(57)【要約】【課題】  簡易な手段で、大きな曲げ時の曲げ剛性を正確に評価できる曲げ剛性の評価方法提供する【解決手段】  長尺材300の一端側を固定し、中間部にループを形成して、他端側に張力を付与する。そして、このループの径と張力とを用いて、そのループ径における長尺材300の曲げ剛性を求める。張力を変えることで、長尺材の中間部に形成できるループの大きさを自在に変え、このループの径と張力を測定することで、そのループ径における長尺材の曲げ剛性を計算により求める。【選択図】  図２
2005241496.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長尺材の一端側を固定し、中間部にループを形成して、他端側に張力を付与し、このループの径と張力とを用いて、そのループ径における長尺材の曲げ剛性を求めることを特徴とする長尺材の曲げ剛性評価方法。
【請求項２】
第一挿通部材と第二挿通部材とからなる計測治具を用い、
各挿通部材は互いに長手方向にずれた状態で並列して一体化される第一・第二円筒部を有し、
第一円筒部に長尺材の一端を挿通して固定し、
第一円筒部から引き出された長尺材が第二円筒部に挿通されるまでの間にループを形成し、
第二円筒部に挿通した長尺材の他端を引き出して、
この引き出した長尺材の他端に張力を付与することを特徴とする請求項１に記載の長尺材の曲げ剛性評価方法。
【請求項３】
長尺材の一端側が挿通される第一挿通部材と、
第一挿通部材と一体の第二挿通部材と、
第二挿通部材を通ってから引き出された長尺材の他端側に張力を付与する張力付与機構とを有し、
第一挿通部材は、長尺材の一端側が挿通された状態で固定される第一円筒部を有し、
第二挿通部材は、第一円筒部とは長手方向にずれた状態で並列されると共に、第一円筒部を通ってループを形成した長尺材が挿通される第二円筒部を有することを特徴とする長尺材の曲げ剛性評価装置。
【請求項４】
回転軸で回転自在に保持された第一挿通部材に長尺材の一端側を固定し、長尺材の中間部にループを形成して、前記回転軸と共通の回転軸を有すると共に第一挿通部材とは独立して回転する第二挿通部材に長尺材の他端側を固定し、
長尺材がループから元の形状に復帰しようとする力により第一挿通部材と第二挿通部材とが互いに逆方向に回転される際に生じるトルクを測定し、
前記ループの径とトルクとを用い、そのループ径における長尺材の曲げ剛性を求めることを特徴とする長尺材の曲げ剛性評価方法。
【請求項５】
第一挿通部材は、長尺材の一端側が挿通して固定される第一円筒部を有し、
第二挿通部材は、第一円筒部とは長手方向にずれた状態に並列される第二円筒部を有し、
第一円筒部から引き出された長尺材が第二円筒部に挿通されるまでの間にループが形成され、
第二円筒部に長尺材の他端側が挿通して固定されることを特徴とする請求項４に記載の長尺材の曲げ剛性評価方法。
【請求項６】
第一挿通部材と、
第二挿通部材と、
両挿通部材を独立して回転可能に支持する共通の回転軸と、
第一挿通部材と第二挿通部材とが回転される際の荷重を測定する荷重計測手段とを有し、
第一挿通部材は、長尺材の一端側が挿通された状態で固定される第一円筒部を有し、
第二挿通部材は、第一円筒部とは長手方向にずれた状態で並列されると共に、第一円筒部を通ってループを形成した長尺材の他端側が挿通された状態で固定される第二円筒部を有し、
荷重計測手段は、長尺材がループから元の形状に復帰しようとする力により第一挿通部材と第二挿通部材とを互いに逆方向に回転させる際の荷重を計測することを特徴とする長尺材の曲げ剛性評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、長尺材の曲げ剛性評価方法及び長尺材の曲げ剛性評価装置に関するものである。特に、電線などにおける大きな変形に対する剛性の評価方法及び評価装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電線の剛性評価試験方法として、たわみ試験が利用されている（例えば非特許文献1）。これは、図５に示すように、特定長の試験材400の両端または片端を固定し、重りを試験材の中心または固定していない自由端に吊り下げ、重りを吊り下げる前後における試験材400のたわみ量の変化から曲げ剛性を算出する方法である。例えば、曲げ剛性EIは最大たわみv、荷重W、試験材長ｌから、EI＝Wl3/48vで求められる。
【０００３】
また、光ファイバに関しては、大きく曲げられた場合の曲げ剛性の評価方法が利用されている（例えば非特許文献２）。これは、図６(A)に示すように、平行に配された２つの水平面500の間にU型に屈曲した試験材510を挟みこみ、この試験材510の円弧の曲げ径Dと水平面に作用する反発力Wとの関係から、各曲げ径Dでの剛性EI(D)をEI(D)＝0.3483WD2という解析解を用いて求める。
【０００４】
【非特許文献１】機械工学便覧  A4編  p27-32  1987年
【非特許文献２】古河電工時報107号  p31-34「所内用細径光ファイバコードの開発」  平成13年１月
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記の従来技術では、次のような問題があった。
【０００６】
(1)非特許文献１の方法では、大きく曲げられた際の曲げ剛性を評価できない。
電線や光ファイバといった試験材をわずかに曲げた場合、曲げる際に与えた力に比例して試験材の変形が大きくなり、力を解放すると元の直線状に復帰する。この場合、どの曲げ径で測定しても曲げ剛性EIは同じである。しかし、細径の電電や光ファイバは、極度に曲げられて使用されることが多く、この場合は永久変形を生じ、曲げ径に応じて曲げ剛性が変化する。そのため、各曲げ径に対して各々剛性を評価する必要がある。しかし、試験材に対して微小なたわみしか付与できない非特許文献１の試験方法では試験材に大きな曲げを加えた場合の曲げ剛性を評価することができない。
【０００７】
(2)非特許文献２の方法では、精度よく曲げ剛性を評価できないことがある。
非特許文献２の方法では、水平面で試験材をU型に屈曲させる際、屈曲した試験材を水平面に垂直に保持する必要がある。試験材の設置時に、その配置が適切に行われていないと、図６(B)に示すように試験材510が倒れ、水平面500と試験材510が垂直にならないことがある（破線が倒れた試験材）。特に、試験材自体に癖があると、試験材が水平面の間でずれ、やはり水平面と試験材を垂直に保持することが難しい。試験材が倒れた状態では、水平面の間隔から求めた試験材の曲げ径よりも実際の曲げ径が大きくなり、曲げ剛性EIが小さく評価されてしまう。また、この状態では試験材の曲げ方向が水平面に対して垂直方向になっていないため、この曲げ方向のずれにより反発力はそのうちの垂直方向成分しか測定されず、一層曲げ剛性EIが小さく評価されて、評価精度が低下することになる。
【０００８】
従って、本発明の主目的は、簡易な手段で、大きな曲げ時の曲げ剛性を正確に評価できる曲げ剛性の評価方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、長尺の試験材でループを形成することにより曲げを付与し、このループに作用する物理量に基づいて曲げ剛性を評価することで上記の目的を達成する。
【００１０】
本発明長尺材の曲げ剛性評価方法における第1の構成は、長尺材の一端側を固定し、中間部にループを形成して、他端側に張力を付与する。そして、このループの径と張力とを用いて、そのループ径における長尺材の曲げ剛性を求めることを特徴とする。
【００１１】
長尺材の一端を固定し、他端を自由端として張力を長尺材に付与すれば、張力を変えることで、長尺材の中間部に形成できるループの大きさを自在に変えることができる。そして、このループの径と張力を測定することで、そのループ径における長尺材の曲げ剛性を求めることができる。例えば、曲げ剛性EIはループの径D、張力Tとした場合、EI＝αDT2で求められる。αは数値計算により求められる係数で、有限要素法によりEI=1の長尺材のループ径と張力との関係を計算し、横軸T2、縦軸1/Dとしたグラフを作成し、そのグラフの横軸に対する傾きθよりα＝tanθとして求めることができる。一例としてはα＝0.000327とする。
【００１２】
この構成において、長尺材の一端は固定する。この固定は長尺材に付与される張力に対してずれない程度の保持ができれば十分である。固定手段は特に限定されず、単に長尺材を挟んでおく程度でよい。
【００１３】
ループの形成は、例えば長尺材の一端を固定しておき、中間部を円形状に曲げて長尺材同士の交差箇所を形成し、長尺材の他端を、固定した一端側とは反対側に導くようにすればよい。長尺材に付与した張力を測定する間、このループ構造が保持されるように、長尺材におけるループの一端側と他端側の各々の位置決めを行う計測治具を用いることが望ましい。例えば、第一・第二の２つの挿通部材が一体化された計測治具を用いることが好適である。各挿通部材は、互いに長手方向にずれた状態で並列して一体化される第一・第二円筒部を有する。
【００１４】
この治具を用いるには、第一挿通部材の第一円筒部に長尺材の一端を挿通して固定する。ループは第一円筒部から引き出された長尺材が第二円筒部に挿通されるまでの間に形成する。続いて、第二円筒部から長尺材の他端を引き出し、この引出端に張力を付与すればよい。長尺材の一端側の固定は、第一円筒部材から露出した長尺材を第一挿通部材の内径よりも大きなクランプで挟み込むなどの手段により行えばよい。
【００１５】
長尺材の他端には張力を付与し、この張力の測定を行う。この張力測定は、簡易的には、長尺材の他端にばね計りをつないで張力を付与するなどの手段で行えばよい。
【００１６】
また、本発明曲げ剛性評価装置における第１の構成は、長尺材の一端側が挿通される第一挿通部材と、第一挿通部材と一体の第二挿通部材と、第二挿通部材を通ってから引き出された長尺材の他端側に張力を付与する張力付与機構とを有する。第一挿通部材は、長尺材の一端側が挿通された状態で固定される第一円筒部を有する。そして、第二挿通部材は、第一円筒部とは長手方向にずれた状態で並列されると共に、第一円筒部を通ってループを形成した長尺材が挿通される第二円筒部を有することを特徴とする。
【００１７】
第一円筒部と第二円筒部とを長手方向にずれた状態で並列することで、小径のループを容易に形成できる。また、このような配列の第一円筒部と第二円筒部との間にループを形成することで、ループ形状を簡易に保持することが可能である。張力付与機構には、上述したようにばね計りなどが利用できる。
【００１８】
本発明長尺材の曲げ剛性評価方法における第２の構成は、回転軸で回転自在に保持された第一挿通部材に長尺材の一端側を固定し、長尺材の中間部にループを形成して、前記回転軸と共通の回転軸を有すると共に第一挿通部材とは独立して回転する第二挿通部材に長尺材の他端側を固定する。また、長尺材がループから元の形状に復帰しようとする力により第一挿通部材と第二挿通部材とが互いに逆方向に回転される際に生じるトルクを測定する。そして、前記ループの径とトルクとを用い、そのループ径における長尺材の曲げ剛性を求めることを特徴とする。
【００１９】
長尺材をループ状に形成すると、元の形状、例えば直線状に復帰しようとする。この復帰しようとする力を利用して、共通する回転軸を有して独立に回転する第一挿通部材と第二挿通部材を互いに反対方向に回転させる。その回転時、両挿通部材間に生じるトルクとループ径を測定することで、その曲げ径における長尺材の曲げ剛性を求めることができる。例えば、互いに逆方向に回転された両挿通部材を平行にする際の保持力をW、一方の挿通部材に生じるトルクをM、回転軸から一方の挿通部材端までの距離をHとすると、トルクM＝H・W/2となり、曲げ剛性EIは、EI＝M・D/2で求められる。
【００２０】
この構成においても、長尺材は一端側の固定と、中間部におけるループの形成を行う。この固定手段およびループの形成方法は前述の張力付与による評価方法と同様である。
【００２１】
トルクの計測には、共通する回転軸で独立して回転自在に支持された計測治具を用いる。例えば、第一挿通部材と、第二挿通部材と、両挿通部材を回転自在に支持する回転軸とからなる計測治具を用いる。各挿通部材は、長尺材が挿通される第一・第二円筒部を有する。両円筒部は、長手方向にずれた状態で並列した構造が好適である。この治具を用いるには、第一円筒部に長尺材の一端を挿通し手固定する。ループは第一円筒部から引き出された長尺材が第二円筒部に挿通されるまでの間に形成する。続いて、第二円筒部に長尺材を挿通し、その他端側を第二円筒部より引き出す。そして、各円筒部から露出した長尺材の各端部を固定する。この固定は、挿通部材から露出した長尺材を挿通部材の内径よりも大きなクランプで挟み込むなどの手段により行えばよい。トルクの計測時、長尺材の少なくとも一端側は、容易に固定・解除が可能なようにしておくことで、順次長尺材の曲げ径を変えた計測を行うことができる。固定・解除が容易にできる固定手段としては、長尺材の端部を塑性変形して折り曲げて挿通部材の開口に掛けたり、長尺材にピンを貫通させてピンを挿通部材の開口に当て止めること等が挙げられる。
【００２２】
本発明長尺材の曲げ剛性評価装置における第２の構成は、第一挿通部材と、第二挿通部材と、両挿通部材を独立して回転可能に支持する共通の回転軸と、第一挿通部材と第二挿通部材とが回転される際の荷重を測定する荷重計測手段とを有する。第一挿通部材は、長尺材の一端側が挿通された状態で固定される第一円筒部を有する。第二挿通部材は、第一円筒部とは長手方向にずれた状態で並列されると共に、第一円筒部を通ってループを形成した長尺材の他端側が挿通された状態で固定される第二円筒部を有する。そして、荷重計測手段は、長尺材がループから元の形状に復帰しようとする力により第一挿通部材と第二挿通部材とを互いに逆方向に回転させる際の荷重を計測することを特徴とする。
【００２３】
第一円筒部と第二円筒部とを長手方向にずれた状態で並列することで、小径のループを容易に形成できる。また、このような配列の第一円筒部と第二円筒部との間にループを形成することで、ループ形状を保持することが可能である。荷重計測手段には、両挿通部材を重なり合う位置となるように保持する平行板と、平行板に設けられたロードセルなどが利用できる。そして、互いに逆方向に回転しようとする両挿通部材を平行に保持した状態で、平行板に作用する荷重をロードセルなどで計測すれば良い。
【００２４】
上記本発明方法の第１の構成および第２の構成での評価対象試料には、電線や光ファイバがあげられる。電線の具体例としては、ワイヤハーネス用電線、配電線などが挙げられる。特に、導体径が2mm以下の比較的径の小さい電線での曲げ剛性の評価に好適である。
【発明の効果】
【００２５】
本発明曲げ剛性評価方法における第１の構成によれば、ループ状に形成した長尺材に張力を付与することで、簡易な構成にて、精度よく長尺材の曲げ剛性を評価することができる。特に、長尺材に大きな曲げを付与した際の曲げ剛性の評価に最適である。さらに、張力を変化させることでループの径を変化させ、各ループ径における長尺材の曲げ剛性を連続的に評価することができる。
【００２６】
また、本発明曲げ剛性の評価装置における第１の構成によれば、上記本発明方法における第１の構成を容易に実施することができる。特に、第一円筒部と第二円筒部とを長手方向にずれた状態で並列することで、小径のループを形成でき、大きく曲げられた際の曲げ剛性を正確に計測することができる。
【００２７】
本発明曲げ剛性評価方法における第２の構成によれば、ループ状に形成した長尺材が元の形状に復帰しようとする際の力を第一挿通部材と第二挿通部材が回転するトルクとして取り出し、このトルクを測定することで、簡易な構成にて、精度よく長尺材の曲げ剛性を評価することができる。
【００２８】
また、本発明曲げ剛性の評価装置における第２の構成によれば、上記本発明方法の第２の構成を容易に実施することができる。特に、第一円筒部と第二円筒部とを長手方向にずれた状態で並列することで、小径のループを形成でき、大きく曲げられた際の曲げ剛性を正確に計測することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００３０】
＜張力計測タイプ＞
まず、長尺材に張力を付与して曲げ弾性の評価を行う計測治具を図１に示す。図１に示すように、本発明評価方法に用いる計測治具100は、第一挿通部材110と、第二挿通部材120が並列状態で一体化されている。第一挿通部材110は、円筒部111と、半円筒部112とが直列に一体化された部材である。第二挿通部材120は、両端部に円筒部121,123を有し、これらの円筒部同士を半円筒部材122で一体化した部材で、第一挿通部材110の半円筒部112と同じ長さを有している。そして、第一挿通部材110の円筒部111の下端、つまり半円筒部材112との境界部に、第二挿通部材の円筒部121の端部が位置するように両挿通部材110,120は並列状態で固定されている。
【００３１】
この計測治具100を用いて長尺材の曲げ剛性を評価するには、図２に示すように、計測治具に長尺材300を挿通してループを形成する。図２中において、長尺材300は太い破線で示している。まず、長尺材300の端部を第一挿通部材110の円筒部111に挿通し、半円筒部112の上部で上方に屈曲する。この長尺材300の端部を今度は下方に屈曲してループを形成し、さらに第二挿通部材120の２つの円筒部121,123に挿通し、この円筒部123から引き出す。ループは極力円形に近づくように調整する。この状態において、長尺材300の一端側が第一挿通部材の円筒部111から引き出され、他端側が第二挿通部材の円筒部123から引き出された状態となる。
【００３２】
ここで、第一挿通部材の円筒部111から露出する長尺材300を同挿通部材110に固定する。例えば、長尺材300を円筒部111の内径より大きなクランプで挟むことで固定する。長尺材300が電線などのように被覆材を有するものであれば、この被覆にピンを貫通させ、そのピンを円筒部111の開口に掛けることで長尺材300の固定を行ってもよい。
【００３３】
長尺材300の一端側の固定ができたら、第二挿通部材の円筒部123から露出する他端側の長尺材300に張力を付与する。ここでは、長尺材300の端部に小さな環状部を形成し、この環状部にばね計りのフック（図示せず）を掛けてばね計りを引っ張ることで長尺材300に張力を付与する。
【００３４】
長尺材300の他端側に付与する張力を変えることで、ループの径も変化する。このとき、ループの径を測定し、その径における張力も測定する。測定したループ径と張力から曲げ剛性を計算する。つまり、ループの径D、張力Tとしたとき、曲げ剛性EIはαDT2により求められる。αは数値計算により求められる係数で、ここではα＝0.000327である。
【００３５】
あるループ径における曲げ剛性の測定を終えたら、さらに張力を変えることでループ径を変え、そのループ径における張力も測定して、同様に曲げ剛性を評価する。
【００３６】
＜トルク計測タイプ＞
次に、ループ状に形成した長尺材が復帰しようとする際の力をトルクとして取り出し、そのトルクに基づいて曲げ剛性を評価する方法を説明する。
【００３７】
この評価方法に用いる計測治具を図３に示す。図３に示すように、本発明評価方法に用いる計測治具200は、第一挿通部材210と、第一挿通部材210とは独立して回転する第二挿通部材220とからなる。説明の便宜上、図３では、第一挿通部材210と第二挿通部材220の回転位置をずらして表示している。
【００３８】
第一挿通部材210は、円筒部211と、半円筒部212とが直列に一体化された部材で、円筒部211を貫通する回転軸230により回転自在に支持されている。第二挿通部材220は、一端側から順に、半円筒部221、円筒部222、半円筒部223、円筒部224が直列に一体化された部材である。この第二挿通部材220は、第一挿通部材210よりも短く、半円筒部221を貫通すると共に第一挿通部材210と共通の回転軸230により回転自在に支持されている。これら第一・第二挿通部材210,220は第一挿通部材の円筒部211と半円筒部212との境界が、第二挿通部材の半円筒部221と円筒部222との境界と直線上に位置するように並列され、互いに独立して回転される。
【００３９】
この計測治具200を用いて長尺材の曲げ剛性を評価するには、図４に示すように、計測治具200に長尺材を挿通してループを形成する。図４中において、長尺材300は太い破線で示している。まず、長尺材300の端部を第一挿通部材の円筒部211に挿通し、半円筒部212の上部で上方に屈曲する。この長尺材300の端部を今度は下方に屈曲してループを形成し、さらに第二挿通部材220の２つの円筒部222,224に挿通し、この円筒部224から引き出す。ループは極力円形に近づくように調整する。この状態において、長尺材300の一端側が第一挿通部材の円筒部211から引き出され、他端側が第二挿通部材の円筒部224から引き出された状態となる。
【００４０】
ここで、第一挿通部材の円筒部211から露出する長尺材300を第一挿通部材210に固定する。例えば、長尺材300を円筒部211の内径より大きなクランプで挟むことで固定する。長尺材300が電線などのように被覆材を有するものであれば、この被覆にピンを貫通させ、そのピンを円筒部211の開口に掛けることで長尺材300の固定を行ってもよい。同様の手段により、第二挿通部材の円筒部224から露出する長尺材300も第二挿通部材220に固定する。
【００４１】
この固定が行われた状態において、長尺材300の一端側は、直線状に復帰しようとする力により第一挿通部材における円筒部211上端の内面を押圧して第一挿通部材210を図４の左回りに回転させる。また、長尺材300の他端側は、直線状に復帰しようとする力により第二挿通部材の円筒部224下端の内面を押圧して第二挿通部材220を図４の右回りに回転させる。図４では、第一・第二挿通部材210,220が互いに逆方向に回転し始めようとする状態を模式的に示しており、この回転は、第一挿通部材210の下端が垂直線よりも右側に、第二挿通部材220の下端が垂直線よりも左側にずれた位置で止められる。
【００４２】
両挿通部材210,220に作用するトルクを測定するには、互いに逆方向に回転して回転位置がずれた両挿通部材210,220を重なり合う位置となるように保持する。例えば、両挿通部材210,220の下端部を適宜な平行板などで挟みつけて保持する。その際、この両挿通部材210,220が重なり合う位置となるように保持するための荷重を測定する。荷重測定は、例えば平行板の一方にロードセル（図示せず）を設けておけばよい。この荷重が得られれば、トルクを求めることができる。すなわち、互いに逆方向に回転された両挿通部材を平行にする際の保持力をW、両挿通部材210,220の間に生じるトルクをM、回転軸から一方の挿通部材端までの距離をHとすると、トルクM＝H・W/2となり、曲げ剛性EIは、EI＝M・D/2で求められる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明長尺材の曲げ剛性評価方法は、電線や光ファイバなど、比較的細い径の長尺材に対して適用されることが期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】張力計測タイプの本発明評価方法に用いる挿通治具を示し、（A）はその側面図、（B）はその平面図である。
【図２】張力計測タイプの本発明評価方法に用いる挿通治具の使用状態を示し、（A）はその側面図、（B）はその平面図である。
【図３】トルク計測タイプの本発明評価方法に用いる挿通治具を示し、（A）はその側面図、（B）はその平面図である。
【図４】トルク計測タイプの本発明評価方法に用いる挿通治具の使用状態を示し、（A）はその側面図、（B）はその平面図である。
【図５】従来の曲げ剛性評価方法の説明図である。
【図６】従来の曲げ剛性評価方法の説明図である。
【符号の説明】
【００４５】
100  計測治具  110  第一挿通部材  111  円筒部  112  半円筒部
120  第二挿通部材  121、123  円筒部  122  半円筒部材
200  計測治具  210  第一挿通部材  211  円筒部  212  半円筒部
220  第二挿通部材  221  半円筒部  222  円筒部
223  半円筒部  224  円筒部  230  回転軸
300  長尺材
400  試験材
500  水平面  510  試験材
【図１】
2005241496.tif 000003
【図２】
2005241496.tif 000004
【図３】
2005241496.tif 000005
【図４】
2005241496.tif 000006
【図５】
2005241496.tif 000007
【図６】
2005241496.tif 000008