操作用钢缆及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种操作用钢缆耐久性的提高。
背景技术
操作用钢缆是在绞合多条股线的芯绞线周围，配置绞合多条股线的多条侧绞线，具有绞合的构造。作为该操作用钢缆，芯绞线的股线为7条，侧绞线的股线为7条，大多采用6束侧绞线。该操作用钢缆的芯绞线弹性系数和侧芯线弹性系数之比(弹性系数比)在3-5以上，在受到拉伸力时，芯绞线会先断线，然后是侧绞线断线，因此寿命不足。
为了提高操作用钢缆的耐久性，有效的方法是形成较小的股线直径，同时增加股线数量，以减小股线受到的弯曲应力。并且，一旦将紧固率小而成形率大的操作用钢缆用于例如不转动的导向装置那种要一边滑动一边受到弯曲的部位时，就容易引起变形。操作用钢缆一旦产生变形时，股线就受到二次弯曲(因外压将股线推压到下方的股线层而产生的局部性弯曲)，因此会降低耐疲劳性。
日本专利文献1公开了一种发明，用构成钢芯部(芯绞线部)和侧部(侧绞线部)的钢索来降低钢芯部的拉伸强度，使钢芯部和侧部的延伸实质上相同。该发明只考虑芯绞线和侧绞线的延伸，防止钢芯部的先行断裂，以获得寿命的延长。
日本专利文献2提出一种操作用钢缆，通过将紧固率设定为4～11％、成形率设定为65～90％，并以大的紧固率牢固地绞合以防止变形。该紧固率大而成形率小的操作用钢缆是在绞合后的侧绞线上产生向中心方向紧固的力。因此，具有防止变形，不容易引起股线的二次弯曲的优点。
〔日本专利文献1〕特开平11-93089号公报
〔日本专利文献2〕特许第2669754号公报
然而，只考虑芯绞线和侧绞线的伸展而降低芯绞线的拉伸强度的操作用钢缆虽然增大了断线时的拉伸强度，但是未关注在通常使用范围内(常用负载)重复外加的过负载下的过负载耐久性，钢缆的实际使用寿命不够长。
发明内容
本发明的目的是提供一种操作用钢缆，使芯绞线和侧绞线大致同等地分担在通常的使用范围内重复施加在操作用钢缆上的负载的负载，以显著提高过负载耐久性的。
本发明技术方案1的复式绞合结构的操作用钢缆由分别绞合多条金属股线的芯绞线及侧绞线所构成，并将多条侧绞线绞合，以包围前述芯绞线的外周，其特征在于：常用负载的最大负载在第2种刚性范围内，且最大负载时的前述芯绞线和侧绞线的弹性系数比在1以上、2以下。如果将该弹性系数比设定在1以上、1.3以下，更可以提高过负载耐久性。
技术方案3的操作用钢缆的特征在于：芯绞线是绞合7条不锈钢股线后形成，前述侧绞线是绞合12～19条不锈钢丝的股线后形成，在1束芯绞线周围绞合6束侧绞线，同时外径在2.0mm以下。采用该结构，由于侧绞线是以多根细股线构成侧绞线，因此操作用钢缆的外周具有柔软性，使操作用钢缆容易适应供其滑动的零部件。
技术方案4的操作用钢缆的特征在于：芯绞线是将19根不锈钢丝的股线以W型(warrington type)绞合后形成，前述侧绞线是绞合7～19根不锈钢丝的股线后形成，在1束芯绞线周围绞合8束侧绞线，同时外径在2.0mm以下。采用该结构，由于芯绞线是以多根细股线形成，因此操作用钢缆整体柔软性优异，并且直径小，当滑动对象为滑轮时，可以实现滑轮的小径化及节省空间化。
技术方案5的操作用钢缆的特征在于：钢缆间距是钢缆外径的6倍以上、7倍以下。该钢缆间距的范围对于提高过负载耐久性最为有利。
技术方案6或7记载的操作用钢缆的特征在于：芯绞线是使用拉伸强度2400N/mm2以上、2650N/mm2以下的奥氏体不锈钢钢丝。采用该结构，芯绞线有利于常温加工且线延长加工容易，可正确进行弹性系数比的调节。
技术方案8的操作用钢缆的制造方法的特征在于，包括：绞合多根不锈钢钢丝而形成侧绞线的步骤、绞合拉伸强度2400～2650N/mm2的奥氏体不锈钢钢丝而形成芯绞线的步骤、在芯绞线的外周以钢缆直径6～7倍的钢缆间距绞合多根侧绞线的步骤，常用负载的最大负载在钢缆的第2种刚性范围内，并且将最大负载时的芯绞线和侧绞线的弹性系数比设定为1以上、2以下。
本发明的钢缆由于芯绞线的弹性系数和侧绞线的弹性系数的弹性系数比接近“1”，因此在重复施加常用负载的最大负载以下的拉伸负载的使用条件下，可以使芯绞线和侧绞线侧大概同等地分担外加在操作用钢缆上的负载的负载。其结果，可以提高钢缆的过负载耐久性，显著增大实际使用寿命。
附图说明
图1A、图1B是操作用钢缆的立体图及弹性系数比的图表。
图2A、图2B是操作用钢缆的模式图及伸长特性的图表。
图3A～图3D是操作用钢缆的样品1～4的剖视图。
图4A～图4C是弹性系数比的图表。
图5A、图5B是表示弹性系数比和过负载耐久次数之间的关系的图表。
图6是过负载耐久试验的模式图。
图7是表示钢缆间距和过负载耐久次数的关系的图表。
图8是操作用钢缆的样品放大剖视图。
图9是图8的剖面照片。
图10表示芯绞线的股线与侧绞线的中心线之间的交叉角。
图11表示侧绞线股线的扁平度。
图12表示芯绞线、侧绞线、及钢缆的组合方向。
具体实施方式
以下结合附图所示的实施例说明本发明的最佳实施例。
〔实施例1〕
本发明的操作用钢缆(以下称为钢缆)1如图1A所示，用绞合多根股线30而成的多根侧绞线3来包围绞合多根股线20而成的芯绞线2的周围，形成复式绞合结构。钢缆1如图1B所示，常用负载的最大负载在钢缆1的如图2B所示的第2种刚性范围内，且最大负载时的芯绞线2的弹性系数k1与侧绞线3的弹性系数k2的弹性系数比k2/k1形成1≤k2/k1≤2以下。根据后述的理由，从重复提高过负载耐久性的观点出发，芯绞线2与侧绞线3的弹性系数比k2/k1最好在“1”以上且接近“1”，最好是1.0≤k2/k1≤1.3。
图3A～图3D是表示钢缆1的样品1～4的规格。各钢缆1的外径在2mm以下，样品1～4的弹性系数比k2/k1设定在1以上、2以下的范围。样品1～4的间距都如图2A所示，设定为钢缆的6倍以上、7倍以下。并且，芯绞线2是使用拉伸强度为2400～2650N/mm2的奥氏体不锈钢钢丝。
样品1(参照图3A)、样品2(参照图3B)是绞合7根股线线后20形成芯绞线2。侧绞线3是将12根样品1、19根样品2的股线20绞合后形成，6根侧绞线3包围芯绞线2的外周而绞合。样品3(参照图3C)、样品4(参照图3D)是绞合19根股线20后形成芯绞线2。侧绞线3是绞合12根股线30形成样品3，绞合19根股线30形成样品4，8根侧绞线3包围芯绞线2的外周而绞合。
样品1～4的钢缆1如下制造。绞合多根不锈钢钢丝以形成侧绞线3，绞合多根拉伸强度2400～2650N/mm2的奥氏体不锈钢钢丝以形成芯绞线2。在芯绞线2的外周配置预定数量的侧绞线3并进行复式绞合，以使钢缆间距为钢缆外径的6～7倍。通过此复式绞合，使常用负载的最大负载在图2(b)、所示的钢缆的第2种刚性范围内，且将最大负载时的芯绞线2与侧绞线3的弹性系数比k2/k1设定为1≤k2/k1≤2。
样品1～4的钢缆1具有以下的作用。拉伸负载施加于钢缆1时，由于弹性系数比k2/k1接近1，因此芯绞线2和侧绞线3的负载分担均等或相近。因此钢缆1即使在重复施加常用负载最大值以下的过负载的使用条件下，也可以最大限度地防止由于任一方绞线先行断线而导致承受全部负载的其它绞线断裂，可大幅地提高耐久性(寿命)。
以下，使本发明的作用、效果予以模式化加以说明。1根芯绞线2的周围绞合多根侧绞线3的复式绞合钢缆1如图4B、图4C所示，芯绞线2单体对于拉伸负载的拉伸特性和多根侧绞线3的特征有较大不同的趋势，芯绞线2的梯度较缓，並且断裂负载低。而仅有多根侧绞线3时，则具有相反的倾向。即，芯绞线2和侧绞线3对于拉伸负载的拉伸特性不同，因此当负载集中于任一方而导致断裂之后，会导致完全断裂。尤其是如图4B所示，随着拉伸负载的增大，会使芯绞线2在早期断裂，然后使侧绞线3断裂。
因此，如图4A、图4B所示，芯绞线2和侧绞线3的相对于拉伸负载的拉伸特性曲线梯度在一定范围相互接近(图4C)，最好是在第2种刚性范围内相同(弹性系数比k2/k1＝1)(图4A)。此时，芯绞线2和侧绞线3的相对于施加在钢缆1上的拉伸负载的负载均等，可将过负载耐久性提高到芯绞线2和侧绞线3的同时断裂负载为止。
这是通过使芯绞线2和侧绞线3的弹性系数k1与k2均等，并使相对于拉伸负载的负载均等，使拉伸负载分散到钢缆1的整体，其结果可以降低拉伸应力。将相对于拉伸负载的拉伸特性的特性曲线梯度比、即弹性系数比k2/k1设定为1≤k2/k1≤2，最好是k2/k1＝1。
〔表1〕 W：W型绞合
关于表1所示规格的样品D-1、D-2、D-3、D-4、D-5、D-6的各钢缆1，根据过负载试验的测定结果，说明弹性系数比k2/k1和钢缆1的耐久性的关系。过负载耐久试验是如图6所示，以20kg的负载在行程150mm之后，施加最大负载50kg的过负载，重复这一过程的耐久试验。
1)弹性系数比k2/k1与过负载耐久次数的关系如图5A的曲线所示。即，弹性系数比k2/k1越接近“1”，耐久性越高，但是弹性系数比k2/k1一旦低于“1”，则急速地降低。
2)弹性系数比k2/k1一旦接近“1”，耐久性就提高，这是因为，通过将重复施加的负载的最大负载时的芯绞线2和侧绞线3的弹性系数比k2/k1设定在“1～2”的范围内或者“1”，可防止负载集中于芯绞线2或侧绞线3上，通过分散，可降低施加在各股线上的拉伸应力。
另外，在图5B所示的弹性系数比k2/k1＞1的一定范围中，过大的过负载耐久次数在弹性系数比k2/k1＜1时急速地降低。可能是因为，为了使侧绞线3的伸张特性增大，通过增多股线数来使股线细径化，并增大接触摩擦(与滑轮的接触、1次弯曲、股线间的接触、2次弯曲)，同时，芯绞线2的相对于拉伸负载的伸张特性梯度比侧绞线3大，使拉伸应力集中在芯绞线2的1束上(侧绞线3有8束，可分散到其中任一束)。
〔表2〕
以下针对表2所示样品D-3、D-4、D-5，结合图5、图7说明钢缆间距和耐久性的关系。
1)钢缆间距越小耐久性越高，但是限于一定范围。该范围是9.5～11mm。
2)钢缆间距越小耐久性越高的理由可能是由于缩小钢缆间距会导致侧绞线3整体产生拉伸，使弹性系数比接近1，结果是拉伸应力向各绞线均等分散。
3)将钢缆间距限定在一定的范围，是因为钢缆间距小于9.5mm时会使侧绞线3彼此接触而产生浮起，从而形成凹凸，不能制造外径固定的钢缆。另外，将钢缆间距限定为最大11mm，是因为在该点上拐点。这点将在后面说明。
〔表3〕
表3整理了与芯绞线2接触的那一侧芯绞线2的股线20与侧绞线3的中心线之间的交叉角。表中样品D-3对应图10中(a)、D-4对应图10中(b)、D-5对应图10中(c)。从该表3和图10可看出，一旦形成小的钢缆间距时，交叉角朝着顺时钟转动的方向变“大”。在此状态下一旦施加拉伸负载，由于芯绞线2一方的拉伸较大，因此该交叉角朝着顺时钟的方向变得更“大”。
由于交叉角变“大”，作为在芯绞线2与侧绞线3间的接触部的固定效果，使施加在芯绞线2的力增大对于侧绞线3的传达、负载分担，并且由于钢缆间距“小”，侧绞线3整体的拉伸属样品D-3、D-4、D-5中的D-3最大，通过使钢缆整体分担负载，结果是提高了过负载耐久性。
另外，芯绞线2为W型绞合时，外周股线为粗细线的组合，由于是在该粗线上搭载绞线3后进行绞合，因此固定效果更佳。结果是大幅度地分担了对于侧绞线3的负载，使负载在钢缆整体上分散，因此提高过负载耐久性。此处的一定范围用与钢缆外径的关系来表示时，钢缆间距为钢缆外径的大约6～7倍(9.5/1.55＝6.12、11/1.55＝7.09)。又，各表中，W是指W型绞合，W(19)是指将芯绞线3以股线19条平行绞合所成的W型绞合。
〔表4〕
接着说明绞合7条芯线形成芯绞线2的场合如下。
表4是表示样品C-1、C-2的规格，在过负载耐久试验中，当弹性系数比k2/k1在“1～2”的范围内时，耐久性高，且具有越接近“1”越高的倾向，但是一旦弹性系数比k2/k1低于“1”，耐久性即降低，超过“2”时同样降低。理由与前述相同。
〔表5〕
以下针对表5所示的样品D-3、D-4、D-5，说明芯绞线2和侧绞线3在重复过负载试验中芯绞线2与侧绞线3间的接触部的摩擦损耗和耐久性的关系。表5表示芯绞线2和侧绞线3的接触部的形态。表中样品D-3对应图11中(a)、D-4对应图11中(b)、D-5对应图11中(c)。从表5和图11可以看出，接触侧的侧绞线股线的钢缆间距越小扁平度越大，轴正交方向的剖面积较大，因此增大了对于重复过负载的耐久性。
这是因为一旦施加负载，芯绞线2与侧绞线3间的接触部因为滑动移动而开始滑动摩擦。弹性系数比k2/k1越高，芯绞线2与侧绞线3间的拉伸量之差越大，结果是滑动摩擦越”大”。并且，弹性系数比k2/k1越高的样品，接触侧的侧绞线的股线剖面越是接近圆形，剖面积“小”。
而弹性系数比k2/k1低的样品D-3的耐久次数多，是因为芯绞线2与侧绞线3间的拉伸量之差小，并且接触部的侧绞线股线的轴正交方向的剖面积“大”，呈椭圆形状，使耐磨损性延长，从而可提高耐久性。在将该接触部的侧绞线股线的剖面积设定为“大”时，要根据绞合方向与钢缆间距的关系，并且最好如表6那样组合芯绞线2、侧绞线3及钢缆1的绞合方向。
〔表6〕(a)(b)(c)(d)
〔表7〕(a)(b)(c)(d)
表6所示的芯绞线2、侧绞线3、钢缆1的绞合方向中，(a)、(b)是分别相当于表7所示组合内的(a)和(b)。图12与表7对应。在表7(a)和(b)中，接触芯绞线2外围的侧绞线3的内侧(图12中的下侧)的侧绞线3的股线的剖面形状形成椭圆形，因此形成较大的剖面积。并且，表6中的(c)、(d)是与(a)、(b)相反的组合，内侧(图12中下侧)的侧绞线3的股线的剖面形状为椭圆形而形成大的剖面积。
至少在芯绞线2上使用拉伸强度为2400～2650N/mm2的奥氏体不锈钢钢丝的理由如下：
由于降低弹性系数比k2/k1，使之接近“1”，因此侧绞线3的股线数增加，侧绞线3的绞合间距缩小，藉此可以采用增大芯绞线2的拉伸强度以使之接近侧绞线3特性的方法来代替设定较“大”侧绞线3的拉伸度的方法。
〔表8〕
(N/mm2)
表8是一般所使用规格化不锈钢钢丝的拉伸强度。样品D-3的芯绞线2使用超过JIS规格的拉伸强度的线材，藉此可以降低该弹性系数比k2/k1，使之接近”1”。图8及图9是表示样品D-3的钢缆的剖面，芯绞线2有3层构造：直径Φ0.17的1根芯线、直径Φ0.16的6根中间层线、以及由直径Φ0.17的粗线和直径Φ0.13的细线交替配置形成12根外层股线。
如果芯绞线2使用拉伸强度大约为2650N/mm2的线材、侧绞线使用2000N/mm2的线材，则拉伸强度差大约为30％，将它们组合后，弹性系数比k2/k1接近“1”。并且，前述Φ0.13、Φ0.16、Φ0.17的线材是通过从Φ0.75mm的线材作拉线加工，获得拉伸强度大约2580～2650N/mm2的线材。
使用奥氏体不锈钢钢丝的理由如下。马氏体不锈钢钢丝显示出热淬火硬化性，铁氧体不锈钢钢丝则存在“475℃脆性”“σ脆性”等高温脆性，容易受到热的影响。而奥氏体不锈钢钢丝容易在常温下加工，拉线加工引起的加工硬化显著，因此可容易进行拉伸强度的任意组合调节，适合本用途。
以下说明本发明的钢缆1的用途。
设置在建筑物上的排烟用窗的开关操作用钢缆会受到冲击负载，因此一旦产生负载不均等，拉伸负载就会集中在芯绞线2和侧绞线3中的一方，一般是芯绞线2先断裂，随后侧绞线3断裂，以致于全部断裂。本发明的钢缆1由于芯绞线2和侧绞线3的弹性系数比k2/k1为1以上接近1，因此可以防止芯绞线2的先行断裂。作为排烟用窗的开关操作用钢缆具有高耐久性。
汽车用加速踏板的操作用钢缆要求具有最大负载15kgf下100万次的耐久性。因此如果芯绞线2和侧绞线3的弹性系数比k2/k1过大时，摩擦损耗就会增大，难以获得必要的耐久性。因此将弹性系数比k2/k1设定在1≤k2/k1≤2这一范围、且最好使之接近”1”的本发明的钢缆1在用作汽车用加速踏板的操作用钢缆时，具有优异的耐久性。
复印机钢缆有很多反复动作，且随着传达速度的增大，会使芯绞线2先行断裂，而将弹性系数比k2/k1设定在1≤k2/k1≤2这一范围、且最好使之接近”1”的本发明的钢缆1在用作复印机钢缆时可保证长期寿命。
汽车滑动门的操作钢缆在滑动门开关时最大会承受50kg的冲击负载，会使芯绞线2先断裂，侧绞线3随后断裂，以至于全断裂。而将弹性系数比k2/k1设定在1≤k2/k1≤2这一范围、且最好使之接近”1”的本发明的钢缆1在用作汽车滑动门的操作钢缆时，具有充分的耐久性。
〔实施例的效果〕
本发明的钢缆1由于芯绞线2的弹性系数k1与侧绞线3的弹性系数k2间的弹性系数比k2/k1接近“1”，因此施加于操作用钢缆1的负载大致均等地分担在销绞线2和侧绞线3上。其结果，使得钢缆1的过负载耐久性提升，明显增大使用寿命。
