JPWO2004002868A1 - エレベータ用ロープ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

エレベータ用ロープでは、内層ロープと、内層ロープの外周を被覆する樹脂製の内層被覆体と、内層被覆体の外周部に設けられている外層と、外層の外周を被覆する高摩擦樹脂材製の外層被覆体とを有している。内層ロープは、複数の内層子縄を有している。外層は、複数の外層子縄と、外層子縄の外周部に塗布されている接着剤層とを有している。内層子縄は、内層被覆体の外周から部分的に露出された複数の露出部を有し、露出部で外層と直接接触している。

Description

この発明は、エレベータに用いられ、かごを吊り下げるエレベータ用ロープ及びその製造方法に関するものである。

従来、エレベータ装置においては、ロープの早期の摩耗や断線を防止するため、ロープ径の４０倍以上の直径を持つ綱車が使用されている。従って、綱車の径を小さくするためには、ロープの径も小さくする必要がある。しかし、ロープ径を小さくすると、かごに積載する荷物や乗降する乗客の荷重変動でかごが振動し易くなったり、綱車でのロープの振動がかごに伝わったりする恐れがある。また、ロープの本数が増え、エレベータ装置の構成が複雑になってしまう。さらに、駆動シーブの径を小さくすると、駆動摩擦力が低下し、かごの重量を増す必要があった。

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、長寿命、高摩擦を維持しつつ小径化を図ることができるエレベータ用ロープ、及びその製造方法を得ることを目的とする。
この発明によるエレベータ用ロープは、複数の鋼製の素線が撚り合わされている複数の内層子縄を有する内層ロープ、内層ロープの外周を被覆する樹脂製の内層被覆体、複数の鋼製の素線が撚り合わされている複数の外層子縄と、外層子縄の外周部に塗布されている複数の接着剤層とを有し、内層被覆体の外周部に設けられている外層、及び高摩擦樹脂材からなり、外層子縄に接着剤層を介して接着されて外層の外周を被覆する外層被覆体を備え、内層子縄は、内層被覆体の外周から部分的に露出された複数の露出部を有し、露出部で外層と直接接触している。
また、この発明によるエレベータ用ロープの製造方法は、複数の鋼製の素線を含む複数の内層子縄を撚り内層ロープを製作する工程、熱可塑性樹脂からなる内層被覆体により内層ロープの外周を被覆する工程、複数の鋼製の素線を含む複数の外層子縄を内層子縄とは逆向きに撚り内層被覆体の外周部に配置するとともに、高摩擦樹脂材からなる外層被覆体により外層の外周を被覆する工程、内層被覆体及び外層被覆体を加熱軟化させつつ内層ロープ及び外層子縄に引張力を加えることにより、内層被覆体の外周から内層子縄を部分的に露出させ、内層子縄と外層とを部分的に直接接触させる工程、及び内層被覆体及び外層被覆体を硬化させる工程を含んでいる。

図１はこの発明の実施の形態１によるエレベータ装置を示す構成図、
図２は図１の駆動シーブの部分断面図、
図３は図１の主索の断面図、
図４は図３の要部拡大図、
図５は図１の内層ロープの外周部に配置する前の外層子縄及び単位被覆体の断面図、
図６はこの発明の実施の形態２によるエレベータ用ロープの断面図、
図７はこの発明の実施の形態３によるエレベータ用ロープの要部断面図、
図８は図７の外層子縄及び単位被覆体の製造途中の状態を示す断面図である。

以下、この発明の好適な実施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によるエレベータ装置を示す構成図である。図において、昇降路１内の上部には、支持梁２が水平に固定されている。支持梁２上には、駆動装置（巻上機）３が搭載されている。駆動装置３は、モータを含む駆動装置本体４と、駆動装置本体４により回転される駆動シーブ５とを有している。駆動装置３は、駆動シーブ５の回転軸が垂直に延びるように水平に配置されている。
駆動シーブ５には、エレベータ用ロープである複数本の主索６が巻き掛けられている。図１では、簡単のため主索６を１本のみ示している。主索６の両端部は、支持梁２に接続されている。かご７及び釣合おもり８は、主索６により昇降路１内に吊り下げられており、駆動装置３により昇降される。
かご７の下部には、主索６が巻き掛けられた一対のかご吊り車９が設けられている。釣合おもり８の上部には、主索６が巻き掛けられた一対の釣合おもり吊り車１０が設けられている。支持梁２には、主索６を駆動シーブ５からかご吊り車９へ導く第１のプーリ１１と、主索６を駆動シーブ５から釣合おもり吊り車１０へ導く第２のプーリ１２とが搭載されている。
図２は図１の駆動シーブ５の部分断面図である。駆動シーブ５の外周部には、主索６が挿入される複数のロープ溝５ａが形成されている。主索６と接触するロープ溝５ａの内周面は、例えばナイロン、ウレタン又はポリエチレン等の樹脂部材５ｂにより構成されている。また、かご吊り車９及び釣合おもり吊り車１０も図２と同様の断面構造を有している。
図３は図１の主索６の断面図、図４は図３の要部拡大図である。内層ロープ２１は、芯ロープ２２と、芯ロープ２２の外周部に設けられている複数の内層子縄２３とを有している。芯ロープ２２は、複数の芯子縄２４を有している。各芯子縄２４は、複数の鋼製の素線２５を互いに撚り合わせることにより構成されている。芯子縄２４は、互いに撚り合わされており、内層子縄２３は、芯子縄２４とは逆向きに撚られている。
内層子縄２３は、複数の鋼製の素線２６を互いに撚り合わせることにより構成されている。内層子縄２３の断面構造は、ウォリントンシール形鋼芯（ＪＩＳＧ ３５２５）である。内層ロープ２１の径は、駆動シーブ５の径の１／２７以下に設定されている。また、内層子縄２３と芯子縄２５とは、部分的に互いに直接接触している。
内層ロープ２１の外周には、樹脂製の内層被覆体２７が被覆されている。内層被覆体２７は、例えばポリエチレン樹脂等の熱可塑性樹脂からなっている。
内層被覆体２７の外周部には、外層２８が設けられている。外層２８は、複数の外層子縄２９と、外層子縄２９の外周部に塗布されている複数の接着剤層３０とを有している。各外層子縄２９は、中心に配置された中心素線３１と、中心素線３１の外周に配置された６本の外周素線３２とから構成されている。また、外層子縄２９は、内層子縄２３とは逆向きに撚られている。
外層２８の外周には、外層被覆体３３が被覆されている。外層被覆体３３は、摩擦係数が０．２以上の高摩擦樹脂材、例えばポリウレタン樹脂により構成されている。また、外層被覆体３３は、外層子縄２９に接着剤層３０を介して接着されている。
内層子縄２３は、内層被覆体２７の外周から部分的に露出された複数の露出部２３ａを有し、露出部２３ａで外層２８と直接接触している。即ち、内層子縄２３と外層２８とは、内層子縄２３と外層子縄２９とが交差する部分で互いに直接接触している。
外層被覆体３３は、外層子縄２９毎に外層子縄２９及び接着剤層３０の外周を被覆する複数の単位被覆体３４を有している。外層２８は、露出部２３ａと接触する部分で単位被覆体３４から部分的に露出されている。
全ての素線２５，２６，３１，３２の径は、駆動シーブ５の径の１／４００以下に設定されている。また、外層子縄２９の径は、内層子縄２３の径よりも小さく設定されている。
このような主索６では、中心部に鋼製の芯ロープ２２が配置され、かつ芯ロープ２２の外周には、内層子縄２３よりも小径の外層子縄２９が配置されているため、全体の直径を抑えつつ、鋼製の素線２５，２６，３１，３２の実装密度を高くすることができ、高強度化を図ることができる。
また、内層子縄２３と外層子縄２９とが互いに逆向きに撚られており、内層子縄２３と外層子縄２９とが交差する部分では、内層子縄２３と外層２８とが互いに直接接触しているので、主索６の繰り返し曲げにより内層子縄２３と外層２８との間で内層被覆体２７が摩耗するのが防止され、各層の強度負荷バランスが長期に渡って変化せず、安定した強度を維持することができる。
さらに、駆動シーブ５、かご吊り車９、釣合おもり吊り車１０、第１のプーリ１１及び第２のプーリ１２等の綱車との接触部分には、外層被覆体３３が配置されているため、綱車との直接の接触により外層子縄２９が摩耗するのを防止することができる。
さらにまた、外層子縄２９の素線３１，３２が綱車に押し潰されることにより発生する曲げ応力も緩和することができ、主索６の長寿命化を図ることができるとともに、綱車の小径化を図ることができる。
また、最外周に外層被覆体３３が配置されているため、綱車側の摩耗も防止することができ、外層子縄２９の素線３１，３２及び綱車の材料選択の自由度を向上させることができる。従って、全体としての強度をさらに高くすることができるとともに、綱車を安価に構成することができる。
さらに、駆動シーブ５に接触する外層被覆体３３は、高摩擦樹脂材により構成されているので、駆動シーブ５の径を小さくしても、十分な駆動力の伝達効率を確保することができる。
ここで、外層被覆体３３を構成する高摩擦樹脂としては、摩擦係数が０．２以上のものが好適であり、十分な駆動力の伝達効率を確保することができる。
また、ポリウレタン樹脂は、軟質から硬質まで自由に選定できるが、綱車表面での微少滑りに対する耐摩耗性能を確保するためには、９０度以上の硬質のポリウレタン樹脂を用いるのが好適である。さらに、使用環境で起こる加水分解を防ぐためには、エステル系よりもエーテル系の樹脂が望ましい。
さらに、内層被覆体２７の材料として、主索６が綱車で曲げられたときに自由に滑り易いものを選択することにより、曲げ抵抗を減らすことができる。さらにまた、内層被覆体２７は、内層子縄２３の素線２６間及び外層子縄２９の素線間で押し潰されない硬さを必要とする。このような材料としては、低摩擦で硬質のポリエチレン材が適している。
また、内層被覆体２７は、外層被覆体３３に比較して大きな摩擦係数を必要とせず、しかも綱車による曲げも大きくないことから、必ずしも優れた伸び特性を必要としない。従って、内層被覆体２７の材料として、ナイロン、シリコン、ポリプロピレン、又はポリ塩化ビニルなどの樹脂を用いてもよい。このような内層被覆体２７を用いることにより、鋼製の内層ロープ２１を用いる場合の寿命の低下を抑制することができる。
さらに、外層子縄２９は、中心素線３１と６本の外周素線３２とを含む単純な７本素線構造を有しているため、主索６の径を小さくできるとともに、形崩れし難く、単位被覆体３４の被覆を容易に行うことができる。
さらにまた、内層子縄２３の断面構造をシール形やフィラー形とせず、ウォリントン形としたので、極端に細い素線２６を使用することがなく、摩滅による素線２６の断線を防止することができ、長寿命化を図ることができる。また、長寿命化を図るため、内層子縄２３の素線２６は、交差撚りではなく、平行撚りとするのが好適である。このとき、外周部に位置する素線２６の数を、その内側に位置する素線２６の数と同じかその２倍とすることにより、素線２６を無理なくバランス良く配置することができ、素線２６の摩滅をより一層防止することができる。
また、内層子縄２３を芯子縄２４とは逆向きに撚り、外層子縄２９を内層子縄２３とは逆向きに撚ることにより、内部の回転トルクをバランスさせることができ、ロープ全体の撚り戻しトルクを低減することができる。
さらに、ロープ溝５ａの内周面を樹脂部材５ｂにより構成したので、外層被覆体３４の摩耗を抑制することができるとともに、駆動力伝達効率を高めることができる。
さらにまた、上記のように柔軟性の高い主索６を小径の綱車に巻き掛ける場合、万一外層被覆体３３が破損したときに網車と外層子縄２９との接触圧力が増し、綱車及び外層子縄２９の損耗が著しく進む恐れがある。
このため、エレベータ用ロープの径の２０倍の径の綱車に適用する場合には、外層子縄２９の本数を１２本以上（図１では２１本）とするのが好適である。また、エレベータ用ロープの径の１５倍の径の綱車に適用する場合には、外層子縄２９の本数を１６本以上とするのが好適である。
これにより、万一外層被覆体３３が破損したときに、綱車と外層子縄２９との接触圧力が高くなるのを抑えることができ、綱車及び外層子縄２９の損耗を抑制することができる。従って、綱車の材料を特に高価なものにする必要がなく、綱車を安価に構成することができる。
さらに、外層被覆体３３の無いロープでは、張力と綱車による曲げ応力との繰り返し回数で寿命が決まり、ロープ表面の素線から先に断線が起こる。しかし、外層被覆体３３を用いたロープでは、綱車との接触圧力が低減されるため、ロープの表面ではなく、内部の素線が曲げ疲労で優先的に断線し易くなる。
このような曲げ疲労による寿命回数は、発明者の試験研究によると、次式で示される関係にあることが判った。
寿命計算式
綱車と接触する素線が断線する計算式
寿命回数Ｎｃ＝１０．０×ｋ×１．０５^Ｄ／ｄ
ロープ内部の素線が断線する計算式
寿命回数Ｎｎ＝１９．１×ｋ×１．０５^Ｄ／ｄ
（ｋは、ロープ構造とロープ強度とで決まる係数）
ここで、寿命回数Ｎｎを、Ｄ／ｄ＝４０のときのＮｃ値と同じにするためのＤ／ｄ値を求めると、２６．７となる。従って、従来の一般的なエレベータ用ロープが適用されてきた条件、即ちＤ／ｄ＝４０のときと同等の寿命を確保しようとすれば、内層ロープ２１の径を綱車径の１／２７以下にしなければならない。言い換えれば、内層ロープ２１の径の２７倍以上の綱車を用いなければならない。
また、上記のエレベータ用ロープでは、全ての素線２５，６，１０，１１の径が、適用する綱車の径の１／４００以下に設定されているので、適用する綱車の径を小さくしても曲げ疲労寿命を損なうことがない。
次に、主索６の製造方法について説明する。主索６を製造する場合、まず芯ロープ２２の外周部に内層子縄２３を撚り合わせ内層ロープ２１を製作する。そして、熱可塑性樹脂により内層ロープ２１の外周を被覆し内層被覆体２７を形成する。
一方、外層子縄２９の外周部に接着剤を塗布し接着剤層３０を形成する。接着剤層３０は、子縄毎の単位で塗布しても、素線毎の単位で塗布してもよい。そして、外層子縄２９及び接着剤層３０の外周を単位被覆体３４により被覆し、接着剤層３０により単位被覆体３４を外層子縄２９に接着固定する。図５は図１の内層ロープ２１の外周部に配置する前の外層子縄２９及び単位被覆体３４の断面図である。
この後、単位被覆体３４により被覆された外層子縄２９を内層子縄２３とは逆向きに撚り内層被覆体２７の外周部に配置する。これにより、内層被覆体２７の外周部に外層２８が配置されるとともに、外層２８の外周が外層被覆体３３により被覆されることになる。
また、外層子縄２９を内層被覆体２７の外周部に配置する際には、例えば高周波加熱装置等により内層被覆体２７及び単位被覆体３４を加熱軟化させつつ、内層ロープ２１及び外層子縄２９に引張力を加える。これにより、被覆体２７，３３が隙間に塑性流動して図３に示すような断面形状に成形される。また、内層被覆体２７の外周から内層子縄２３が部分的に露出されるとともに、外層被覆体３３から外層２８が部分的に露出され、内層子縄２３と外層２８とが部分的に直接接触する。この後、内層被覆体２３及び外層被覆体３３を硬化させる。
このような製造方法では、内層被覆体２７及び外層被覆体３３を加熱軟化させつつ、内層ロープ２１及び外層子縄２９に引張力を加えるので、内層子縄２３と外層２８とを容易に部分的に直接接触させることができる。
また、内層ロープ２１の外周に外層子縄２９を撚る前に、外層子縄２９の外周部に接着剤層３０を予め形成しているので、強固な接着力を確保することができるとともに、内層ロープ２１に撚り合わせる前の工程で接着剤層３０を塗布することができ、外層子縄２９が錆びるのを防止することができる。
さらに、外層子縄２９毎に単位被覆体３４が被覆・接着されているので、安定した接着強度を確保することができる。
なお、内層被覆体２７及び外層被覆体３３を加熱軟化させ内層ロープ２１及び外層子縄２９に引張力を加える工程は、単位被覆体３４により被覆された外層子縄２９を内層被覆体２７の外周部に配置する工程の後に行ってもよい。
実施の形態２．
次に、図６はこの発明の実施の形態２によるエレベータ用ロープの断面図である。図において、内層ロープ４１は、芯ロープ４２と、芯ロープ４２の外周部に設けられている複数の内層子縄４３とを有している。芯ロープ４２は、複数の芯子縄４４を有している。各芯子縄４４は、複数の鋼製の素線４５を互いに撚り合わせることにより構成されている。
内層子縄４３は、複数の鋼製の素線４６を互いに撚り合わせることにより構成されている。内層子縄４３の素線４６の断面は、内層子縄４３を外周から圧縮することにより異形化されている。芯子縄４４の素線４５の断面は、芯子縄４４を外周から圧縮することにより異形化されている。他の構成は、実施の形態１と同様である。
このようなエレベータ用ロープでは、内層子縄４３及び芯子縄４４の製造時に、仕上げ径よりも５％程度大きく撚り上げた後、仕上げ径のダイスを通すことで、素線同士が点でなく面又は線で接触するようになる。これにより、素線４５，４６の実装密度を高めることができる。また、素線４５間及び素線４６間の接触圧力が低減され、素線４５，４６の摩耗が抑制される。さらに、内層子縄４３及び芯子縄４４の形崩れが防止され、長寿命化を図ることができる。
実施の形態３．
次に、図７はこの発明の実施の形態３によるエレベータ用ロープの要部断面図である。図において、周方向に互いに隣接する単位被覆体３４は、接着剤４７を介して互いに接着されている。接着剤４７としては、単位被覆体３４の特性に近い特性を有するゴム系接着剤が好適である。他の構成は、実施の形態１と同様である。
このようなエレベータ用ロープでは、外力に対する形状の安定性が向上するとともに、外層子縄２９間の荷重負担を均等化することができ、長寿命化及び品質の安定化を図ることができる。
また、接着剤４７は、例えば図８に示すように、内層ロープ２１（図１）の外周部に外層子縄２９を配置する前に単位被覆体３４の外周部に塗布すればよい。これにより、外層子縄２９を内層ロープ２１の外周部に撚る工程で単位被覆体３４相互を接着することができ、圧力及び温度が安定して管理された環境で高い品質管理を実現できる。単位被覆体３４相互の接着後は、接着部分以外に付着した接着剤４７は除去するか、又は実用上問題がなければそのまま残してもよい。
なお、実施の形態１〜３に示す多層構造のロープは、経年的な疲労によって各層の荷重負担率が変化する特性がある。そこで、ロープの構造によっても異なるが、優先的に損傷が進む層の強度負担率を少なくする。即ち、一方の層の強度を２０〜８０％に設定することで、全体強度が著しく低下する前に最弱層の異常を検知し交換するのが好適である。
例えば、曲げ応力が最も大きくなる最弱層である外層子縄２９の強度を合算した強度は、エレベータ用ロープ全体の強度の２０％以内に設定されるのが好適である。これにより、外層子縄２９が断線した場合にも、内層ロープ２１だけで８０％近くの残存強度を確保することができ、信頼性を向上させることができる。
このような構成を実現するためには、例えば外層子縄２９の素線３１，３２の強度が内層子縄２３の素線２６の強度よりも低く設定される。具体的には、例えば外層子縄２９の素線３１，３２の強度が１３２０〜２０６０Ｎ／ｍｍ^２に設定され、内層子縄２３の素線２６の強度が１９１０〜２４５０Ｎ／ｍｍ^２に設定される。
また、この場合、外層子縄２９の外周素線３２がプリフォーム（不反発撚り）しない反発撚りで撚られていると、断線の検出が容易である。即ち、外周素線３２が断線すると、断線部が浮き上がり、外層被覆体３３の外部へ突き出る。従って、外周素線３２の断線を目視確認することができ、ロープ全体の寿命判断をより的確に行うことができ、信頼性を向上させることができる。また、断線状態を検査するための探傷装置等を使う必要がないので、保守費用を安くすることができる。
このような浮き上がり特性を促進するためには、単位被覆体３４の表面にシリコン油等の離型剤を塗布した後に外層子縄２９を撚り、単位被覆体３４同士が融着するのを防止すればよい。
但し、断線発生後にも形状を安定して確保しようとすれば、外層子縄２９をプリフォーム加工するとともに、単位被覆体３４の加熱温度を高めに設定して、周方向に互いに隣接する単位被覆体３４を互いに融着させればよい。

Claims (14)

1. 複数の鋼製の素線が撚り合わされている複数の内層子縄を有する内層ロープ、
   上記内層ロープの外周を被覆する樹脂製の内層被覆体、
   複数の鋼製の素線が撚り合わされている複数の外層子縄と、上記外層子縄の外周部に塗布されている複数の接着剤層とを有し、上記内層被覆体の外周部に設けられている外層、及び
   高摩擦樹脂材からなり、上記外層子縄に上記接着剤層を介して接着されて上記外層の外周を被覆する外層被覆体
   を備え、上記内層子縄は、上記内層被覆体の外周から部分的に露出された複数の露出部を有し、上記露出部で上記外層と直接接触しているエレベータ用ロープ。
2. 上記内層子縄と上記外層子縄とは互いに逆向きに撚られており、上記内層子縄と上記外層子縄とが交差する部分で上記内層子縄と上記外層とが互いに直接接触している請求項１記載のエレベータ用ロープ。
3. 上記外層被覆体は、上記外層子縄毎に上記外層子縄及び上記接着剤層の外周を被覆する複数の単位被覆体を有し、上記外層は、上記露出部と接触する部分で上記単位被覆体から部分的に露出されている請求項１記載のエレベータ用ロープ。
4. 周方向に互いに隣接する上記単位被覆体は接着剤を介して互いに接着されている請求項３記載のエレベータ用ロープ。
5. 上記単位被覆体の表面には離型剤が塗布されている請求項３記載のエレベータ用ロープ。
6. 周方向に互いに隣接する上記単位被覆体は互いに融着されている請求項３記載のエレベータ用ロープ。
7. 上記内層子縄を外周から圧縮することにより、上記内層子縄の素線の断面が異形化されている請求項１記載のエレベータ用ロープ。
8. 上記内層子縄の断面構造は、ウォリントンシール形鋼芯である請求項７記載のエレベータ用ロープ。
9. 上記外層子縄の上記素線は、反発撚りで撚られている請求項１記載のエレベータ用ロープ。
10. 上記外層子縄の上記素線の強度が上記内層子縄の上記素線の強度よりも低く設定されている請求項１記載のエレベータ用ロープ。
11. 上記外層子縄の上記素線の強度が１３２０〜２０６０Ｎ／ｍｍ^２に設定され、上記内層子縄の上記素線の強度が１９１０〜２４５０Ｎ／ｍｍ^２に設定されている請求項１０記載のエレベータ用ロープ。
12. 複数の鋼製の素線を含む複数の内層子縄を撚り内層ロープを製作する工程、
    熱可塑性樹脂からなる内層被覆体により上記内層ロープの外周を被覆する工程、
    複数の鋼製の素線を含む複数の外層子縄を上記内層子縄とは逆向きに撚り上記内層被覆体の外周部に配置するとともに、高摩擦樹脂材からなる外層被覆体により上記外層の外周を被覆する工程、
    上記内層被覆体及び上記外層被覆体を加熱軟化させつつ上記内層ロープ及び上記外層子縄に引張力を加えることにより、上記内層被覆体の外周から上記内層子縄を部分的に露出させ、上記内層子縄と上記外層とを部分的に直接接触させる工程、及び
    上記内層被覆体及び上記外層被覆体を硬化させる工程
    を含むエレベータ用ロープの製造方法。
13. 上記各外層子縄の外周を単位被覆体により被覆した後、上記外層子縄を上記内層被覆体の外周部に配置することにより、上記外層被覆体を形成する請求項１２記載のエレベータ用ロープの製造方法。
14. 上記外層子縄を上記内層被覆体の外周部に配置する際に、上記内層被覆体及び上記単位被覆体を加熱軟化させつつ、上記内層ロープ及び上記外層子縄に引張力を加える請求項１３記載のエレベータ用ロープの製造方法。

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