JP6664518B2 - ロープ、及びそれを用いたエレベータ - Google Patents

Description

この発明は、例えばエレベータ又はクレーン装置に用いられるロープ、及びそれを用いたエレベータに関するものである。

近年の建物の高層化に伴い、高揚程のエレベータが望まれている。しかし、エレベータが高揚程になると、ロープの自重が増大し、ロープの安全性を確保することが難しくなるため、軽量なロープが必要とされている。即ち、主として荷重を受ける荷重支持部材が鋼材である従来のロープでは、軽量化に限界があり、荷重支持部材に鋼材よりも重量比強度の高い材料を用いたロープの開発が行われている。

例えば、荷重支持部材として炭素繊維又はガラス繊維などの強化繊維を長手方向に平行に配置した複合材料を用いたロープがある（例えば、特許文献１参照）。

特許第５７１３６８２号公報

一般に、エレベータのかごは、ロープにより吊り下げられており、ロープが巻き掛けられている駆動シーブが回転することで昇降する。これに対して、上記のような従来の複合材料を用いたロープでは、荷重支持部材の曲げ剛性が高いため、駆動シーブに対してロープを巻き掛けにくく、施工作業性が低い。また、ロープが駆動シーブに沿って曲げられる際に、強化繊維が収縮及び伸展しにくい構造であるため、荷重支持部材の表面の強化繊維に生じる応力が大きくなり、ロープの強度信頼性が懸念される。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、高強度化及び軽量化を図りつつ、曲げ剛性を低減することができるロープ、及びそれを用いたエレベータを得ることを目的とする。

この発明に係るロープは、含浸材と、含浸材に埋め込まれており、長手方向に作用する荷重を支持する長手方向に連続した強化繊維体とを有している荷重支持部材、及び荷重支持部材の外周を覆っている被覆材を備え、強化繊維体は、少なくとも一部が長手方向に平行な断面において波状の形状を有している波状強化繊維体を含んでおり、波状強化繊維体を直線状に伸ばしたときの全長が、荷重支持部材の全長の１．１倍以上である。
また、この発明に係るロープは、含浸材と、含浸材に埋め込まれており、長手方向に作用する荷重を支持する長手方向に連続した強化繊維体とを有している荷重支持部材、及び荷重支持部材の外周を覆っている被覆材を備え、荷重支持部材は、荷重支持部材の長手方向に互いに間隔をおいて含浸材に埋め込まれている複数の横材をさらに有しており、横材は、荷重支持部材の長手方向に対して直角の方向に延在する長尺状であり、横材の弾性率は、含浸材の弾性率よりも大きくなっており、強化繊維体は、少なくとも一部が横材に掛けられて波状に形成された波状強化繊維体を含んでおり、波状強化繊維体を直線状に伸ばしたときの全長が、荷重支持部材の全長よりも長くなっている。

この発明のロープは、高強度化及び軽量化を図りつつ、曲げ剛性を低減することができる。

この発明の実施の形態１によるエレベータを示す構成図である。 実施の形態１によるロープの一部を示す斜視図である。 図２のＡ−Ａ断面図である。 図２のＢ−Ｂ断面図である。 図２のロープから波状強化繊維束のみを取り出して示す斜視図である。 図３の荷重支持部材の一部を拡大して示す断面図である。 この発明の実施の形態２によるロープのＡ−Ａ断面図である。 図７のロープのＢ−Ｂ断面図である。 図７のロープから波状強化繊維束及び横材のみを取り出して示す斜視図である。 横材の変形例を示す斜視図である。 この発明の実施の形態３によるロープのＡ−Ａ断面図である。 図１１のロープのＢ−Ｂ断面図である。 図１１のロープから波状強化繊維束及び横材のみを取り出して示す斜視図である。 この発明の実施の形態４によるロープのＡ−Ａ断面図である。 図１４のロープのＢ−Ｂ断面図である。 図１４のロープから波状強化繊維束及び横材のみを取り出して示す斜視図である。 実施の形態４によるロープの第１の変形例を示すＡ−Ａ断面図である。 図１７のロープのＢ−Ｂ断面図である。 実施の形態４によるロープの第２の変形例を示すＢ−Ｂ断面図である。 この発明の実施の形態５によるロープのＡ−Ａ断面図である。 図２０のロープのＢ−Ｂ断面図である。 図２０のロープから波状強化繊維束、平行強化繊維束及び横材のみを取り出して示す斜視図である。 この発明の実施の形態６によるロープ２０のＢ−Ｂ断面図である。

以下、この発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるエレベータを示す構成図である。図において、昇降路１の上部には、機械室２が設けられている。機械室２には、巻上機３及びそらせ車４が設置されている。巻上機３は、駆動シーブ５及び巻上機本体６を有している。巻上機本体６には、駆動シーブ５を回転させる巻上機モータ（図示せず）と、駆動シーブ５の回転を制動する巻上機ブレーキ（図示せず）とが設けられている。

駆動シーブ５及びそらせ車４には、複数本（図１では１本のみ示す）のロープ２０が巻き掛けられている。ロープ２０の長手方向の第１の端部には、かご７が接続されている。ロープ２０の長手方向の第２の端部には、釣合おもり８が接続されている。かご７及び釣合おもり８は、ロープ２０により吊り下げられており、駆動シーブ５を回転させることにより、昇降路１内を昇降する。

昇降路１内には、かご７の昇降を案内する一対（図１では一方のみ示す）のかごガイドレール９と、釣合おもり８の昇降を案内する一対（図１では一方のみ示す）の釣合おもりガイドレール１０とが設置されている。かご７の下部には、一対のかごガイドレール９を把持してかご７を非常停止させる非常止め装置１１が搭載されている。

ロープ２０と駆動シーブ５との間に作用する摩擦力、即ち巻き上げ力は、トラクションと呼ばれている。釣合おもり８の重量は、かご７の重量とほぼ釣り合っており、ロープ２０に必要なトラクションと、巻き上げに必要な巻上機３の能力とを小さくする役割を担っている。

このようなエレベータにおいて、ロープ２０を軽量化することは、ロープ２０の安全性を確保するだけでなく、エレベータの総重量を軽量化することにも繋がる。また、エレベータの構成部品、例えば巻上機３及び非常止め装置１１の小型化及び低コスト化に繋がる。つまり、ロープ２０を軽量化することには、エレベータのシステム全体として省スペース化及び低コスト化できるなどの利点がある。

図２は実施の形態１によるロープ２０の一部を示す斜視図、図３は図２のＡ−Ａ断面図、図４は図２のＢ−Ｂ断面図である。なお、図２のＸ軸方向はロープ２０の長手方向、Ｙ軸方向はロープ２０の幅方向、Ｚ軸方向はロープ２０の厚さ方向、Ｌはロープ２０のＸ軸方向の長さであり、以降の図及び説明においても同様の符号を用いる。

また、図２のＡ−Ａ線に沿ったＹＺ平面でのロープ２０の切断面をＡ−Ａ断面、Ｂ−Ｂ線に沿ったＺＸ平面でのロープ２０の切断面をＢ−Ｂ断面とし、以降の図においても同様の切断面を、Ａ−Ａ断面、Ｂ−Ｂ断面と称する。

ロープ２０には、かご７等の重量による荷重がＸ軸方向に作用する。また、ロープ２０は、駆動シーブ５及びそらせ車４を通過する際に、Ｙ軸まわりの方向に曲げられる。

実施の形態１のロープ２０は、主要部材である荷重支持部材２１と、荷重支持部材２１の外周を覆っている被覆材２２とを有している。図３に示すように、ロープ２０のＡ−Ａ断面の形状は、厚さ方向寸法よりも幅方向寸法が大きい矩形である。同様に、荷重支持部材２１のＡ−Ａ断面の形状は、厚さ方向寸法よりも幅方向寸法が大きい矩形である。

被覆材２２は、荷重支持部材２１の周囲を覆い、熱及び湿度などの外部からの環境負荷と、駆動シーブ５及びそらせ車４等との接触による物理的負荷とから、荷重支持部材２１を保護している。また、被覆材２２は、ロープ２０に必要なトラクションを安定して提供する役割を担っている。

さらに、被覆材２２は、耐熱性及び耐摩耗性が高いことが望ましい。被覆材２２の材料としては、例えば、ポリウレタン、エポキシ、ポリエステル又はビニルエステルを用いることができる。被覆材２２の材料を変更することで、駆動シーブ５に対するロープ２０の摩擦係数を調整することができる。

荷重支持部材２１は、波状強化繊維体としての複数の波状強化繊維束２３と、含浸材２４とを有している。波状強化繊維束２３は、含浸材２４に埋め込まれている。また、波状強化繊維束２３は、荷重支持部材２１の長手方向の全体に渡って連続して配置されている。ロープ２０の長手方向に作用する荷重は、主として波状強化繊維束２３が支持する。

波状強化繊維束２３は、長手方向に平行な断面において波状の形状を有している。即ち、波状強化繊維束２３は、ロープ２０のＢ−Ｂ断面において波状となっている。また、波状強化繊維束２３は、荷重支持部材２１の厚さ方向の一側と他側とに交互に凸となるように、荷重支持部材２１の長手方向に沿って周期的に湾曲している。

図５は図２のロープ２０から波状強化繊維束２３のみを取り出して示す斜視図である。実施の形態１では、強化繊維体として波状強化繊維束２３のみが用いられている。また、全ての波状強化繊維束２３は、同位相の波状となっている。そして、各波状強化繊維束２３を直線状に伸ばしたときの全長は、荷重支持部材２１の全長、即ちＸ軸方向の長さの１．１倍以上となっている。

図４に示すように、１本の波状強化繊維束２３を見たとき、荷重支持部材２１の厚さ方向について、一側に凸な山の頂点と他側に凸な山の頂点とのＺ軸方向の高さの差はａである。また、隣り合う同方向へ凸な山の頂点間のＸ軸方向の距離はｂである。即ち、ｂは波状強化繊維束２３の波の周期を表わしている。以降の説明においても、波の高さをａ、波の周期をｂとする。

図６は図３の荷重支持部材２１の一部を拡大して示す断面図である。各波状強化繊維束２３は、互いに束ねられている軽量で高強度な連続した複数の強化繊維２５により構成されている。強化繊維２５としては、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維又はＰＢＯ繊維、あるいはこれらの繊維を組み合わせた複合繊維が用いられている。

各波状強化繊維束２３における強化繊維２５は、含浸材２４により互いに接着されている。また、波状強化繊維束２３は、含浸材２４により互いに接着されている。

含浸材２４は、ロープ２０の使用時にロープ２０の内部で強化繊維２５の位置がずれないようにするとともに、強化繊維２５同士の接触及び摩耗を抑制し、ロープ２０の寿命を向上させる。

ここで、強化繊維２５の弾性率は、含浸材２４及び被覆材２２の弾性率よりも大きく、かご７の重量及びロープ２０の自重などによりロープ２０に作用するＸ軸方向の荷重は、荷重支持部材２１、その中でも強化繊維２５が大部分、即ち９０％以上を負担する。

また、ロープ２０は、例えば駆動シーブ５の外周に沿って曲げられる際、駆動シーブ５側でＸ軸方向に収縮、反対側でＸ軸方向に伸展される。このときの収縮量及び伸展量は、駆動シーブ５の外周の曲率半径とロープ２０の厚さとで決まり、ロープ２０のＺ軸方向の表面に近い箇所ほど大きい。

ロープ２０を曲げやすくするためには、曲げ剛性ＥＩを小さくする必要がある。曲げ剛性ＥＩは、等価弾性率Ｅと、Ａ−Ａ断面におけるロープ２０の断面二次モーメントＩとを掛けた値である。等価弾性率Ｅは、ロープ２０を均質体と見なした際の弾性率である。そして、曲げ剛性ＥＩを低減する方法として、等価弾性率Ｅを小さくする方法がある。

ロープ２０の構成材料のうち、弾性率が最も大きいのは強化繊維２５である。強化繊維２５は、収縮及び伸展しにくいため、ロープ２０の等価弾性率Ｅの大きさは主に強化繊維２５に依存する。そのため、負荷に対する強化繊維２５の収縮量及び伸展量を大きくすれば、等価弾性率Ｅを小さくし、曲げ剛性を低減できる。

また、ロープ２０が駆動シーブ５に沿って曲げられた際に大きな収縮量及び伸展量が必要となるロープ２０の厚み方向の表面に近い箇所の弾性率を、厚み方向の中央の曲げ剛性よりも小さくできれば、曲げ剛性を効果的に低減できる。

また、強化繊維２５を収縮及び伸展し易くし、等価弾性率Ｅを低下させる他に、断面二次モーメントＩを小さくしても、曲げ剛性ＥＩを低減できる。

均質体の矩形断面の場合、ロープ２０の断面二次モーメントＩは、ロープ２０の幅ｗと厚さｔとを用いて、以下の式（１）で表わされる。
Ｉ＝ｗｔ³／１２ ・・・（１）

断面二次モーメントＩは、幅ｗに比例し、厚さｔの３乗に比例するため、厚さｔを小さくすることで断面二次モーメントを効果的に低減し、曲げ剛性ＥＩを小さくできる。

実施の形態１のロープ２０は、図４及び図５に示すように、波状強化繊維束２３、つまりは波状強化繊維束２３を構成する強化繊維２５をＢ−Ｂ断面において波状とすることで、強化繊維２５をロープ２０のＸ軸方向に平行に配向するよりも、強化繊維２５を長くした構造である。

強化繊維２５を長くすることで、負荷は同じでも強化繊維２５の収縮量及び伸展量は増加するため、ロープ２０の等価弾性率Ｅが低減できる。また、ロープ２０のＸＹ断面において、ロープ２０の厚み方向の表面に近い箇所では、ロープ２０の厚み方向の中央よりも強化繊維２５の割合が減少する。このため、表面に近い箇所の弾性率をさらに低下させることができる。そのため、曲げ剛性ＥＩが低減でき、ロープ２０を曲げやすくできる。

このように、ロープ２０が曲げやすくなるため、駆動シーブ５及びそらせ車４等のシーブへのロープの巻き掛けが容易となり、ロープ施工時の作業性が良い。

また、強化繊維２５を長くすることで、強化繊維２５の収縮量及び伸展量が同じであっても、ロープ２０がシーブに巻き掛けられる際の強化繊維２５に生じる歪みが低下する。

さらに、強化繊維２５に生じる応力が小さくなるため、強化繊維２５が破壊しにくく、ロープ２０の強度信頼性が向上する。

さらにまた、ロープ２０の施工作業性及び強度信頼性が向上するため、強化繊維２５をＸ軸方向と平行に配置するよりも、ロープ２０を巻き掛けるシーブの外周の曲率半径を小さくでき、エレベータの省スペース化に繋がる。

なお、横糸を有する一般的な織物構造においても、繊維はわずかに波状となるが、波の高さａが小さく、ロープ２０の長さＬに対し強化繊維２５をほとんど長くならないため、本発明における効果は得られない。

ロープ２０の長さＬに対して、強化繊維２５の長さを大きくするほど、ロープ２０の等価弾性率Ｅを小さくでき、曲げ剛性ＥＩを低減できる。実用上は、強化繊維２５をロープ２０のＸ軸方向に平行に配向したロープに対して、本発明のロープ２０の曲げ剛性を少なくとも０．９倍以下に低減できることが望ましい。また、強化繊維２５の長さの増大による等価弾性率Ｅの低減効果のみを考えた場合、強化繊維２５は、ロープ２０の長さＬよりも約１．１倍以上長いことが望ましい。

波状の形状で強化繊維２５の長さを大きくするには、波の周期ｂに対して、波の高さａを大きくする必要がある。例えば、波の高さａを、荷重支持部材２１の厚さの１／４倍以上、かつ波の周期ｂの１／６倍以上とすれば、強化繊維２５をロープ２０の長さＬよりも１．１倍以上に長くできる。

また、強化繊維２５の長さがロープ２０の長さＬよりも１．１倍以上に長くなるような波の高さａが大きい構造では、ロープ２０のＸＹ断面において、ロープ２０の厚み方向の表面に近い箇所で、ロープ２０の厚み方向の中央よりも強化繊維２５の割合が減少するため、等価弾性率Ｅをさらに低下でき、ロープ２０の曲げ剛性を効果的に低減できる。

また、ロープ２０及び荷重支持部材２１の断面形状は矩形に限定されないが、厚さ方向寸法よりも幅方向寸法が大きい矩形とすることにより、円形などの場合よりも、シーブとの接触面積を増加させ、安定したトラクションを得ることができる。

さらに、シーブとの接触面積の増加により、接触応力が小さくなるため、ロープ２０及びシーブの局所的な変形、損傷、摩耗などを低減できる。

さらにまた、断面積が同じ場合、矩形の断面形状では、円形などよりも、ロープの厚さ寸法を小さくできるため、曲げ剛性を効果的に低減できる。

また、ロープ２０の厚さを小さくすることで、ロープ２０の構成部材に生じる応力を低減し、ロープ２０の強度信頼性が向上する。

さらに、波状強化繊維束２３を用いる場合、波の周期及び振幅を変えることで、曲げ剛性を調整できる。例えば、波の周期を小さくするか、又は振幅を大きくすれば、波状強化繊維束２３の長さが増加するため、曲げ剛性を小さくできる。

なお、波状強化繊維束２３の波状の形状は、例えば、含浸材２４と同じ材料で作製された複数の丸棒に強化繊維束を波状に巻き掛け、その状態で含浸材２４を浸透させることで実現できる。
また、実施の形態１では、全ての強化繊維体を波状強化繊維束２３としたが、波状強化繊維束２３以外の強化繊維体が混在してもよい。

さらに、含浸材２４の材料としては、例えば、ポリウレタン、エポキシ、ポリエステル、ビニルエステル又はフェノール樹脂を用いることができ、強化繊維２５との接着性が良い材料が望ましい。また、含浸材２４の材料として、弾性率の小さい材料を用いれば、ロープ２０の曲げ剛性を小さくできる。一方、含浸材２４の材料として、弾性率の大きい材料を用いれば、強化繊維２５に加わる荷重が均等となり、ロープ２０の強度のばらつきを低減できる。

実施の形態２．
次に、図７はこの発明の実施の形態２によるロープ２０のＡ−Ａ断面図、図８は図７のロープ２０のＢ−Ｂ断面図である。実施の形態２の荷重支持部材２１は、複数の棒状の横材２６をさらに有している。横材２６は、荷重支持部材２１の長手方向に互いに間隔をおいて含浸材２４に埋め込まれている。

また、横材２６は、互いに平行、かつＹ軸方向に平行に配置されている。さらに、各横材２６は、荷重支持部材２１の長手方向に対して直角の方向に延在する長尺状である。さらにまた、各横材２６の断面形状は円形である。各横材２６の弾性率は、含浸材２４の弾性率よりも大きい。また、横材２６は、ロープ２０にＸ軸方向の荷重が作用した際の波状強化繊維束２３から横材２６に加わるＺ軸方向の荷重で、塑性変形しないことが望ましい。

横材２６の材料としては、例えば、鉄系材料、非鉄系金属材料、ガラス、又はセラミックが挙げられる。鉄系材料としては、炭素鋼、高張力鋼、圧延鋼、ステンレス鋼、及び構造用合金鋼などが挙げられる。また、非鉄系金属材料としては、アルミニウム、マグネシウム、チタン、黄銅、及び銅などの材料、並びに合金材料などが挙げられる。

図９は図７のロープ２０から波状強化繊維束２３及び横材２６のみを取り出して示す斜視図である。波状強化繊維束２３は、荷重支持部材２１の厚さ方向の横材２６の一側と他側とに交互に掛けられて波状となっている。これにより、波状強化繊維束２３を直線状に伸ばしたときの全長が、荷重支持部材２１の全長よりも長くなっている。

また、各横材２６の長手方向寸法は、荷重支持部材２１の幅方向寸法と一致している。さらに、この例では、全ての横材２６が、荷重支持部材２１の厚さ方向の同じ位置に配置されている。他の構成は、実施の形態１と同様である。

荷重支持部材２１は、波状強化繊維束２３を横材２６に巻き掛けた状態で、強化繊維２５間、波状強化繊維束２３間、及び波状強化繊維束２３と横材２６との間にそれぞれ含浸材２４を浸透させることで作製される。このとき、横材２６は、含浸材２４により波状強化繊維束２３に接着される。

このような構成によっても、実施の形態１と同様に、高強度化及び軽量化を図りつつ、曲げ剛性を低減することができる。

また、ロープ２０にＸ軸方向の荷重が作用した際に、波状強化繊維束２３に生じるＺ軸方向への力を横材２６が受けるため、ロープ２０のＸ軸方向の伸びを小さくできる。

さらに、荷重支持部材２１の作製時に、波状強化繊維束２３の位置がずれるのが抑制され、ロープ２０の機械的特性を安定させることができる。ここで、荷重支持部材２１を作製する際、波状強化繊維束２３にＸ軸方向の荷重をかけておけば、波状強化繊維束２３の位置ずれをさらに抑制でき、かつロープ２０の状態でＸ軸方向の荷重が作用した際の伸びを低減できる。

なお、横材２６の形状は特に限定されないが、Ｂ−Ｂ断面において波状強化繊維束２３が掛けられる箇所の横材２６の断面積がＡ−Ａ断面における各波状強化繊維束２３の断面積よりも大きければ、波状強化繊維束２３の長さを効果的に長くできる。
また、Ｂ−Ｂ断面における横材２６の断面積、即ち横材２６の長手方向に直角な断面の断面積を変更することで、ロープ２０に対する強化繊維２５の長さを調整することができる。
さらに、Ｂ−Ｂ断面における横材２６の断面形状を円形とすれば、波状強化繊維束２３との局所的な接触を避けることができ、過度な応力集中による波状強化繊維束２３の損傷を防ぐことができる。

図１０は横材２６の変形例を示す斜視図である。この例では、横材２６は、丸棒状の横材本体２６ａと、横材本体２６ａの長手方向の第１の端部に設けられている第１のフランジ部２６ｂと、横材本体２６ａの長手方向の第２の端部に設けられている第２のフランジ部２６ｃとを有している。第１及び第２のフランジ部２６ｂ，２６ｃの径は、横材本体２６ａの径よりも大きい。

このような横材２６を用いることにより、製造時の波状強化繊維束２３のＹ軸方向への広がり及びはみ出しを抑制できる。

また、横材２６の外周面に波状強化繊維束２３が挿入される溝を設けてもよく、製造時の波状強化繊維束２３の位置ずれを抑制することができる。

さらに、横材２６の外周に、含浸材２４と同じ材料又は異なる材料により予め被覆を施してもよい。これにより、波状強化繊維束２３と横材２６との間に被覆が介在することになり、波状強化繊維束２３が横材２６に直接接触することを確実に防止できる。

さらにまた、Ｘ軸方向の横材２６の間隔は、等間隔であっても、一定でなくてもよい。例えば、ロープ２０のシーブを通過する部分にのみ横材２６を配置してもよい。そして、ロープ２０のシーブを通過しない部分には、横材２６を配置せず、強化繊維束をＸ軸方向に平行に配置してもよい。これにより、ロープ２０にＸ軸方向の荷重が作用した際のロープ２０のＸ軸方向の伸びを小さくできる。
また、横材２６は、必ずしも荷重支持部材２１の厚さ方向の同じ位置に配置しなくてもよい。

さらに、横材２６の向きは、Ｙ軸方向に限定せず、例えばＺ軸方向に平行に配置してもよい。この場合、波状強化繊維束２３は、ＸＹ平面に平行な断面を見たときに波状の形状となる。但し、図６〜図９に示すように、横材２６をＹ軸方向に平行に配置し、波状強化繊維束２３をＢ−Ｂ断面において波状になるように掛けた方が、ロープ２０のＺ軸方向の表面に近い強化繊維２５ほど収縮及び伸展しやすい構造となるため、ロープ２０の曲げ剛性を効果的に小さくできる。

さらにまた、波状強化繊維束２３を直線状に伸ばしたときの全長は、荷重支持部材２１の全長の１倍よりも大きく１．１倍よりも小さくてもよいが、実施の形態１と同様に、荷重支持部材２１の全長の１．１倍以上とするのが特に好適であり、ロープ２０の曲げ剛性を効果的に低減できる。

実施の形態３．
次に、図１１はこの発明の実施の形態３によるロープ２０のＡ−Ａ断面図、図１２は図１１のロープ２０のＢ−Ｂ断面図、図１３は図１１のロープ２０から波状強化繊維束２３及び横材２６のみを取り出して示す斜視図である。

実施の形態３では、波状強化繊維束２３が、荷重支持部材２１の幅方向に並んだ複数のグループに分けられている。そして、荷重支持部材２１の幅方向に隣り合うグループの波状強化繊維束２３は、荷重支持部材２１の長手方向の位相が互いに１８０°ずらされて横材２６に掛けられている。

この例では、波状強化繊維束２３は、１本ずつ異なるグループに分けられている。このため、荷重支持部材２１の幅方向に隣り合う波状強化繊維束２３は、荷重支持部材２１の長手方向の位相が互いに１８０°ずれた波状となっている。

即ち、図６〜図９に示すロープ２０では、波状強化繊維束２３は全てＸ軸方向に同位相である。これに対して、図１１〜図１３に示すロープ２０では、Ｙ軸方向の隣り合う波状強化繊維束２３ａと波状強化繊維束２３ｂとが、Ｘ軸方向の位相を１８０°ずらした状態で、Ｂ−Ｂ断面において波状になるように、横材２６に巻き掛けられている。他の構成は、実施の形態２と同様である。

このような構成によっても、実施の形態２と同様に、高強度化及び軽量化を図りつつ、曲げ剛性を低減することができる。

また、隣り合う波状強化繊維束２３ａ，２３ｂの位相を１８０°ずらすことにより、ロープ２０にＸ軸方向の荷重が作用した際、波状強化繊維束２３ａから横材２６に作用するＺ軸方向の力と、波状強化繊維束２３ｂから横材２６に作用するＺ軸方向の力とを逆向きにすることができる。

これにより、全体として横材２６に作用するＺ軸方向の力を釣り合わせることができ、ロープ２０に荷重が作用した際の波状強化繊維束２３のＺ軸方向への移動を抑制することができる。また、荷重による波状強化繊維束２３のＸ軸方向への伸展、つまり荷重に対するロープ２０のＸ軸方向の伸びを小さくできる。

なお、図６〜図９、図１１〜図１３では、Ｚ軸方向に３層の波状強化繊維束２３が重ねられているが、波状強化繊維束２３の層数はこれに限定されず、１層又は２層だけであっても、４層以上であってもよい。波状強化繊維束２３をＺ軸方向へ２層以上重ねることにより、横材２６に掛ける波状強化繊維束２３の箇所をＡ−Ａ断面においてＺ軸方向に大きくすれば、横材２６の径が小さくても、強化繊維２５の長さを稼ぐことができるため、効果的に曲げ剛性を低減できる。

また、実施の形態３では、波状強化繊維束２３を１本ずつ異なるグループに分けたが、各グループに波状強化繊維束２３を２本以上含ませてもよい。

実施の形態４．
次に、図１４はこの発明の実施の形態４によるロープ２０のＡ−Ａ断面図、図１５は図１４のロープ２０のＢ−Ｂ断面図、図１６は図１４のロープ２０から波状強化繊維束２３及び横材２６のみを取り出して示す斜視図である。

実施の形態４では、それぞれ複数の波状強化繊維束２３と複数の横材２６とからなる複数の複合層２７が、荷重支持部材２１の厚さ方向に並べて配置されている。この例では、３層の複合層２７が荷重支持部材２１の厚さ方向に重ねられている。

各複合層２７において、波状強化繊維束２３は、Ｚ軸方向に１層だけ配置されている。また、各複合層２７において、波状強化繊維束２３は、荷重支持部材２１の幅方向に複数のグループに分けられている。

さらに、各複合層２７において、荷重支持部材２１の幅方向に隣り合うグループの波状強化繊維束２３は、荷重支持部材２１の長手方向の位相を互いに１８０°ずらした波状になるように横材２６に掛けられている。複合層２７は、含浸材２４により互いに接着されている。他の構成は、実施の形態３と同様である。

このような構成によっても、実施の形態３と同様に、高強度化及び軽量化を図りつつ、曲げ剛性を低減することができる。

また、実施の形態４のロープ２０は、Ｘ軸方向の単位長さに対し、横材２６の本数が多いため、ロープ２０製造時に生じる波状強化繊維束２３の位置ずれを抑制する効果が大きい。そのため、機械特性が安定したロープ２０を得ることができる。

さらに、各複合層２７において、隣り合う波状強化繊維束２３の位相を１８０°ずらすことにより、実施の形態３と同様に、ロープ２０に荷重が作用した際の波状強化繊維束２３のＺ軸方向への移動を抑制することができる。

なお、Ｚ軸方向に隣り合う複合層２７の層間距離、Ｘ軸方向の位相、及び複合層２７の層数は特に限定されない。

また、図１７は実施の形態４によるロープ２０の第１の変形例を示すＡ−Ａ断面図、図１８は図１７のロープ２０のＢ−Ｂ断面図である。この例では、複合層２７の層間距離が小さくされており、Ｙ軸方向に隣り合う波状強化繊維束２３の間に、Ｚ軸方向に隣り合う複合層２７の波状強化繊維束２３が入り込んでいる。

このような構成により、波状強化繊維束２３の本数を減らすことなく、ロープ２０のＺ軸方向の寸法、即ち厚さ寸法を小さくすることができる。つまり、ロープ２０のＡ−Ａ断面積に対する比強度を増加できる。

さらに、図１９は実施の形態４によるロープ２０の第２の変形例を示すＢ−Ｂ断面図である。この例では、Ｚ軸方向に積層された３層の複合層２７のうち、中間の複合層２７の波状強化繊維束２３のみが、他の複合層２７の波状強化繊維束２３に対して、Ｘ軸方向の位相を９０°ずらされている。また、隣り合う複合層２７の波状強化繊維束２３同士をＺ軸方向にできる限り近接させることで、複合層２７の層間距離を小さくしている。

このような構成では、層間距離をさらに小さくできるため、ロープ２０のＺ軸方向の厚さ寸法をさらに小さくして、ロープ２０のＡ−Ａ断面積に対する比強度をさらに増加できる。

実施の形態５．
次に、図２０はこの発明の実施の形態５によるロープ２０のＡ−Ａ断面図、図２１は図２０のロープ２０のＢ−Ｂ断面図である。実施の形態５では、荷重支持部材２１の厚さ方向の中央に、平行強化繊維体である複数の平行強化繊維束２８が配置されている。各平行強化繊維束２８は、荷重支持部材２１の長手方向に平行に配置された強化繊維２５の束である。

また、平行強化繊維束２８は、荷重支持部材２１の長手方向の全体に渡って連続して配置されている。即ち、実施の形態５の強化繊維体は、波状強化繊維束２３と平行強化繊維束２８とを含んでいる。

さらに、平行強化繊維束２８は、Ａ−Ａ断面を見たとき、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に隙間無く配置されている。図２０では、Ｚ軸方向に４層の平行強化繊維束２８が配置されている。

荷重支持部材２１の厚さ方向の平行強化繊維束２８の層の両側に、複合層２７がそれぞれ配置されている。即ち、Ｚ軸方向について、平行強化繊維束２８の層は、複合層２７間に挟まれている。

図２２は図２０のロープ２０から波状強化繊維束２３、平行強化繊維束２８及び横材２６のみを取り出して示す斜視図である。実施の形態５は、実施の形態４のＺ軸方向の中間の複合層２７を平行強化繊維束２８の層に置き換えた構成であり、他の構成は実施の形態４と同様である。

このような構成によっても、実施の形態２と同様に、高強度化及び軽量化を図りつつ、曲げ剛性を低減することができる。即ち、ロープ２０を曲げた際、収縮量及び伸展量が必要となるＺ軸方向の表面近くに、波状強化繊維束２３が配置されているため、ロープ２０の曲げ剛性を小さくできる。

一方、ロープ２０を曲げた際に収縮量及び伸展量をあまり必要としないＺ軸方向の中間付近には、平行強化繊維束２８が配置されているので、ロープ２０においてＸ軸方向の荷重を受け持つ強化繊維２５の含有率を増加させることができる。そのため、Ａ−Ａ断面積に対する比強度を増加できる。

なお、実施の形態５において、Ｚ軸方向の平行強化繊維束２８の層数は特に限定されない。

実施の形態６．
次に、図２３はこの発明の実施の形態６によるロープ２０のＢ−Ｂ断面図である。実施の形態６では、Ｚ軸方向に４層の複合層２７が並べて配置されている。また、Ｚ軸方向の中間には、Ｚ軸方向に１層の平行強化繊維束２８の層が配置されている。

複合層２７のうち、荷重支持部材２１のＺ軸方向の表面に近い２層の複合層２７の横材２６の径が、表面から遠い２層の複合層２７の横材２６の径よりも大きい。逆に言うと、表面から遠い複合層２７の横材２６の径が、表面に近い複合層２７の横材２６の径よりも小さい。

これにより、表面に近い複合層２７の波状強化繊維束２３の波の高さ、即ち振幅が、表面から遠い複合層２７の波状強化繊維束２３の波の振幅よりも大きい。これにより、荷重支持部材２１の厚さ方向の表面に近い複合層２７ほど、波状強化繊維束２３を直線状に伸ばしたときの全長が長い。他の構成は、実施の形態５と同様である。

このような構成によっても、実施の形態５と同様に、高強度化及び軽量化を図りつつ、曲げ剛性を低減することができる。また、ロープ２０のＸ軸方向の強度に対して、ロープ２０の曲げ剛性を効果的に低減できる。

また、実施の形態１〜６のロープ２０を適用したエレベータでは、高揚程化に対応しつつ、ロープ２０の信頼性を十分に確保することができる。さらに、駆動シーブ５等のシーブに対するロープ２０の据付性を向上させることができる。

なお、実施の形態４、５のロープ２０において、Ｚ軸方向の中央に近い複合層２７の波状強化繊維束２３又は平行強化繊維束２８よりも、表面に近い複合層２７の波状強化繊維束２３の弾性率を小さくしてもよい。これにより、波状強化繊維束２３が収縮及び伸展しやすくなるため、ロープ２０の曲げ剛性を低減できる。

波状強化繊維束２３の弾性率の低減は、例えば、波状強化繊維束２３における強化繊維２５の繊維密度を小さくするか、又は弾性率の小さい強化繊維２５を用いることで実現できる。また、波状強化繊維束２３における強化繊維２５の繊維密度は、例えば、波状強化繊維束２３に用いる強化繊維２５の本数を少なくするか、又は本数を変えずに細い繊維を用いることで小さくできる。

なお、実施の形態１〜６では、ロープ２０の表面が平坦であるが、例えば、ロープ２０とシーブとの接触面に溝又は突起などの凹凸を設け、ロープ２０とシーブとの接触面積を増加させてもよい。
また、ロープ２０及びシーブにＹ軸方向に沿う凹凸を設け、互いに噛み合うようにすれば、シーブに対するロープ２０の滑りをより確実に抑制できる。

さらに、波状強化繊維束２３の配置方法、構成及び本数は、実施の形態１〜６の例に限定されない。

さらにまた、実施の形態１〜６において、波状強化繊維束２３は、一定周期の波状でなく、不定周期の波状であってもよい。例えば、ロープ２０の長手方向の位置によって、波の振幅及び周期の少なくともいずれか一方を変化させてもよい。また、使用時にシーブを通過する部分のみで強化繊維束を波状とし、シーブを通過しない部分では強化繊維束をＸ軸方向と平行に配置してもよい。この場合、ロープ２０にＸ軸方向の荷重が作用した際に、強化繊維束のＸ軸方向と平行に配置された部分の伸びが、強化繊維束の波状に形成された部分の伸びよりも小さくなるため、全体としてのロープ２０の伸びを小さくできる。

また、実施の形態１〜６では、強化繊維２５が互いに平行に束ねられているが、複数の強化繊維２５をらせん状等に撚った構成であってもよい。強化繊維２５をらせん状に撚ることで、平行に配置するよりも強化繊維２５の長さをロープ２０のＸ軸方向の長さＬに対して長くできる。また、強化繊維２５をらせん状に撚った強化繊維束をＸ軸方向と平行になるように配置してもよいが、強化繊維２５をらせん状に撚った強化繊維束をＢ−Ｂ断面において波状の形状とすれば、ロープ２０のＸ軸方向の長さＬに対して、強化繊維２５の長さをより長くでき、曲げ剛性をさらに低減できる。

さらに、実施の形態１〜６では、Ａ−Ａ断面における各波状強化繊維束２３の断面形状を円形としたが（例えば図３）、波状強化繊維束２３の断面形状は円形に限定されない。例えば、Ａ−Ａ断面における各波状強化繊維束２３の形状が矩形になるように強化繊維２５を束にしてもよい。波状強化繊維束２３の断面形状を矩形とすれば、波状強化繊維束２３を隙間なく整列させ、円形断面の場合よりもロープ２０における強化繊維２５の含有率を大きくできる。そのため、Ａ−Ａ断面積に対して、高強度なロープ２０が提供できる。
さらにまた、強化繊維２５の繊維径及び本数も特に限定されるものではない。

また、実施の形態１〜６では、強化繊維体として、強化繊維２５の束である波状強化繊維束２３及び平行強化繊維束２８を示したが、強化繊維体はこれに限定されるものではない。例えば、強化繊維体として、強化繊維からなる波状のシート、又はそのシートをＺ軸方向に積層したシート積層体を用いてもよい。
さらに、ロープ及び荷重支持部材の長手方向に直角な断面の形状は、矩形に限定されるものではなく、例えば楕円形又は円形であってもよい。
さらにまた、実施の形態２〜６において、横材２６を省略した構成とすることも可能である。

また、この発明のロープを適用するエレベータの構成は、図１に限定されるものではない。
さらに、この発明のロープは、エレベータのかごを吊るロープ以外のロープにも適用できる。例えば、エレベータのコンペンロープ、クレーン装置に使用されるロープにも適用できる。

３ 巻上機、５ 駆動シーブ、７ かご、２０ ロープ、２１ 荷重支持部材、２２ 被覆材、２３ 波状強化繊維束（強化繊維体）、２４ 含浸材、２５ 強化繊維、２６ 横材、２７ 複合層、２８ 平行強化繊維束（強化繊維体）。

Claims (9)

1. 含浸材と、前記含浸材に埋め込まれており、長手方向に作用する荷重を支持する長手方向に連続した強化繊維体とを有している荷重支持部材、及び
   前記荷重支持部材の外周を覆っている被覆材
   を備え、
   前記強化繊維体は、少なくとも一部が長手方向に平行な断面において波状の形状を有している波状強化繊維体を含んでおり、
   前記波状強化繊維体を直線状に伸ばしたときの全長が、前記荷重支持部材の全長の１．１倍以上であるロープ。
2. 含浸材と、前記含浸材に埋め込まれており、長手方向に作用する荷重を支持する長手方向に連続した強化繊維体とを有している荷重支持部材、及び
   前記荷重支持部材の外周を覆っている被覆材
   を備え、
   前記荷重支持部材は、前記荷重支持部材の長手方向に互いに間隔をおいて前記含浸材に埋め込まれている複数の横材をさらに有しており、
   前記横材は、前記荷重支持部材の長手方向に対して直角の方向に延在する長尺状であり、
   前記横材の弾性率は、前記含浸材の弾性率よりも大きくなっており、
   前記強化繊維体は、少なくとも一部が前記横材に掛けられて波状に形成された波状強化繊維体を含んでおり、
   前記波状強化繊維体を直線状に伸ばしたときの全長が、前記荷重支持部材の全長よりも長くなっているロープ。
3. それぞれ前記波状強化繊維体と前記横材とからなる複数の複合層が前記荷重支持部材の厚さ方向に並べて配置されている請求項２に記載のロープ。
4. 前記強化繊維体は、前記荷重支持部材の長手方向に平行に配置された強化繊維の束である平行強化繊維体を含んでおり、
   前記平行強化繊維体は、前記荷重支持部材の厚さ方向の中央に配置されており、
   前記荷重支持部材の厚さ方向の前記平行強化繊維体の両側に前記複合層が配置されている請求項３記載のロープ。
5. 前記荷重支持部材の厚さ方向の表面に近い前記複合層ほど、前記波状強化繊維体の全長が長い請求項３又は請求項４に記載のロープ。
6. 前記荷重支持部材の厚さ方向の表面に近い前記複合層ほど、前記波状強化繊維体の弾性率が小さい請求項３から請求項５までのいずれか１項に記載のロープ。
7. 前記横材の長手方向寸法が、前記荷重支持部材の幅方向寸法と一致している請求項２から請求項６までのいずれか１項に記載のロープ。
8. 前記波状強化繊維体は、前記荷重支持部材の幅方向に並んだ複数のグループに分けられており、
   前記荷重支持部材の幅方向に隣り合う前記グループの前記波状強化繊維体は、前記荷重支持部材の長手方向の位相が互いに１８０°ずらされている請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載のロープ。
9. 請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載のロープ、
   前記ロープが巻き掛けられている駆動シーブを有している巻上機、及び
   前記ロープにより吊り下げられており、前記駆動シーブの回転により昇降するかご
   を備えているエレベータ。

Images