エレベータ用ロープおよびエレベータ用ベルト
【課題】樹脂被覆体を有するロープまたはベルトの、摺動に対する摩擦係数を安定させるとともに、耐摩耗性を向上させ、あらゆる環境下で長期的に安定なトラクションを維持できる、信頼性の高いロープまたはベルトを提供する。
【解決手段】長手方向に掛かる張力を受け持つ抗張体と、該抗張体を摩耗損傷から保護する樹脂被覆体とを含み、該樹脂被覆体が、樹脂母材に不溶固体添加物粒子を混合する。
【解決手段】長手方向に掛かる張力を受け持つ抗張体と、該抗張体を摩耗損傷から保護する樹脂被覆体とを含み、該樹脂被覆体が、樹脂母材に不溶固体添加物粒子を混合する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エレベータ用ロープおよびエレベータ用ベルトに関し、特に、昇降部を吊るす主索等を対象とした樹脂被覆ロープおよびベルトに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の樹脂被覆ロープおよびベルトにおいては、例えば、特許文献１または特許文献２に示すように、抗張体を摩耗損傷から保護する被覆体は、耐摩耗性が高く、柔軟性に富んだ樹脂で構成されている。この場合、ロープまたはベルトの外層樹脂と駆動力伝達部であるシーブの溝面との直接接触になるため、摺動面に両者の凝着により大きな摩擦力が生まれる。摩擦力は、駆動力伝達に不可欠であるが、摺動による摩耗、特に樹脂の摩耗を促進してしまう。
【０００３】
このため、上記の摩擦と摩耗との相反する関係に対して、摺動面における摩擦係数を適切に設定する必要がある。エレベータの駆動システムの場合、特許文献３に示すように、ロープと接触するシーブ（綱車）の溝面を適度に粗し、フッ素化合物を含んだニッケル−リン金属間化合物を無電解メッキして摩擦および摩耗の適正化を図っている。しかしながら、現状の樹脂では、初期の段階においては比較的安定するものの、その後、エレベータの稼働時間に伴って、摩擦係数の上昇および摩耗量の急激な増加が見られ、長期的に安定なトラクションを得るには至っていない。
【０００４】
また、特許文献４には、単位断面積当たりの強度が高く、シーブとの良好な摩擦接触を実現するため、被覆芯シェンケルの周りに複数本の側シェンケルを配置し、被覆芯シェンケルと側シェンケルとで囲まれたスペースに細径の複数本の第１フィラーストランドを配置し、側シェンケル間の外形側の谷間に細径の複数本の第２フィラーストランドを配置し、側シェンケルを囲む高分子化合物の外装被覆を備えたワイヤロープが開示されている。
【０００５】
また、特許文献５には、高摩擦材として、シリカ粉末、黒鉛、炭素粉末窒化ホウ素粉末、チタン酸カリウム繊維またはチタン酸カリウムウィスカーを充填したウレタン樹脂を被覆したエレベータ用トラクションシーブが開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２６２４８２号公報
【特許文献２】ＰＣＴ ＷＯ９９／４３８８５
【特許文献３】特開２００７−２８４２３７号公報
【特許文献４】特開２００３−２６８６８５号公報
【特許文献５】特開２００４−１０６９８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
長手方向に掛かる張力を受け持つ抗張体すなわち鋼線と、駆動力伝達部との摺動による摩耗を鋼線から保護する被覆体、すなわち樹脂の役割を完全に分離している樹脂被覆ロープまたはベルトにおいては、駆動力伝達部と接している外層樹脂は、駆動力を鋼線に伝達するために所定の摩擦係数を維持するとともに、高い耐摩耗性も有していなければならない。ロープまたはベルトを被覆する樹脂は、長期間にわたってあらゆる環境下で摩擦係数の安定化の実現と耐摩耗性に優れていることが必要不可欠である。特に、エレベータの駆動システムの場合、ロープとシーブとの接触面に潤滑油が付着する環境が想定されるが、この場合に、摩擦係数は最も低下する。
【０００８】
したがって、両者間のトラクション特性で第一に必要なのは、油が付着した状態での摩擦係数を所定の値以上に確保することである。このため、潤滑油が付着しても摩擦係数を大幅に下げないことを目的として、シーブ溝面には所定の表面粗さが施されている。一方で、シーブ溝面の表面粗さすなわち凹凸はロープまたはベルトの外層樹脂の摩耗を速めるため、樹脂にはこの凹凸の摺動に打ち勝つ摩耗特性が必要となる。樹脂被覆ロープまたはベルトの長期間における信頼性を実現するには、油が付着した時の摩擦係数を確保するとともに、所定の表面粗さを有するシーブ溝面に対して摩耗を一定限度に抑えることが求められる。
【０００９】
本発明は、樹脂被覆体を有するロープまたはベルトの、摺動に対する摩擦係数を安定させるとともに、耐摩耗性を向上させ、あらゆる環境下で長期的に安定なトラクションを維持できる、信頼性の高いロープまたはベルトを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のロープまたはベルトは、長手方向に掛かる張力を受け持つ抗張体と、該抗張体を摩耗損傷から保護する樹脂被覆体とを含み、該樹脂被覆体が、樹脂母材に不溶固体添加物粒子を混合したものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、樹脂被覆ロープまたはベルトにおける被覆体に、摺動に対する摩擦係数が安定的で、かつ耐摩耗性に優れた樹脂を提供することができるため、あらゆる環境下で長期的に安定なトラクションを維持できる樹脂被覆ロープまたはベルトを実現することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
人や重量物などの被移動物を高低差のある場所に移動させるためのエレベータなどの昇降装置に用いる、本発明のロープまたはベルトは、被移動物の重量を支えるため、鋼線などで形成された抗張体と、該抗張体を摩耗損傷から保護する樹脂被覆体とを含む。
【００１３】
潤滑油が付着しても摩擦係数が大幅に下がらず、摺動による樹脂の摩耗が少ないロープまたはベルトは、下記の手段で得られる。
【００１４】
第一に、油が付着した時に摩擦係数の低下を防ぐには、ロープまたはベルトの外層樹脂とシーブ溝面との接触部の微小な隙間（摩擦面）から油を排除することである。元来、ロープまたはベルトの外層樹脂とシーブ溝面との接触では、両者が凝着することにより摩擦係数は大きくなるため、潤滑油が付着しても摩擦面から油を排除して清浄状態に近づければ、トラクションに必要な摩擦力を確保することが可能となる。摩擦面から油を排除するには、樹脂の硬度を上げて両者の微小な接触面に発生する面圧を高めることが有効である。硬度が高い場合、変形は小さく樹脂が凹まないため、接触面積が小さくなる。その結果、面圧が上がる。
【００１５】
第二に、摺動による樹脂の摩耗は摩擦面における変形によって生じるため、まず、樹脂の引張強度を上げること、さらに、樹脂母材とシーブ溝面との直接接触を極力避けることで樹脂の変形を抑える。これにより摩耗量を低減することが可能となる。樹脂母材とシーブ溝面との直接接触を避けるには、樹脂母材にそれよりも硬い別の固形材を混合し、複合材料を形成することで実現することができる。
【００１６】
上記の手段において、樹脂の硬度を上げること、樹脂の引張強度を上げること、および、その樹脂に固形材を混ぜることは互いに相反する関係にはないため、これらの手段を同時に実施することは可能である。したがって、上記の手段を同時に実施すれば、潤滑油が付着しても摩擦係数が大幅には低下せず、かつ、耐摩耗性の高い樹脂を得ることが可能となる。
【００１７】
以下、図を用いて実施例を説明する。
【実施例】
【００１８】
図１は、本発明の実施例を示すロープ外層被覆樹脂の構成図である。樹脂被覆ロープまたはベルトの外層樹脂１は、樹脂母材１ａと不溶固体添加物１ｂとを含む。本実施例においては、樹脂母材１ａには熱可塑性ポリウレタンを、不溶固体添加物１ｂにはアルミナフィラーを採用した。外層樹脂１に接するシーブ２は、シーブ母材２ａの表面にシーブメッキ層２ｂを設けたものである。不溶固体添加物１ｂの形状は、外層樹脂１とシーブ２とが摺動する際にシーブ表面のシーブメッキ層２ｂを必要以上に損傷しないように、また、樹脂母材１ａから脱落しにくいように、球形もしくはそれ相当の形が望ましい。
【００１９】
ここで、外層樹脂１は樹脂被覆体と呼んでもよい。
【００２０】
シーブ２の表面に、シーブメッキ層２ｂとしてフッ素化合物を含んだニッケル−リン金属間化合物を無電解メッキした場合、外層樹脂１とシーブメッキ層２ｂとの間の摩擦係数は、極めて低い摩擦係数を有するフッ素化合物の働きで、シーブメッキ層２ｂに表面粗さＲａ＝８〜９μｍ程度の凹凸が存在しても大きくならない。また、これらの接触面に潤滑油が付着しても、清浄時に比べて１／１．２の低下に抑えることが可能であると特許文献３に示されている。
【００２１】
しかしながら、外層樹脂１を樹脂母材１ａのみで構成した場合は、摺動が進むに従って、両者間の摩擦係数が急上昇し、それに伴って樹脂の摩耗量も劇的に増加する。従来の一般的な樹脂を用いた場合の摩擦係数および摩耗量の変化を図２に示す。本図の場合、摺動距離が６０ｍに達する間に摩擦係数が急激に増加し、摩耗が進行してしまう。
【００２２】
図３は、回転式摩耗試験機の概略図を示したものである。本図において外層樹脂１の摩耗特性は、樹脂被覆ロープ３の一端に張力を掛け、架台６上に設置したシーブ２を回転させて行う摺動試験によって測定した。摩擦係数は、おもり４の重量と樹脂被覆ロープ３の他端に設けたロードセル５の荷重値とから算出した。
【００２３】
図４は、摺動後のシーブメッキ層表面をオージェ電子分光器により元素分析した結果を示したものである。横軸はスパッタリング時間によってシーブメッキ層の深さを表し、縦軸は、炭素（Ｃ）、酸素（Ｏ）、リン（Ｐ）、ニッケル（Ｎｉ）およびフッ素（Ｆ）の元素濃度を示している。本図から、シーブメッキ層表面近傍の炭素および酸素の濃度が高くなっていることがわかる。これはロープ３からシーブメッキ層２ｂの摺動面に樹脂が転写されたことを示している。
【００２４】
すなわち、摺動が進むに従って摩擦係数が上昇するのは、樹脂の転写によってフッ素化合物の働きを低下させることによる。また、樹脂の転写に対応するように、外層樹脂１の摺動面には樹脂変形の痕跡が観察された。
【００２５】
そこで、第一段階は樹脂の摩耗量が急激に増加する傾向を抑えることを目的として、摺動が進んでも樹脂変形が生じにくくなるように、まず、引張強度σｒが従来に比べて高い樹脂母材１ａで樹脂被覆ロープ３を作製した。そして、摺動試験により従来と比較検討した。
【００２６】
図５は摺動によって生じる樹脂変形を表わす模式図である。本図において、樹脂母材１ａとシーブメッキ層２ｂとが（ａ）部分的に直接接触して（ｂ）摺動する際、（ｃ）凝着した樹脂母材１ａが、（ｄ）変形して破断する。
【００２７】
通常、摺動によって樹脂が変形して変形部７が破断するには、樹脂母材１ａの持つ破壊抵抗値を超えなければならない。このため、破壊抵抗値、すなわち、破壊エネルギー（引張強度と破断伸びとの積に等しい）の大きい樹脂は、摺動による摩耗量が少ないと考えられる。
【００２８】
一般に、破断伸びに関しては、樹脂の材質が同じであれば大きな違いは見られないため、引張強度σｒを上げることで破壊エネルギーを大きくすることを考えた。
【００２９】
本実施例では、防錆、耐摩耗性などの観点から、シーブ２の表面部材としてシーブメッキ層２ｂを設けたが、シーブメッキ層２ｂは必ずしも設ける必要はなく、シーブ母材２ａをシーブ２の表面部材として露出させてもよい。すなわち、シーブ２の表面部材は、シーブメッキ層２ｂがない場合、シーブ母材２ａを構成する金属、樹脂、セラミックスなどであり、シーブメッキ層２ｂがある場合は、シーブメッキ層２ｂを構成する金属、樹脂、セラミックスなどのメッキ材である。
【００３０】
図６に摺動試験で得られた外層樹脂１の摩耗量と樹脂母材１ａの引張強度σｒとの関係を示す。本図において樹脂母材１ａの材質は、熱可塑性ポリウレタンである。本図からわかるように、外層樹脂１の摩耗量は、樹脂母材１ａの引張強度σｒが大きくなると少なくなる。そして、その傾向は引張強度σｒが２５ＭＰａを境に大きく変化する。すなわち、樹脂母材１ａの引張強度σｒが２５ＭＰａを下回ると外層樹脂１の摩耗量は急激に増加することから、摩耗を抑制する上で樹脂母材１ａに必要な引張強度σｒは２５ＭＰａ以上であることがわかる。
【００３１】
ここで、引張強度σｒは、ＪＩＳ Ｋ７３１１（ポリウレタン系熱可塑性エラストマーの試験方法）に準拠して測定した。
【００３２】
さらに、第二段階として、樹脂母材１ａに不溶固体添加物１ｂを混ぜることによって、外層樹脂１とシーブメッキ層２ｂとの直接接触を極力少なくすることを試みた。すなわち、外層樹脂１にフィラー添加樹脂材を用いることで、次に示す二つの作用によって低摩耗特性の実現を図った。
（１）樹脂母材１ａとシーブメッキ層２ｂとの間に隙間を存在させ、外層樹脂１とシーブメッキ層２ｂとの直接接触を極力少なくする。
（２）シーブメッキ層２ｂを引っ掻くことにより、シーブメッキ層２ｂに含まれるフッ素化合物を外層樹脂１に転写させ、転写したフッ素化合物によって摩擦や摩耗を抑制する。
【００３３】
作用（１）により摩耗量の低減を実現するには、少なくとも樹脂母材１ａより硬質な不溶固体添加物１ｂを混ぜること、および、不溶固体添加物１ｂの粒径や含有率を大きくして樹脂母材１ａを保護することが重要である。また、形状に関しては、シーブメッキ層２ｂを損傷しにくく、樹脂母材１ａから脱落しにくいことが重要である。
【００３４】
一方、作用（２）により摩耗量の低減を実現するには、少なくともシーブメッキ層２ｂより硬質な不溶固体添加物１ｂが必要であるが、シーブメッキ層２ｂを損傷させることから、フッ素化合物の転写量は必要最小限に留めることが重要である。
【００３５】
そして、運転初期において外層樹脂１へのフッ素化合物の転写は十分でないため、摺動の初期段階では作用（１）によって、その後の段階では作用（２）によって長期間安定な低摩耗特性を実現可能とする。
【００３６】
したがって、不溶固体添加物１ｂは、（ａ）材質、（ｂ）大きさ、（ｃ）形状、（ｄ）含有率の各パラメータに関して、作用（１）、（２）が成り立つ適切な材料を選択する必要がある。
【００３７】
図７は、フィラー添加樹脂材を用いた場合の外層樹脂の摩擦・摩耗特性を表わす図である。また、図８は、外層樹脂の摩耗量と不溶固体添加物の硬度の関係を表わす図である。これらは不溶固体添加物１ｂの材質、大きさおよび形状に関するそれぞれの影響度合についての検討結果の一例である。摺動試験は、タルク、水酸化マグネシウム、炭酸カルシウムおよびアルミナのフィラーをそれぞれ混合した外層樹脂１を用いて行い、各々の樹脂被覆ロープ３とシーブ２との間の摩擦係数および外層樹脂１の摩耗特性を調べた。
【００３８】
その結果、図７（ａ）に示すように、図示した不溶固体添加物１ｂの範囲においては、摩擦係数が高い順に、炭酸カルシウム、次にタルクおよび水酸化マグネシウムが同等、そしてアルミナである。摺動に伴う摩擦係数の変化の傾向については、フィラーを混合した効果は見られるものの、炭酸カルシウム、タルクおよび水酸化マグネシウムにおいては依然上昇する傾向がある。一方、アルミナの変化の傾向はこれらと異なって、摺動開始後に摩擦係数は低下し、その後ほぼ一定値を保つことがわかった。
【００３９】
摩耗特性については、図７（ｂ）に示す通りであり、摩擦係数の変化に対応するように、摩耗量が大きい方から順に、炭酸カルシウム、次にタルクおよび水酸化マグネシウムが同等、アルミナである。低摩擦係数を示したアルミナについては、摩耗量の増加が停止する傾向が見られる。
【００４０】
そこで、これらの不溶固体添加物１ｂによる影響を考える上で、材料特性のうち特に硬度に着目し、摩耗量の関係を不溶固体添加物１ｂの硬度で整理した。そのグラフが図８である。横軸にモース硬度、縦軸に外層樹脂の摩耗量をとっている。
【００４１】
本図によると、シーブメッキ層２ｂの硬度よりも低く、かつ、その硬度に近い炭酸カルシウムの場合は、摺動による摩耗量が大きいことがわかった。これは、低い側で硬度が近いと、摺動面においてシーブメッキ層２ｂと不溶固体添加物１ｂとが凝着しやすくなるため、不溶固体添加物１ｂが樹脂母材１ａから脱落し、その後の摺動によって摩耗量が増加するものと考える。一方、大きさおよび形状については、図７および図８に示す結果からわかるように、摩耗量に及ぼすこれらの影響は、材質、すなわち硬度の影響を上回ることはないと言える。
【００４２】
したがって、これらのことから、樹脂被覆ロープ３とシーブ２との間の摩擦係数および外層樹脂１の摩耗特性を制御する場合、不溶固体添加物１ｂの材質が重要な影響因子となる。不溶固体添加物１ｂの大きさについては樹脂母材１ａの材料強度を低下させない範囲、不溶固体添加物１ｂの形状については樹脂母材１ａから脱落しにくい範囲で考慮すればよいと考える。
【００４３】
図９に、ロープの外層樹脂１表面のオージェ電子分光器による元素分析結果を示す。不溶固体添加物１ｂはアルミナの場合である。炭素、酸素、ニッケルおよびフッ素について元素分析を行った結果である。
【００４４】
不溶固体添加物１ｂがアルミナのようにシーブメッキ層２ｂよりも硬い材質の場合では、本図に示す分析結果からわかるように、摺動後の外層樹脂１の表面にはシーブメッキ層２ｂに含まれるフッ素化合物が転写している。この転写が図７に示した低摩擦係数および低摩耗特性を生むものと考える。
【００４５】
図７に示した不溶固体添加物１ｂの範囲では、アルミナ以外の不溶固体添加物１ｂの場合にはこのような転写が見られないことから、摺動によってシーブメッキ層２ｂのフッ素化合物を外層樹脂１に転写させるには、シーブメッキ層２ｂよりも硬い材質の不溶固体添加物１ｂの存在が必要であると言える。
【００４６】
次に、不溶固体添加物１ｂの含有率についての影響度合を検討した。図１０は、不溶固体添加物１ｂにアルミナフィラーを用いた場合の、樹脂被覆ロープ３とシーブ２との間の摩擦係数および外層樹脂１の摩耗特性に及ぼす含有率の影響について検討した結果を示したものである。不溶固体添加物１ｂの含有率が０．０３、０．０９、および０．２１ｖｏｌ％の場合を示し、０ｖｏｌ％の場合と比較している。本図からわかるように、０．０３ｖｏｌ％（体積パーセント）から顕著な効果が現れる。０．０３ｖｏｌ％以上においては、含有率によらず、摺動初期段階の摩擦係数の低下時期について多少相違が見られるものの、摩擦係数はほぼ同程度である。また、外層樹脂１の摩耗量については、摩擦係数を反映していずれの含有率においても同程度である。
【００４７】
一方、この試験範囲における不溶固体添加物１ｂの含有率に対して、シーブ表面のメッキ層２ｂがどの程度損傷を受けるかについても検討を行った。シーブメッキ層２ｂの損傷評価は、樹脂被覆ロープ３およびシーブ２を３００ｍ摺動後、シーブメッキ層２ｂの表面粗さの測定および走査型電子顕微鏡による表面観察を行い、摺動前の状態と比較して検討した。３００ｍ摺動後とは、２０年使用した後の状態に相当する。
【００４８】
図１１は、摺動によるシーブメッキ層表面粗さの変化を示す図である。横軸にアルミナ含有率、縦軸にシーブ表面粗さＲａをとっている。本図に示すように、含有率が０．０３ｖｏｌ％ではほとんどシーブメッキ層２ｂを損傷することなく、フッ素化合物を外層樹脂１に転写させることが可能であることがわかった。また、含有率が０．２１ｖｏｌ％まではシーブメッキ層２ｂの表面粗さの低下が０．５μｍ程度に収まっていることがわかった。
【００４９】
以上の検討結果から、摺動によりフッ素化合物が外層樹脂１に転写し、かつシーブメッキ層２ｂの表面粗さを変えないことを条件とすると、不溶固体添加物１ｂの含有率については、０．０３ｖｏｌ％以上０．２１ｖｏｌ％以下が適切な量であると考える。アルミナ含有量が０．２１ｖｏｌ％の場合、シーブ表面粗さＲａを８．３μｍに抑えることができるため、油付着時の摩擦係数に関して問題が生じないからである。さらに、シーブの信頼性の観点から、表面凹凸の２０年後の摩損率を表面粗さＲａ基準で−５％に抑えたい。すなわち、シーブ表面粗さＲａを８．３μｍ以上に保持したいという要求があるからである。また、含有率の更に望ましい範囲は、０．０３ｖｏｌ％以上０．０９ｖｏｌ％以下である。
【００５０】
さらに、アルミナフィラーの含有率が同じ０．０３ｖｏｌ％で樹脂母材１ａの引張強度σｒが異なる外層樹脂１を用いて、樹脂被覆ロープ３とシーブ２との間の摩擦係数および外層樹脂１の摩耗特性を調べた。図１２は、樹脂母材１ａの引張強度による摩擦係数および摩耗特性を比較したグラフである。本図では、樹脂母材１ａの引張強度σｒが１９ＭＰａの場合と３４ＭＰａの場合とを比較している。
【００５１】
これによると、アルミナフィラーを０．０３ｖｏｌ％含有しても、樹脂母材１ａの引張強度σｒが１９ＭＰａの場合、外層樹脂１の摩耗量は早期に増加することがわかる。この場合、摩擦係数が摺動の初期段階で低下する傾向を示すとともに、アルミナフィラーを保持する樹脂母材１ａの変形も起こることから、外層樹脂１へのフッ素化合物の転写よりもアルミナフィラーの脱落および樹脂の変形によるものと考える。
【００５２】
したがって、外層樹脂１の摩耗を低減するには、不溶固体添加物１ｂを混合するとともに、引張強度σｒが高く、不溶固体添加物１ｂの脱落や樹脂母材１ａの変形が生じにくい樹脂母材１ａを使用することが必要である。
【００５３】
以上のように、引張強度σｒが２５ＭＰａ以上の樹脂を樹脂母材１ａにし、かつシーブメッキ層２ｂよりも硬い不溶固体添加物１ｂ（フィラー）を添加することで、外層樹脂１の低摩耗特性を実現することが可能となる。
【００５４】
一方、この手段が樹脂母材１ａの硬度を上げて油が付着した時の摩擦係数の低下を抑えるメカニズムに負の影響を及ぼさないかを検証する必要がある。
【００５５】
図１３に、図６で述べた摺動試験結果のうち、引張強度σｒが２０ＭＰａ程度の外層樹脂１を用いて得られた結果を、油が付着した時の摩擦係数と樹脂母材１ａの硬度Ｈｒの関係で整理したグラフを示す。本図から、エレベータのトラクションに必要な摩擦係数は、樹脂硬度９４（ＪＩＳ‐Ａスケール）以上の樹脂母材１ａを用いることで実現可能であることがわかる。
【００５６】
ここで、樹脂硬度は、ＪＩＳ Ｋ７３１１（ポリウレタン系熱可塑性エラストマーの試験方法）に準拠して測定した。
【００５７】
そこで、この値以上の硬度を有する樹脂母材１ａに対して、硬度Ｈｒを変えずに引張強度σｒを２５ＭＰａ以上に引き上げ、かつアルミナフィラーを添加した場合、油が付着した時の摩擦係数にどの程度影響を及ぼすかを確認した。摺動試験は、引張強度σｒが３４ＭＰａ、硬度Ｈｒが９７（ＪＩＳ‐Ａスケール）の樹脂母材１ａにアルミナフィラーの含有率をそれぞれ０．０３、０．０９、および０．２１ｖｏｌ％とした外層樹脂１を製作し、それぞれの樹脂被覆ロープ３について行った。
【００５８】
図１４にその試験結果を示す。それぞれのアルミナフィラー含有率に対して、油が付着していない清浄時で２８℃の場合、油が付着し、温度が２８℃および５０℃の場合について摩擦係数を示している。本図からわかるように、清浄時の摩擦係数はアルミナフィラーの含有が多くなると若干上昇する傾向を示す。しかし、油が付着した時の摩擦係数については大きな違いが見られないこと、また、その値が図１３の樹脂硬度９７（ＪＩＳ‐Ａスケール）における値とほぼ同等であることから、アルミナフィラーの添加や引張強度σｒの引き上げは、油が付着した時の摩擦係数の低下を抑えるメカニズムに負の影響を及ぼさないと言える。
【００５９】
したがって、引張強度σｒが２５ＭＰａ以上、硬度Ｈｒが９４（ＪＩＳ‐Ａスケール）以上の樹脂母材１ａにシーブメッキ層２ｂよりも硬いフィラーを添加することで、油が付着した時の摩擦係数の低下を抑制し、かつ耐摩耗性に優れた外層樹脂１を有する樹脂被覆ロープ３を実現することが可能となる。
【００６０】
これまでは、樹脂母材１ａに熱可塑性ポリウレタンを採用した実施例について説明したが、必ずしも樹脂母材１ａは熱可塑性ポリウレタンに限られるものではない。以下に示すように、外層樹脂１の摩耗量は材質によらず引張強度σｒによって規定されるので、オレフィン系やスチレン系などの高分子エラストマーでも引張強度σｒが２５ＭＰａ以上、硬度Ｈｒが９４（ＪＩＳ‐Ａスケール）以上あれば、油が付着した時の摩擦係数の低下を抑制し、かつ耐摩耗性に優れた外層樹脂１を有する樹脂被覆ロープ３を実現することが可能となる。
【００６１】
図１５にピンオンディスク摩耗試験で得られた熱可塑性ポリウレタン、オレフィン系エラストマー、およびスチレン系エラストマーのそれぞれの摩耗量とそれらの引張強度σｒとの関係を示す。ここで、ピンオンディスク摩耗試験は、ＪＩＳ Ｋ７２１８（プラスチックの滑り摩耗試験方法）に準拠して行った。この摩耗試験における接触面の状態を、図１を用いて説明すると、ピン側を外層樹脂１とし、ディスク側をシーブメッキ層２ｂとしている。
【００６２】
図１５からわかるように、これらの摩耗量は、引張強度σｒが大きくなると少なくなる。そして、その傾向は引張強度σｒが２５ＭＰａを境に大きく変化する。この変化は高分子エラストマーの種類によらず同等である。このことから、樹脂母材１ａの引張強度σｒが２５ＭＰａより低くなった場合に外層樹脂１の摩耗量が急激に増加する傾向は材質によらないことがわかる。
【００６３】
本発明のロープおよびベルトは、エレベータなどの昇降装置に用いるものとして記載してあるが、これに用途を限定するものではなく、重量物を支えるロープおよびベルトとして幅広く利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明による実施例を示すロープの樹脂被覆体とシーブ溝面との接触状態の断面図である。
【図２】従来の一般的な樹脂を用いた場合の摩擦係数および摩耗特性を表わすグラフである。
【図３】回転式摩耗試験機の概略構成図である。
【図４】オージェ電子分光器によるシーブメッキ層表面の元素分析結果である。
【図５】摺動によって生じる樹脂変形を表わす模式図である。
【図６】外層樹脂の摩耗量と樹脂母材の引張強度の関係を示すグラフである。
【図７】不溶固体添加物を用いた場合の摩擦係数および摩耗特性を示すグラフである。
【図８】外層樹脂の摩耗量と不溶固体添加物の硬度との関係を示すグラフである。
【図９】オージェ電子分光器によるロープの外層樹脂表面の元素分析結果である。
【図１０】アルミナフィラー含有率による摩擦係数および摩耗特性を比較するグラフである。
【図１１】摺動によるシーブメッキ層の表面粗さの変化を示すグラフである。
【図１２】樹脂母材の引張強度による摩擦係数および摩耗特性を比較するグラフである。
【図１３】油が付着した時の摩擦係数と樹脂母材の硬度の関係を示すグラフである。
【図１４】アルミナフィラー含有率による摩擦係数を比較するグラフである。
【図１５】高分子エラストマーの摩耗量と引張強度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６５】
１：外層樹脂、１ａ：樹脂母材、１ｂ：不溶固体添加物、２：シーブ、２ａ：シーブ母材、２ｂ：メッキ層、３：樹脂被覆ロープ、４：おもり、５：ロードセル、６：架台、７：樹脂変形部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エレベータ用ロープおよびエレベータ用ベルトに関し、特に、昇降部を吊るす主索等を対象とした樹脂被覆ロープおよびベルトに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の樹脂被覆ロープおよびベルトにおいては、例えば、特許文献１または特許文献２に示すように、抗張体を摩耗損傷から保護する被覆体は、耐摩耗性が高く、柔軟性に富んだ樹脂で構成されている。この場合、ロープまたはベルトの外層樹脂と駆動力伝達部であるシーブの溝面との直接接触になるため、摺動面に両者の凝着により大きな摩擦力が生まれる。摩擦力は、駆動力伝達に不可欠であるが、摺動による摩耗、特に樹脂の摩耗を促進してしまう。
【０００３】
このため、上記の摩擦と摩耗との相反する関係に対して、摺動面における摩擦係数を適切に設定する必要がある。エレベータの駆動システムの場合、特許文献３に示すように、ロープと接触するシーブ（綱車）の溝面を適度に粗し、フッ素化合物を含んだニッケル−リン金属間化合物を無電解メッキして摩擦および摩耗の適正化を図っている。しかしながら、現状の樹脂では、初期の段階においては比較的安定するものの、その後、エレベータの稼働時間に伴って、摩擦係数の上昇および摩耗量の急激な増加が見られ、長期的に安定なトラクションを得るには至っていない。
【０００４】
また、特許文献４には、単位断面積当たりの強度が高く、シーブとの良好な摩擦接触を実現するため、被覆芯シェンケルの周りに複数本の側シェンケルを配置し、被覆芯シェンケルと側シェンケルとで囲まれたスペースに細径の複数本の第１フィラーストランドを配置し、側シェンケル間の外形側の谷間に細径の複数本の第２フィラーストランドを配置し、側シェンケルを囲む高分子化合物の外装被覆を備えたワイヤロープが開示されている。
【０００５】
また、特許文献５には、高摩擦材として、シリカ粉末、黒鉛、炭素粉末窒化ホウ素粉末、チタン酸カリウム繊維またはチタン酸カリウムウィスカーを充填したウレタン樹脂を被覆したエレベータ用トラクションシーブが開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２６２４８２号公報
【特許文献２】ＰＣＴ ＷＯ９９／４３８８５
【特許文献３】特開２００７−２８４２３７号公報
【特許文献４】特開２００３−２６８６８５号公報
【特許文献５】特開２００４−１０６９８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
長手方向に掛かる張力を受け持つ抗張体すなわち鋼線と、駆動力伝達部との摺動による摩耗を鋼線から保護する被覆体、すなわち樹脂の役割を完全に分離している樹脂被覆ロープまたはベルトにおいては、駆動力伝達部と接している外層樹脂は、駆動力を鋼線に伝達するために所定の摩擦係数を維持するとともに、高い耐摩耗性も有していなければならない。ロープまたはベルトを被覆する樹脂は、長期間にわたってあらゆる環境下で摩擦係数の安定化の実現と耐摩耗性に優れていることが必要不可欠である。特に、エレベータの駆動システムの場合、ロープとシーブとの接触面に潤滑油が付着する環境が想定されるが、この場合に、摩擦係数は最も低下する。
【０００８】
したがって、両者間のトラクション特性で第一に必要なのは、油が付着した状態での摩擦係数を所定の値以上に確保することである。このため、潤滑油が付着しても摩擦係数を大幅に下げないことを目的として、シーブ溝面には所定の表面粗さが施されている。一方で、シーブ溝面の表面粗さすなわち凹凸はロープまたはベルトの外層樹脂の摩耗を速めるため、樹脂にはこの凹凸の摺動に打ち勝つ摩耗特性が必要となる。樹脂被覆ロープまたはベルトの長期間における信頼性を実現するには、油が付着した時の摩擦係数を確保するとともに、所定の表面粗さを有するシーブ溝面に対して摩耗を一定限度に抑えることが求められる。
【０００９】
本発明は、樹脂被覆体を有するロープまたはベルトの、摺動に対する摩擦係数を安定させるとともに、耐摩耗性を向上させ、あらゆる環境下で長期的に安定なトラクションを維持できる、信頼性の高いロープまたはベルトを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のロープまたはベルトは、長手方向に掛かる張力を受け持つ抗張体と、該抗張体を摩耗損傷から保護する樹脂被覆体とを含み、該樹脂被覆体が、樹脂母材に不溶固体添加物粒子を混合したものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、樹脂被覆ロープまたはベルトにおける被覆体に、摺動に対する摩擦係数が安定的で、かつ耐摩耗性に優れた樹脂を提供することができるため、あらゆる環境下で長期的に安定なトラクションを維持できる樹脂被覆ロープまたはベルトを実現することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
人や重量物などの被移動物を高低差のある場所に移動させるためのエレベータなどの昇降装置に用いる、本発明のロープまたはベルトは、被移動物の重量を支えるため、鋼線などで形成された抗張体と、該抗張体を摩耗損傷から保護する樹脂被覆体とを含む。
【００１３】
潤滑油が付着しても摩擦係数が大幅に下がらず、摺動による樹脂の摩耗が少ないロープまたはベルトは、下記の手段で得られる。
【００１４】
第一に、油が付着した時に摩擦係数の低下を防ぐには、ロープまたはベルトの外層樹脂とシーブ溝面との接触部の微小な隙間（摩擦面）から油を排除することである。元来、ロープまたはベルトの外層樹脂とシーブ溝面との接触では、両者が凝着することにより摩擦係数は大きくなるため、潤滑油が付着しても摩擦面から油を排除して清浄状態に近づければ、トラクションに必要な摩擦力を確保することが可能となる。摩擦面から油を排除するには、樹脂の硬度を上げて両者の微小な接触面に発生する面圧を高めることが有効である。硬度が高い場合、変形は小さく樹脂が凹まないため、接触面積が小さくなる。その結果、面圧が上がる。
【００１５】
第二に、摺動による樹脂の摩耗は摩擦面における変形によって生じるため、まず、樹脂の引張強度を上げること、さらに、樹脂母材とシーブ溝面との直接接触を極力避けることで樹脂の変形を抑える。これにより摩耗量を低減することが可能となる。樹脂母材とシーブ溝面との直接接触を避けるには、樹脂母材にそれよりも硬い別の固形材を混合し、複合材料を形成することで実現することができる。
【００１６】
上記の手段において、樹脂の硬度を上げること、樹脂の引張強度を上げること、および、その樹脂に固形材を混ぜることは互いに相反する関係にはないため、これらの手段を同時に実施することは可能である。したがって、上記の手段を同時に実施すれば、潤滑油が付着しても摩擦係数が大幅には低下せず、かつ、耐摩耗性の高い樹脂を得ることが可能となる。
【００１７】
以下、図を用いて実施例を説明する。
【実施例】
【００１８】
図１は、本発明の実施例を示すロープ外層被覆樹脂の構成図である。樹脂被覆ロープまたはベルトの外層樹脂１は、樹脂母材１ａと不溶固体添加物１ｂとを含む。本実施例においては、樹脂母材１ａには熱可塑性ポリウレタンを、不溶固体添加物１ｂにはアルミナフィラーを採用した。外層樹脂１に接するシーブ２は、シーブ母材２ａの表面にシーブメッキ層２ｂを設けたものである。不溶固体添加物１ｂの形状は、外層樹脂１とシーブ２とが摺動する際にシーブ表面のシーブメッキ層２ｂを必要以上に損傷しないように、また、樹脂母材１ａから脱落しにくいように、球形もしくはそれ相当の形が望ましい。
【００１９】
ここで、外層樹脂１は樹脂被覆体と呼んでもよい。
【００２０】
シーブ２の表面に、シーブメッキ層２ｂとしてフッ素化合物を含んだニッケル−リン金属間化合物を無電解メッキした場合、外層樹脂１とシーブメッキ層２ｂとの間の摩擦係数は、極めて低い摩擦係数を有するフッ素化合物の働きで、シーブメッキ層２ｂに表面粗さＲａ＝８〜９μｍ程度の凹凸が存在しても大きくならない。また、これらの接触面に潤滑油が付着しても、清浄時に比べて１／１．２の低下に抑えることが可能であると特許文献３に示されている。
【００２１】
しかしながら、外層樹脂１を樹脂母材１ａのみで構成した場合は、摺動が進むに従って、両者間の摩擦係数が急上昇し、それに伴って樹脂の摩耗量も劇的に増加する。従来の一般的な樹脂を用いた場合の摩擦係数および摩耗量の変化を図２に示す。本図の場合、摺動距離が６０ｍに達する間に摩擦係数が急激に増加し、摩耗が進行してしまう。
【００２２】
図３は、回転式摩耗試験機の概略図を示したものである。本図において外層樹脂１の摩耗特性は、樹脂被覆ロープ３の一端に張力を掛け、架台６上に設置したシーブ２を回転させて行う摺動試験によって測定した。摩擦係数は、おもり４の重量と樹脂被覆ロープ３の他端に設けたロードセル５の荷重値とから算出した。
【００２３】
図４は、摺動後のシーブメッキ層表面をオージェ電子分光器により元素分析した結果を示したものである。横軸はスパッタリング時間によってシーブメッキ層の深さを表し、縦軸は、炭素（Ｃ）、酸素（Ｏ）、リン（Ｐ）、ニッケル（Ｎｉ）およびフッ素（Ｆ）の元素濃度を示している。本図から、シーブメッキ層表面近傍の炭素および酸素の濃度が高くなっていることがわかる。これはロープ３からシーブメッキ層２ｂの摺動面に樹脂が転写されたことを示している。
【００２４】
すなわち、摺動が進むに従って摩擦係数が上昇するのは、樹脂の転写によってフッ素化合物の働きを低下させることによる。また、樹脂の転写に対応するように、外層樹脂１の摺動面には樹脂変形の痕跡が観察された。
【００２５】
そこで、第一段階は樹脂の摩耗量が急激に増加する傾向を抑えることを目的として、摺動が進んでも樹脂変形が生じにくくなるように、まず、引張強度σｒが従来に比べて高い樹脂母材１ａで樹脂被覆ロープ３を作製した。そして、摺動試験により従来と比較検討した。
【００２６】
図５は摺動によって生じる樹脂変形を表わす模式図である。本図において、樹脂母材１ａとシーブメッキ層２ｂとが（ａ）部分的に直接接触して（ｂ）摺動する際、（ｃ）凝着した樹脂母材１ａが、（ｄ）変形して破断する。
【００２７】
通常、摺動によって樹脂が変形して変形部７が破断するには、樹脂母材１ａの持つ破壊抵抗値を超えなければならない。このため、破壊抵抗値、すなわち、破壊エネルギー（引張強度と破断伸びとの積に等しい）の大きい樹脂は、摺動による摩耗量が少ないと考えられる。
【００２８】
一般に、破断伸びに関しては、樹脂の材質が同じであれば大きな違いは見られないため、引張強度σｒを上げることで破壊エネルギーを大きくすることを考えた。
【００２９】
本実施例では、防錆、耐摩耗性などの観点から、シーブ２の表面部材としてシーブメッキ層２ｂを設けたが、シーブメッキ層２ｂは必ずしも設ける必要はなく、シーブ母材２ａをシーブ２の表面部材として露出させてもよい。すなわち、シーブ２の表面部材は、シーブメッキ層２ｂがない場合、シーブ母材２ａを構成する金属、樹脂、セラミックスなどであり、シーブメッキ層２ｂがある場合は、シーブメッキ層２ｂを構成する金属、樹脂、セラミックスなどのメッキ材である。
【００３０】
図６に摺動試験で得られた外層樹脂１の摩耗量と樹脂母材１ａの引張強度σｒとの関係を示す。本図において樹脂母材１ａの材質は、熱可塑性ポリウレタンである。本図からわかるように、外層樹脂１の摩耗量は、樹脂母材１ａの引張強度σｒが大きくなると少なくなる。そして、その傾向は引張強度σｒが２５ＭＰａを境に大きく変化する。すなわち、樹脂母材１ａの引張強度σｒが２５ＭＰａを下回ると外層樹脂１の摩耗量は急激に増加することから、摩耗を抑制する上で樹脂母材１ａに必要な引張強度σｒは２５ＭＰａ以上であることがわかる。
【００３１】
ここで、引張強度σｒは、ＪＩＳ Ｋ７３１１（ポリウレタン系熱可塑性エラストマーの試験方法）に準拠して測定した。
【００３２】
さらに、第二段階として、樹脂母材１ａに不溶固体添加物１ｂを混ぜることによって、外層樹脂１とシーブメッキ層２ｂとの直接接触を極力少なくすることを試みた。すなわち、外層樹脂１にフィラー添加樹脂材を用いることで、次に示す二つの作用によって低摩耗特性の実現を図った。
（１）樹脂母材１ａとシーブメッキ層２ｂとの間に隙間を存在させ、外層樹脂１とシーブメッキ層２ｂとの直接接触を極力少なくする。
（２）シーブメッキ層２ｂを引っ掻くことにより、シーブメッキ層２ｂに含まれるフッ素化合物を外層樹脂１に転写させ、転写したフッ素化合物によって摩擦や摩耗を抑制する。
【００３３】
作用（１）により摩耗量の低減を実現するには、少なくとも樹脂母材１ａより硬質な不溶固体添加物１ｂを混ぜること、および、不溶固体添加物１ｂの粒径や含有率を大きくして樹脂母材１ａを保護することが重要である。また、形状に関しては、シーブメッキ層２ｂを損傷しにくく、樹脂母材１ａから脱落しにくいことが重要である。
【００３４】
一方、作用（２）により摩耗量の低減を実現するには、少なくともシーブメッキ層２ｂより硬質な不溶固体添加物１ｂが必要であるが、シーブメッキ層２ｂを損傷させることから、フッ素化合物の転写量は必要最小限に留めることが重要である。
【００３５】
そして、運転初期において外層樹脂１へのフッ素化合物の転写は十分でないため、摺動の初期段階では作用（１）によって、その後の段階では作用（２）によって長期間安定な低摩耗特性を実現可能とする。
【００３６】
したがって、不溶固体添加物１ｂは、（ａ）材質、（ｂ）大きさ、（ｃ）形状、（ｄ）含有率の各パラメータに関して、作用（１）、（２）が成り立つ適切な材料を選択する必要がある。
【００３７】
図７は、フィラー添加樹脂材を用いた場合の外層樹脂の摩擦・摩耗特性を表わす図である。また、図８は、外層樹脂の摩耗量と不溶固体添加物の硬度の関係を表わす図である。これらは不溶固体添加物１ｂの材質、大きさおよび形状に関するそれぞれの影響度合についての検討結果の一例である。摺動試験は、タルク、水酸化マグネシウム、炭酸カルシウムおよびアルミナのフィラーをそれぞれ混合した外層樹脂１を用いて行い、各々の樹脂被覆ロープ３とシーブ２との間の摩擦係数および外層樹脂１の摩耗特性を調べた。
【００３８】
その結果、図７（ａ）に示すように、図示した不溶固体添加物１ｂの範囲においては、摩擦係数が高い順に、炭酸カルシウム、次にタルクおよび水酸化マグネシウムが同等、そしてアルミナである。摺動に伴う摩擦係数の変化の傾向については、フィラーを混合した効果は見られるものの、炭酸カルシウム、タルクおよび水酸化マグネシウムにおいては依然上昇する傾向がある。一方、アルミナの変化の傾向はこれらと異なって、摺動開始後に摩擦係数は低下し、その後ほぼ一定値を保つことがわかった。
【００３９】
摩耗特性については、図７（ｂ）に示す通りであり、摩擦係数の変化に対応するように、摩耗量が大きい方から順に、炭酸カルシウム、次にタルクおよび水酸化マグネシウムが同等、アルミナである。低摩擦係数を示したアルミナについては、摩耗量の増加が停止する傾向が見られる。
【００４０】
そこで、これらの不溶固体添加物１ｂによる影響を考える上で、材料特性のうち特に硬度に着目し、摩耗量の関係を不溶固体添加物１ｂの硬度で整理した。そのグラフが図８である。横軸にモース硬度、縦軸に外層樹脂の摩耗量をとっている。
【００４１】
本図によると、シーブメッキ層２ｂの硬度よりも低く、かつ、その硬度に近い炭酸カルシウムの場合は、摺動による摩耗量が大きいことがわかった。これは、低い側で硬度が近いと、摺動面においてシーブメッキ層２ｂと不溶固体添加物１ｂとが凝着しやすくなるため、不溶固体添加物１ｂが樹脂母材１ａから脱落し、その後の摺動によって摩耗量が増加するものと考える。一方、大きさおよび形状については、図７および図８に示す結果からわかるように、摩耗量に及ぼすこれらの影響は、材質、すなわち硬度の影響を上回ることはないと言える。
【００４２】
したがって、これらのことから、樹脂被覆ロープ３とシーブ２との間の摩擦係数および外層樹脂１の摩耗特性を制御する場合、不溶固体添加物１ｂの材質が重要な影響因子となる。不溶固体添加物１ｂの大きさについては樹脂母材１ａの材料強度を低下させない範囲、不溶固体添加物１ｂの形状については樹脂母材１ａから脱落しにくい範囲で考慮すればよいと考える。
【００４３】
図９に、ロープの外層樹脂１表面のオージェ電子分光器による元素分析結果を示す。不溶固体添加物１ｂはアルミナの場合である。炭素、酸素、ニッケルおよびフッ素について元素分析を行った結果である。
【００４４】
不溶固体添加物１ｂがアルミナのようにシーブメッキ層２ｂよりも硬い材質の場合では、本図に示す分析結果からわかるように、摺動後の外層樹脂１の表面にはシーブメッキ層２ｂに含まれるフッ素化合物が転写している。この転写が図７に示した低摩擦係数および低摩耗特性を生むものと考える。
【００４５】
図７に示した不溶固体添加物１ｂの範囲では、アルミナ以外の不溶固体添加物１ｂの場合にはこのような転写が見られないことから、摺動によってシーブメッキ層２ｂのフッ素化合物を外層樹脂１に転写させるには、シーブメッキ層２ｂよりも硬い材質の不溶固体添加物１ｂの存在が必要であると言える。
【００４６】
次に、不溶固体添加物１ｂの含有率についての影響度合を検討した。図１０は、不溶固体添加物１ｂにアルミナフィラーを用いた場合の、樹脂被覆ロープ３とシーブ２との間の摩擦係数および外層樹脂１の摩耗特性に及ぼす含有率の影響について検討した結果を示したものである。不溶固体添加物１ｂの含有率が０．０３、０．０９、および０．２１ｖｏｌ％の場合を示し、０ｖｏｌ％の場合と比較している。本図からわかるように、０．０３ｖｏｌ％（体積パーセント）から顕著な効果が現れる。０．０３ｖｏｌ％以上においては、含有率によらず、摺動初期段階の摩擦係数の低下時期について多少相違が見られるものの、摩擦係数はほぼ同程度である。また、外層樹脂１の摩耗量については、摩擦係数を反映していずれの含有率においても同程度である。
【００４７】
一方、この試験範囲における不溶固体添加物１ｂの含有率に対して、シーブ表面のメッキ層２ｂがどの程度損傷を受けるかについても検討を行った。シーブメッキ層２ｂの損傷評価は、樹脂被覆ロープ３およびシーブ２を３００ｍ摺動後、シーブメッキ層２ｂの表面粗さの測定および走査型電子顕微鏡による表面観察を行い、摺動前の状態と比較して検討した。３００ｍ摺動後とは、２０年使用した後の状態に相当する。
【００４８】
図１１は、摺動によるシーブメッキ層表面粗さの変化を示す図である。横軸にアルミナ含有率、縦軸にシーブ表面粗さＲａをとっている。本図に示すように、含有率が０．０３ｖｏｌ％ではほとんどシーブメッキ層２ｂを損傷することなく、フッ素化合物を外層樹脂１に転写させることが可能であることがわかった。また、含有率が０．２１ｖｏｌ％まではシーブメッキ層２ｂの表面粗さの低下が０．５μｍ程度に収まっていることがわかった。
【００４９】
以上の検討結果から、摺動によりフッ素化合物が外層樹脂１に転写し、かつシーブメッキ層２ｂの表面粗さを変えないことを条件とすると、不溶固体添加物１ｂの含有率については、０．０３ｖｏｌ％以上０．２１ｖｏｌ％以下が適切な量であると考える。アルミナ含有量が０．２１ｖｏｌ％の場合、シーブ表面粗さＲａを８．３μｍに抑えることができるため、油付着時の摩擦係数に関して問題が生じないからである。さらに、シーブの信頼性の観点から、表面凹凸の２０年後の摩損率を表面粗さＲａ基準で−５％に抑えたい。すなわち、シーブ表面粗さＲａを８．３μｍ以上に保持したいという要求があるからである。また、含有率の更に望ましい範囲は、０．０３ｖｏｌ％以上０．０９ｖｏｌ％以下である。
【００５０】
さらに、アルミナフィラーの含有率が同じ０．０３ｖｏｌ％で樹脂母材１ａの引張強度σｒが異なる外層樹脂１を用いて、樹脂被覆ロープ３とシーブ２との間の摩擦係数および外層樹脂１の摩耗特性を調べた。図１２は、樹脂母材１ａの引張強度による摩擦係数および摩耗特性を比較したグラフである。本図では、樹脂母材１ａの引張強度σｒが１９ＭＰａの場合と３４ＭＰａの場合とを比較している。
【００５１】
これによると、アルミナフィラーを０．０３ｖｏｌ％含有しても、樹脂母材１ａの引張強度σｒが１９ＭＰａの場合、外層樹脂１の摩耗量は早期に増加することがわかる。この場合、摩擦係数が摺動の初期段階で低下する傾向を示すとともに、アルミナフィラーを保持する樹脂母材１ａの変形も起こることから、外層樹脂１へのフッ素化合物の転写よりもアルミナフィラーの脱落および樹脂の変形によるものと考える。
【００５２】
したがって、外層樹脂１の摩耗を低減するには、不溶固体添加物１ｂを混合するとともに、引張強度σｒが高く、不溶固体添加物１ｂの脱落や樹脂母材１ａの変形が生じにくい樹脂母材１ａを使用することが必要である。
【００５３】
以上のように、引張強度σｒが２５ＭＰａ以上の樹脂を樹脂母材１ａにし、かつシーブメッキ層２ｂよりも硬い不溶固体添加物１ｂ（フィラー）を添加することで、外層樹脂１の低摩耗特性を実現することが可能となる。
【００５４】
一方、この手段が樹脂母材１ａの硬度を上げて油が付着した時の摩擦係数の低下を抑えるメカニズムに負の影響を及ぼさないかを検証する必要がある。
【００５５】
図１３に、図６で述べた摺動試験結果のうち、引張強度σｒが２０ＭＰａ程度の外層樹脂１を用いて得られた結果を、油が付着した時の摩擦係数と樹脂母材１ａの硬度Ｈｒの関係で整理したグラフを示す。本図から、エレベータのトラクションに必要な摩擦係数は、樹脂硬度９４（ＪＩＳ‐Ａスケール）以上の樹脂母材１ａを用いることで実現可能であることがわかる。
【００５６】
ここで、樹脂硬度は、ＪＩＳ Ｋ７３１１（ポリウレタン系熱可塑性エラストマーの試験方法）に準拠して測定した。
【００５７】
そこで、この値以上の硬度を有する樹脂母材１ａに対して、硬度Ｈｒを変えずに引張強度σｒを２５ＭＰａ以上に引き上げ、かつアルミナフィラーを添加した場合、油が付着した時の摩擦係数にどの程度影響を及ぼすかを確認した。摺動試験は、引張強度σｒが３４ＭＰａ、硬度Ｈｒが９７（ＪＩＳ‐Ａスケール）の樹脂母材１ａにアルミナフィラーの含有率をそれぞれ０．０３、０．０９、および０．２１ｖｏｌ％とした外層樹脂１を製作し、それぞれの樹脂被覆ロープ３について行った。
【００５８】
図１４にその試験結果を示す。それぞれのアルミナフィラー含有率に対して、油が付着していない清浄時で２８℃の場合、油が付着し、温度が２８℃および５０℃の場合について摩擦係数を示している。本図からわかるように、清浄時の摩擦係数はアルミナフィラーの含有が多くなると若干上昇する傾向を示す。しかし、油が付着した時の摩擦係数については大きな違いが見られないこと、また、その値が図１３の樹脂硬度９７（ＪＩＳ‐Ａスケール）における値とほぼ同等であることから、アルミナフィラーの添加や引張強度σｒの引き上げは、油が付着した時の摩擦係数の低下を抑えるメカニズムに負の影響を及ぼさないと言える。
【００５９】
したがって、引張強度σｒが２５ＭＰａ以上、硬度Ｈｒが９４（ＪＩＳ‐Ａスケール）以上の樹脂母材１ａにシーブメッキ層２ｂよりも硬いフィラーを添加することで、油が付着した時の摩擦係数の低下を抑制し、かつ耐摩耗性に優れた外層樹脂１を有する樹脂被覆ロープ３を実現することが可能となる。
【００６０】
これまでは、樹脂母材１ａに熱可塑性ポリウレタンを採用した実施例について説明したが、必ずしも樹脂母材１ａは熱可塑性ポリウレタンに限られるものではない。以下に示すように、外層樹脂１の摩耗量は材質によらず引張強度σｒによって規定されるので、オレフィン系やスチレン系などの高分子エラストマーでも引張強度σｒが２５ＭＰａ以上、硬度Ｈｒが９４（ＪＩＳ‐Ａスケール）以上あれば、油が付着した時の摩擦係数の低下を抑制し、かつ耐摩耗性に優れた外層樹脂１を有する樹脂被覆ロープ３を実現することが可能となる。
【００６１】
図１５にピンオンディスク摩耗試験で得られた熱可塑性ポリウレタン、オレフィン系エラストマー、およびスチレン系エラストマーのそれぞれの摩耗量とそれらの引張強度σｒとの関係を示す。ここで、ピンオンディスク摩耗試験は、ＪＩＳ Ｋ７２１８（プラスチックの滑り摩耗試験方法）に準拠して行った。この摩耗試験における接触面の状態を、図１を用いて説明すると、ピン側を外層樹脂１とし、ディスク側をシーブメッキ層２ｂとしている。
【００６２】
図１５からわかるように、これらの摩耗量は、引張強度σｒが大きくなると少なくなる。そして、その傾向は引張強度σｒが２５ＭＰａを境に大きく変化する。この変化は高分子エラストマーの種類によらず同等である。このことから、樹脂母材１ａの引張強度σｒが２５ＭＰａより低くなった場合に外層樹脂１の摩耗量が急激に増加する傾向は材質によらないことがわかる。
【００６３】
本発明のロープおよびベルトは、エレベータなどの昇降装置に用いるものとして記載してあるが、これに用途を限定するものではなく、重量物を支えるロープおよびベルトとして幅広く利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明による実施例を示すロープの樹脂被覆体とシーブ溝面との接触状態の断面図である。
【図２】従来の一般的な樹脂を用いた場合の摩擦係数および摩耗特性を表わすグラフである。
【図３】回転式摩耗試験機の概略構成図である。
【図４】オージェ電子分光器によるシーブメッキ層表面の元素分析結果である。
【図５】摺動によって生じる樹脂変形を表わす模式図である。
【図６】外層樹脂の摩耗量と樹脂母材の引張強度の関係を示すグラフである。
【図７】不溶固体添加物を用いた場合の摩擦係数および摩耗特性を示すグラフである。
【図８】外層樹脂の摩耗量と不溶固体添加物の硬度との関係を示すグラフである。
【図９】オージェ電子分光器によるロープの外層樹脂表面の元素分析結果である。
【図１０】アルミナフィラー含有率による摩擦係数および摩耗特性を比較するグラフである。
【図１１】摺動によるシーブメッキ層の表面粗さの変化を示すグラフである。
【図１２】樹脂母材の引張強度による摩擦係数および摩耗特性を比較するグラフである。
【図１３】油が付着した時の摩擦係数と樹脂母材の硬度の関係を示すグラフである。
【図１４】アルミナフィラー含有率による摩擦係数を比較するグラフである。
【図１５】高分子エラストマーの摩耗量と引張強度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６５】
１：外層樹脂、１ａ：樹脂母材、１ｂ：不溶固体添加物、２：シーブ、２ａ：シーブ母材、２ｂ：メッキ層、３：樹脂被覆ロープ、４：おもり、５：ロードセル、６：架台、７：樹脂変形部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向に掛かる張力を受け持つ抗張体と、該抗張体を摩耗損傷から保護するための樹脂被覆体とを含み、該樹脂被覆体が、樹脂母材に不溶固体添加物粒子を混合したものであることを特徴とするエレベータ用ロープ。
【請求項２】
前記不溶固体添加物粒子の硬度の値が、前記樹脂被覆体と接するシーブの表面部材の硬度の値よりも大きいことを特徴とする請求項１記載のエレベータ用ロープ。
【請求項３】
前記不溶固体添加物粒子が、アルミナ粒子、水酸化マグネシウム粒子、タルク粒子および炭酸カルシウム粒子から一種または複数種選択した粒子であることを特徴とする請求項１または２に記載のエレベータ用ロープ。
【請求項４】
前記不溶固体添加物粒子が略球状のアルミナ粒子であることを特徴とする請求項１または２に記載のエレベータ用ロープ。
【請求項５】
前記樹脂母材が高分子エラストマーであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のエレベータ用ロープ。
【請求項６】
前記樹脂母材がポリウレタンであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のエレベータ用ロープ。
【請求項７】
前記樹脂被覆体が、前記不溶固体添加物粒子を０．０３〜０．２１ｖｏｌ％含有した被覆体で外層されたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のエレベータ用ロープ。
【請求項８】
前記樹脂母材の引張強度が２５〜４０ＭＰａであることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のエレベータ用ロープ。
【請求項９】
前記樹脂母材の硬度がＪＩＳ‐Ａスケールで９４〜９７であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のエレベータ用ロープ。
【請求項１０】
長手方向に掛かる張力を受け持つ抗張体と、該抗張体を摩耗損傷から保護するための樹脂被覆体とを含み、該樹脂被覆体が、樹脂母材に不溶固体添加物粒子を混合したものであることを特徴とするエレベータ用ベルト。
【請求項１１】
前記不溶固体添加物粒子の硬度の値が、前記樹脂被覆体と接するシーブの表面部材の硬度の値よりも大きいことを特徴とする請求項１０記載のエレベータ用ベルト。
【請求項１２】
前記不溶固体添加物粒子が、アルミナ粒子、水酸化マグネシウム粒子、タルク粒子および炭酸カルシウム粒子から一種または複数種選択した粒子であることを特徴とする請求項１０または１１に記載のエレベータ用ベルト。
【請求項１３】
前記不溶固体添加物粒子が略球状のアルミナ粒子であることを特徴とする請求項１０または１１に記載のエレベータ用ベルト。
【請求項１４】
前記樹脂母材が高分子エラストマーであることを特徴とする請求項１０〜１３のいずれかに記載のエレベータ用ベルト。
【請求項１５】
前記樹脂母材がポリウレタンであることを特徴とする請求項１０〜１３のいずれかに記載のエレベータ用ベルト。
【請求項１６】
前記樹脂被覆体が、前記不溶固体添加物粒子を０．０３〜０．２１ｖｏｌ％含有した被覆体で外層されたことを特徴とする請求項１０〜１５のいずれかに記載のエレベータ用ベルト。
【請求項１７】
前記樹脂母材の引張強度が２５〜４０ＭＰａであることを特徴とする請求項１０〜１６のいずれかに記載のエレベータ用ベルト。
【請求項１８】
前記樹脂母材の硬度がＪＩＳ‐Ａスケールで９４〜９７であることを特徴とする請求項１０〜１７のいずれかに記載のエレベータ用ベルト。
【請求項１】
長手方向に掛かる張力を受け持つ抗張体と、該抗張体を摩耗損傷から保護するための樹脂被覆体とを含み、該樹脂被覆体が、樹脂母材に不溶固体添加物粒子を混合したものであることを特徴とするエレベータ用ロープ。
【請求項２】
前記不溶固体添加物粒子の硬度の値が、前記樹脂被覆体と接するシーブの表面部材の硬度の値よりも大きいことを特徴とする請求項１記載のエレベータ用ロープ。
【請求項３】
前記不溶固体添加物粒子が、アルミナ粒子、水酸化マグネシウム粒子、タルク粒子および炭酸カルシウム粒子から一種または複数種選択した粒子であることを特徴とする請求項１または２に記載のエレベータ用ロープ。
【請求項４】
前記不溶固体添加物粒子が略球状のアルミナ粒子であることを特徴とする請求項１または２に記載のエレベータ用ロープ。
【請求項５】
前記樹脂母材が高分子エラストマーであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のエレベータ用ロープ。
【請求項６】
前記樹脂母材がポリウレタンであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のエレベータ用ロープ。
【請求項７】
前記樹脂被覆体が、前記不溶固体添加物粒子を０．０３〜０．２１ｖｏｌ％含有した被覆体で外層されたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のエレベータ用ロープ。
【請求項８】
前記樹脂母材の引張強度が２５〜４０ＭＰａであることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のエレベータ用ロープ。
【請求項９】
前記樹脂母材の硬度がＪＩＳ‐Ａスケールで９４〜９７であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のエレベータ用ロープ。
【請求項１０】
長手方向に掛かる張力を受け持つ抗張体と、該抗張体を摩耗損傷から保護するための樹脂被覆体とを含み、該樹脂被覆体が、樹脂母材に不溶固体添加物粒子を混合したものであることを特徴とするエレベータ用ベルト。
【請求項１１】
前記不溶固体添加物粒子の硬度の値が、前記樹脂被覆体と接するシーブの表面部材の硬度の値よりも大きいことを特徴とする請求項１０記載のエレベータ用ベルト。
【請求項１２】
前記不溶固体添加物粒子が、アルミナ粒子、水酸化マグネシウム粒子、タルク粒子および炭酸カルシウム粒子から一種または複数種選択した粒子であることを特徴とする請求項１０または１１に記載のエレベータ用ベルト。
【請求項１３】
前記不溶固体添加物粒子が略球状のアルミナ粒子であることを特徴とする請求項１０または１１に記載のエレベータ用ベルト。
【請求項１４】
前記樹脂母材が高分子エラストマーであることを特徴とする請求項１０〜１３のいずれかに記載のエレベータ用ベルト。
【請求項１５】
前記樹脂母材がポリウレタンであることを特徴とする請求項１０〜１３のいずれかに記載のエレベータ用ベルト。
【請求項１６】
前記樹脂被覆体が、前記不溶固体添加物粒子を０．０３〜０．２１ｖｏｌ％含有した被覆体で外層されたことを特徴とする請求項１０〜１５のいずれかに記載のエレベータ用ベルト。
【請求項１７】
前記樹脂母材の引張強度が２５〜４０ＭＰａであることを特徴とする請求項１０〜１６のいずれかに記載のエレベータ用ベルト。
【請求項１８】
前記樹脂母材の硬度がＪＩＳ‐Ａスケールで９４〜９７であることを特徴とする請求項１０〜１７のいずれかに記載のエレベータ用ベルト。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２００９−２３４７９１（Ｐ２００９−２３４７９１Ａ）
【公開日】平成２１年１０月１５日（２００９．１０．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３３１９６４（Ｐ２００８−３３１９６４）
【出願日】平成２０年１２月２６日（２００８．１２．２６）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【出願人】（０００００３５２８）東京製綱株式会社 (139)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月１５日（２００９．１０．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月２６日（２００８．１２．２６）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【出願人】（０００００３５２８）東京製綱株式会社 (139)
【Ｆターム（参考）】
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