JP3860155B2 - カードの強度試験装置 - Google Patents

Description

本発明はカードの機械的強度試験に関し、特にＰＣカード等のカードに規定の外力を加え、定められた強度基準を満たすかどうかの判定に用いられるカードのねじり試験装置に関する。

電子機器、例えば、ＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）、デジタルカメラ、携帯電話等の拡張機能として用いられるカードは、電子機器と一緒に携帯されることが多い。
携帯時に鞄やズボンのポケットにカードを入れた場合、カードに曲げ力、ねじり力等の外部応力がかかり、カード破損に繋がる恐れがある。そこでＰＣカードに関し、「ＰＣ ＣＡＲＤ ＳＴＡＮＤＡＲＤ」規格では、機械的強度の規格として、カードの曲げ試験及び、ねじり試験が記載されている。因みにＰＣカードは、Ｍｏｄｅｍカード、ＬＡＮカード（ローカル・エリア・ネットワーク）メモリーカード等があり、最近では、ＣＦカード、ＳＤカード等のカード規格もある。

前記「ＰＣ ＣＡＲＤ ＳＴＡＮＤＡＲＤ」規格に定められている曲げ試験とねじり試験について説明する。曲げ試験の規格では、カードのＰＣと接続する側（ＰＣに挿入する側）のコネクタ側端部または他端部を保持し、保持されていないもう一方の端部付近にカード表面に対し垂直方向に「ＰＣ ＣＡＲＤ ＳＴＡＮＤＡＲＤ」規格で規定された荷重を一定時間加える。その後、カード破損、変形、電気的な特性等の評価をし、カードの合否判定を行なう。

次に「ＰＣ ＣＡＲＤ ＳＴＡＮＤＡＲＤ」規格に定められているもう一つの機械的強度規格のねじり試験について説明する。ねじり試験は、カードのコネクタを有する端部及びもう一方の端部を保持し、カードのコネクタ面の中心を回転軸として、「ＰＣ ＣＡＲＤ ＳＴＡＮＤＡＲＤ」規格で定められたトルクと回転角度とトルク保持時間と回数に従って試験を行う。そして、曲げ試験及び、ねじり試験は、製品ばらつきを考慮し複数のカードに対し実施する。

従来この曲げ試験及び、ねじり試験は、分単位で荷重またはトルクを維持しなければならないので、人手による試験では試験条件にばらつきが生じやすく、信頼性に欠けてしまう。よって、主にカードを保持治具に固定して、市販されている引張り試験機、ねじり試験機によって曲げ力、ねじり力を加え試験をしていた。

また、回路基板のねじり試験を行う方法として特許文献１に開示されている。このねじり試験の試験機は、基板の一端を芯合わせ可能なねじりクランプで保持し、他端をモータに接続された回転式クランプによって保持して指定されたねじり角度及びトルクでねじり試験を行う。指定されたねじり角度とトルクは、ギアを介したモータ（電動機）を制御することによって行われる。

特許 第２８５９５４９号公報

このようにモータを使用した駆動源の場合、経時的なトルク変動、すなわち温度上昇に対するトルク低下があり（供給電圧が一定の場合、高温になるとトルクが下がり、低温ではトルクが上がる）安定したねじり試験のトルクが得られない恐れがある。また、モータを回路基板の保持部材に直結した場合、モータの回転が停止しトルクをかけ続ける状態となりモータ故障に繋がる恐れがある。そのため、クラッチを設けてモータを回転させながら、試験に必要なトルクを得る方法がある。しかし、このようなクラッチを使用したトルク制御方法では、モータの駆動トルクを試験条件のトルクまで減少させて使用するため、その間で滑り機構を用いなければならない。この場合においても滑りながら伝達する部材の表面状態、磨耗状態により経時的なトルク変動を発生する恐れがあり、高精度な試験条件を必要とする本試験には向いていない。

また、市販されている引張り試験機及び、ねじり試験機を使用してねじり試験を行う試験方法では、試験機がカードのねじり試験専用機でないため、カードを治具に固定する際に回転中心の位置調整、カード長さ調整等の位置合わせが容易でなく、しかも引張り試験機を使用した場合、上下動の時間（元来、材料を長時間かけて伸ばす試験を行う為の装置であるので上下動に時間がかかる。）に大変な時間を費やしてしまう。また、複数のカードを一台の引張り試験機を用いて試験した場合、試験しているカードの一枚に不具合が発生し、解析のためそのカードを取り出したい時には、全てのカードの試験を中断しなければならない。また、ねじり試験機を使用した場合は、取付けの関係上カード１枚づつの試験となってしまう。いずれの場合でもカードの取付け取外し作業及び、カードと試験機との位置合わせ等を容易に行う必要がある。

最近では、無線ＬＡＮカード、ＰＨＳカード等のエクステンデット規格のカードも市場に出回ってきた。無線技術を応用したカードではカードをＰＣへ装着した状態でアンテナ部がＰＣ外に出ていなければならなく（電波を飛ばすため）、必然的に前記エクステンデット規格のカードになってしまう。また、携帯性についても重視されるため、エクステンデット規格のカードにおいても前述した試験への対応が要求されるようになってきた。

上記目的を達成するため、本発明におけるカードのねじり試験装置の第１の態様は、カードのねじり試験を行うねじり試験ユニットと、カードの曲げ試験を行う曲げ試験ユニットとが同一テーブルに配置され、
前記ねじり試験ユニットは、カードの片側端部を把持するカード把持部材と、
前記カード把持部材を、カード端面の中心を回転軸とし空気圧を駆動源として回動させる、前記テーブルに取り付けられた回動部材と、
前記回動部材の回動角度を制御する角度制御部材と、
前記回動部材に供給する空気の供給及び停止を行う空気通止め部材と、
前記テーブルに取り付けられていて、前記カードのもう一方の端部を収納するカード保持体と、
前記カード保持体に固定され、前記カード保持体の基準面に対して前記カード端部を取付け取外し可能に保持するカード押え部材とを備え、
前記曲げ試験ユニットは、カードの一方の端部を収納する、前記テーブルに固定のカード保持体と、
前記カード保持体に固定され前記カード端部を取付け取外し可能に保持するカード押え部材と、
前記カードを一方の端部のみで保持した状態で、表面に垂直な方向に荷重を加える加重部材とを備え、
前記ねじり試験ユニットと曲げ試験ユニットとで、電源部と制御装置とを共有することを特徴とするカードのねじり試験装置である。

本発明におけるカードのねじり試験装置の第２の態様は、第１の態様において、前記カード押え部材の一部をトグルクランプで構成していることを特徴とするカードのねじり試験装置である。

本発明によるカードのねじり試験装置の第３の態様は、第１の態様または第２の態様において、前記ねじり試験ユニットと前記曲げ試験ユニットとは、前記カード保持体を共用していることを特徴とするカードのねじり試験装置である。

本発明によるカードのねじり試験装置の第４の態様は、第１、第２又は第３の態様において、前記ねじり試験ユニットは、前記回動部材を含む回動ユニットと、
前記回動ユニットを前記回転軸に平行なＹ、−Ｙ軸方向に移動規制するガイド孔を有する前記テーブルと、
前記ガイド孔に対し摺動自在な前記回動ユニットに設けられたガイド部と、
前記回動ユニットを前記テーブルに固定及び解除する手段とを備えることを特徴とするカードのねじり試験装置である。

本発明によるカードのねじり試験装置の第５の態様は、第１、第２、第３又は第４の態様において、前記回動ユニットの近傍に回動ユニット位置測定用スケールを備えることを特徴とするカードのねじり試験装置である。

本発明によるカードのねじり試験装置の第６の態様は、第１、第２、第３、第４又は第５の態様において、前記ねじり試験ユニットにおけるカードのねじり試験の回数を制御する制御手段と、前記回動手段の回動トルクを制御する制御手段とを備えることを特徴とするカードのねじり試験装置である。

本発明によるカードのねじり試験装置の第７の態様は、第１、第２、第３、第４、第５又は第６の態様において、前記加重部材は、前記回転軸に平行なＹ、−Ｙ軸方向に移動する手段と、前記加重部材を前記テーブルに固定及び解除する手段とを備えることを特徴とするカードのねじり試験装置である。
本発明によるカードのねじり試験装置の第８の態様は、第１、第２、第３、第４、第５、第６又は第７の態様において、前記加重部材の近傍に加重部材位置測定用スケールを備えることを特徴とするカードのねじり試験装置である。

本発明では、ねじり試験におけるカードの取付け取外しを容易にするため、カード保持体にカードの片側端部が挿入可能な凹部を設け、カード押え部材でカードを取付け取外し可能に保持する構造とした。さらにカード押え部材の一部にトグルクランプを使用したことにより、カード取付け部に充分な空間ができ、確実なカードの固定が可能となり、カードの取付け取外し工程の時間も短縮される。

また本発明では、一度回動ユニットを試験するカード長に設定すれば、長さの同じカードの試験においては回動ユニットの位置調整が不要となり、エクステンデット規格のカードのようにカード長さが異なった場合においても、カード長さに合わせて回動ユニットの位置の再調整を容易に行なうことができると共に、固定手段のネジとストッパにより簡単に回動ユニットの位置固定及び解除を行なうことが可能となる。
そして回動ユニットの移動方向（Ｙ方向）にスケールを設置したので、カードの長さ確認及び、回動ユニットの位置確認が其々可能となる。もしもスペース等の問題によって回動ユニットにカード位置決め部材を設けられないときは、このスケールを使用し回動ユニットの位置を設定することが可能となる。

また、カード裏面を基準とした2つの部材でカード把持部材を構成したことにより、通常のカードは勿論のこと、エクステンデットカードの延長部の厚みが異なった場合においてもねじり中心（回転中心）を調整することなく、また、把持部材の交換もなく試験を行うことができる。（エクステンデット規格では、延長部分の厚さに関しカード表面方向に厚くすることとしている。）そして、回動手段に空気圧を利用した回動部材を使用しているため、モータを使用したときのような複雑な構造をとることなく、安定した正逆回転方向のトルクを得ることが可能となる。

以上のように、本発明のカードのねじり試験は、カードの取付け取外しを容易にし、エクステンデット規格のように異なったカード長さ及び厚さに対しても試験装置の部品を交換することなく、簡単にカード設定が可能なカードのねじり試験装置の提供を目的とする。また、曲げ試験ユニットをねじり試験装置内に併設することにより、カード強度試験を一つの装置で完結でき、曲げ試験ユニットとねじり試験ユニットとの電源部、制御装置等を共有化することが可能となる。そして、曲げ試験ユニット及び、ねじり試験ユニットの其々に試験開始用ボタンと試験停止用ボタンを設置したことにより、各々に試験状態を管理できるようになる。

添付図面を参照しながら、本発明の最良の形態について詳細に説明する。図１は、本発明における実施形態のカードの曲げ試験ユニット３０とねじり試験ユニット４０が併設されたカードのねじり試験装置１０の構成を示す斜視図である。詳しくは、カードねじり試験装置１０は、曲げ試験ユニット３０とねじり試験ユニット４０と後で説明する操作スイッチ及び、図示されていない電源、制御部材を内蔵した操作ＢＯＸ２０とカード７０を保持し、曲げ試験ユニット３０とねじり試験ユニット４０に共通に使用され、曲げ試験ユニット３０とねじり試験ユニット４０の一部を構成するカード保持体５１とカード押え部材６０とそれらを取付けするテーブル５０とで構成されている。また、曲げ試験ユニット３０とねじり試験ユニット４０は、エアーの圧力により動作する部材（エアーシリンダ、ロータリアクチュエータ等）を使用し、図示されていないエアー供給用配管と供給する空気圧を一定に制御するレギュレータ等とで構成されている。また、エアーはコンプレッサから供給される。

図２及び図３を用いて、本発明の主要部であるねじり試験ユニット４０について詳細に説明する。ねじり試験ユニット４０は、回動ユニット４１とカード保持体５１とカード押え部材６０とスケール６３と空気通止め部材５２とで構成されている。さらに、回動ユニット４１は、カード７０の片側端部においてカード７０の裏面を基準とし把持する下把持部４５と、上把持部４４で構成されたカード把持部材と、前記カード把持部材が回動軸に固定された回動部材４２と、回動部材４２を保持する回動部材保持部４３とで構成されている。また、回動部材４２は、ロータリアクチュエータ等で構成され、カード端面の中心を回転軸として正逆回転方向に一定時間の回動が可能であり、スイッチまたはセンサにより回転角度の制御がされており、回動トルクは空気圧力で設定されている。この回動トルクは調整可能であり、本実施例では規格に基づきあらかじめ設定されている。また、カード端面とは、カードのコネクタ面もしくは、もう一方の面としているが、必要に応じ残された２面を使って同様な試験装置を構成する事は可能である。

回動部材保持部４３には、回動ユニット４１のＹ、−Ｙ方向に摺動自在な移動手段として、図３の部分断面図に示すようにテーブル５０を挟んで略Ｈ形状をし、ガイド部ｄがガイド孔ｂ（図４）に沿って摺動可能になっており、テーブル５０から外れない構造となっている。また、前記回動ユニット４１の移動手段は、リニアガイド等の部材でもよく、要するにＹ、−Ｙ方向に移動可能な構造であればよい。

次に、試験初期に回動ユニット４１をカード７０の長手方向の寸法（カード長さ）に合わせ調整する方法について、図４を用いて説明をする。ねじり試験ユニット４０ａは、カード７０を取付ける状態の斜視図を示し、ねじり試験ユニット４０ｂは、カード７０の取付け完了状態を示す斜視図である。まず、回動ユニット４１をカードと干渉しない位置（Ｙ方向）まで移動させた後、カード７０をカード保持体５１に設けられカード７０を収納する基準面ａに合わせ、カード押え部材６０ａとカード保持体５１とでカード７０は把持される。（カード押え部材６０ｂの状態となる。）カード押え部材６０ａは、カード保持体５１に取付けられ、トグルクランプ６１及び、カード押え板６２で構成される。（図２）

続いて、回動ユニット４１の位置調整について再び図４を用いて説明する。回動ユニット４１はテーブル５０のガイド孔ｂに沿ってＹ、−Ｙ方向に移動され、カード７０の両端面がカード保持体５１の位置決め面ａ部と下把持部４５のカードの端面に対応する面に接触した位置とでねじ４６を締め込むと、ストッパ４７はテーブル５０に押し付けられ固定される。（ねじ４６を緩めることにより回動ユニット４１は解除される）また、ストッパ４７のテーブル５０に押付けられる面には、ゴム等の滑り止め部材または滑り止め加工がされており、ねじ４６は工具を必要としない蝶ねじあるいは、頭部をローレット目処理したねじ等を使用する。尚、この設定は試験するカード長さが直前に試験したカードと同じ場合は不要であり、例えば標準のＰＣカードからエクステンデット規格のカード試験に切替える時（カードの長さが異なる時）だけ必要となる。また、エクステンデット規格カードの延長部分の厚みが違うカードに対して把持部材を変えることなく、上把持部４４は延長部分の厚み分だけＺ方向に押し上げられた状態で、上把持部４４の両端部に設けられた図示されていない固定部材（クリップ、ネジ等）によって固定される。尚、カードは、カードの裏面基準で下把持部４５に取付けられているため、カードの回動中心を再調整することはなく、カードの装着が完了する。前記カードの裏面とは、製造情報等が書かれたもしくは、製造情報のラベルを貼付けた面を示す。

以上のように設定されたカードのねじり試験装置１０を使用してねじり試験を行なう手順について、図1、図２を参照しながら説明する。まず、空気通止め部材５２をＯＦＦにし、回動部材４２への空気供給を停止する。このことにより、回動部材４２の回動軸に固定されている下把持部４５と上把持部４４は、回動力が無い状態となり回転自在にカード保持体５１のカード保持面と略平行に合わせることができる。これに反し、回動部材４２への空気の供給を行った状態でカードの取付けを行った場合は、カードがねじれた状態で取付けられるようになり作業性が非常に悪い。次に、カード７０をカード保持体５１の基準面ａ部に合わせ、トグルクランプ６１のレバーを倒しカード押え板６２とカード保持体５１とでカード７０を保持する。

このように、カードの準備が完了したところで、電源スイッチ２１をＯＮにし、空気通止め部材５２をＯＮにすると空気が回動部材４２に供給されカード７０のねじりが始まる。そして試験開始用スイッチ２３をＯＮにすると回動部材４２は、カード端面の中心を軸として数十分間正回転方向に設定されたトルクで回動し（はじめは空気通止め部材５２をＯＮにしているので、既にねじられている）、設定された時間経過後に逆回転方向に反転し、さらに数十分間設定されたトルクで回動する。それを数往復繰り返すことによりねじり試験の１サイクルが完了する。この時カードのねじれ角（回動角度）はカードの剛性により異なり、剛性が高いカードでは設定角度までねじられず、また、剛性の低いカードでは設定角度までねじられる。

その後、カードを取外して評価を行う。１サイクル内で不具合が発見された場合には、正回転一回で評価し、逆回転１回で評価し、と繰返し不良モードを見つけていく。そして、試験回数はカウンタ２５に表示される。このねじり試験では、回動部材４２のトルク設定と試験回数を任意に設定可能としている。また、個々のカードの試験中断は、各々に設けられた試験停止用ボタン２４をＯＮすることで可能となり、試験中に装置全体に何らかの不具合が発生したときは、非常用ボタン２２を押すことにより電源が切れる構造となっている。

続いて、カードのねじり試験装置１０内に、併設された曲げ試験ユニット３０について図１を用いて簡単に説明する。カード７０の片端部を保持する構造は前述したねじり試験ユニット４０と同構造であり、エアーシリンダ等によって構成される加重部材３２によって、保持されていないもう一方のカード７０端部付近にカード７０の表面に対し垂直方向に荷重を数十秒間加える。それをカード表裏、前後の計４回行う。そしてカードの加重部材３２は、ねじり試験ユニット４０と同様にＹ方向に移動する手段とテーブル５０に固定解除される手段を有している。また試験条件は、「ＰＣ ＣＡＲＤ ＳＴＡＮＤＡＲＤ」規格で定められた条件としている。そして図示されていない電源部、制御装置等は、曲げ試験ユニット３０と共有している。本発明は、ねじり試験装置に関するものであり、曲げ試験ユニットは従来公知のいずれのユニットでも良い。

本発明は、曲げ試験ユニット３０及び、曲げ試験ユニット４０を２組づつテーブル５０に配置しているが、試験数量によってユニット数を増減させることは十分可能である。
また、本発明は、その本質的特性から逸脱することなく数多くの形式のものとして具体化することができる。よって、上述した実施例は専ら説明上のものであり、本発明を制限するものではないことは言うまでもない。

半導体部品を搭載したＰＣカードに限らず、例えばカード状の電卓やＰＣＢ等、ねじることにより問題が発生する板状の部品及び、製品に関する試験装置にも応用できる。

本発明のカードねじり試験装置の全体を示す正面斜視図である。 本発明の主要部であるねじり試験ユニットの正面斜視図である。 本発明の主要部であるねじり試験ユニットの断面図である。 本発明のねじり試験ユニットの背面斜視図である。

符号の説明

１０：カードのねじり試験装置、２０：操作ＢＯＸ、３０：曲げ試験ユニット、４０：ねじり試験ユニット、４１：回動ユニット、５０：テーブル、５１：カード保持体、６０：カード押え部材、６３：スケール、７０：カード

Claims (8)

1. カードのねじり試験を行うねじり試験ユニットと、カードの曲げ試験を行う曲げ試験ユニットとが同一テーブルに配置され、
   前記ねじり試験ユニットは、カードの片側端部を把持するカード把持部材と、
   前記カード把持部材を、カード端面の中心を回転軸とし空気圧を駆動源として回動させる、前記テーブルに取り付けられた回動部材と、
   前記回動部材の回動角度を制御する角度制御部材と、
   前記回動部材に供給する空気の供給及び停止を行う空気通止め部材と、
   前記テーブルに取り付けられていて、前記カードのもう一方の端部を収納するカード保持体と、
   前記カード保持体に固定され、前記カード保持体の基準面に対して前記カード端部を取付け取外し可能に保持するカード押え部材とを備え、
   前記曲げ試験ユニットは、カードの一方の端部を収納する、前記テーブルに固定のカード保持体と、
   前記カード保持体に固定され前記カード端部を取付け取外し可能に保持するカード押え部材と、
   前記カードを一方の端部のみで保持した状態で、表面に垂直な方向に荷重を加える加重部材とを備え、
   前記ねじり試験ユニットと曲げ試験ユニットとで、電源部と制御装置とを共有することを特徴とするカードのねじり試験装置。
2. 前記カード押え部材の一部をトグルクランプで構成していることを特徴とする請求項１に記載のカードのねじり試験装置。
3. 前記ねじり試験ユニットと前記曲げ試験ユニットとは、前記カード保持体を共用していることを特徴とする請求項１又は２に記載のカードのねじり試験装置。
4. 前記ねじり試験ユニットは、前記回動部材を含む回動ユニットと、
   前記回動ユニットを前記回転軸に平行なＹ、−Ｙ軸方向に移動規制するガイド孔を有する前記テーブルと、
   前記ガイド孔に対し摺動自在な前記回動ユニットに設けられたガイド部と、
   前記回動ユニットを前記テーブルに固定及び解除する手段とを備えることを特徴とする請求項１，２又は３に記載のカードのねじり試験装置。
5. 前記回動ユニットの近傍に回動ユニット位置測定用スケールを備えることを特徴とする請求項１，２，３又は４に記載のカードのねじり試験装置。
6. 前記ねじり試験ユニットにおけるカードのねじり試験の回数を制御する制御手段と、
   前記回動手段の回動トルクを制御する制御手段とを備えることを特徴とする請求項１，２，３，４又は５に記載のカードのねじり試験装置。
7. 前記加重部材は、前記回転軸に平行なＹ、−Ｙ軸方向に移動する手段と、前記加重部材を前記テーブルに固定及び解除する手段とを備えることを特徴とする請求項１，２，３，４，５又は６に記載のカードのねじり試験装置。
8. 前記加重部材の近傍に加重部材位置測定用スケールを備えることを特徴とする請求項１，２，３，４，５，６又は７に記載のカードのねじり試験装置。

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