(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％でＣ：０．０５％，Ｓｉ：０.３５％，Ｍｎ:１．５％、Ｐ：０．０１％、Ｓ：０．０１％、Ni:９．６％、Ｃｒ：１８．６％残りが実質上Ｆｅからなるオーステナイト系ステンレス鋼ロープであって、前記化学的成分組成の線を伸線した後、ロープに撚り加工した後に、１１００℃で加熱しその後急冷する固溶化熱処理を施してなり、２０％以上の伸びを有し、１ｍあたりのロープの衝撃エネルギー吸収量（Ｅｆ）＝吸収係数（Ｋ）・引張り破断荷重（Ｐｓ）（ｋＮ・ｍ）において、０．２５≦Ｋ＜１．００であることを特徴とするエネルギー吸収ロープ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はたとえば落下防止設備や落石防止設備などに好適なエネルギー吸収ロープに関する。
【背景技術】
【０００２】
落下防止設備や落石防止設備に用いられるワイヤロープは、長手方向と直角方向からの切断作用に対する強度、引張り強度およびエネルギー吸収性能が要求される。かかる用途のワイヤロープとしては、従来、亜鉛メッキやアルミ亜鉛メッキを施したいわゆるＧＣロープ（３×７構造）が使用され、その弾性伸びによって落下物のエネルギーの吸収を期待して設置されている。
しかし、このようにロープ弾性域内でエネルギーを吸収する方式では、エネルギー吸収効率の面から、落下物のエネルギーが大きいときは、非常に太いロープか、多数のロープを使用することになり、定着部としてのアンカーなど付帯設備も大型なものとならざるを得なかった。
【０００３】
かかる対策として、本出願人は先行文献1を提案した。この先行文献においては、相対的に長さの異なる複数本のワイヤロープを対象物に取り付け、長さの短いロープから順次破断させることにより、長さの短いロープの破断でエネルギーを吸収させ、その後長いロープで短いロープが吸収した残りのエネルギーの吸収を受け持たせるようにしている。
しかし、この先行技術ではロープ素線それぞれにはかなり大きな不均一力がかかり、荷重負担の大きな線材から破断に至るため、実際上、十分なエネルギー吸収を行いがたい懸念があった。
なお、エネルギー吸収能の高いロープとしては、ある種の繊維ロープやゴム系のロープがあるが、これらは表面に尖った物が作用すると容易にロープ構成部分が損傷したり切断されたりするので、落下防止設備や落石防止設備には使用不可能である。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２７８２５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は前記のような問題点を解消するためになされたもので、その目的とするところは、防食性と良好な強度特性を有するうえに非常に大きなエネルギー吸収能を備え、たとえば、落下防止設備や落石防止設備などにおける設備構成物の落下や転倒を防止したり、構造物が崩壊するのを防いだりする手段などとしてきわめて有効なエネルギー吸収ロープを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため本発明は、質量％でＣ：０．０５％，Ｓｉ：０.３５％，Ｍｎ:１．５％、Ｐ：０．０１％、Ｓ：０．０１％、Ni:９．６％、Ｃｒ：１８．６％残りが実質上Ｆｅからなるオーステナイト系ステンレス鋼ロープであって、前記化学的成分組成の線を伸線した後、ロープに撚り加工した後に、１１００℃で加熱しその後急冷する固溶化熱処理を施してなり、２０％以上の伸びを有し、１ｍあたりのロープの衝撃エネルギー吸収量（Ｅｆ）＝吸収係数（Ｋ）・引張り破断荷重（Ｐｓ）（ｋＮ・ｍ）において、０．２５≦Ｋ＜１．００であることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
ロープの素線をオーステナイト系ステンレス線材で構成し、ロープとしての使用時において２０％以上の伸びを有しているので、ロープ使用中、特定のロープの一部に他より高い負荷がかかった時に、その部位が加工誘起マルテンサイトの生成によって強化され、他の部分に変形を分散させてロープ全体を均一に変形させることになるので、ロープ破断までの吸収エネルギーを、従来の弾性域吸収ロープの１０倍以上、塑性域吸収ロープの３倍以上に著しく高めることができ、これによりロープの小型化が可能となり、また、適用した設備の発生張力が低くなるので、設備構成物たとえば端末構造、中間支柱構造などを簡易化でき、経済的である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
好適には、１ｍあたりのロープの衝撃エネルギー吸収量（Ｅｆ）＝吸収係数（Ｋ）・引張り破断荷重（Ｐｓ）（ｋＮ・ｍ）において、０．２５≦Ｋ＜１．００である。
【０００９】
前記ロープは、前記化学的成分組成の線を伸線した後、ロープに撚り加工した後に固溶化熱処理されてなるものである。
これによれば、伸びを著しく大きなものにすることができる。
【実施例１】
【００１０】
以下添付図面を参照して本発明の実施例を説明する。
図１は、本発明にかかるエネルギー吸収ロープを高速道路、高速鉄道、橋梁などにおける標識柱のごとき付帯設備の落下防止手段に適用した例を示しており、１００は道路、１０１は対象設備で、支柱１０２の上部に標識本体１０３を固定している。前記支柱１０２は下端部が道路の側面から立ち上がる側壁（高欄）１０４に固定金具１０５により固定されている。
【００１１】
１は前記側壁からの落下を防止するエネルギー吸収ロープであり、それぞれの端が支柱１０２の中間部に取り付けた支持金具１０６に連結され、他端が側壁に固定した左右の固定金具１０７，１０７に連結され、道路を走行中の車両が支柱に激突したり、地震が発生したりして支柱が固定金具１０５ごとあるいは固定金具１０５から離脱して店頭・落下しようとした場合に、エネルギー吸収ロープ１に張力を発生させ、落下・転倒エネルギーを吸収するものである。
【００１２】
前記ロープ１の構造に限定はないが、通常、複数本の素線を撚り合せたストランドを複数本撚り合せて構成されている。図２と図３(ａ)はそうしたロープの例を示しており、２はストランド、３は素線である。この例では、１９本の素線３を撚り合せたストランド２を７本撚り合せた７×１９構造となっている。しかし、本発明はこれに限定されるものでないことはいうまでもなく、図３(ｂ)のように、７本の素線３を撚り合せたストランド２を３本撚り合せた３×７構造なども含まれる。
【００１３】
本発明は前記ロープ１の素線３として下記の化学的成分組成のオーステナイト系ステンレス鋼を使用する。
質量％でＣ：０．００１〜０．１５％、Ｓｉ：０．０１〜１．５％、Ｍｎ：０．３〜３．０％、Ｐ：０．０５％以下、Ｓ：０．０２％以下、Ｃｒ：１４．０〜２６．０％、Ｎｉ：６．０〜２２．０％を含有し、Ｎ：０．０２％以下で残りが実質上Ｆｅからなる。
限定理由を説明すると、Ｃは固溶強化元素として調整添加するが、延性を確保するため上限は０．１５％とし、下限は精錬コスト上０．００１％とする。
Ｓｉも強化に有効であるが、過剰になると延性が低下するので、上限は１．５％とし、下限は脱酸に必要な０．０１％とする。
Ｍｎはオーステナイトを安定化させるために０．３％以上含み、一方で耐食性を損じないことを意図して上限を３％とする。
Ｐを含むと特性上有利なことはほとんどないため少ないにこしたことはないが精錬コスト上、０．０５％以下とする。
Ｓも不要な元素であるが、やはり精錬のコストを考慮して上限を０．０２％とする。
Ｃｒはステンレスとしての耐食性を得るために、１４％以上とし、コスト的に上限を２６％とする。
Ｎｉは組織をオーステナイト化させ、耐食性、コストの両方の観点から下限６％、上限２２％とする。
Ｎは延性を下げる方向にあるので低いことが望ましく、０．０２％以下とする。
特に好適には質量％でＣ：０．０５％，Ｓｉ：０.３５％，Ｍｎ:１．５％、Ｐ：０．０１％、Ｓ：０．０１％、Ni:９．６％、Ｃｒ：１８．６％残りが実質上Ｆｅからなるものを使用する。
【００１４】
かかるオーステナイト系ステンレスの線それ自体は公知であり、かかる線を撚合したロープも従来公知であったが、従来のステンレスロープは、実用新案登録第２５９２４０９号のように、もっぱら耐食性能を向上させることを目的としていた。それは、ステンレス線は本来的には高炭素鋼よりも伸びが大きい特性を有しているものの、一般に高炭素鋼のロープに比べて強度が低く、加工硬化によってそれを補うことが必要であるとの思想が底流にあり、このため、伸び特性が抑制される結果となり、ステンレスロープの伸び特性を積極的に利用したロープが見られなかったのである。
【００１５】
すなわち、高炭素鋼材質のロープの製造に際しては、原料線材にパテンティングと称する熱処理を施し、その後伸線加工を行って素線とし、そうした素線を撚合してストランドを作り、それを複数本撚合して目的ロープを得るのが通例である。
【００１６】
ステンレスロープの製造においては、ステンレス素線の状態では伸びがかなり大きいものの、ロープにするためには、製造工程上、素線を冷間伸線により所定の径に加工し、そうした素線をストランドへの撚合およびストランドを撚り合せてロープにするので、こうした加工によって加工硬化を起こすため、ロープになったときの伸びは著しく低減する。このため、従来では、ステンレスロ−プは、エネルギー吸収を目的とした用途には不向き、あるいは使用しても効果が乏しいとされていたのである。
【００１７】
本発明者はかかる問題を打破すべく、試みに、前記化学的成分組成からなるオーステナイトを含有したステンレス線を伸線して素線とし、さらにそれを撚り合せてストランドを作り、そのストランドの複数本を撚合して目的のステンレスロープとした後に、固溶化熱処理してみた (第１態様)。
その結果、驚くべきことに２０％以上という大きな伸びがしかも均一に得られ、引張り破断荷重をＰｓ（ｋＮ）、吸収係数Ｋ、１ｍあたりのロープの衝撃エネルギー吸収量Ｅｆ＝Ｋ・Ｐｓ（ｋＮ・ｍ）において、吸収係数Ｋが０．２５以上で、しかも、素線は、平均強度４００〜９００ＭＰａの強度が得られることを知見した。
【００１８】
前記本発明の第１態様のロープを得る方法を説明すると、図４のような工程で作られる。すなわち、原料ステンレス線材を常法に従って目的線径まで伸線加工し、伸線されたステンレス線を撚線機でストランドに撚合する。このときの撚りピッチはストランド直径の９〜１１倍程度とすることが好ましい。そして、得られたストランドの複数本を撚線機に配して撚合し、目的径の素ステンレスロープを得る。このときの撚りピッチはロープ直径の６．０〜７.５倍程度とすることが好ましい。
これらは、撚り減り率を１０％未満にし、強度を向上させるために必要である。なお、「撚り減り率」とは、ロープをほぐして素線ごとの強度を求め、それらの総和に対する撚り加工したロープそのままの引張破断荷重の低下率を意味する。
【００１９】
ついで、この素ステンレスロープを、そのままインラインであるいは所要長さコイルに巻き、固溶化熱処理装置に装入し、固溶化熱処理を行う。この固溶化熱処理の条件は、９８０〜１１５０℃、２〜１０分とし、その後、水冷などにて急冷する。
かかる条件としたのは、組織を十分に固溶体化するためであり、こうした条件により、伸びが２０％以上、好適には３５〜６０％という特性が得られ、ロープの降伏比が０．７以下、ロープをほぐした素線の引張降伏比が０．３〜０．７のものとなる。なお、降伏比＝降伏点/引張り破断荷重であるが、ロープの降伏比とは、ロープ構造伸びを除いた０．２％永久伸び荷重を意味する。
【００２０】
他の方法としては、原料ステンレス線を所定の目的線径まで伸線加工し、伸線した素線をストランドに撚り合せる以前に、固溶化熱処理を行い、次に、固溶化熱処理したステンレス素線を撚合してストランドとし、それを撚合して目的ロープを得る態様が挙げられる。固溶化熱処理の条件は９８０〜１１５０℃、２〜１０分とし、冷却方法は水冷などで行えばよい。
しかし、固溶化熱処理したステンレス素線は軟らかく、ストランドやロープへの撚合工程の際に表面にキズが付きやすく、このキズを放置するとこのキズがロープ破断の基点となり、得られたロープは十分にエネルギー吸収することなく破断にいたる危険性が高くなる。
このため、ガイドロール、ボイスなど、素線の接する製造設備の部材として、硬質材でなく合成樹脂等の軟質材で構成したものを用いる。また、撚合するときの素線のバックテンションにも配慮するとともに、撚合するときの加工硬化を防ぐべく撚りピッチをストランド直径の約１０〜１５倍にとり、そして、得られたストランドの複数本を撚線機に配して撚合し、目的径の素ステンレスロープを得る。このときの撚りピッチはロープ直径の７.０〜１３倍程度が望ましい。
【００２１】
本発明のロープは前記のような工程を経て製品とされ、図１などのように使用される。
図１と図２においてロープは多数の素線が撚り合わさっているので、これに外力がかかったとき、それら素線に加わる応力は均等ではない。最も高い応力の素線が塑性変形し、塑性伸びを生じるが、通常のスチールロープでは鋼線は加工硬化が大きくないので、他の素線に変形がほとんど分担されないまま、この線が破断に至り、他の線も次々に破断して、エネルギー吸収は小さなものとなる。
【００２２】
これを防ぐには最初に塑性変形する素線が大きく加工硬化して強化されることが必要である。本発明では前記のように素線としてオーステナイトを含有したステンレス線を用い、かつ固溶化熱処理を施すので、全体の伸びが非常に大きくなるのである。
そして、前記した使用状態でロープに引張り荷重が付加されると、素線は塑性変形を起こし、それによって加工誘起マルテンサイトを発生させることにより大きな加工硬化が得られる。そうすれば、或る線のみに変形を集中させず、他の線に分散させることが可能となる。これによってロープ素線全体が均一な力を負担することになり、局所的な破断が起こらないから、全体が非常に大きな変形を受けることが可能となるのである。
【００２３】
図５はロープに引張荷重をかけたときの荷重−伸びの関係を示している。
図中、線Ａは弾性域でエネルギー吸収させるタイプのロープ（硬鋼線タイプ）であり、線Ａの下の荷重−変位を積分した面積ＳＡがエネルギーである。
線Ｂは塑性域でエネルギー吸収させるタイプのロープ（通常のステンレス線ロープ）であり、線Ｂの下の荷重−変位を積分した面積ＳＢがエネルギーである。
線Ｃは本発明の塑性域でエネルギー吸収させるタイプのロープであり、線Ｃの下の荷重−変位を積分した面積ＳＣがエネルギーとなる。弾性に比べて塑性はエネルギー吸収は大きいが、伸びはほとんど大きくないためそれほど効果は少ないのに対し、本発明では引張変形時のマルテンサイト変態がロープ各部において線径が細くなっていく部分を強化する作用が顕著であるため、破断が抑制されて著しい変形能を示すのである。
素材がオーステナイト系ステンレス鋼である場合、多数の素線が撚り込まれているために大幅な延性低下が不可避となるが、本発明は、こうした大幅な延性低下を、固溶化熱処理を施すことによってほとんど完全に防ぐことができるのである。
【００２４】
〔具体例〕
次に具体例を示すと、表１は、本発明ロープと、通常のステンレスロープと、硬鋼線ロープを試作して、破断強度、伸び、1ｍ当たりの吸収エネルギーおよびエネルギー吸収係数を求めた結果を示している。
本発明ロープの製造条件は下記のとおりである。また、従来ロープの製造条件は下記のとおりである。
【００２５】
＊本発明ロープ１：
構造：７×１９、Ｚ撚り、径１８．０ｍｍ．
化学的成分組成：オーステナイト系ステンレス鋼
Ｃ：０．０５％，Ｓｉ：０.３５％，Ｍｎ:１．５％、Ｐ：０．０１％、Ｓ：０．０１％、Ni:９．６％、Ｃｒ：１８．６％
工程:
（１）直径５.５ｍｍの原料線を３．５ｍｍまで冷間にて４回抽し、１１００℃×５分後水冷の条件で熱処理し、次いで、線径１．１９ｍｍになるまで９回抽して素線を得た。
（２）前記工程で得られた１９本の素線をＺ方向に撚り合わせ、心ストランドを製作し、１９本の素線をＳ方向に撚りあわせ、側ストランドを製作した。
（３） 心ストランドに６本の側ストランドをＺ方向に撚り合わせロープを製作した。
（４）巻き取ったロープを焼鈍炉に入れ、１１００度で５分間加熱し、水冷する固溶化熱処理を行った。
あわせて、ロープ径６．３ｍｍ（本発明ロープ２）、２８．０ｍｍ（本発明ロープ３）のものも前記本発明ロープ１と同じ工程で作成した。
【００２６】
＊従来ロープ１： 
:構造７ｘ１９、Ｚ撚り、径１８．０ｍｍ。
化学的成分組成：オーステナイト系ステンレス鋼
本発明ロープと同じ
工程：
本発明ロープ１と（１）〜（３）までは同じ。（４）が無い。
【００２７】
＊従来ロープ２：
:構造７ｘ１９、Ｚ撚り、径１８．０ｍｍ。
高炭素鋼ロープ：構造７ｘ１９、Ｚ撚り、径１８．０ｍｍ。
化学的成分組成：硬鋼
Ｃ：０．６２％，Ｓｉ：０.２０％，Ｍｎ:０．４８％、Ｐ：０．０１６％、Ｓ：０．０１４％
工程：
（１）直径５.５ｍｍの原料線を３．５ｍｍまで冷間にて４回抽し、９８０℃×１．５分後鉛浴で冷却の条件で熱処理し、次いで、線径１．１９ｍｍになるまで９回抽して素線を得た。
（２）前記工程で得られた１９本の素線をＺ方向に撚り合わせ、心ストランドを製作し、１９本の素線をＳ方向に撚りあわせ、側ストランドを製作した。
（３）心ストランドに６本の側ストランドをＺ方向に撚り合わせロープを製作した。
【００２８】
【表１】
0004630848.tif 000002
【００２９】
図６は本発明ロープ１〜３と従来ロープ１，２の、1ｍ当たりの吸収エネルギーとロープ破断荷重の関係を示している。
これら表１と図６から明らかなように、従来品２のロープは、エネルギー吸収性能が著しく劣り、従来品１のロープは、従来品２よりも幾分エネルギー吸収性能が高いが、それでもかなり低い。これに対して、本発明ロープはエネルギー吸収性能が著しく高いことがわかる。これは、ロープの状態または素線の状態で固溶化熱処理して延性を高め、使用時に素線に含まれるオーステナイトが塑性変形によってマルテンサイトに変態して強化されることを利用して、不均一にかかる力を分散させ、破断を抑制してエネルギー吸収能を著しく高めたからである。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明ロープは、落下防止設備や落石防止設備(たとえば落石防止柵，落石防止網)などにおける設備構成物の落下や転倒を防止したり、構造物が崩壊するのを防いだりする犠牲手段、あるいは衝突時の衝撃緩和手段などエネルギー吸収性能が求められる分野の金属ロープなどに利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】（ａ）は本発明にかかるエネルギー吸収ロープの使用例を示す側面図、（ｂ）は同じく正面図 である。
【図２】本発明ロープの一例を示す部分的斜視図である。
【図３】（ａ）は本発明ロープの一例を示す断面図、（ｂ）は同じく他の例を示す断面図である。
【図４】本発明の第１態様の製造工程図である。
【図５】本発明ロープと従来ロープの荷重−伸び線図である。
【図６】本発明ロープと従来ロープの1ｍ当たりの吸収エネルギーとロープ破断荷重の関係を示す線図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  本発明ロープ
２  ストランド
３  素線
【図１】
0004630848.tif 000003
【図２】
0004630848.tif 000004
【図３】
0004630848.tif 000005
【図４】
0004630848.tif 000006
【図５】
0004630848.tif 000007
【図６】
0004630848.tif 000008