JP6548772B2 - 難自転性ワイヤロープ - Google Patents

Description

本発明は、クレーン等の荷役機械用ロープなどに適用可能な難自転性ワイヤロープに関する。

従来クレーンで代表される荷役運搬や建設機械に使用されるワイヤロープは、一般的にＪＩＳＧ３５２５（ワイヤロープ：２０１３）で規定される繊維心入りもしくはワイヤロープ状のロープ心（ＩＷＲＣ（Ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｗｉｒｅ Ｒｏｐｅ Ｃｏｒｅの略））入りのＦｉ型やＷＳ型の６ストランドロープなどが使用されている。

このような用途に用いられるワイヤロープは、設備の負荷の軽減のため細径でも高い破断力が求められる。また、ワイヤロープは、使用中に滑車（シーブ）やドラムなどにおける繰り返し曲げや摩耗に対する耐疲労性や耐摩耗性に優れているとともに多層巻き時の耐型崩れ性や巻取り性も要求される。さらに、荷物の吊り上げ、吊り下げ時において、ワイヤロープが回転しない難自転性も重要である。

例えば、特許文献１には、図６に示されるようなＩＷＲＣ６×Ｆｉ（２９）の構造を有する６ストランドワイヤロープ１００が示されている。ワイヤロープ１００は、ＩＷＲＣ１０１の周囲に複数（図６では６本）の側ストランド１０２が撚り合わされている。

ＩＷＲＣ１０１は、素線１０１ａがらせん状に撚り合わされて形成された７本のロープ心用ストランド１０１ｂのうち１本のロープ心用ストランド１０１ｂを中心として他の残り６本のロープ心用ストランド１０１ｂが撚り合わさることによって形成されている。側ストランド１０２は、それぞれ複数の素線１０２ａが撚り合わさることにより形成されている。

特開２００７−７７５５５号公報（図１参照）

しかし、このような従来のワイヤロープ１００は、荷物を吊り下げて引張荷重がかけられたときに、それによって側ストランド１０２の撚りが解けようとする方向Ｒ（図６参照）に当該ワイヤロープ１００の軸心回りに回転（自転）するおそれがある。そのようなワイヤロープ１００の回転によって、当該ワイヤロープ１００に吊り下げられた荷物が回転するおそれがある。つまり、図６に示されるワイヤロープ１００は、側ストランド１０２の撚りが解けようとする方向Ｒ（図６参照）に回転するトルクが発生したときに、ロープ心用ストランド１０１ｂを撚り合わせることにより形成された一般的な構造のＩＷＲＣ１０１ではねじり剛性の向上が難しいので、ＩＷＲＣ１０１によってそのトルクを受け止めてワイヤロープ１００の回転を阻止することが困難である。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、ロープ心のねじり剛性を向上させ、ワイヤロープの自転を抑えることが可能な難自転性ワイヤロープを提供することを目的とする。

上記課題を解決するためのものとして、本発明の難自転性ワイヤロープは、複数の素線が撚り合わされて形成されたロープ心用ストランドを複数本撚り合わせて形成されたロープ心と、複数の素線が撚り合わされて形成された側ストランドであって、前記ロープ心の周囲に撚り合わされた複数の側ストランドとを備えており、前記ロープ心は、縮径成形されており、前記側ストランドが前記ロープ心の周囲に撚り合わされる撚り方向は、前記ロープ心用ストランド同士が撚り合わされる撚り方向に対して逆方向であることを特徴とする。

かかる構成によれば、前記ロープ心は縮径成形されているので、各ロープ心用ストランドは非円形の形状につぶされた状態で隣り合うロープ心用ストランドに対して密着している。さらに、側ストランドは、ロープ心の周囲においてロープ心用ストランド同士が撚り合わされる撚り方向に対して逆方向になるように撚り合わされている。このため、ワイヤロープに対して引張荷重がかけられると側ストランドのロープ心周囲における撚りが解ける方向に発生するトルクがロープ心用ストランド同士の撚りが締まる方向に作用する。したがって、ワイヤロープに対して引張荷重がかけられたときには、ロープ心は、縮径成形された形態で、かつ、側ストランドの撚り方向に対して逆方向に撚り合わされたロープ心用ストランド同士が互いに締め合うことにより、ロープ心用ストランド同士が合体して一体化した状態でトルクを受けることが可能になる。それにより、当該ロープ心のねじり剛性が向上する。その結果、ワイヤロープの自転を抑え、難自転性を向上させることができる。ロープ心がロープ心用ストランドを撚り合わせた構成なので、ドラム巻取性の低下を抑制することが可能であり、しかも、耐疲労寿命も良好になる。

前記側ストランドを構成する素線の撚り方向は、前記ロープ心用ストランド同士が撚り合わされる撚り方向と同じ方向であるのが好ましい。

かかる構成によれば、ワイヤロープに対して引張荷重がかけられたときに側ストランドのロープ心周囲における撚りが解ける方向にトルクが発生した場合に、そのトルクは各側ストランドにおいては素線の撚りが締まる方向に作用し、側ストランドのロープ心周囲における撚りが戻る方向への抵抗がさらに向上する。よって、ワイヤロープ全体の軸心回りの回転（自転）をさらに抑えることが可能である。

前記ロープ心用ストランドを構成する素線の撚り方向は、当該ロープ心用ストランド同士が撚り合わされる撚り方向と同じ方向であるのが好ましい。

かかる構成によれば、ワイヤロープに対して引張荷重がかけられたときに側ストランドのロープ心周囲における撚りが解ける方向にトルクが発生した場合に、そのトルクはロープ心用ストランドに対してロープ心用ストランド同士の撚りが締まる方向に作用するとともに、各ロープ心用ストランドの素線が締まる方向に作用するので、側ストランドのロープ心周囲における撚りが戻る方向への抵抗がさらに向上する。よって、ワイヤロープ全体の軸心回りの回転（自転）をさらに抑えることが可能である。

前記側ストランドは、６ストランド又は８ストランドの平行撚りのワイヤロープあるいは３７本線６撚りのワイヤロープでステンレス製以外のものであるのが好ましい。

これらのワイヤロープは、難自転性ワイヤロープとして従来用いられているワイヤロープよりも曲がりやすく、小さい滑車（シーブ）にもかかりやすいので、当該ワイヤロープによって側ストランドを構成することにより、滑車等の部品およびその部品を含む機械の大型化を抑えることが可能である。

以上説明したように、本発明の難自転性ワイヤロープによれば、ロープ心のねじり剛性を向上させ、ワイヤロープの自転を抑えることができる。

本発明の実施形態に係わる難自転性ワイヤロープの断面図である。 図１の縮径成形されたロープ心の断面図である。 図２のロープ心が縮径成形される前の状態を示す断面図である。 図１のワイヤロープの側ストランドを一部除去した状態の側面図である。 ロープの撚りのピッチおよびピッチ倍率を説明するための説明図である。 従来のＩＷＲＣワイヤロープの一例である、ＩＷＲＣ６×Ｆｉ（２９）の構造を有するＩＷＲＣワイヤロープの断面図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

本実施形態に係る難自転性ワイヤロープ（以下、ワイヤロープという）１０は、図１に示されるように、ワイヤロープ状に撚り合わされたロープ心１（すなわちＩＷＲＣ）と、当該ロープ心１の周囲に撚り合わされた複数（６本）の側ストランド５とから構成された［６×Ｆｉ（２９）］タイプのＩＷＲＣワイヤロープである。なお、図１〜３では、ロープ心１の構造を視認しやすいように、ロープ心１の背景が黒く着色されている。

ロープ心１は、図２に示されるように、４本のロープ心用ストランド２がワイヤロープ状に撚り合わされている。各ロープ心用ストランド２は、変形可能な芯４の外周に９本の素線３が２層撚り合わせた後に縮径成形されることにより構成されている。すなわち、ロープ心１は、［４×（９＋９）］タイプのロープの形態に構成されている。芯４は、変形可能な材料として、例えば繊維などから構成されている。なお、ロープ心用ストランド２の本数および素線３の本数については本発明ではとくに限定しない。ロープ心用ストランド２の本数は、縮径成形によってロープ心１が成形される場合にロープ心１が円形またはそれに近い断面形状を有するように選定され、例えば４本程度が好ましい。

ロープ心１を製造する場合、まず、図３に示されるように、変形可能な繊維心４ の回りに素線３ を撚り合わせたロープ心用ストランド２ を更に撚り合わせて外径Ｄを有するロープ心予備成形体１’があらかじめ形成される。そして、ロープ心予備成形体１’は、その外形寸法を小さくする成形、いわゆる縮径成形される。例えば、ロープ心予備成形体１’は、その外接円の外径Ｄより若干小さい口径ｄを有する丸穴ダイスに通されることによって、該ロープ心予備成形体１’の撚り合わせ時の径Ｄよりも小さな径ｄを有するように縮径成形される。それによって図２に示されるロープ心１が成形される。この縮径成形により、ロープ心１の内部空隙を小さくして密に詰まるようにすると共に断面形状をより円に近い形状に整えることが可能である。これにより、各ロープ心用ストランド２は、ロープ心１内において非円形の形状につぶされた状態で隣り合うロープ心用ストランド２に対して密着する。

なお、ロープ心１の縮径成形は、ロープ心をダイスに通す方法だけでなく、種々の方法を行ってもよく、例えば、ロープ心を外面から叩くことによって縮径してもよい。

各側ストランド５は、複数の素線６が撚り合わされて構成されている。例えば、図１に示される側ストランド６は、２９本の素線からなるフィラー形の側ストランドである。側ストランド６の形態については、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の形態のストランドを側ストランドとして用いることが可能である。

例えば、側ストランド５は、６ストランド又は８ストランドの平行撚りのワイヤロープあるいは３７本線６撚りのワイヤロープでステンレス製以外のもので構成されるのが好ましい。これらのワイヤロープは、クレーン構造規格に定められているワイヤロープの１グループに分類されているワイヤロープであり、難自転性ワイヤロープとして従来用いられているクレーン構造規格に定められているワイヤロープの２グループに分類されているワイヤロープよりも曲がりやすく、小さい滑車（シーブ）にもかかりやすいという性質を有する。よって、これらのワイヤロープによって側ストランド５を構成することにより、滑車等のワイヤロープが掛けられる部品およびその部品を含む機械の大型化を抑えることが可能である。

図１および図４に示されるように、６本の側ストランド５は、ロープ心１の周囲において、ロープ心用ストランド２同士が撚り合わされる撚り方向（例えばＳ撚り）に対して逆方向（Ｚ撚り）になるように撚り合わされている。いいかえれば、ロープ心１は、ワイヤロープ１０の側ストランド５の撚り方向に対して逆方向に撚られ、いわゆる逆撚りされている。このため、ワイヤロープ１に対して引張荷重がかけられると側ストランド５のロープ心１周囲における撚りが解ける方向Ａにトルクが発生した場合に、そのトルクはロープ心用ストランド２同士の撚りが締まる方向に作用する。したがって、ワイヤロープ１０に対して引張荷重がかけられたときには、ロープ心１は、縮径成形された形態で、かつ、側ストランド５のロープ心１周囲における撚り方向に対して逆方向に撚り合わされたロープ心用ストランド２同士が互いに締め合うことにより、ロープ心用ストランド２同士が合体して一体化した状態でトルクを受けることが可能になる。それにより、ロープ心１のねじり剛性は、向上する。その結果、ロープ心１によって側ストランド５の撚りが戻る方向への抵抗が向上し、ワイヤロープ全体の軸心回りの回転（自転）を抑え、難自転性を向上させることが可能になる。これにより、荷役運搬用や建設機械用のクレーンで使用する際にロープのからみを防止することが可能である。また、ロープ心１がロープ心用ストランド２を撚り合わせた構成なので、ドラム巻取性の低下を抑制することが可能であり、しかも、耐疲労寿命も良好になる。

また、図４に示されるように、側ストランド５を構成する素線６の撚り方向は、ロープ心用ストランド２同士が撚り合わされる撚り方向と同じ方向になるように設定されている。図４では、側ストランド５のロープ心１周囲における撚り方向がＺ撚りの場合には、側ストランド５を構成する素線６の撚り方向は、前記ロープ心用ストランド２同士が撚り合わされる撚り方向と同じ撚り方向であるＳ撚りになっている。これにより、ワイヤロープ１０が引っ張られたときに側ストランド５のロープ心１周囲における撚りが解ける方向にトルクが作用した場合には、各側ストランド５においては素線６の撚りが締まる方向に作用し、素線６が側ストランド５のロープ心１周囲における撚りが戻る方向へ抵抗する。これによって、各側ストランド５の素線６によって、側ストランド５のロープ心１周囲における撚りが戻る方向への抵抗がさらに向上するので、ワイヤロープ１０全体の軸心回りの回転（自転）をさらに抑えることが可能である。

また、図４に示されるように、ロープ心用ストランド２を構成する素線３の撚り方向は、当該ロープ心用ストランド２同士が撚り合わされる撚り方向と同じ方向になるように設定されている。図４では、ロープ心用ストランド２同士が撚り合わされる撚り方向がＳ撚りの場合には、ロープ心用ストランド２を構成する素線３の撚り方向もＳ撚りになっている。これにより、ワイヤーロープ１０が引っ張られたときに側ストランド５のロープ心１周囲における撚りが解ける方向にトルクが発生した場合に、そのトルクはロープ心用ストランド２対してロープ心用ストランド２同士の撚りが締まる方向に作用するとともに、各ロープ心用ストランド２の素線３が締まる方向に作用する。これによって、各ロープ心用ストランド２の素線３によって、側ストランド５のロープ心１周囲における撚りが戻る方向への抵抗がさらに向上するので、ワイヤロープ１０全体の軸心回りの回転（自転）をさらに抑えることが可能である。

なお、図４では、ロープ心用ストランド２を構成する素線３の撚り方向（Ｓ撚り）は、当該ロープ心用ストランド２同士が撚り合わされる撚り方向（Ｓ撚り）と同じ方向になるように設定されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、素線３の撚り方向は、逆撚り（Ｚ撚り）であってもよい。

実験例

つぎに、本実施形態のワイヤロープ１０と従来の難自転性ワイヤロープとにおけるワイヤロープの難自転性を比較した実験を行った結果について説明する。

表１には、本実施形態に係る２種類のワイヤロープ１０（本実施形態１〜２）、および従来の難自転性のワイヤロープからなる比較例１〜３についてのそれぞれのワイヤロープの構造、および難自転性を示す回転角を示す。

ここで、表１におけるロープ径とは、ワイヤロープの外径のことをいう。

また、表１における撚り方向と倍率の欄では、上段に撚り方向、下段に倍率が記されている。ここで、ロープの撚り方向と倍率とは、側ストランドのロープ心周囲における撚り方向（Ｚ撚りまたはＳ撚り）、およびピッチ倍率（すなわち、図５におけるストランドＳの１ピッチの長さＬのワイヤロープ直径ｄに対する比率）をいう。同様に、ストランドの撚り方向と倍率とは、各側ストランドの素線の撚り方向とピッチ倍率をいう。ＩＷＲＣの撚り方向と倍率とは、ロープ心におけるロープ心用ストランド同士を撚り合わせたときの撚り方向とピッチ倍率をいう。

ＩＷＲＣの撚り方向のストランドにおける撚り方向とストランド数とは、ロープ心のロープ心用ストランドの素線の撚り方向とロープ心用ストランドの数をいう。

破断力×２０％負担時の回転角（°／１０ｄｒ）とは、ワイヤロープに対してそれが破断する破断力の２０％の大きさの引張荷重を負荷した場合におけるワイヤロープの回転角をいう。この単位「°／１０ｄｒ」は、ワイヤロープの外径の１０倍のワイヤロープの長さあたりの回転角（度）を示す。

表１における本実施形態１〜２のワイヤロープ１０は、以下のようにして製造される。まず、直径６．５５ｍｍに撚り合わした［４×１８(９＋９)］タイプのロープ心予備成形体１’（図３参照）を準備し、このロープ心予備成形体１’をダイスを通して直径４．９５ｍｍに縮径成形して、図２に示されるロープ心１を成形する。ついで、このロープ心１の周囲に［Ｆｉ（２９）］の６本の側ストランド５を撚り合わせて巻き付けることにより、直径１４．４２ｍｍでロープピッチ１１５ｍｍの［６×Ｆｉ（２９）］タイプのＩＷＲＣワイヤロープ１０が製作される。

表１に示される本実施形態１〜２のワイヤロープ１０は、ロープの撚り方向（すなわち、側ストランド５のロープ心１周囲における撚り方向）はＺ撚りであり、ストランドの撚り方向（側ストランド５の素線６の撚り方向）はＳ撚りであり、ＩＷＲＣの撚り方向（すなわち、ロープ心用ストランド２同士の撚り合わせ方向）はＳ撚りである。さらに、本実施形態１ではＩＷＲＣのストランドの撚り方向（すなわち、ロープ心用ストランド２の素線３の撚り方向）はＳ撚りであり、本実施形態２ではＺ撚りである。

また、上記の本実施形態１のワイヤロープ１０の破断強度は、１４８ｋＮである。

一方、本実施形態１〜２に対する比較例として、ロングピッチタイプで難自転性の[６×Ｆｉ（２９）]タイプであって、本実施形態１〜２のワイヤロープ１０と同じ外径を有する難自転性のＩＷＲＣワイヤロープとして、比較例１〜３のワイヤロープを準備した。比較例１は、ＩＷＲＣの撚り方向（Ｚ撚り）がロープの撚り方向（Ｚ撚り）と同じ方向のワイヤロープである。一方、比較例２は、ＩＷＲＣの撚り方向（Ｓ撚り）がロープの撚り方向（Ｚ撚り）と逆方向のワイヤロープである。また、比較例３は、ＩＷＲＣの撚り方向（Ｚ撚り）がロープの撚り方向（Ｚ撚り）と同じ方向のワイヤロープであって、本実施形態１〜２のワイヤロープのロープ心１と同様に縮径成形により成形されたものである。

表１に示される実験結果から判るように、本実施形態１〜２のワイヤロープ１０における負荷時のワイヤロープの回転角（２０または２４°／１０ｄｒ）は、比較例１〜３のワイヤロープの負荷時の回転角（８０、４５または４２°／１０ｄｒ）と比較して非常に小さいことがわかる。よって、本実施形態１〜２のワイヤロープは、比較例１〜３の難自転性ワイヤロープと比較して、負荷がかけられたときの回転角が小さく、優れた難自転性を有するものであることが確認された。

また、本実施形態１〜２のワイヤロープを比較すれば、本実施形態１のようにＩＷＲＣの撚り方向（Ｓ撚り）とＩＷＲＣのストランドの撚り方向（Ｓ撚り）が同じである場合の負荷時のワイヤロープの回転角（２０°／１０ｄｒ）の方が、本実施形態２のようにＩＷＲＣの撚り方向（Ｓ撚り）とＩＷＲＣのストランドの撚り方向（Ｚ撚り）とが逆方向である場合の負荷時のワイヤロープの回転角（２４°／１０ｄｒ）よりも小さくなることがわかる。

なお、上記の本実施形態のワイヤロープ１０では、［４×１８（９＋９）］タイプのロープ心１（ＩＷＲＣ）を用いた[６×Ｆｉ（２９）]タイプのＩＷＲＣワイヤロープを例にして説明されているが、本発明はこれに限定されるものでない。すなわち、ロープ心（ＩＷＲＣ）を予め縮径成形して、フラット形ストランドロープとすることによって、ロープ心のねじり剛性を高め、かつ、ロープ心１の撚り方向をワイヤロープ１０の撚り方向（すなわち、側ストランド５のロープ心周囲における撚り方向）と逆向きに設定することにより、ワイヤロープの難自転性を高める本発明の要旨を逸脱しない限り、各種のＩＷＲＣワイヤロープに本発明の適用することが可能である。その場合も、上記実施形態と同様の効果が得られることは言うまでもない。さらに、本発明のワイヤロープにおける各種設計条件、例えば、素線径、素線本数、ストランド本数、縮径成形率などのロープ心の構成、形状を種々変化させることにより、強度、柔軟性等の諸特性において従来のワイヤロープにない優れた性能のワイヤロープを製作することが可能である。

また、上記実施形態でのロープ心１の加工減面率、つまり縮径成形率は、該ロープ心１を構成するロープ心用ストランド２の数（図１〜２に示されるように４本）からみて好ましい一例である。この縮径成形率は、縮径成形後のロープ心１の全周における側ストランド５に接触する範囲の割合が２０％以上となるように設定されれば良い。しかし、縮径成形率を高くするとロープ心の素線の歪みが大きくなって断線の要因となるので、断線しないように縮径成形率を設定する必要がある。

また、ロープ心１のねじり剛性は、高すぎるとワイヤロープ１０自体が硬くなって曲げ疲労寿命に悪い影響を及ぼす。そこで、そのような影響が生じない範囲のねじり剛性になるようにロープ心１を設計すればよい。

さらに、また、上記実施形態におけるロープ心１のロープ心用ストランド２は、繊維芯からなる芯４の上に素線３を撚り合わせることにより形成されているが、本発明はこれに限定されるものではない。ロープ心用ストランド２の芯４は、ロープ心用ストランド２に柔軟性を与え、かつ構成するロープ心１の縮径成形を阻害しない変形性を有するものであればよく、例えば、繊維ロープやゴム等の他の変形可能な材質からなる芯を用いることが可能である。

１ ロープ心
２ ロープ心用ストランド
３、６ 素線
５ 側ストランド
１０ ワイヤロープ

Claims (6)

1. ロープ心用ストランドを複数本撚り合わせて形成されたロープ心と、
   複数の素線が撚り合わされて形成された側ストランドであって、前記ロープ心の周囲に撚り合わされた複数の側ストランドと
   を備えており、
   それぞれの前記ロープ心用ストランドは、繊維またはゴムからなる芯と、当該芯の外周に撚り合わされた複数の素線とによって構成されており、
   前記ロープ心は、［４×１８（９＋９）］タイプのロープ心であり、
   前記ロープ心は、当該ロープ心内においてそれぞれの前記ロープ心用ストランドが非円形につぶされた状態で隣のロープ心用ストランドに密着するように縮径成形されており、
   前記側ストランドが前記ロープ心の周囲に撚り合わされる撚り方向は、前記ロープ心用ストランド同士が撚り合わされる撚り方向に対して逆方向であり、
   前記側ストランドを構成する前記複数の素線の撚り方向が、前記ロープ心用ストランドを構成する前記複数の素線の撚り方向と逆方向である
   ことを特徴とする、難自転性ワイヤロープ。
2. 前記ロープ心のピッチ倍率が９．６である
   請求項１に記載の難自転性ワイヤロープ。
3. 前記ロープ心の加工減面率が４３％である
   請求項１または２に記載の難自転性ワイヤロープ。
4. 繊維またはゴムからなる芯の外周にそれぞれ９本の素線を２層撚り合わせてロープ心用ストランドとしたものを４つ形成し、
   前記４つのロープ心用ストランドを撚り合わせることによって、ロープ心予備成形体を形成し、
   前記ロープ心予備成形体内においてそれぞれの前記ロープ心用ストランドが非円形につぶされた状態で隣のロープ心用ストランドに密着するように、前記ロープ心予備成形体を縮径成形してロープ心を形成し、
   それぞれ複数の素線が撚り合わされて形成された構成の複数の側ストランドを前記ロープ心の周囲に撚り合わせ、
   前記側ストランドを前記ロープ心の周囲に撚り合わせる際には、前記側ストランドが前記ロープ心の周囲に撚り合わされる撚り方向を、前記ロープ心用ストランド同士が撚り合わされる撚り方向に対して逆方向とし、かつ、前記側ストランドを構成する前記複数の素線の撚り方向を、前記ロープ心用ストランド同士を構成する前記複数の素線の撚り方向と逆方向とする、
   ことを特徴とする、難自転性ワイヤロープの製造方法。
5. 前記ロープ心のピッチ倍率を９．６とする
   請求項４に記載の難自転性ワイヤロープの製造方法。
6. 前記ロープ心の成形時における前記ロープ心予備成形体からの加工減面率を４３％とする
   請求項４又は５に記載の難自転性ワイヤロープの製造方法。