(57)【要約】【課題】線径が０．０２〜１ｍｍの範囲にある線材の回転曲げ疲労試験を高精度かつ高効率に行って、線材のＳ−Ｎ線図を、簡便、迅速、かつ高精度で作成することが可能な線材の疲労試験方法を提供する。【解決手段】断面円形の線材１１を平面内で屈曲状態に保持しながら、線材１１の中心軸１５を回転中心とし屈曲状態の線材１１の両側を同期して回転させて、線材１１の屈曲部１２に引張応力及び圧縮応力を繰返し負荷し、線材１１に繰返し負荷される応力振幅値Ｓと破壊までの繰返し数Ｎとの関係を求めてＳ−Ｎ線図を作成する線材の疲労試験方法であって、線材１１の線径ｄは０．０２〜１ｍｍの範囲とし、屈曲部１２の曲げ半径Ｒを調節して応力振幅値Ｓを決定し、Ｓ−Ｎ線図を作成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
断面円形の線材を平面内で屈曲状態に保持しながら、該線材の中心軸を回転中心とし屈曲状態の前記線材の両側を同期して回転させて、前記線材の屈曲部に引張応力及び圧縮応力を繰返し負荷し、前記線材に繰返し負荷される応力振幅値Ｓと破壊までの繰返し数Ｎとの関係を求めてＳ−Ｎ線図を作成する線材の疲労試験方法であって、
前記線材の線径ｄは０．０２〜１ｍｍの範囲とし、前記屈曲部の曲げ半径Ｒを調節して前記応力振幅値Ｓを決定し、前記Ｓ−Ｎ線図を作成することを特徴とする線材の疲労試験方法。
【請求項２】
請求項１記載の線材の疲労試験方法において、該疲労試験方法に使用する前記線材の線径ｄを少なくとも２種設定し、前記Ｓ−Ｎ線図は、線径ｄの異なる前記線材毎に得られる前記応力振幅値Ｓと前記繰返し数Ｎで構成される疲労試験データを用いて作成することを特徴とする線材の疲労試験方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の線材の疲労試験方法において、屈曲状態の前記線材は、半円形状の前記屈曲部と、該屈曲部の両側にそれぞれ連接し、互いに平行配置される直線部とを有していることを特徴とする線材の疲労試験方法。
【請求項４】
請求項１又は２記載の線材の疲労試験方法において、屈曲状態の前記線材は、円弧角１８０度未満の前記屈曲部と、該屈曲部の両側にそれぞれ連接する直線部とを有していることを特徴とする線材の疲労試験方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の線材の疲労試験方法において、前記線材は、線径が２０〜１８０μｍの素線であることを特徴とする線材の疲労試験方法。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の線材の疲労試験方法において、前記線材は、線径が２０〜１８０μｍの素線を複数本撚り合せた撚線であることを特徴とする線材の疲労試験方法。
【請求項７】
請求項５又は６記載の線材の疲労試験方法において、前記素線は、単一金属導体で形成されていることを特徴とする線材の疲労試験方法。
【請求項８】
請求項５又は６記載の線材の疲労試験方法において、前記素線は、２以上の異種金属を同心円状に積層配置された複合金属導体で形成されていることを特徴とする線材の疲労試験方法。
【請求項９】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の線材の疲労試験方法において、前記線材は、線径が２０〜１８０μｍであって、単一金属導体又は２以上の異種金属を同心円状に積層配置された複合金属導体からなる芯材と、該芯材の外周側に配置された絶縁被覆層とで形成された素線であることを特徴とする線材の疲労試験方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、ロボット用ケーブルに使用される線材の回転曲げ疲労試験を高精度かつ高効率に行って、線材のＳ−Ｎ線図を、簡便、迅速、かつ高精度で作成する線材の疲労試験方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ロボット動作の高速化に伴って、ロボット用ケーブルには高い耐屈曲疲労特性が求められている。そこで、ロボット用ケーブルの耐屈曲疲労特性の評価として、例えば、ロボット用ケーブルを左右に９０°屈曲させるケーブル屈曲疲労試験が行われている。しかし、ケーブル屈曲疲労試験からは、ロボット用ケーブルを構成している撚線の耐屈曲疲労特性、撚線を形成している素線の耐屈曲疲労特性を評価することはできない。一方、素線は、ケーブルや撚線の単位構成要素であるため、素線の耐屈曲疲労特性を正確に把握することは、素線を形成している導体材料開発、素線を作製する製造プロセス開発、及び撚線（ケーブル）を作製する製造プロセス開発に大きく資することになる。そこで、素線と同一の導体材料を用いて疲労試験片、例えば、微小な薄片試験片を作製して疲労試験を行って耐屈曲疲労特性を求め、得られる耐屈曲疲労特性を素線の耐屈曲疲労特性の代用としている。
【０００３】
ここで、同一の導体材料を用いて素線と薄片試験片をそれぞれ作製する場合、素線の形成では、伸線方向に大きな加工が加わる三次元的な加工が主体となるため、素線の組織は、伸線方向に組織の微細化が生じるという特徴を有し、薄片試験片の形成では、二次元的な加工が主体となるため、薄片試験片の組織は、厚み方向に組織の微細化が生じるというという特徴を有する。このため、ロボット用ケーブルに使用する素線のように線径が小さくなると、素線の組織状態と薄片試験片の組織状態との差が拡大し、薄片試験片の耐屈曲疲労特性を、素線の耐屈曲疲労特性の代用とすることができなくなる。
また、錫めっき銅線や銅被覆アルミニウム線等のように複合金属導体で素線が形成されている場合、素線に形成されている複合構造と類似の複合構造を有する薄片試験片を作製することは不可能で、複合金属導体の薄片試験片の耐屈曲疲労特性を求めて、複合金属導体の素線の耐屈曲疲労特性の代用とすることはできない。このため、複合金属導体の素線の耐屈曲疲労特性を評価することができないという問題がある。
【０００４】
一方、線材の疲労試験として回転曲げ疲労試験が従来から行われているが、従来の回転曲げ疲労試験機を用いた線材の疲労試験では、線材の一端側を把持して回転力を与えながら、他端側は回転可能に自由支持しているだけなので、線材の線径が小さくなると、回転に伴って線材に作用するねじりモーメントの影響が無視できなくなる。このため、疲労試験結果のバラツキが大きくなって正確なデータが得られず、従来の回転曲げ疲労試験機を用いる場合、線径の下限は、例えば、鋼線では２ｍｍ程度とされている。そこで、線径が２ｍｍ未満の線材（細線）の回転曲げ疲労試験を正確に行うために、線材に繰返しの荷重が加えられる部分（屈曲部）に対し両方向から回転力を導入して、線材にねじりモーメントが作用することを防止した線材の疲労試験方法が提案されている（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６−２３５６８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、従来の回転曲げ疲労試験機を用いて線材の疲労試験を行う場合、線径が０．１〜０．２ｍｍ程度の線材では、線材の回転速度を大きくすると、線材の中心軸を回転中心として回転する状態、即ち、屈曲部の位置が移動しない状態から、屈曲部が移動する状態（線材の一端側にある把持部と他端側にある自由支持部をそれぞれ固定部位として、屈曲部を含む線材の中央領域が周回運動する状態）に変化するという問題がある。また、線径が０．１ｍｍ以下の線材では、線材の回転速度を大きくすると、線材の剛性が不足しているため、線材が安定して回転できないという問題が生じる。そこで、屈曲状態の線材を、線材の中央部に配置される屈曲部と、屈曲部の両側にそれぞれ連接して配置され、屈曲部の端部に接する接線と同一方向となる中心軸を有する直線部で構成されるように保持して、特許文献１の発明と同様に、線材の両側、即ち、各直線部の端側に回転力を同期して与えるようにすると、線材の線径が０．１ｍｍ以下でも、線材の剛性不足を補って、線材の中心軸を回転中心として線材を高速で安定して回転させることができることが判明した。しかし、線材の線径が０．２ｍｍ以下になると、線材の疲労試験を行う度に線材の屈曲状態を常に正確に設定すること、即ち、線材の疲労試験を行う度に屈曲部の曲げ半径（曲率半径）と屈曲部に対する直線部の傾斜角度をそれぞれ正確に設定することは困難で、屈曲部に発生する引張応力及び圧縮応力の値を正確に変化させながら線材の疲労試験を行うことは非常に難しいという問題がある。
【０００７】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、線径が０．０２〜１ｍｍの範囲にある線材の回転曲げ疲労試験を高精度かつ高効率に行って、線材のＳ−Ｎ線図を、簡便、迅速、かつ高精度で作成することが可能な線材の疲労試験方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的に沿う本発明に係る線材の疲労試験方法は、断面円形の線材を平面内で屈曲状態に保持しながら、該線材の中心軸を回転中心とし屈曲状態の前記線材の両側を同期して回転させて、前記線材の屈曲部に引張応力及び圧縮応力を繰返し負荷し、前記線材に繰返し負荷される応力振幅値Ｓと破壊までの繰返し数Ｎとの関係を求めてＳ−Ｎ線図を作成する線材の疲労試験方法であって、
前記線材の線径ｄは０．０２〜１ｍｍの範囲とし、前記屈曲部の曲げ半径Ｒを調節して前記応力振幅値Ｓを決定し、前記Ｓ−Ｎ線図を作成する。
【０００９】
本発明に係る線材の疲労試験方法において、該疲労試験方法に使用する前記線材の線径ｄを少なくとも２種設定し、前記Ｓ−Ｎ線図は、線径ｄの異なる前記線材毎に得られる前記応力振幅値Ｓと前記繰返し数Ｎで構成される疲労試験データを用いて作成することが好ましい。
【００１０】
本発明に係る線材の疲労試験方法において、屈曲状態の前記線材は、半円形状の前記屈曲部と、該屈曲部の両側にそれぞれ連接し、互いに平行配置される直線部とを有していることが好ましい。
【００１１】
本発明に係る線材の疲労試験方法において、屈曲状態の前記線材は、円弧角１８０度未満の前記屈曲部と、該屈曲部の両側にそれぞれ連接する直線部とを有している構成としてもよい。
【００１２】
本発明に係る線材の疲労試験方法において、前記線材は、線径が２０〜１８０μｍの素線とすることができる。
【００１３】
本発明に係る線材の疲労試験方法において、前記線材は、線径が２０〜１８０μｍの素線を複数本撚り合せた撚線とすることもできる。
ここで、撚り合わせる素線の本数は、例えば、線径が０．１５〜１ｍｍの撚線を形成する際の本数である。特に、素線が極細線（例えば、線径が５０μｍ以下）になると、撚り合わせる際に素線に加えられる曲げ変形に対する各素線間の撚り周差は無視でき、撚り周差が無視できることに伴って回転曲げ疲労試験時の各素線に発生する応力振幅の差も無視できるので、撚線を一つの線材として一体的に評価することができる。
【００１４】
本発明に係る線材の疲労試験方法において、前記素線は、単一金属導体で形成することができる。
ここで、単一金属導体とは、例えば、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金等をさす。
【００１５】
本発明に係る線材の疲労試験方法において、前記素線は、２以上の異種金属を同心円状に積層配置された複合金属導体で形成することもできる。
ここで、複合金属導体とは、例えば、錫めっき銅、錫めっき銅合金、銅被覆アルミニウム、銅被覆アルミニウム合金等をさす。
【００１６】
本発明に係る線材の疲労試験方法において、前記線材は、線径が２０〜１８０μｍであって、単一金属導体又は２以上の異種金属を同心円状に積層配置された複合金属導体からなる芯材と、該芯材の外周側に配置された絶縁被覆層とで形成された素線とすることができる。
ここで、単一金属導体とは、例えば、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金等をさし、複合金属導体とは、例えば、錫めっき銅、錫めっき銅合金、銅被覆アルミニウム、銅被覆アルミニウム合金等をさし、絶縁被覆層は、例えば、フッ素樹脂、ポリエチレン、又は塩化ビニル等からなり、厚さは、例えば、５０〜３００μｍである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る線材の疲労試験方法においては、線径が０．０２〜１ｍｍの範囲にある線材の回転曲げ疲労試験を行うので、例えば、ロボット用ケーブル等に使用する細径の素線や、素線を撚って形成した細径の撚線のＳ−Ｎ線図を作成することができる。これにより、素線を形成する導体材料開発、素線の製造プロセス開発、撚線の製造プロセス開発に資することができる。
【００１８】
本発明に係る線材の疲労試験方法において、疲労試験方法に使用する線材の線径ｄを少なくとも２種設定する場合、線材の曲げ半径Ｒを調節して、線材の疲労試験機に対する取付け条件を決めてやれば、線材のヤング率をＥとすると、疲労試験時に線材に負荷される応力振幅値ＳはＥｄ／（２Ｒ）となるため、線材の線径ｄを変えるだけで異なる応力振幅値Ｓを正確に設定することができ、線材の回転曲げ疲労試験を容易かつ正確に行うことができる。
そして、Ｓ−Ｎ線図を、線径ｄの異なる線材毎に得られる応力振幅値Ｓと繰返し数Ｎで構成される疲労試験データを用いて作成する場合、高精度のＳ−Ｎ線図を効率的に作成することができる。
【００１９】
本発明に係る線材の疲労試験方法において、屈曲状態の線材が、半円形状の屈曲部と、屈曲部の両側にそれぞれ連接し、互いに平行配置される直線部とを有する場合、屈曲部と直線部の接続領域に不測の応力が加わることを防止でき、疲労試験結果のバラツキを抑えて正確なデータを得ることができる。
【００２０】
本発明に係る線材の疲労試験方法において、屈曲状態の線材が、円弧角１８０度未満（π未満）の屈曲部と、屈曲部の両側にそれぞれ連接する直線部とを有している場合、円弧角を調節することにより屈曲部に加える応力振幅値Ｓを容易に調整することができると共に、屈曲部と直線部の接続領域に不測の応力が加わることを防止でき、疲労試験結果のバラツキを抑えて正確なデータを得ることができる。
【００２１】
本発明に係る線材の疲労試験方法において、線材が、線径が２０〜１８０μｍの素線である場合、従来は不可能であった、例えば、ロボット用ケーブルの素線のＳ−Ｎ線図を直接作成することができる。
【００２２】
本発明に係る線材の疲労試験方法において、線材が、線径が２０〜１８０μｍの素線を複数本撚り合せた撚線である場合、従来は不可能であった、例えば、ロボット用ケーブルの撚線のＳ−Ｎ線図を直接作成することができる。これにより、撚線がロボット用ケーブルとして実際に使用される際の寿命を予測することができ、実用的なデータを収集することが可能になる。更に、素線の間に生じる摩擦力を低減するための撚り合せ方法の選定や、単一線間に介在させる潤滑剤の種類及び層厚の最適化を図ることができる。
【００２３】
本発明に係る線材の疲労試験方法において、素線が、単一金属導体で形成されている場合、素線が、２以上の異種金属を同心円状に積層配置された複合金属導体で形成されている場合、回転曲げ疲労試験結果（素線のＳ−Ｎ線図）から、素線の導体材料開発や素線の製造プロセス開発をそれぞれ効率的に行うことができる。
【００２４】
本発明に係る線材の疲労試験方法において、線材が、線径が２０〜１８０μｍであって、単一金属導体又は２以上の異種金属を同心円状に積層配置された複合金属導体からなる芯材と、芯材の外周側に配置された絶縁被覆層とで形成された素線である場合、回転曲げ疲労試験結果（素線のＳ−Ｎ線図）から、素線（芯材）の導体材料開発や素線の製造プロセス開発をそれぞれ効率的に行うことができ、更に、素線のたわみやねじれの防止（素線の高剛性化）、把持による素線（芯材）損傷防止に適切な絶縁被覆層をそれぞれ選定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ本発明の第１の実施の形態に係る線材の疲労試験方法が適用される線材の疲労試験装置の平面図、側面図である。
【図２】線材の屈曲状態の説明図である。
【図３】変形例に係る線材の疲労試験装置の平面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る線材の疲労試験方法で求めたＳ−Ｎ線図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る線材の疲労試験方法が適用される線材の疲労試験装置の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
本発明の第１の実施の形態に係る線材の疲労試験方法が適用される線材の疲労試験装置１０（以下、単に疲労試験装置１０という）は、図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、断面円形で直状の線材１１（線径ｄは０．０２〜１ｍｍ）を平面内で屈曲状態に保持しながら、線材１１の中心軸１５を回転中心として回転させて、線材１１の屈曲部１２に引張応力及び圧縮応力を繰返し負荷し、線材１１に繰返し負荷される応力振幅値Ｓと破壊までの繰返し数Ｎとの関係を求めてＳ−Ｎ線図を作成する装置である。なお、屈曲状態の線材１１は、半円形状の屈曲部１２と、屈曲部１２の両側にそれぞれ互いに平行に連接される直線部１３、１４（即ち、屈曲部１２の端部に接する接線の方向と同一方向となる中心軸１５を有する直線部１３、１４）とから構成される。そして、疲労試験装置１０は、線材１１の直線部１３、１４を保持して、同一高さ位置で距離を設けて水平に平行配置する支持部材１６、１７と、支持部材１６、１７にそれぞれ連結して回転駆動力を伝達する回転ロッド１８、１９と、回転ロッド１８、１９を同期して回転させる回転駆動手段２０と、回転ロッド１８、１９の積算回転数を測定する計数器２１とを有している。
【００２７】
線材１１の直線部１３、１４を支持部材１６、１７にそれぞれ固定する場合、線材１１の直線部１３の中心軸１５と支持部材１６の回転中心軸の軸心位置を一致させ、直線部１４の中心軸１５と支持部材１７の回転中心軸の軸心位置を一致させる。そして、支持部材１６と回転ロッド１８は、互いに回転中心軸の軸心位置を一致させて連結し、回転ロッド１８の両側は、基台２２上に距離を設けて立設された取付け部材２３、２４に図示しないベアリングを介して回転自在に保持されている。また、支持部材１７と回転ロッド１９は、互いに回転中心軸の軸心位置を一致させて連結し、回転ロッド１９の両側は、基台２２上に距離を設けて立設された取付け部材２５、２６に図示しないベアリングを介して回転自在に保持されている。そして、支持部材１６、１７の回転中心軸に沿った方向において、支持部材１６、１７の先端が側面視して同一位置となるように、回転ロッド１８、１９は取付け部材２３〜２６を介して基台２２上に配置されている。なお、支持部材１６、１７は平行配置されるので、回転ロッド１８、１９は平行となる。
【００２８】
回転駆動手段２０は、回転ロッド１８、１９のいずれか一方、例えば、回転ロッド１９の一端部（取付け部材２６から突出する端部）に出力軸が連結されるモータ２７と、回転ロッド１８、１９の長手方向中間位置にそれぞれ取付けられ、外周部が互いに螺合する第１、第２の歯車部材２８、２８ａとを有している。計数器２１は、回転ロッド１９の中間位置に第２の歯車部材２８ａと並べて取付けられ、外周側に孔（図示せず）が１つ形成された円板部材２９と、円板部材２９の半径方向外側に配置され、回転する円板部材２９の外周側が通過するスリット２９ａが中央部に形成され、スリット２９ａの両側にそれぞれ発光部及び受光部を備えた測定部３０と、円板部材２９の孔を通過した発光部からの光を受光部が検知した際に出力される検知信号から円板部材２９（回転ロッド１９）の積算回転数を算出する演算部（図示せず）とを有している。なお、符号３１はモータ２７を基台２２に固定する固定部材、符号３２は測定部３０を基台２２に固定する支柱部材、符号３３は測定部３０からの検知信号を演算部に伝える信号ケーブルである。
【００２９】
図２に示すように、屈曲部１２の曲げ半径をＲとすると、支持部材１６（回転ロッド１８）と支持部材１７（回転ロッド１９）の回転中心軸間の距離は２Ｒとなる。従って、予め、回転ロッド１８と回転ロッド１９の回転中心軸間の距離が２Ｒとなるように回転ロッド１８、１９をそれぞれ基台２２上に取付け部材２３、２４、２５、２６を介して固定すると共に、支持部材１６、１７に固定される直線部１３、１４の長さをＬに設定し、長さをπＲ＋２Ｌに調整した線材１１を疲労試験装置１０に取付けると、線材１１を曲げ半径Ｒの半円形状の屈曲部１２を有する屈曲状態にすることができる。
【００３０】
線材１１が図２に示す屈曲状態となった場合、屈曲部１２の凸側中央部にはｄ／（２Ｒ）の引張ひずみが、屈曲部１２の凹側中央部にはｄ／（２Ｒ）の圧縮ひずみがそれぞれ発生する。このため、線材１１のヤング率をＥとすると、屈曲部１２の凸側中央部にはＥｄ／（２Ｒ）の引張応力が、屈曲部１２の凹側中央部にはＥｄ／（２Ｒ）の圧縮応力が発生する。従って、屈曲状態の線材１１の両側を、中心軸１５を回転中心として同期して回転させると、屈曲部１２に引張応力及び圧縮応力が繰返し負荷され、そのときの応力振幅値ＳはＥｄ／（２Ｒ）となる。
【００３１】
ここで、応力振幅値Ｓは、線材１１の線径ｄと屈曲部１２の曲げ半径Ｒをそれぞれパラメータとした変数となるが、図２に示すように屈曲部１２の曲げ半径をＲに設定し、線材１１の線径ｄを変えることにより、応力振幅値Ｓを変化させることができる。このため、材料構成が同一で線径ｄの異なるＰ（２≦Ｐ）種の線材１１を用いて回転曲げを行うと、線径ｄの異なる線材１１毎に応力振幅値Ｓｉ（ｉ＝１、２、・・・、Ｐ）と繰返し数Ｎｉ（ｉ＝１、２、・・・、Ｐ）で構成される疲労試験データが得られる。従って、得られたＰ個の疲労試験データを合成すると、即ち、縦軸を応力振幅値、横軸を繰返し数とした座標平面上にＰ個の疲労試験データをプロットすると、線材１１のＳ−Ｎ線図を作成することができる。
【００３２】
図３に、疲労試験装置１０の変形例に係る疲労試験装置３４を示す。
疲労試験装置３４は疲労試験装置１０と比較して、屈曲状態の線材１１の直線部１３が固定される支持部材３５に連結して回転駆動力を伝達する回転ロッド３６を回転自在に支持する取付け部材３７、３８と、屈曲状態の線材１１の直線部１４が固定される支持部材３９に連結して回転駆動力を伝達する回転ロッド４０を回転自在に支持する取付け部材４１、４２がそれぞれ異なる基台４３、４４に立設されていること、回転ロッド３６、４０を同期して回転するため、回転ロッド３６の一端部（取付け部材３８から突出する端部）にモータ４５が、回転ロッド４０の一端部（取付け部材４２から突出する端部）にモータ４６がそれぞれ設けられていること、基台４３、４４が、回転ロッド３６、４０の回転中心軸に直交する方向に沿って配置されたレール４７、４８上を移動可能であることが特徴となっている。なお、符号４５ａ、４６ａはモータ４５、４６をそれぞれ基台４３、４４に固定する固定部材である。このような構成とすることにより、基台４３、４４間の距離を変えて支持部材３５（回転ロッド３６）と支持部材３９（回転ロッド４０）の回転中心軸間の距離を調整することができ、線材１１を、曲げ半径が任意に設定される半円形状の屈曲部１２を有する屈曲状態にすることができる。
【００３３】
なお、支持部材３５、３９の回転中心軸に沿った方向において、支持部材３５、３９の先端が側面視して同一位置となるように、回転ロッド３６は取付け部材３７、３８を介して基台４３上に配置され、回転ロッド４０は取付け部材４１、４２を介して基台４４上に配置されている。また、支持部材３５と回転ロッド３６のそれぞれの回転中心軸の軸心位置は一致し、支持部材３９と回転ロッド４０のそれぞれの回転中心軸の軸心位置は一致している。更に、直線部１３を通過する中心軸１５と支持部材３５の回転中心軸の軸心位置は一致し、直線部１４を通過する中心軸１５と支持部材３９の回転中心軸の軸心位置は一致している。
【００３４】
支持部材３５（回転ロッド３６）と支持部材３９（回転ロッド４０）の回転中心軸間の距離を２Ｒ、支持部材３５、３９に固定される直線部１３、１４の長さをＬにそれぞれ設定した場合、長さをπＲ＋２Ｌに調整した線材１１を疲労試験装置３４に取付けると、図３に示すように、線材１１を、曲げ半径Ｒの半円形状の屈曲部１２を有する屈曲状態にすることができる。これにより、線材１１の屈曲部１２の凸側中央部にＥｄ／（２Ｒ）の引張応力が、屈曲部１２の凹側中央部にＥｄ／（２Ｒ）の圧縮応力がそれぞれ発生することになる。従って、線材１１の屈曲部１２に発生する引張応力（圧縮応力）を変化させたい場合、線材１１の線径ｄを一定にして、支持部材３５と支持部材３９の回転中心軸間の距離を変化させて屈曲部１２の曲げ半径Ｒを変化させることにより、屈曲部１２に発生する応力を容易に調節することができる。なお、線材１１の線径ｄ及び屈曲部１２の曲げ半径Ｒの双方を変化させることも可能である。
【００３５】
続いて、本発明の第１の実施の形態に係る線材の疲労試験方法について説明する。
線材の疲労試験方法は、図２、図３に示すように、断面円形で直状の線材１１を平面内で屈曲状態に保持しながら、線材１１の両側をその中心軸１５を回転中心としてそれぞれ回転させて（回転曲げを行って）、線材１１の屈曲部１２に引張応力及び圧縮応力を繰返し負荷し、線材１１に繰返し負荷される応力振幅値Ｓと破壊までの繰返し数Ｎとの関係を求めてＳ−Ｎ線図を作成する線材の疲労試験方法である。屈曲状態の線材１１の両側を同期して回転する、即ち、線材１１の中央部に配置される屈曲部１２の両側にそれぞれ連接して配置される直線部１３、１４の端側に回転力を同期して与えるようにすると、線径ｄが０．０２〜１ｍｍの範囲にある線材１１を、線材１１の剛性不足を補って、線材１１の中心軸１５を回転中心として高速で安定して回転させることができる。
【００３６】
ここで、線材１１は、線径ｄが０．０２〜０．１８ｍｍ（２０〜１８０μｍ）であって、単一金属導体（例えば、銅、銅合金、アルミニウム、又はアルミニウム合金）を用いて形成された素線、線径ｄが２０〜１８０μｍであって、２以上の異種金属を同心円状に積層配置して形成した複合金属導体（例えば、錫めっき銅、錫めっき銅合金、銅被覆アルミニウム、又は銅被覆アルミニウム合金）を用いて形成された素線、あるいは、線径ｄが２０〜１８０μｍであって、単一金属導体又は複合金属導体からなる芯材と、芯材の外周側に配置された絶縁被覆層（例えば、フッ素樹脂被覆層、ポリエチレン被覆層、又は塩化ビニル被覆層）とで形成された素線とすることができる。また、線材１１は、単一金属導体又は複合金属導体からなり、線径ｄが２０〜１８０μｍの素線を複数本撚り合せた撚線、あるいは、単一金属導体又は複合金属導体からなる芯材と、芯材の外周側に配置された絶縁被覆層（例えば、フッ素樹脂被覆層、ポリエチレン被覆層、又は塩化ビニル被覆層）とで形成された素線を複数本撚り合せた撚線とすることもできる。
【００３７】
線材１１の屈曲部１２に発生させる応力振幅値Ｓの調節には、（１）線材１１の線径ｄを一定として、屈曲部１２の曲げ半径Ｒを変化させる方法、（２）線材１１の屈曲部１２の曲げ半径Ｒを一定として、線径ｄを変化させる方法、（３）線材１１の線径ｄ及び屈曲部１２の曲げ半径Ｒをそれぞれ変化させる方法がある。
【００３８】
（１）の方法は、線径ｄが一定であるため、線材１１の組織状態を一定として回転曲げ疲労試験を行うことができる。ここで、硬銅及び軟銅を用いてそれぞれ形成された線径ｄが８０μｍの素線である線材１１の回転曲げ疲労試験を行って求めたＳ−Ｎ線図を、図４に示す。なお、硬銅の素線である線材１１の平均結晶粒径は３００ｎｍ、軟銅の素線である線材１１の平均結晶粒径は８１０ｎｍである。図４には、純銅材からなる線材及びＥＣＡＰ（Ｅｑｕａｌ  Ｃｈａｎｎｅｌ  Ａｎｇｕｌａｒ  Ｐｒｅｓｓｉｎｇ）を４回繰り返した純銅材（以下、ＥＣＡＰ材という）からなる線材に対してそれぞれ実施した従来の回転曲げ疲労試験から得られたＳ−Ｎ線図も併記している。ここで、従来の回転曲げ疲労試験は、小野式回転曲げ疲労試験機（曲げモーメントが１４．７Ｎｍ、繰返し数が６０Ｈｚ）を用いて得られたものである。また、純銅材の線材、ＥＣＡＰ材の線材の平均結晶粒径は、それぞれ５０μｍ、３００ｎｍである。
【００３９】
図４より、軟銅の素線である線材１１は、硬銅の素線である線材１１と比較して疲労寿命が長いと考えられる。また、軟銅の素線である線材１１の結果と、従来の回転曲げ疲労試験によって得られた純銅材の線材の結果を比較すると、応力振幅値Ｓが１００ＭＰａでは、破壊までの繰返し数Ｎが近い値になっている。また、硬銅の素線である線材１１のプロット（Ｓ−Ｎ線図）は、純銅材の線材とＥＣＡＰ材の線材のプロット（Ｓ−Ｎ線図）の間に存在していることから、硬銅の素線である線材１１及び軟銅の素線である線材１１では、適切な回転曲げ疲労試験が実施できたと解される。
【００４０】
（２）の方法は、線材１１の屈曲部１２に小さな応力振幅値を加えたい場合、屈曲部１２の曲げ半径Ｒを大きくする代わりに線径ｄの小さな線材１１を用いて回転曲げを行うことができ、線材１１の屈曲部１２の曲げ半径Ｒを正確に制御可能な範囲に設定して目的とする応力振幅値Ｓを屈曲部１２に加えることが可能となる。
また、（３）の方法は、線材１１の屈曲部１２に発生する応力を広範囲に調節することが可能になる。これにより、線材１１の回転曲げによる疲労試験を高精度かつ高効率に行うことができ、線材１１のＳ−Ｎ線図を、簡便、迅速、かつ高精度で作成することができる。
【００４１】
本発明の第２の実施の形態に係る線材の疲労試験方法が適用される線材の疲労試験装置４９は、図５に示すように、断面円形で直状の線材５０（線径ｄは０．０２〜１ｍｍ）を、平面内で屈曲状態に保持しながら、線材５０の中心軸５４を回転中心とし屈曲状態の線材５０の両側を同期して回転させて、線材５０の屈曲部５１の表面に引張応力及び圧縮応力を繰返し負荷し、線材５０に繰返し負荷される応力振幅値Ｓと破壊までの繰返し数Ｎとの関係を求めてＳ−Ｎ線図を作成する装置である。なお、屈曲状態の線材５０は、曲げ半径Ｒの屈曲部５１と、屈曲部５１の両側にそれぞれ連接して配置される直線部５２、５３とから構成される。
【００４２】
ここで、直線部５２、５３を通過する中心軸５４は屈曲部５１の凸側で交差し、しかも、直線部５２の中心軸５４の方向は直線部５２が連接する屈曲部５１の端部に接する接線の方向と同一であり、直線部５３の中心軸５４の方向は直線部５３が連接する屈曲部５１の端部に接する接線の方向と同一となっている。このため、疲労試験装置４９は、線材５０の直線部５２、５３を保持して、同一高さで、かつ、屈曲部５１を中央にして対称位置に配置される支持部材５５、５６と、支持部材５５、５６にそれぞれ連結して支持部材５５、５６を同期して回転させるモータ５７、５８を備えた回転駆動手段５９と、支持部材５５、５６の積算回転数を測定する計数器６０とを有している。
【００４３】
線材５０の直線部５２、５３を支持部材５５、５６にそれぞれ固定する場合、線材５０の直線部５２の中心軸５４と支持部材５５の回転中心軸の軸心位置を一致させ、直線部５３の中心軸５４と支持部材５６の回転中心軸の軸心位置を一致させる。また、回転駆動手段５９のモータ５７は、出力軸の中心位置が支持部材５５の回転中心位置と一致するように、第１の基台６１に立設された取付け部材６２に固定され、回転駆動手段５９のモータ５８は、出力軸の中心位置が支持部材５６の回転中心位置と一致するように、第２の基台６３に立設された取付け部材６４に固定されている。更に、回転駆動手段５９には、モータ５７、５８を同期して回転させる制御器６５が設けられている。
【００４４】
計数器６０は、例えば、支持部材５５の側部に突出して設けられた板部材６６と、支持部材５５の側部の外側に位置するように第１の基台６１に立設され、支持部材５５と共に回転する板部材６６の先側が通過するスリット６７が中央部に形成され、スリット６７の両側にそれぞれ発光部及び受光部を備えた測定部６８と、板部材６６の通過により発光部から受光部に入射する光が遮られたことを検知して出力される検知信号から板部材６６（支持部材５５）の積算回転数を算出する演算部６９とを有している。
【００４５】
更に、疲労試験装置４９は、距離を設けて平行に配置されたレール部材７０、７１と、レール部材７０、７１上を走行する第１、第２の台車７２、７３とを有している。ここで、第１、第２の基台６１、６３は、それぞれ第１、第２の台車７２、７３上に、第１、第２の台車７２、７３の表面上にピン部材７４を介して回転自在に取付けられている。ここで、第１、第２の台車７２、７３には、それぞれ第１、第２の基台６１、６３の回転を防止する回転ロック手段（図示せず）と、第１、第２の基台６１、６３の回転角度（例えば、支持部材５５、５６の回転中心軸とレール部材７０、７１の長手方向に沿った中心軸とのなす角度を回転角度とする）の図示しない表示手段が設けられており、第１、第２の台車７２、７３には、それぞれ第１、第２の台車７２、７３の移動を防止する移動ロック手段（図示せず）が設けられ、第１、第２の台車７２、７３間には、第１、第２の台車７２、７３を同期して移動させる（例えば、第１の台車７２を第２の台車７３に近づく（遠ざかる）方向に移動させると、連動して第２の台車７３が第１の台車７２に近づく（遠ざかる）方向に移動する）連動移動手段（図示せず）が設けられている。
【００４６】
本発明の第２の実施の形態に係る線材の疲労試験方法は、本発明の第１の実施の形態に係る線材の疲労試験方法と比較して、線材５０の屈曲状態が異なることを除いて疲労試験方法を同様に行うことができる。このため、線材５０を疲労試験装置４９に取付ける、即ち、線材５０を屈曲状態にする方法について説明し、線材５０のＳ−Ｎ線図を作成する方法に関しては説明を省略する。
【００４７】
図５に示すように、線材５０の屈曲部５１の曲げ半径をＲ、屈曲部５１の中心角（円弧角）を２θ（２θ＜π）とすると、第１、第２の基台６１、６３の回転角度はそれぞれθ、支持部材５５の先端の回転中心と支持部材５６の先端の回転中心との距離は２Ｒｓｉｎθ、屈曲部５１の長さは２Ｒθとなる。従って、予め、第１、第２の基台６１、６３の回転角度がそれぞれθ、支持部材５５の先端の回転中心と支持部材５６の先端の回転中心との距離が２Ｒｓｉｎθとなるようにレール部材７０、７１上での第１、第２の台車７２、７３の位置と第１、第２の基台６１、６３の回転角度を固定すると共に、支持部材５５、５６に固定される直線部５２、５３の長さをＨに設定し、長さを２Ｒθ＋２Ｈに調整した線材５０を疲労試験装置４９に取付けると、線材５０を曲げ半径Ｒ、中心角２θの屈曲部５１を有する屈曲状態にすることができる。
【００４８】
線材５０の直線部５２、５３は、直線部５２、５３の中心軸５４を支持部材５５、５６の回転中心軸の軸心位置にそれぞれ一致させて固定したが、直線部５２、５３の直線形状の維持を補助する保持部材、例えば、直線部５２、５３が挿通する内周面側が塩化ビニール、ナイロン、又はフッ素樹脂等の低摩擦材料で構成されているパイプや軸受けを介して直線部５２、５３を支持部材５５、５６上に支持し、直線部５２、５３の両端部をそれぞれ支持部材５５、５６に固定するようにしてもよい。更に、保持部材としてパイプを使用する場合、パイプ内に一側から他側に向けて内周面に沿って旋回する気流を導入して、あるいは、支持部材５５、５６上に配置したパイプを高速で回転させてパイプ内に内周面に沿った旋回流を形成させることにより、直線部５２、５３を非接触状態でパイプ内に保持するようにすることもできる。
【００４９】
以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載した構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。
更に、本実施の形態とその他の実施の形態や変形例にそれぞれ含まれる構成要素を組合わせたものも、本発明に含まれる。
【符号の説明】
【００５０】
１０：疲労試験装置、１１：線材、１２：屈曲部、１３、１４：直線部、１５：中心軸、１６、１７：支持部材、１８、１９：回転ロッド、２０：回転駆動手段、２１：計数器、２２：基台、２３、２４、２５、２６：取付け部材、２７：モータ、２８：第１の歯車部材、２８ａ：第２の歯車部材、２９：円板部材、２９ａ：スリット、３０：測定部、３１：固定部材、３２：支柱部材、３３：信号ケーブル、３４：疲労試験装置、３５：支持部材、３６：回転ロッド、３７、３８：取付け部材、３９：支持部材、４０：回転ロッド、４１、４２：取付け部材、４３、４４：基台、４５：モータ、４５ａ：固定部材、４６：モータ、４６ａ：固定部材、４７、４８：レール、４９：疲労試験装置、５０：線材、５１：屈曲部、５２、５３：直線部、５４：中心軸、５５、５６：支持部材、５７、５８：モータ、５９：回転駆動手段、６０：計数器、６１：第１の基台、６２：取付け部材、６３：第２の基台、６４：取付け部材、６５：制御器、６６：板部材、６７：スリット、６８：測定部、６９：演算部、７０、７１：レール部材、７２：第１の台車、７３：第２の台車、７４：ピン部材
【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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