JP4865519B2 - 電線の耐屈曲性試験装置およびその試験方法 - Google Patents

Description

この発明は、電線または電線束状態での屈曲寿命を予測するための電線の耐屈曲性試験装置およびその試験方法、特に計測精度を高めた電線の耐屈曲性試験装置およびその試験方法に関する。

電線または電線束状態での屈曲寿命を予測するために、従来から単線での電線の屈曲回数を計測する屈曲性試験を行ってきた。正確な予測のためには、電線の屈曲性試験における屈曲回数の計測精度を向上させることが必要である。
図６および図７に、従来の電線の屈曲性試験の方法を示す。図６は、試験方法を説明する正面図であり、図７は試験方法を説明する側面図である。

図６に示すように、電線１０１が鉛直方向に配置され、電線の下端部には荷重１０２が取り付けられている。電線の所定の位置に電線の屈曲支点としてのマンドレル１０３が概ね水平に配置されている。電線の上端部には電線の屈曲を行うためのアーム１０４がマンドレルと概ね平行に配置されている。電線の下端部と電線の上端部は、屈曲回数を計測するカウンター１０５を介して電気的に接続されている。

図７に示すように、下端部に荷重１０２が取り付けられた電線１０１が側方に配置された１対のマンドレル１０３を屈曲支点として、電線が鉛直に立った位置（a）から例えば左に約９０度屈曲された後（ｂ）、元の位置（a）を経由して反対側に約１８０度屈曲され（ｃ）、更に約９０度反対側に屈曲されて元の位置（a）に戻る。即ちa−b−a−ｃ−aを１サイクルとしてこの動作を繰り返し、電線が電気的に切断されるまでの屈曲回数が計測される。

特開２００２−１５７９２７号公報

従来の電線の屈曲性試験では、電線を片端のみで固定しているので、屈曲性試験中に電線の捩れが発生し、捩れの影響が現れて屈曲性試験の計測精度が低下するという問題があった。

従って、この発明の目的は、低コストに、高い計測精度で試験を行うことができる電線の耐屈曲性試験装置およびその試験方法を提供することにある。

この発明の電線の耐屈曲性試験装置の第１の態様は、鉛直面において略U字形に湾曲された少なくとも１つの電線と、前記電線の略U字形の底部に取り付けられる荷重手段と、前記略Ｕ字形の前記電線を屈曲させる屈曲機構と、前記電線と接続され、屈曲による前記電線の断線を検知する電気回路と、前記屈曲機構の屈曲回数を計測するカウンターとを備えたことを特徴とする電線の耐屈曲性試験装置である。

この発明の電線の耐屈曲性試験装置の第２の態様は、前記屈曲機構は、前記電線の前記略Ｕ字形の底部と端部との間の所定部位を前記水平な方向の両側から挟みこんで支持し、屈曲支点として機能するマンドレルと、前記電線の端部に固定されて、前記マンドレルを屈曲支点として、前記電線を前記鉛直面に対称に折り返し屈曲させるアームとを備えたことを特徴とする電線の耐屈曲性試験装置である。

この発明の電線の耐屈曲性試験装置の第３の態様は、２本以上の前記電線が電気的に接続された状態で配置され、１つの屈曲機構によって屈曲されることを特徴とする電線の耐屈曲性試験装置である。

この発明の電線の耐屈曲性試験装置の第４の態様は、前記2本以上の電線が電気的に直列に接続されていることを特徴とする電線の耐屈曲性試験装置である。

この発明の電線の耐屈曲性試験装置の第５の態様は、前記２本以上の電線のうち屈曲により電気的に切断された電線を前記電気回路から切り離して、残りの電線によって電気回路を形成することを特徴とする電線の耐屈曲性試験装置である。

この発明の電線の耐屈曲性試験装置の第６の態様は、前記アームは、前記電線が電気的に切断されると屈曲動作を停止することを特徴とする電線の耐屈曲性試験装置である。

この発明の電線の耐屈曲性試験装置の第７の態様は、前記アームは、前記電線が電気的に切断されると屈曲動作を停止し、その後、電気回路が形成されると、屈曲動作を再開することを特徴とする電線の耐屈曲性試験装置である。

この発明の電線の耐屈曲性試験装置の第８の態様は、前記カウンターは、前記アームが屈曲動作を停止すると計測を停止し、屈曲動作を再開すると計測を継続することを特徴とする電線の耐屈曲性試験装置である。

この発明の電線の耐屈曲性試験方法の第１の態様は、鉛直面において略U字形に湾曲された電線の中央下方端に荷重をかけた状態で、前記電線を所定の屈曲点において鉛直面に対称に折り返し屈曲させ、
前記電線の電気的な導通がなくなるまでの屈曲回数を計測することを特徴とする電線の耐屈曲性試験方法である。

この発明の電線の耐屈曲性試験方法の第２の態様は、前記電線の前記略Ｕ字形の底部と端部との間の所定部位を前記水平な方向の両側から挟みこんで支持するとともに、前記電線の端部に電線を前記鉛直面に対称に折り返し屈曲させることを特徴とする電線の耐屈曲性試験方法である。

この発明の電線の耐屈曲性試験方法の第３の態様は、２本以上の前記電線を電気的に接続して、前記電線を同時に屈曲させて試験を行うことを特徴とする電線の耐屈曲性試験方法である。

この発明の電線の耐屈曲性試験方法の第４の態様は、前記2本以上の電線を電気的に直列に接続させていることを特徴とする電線の耐屈曲性試験方法である。

この発明の電線の耐屈曲性試験方法の第５の態様は、前記電線のうち最初に電気的な導通がなくなった電線から順に除去し、電気的な導通のある残りの電線を電気的に直列に接続して、さらに試験を行うことを特徴とする電線の耐屈曲性試験方法である。

この発明の電線の耐屈曲性試験装置および方法によると、略U字形に湾曲された電線を使用し、荷重手段を前記略U字形の底部に取り付けた状態で電線を屈曲させるので屈曲による電線の捩れを抑制できる。このことにより、低コストに、高い計測精度で電線の耐屈曲性試験を行うことができる。

この発明の実施形態例となる電線の耐屈曲性試験装置および方法を、図面を参照しながら説明する。

この発明の第１の実施形態となる電線の耐屈曲性試験装置とその試験方法について説明する。
図１は、電線の耐屈曲性試験装置の摸式図である。図１に示すように、電線の耐屈曲性試験装置１は、略U字形に湾曲された１本の電線２と、電線２の略U字形の底部に取り付けられる荷重手段３と、屈曲機構Aと、電線２の両端部に取り付けられた各端子６間を電気的に接続し、屈曲による電線２の断線を検知する電気回路８と、屈曲回数を計測するカウンター７とを備えている。なお、ここでは荷重手段３としては錘を用いている。
屈曲機構Aは電線２の略Ｕ字形の底部と端部との間の所定部位を水平方向の両側から挟みこんで支持し、屈曲支点として機能するマンドレル４と、電線２の上端部付近に取り付けられて電線２を屈曲させるアーム５を備えている。

電気回路８には、電気的な導通がなくなったことを検知する導通チェッカ１４が接続されている。導通チェッカ１４は電気回路８に電気を流すための電流源も備えている。また、アーム５はアーム５の動作を制御する制御回路１５を備えており、導通チェッカ１４およびカウンター７と信号接続されている。荷重手段３には電線挿通用のリング部３a（図１参照）が形成されており、電線の略U字形の底部でこの荷重手段３が係止される部分となる。

屈曲回数を計測するカウンター７は、例えば、アーム５の制御回路１５からカウント用の信号を受信しており、上述した電線２が鉛直に立った位置（a）から左に約９０度屈曲した後（ｂ）、元の位置（a）を経由して反対側に約１８０度屈曲し（ｃ）、更に約９０度反対側に屈曲して元の位置（a）に戻る、即ちa−b−a−ｃ−aを１サイクルとして、カウントが１つ増えるように動作する。導通チェッカ１４は、電気回路８の電気的導通が無くなったことを探知すると停止信号をアーム５の制御回路１５に送信し、アーム５の動作を停止させる。

なお、マンドレル４は所定の治具等によって固定されていることが好ましい。
図３はマンドレル４の位置固定治具の１つの例を説明する図である。図３に示すように、マンドレル４は、概ね水平に並列配置された1対の円柱形状物からなっている。位置固定治具９は、それぞれ１対の位置固定板１０−１、１０−２と位置固定台１１−１、１１−２からなっている。

マンドレル４の長軸方向の両端部には、マンドレル４の端部が嵌合される凹部を備えた位置固定板１０−１、１０−２がマンドレル４を挟み込むように概ね鉛直に配置されている。位置固定板１０−１、１０−２の下端部には、マンドレル４を挟み込んだ状態で位置固定板１０−１、１０−２を支持する位置固定台１１−１、１１−２が配置されている。このようにして形成された位置固定治具９によって概ね水平に並列配置された1対の円柱形状物からなるマンドレル４が、所定の位置および高さに固定されている。

次に、図１の耐屈曲性試験装置を用いた試験方法について説明する。
まず図３に示した位置固定治具９によって、マンドレル４を、図４に示す状態を満たすように、所定の位置および高さに固定する。
この状態で、図１に示すように、略U字形に湾曲された電線２の一方の端部の導体と他方の端部の導体を導線によって接続し、電気回路８を形成する。
電気回路８には導通チェッカ１４を電気的に接続する。また略U字形に湾曲された電線２の中央下方端に荷重手段３を固定し、荷重をかけた状態とする。
このような状態で、電線２を、アーム５によって、該アーム５の回転軸のまわりに、略U字形が形成された鉛直面に対称に、折り返し屈曲する。

このとき、アーム５によって電線２が折り返し屈曲されるため、その振動により電線２の略U字状に形成された部分が鉛直方向を軸に回転しようとする力が加わるが、略U字状の部分の電線２はマンドレル４の固定部分と荷重手段３の固定部分の３点で支持されているような状態になるため、構造力学的に前記回転しようとする力が抑制された状態で試験を行うことができる。

こうして電線２の導体が破断し、電線２が電気的に切断されるまで電線２の屈曲を継続する。
ここで上述したように、アーム５は、電線２が電気的に切断されると屈曲動作を停止するように設定されており、カウンター７は、アーム５が屈曲動作を停止すると計測を停止するように設定されているため、電線２の導体が破断して電線２の導通がなくなると、アーム５の動作が停止し、カウンター７が止まる。
そのときのカウンター７が表示する屈曲回数を、電線の耐屈曲性を示す屈曲回数として記録する。

図４は電線２の屈曲動作を説明する図である。電線２に固定されたアーム５は回転軸を中心に電線２を屈曲する。電線２の屈曲点と、電線２の屈曲時のアーム５の回転軸との間の関係を適切に律することによって、計測精度を更に高めることができる。即ち、図４に示すように、マンドレル４を屈曲支点として電線２が屈曲される。電線２の屈曲時のアーム５の回転軸を符号１２で示し、電線２の屈曲点を符号１３で示す。
ここで、電線２の屈曲点１３を、アームの回転軸１２からマンドレル４の円周分を考慮した高さ分だけ下げることによって、荷重が電線２に均一にかかり、より高い精度で屈曲回数の計測を行うことができる。

以上の様な電線の耐屈曲性試験装置と試験方法の効果を確認するため、図６に示す従来の電線１０１の耐屈曲性試験方法と、図１に示す第１の実施形態の電線２の耐屈曲性試験方法で試験結果を比較した。図５に比較実験の詳細を示す。
使用した電線２および電線１０１は、図５(a)に示すように、素線径０．３ｍｍ相当、素線本数７本、形状が円形圧縮であるサイズ０．５ｍｍ^２である。
また荷重手段３としては、図５（ｂ）に示すように、従来試験の方には４００ｇの錘を用い、本実施形態の試験の方にはその倍の８００ｇの錘を用いた。
このように本実施形態の試験で、従来の倍の重さの錘を使うのは、本実施形態の試験では、荷重手段３による荷重が、折り返された電線２のそれぞれに分散されるため、実質上、電線２に加わる荷重を従来試験の場合と一致させるためである。

上述した電線２および荷重手段３を使用して、複数本の電線２を対象に、試験温度２３℃で屈曲を繰り返した。その結果を図５（ｃ）の表に示す。
また、図５（ｄ）に電線２が電気的に切断されるまでの屈曲回数のバラつきを示す。縦軸は屈曲回数であり、横軸は本実施形態の試験と従来の試験の区別を示す。図５（ｄ）に示すように、電線２が電気的に切断されるまでの屈曲回数のバラつき（誤差）の幅（最大値−最小値）は、従来の方法によると、１７６９であるのに対して、本実施形態の方法によると、５３９と小さくなっていた。したがって従来の試験と比較して本実施形態の試験ではバラつき（誤差）が小さく、計測精度が向上していることが明らかである。
なお、電線２が電気的に切断されるまでの屈曲回数の平均値としては、従来方法は２６７３回であり、本実施形態の方法では２２２５回であった。

これは上述のように、従来、試験中、電線２の下端部に捩れが加わり、これが試験の外乱となり、試験結果となる屈曲回数のバラつきとなって現れたのに対し、本実施形態の場合には、電線２の略U字状の部分に荷重手段３を取り付ける構成によって前記捩れが抑制され、計測精度を乱す外乱要因を排除できたためであると考えられる。

以上説明したように、第１の実施形態の電線の耐屈曲性試験装置１は、鉛直面において略U字形に湾曲された少なくとも１本の電線２と、電線２の略U字形の底部に取り付けられる略鉛直方向下側への荷重を付与する荷重手段３と、略Ｕ字形の電線２を屈曲させる屈曲機構Aと、電線２と接続され、屈曲による電線２の断線を検知する電気回路８と、前記屈曲機構Aの屈曲回数を計測するカウンター７とを備えている。
このような構成により、鉛直面において略U字形に湾曲された電線２の中央下方端に荷重をかけた状態で、電線２を所定の屈曲点において鉛直面に対称に折り返し屈曲させ、電線２の電気的な導通がなくなるまでの屈曲回数を計測することができる。
よって非常に簡単な構成で屈曲による電線２の捩れを抑制でき、低コストで、より高い計測精度で電線の耐屈曲性試験を行うことができる。
また図６に示す従来技術では電線１０１に荷重手段１０２をくくりつける作業が大変であったが本実施形態例によれば荷重手段３のリング部３aに電線２を通すだけでよいので、試験の準備作業性が良い。

またその屈曲機構Aは、電線２の略Ｕ字形の底部と端部との間の所定部位を水平な方向の両側から挟みこんで支持し、屈曲支点として機能するマンドレル４と、電線２の端部に固定されて、マンドレル４を屈曲支点として、電線２を鉛直面に対称に折り返し屈曲させるアーム５とを備えている。
よって電線２の略Ｕ字形の底部と端部との間の所定部位を水平な方向の両側から挟みこんで支持するとともに、電線２の端部に電線２を鉛直面に対称に折り返し屈曲させることができ、マンドレル４を屈曲支点としてアーム５により電線２を安定して固定でき、安定した屈曲動作を実現することができる。

またアーム５は、電線２が電気的に切断されると屈曲動作を停止するように構成したので、その場合、電線２が電気的に切断されると電線２の耐屈曲性試験を即座に停止することができ、かつ試験装置を常に人が監視しておく必要がないため、好ましい。

またアーム５は、電線２が電気的に切断されると屈曲動作を停止し、その後、電気回路８が形成されると、屈曲動作を再開するように構成したので、電線２が電気的に切断されると電線２の耐屈曲性試験を即座に停止することができ、かつ電気回路８が形成されると即座に電線２の耐屈曲性試験を再開することができる。よって、試験装置を常に人が監視しておく必要がないため、好ましい。

またカウンター７は、アーム５が屈曲動作を停止すると計測を停止し、屈曲動作を再開すると計測を継続するように構成したので、電線２の屈曲を行うアーム５の動作と連動することになり、屈曲回数を正確に計測することができる。

次に本発明の第２の実施形態となる電線の耐屈曲性試験装置およびその試験方法について説明する。図２は、この発明の電線の耐屈曲性試験装置の他の態様を説明する摸式図である。尚、第１実施形態と同一構成の部分については同一符号を付して、適宜説明を省略する。
図２に示す電線の耐屈曲性試験装置１は、図１に示す装置と略同様に構成されているが、次の点で特徴的である。
すなわち試験対象となる電線としては、略U字形に湾曲され、直列配置された２つの電線２−１、２−２が使用される。そして電線２−１、２−２の略U字形のそれぞれの底部には荷重手段３−１、３−２が取り付けられる。
マンドレル４は、直列配置された２つの電線２−１、２−２の略Ｕ字形の底部と端部との間の所定部位を水平な方向の両側から一括して挟みこんで支持し、それぞれの屈曲支点として機能する。
このような２つの電線２−１、２−２の上端部付近は、位置的に並列配置されており、いずれもアーム５によって一括して固定され屈曲動作が行われるようになっている。
また直列配置された２つの電線のそれぞれの端子６−１、６−２は直列に電気的に接続されており、電気回路８は、屈曲による電線２−１、２−２の断線（導体の破断）を検知するよう、電線２−１、２−２に対して直列に形成されている。電気回路８には、屈曲回数を計測するカウンター７が接続されている。

以下、図２に示す電線の耐屈曲性試験装置を用いた試験方法について説明する。
まず図１の態様で説明したのと同様に、位置固定治具９によって、マンドレル４を所定の位置および高さに固定した状態で、電線２−１、２−２を図２に示すように直列に接続し、カウンター７と接続された電気回路８を形成する。
そして２つの電線２−１、２−２のそれぞれの略U字形に湾曲された中央下方端に荷重手段３−１、３−２を取り付け、電線２−１、２−２の両方に荷重をかけた状態とする。
このような状態で、アームの回転軸１２のまわりに、電線２−１、２−２の略U字形が形成された鉛直面に対称に、アーム５によって電線２−１、２−２の上端部側を折り返し屈曲し、いずれかの電線２−１もしくは電線２−２が電気的に切断されるまでの屈曲回数を計測する。
ここで例えば電線２−１が屈曲により電気的に切断されたとすると、そのときのカウンター７の屈曲回数を電線２−１の耐屈曲性を示す屈曲回数として記録する。
そして、その切断された電線２−１を電気回路８から切り離し、さらに残りの電線２−２のみによって新たな電気回路８を形成してから、電線２−２の屈曲動作を再開し、電線２−２について引き続き屈曲回数を計測する。

以上の第２の実施形態の電線の耐屈曲性試験装置及び試験方法によれば、図１のものと同様に、電線２−１と電線２−２のそれぞれについて電線の捩れが抑制され、低コストに、高い計測精度で電線の耐屈曲性について試験を行うことができる。

加えて２本以上の電線２−１、２−２が電気的に接続された状態で配置され、複数本の電線２−１、２−２を１つの屈曲機構Aによって屈曲することにより、電線の耐屈曲性試験装置１の部品点数が少なく済み、かつ一度に複数の電線２−１、２−２の耐屈曲性試験を行うことができ、試験効率を向上させることができる。
また計測毎にマンドレル４の位置の調節をする必要がなく、計測精度のバラつきが生じにくい。

また２本以上の電線２−１、２−２を図２のように電気的に直列に接続したので、図２に示すように、電気回路８が単純な構成となり、好ましい。

また２本以上の電線２−１、２−２のうち屈曲により電気的に切断された電線、例えば電線２−１を電気回路８から切り離して、残りの電線２−２によって電気回路８を形成するようにしたので、２本目の電線２−２の耐屈曲性試験をそのまま行うことができ、試験時間を短縮することができる。

以上説明した第１、第２の実施形態の電線の耐屈曲性試験装置およびその試験方法については種々の変更が可能である。
例えば第１、第２の実施形態における荷重手段３は錘であるが、鉛直下方向に引っ張るものであればなんでもよい。
また第２の実施形態では、略U字形に湾曲された２つの電線２−１、２−２を直列配置しているが、略U字形に湾曲された電線２の数は３以上であってもよい。複数の電線２−１、２−２の電気的な接続の仕方は、図２に示したように直列接続に限らず、各電線２−１、２−２を並列に接続してもよい。状況によって、直列接続と並列接続を組み合わせてもよい。いずれの場合も、切断した電線、例えば電線２−１を除去して、新たな電気回路８が形成されるようにスイッチを設定してもよい。
また第２の実施形態で、電線２−１を排除した後、電線２−２のみで試験を継続したが、新たに他の電線を電線２−２に接続しなおして試験を継続することももちろん可能である。

上述したように、この発明によると、低コストで、高い計測精度で試験を行うことができる電線の耐屈曲性試験装置およびその試験方法を提供することができる。

図１は、この発明の第１の実施形態となる電線の耐屈曲性試験装置とその試験方法を説明する摸式図である。 図２は、この発明の第２の実施形態となる電線の耐屈曲性試験装置とその試験方法を説明する摸式図である。 図３はマンドレルの位置固定治具の１つの例を説明する図である。 図４は電線の屈曲点を説明する図である。 図５は、比較実験の詳細を示す。 図６は、従来の電線の屈曲性試験方法を説明する正面図である。 図７は従来の電線の屈曲性試験方法を説明する側面図である。

符号の説明

１ 電線の耐屈曲性試験装置
２ 電線
３ 荷重手段
４ マンドレル
５ アーム
６ 端子
７ カウンター
８ 電気回路
９ 位置固定治具
１０ 位置固定板
１１ 位置固定台
１２ アームの回転軸
１３ 電線の屈曲点
１４ 導通チェッカ
１５ 制御回路
１０１ 電線
１０２ 荷重手段
１０３ マンドレル
１０４ アーム
１０５ カウンター

Claims (12)

1. 鉛直面において略Ｕ字形に湾曲された少なくとも１つの電線と、
   前記電線の略Ｕ字形の底部に取り付けられる略鉛直方向下側への荷重を付与する荷重手段と、
   前記電線の前記略Ｕ字形の底部と端部との間の所定部位を水平な方向の両側から挟みこんで支持し、屈曲支点として機能するマンドレルと、前記電線の端部に固定されて、前記マンドレルを屈曲支点として、前記電線を鉛直面に対称に折り返し屈曲させるアームとを備え、前記略Ｕ字形の前記電線を屈曲させる屈曲機構と、
   前記電線と接続され、屈曲による前記電線の断線を検知する電気回路と、
   前記屈曲機構の屈曲回数を計測するカウンターとを備えたことを特徴とする電線の耐屈曲性試験装置。
2. ２本以上の前記電線が電気的に接続された状態で配置され、１つの屈曲機構によって屈曲されることを特徴とする請求項１に記載の電線の耐屈曲性試験装置。
3. 前記２本以上の電線が電気的に直列に接続されていることを特徴とする請求項２に記載の電線の耐屈曲性試験装置。
4. 前記２本以上の電線のうち屈曲により電気的に切断された電線を前記電気回路から切り離して、残りの電線によって電気回路を形成することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の電線の耐屈曲性試験装置。
5. 前記アームは、前記電線が電気的に切断されると屈曲動作を停止することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の電線の耐屈曲性試験装置。
6. 前記アームは、前記電線が電気的に切断されると屈曲動作を停止し、その後、電気回路が形成されると、屈曲動作を再開することを特徴とする請求項４に記載の電線の耐屈曲性試験装置。
7. 前記カウンターは、前記アームが屈曲動作を停止すると計測を停止し、屈曲動作を再開すると計測を継続することを特徴とする請求項５または請求項６に記載の電線の耐屈曲性試験装置。
8. 鉛直面において略Ｕ字形に湾曲された電線の中央下方端に荷重をかけた状態で、前記電線を所定の屈曲点において鉛直面に対称に折り返し屈曲させ、
   前記電線の電気的な導通がなくなるまでの屈曲回数を計測することを特徴とする電線の耐屈曲性試験方法。
9. 前記電線の前記略Ｕ字形の底部と端部との間の所定部位を水平な方向の両側から挟みこんで支持するとともに、前記電線の端部に電線を鉛直面に対称に折り返し屈曲させることを特徴とする請求項８に記載の電線の耐屈曲性試験方法。
10. ２本以上の前記電線を電気的に接続して、前記電線を同時に屈曲させて試験を行うことを特徴とする請求項８または請求項９に記載の電線の耐屈曲性試験方法。
11. 前記２本以上の電線を電気的に直列に接続させていることを特徴とする請求項１０に記載の電線の耐屈曲性試験方法。
12. 前記電線のうち最初に電気的な導通がなくなった電線から順に除去し、電気的な導通のある残りの電線を電気的に直列に接続して、さらに試験を行うことを特徴とする請求項１１に記載の電線の耐屈曲性試験方法。

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