JPH0253983A - 複合撚合型抗張力体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は非自転性の複合撚合型抗張力体に関し、詳しく
は、通信用光フアイバケーブルの抗張力体、あるいは海
洋関連機器、地下探索機器の吊り索等に使用する複合撚
合型抗張力体に関する。

（従来の技術） 炭素繊維、アラミド繊維、ポリエチレン繊維等の高強力
低伸度繊維を抗張力部材とし、これを複数本撚りあわせ
熱硬化性樹脂を含浸して線条体を形成し、この線条体を
複数本螺旋状に撚りあわせ、前記熱硬化性樹脂を加熱硬
化させて複合撚合体にする技術は、特公昭５７−２５６
７９号及び特公昭５９１４３９９５号に示されるように
公知である。通常、線条体中の高強力低伸度繊維は右も
しくは左の一方向に撚りあわせられており、以下、この
繊維の撚りあわせの方向を配合方向と呼ぶ。また、線条
体自体の螺旋状の撚りあわせ方向を以下、撚合方向と呼
ぶ。このような、複合撚合体からなる抗張力体はワイヤ
ロープに比べて著しく軽量で、高耐食で、高耐久である
等、優れた特性を有している。

これら公知の技術は第４図に示すようにいずれも中心部
材４′の周囲に高強力低伸度繊維からなる線条体３゛を
集合した撚合体（ストランド）構造である。この構造で
は熱硬化性樹脂が加熱硬化される結果、線条体が螺旋状
に形付けされる上、相互に結着され一体構造となるため
、張力が印加されても撚合体は撚り戻され難いと見なさ
れており、自転性についての検討は不十分であった。し
かし、発明者等は第４図に示される複合撚合体からなる
抗張力体の引っ張り試験を行った結果、予想に反して、
従来の鋼線からなるストランドに比して自転性が大きく
、容易に回転が生じることを見いだした。この理由とし
ては、このストランド構造はトルクバランス構造でなく
、かつ細径な繊維材料を撚りあわせ、これに樹脂を含浸
した線条体の捻り剛性は、同一外径の鉄線に比べて甚だ
しく小さいため、微少なトルクでも大きく回転しやすい
ためと思われる。複合撚合体からなる抗張力体が大きな
自転性を有するという重大な問題点があることを従来指
摘した例は無く、当然、十分な非自転性を達成するため
の方策も示されていない。なお、図中１′は複合撚合型
抗張力体、５”はポリエチレン等の熱可塑性樹脂の被覆
層を示す。中心部材４゛としては高強力低伸度繊維から
なる線条体もしくはポリエチレン等の樹脂からなるスロ
ットが用いられている。非自転性を得る構造として、線
条体もしくは撚合体を編組するものもあるが、この構造
の場合、線条体または撚合体がお互いに交錯し、強度利
用効率が著しく低下する欠点があった。

（発明が解決しようとする課題） 例えば海底光フアイバケーブルの抗張力体や、海洋関連
機器の吊り索においては、数千メートルの長尺で使用さ
れる場合が珍しくない。この場合、ケーブルや海底機器
部の自転数は数千回に達し、種々のトラブルを引き起こ
す原因になり、非自転性が強く要求されることになる。

従来、ワイヤロープの分野では中心となる線条体の周囲
に２層の線条体を内層と外層で撚り方向を逆にして集合
した構造の、いわゆるヘルクレス型ロープが非自転性ロ
ープとして一般的に用いられている。このようなストラ
ンドはその形状を保持するために、製造工程に於て撚り
あわせ前の線条体を螺旋状に塑性変形させる、いわゆる
形付けを施す必要がある。

線条体の撚り角が小さすぎると強度低下が生じる。

一方、撚り角が大きすぎると、形（ｊけが困難となる。

従ってワイヤロープの場合には第４図に示す撚り角θが
ａｒｃｔａｎ　３〜ａｒｃｔａｎ　４の範囲に限定する
必要があった。内層および外層の線条体をすきまなく配
列した場合には、内層と外層の線条体の太さを種々変化
させても、上記の撚り角の範囲では外層の発生トルクが
内層に比べて大きくなり、完全なトルクバランス構造を
実現することは不可能であった。従って、従来のへルク
レス型ロープでは完全な非自転性を得ることはできず、
破断張力の１層２程度の張力が作用したときの自転量を
０゜４回転／ｍ以下にすることは困難であった。高強力
低伸度繊維からなる線条体の自転性は従来のへルクレス
型ロープよりも大きいので、非自転化が必要である。

（課題を解決するための手段） 本発明は、上記課題を解決するため高強力低伸度繊維に
熱硬化性樹脂を含浸した複合材料からなる線条体を中心
部材の外周に２層にすきまなく撚った複合撚合型抗張力
体において、内層と外層の撚合方向を逆方向とし、かつ
内層の撚り角をａｒｃｔａｎ　３〜ａｒｃｔａｎ　４、
外層の撚り角をａｒｃｔａｎ　３〜ａｒｃｔａｎ７の範
囲でトルクバランスとしたことを特徴とする複合撚合型
抗張力体を第１の発明の要旨とし、高強力低伸度繊維に
熱硬化性樹脂等を含浸した線条体の、内層と外層のトル
クをバランスさせることによって、自転を抑制し、さら
に従来のワイヤロープに勝る非自転性を実現する。

また、線条体の高強力低伸度繊維の配合方向と撚合体の
撚合方向とを逆方向にしたことを特徴とする複合撚合型
抗張力体を第２の発明の要旨とし、線条体内部の高強力
低伸度繊維の配合方向を撚合方向と逆方向とし、撚合体
各層自体での発生トルクを低減することによって、さら
に非自転性を向上するものである。

（作用） 第１の発明について 撚合体（ストランド）では線条体の強度利用効率と形状
保持性は重要な特性であり、これらの特性は線条体の材
質に依存する。第１の発明では高強力低伸度繊維に熱硬
化性樹脂等を含浸した線条体について、従来不明確であ
ったこれらの機械特性を調査することによりＩ−ルクハ
ランスの成立する条件を見いだし、実用に足る非自転性
を実現した。

第２の発明について さらに、線条体の高強力低伸度繊維の配合方向と撚合体
の撚り方向が発生トルクに及ぼず影響について検討した
。従来、この種の影響についての報告例はないが、実験
の結果、線条体の高強力低伸度繊維の配合方向と撚合体
の撚合方向を逆方向にすることは撚合体自体の発生）・
ルクを低減するのに明確な効果があることを見いだした
。

（実施例） 以下本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。な
お、実施例は一つの例示であって、本発明の精神を逸脱
しない範囲で、種々の変更あるいは改良を行いうろこと
は言うまでもない。

（実施例１） 第１図は本発明の複合撚合型抗張力体の第１の実施例を
示す図である。上層の線条体の撚合方向と下層の線条体
の撚合方向を逆方向にし、トルクバランスをとったもの
である。■は複合撚合型抗張力体、２，３は高強力低伸
度繊維からなる線条体であり、２は上層（外層）の線条
体、３ば下層（内層）の線条体、４は中心部材を示す。

なお、線条体２及び３はそれぞれ複数本からなる撚合体
で、第１図では図面を見やすくするため、それぞれ１本
だけ示し、他の線条体は一部を省略し、簡略化して示し
た。以下、他の図面においても同様に線条体については
１本に簡略化して示す。図中の中心部材４としては高強
力低伸度繊維からなる線条体を用いても良いし、また、
アルミニウムやポリエチレンからなるスロットに光ファ
イバを収納したもの等を用いても良い。なお、線条体２
及び３の高強力低伸度繊維の配合方向は同じで、実施例
では２方向を示している。

第１図の構造でトルクバランスを成立させるには、上層
と下層の線条体２及び３が一定の関係を満足する必要が
ある。この関係を見いだすため、予備実験として第４図
に示すよ・うな炭素繊維からなる線条体を中心部材４゛
とし、その周囲に炭素繊維からなる線条体３゛を７本Ｓ
撚合した複合撚合型抗張力体（１×７外径１２．５ｍｍ
）について、撚り角θを種々変化させて強度利用効率を
調査した結果を第５図に示す。図中の横軸はｔａｎθ、
縦軸は強度利用効率を示す。実験は線径が同一の線条体
を用い、ｔａｎθを２．５から５の間の６段階に変化さ
せた６種類の複合撚合型抗張力体の切断時の張力を調査
した。この切断時の張力と個々の炭素繊維の切断時の張
力の比を強度利用効率とした。複合撚合型抗張力体１の
強度利用効率は撚り角ａｒｃｔａｎ３以下になると急激
な強度低下を示しており、実際の使用には不適当なこと
を見いだした。さらにこの試料の形状保持性についての
調査結果を第６図に示す。実験はｔａｎθを６から８の
間の５段階に変化させた５種類の複合撚合型抗張力体（
試料：各２０メートル）を種々の曲率に曲げて、線条体
の配列に生じるねらい等の形崩れの発生状況を調べた。

複合撚合体は、金属製撚合体と異なり、撚合体成形後に
加熱硬化させて撚合体を得るので、線条体に形付けを施
し易い。実験の結果、撚り角ａｒｃｔａｎ　７を越える
と、側の線条体３゛が中心部材４゛をグリップする力を
急激に失い、直径２０００ｍｍの曲率でも形くずれを生
じるようになり、実使用上、問題となることがわかった
。金属製撚合体では撚り角がａｒｃｔａｎ　４を越える
と形付けが困難であるのに比べ、複合撚合体は大きな撚
り角まで利用できることを見いだした。

撚合体各層の発生トルクは、線条体の本数５層心径及び
直径の２乗に比例し、ｔａｎθ（θは撚り角）に逆比例
する関係がある。ここで、層心径は撚合体の中心軸と線
条体の中心軸との距離を示す。

線条体の直径を同一とすれば内層の方が外層より本数が
小となり、層心径が小となるので、発生トルクも小さく
なる。従って、それに見合うトルク分だけ外層のトルク
発生を抑制する必要がある。

以上の検討結果に基づき、これらのトラブル発生領域を
除外し、トルクバランスが保持できる範囲について検討
した結果を第７図に示す。計算は、第１図において、任
意の太さおよび任意の撚り角で隙間なく複数本配列され
た内層（以下、下層を内層と称す。）の線条体３の周囲
に、隙間なく配列されるという条件を満たす太さおよび
撚り角の複数本の外層（以下、上層を外層と称す。）の
線条体２を想定し、これらの線条体に張力を加えた時に
内層および外層に生じるトルクのバランスする条件を見
いだした。本発明者等は図中のハツチングが示すとおり
、内層の撚り角はａｒｃｔａｎ　３〜ａｒｃｔａｎ４に
設定した。これは撚り角がａｒｃｔａｎ　３以下では急
激に強度が低下し、またａｒｃｔａｎ　５以上では外層
の本数が著しく増加し実用性を損なうためである。また
、外層の撚り角をａｒｃｔａｎ　７以下に限定して形く
ずれを防止した。このようにトラブル領域を除外しても
、外層の線条体３本数を１６本以上とすれば内層の線条
体２本数及び太さにかかわらず、完全なトルクバランス
を成立させられることを見いだした。

（実施例２） 第２図は、本発明の第２の実施例を示した図であり、線
条体２及び３の内部の繊維の配合方向を撚合体各層の撚
り方向と逆方向、すなわち、線条体２はＳ配向、Ｚ撚合
、線条体３はＺ配向、Ｓ撚合とし、さらに上層の線条体
３の撚合方向と下層の線条体２の撚合方向を逆方向にし
、トルクバランスをとったものである。

（実施例３） 第３図は本発明の第３の実施例を示した図である。この
実施例は第２図の実施例の周囲にポリエチレン等の熱可
塑性樹脂層５を被覆したものである。

各実施例の詳しい寸法及び評価結果をまとめてまた、切
断荷重及び４トン負荷時の回転角を第８図に示す。なお
、参考のため編組型抗張力体の特性も併記した。他の特
性には大きな差異はないが公知例に比べ自転特性には顕
著な差異が生じており、本発明によれば従来のワイヤロ
ープ等では達成できなかった完全なトルクバランスを実
現できることがわかる。これらの実施例では上層と下層
の線条体の直径が同一であるが、第７図の関係を満足す
れば、上層と下層の線条体の外径は同一でなくても良い
。なお、第１図と第２図の構成の差は第４図の公知の方
法との差に比べると小さいが、しかし回転量にして４倍
の差があり、数千メートルにおよぶ長尺での使用を考え
ると、この差異は大きい。

（発明の効果） 以上のべたように、高強力低伸度繊維に熱硬化性樹脂を
含浸した複合材料からなる線条体を中心部材の外周に２
層にすきまなく撚った複合撚合型抗張力体において、内
層と外層の撚合方向を逆方向とし、かつ内層の撚り角を
ａｒｃｔａｎ’３〜ａｒｃｔａｎ　４、外層の撚り角を
ａｒｃｔａｎ　３〜ａｒｃｔａｎ　７の範囲でトルクバ
ランスとした第１の発明及び高強力低伸度繊維の配合方
向を撚合体の撚合方向と逆方向にした第２の発明の複合
撚合型抗張力体を用いれば、従来のワイヤローブでは達
成不可能であった非自転性を有する抗張力体を実現する
ことができる。この結果、数千メートルに及ぶ長尺で用
いられる海底光フアイバケーブルや、海底探索機器の吊
り索、また地下探索機器の吊り索の自転によって生しる
キンクや破断、機器の損傷など様々なトラブルを防止す
ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す図、第２図は本発
明の第２の実施例を示す図、第３図は本発明の第３の実
施例を示す図、第４図は従来の抗張力体を示す図、第５
図は複合撚合型抗張力体の撚り角と強度利用効率の関係
を示す図、第６図は複合撚合型抗張力体の撚り角と形く
ずれ＋ノミの関係を示す図、第７図はノン−トルク線図
、第８図は本発明の実施例と従来例との回転量の差異を
示す図である。 １・・・複合撚合型抗張力体 ２・・・上層（外層）の線条体 ３・・・下層（内層）の線条体 ４・・・中心部材 ５・・・熱可塑性樹脂層

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）高強力低伸度繊維に熱硬化性樹脂を含浸した複合
   材料からなる線条体を中心部材の外周に２層にすきまな
   く撚った複合撚合型抗張力体において、内層と外層の撚
   合方向を逆方向とし、かつ内層の撚り角をａｒｃｔａｎ
   ３〜ａｒｃｔａｎ４、外層の撚り角をａｒｃｔａｎ３〜
   ａｒｃｔａｎ７の範囲でトルクバランスとしたことを特
   徴とする複合撚合型抗張力体。
2. （２）線条体の高強力低伸度繊維の配合方向と撚合体の
   撚合方向とを逆方向にしたことを特徴とする請求項１記
   載の複合撚合型抗張力体。