタン)等も好適に使用することができる。

この構成を備えたワイヤロープ３は、樹脂被覆体４０が各々の側ストランド１２の外層素線２３及び各々の補助ストランド１３の外層素線３２の間に入り込み、ワイヤロープ３の断面形状を安定させることができる。したがって、ワイヤロープ３がシーブから繰り返し引張り曲げを受けることにより、小径である補助ストランド１３の各素線が経年的により多く伸び、たるみや浮き等の形崩れが発生することをさらに効果的に防止することができる。また、ワイヤロープ３の芯１１方向に垂直な断面視（図３）で、樹脂被覆体４０の外周がワイヤロープ３の外接円Ｃとほぼ一致している（樹脂被覆体４０の頭部曲率頂面がワイヤロープ３の径に相応した輪郭をなしている）ため、ワイヤロープ３とシーブとの摩擦力を向上することができる。

次に、ワイヤロープに占める鋼素線の充填率を側ストランド数毎にグラフ化したものを図４に示す。図４には、側ストランドのみの場合と、補助ストランドを設けた場合の両方の充填率を記載した。

図４から、補助ストランドを設けたワイヤロープは、前記側ストランドのみを設けたワイヤロープに比べ、前記充填率を７〜１１％程度上げることができ、ストランド数が小さい程、充填率が高くなることが分かる。

なお、前述した各実施形態では、ロープの高強度、細径化を重視して充填率が最も高くなる５ストランドのワイヤロープについて説明したが、これに限るものではない。例えば、ロープは、ストランド数が多い程、芯の占める面積を大きくすることができ、ロープの柔軟性を高くすることができる。よって、ストランド数の選定にあたっては、設計仕様に応じて最適なバランスとなる数を選定すればよい。

また、前記各実施形態では、側ストランドの構造をシール形やフィラー形としたが、これに限らず、側ストランドの構造は、例えば、ウォーリントン形、ウォーリントンシール形等、他の断面構成であってもよい。

さらにまた、近年、鋼材の伸線技術の進歩により、素線の高強度化が可能になってきている。したがって、前記各実施形態において、例えば、２０００Ｎ／ｍｍ^２以上の強度を有する素線を内層素線に適用し、１７７０Ｎ／ｍｍ^２以下の強度を有する素線を外層素線に適用してもよい。この構成の場合、外層素線と接触するシーブ溝との摩耗をさらに抑えつつ、ロープの高強度化をさらに図ることができる。

１、２、３…ワイヤロープ、１１…芯、１２、４２…側ストランド、１３…補助ストランド、２１、３１…芯素線、２２、４３…素線、２３、３２、４５…外層素線、４０…樹脂被覆体、４４…細径素線

Claims (6)

1. 芯と、
   前記芯の外周に沿って配設された複数本の側ストランドと、
   前記側ストランドの外側であって互いに隣接する前記側ストランド間の谷間に各々設けられた補助ストランドと、
   を有し、
   前記側ストランドは、複数の素線を撚り合わせて構成されると共に、当該素線の全てが普通丸線から構成されてなり、
   前記補助ストランドは、複数の素線を撚り合わせて構成されると共に、外層素線が異形線から構成され、当該外層素線以外の素線が普通丸線から構成されてなり、
   前記各々の側ストランドの外接円及び前記各々の補助ストランドの外接円が、略同一の円に内接してなるエレベータ用ワイヤロープ。
2. 前記芯が樹脂質連続体から構成されてなる請求項１記載のエレベータ用ワイヤロープ。
3. 前記側ストランドと前記補助ストランドとが接触してなる請求項１または２記載のエレベータ用ワイヤロープ。
4. 前記側ストランドを５本有し、前記補助ストランドを５本有する請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のエレベータ用ワイヤロープ。
5. 前記補助ストランドが７本の素線から構成されてなる請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のエレベータ用ワイヤロープ。
6. 前記側ストランド及び前記補助ストランドの外周に樹脂を充填し、当該外周に樹脂被覆体を形成してなり、前記ワイヤロープの芯方向に対し垂直な断面視で、前記樹脂被覆体の外周形状が当該ワイヤロープの外接円に略一致してなる請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載のエレベータ用ワイヤロープ。

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