(57)【要約】【課題】従来のケーブルの劣化診断方法では、歪みゲージで体積変化を測定するため、大掛かりな計測装置及び電源が必要となり、現場診断には不向きであるという問題がある。また、昇降機用ケーブルのように屈曲運動するような用途で使用されるケーブルに対して、計測が困難であるという問題もある。【解決手段】この発明に係る歪みセンサは、歪の発生により亀裂が生ずる歪み検知材と、歪み検知材を塗布するフィルムと、互いに交差し相対位置が変動可能に組み合わされた二枚の板状体のそれぞれの一端をフィルムに固定し、それぞれの他端を被着体に固定するよう構成された支持体とを備えたものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
歪の発生により亀裂が生ずる歪み検知材と、
該歪み検知材を塗布するフィルムと、
互いに交差し相対位置が変動可能に組み合わされた二枚の板状体のそれぞれの一端を前記フィルムに固定し、それぞれの他端を被着体に固定するよう構成された支持体と
を備えたケーブルの劣化診断装置。
【請求項２】
前記板状体が、前記被着体に固定する側にスリットを備えた請求項１記載のケーブルの劣化診断装置。
【請求項３】
前記歪み検知材、前記フィルム、及び、前記支持体の前記被着体との２つの固定箇所を結んだ方向の断面が円弧形状を有する請求項１又は請求項２のいずれかに記載のケーブルの劣化診断装置。
【請求項４】
フィルムに歪の発生により亀裂が生ずる歪み検知材を塗布したセンサ部が、
互いに交差し相対位置が変動可能に組み合わされた二枚の板状体のそれぞれの一端を前記フィルムに固定し、それぞれの他端を被着体に固定するよう構成された支持体により、前記被着体と距離を置いて設置され、前記センサ部が、前記被着体の収縮によるひずみを検知し、前記歪み検知材に亀裂が生ずることにより、ケーブルの劣化を診断するケーブルの劣化診断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ケーブルの劣化診断装置としての歪みセンサ、及び、該センサを用いたケーブルの劣化診断方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ケーブルには表面を被覆するシース材として塩化ビニル樹脂などが用いられるが、このような樹脂をシース材として用いた場合、温度等による経年劣化により樹脂が硬化及び収縮し、屈曲性が低下する。特に、昇降機のかご部分やドアセンサ部分の可動部に用いられるケーブルでは、使用によりケーブル全体に繰り返しの曲げ変形が発生するため、屈曲性が低下するとシース材に亀裂が生じ、絶縁性が低下する。
【０００３】
このような経年劣化による樹脂の屈曲性低下を検査する方法として、従来は、塩化ビニル樹脂が劣化して硬くなることを利用して硬度計や超音波で劣化の程度を検出する方法が用いられてきた。
【０００４】
一方、現場で簡易にケーブル被覆の劣化を診断できるよう、あらかじめケーブルに劣化検出可能なセンサを貼り付ける方法があり、例えば、塩化ビニル樹脂が劣化により収縮し体積変化する性質を利用し、塩化ビニル樹脂からなるシース材が設けられたケーブル表面に歪みゲージを貼り付け、値の変化で劣化を検出する方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−３４２６６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のような従来のケーブルの劣化診断方法では、歪みゲージで体積変化を測定するため、大掛かりな計測装置及び電源が必要となり、現場診断には不向きであるという問題がある。また、昇降機用ケーブルのように屈曲運動するような用途で使用されるケーブルに対して、計測が困難であるという問題もある。
【０００７】
この発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、電源や特殊な計測器を用いることなく、容易にケーブルの劣化を診断できる劣化診断装置としての歪みセンサを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係るケーブルの劣化診断装置は、歪の発生により亀裂が生ずる歪み検知材と、歪み検知材を塗布するフィルムと、互いに交差し相対位置が変動可能に組み合わされた二枚の板状体のそれぞれの一端をフィルムに固定し、それぞれの他端を被着体に固定するよう構成された支持体とを備えたものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、特殊な計測装置及びそれに伴う電源を用いることなく、容易にケーブルの被覆の劣化診断が可能で、特に、可動部を備え狭隘な場所で使用される昇降機用ケーブルに容易に適用可能であるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１に係る歪みセンサの断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る歪みセンサの支持体を示す上面図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る歪みセンサの板状体を示す上面図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る歪みセンサの変形後を示す断面図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係る歪みセンサの板状体の一例を示す上面図である。
【図６】この発明の実施の形態１に係る歪みセンサの一例を示す断面図である。
【図７】この発明の実施の形態１に係る歪みセンサの一具体例に加速度試験を施した場合の収縮を示すグラフである。
【図８】この発明の実施の形態２に係る歪みセンサの板状体を示す上面図である。
【図９】この発明の実施の形態３に係る歪みセンサの一例を示す断面図である。
【図１０】この発明の実施の形態２に係る歪みセンサの一例を示す上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
次に、図面を用いて、この発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１２】
図１は、この発明の実施の形態１によるケーブルの劣化診断装置の断面図である。ケーブルの劣化診断装置としての歪みセンサにおいて、センサ部１は、フィルム２と、フィルム２上に塗布された歪み検知材３とから構成されており、一定値以上の歪みが発生したことを視覚により知らせる機能を有している。フィルム２は歪み検知材３を保持する基材となり、ケーブル表面を被覆するシース材としての塩化ビニル樹脂である被着体４に発生した変化が支持体５を通じて歪み検知材３に伝わる機能を有している。
【００１３】
上記構成とすることで、ケーブル表面を被覆するシース材に所定の歪みが発生すると、フィルム２に力が加わり、フィルム２を介して歪み検知材３にも歪みが生じる。その結果、歪み検知材３に亀裂を生じ、この亀裂を確認することで、ケーブルの劣化を検知する機能を有する。
【００１４】
支持体５は、２枚の第一板状体５１及び第二板状体５２が互いに交差し摺動可能な状態で組み合わされた構造を有し、ケーブル表面を被覆するシース材である被着体４に発生した歪みをセンサ部１に伝えるためのものである。ただし、必ずしも摺動可能である必要はなく、第一板状体５１と第二板状体５２とが、両端を固定することで離れて配置され、擦れることなく、相対位置を自由に移動するような構成としても構わない。
【００１５】
センサ部１の両端は、支持体５を構成する２枚の板状体のそれぞれの一端に固定されている。支持体５は、ケーブル表面を被覆するシース材に生じる圧縮歪みを引張歪みに変換するためのものであり、支持体５を構成する２枚の板状体のそれぞれの他端は接着剤や熱溶着等でケーブル表面に貼り付けられている。
【００１６】
図２は、本発明の実施の形態１による歪みセンサの支持体の構造を示す概略図である。また、図３は、本発明の実施の形態１による歪みセンサの支持体を構成する板状体の構造を示す概略図である。これらの図は共に上面図である。図において、支持体５を構成する２枚の第一板状体５１及び第二板状体５２が互いに交差しても、支持体５の被着体４との貼り付け箇所の上に、センサ部１が被着体４（被着体４が円状断面の一部をなす場合には、貼り付け箇所のほぼ中心箇所における接線方向）と略平行を維持したまま固定できるよう、支持体５を構成する２枚の第一板状体５１及び第二板状体５２には、それぞれ第一凹部５３及び第二凹部５４があり、第一凹部５３及び第二凹部５４が互いにかみ合う構造となっている。
【００１７】
例えば、第一板状体５１及び第二板状体５２を同形状とした場合について説明する。第一凹部５３及び第二凹部５４の切り込みの深さｗ１は支持体５の剛性を極端に低下させないように、第一凹部５３及び第二凹部５４の幅ｗの半分以下とすることが望ましい。また、第一凹部５３及び第二凹部５４が互いにかみ合う位置をそれぞれの第一板状体５１及び第二板状体５２のセンサ部１側の端からａ１、被着体４側の端からａ２とすると、図１に示したように、センサ部１と被着体４（被着体４が円状断面の一部をなす場合には、貼り付け箇所のほぼ中心箇所における接線方向）と略平行となるように、幾何学的な相似の関係から決定し、ａ１：ａ２＝Ｌ：ｄとなるように設定する。第一凹部５３及び第二凹部５４の幅ｗ２は、少なくとも支持体５の厚み以上は必要であり、さらに被着体４の歪みにより発生する支持体５の移動を妨げないような寸法とする。
【００１８】
例えば、被着体４に発生する歪みが１０％程度と予想される場合、支持体５は０．１ｄ移動するため、第一板状体５１及び第二板状体５２の厚み＋０．１ｄ以上とする。ただし、ｗ２が大きすぎると支持体５の剛性が低下するため必要最小限とし、例えば、第一板状体５１及び第二板状体５２の厚み＋０．１ｄの１．１倍以下とする。第一板状体５１及び第二板状体５２の長さａは、図１に示すように、センサ部１の長さＬと貼り付け間隔ｄ、及びセンサ部１と被着体４の距離ｈから決定され、以下の式で表される。なお、距離ｈは、センサ１のサイズから決定され、小さいセンサが必要な場合は、ｈを小さくすれば良い。
【００１９】
なお、以下の式で算出される長さａは、あくまで目安の長さを算出するための簡易的な式であり、別途、被着体４との貼り付け部長さの分が必要である。また第一板状体５１及び第二板状体５２の厚みが、センサの長さＬや貼り付け間隔ｄに比べて無視できないほど厚い場合には、その板厚を考慮する必要があることは当然である。
【００２０】
【数１】
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【００２１】
仮に、図４で示すように、被着体４表面で歪みが発生し、被着体４の貼り付け間隔ｄがΔｄだけ縮む場合を考える。被着体４表面の歪みε０は、ε０＝−Δｄ／ｄとなり、支持体５を介してセンサ部１にはΔｄの伸びが発生する。このとき、センサ部１に発生する歪みε１は、ε１＝Δｄ／Ｌとなる。すなわち、センサ部１と被着体４に発生する歪みの絶対値比は、ε１／ε０＝d／Ｌとなり、センサ部１の歪みε１は、被着体４の歪みε０に対してα＝ｄ／Ｌ倍に増幅又は低減される。また、被着体４の歪みは圧縮であっても、センサ部１の歪みは引張方向となるため、センサ部１には、曲げのような面外方向の変形が起きず、被着体の歪みを精度良く測定できる。
【００２２】
歪み検知材３の材料としては、ある一定値以上の歪みで亀裂が生じるような脆性材からなる塗料等が適しており、例えば、アビエチン酸とカルシウムアビエテートを主成分とする応力塗料や、エポキシ系、ウレタン系、アクリル系の塗料が上げられる。また塗料内に染色剤を含むマイクロカプセルを埋めた亀裂検出塗料を用いれば、より亀裂発生を用意に目視で確認できる。
【００２３】
フィルム２としては、被着体の歪みに追従できるよう薄くて柔軟なものが良く、ポリエチレン、ポリオレフィン、アクリル、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド、塩化ビニル、ポリフェニレンサルファイド、シリコーン、若しくはフッ素等の樹脂系フィルム、又は、アルミニウム、銅、若しくは錫等の金属箔、又は、ガラスクロスやビニルクロス等が考えられる。
【００２４】
支持体５は、センサ部１へ精度良く歪みを伝えられるよう、剛性のあるものが適している。材質は、フィルム２と同じでも良いが、厚みや幅を増やして剛性を上げたものが考えられる。
【００２５】
この発明の実施の形態に係る歪みセンサの適用先としては、劣化により収縮する材料の劣化検出を目的とし、塩化ビニル樹脂又はゴムを使用した製品、例えば、ケーブル、ローラ、又は、パッキン等が考えられる。なお、上記実施の形態では、第一板状体５１及び第二板状体５２を同形状とした場合について説明したが、異なる形状であっても、上記目的を達成できれば構わない。例えば、第一板状体５１及び第二板状体５２の長さ又は幅が異なる場合などであっても、ａ１、ａ２、ｗ１、ｗ２、ｈ、ｄ、又は、Ｌを設計することにより上記目的が達成できることは明らかである。
【００２６】
また、図４は、簡易的に第一板状体５１及び第二板状体５２の被着体４の貼り付け位置の内一方を固定する形で記載しているが、相対的な位置関係を示しているもので、絶対的な位置関係からは、貼り付け位置の両方が移動するのが通常である。また、上記実施の形態では、センサ部１と被着体４と略平行となるように設置したが、被着体４の縮小がセンサ部１の伸張として捕らえられるような構成であれば、特に平行である必要はなく、少しぐらい斜めであっても、ねじれの位置にあっても構わない。
【００２７】
以下に、この発明の実施の形態に係る歪みセンサの詳細を示す。測定対象として、３つの芯材７を有する塩化ビニル樹脂製シース８のケーブル（φ３４）を用いた。センサ部１のフィルム２としては、アルミニウム箔で厚さ１０μｍのものを幅５ｍｍ、長さ１２ｍｍにカットして用いた。歪み検知材３としては、応力塗料（テック技販社製の製品名がＳＴＲＥＳＳＭＡＲＫ  ＿ ＳＴ−２５）を使用した。これをフィルム２にスプレーで５回塗布し、２５℃５０％ＲＨで３０時間乾燥した。支持体５として、アルミニウム製の板厚０．５ｍｍのシートを図５で示したように幅１０ｍｍ、長さ１２ｍｍにカットし、フィルム２の両端１ｍｍの幅を接着部６とし、支持体５と構造用接着剤で接着した。
【００２８】
図６は、この発明の実施の形態に係る歪みセンサを被着体である３芯のケーブルの塩化ビニル樹脂製シースに貼り付けた場合の断面を示す図である。図において、第一板状体５１及び第二板状体５２の被着体４への貼り付けは間隔６ｍｍで、ケーブルの円周方向に沿って接着剤で貼り付けた。こうして作成したサンプルに対して、劣化を模擬するため、加速度試験（１００℃の高温槽に入れ、定期的に取り出し、ケーブルの外形を測定すると共に、センサ部１の状態を観察）を実施した。その結果、暴露時間と共に外径が図７で示すように変化し、約２００時間で歪みセンサに亀裂を確認でき、劣化による塩化ビニル樹脂が収縮したことにより劣化が生じていると確認できた。
【００２９】
この発明の実施の形態に係る歪みセンサをケーブル等に貼り付けることで、一定値以上の歪みが発生した場合に目視により検出でき、あらかじめ劣化の基準を設定しておくことで、この劣化の基準に対応した歪みが発生した場合に亀裂が生じるように設計することで、ケーブルの劣化を簡易に確認することが可能となる。
【００３０】
また、センサ部を被着体に直接貼り付けるのではなく、センサ部の両端に互いに交差するよう支持体を介して被着体に貼り付けることで、わずかな歪みでも検出ことが可能であり、センサ部の長さと支持体と被着体の貼り付け間隔の比を調整してやることで、歪みを増幅又は低減してセンサ部に伝えることが可能となり、歪みの感度を調節することができる。
【００３１】
また塩化ビニル樹脂シースを用いたケーブルのように劣化で収縮する場合には、被着体に圧縮方向の歪みが発生するが、交差した支持体を介することで、引張方向の歪みをセンサ部に与えられ、センサ部の変形、座屈を懸念することなく、安定した歪み測定が可能となる。
【００３２】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、図３で示したように第一板状体及び第二板状体の長手方向の所定の位置に凹状の切込みを入れただけの形状であったが、さらに、短手方向の被着体に貼り付ける側に切れ込みを入れる形状とすることで、被着体の変形方向に平行な方向に貼り付けるのみではなく、変形方向に垂直な方向に貼り付けることが容易にできる。
【００３３】
図８は、この発明の実施の形態に係る歪みセンサの板状体の形状を示した上面図である。ここでは、簡略のため、二枚の板状体を同形状として、その一枚についてのみ説明する。板状体５５は、被着体４に貼り付ける側に複数（ここでは３本）の切り込み５６を有している。このような構成とすることで、被着体４に貼り付ける際に、被着体４の変形方向に垂直に貼り付けることが可能となる。他の構成については、上記実施の形態と同様であるため説明を省略する。
【００３４】
図１０は引張荷重により変形した状体を示す上面図である。仮に図１０に示すように、被着体４が引張荷重により変形した場合を考えると、第一板状体５６と第二板状体５７を、変形方向に垂直に切り込みを入れた部分を被着体４に貼り付ければ、変形後の第一板状体５８及び変形後の第二板状体５９からわかるように、切り込み部で被着体４の変形が吸収される。切り込み部は、第一板状体５６と第二板状体５７の短辺方向の剛性が低下するためである。このように切り込み部で被着体４の変形が吸収されるため、被着体４の変形方向の影響を受けることなく、センサの測定方向に発生するひずみを検出することができる。
【００３５】
支持体を構成する板状体をこのような形状にすることで、被着体の接着面と垂直な方向に変形してもセンサ部にこの変形が伝わらず、劣化による材料の収縮の影響のみをセンサ部で検出することができる。例えば、ケーブルでは、可動機器で使用される場合に、長手方向に屈曲するような変形を受けることが多いが、この発明の実施の形態２に係る歪みセンサの板状体を実施の形態１の詳細のように周方向に貼り付けることで、屈曲運動の影響を受けることなく、劣化による収縮を精度良く検出できる。
【００３６】
実施の形態３．
上記実施の形態１では、センサ部及び板状体を平板状の構成としていたが、被着体となるケーブルの曲率に近いような曲率で板を円弧状に加工したような形状であっても構わない。
【００３７】
図９は、この発明の実施の形態３に係る歪みセンサを被着体であるケーブル表面に貼り付けた構造を示す断面図である。このような形状とすることで、歪みセンサの高さを低く抑えることができ、ケーブルに貼り付けても場所をとらずにコンパクトな設計とすることが可能になる。
【符号の説明】
【００３８】
１  センサ部、２  フィルム、３  歪み検知剤、４  被着体、５  支持体、５１  第一板状体、５２  第二板状体、５３  第一凹部、５４  第二凹部、５５  板状体、  ６  接着部、７  芯材、  ８  塩化ビニル樹脂製シース、
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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