JP2017008464A - 操作用ロープ - Google Patents

Abstract

【課題】トルク伝達性に優れた操作用ロープを提供すること。
【解決手段】この操作用ロープ２は、医療用器具の操作用ロープとして好適に用いられるロープ２であり、その最外層である側素線６又は側ストランドの型付け率が、１００％を超え１１０％以下にされている。そして、上記型付けされている側素線又は側ストランドが呈しているスパイラル形状の、長径を短径で除した縦横比である扁平度が、１．０１以上１．１０以下にされるのが好ましい。さらに、このロープの、破断荷重の１．０％の引っ張り荷重が負荷されたときの伸び率が、０．０４％以上０．１０％以下であるのが、好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば医療用器具にも用いられうる操作用ロープに関する。

操作用ロープを装備した医療用器具として、例えば、特開平８−１２６６４８号公報に開示された内視鏡用処置具が知られている。この内視鏡用処置具では、その手元の操作部と先端の処置部とが、トルク伝達性を有する操作用ワイヤロープによって接続されている。操作者が、上記処置部を患者の体腔内に挿入し、上記操作部を操作することにより、操作用ワイヤロープがその操作力を処置部に伝達する。この操作用ワイヤロープは、操作部からの押し力、引き力、回転力（トルク）を、処置部に伝達しうる。伝達された力により、体内の治療対象部位に対し、医療措置が施されうる。

操作用ワイヤロープには、その目的に応じ、押し引き力の伝達性はもちろんのこと、優れたトルク伝達性（回転追随性）が求められる。操作用ワイヤロープのトルク伝達性等が不十分であると、操作部の操作が処置部において再現されない。さらに、特に医療機器の分野では、医療機器の細径化に伴い、操作用ワイヤロープのしなやかさが求められている。

特開２００５−１３２９６号公報には、医療用処置具に用いられる操作用ワイヤロープが開示されている。このワイヤロープは、上層及び下層の素線を平行撚りにする等して、隣接する素線同士がロープの長手方向に沿って極力接触する構成を採用している。この目的は、操作部から処置部に至る操作力、操作量の減殺量の低減を図ることである。

実用新案登録第３１０１２０７号公報には、種々の分野において用いられうる操作用ワイヤロープが開示されている。この操作用ワイヤロープでは、型付け率が、９０％以上９５％以下にされている。これは、ロープの素線に対する摩擦のダメージを抑制し、屈曲疲労耐久性を向上することを目的としたものである。

また、特開平５−２３０７８３号公報には、自動車用ウィンドレギュレータのほか、種々の分野に広範囲に用いられる操作用ワイヤロープが開示されている。この操作用ワイヤロープでは、型付け率が、６５％以上９０％以下にされている。これは、ロープの屈曲疲労耐久性を低下させることなく、型崩れを防止し、素線の二次曲げを抑制することを目的としたものである。なお、この特開平５−２３０７８３号公報及び上記実用新案登録第３１０１２０７号公報には、トルク伝達性等の向上策に関する記載は無い。

特開平８−１２６６４８号公報 特開２００５−１３２９６号公報 実用新案登録第３１０１２０７号公報 特開平５−２３０７８３号公報

本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであり、トルク伝達性に優れた操作用ロープを提供することを目的としている。

本発明に係る操作用ロープでは、最外層である側素線又は側ストランドの型付け率が、１００％を超え１１０％以下にされている。

好ましくは、上記型付けされている側素線又は側ストランドが呈しているスパイラル形状の、長径を短径で除した縦横比である扁平度が、１．０１以上１．１０以下である。

好ましくは、上記ロープの、破断荷重の１．０％の引っ張り荷重が負荷されたときの伸び率が、０．０４％以上０．１０％以下である。

好ましくは、上記型付け率が、１０１％以上１０５％以下である。

好ましくは、上記扁平度が、１．０１以上１．０５以下である。

好ましくは、上記型付けされている側素線又は側ストランドの撚り角が、１５°以上である。

本発明に係る操作用ロープは、トルク伝達性に優れている。

図１は、本発明に係る操作用ロープの一実施形態を示す横断面図である。 図２は、本発明に係る操作用ロープの他の実施形態を示す横断面図である。 図３は、本発明に係る操作用ロープのさらに他の実施形態を示す横断面図である。 図４は、操作用ロープのトルク伝達性評価試験方法の概略を説明する斜視図である。 図５は、操作用ロープの基端側の回転角と、同時点の先端側の回転角とを対応付けたグラフである。

以下、適宜図面が参照されつつ、好ましい実施形態に基づいて本発明が詳細に説明される。

図１から図３には、本発明に係る操作用ワイヤロープ（以下、単にロープとも言う）の複数の実施例が例示されている。いずれのロープ２、８、１４も、複数本の素線を撚り合わせたストランドから構成されている。本発明は、図１から図３に示された実施形態に係る構成には限定されない。

図１に示されたロープ２は、１本のコア素線（芯線）４と、最外層の６本の素線（側素線ともいう）６とから構成された１＋６の層撚りによって構成されている。図２に示されたロープ８は、３本の素線１０からなるコアストランド１２と、９本の側素線１４とからなる３＋９の層撚りによって構成されている。図３に示されたロープ１６は、１＋６の層撚りの下層であるコアストランド１８と、１２本の側素線２０とからなる１＋６＋１２の層撚りによって構成されている。このロープ１６では、その横断面形状を円形に近づけるため、互いに径の異なる側素線２０が用いられている。しかし、かかる構成には限定されず、全側素線２０が同一径であってもよい。これらのロープ２、８、１４は、医療用器具に用いる操作用ロープの撚り構成として相応しいものであるが、これらに限定されるものではない。

これら実施形態のロープ２、８、１４は、医療用器具に用いられうる。医療用器具に操作用として装着されたロープは、例えば、その基端部が医療用器具の手元操作部に連結され、その先端部が処置部に連結される。基端部に加えられたトルク及び押し引き力が、先端部に伝わり、処置部が処置動作を起こす。

本実施形態では、ロープ２、８、１４の素線が、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６等のオーステナイト系ステンレス鋼、ニッケル−チタン合金等から形成される。もちろん、これらの材料には限定されない。これら素線の材質の引っ張り強度は、２０００ＭＰａ以上であるのが好ましく、２５００ＭＰａ以上であるのがさらに好ましく、２８００ＭＰａ以上であるのが特に好ましい。

ロープ２、８、１６の最外層である側素線６、１４、２０又は側ストランドの型付け率は、１００％を超え１１０％以下とされている。この型付け率とは、ロープをばらした（ほぐした）ときの側素線又は側ストランドのスパイラル形状の直径（うねり径）を、当該ロープの実測外径で除して得た値を百分率で示したものである。型付け率を上記範囲とすることにより、ロープがしなやかになり且つ曲げ易くなる。しかも、側素線同士の間又は側ストランド同士の間で生じる摩擦力が大きくなり、且つ、側素線又は側ストランドと、芯線又は芯ストランドとの間の摩擦力が低減するため、ロープの回転を伝達する際のエネルギーロスが低減する。この作用により、基端から先端への回転力が伝わり易くなり、トルク伝達性が向上することが判明した。一方、型付け率が１００％以下であると、側素線又は側ストランドと、芯線又は芯ストランドとの間の摩擦力が大きくなるため、ロープの回転を伝達する際のエネルギーロスが増大するおそれがある。また、型付け率が１１０％を超えると、素線間に空隙が生じるいわゆるオープン構造となる可能性があり、所望のロープ径が得られなくなるおそれがある。かかる観点からして、型付け率は、１０１％以上１０５％以下であるのが好ましい。

上記側素線又は側ストランドのスパイラルが真円ではなく、楕円形又は長円形を呈していることがある。スパイラルが、いわば扁平になっている場合である。この場合は、上記型付け率を決定するうねり径として、長径及び短径のうちの長径を用いる。ロープ２、８、１６は、うねり径として長径を用いた場合であっても、型付け率が１１０％以下となるように形成される。また、仮に、うねり径として短径を用いた場合であっても、ロープ２、８、１６は、型付け率が１００％を超えるように形成される。

ロープ２、８、１６の最外層である側素線６、１４、２０又は側ストランドは、その扁平度（扁平率ともいう）が、１．０１以上１．１０以下とされるのが好ましい。扁平度とは、ほぐされた側素線又は側ストランドの上記した扁平なスパイラルの、長径を短径で除した縦横比をいう。スパイラルの径の測定方法の一例を、以下に説明する。投影機上において、ほぐされた側素線又は側ストランドをその中心軸回りに回転させる。その過程で、任意の複数の角度位置（例えば５箇所）におけるスパイラル径を測定する。この複数の角度位置は、等角度間隔であるのが好ましい。この複数の測定値のうち、最大値を長径と決定する。この長径の測定方向から、側素線又は側ストランドの中心軸回りに位相９０°回転させた方向に測定したスパイラル径を短径と決定する。ほぐされた側素線又は側ストランドには、その軸方向に沿って複数個のスパイラルが連続して形成されている。従って、９０°交差した方向の各径としては、いずれも複数個（例えば任意の１０箇所）の測定値の平均値が採用される。

扁平度が１．０１未満であると、側素線又は側ストランドと、芯線又は芯ストランドとの間の摩擦力が大きくなるため、ロープの回転を伝達する際のエネルギーロスが増大するおそれがある。一方、扁平度が１．１０を超えると、いわゆるオープン構造となり、ロープを安定して製造することが困難となるおそれがある。かかる観点からして、扁平度は、１．０１以上１．０５以下であるのが好ましい。

側素線又は側ストランドの型付け率を上記範囲とすることにより、ロープのしなやかさ、曲げ易すさ、回転力の伝わり易さが向上することは述べたが、これに加えて、扁平度を上記範囲とすることにより、ロープのしなやかさ、曲げ易すさ、回転力の伝わり易さは、さらに向上することが判明した。

ロープ２、８、１６は、その初期伸び率が、０．０４％以上０．１０％以下であるのが好ましい。ここで、ロープの初期伸び率とは、当該ロープの破断荷重の１．０％の引っ張り荷重が負荷されたときの、当該ロープの伸び率（長さの増加率）を百分率で表したものである。

初期伸び率の大きいロープはしなやかで曲げ易い。すなわち、初期伸び率の大きいロープは、縦弾性係数（ヤング率）が小さい。初期伸び率が０．０４％未満であると、側素線又は側ストランドと、芯線又は芯ストランドとの間の摩擦力が大きくなるため、ロープの回転を伝達する際のエネルギーロスが増大するおそれがある。一方、初期伸び率が０．１０％を超えると、ロープがいわゆるオープン構造となりやすく、ロープを安定して製造することが難しくなるおそれがある。

初期伸び率は、対象のロープの引っ張り試験によって確認される。この引っ張り試験は、ＪＩＳＺ２２４１（２０１１）の規定に従って実施されうる。まず、当該被検ロープの破断荷重が測定される。ついで、被検ロープを試験機に取り付け、引っ張り荷重を負荷する。この引っ張り荷重が破断荷重の１．０％になった時点での、被検ロープの軸方向に設定された標点距離の増分を測定する。この増分を原標点距離に対する百分率で表したものが上記初期伸びとされる。

上記ロープ２、８、１６の側素線６、１４、２０又は側ストランドの撚り角は、１５°以上とされるのが好ましい。この撚り角が１５°以上とされたロープは、０．０４％以上の初期伸び率を達成することが容易となる。撚り角とは、素線又はストランドが、ロープ又はストランドの中心軸となす角度をいう。ここでは、側素線又は側ストランドが、ロープの中心軸となす角度をいう。

以下に、上記ロープの製造工程が簡単に説明される。まず、ロープを構成する各素線は、伸線加工工程において、必要とする引っ張り強度が得られるように調整される。ついで、撚り線加工工程において、側素線又は側ストランドに対しては、プレフォーマーにより、必要とする型付け率及び扁平度が得られるように、プレフォームが行われる。特に、側素線又は側ストランドのスパイラルの横断面が扁平状となるようにプレフォームされる。そして、ロープの熱処理工程では、バッチ処理ではなく、連続処理が行われる。具体的には、熱処理炉を通過していく被処理ロープに対し、熱処理炉の出入口それぞれにおいて、テンションが加えられる。こうすることにより、ロープの真直性が向上する。また、側素線又は側ストランドの型付け率及び扁平度が確定される。

以下、実施例によって本発明の効果が明らかにされるが、この実施例の記載に基づいて本発明が限定的に解釈されるべきではない。

［実施例１−１２］
図１に示された構成を備えた実施例１−１２の各操作用ワイヤロープを得た。これらのロープは、医療機器用のワイヤロープである。全ての素線の材質が、ＳＵＳ３０４オーステナイト系ステンレス鋼である。ロープの外径（コード径）は０．７ｍｍ、芯線の外径は０．２５ｍｍ、及び、側素線の外径は０．２３ｍｍである。いずれの素線も、その引っ張り強度は２８５０ＭＰａである。これらのロープの撚り構成はいずれも１＋６であり、撚りピッチはいずれも５．５ｍｍである。実施例１−１２のロープの熱処理温度は、いずれも５００°Ｃである。実施例１−１２のロープの側素線の型付け率、扁平度及び初期伸びは、表１及び表２に示されるとおりである。

［比較例１］
型付け率、扁平度及び初期伸びが表２に示されるとおりであり、コード径が０．７ｍｍを大幅に超えている他は実施例１と同様にして、比較例１の操作用ワイヤロープを得た。表２に示されるとおり、比較例１のロープの型付け率を１１５％としたため、素線間に多くの空隙が生じる、いわゆるオープン構造となった。このため、コード径が０．７ｍｍを大幅に超えた。かかる比較例１のロープは、医療機器用の操作用ワイヤロープとしての呈を成しておらず、医療機器用の操作用ワイヤロープとしての使用は不可能であると判断された。

［比較例２］
比較例２は、従来技術に係る操作用ワイヤロープである。この比較例２の操作用ワイヤロープは、型付け率、扁平度及び初期伸びが表２に示されるとおりである他は、実施例１と同等である。この比較例２のロープの側素線については、扁平形状にはされていない。

［トルク伝達性の評価］
トルク伝達性は、各ロープの基端側（操作部に相当）を回転させたときの、基端側の回転角と先端側（処置部に相当）の回転角との差によって評価される。実施例及び比較例の各ロープに対し、以下のごとくトルク伝達性の評価試験が実施された。

図４に示されるように、実施例１−１２及び比較例１、２の各ロープに対し、直径が２００ｍｍの２重スパイラルを形成する。この２重スパイラルの形成は、直径が２００ｍｍの２重スパイラル状で、且つ、両端側が共に直線状となるように形成された細径パイプ２２の内部に、例えば被検ロープ２を挿入することにより行われる。細径パイプ２２に挿入した状態で、この被検ロープ２の基端側に中心軸回りの回転力を負荷する。回転力が負荷されている間、ロープ２の基端側２Ａの回転角と先端側２Ｂの回転角とが同時に測定される。

図５は、ロープの基端側の回転角と、同時点の先端側の回転角とが、対応付けて表されたグラフである。換言すれば、図５は、操作用ロープに対する入力回転角と出力回転角との関係を示すグラフである。角度の単位は度（°）である。グラフの中の、０°を起点に横軸及び縦軸に対し４５°傾斜して延びる破線は、全測定角度範囲（入力回転角が０°から約７２０°までの範囲）において基端側の回転角と先端側の回転角との差がゼロであることを示す直線である。被検ロープの評価対象である、基端側の回転角と先端側の回転角との差は、図中の４５°傾斜直線と測定値曲線との縦軸方向の差として表される。この回転角の差は、基端側回転角に対応している。本図では、理解容易のために、回転角の差を実際より大きく表している。入力回転角の０°から７２０°の範囲において、測定された回転角度差のうちの最大角度差が評価対象とされる。

実施例１−１２及び比較例１、２の各ロープの最大角度差が、比較例２の最大角度差を１００とした場合の指数によって表１及び表２に示される。最大角度差が小さいほど指数値が小さく、トルク伝達性に優れている。

表１及び表２に示されるように、この評価結果から、本発明の優位性は明らかである。

本発明に係る操作用ロープは、医療用器具の操作用ロープとして好適である。

２、８、１６・・・操作用ワイヤロープ
４・・・芯線
６、１４、２０・・・側素線
１０・・・素線
１２、１８・・・コアストランド

図１から図３には、本発明に係る操作用ワイヤロープ（以下、単にロープとも言う）の複数の実施例が例示されている。いずれのロープ２、８、１６も、複数本の素線を撚り合わせたストランドから構成されている。本発明は、図１から図３に示された実施形態に係る構成には限定されない。

図１に示されたロープ２は、１本のコア素線（芯線）４と、最外層の６本の素線（側素線ともいう）６とから構成された１＋６の層撚りによって構成されている。図２に示されたロープ８は、３本の素線１０からなるコアストランド１２と、９本の側素線１４とからなる３＋９の層撚りによって構成されている。図３に示されたロープ１６は、１＋６の層撚りの下層であるコアストランド１８と、１２本の側素線２０とからなる１＋６＋１２の層撚りによって構成されている。このロープ１６では、その横断面形状を円形に近づけるため、互いに径の異なる側素線２０が用いられている。しかし、かかる構成には限定されず、全側素線２０が同一径であってもよい。これらのロープ２、８、１６は、医療用器具に用いる操作用ロープの撚り構成として相応しいものであるが、これらに限定されるものではない。

これら実施形態のロープ２、８、１６は、医療用器具に用いられうる。医療用器具に操作用として装着されたロープは、例えば、その基端部が医療用器具の手元操作部に連結され、その先端部が処置部に連結される。基端部に加えられたトルク及び押し引き力が、先端部に伝わり、処置部が処置動作を起こす。

本実施形態では、ロープ２、８、１６の素線が、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６等のオーステナイト系ステンレス鋼、ニッケル−チタン合金等から形成される。もちろん、これらの材料には限定されない。これら素線の材質の引っ張り強度は、２０００ＭＰａ以上であるのが好ましく、２５００ＭＰａ以上であるのがさらに好ましく、２８００ＭＰａ以上であるのが特に好ましい。

Claims (6)

1. 最外層である側素線又は側ストランドの型付け率が、１００％を超え１１０％以下である操作用ロープ。
2. 上記型付けされている側素線又は側ストランドが呈しているスパイラル形状の、長径を短径で除した縦横比である扁平度が、１．０１以上１．１０以下である請求項１に記載の操作用ロープ。
3. 破断荷重の１．０％の引っ張り荷重が負荷されたときの伸び率が、０．０４％以上０．１０％以下である請求項１又は２に記載の操作用ロープ。
4. 上記型付け率が、１０１％以上１０５％以下である請求項１から３のいずれかに記載の操作用ロープ。
5. 上記扁平度が、１．０１以上１．０５以下である請求項２に記載の操作用ロープ。
6. 上記型付けされている側素線又は側ストランドの撚り角が、１５°以上である請求項１から５のいずれかに記載の操作用ロープ。

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