(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
捲握ジョー（１１）を有する捲握固着装置（１０）を用いて行う、電気絶縁体（１）の電気絶縁心棒（２）への金属製端取付具（３）の捲握操作をモニターする方法であって、
捲握操作時に、捲握ジョー（１１）から端取付具（３）に作用した力及び圧力のうちの少なくとも一方を測定し、
捲握操作時に捲握ジョー（１１）が走行した距離を測定し、
上記距離が増加しても増加しない力及び圧力のうちの少なくとも一方を検出することにより、電気絶縁心棒（２）の破損を発生させる過剰捲握を検出することを特徴とするモニター方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、
作用させた力と走行距離との比、及び、作用させた圧力と走行距離との比のうちの少なくとも一方を算出して、任意の比の変動を、距離の増加にも拘わらず増加しない力又は圧力を検出するのに利用することを特徴とするモニター方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の方法であって、
作用させた力と走行距離との比、及び、作用させた圧力と走行距離との比のうちの少なくとも一方を表示することにより、距離の増加にも拘わらず増加しない力及び圧力のうちの少なくとも一方を視認検出するようにしたことを特徴とするモニター方法。
【請求項４】
請求項１から３までの何れか１つに記載の方法であって、
走行距離の代わりに、或いは該走行距離と一緒に経過時間を測定することを特徴とするモニター方法。
【請求項５】
金属製端取付具（３）を電気絶縁体（１）の電気絶縁心棒（２）に捲握固着する捲握ジョー（１１）を備えた捲握固着装置（１０）において、
捲握されている端取付具（３）に捲握ジョー（１１）から作用する力及び圧力のうちの少なくとも一方と、捲握ジョーの走行距離とを測定することにより、電気絶縁心棒（２）の破損を発生させる過剰捲握を検出するために捲握操作をモニターすることができるように、前記捲握ジョー（１１）と連繋する力及び圧力のうちの少なくとも一方のためのトランスジューサ（１５）を設けたことを特徴とする捲握固着装置。
【請求項６】
請求項５に記載の捲握固着装置（１０）であって、
トランスジューサ（１５）が、捲握ジョー（１１）に取り付けられた捲握ダイ（１２、１３）内に収容されている捲握固着装置。
【請求項７】
請求項６に記載の捲握固着装置（１０）であって、
上記ダイが、固定されたマスターダイ（１２）と交換可能な捲握ダイ（１３）とからなり、トランスジューサ（１５）がマスターダイ（１２）内に収容されている捲握固着装置。
【請求項８】
請求項５、６又は７に記載の捲握固着装置（１０）であって、
さらにトランスジューサ（１５）からの出力を表示するための表示手段（１９）が設けられていて、
オペレータが過剰捲握を検出し、予測し、又は、検出及び予測し、かつ回避することができるようになっている捲握固着装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
(技術分野)
本発明は、高電圧や中電圧、低電圧の用途に適した複合電気絶縁体の捲握(crimp)による固着に関する。
【０００２】
(背景技術)
複合絶縁体は、一般に繊維ガラスからなる構造的に強靱なコアないし棒体と、複数のフィン状電気絶縁片と、電気絶縁体の両裸出端に捲握固着した金属製端取付具とで構成されている。絶縁組立体、従って、捲握固着部は、絶縁体の特定の仕様(SML、Specified Mechanical Load(指定機械的加重))ごとに引張力に耐えられるものでなければならない。
【０００３】
複合絶縁体が破損する場合における主たる様状は、金属製端取付具の内側にある繊維ガラス棒が捲握固着時にひび割れを起こすことである。捲握固着時では、ダイセットを棒体の方へと半径方向に押圧するのに流体圧プレスが使われる。ダイセットの前進ストローク時に、ダイが金属端取付具をその円周方向から捲握するようになっている。この捲握作用でスチールが繊維ガラス棒に捲縮される一方で、捲縮されたスチールは永久変形してしまう。繊維ガラスの特定の材料特性からして、斯かる繊維ガラス棒の構造上の強度は、その長手方向では大きいが、半径方向では限られている。
【０００４】
捲握時におけるひび割れは、捲握し過ぎて繊維ガラス棒に発生する圧縮応力が、直交方向での繊維ガラス棒の圧縮強度を超えた場合に発生する。また、スチール製端取付具における穿削孔の表面が粗いことから応力集中にも起こる。これらの応力集中で、捲握操作時に繊維ガラス棒が破損し、かくて繊維ガラス棒と端取付具との機械的な連結が弱いものとなってしまう。
【０００５】
産業界でのひび割れ検出の方法としては、適当な音響モニターと増幅器とを利用して、捲握操作時に発生するひび割れの音を検出するようにした音響モニター法が、伝統的に使われている。しかし、この音響モニター法は、簡単には採用できないことがある。従って、実地での音響モニター法は、全生産ラインにわたるどころか、たまたま行われるだけのことであり、そのために連結不良が見つからないでそのままになってしまう製品もでてくる。
【０００６】
従って、非常に信頼性よく金属製端取付具の棒体への捲握操作をモニターする方法を提供するのが本発明の目的である。
経済的にして、容易に採用できる、金属製端取付具の棒体への捲握操作をモニターする方法を提供するのも、本発明の目的である。
更に、繊維ガラス棒の如くの棒体への金属製端取付具の捲握操作をモニターすることのできる捲握固着装置を提供することも、本発明の目的である。
【０００７】
(発明の開示)
本発明によれば、捲握ジョーを有する捲握固着装置を利用して行う、電気絶縁体の電気絶縁心棒への金属製端取付具の捲握操作をモニターする方法は、下記のステップで構成されているのを特徴としている。
捲握操作時に捲握ジョーから端取付具に作用した力と圧力の何れか、または両方を測定するステップ。
捲握操作時にジョーが走行した距離を測定するステップ。
距離が増加しても増加しない力と圧力の何れか、または両方を検出するステップ。
【０００８】
従って、本発明は、棒体のひび割れをモニターし、予知するために力／圧力トランスジューサを利用する、捲握操作時でのひび割れ、または、マトリックス破損による棒体の破損を検出する新規な方法を提供している。力／圧力トランスジューサを利用することで、音響モニター法では間接的な指標しか得られないのに対して、繊維ガラス棒における応力を表す直接的な指標が得られのである。また、モニター作業は、捲握操作時に連続法として行うことができ、従って、全生産ラインにわたり常時採用することができ、そのために信頼性が高まるのである。もう一つの利点として、著しいひび割れが検出されると直ちに絶縁体を破棄処置にすることができ、後続の方法ステップを無駄にしない点が挙げられる。
【０００９】
捲握操作をモニターするのにトランスジューサを利用することは、例えば電気接続器を電線に捲握する分野では知られている。例えば欧州特許出願公開明細書第０,４６０,４４１号には、電気接続器を金属線に捲握する場合での電気接続部の品質を判定する方法が開示されている。この電気接続部の品質は、力と変位のデータを収集して、これらのデータを標準データと比較することで測定(monitor)されるようになっている。例えば繊維ガラス棒の如くの比較的脆弱な棒体に対する捲握については何ら開示されていない。また、測定される捲握操作は良好な電気接続部を得るためのものであって、電気接続部の品質と引張力に対する耐性の重要性については、あくまでも二次的なものに過ぎない。
【００１０】
他方、欧州特許出願公開明細書第０,３９７,４３４号には、金属電線への電気接続器の捲握操作をモニターする方法が開示されており、これも本発明とは違った課題に対してなされている。電線に対する捲握操作をモニターする同様な方法は、米国特許第５,１６８,７３６号にも開示されている。しかしながら、何れも電気絶縁体の繊維ガラス棒に端取付具を捲握する場合での課題に取り組んだものではない。
【００１１】
本発明の方法においては、作用させた力と走行距離との比と、作用させた圧力と走行距離との比の何れか、または両方が算出されるようになっており、距離の増加にも拘わらず実質的に増加しない力ないし圧力を検出するのに前記比の変動を利用してもよい。別の方法としては、或いはそれに加わって、作用させた力と走行距離との比と、作用させた圧力と走行距離との比の何れか、または両方を表示することにより、距離の増加にも拘わらず実質的に増加しない力と圧力の何れか、または両方を視認検出するようにしてもよい。
【００１２】
本発明を実施の形態について説明するに当り、走行距離を利用して捲握操作をモニターするようにしているが、捲握操作時に経過する時間を測定して、走行距離の代わりに、或いは、それと一緒に利用してもよい。経過時間を変数として利用する場合では、ある期間中での作用させた力と圧力の何れか、または両方の減少を検出するのが望ましい。
【００１３】
前述したように、本発明は、捲握操作時での繊維ガラス棒の破損を検出するのに利用できる新規で、有用な品質制御方法を提供するものである。この技法を捲握機(crimping machine)に利用すれば、絶縁体の機械的特性について改良された品質保証が得られる。従って、本発明は、金属製端取付具を電気絶縁体の電気絶縁心棒に捲握固着する捲握ジョーを備えた捲握固着装置をも提供するものであり、斯かる捲握固着装置は、捲握されている端取付具に捲握ジョーから作用する力と圧力の何れか、または両方と捲握ジョーの走行距離とを測定することにより過剰捲握を検出するために捲握操作の進展をモニターすることができるように、前記捲握ジョーと連繋する力／圧力トランスジューサを設けたことを特徴とするものである。
【００１４】
前記トランスジューサは、ジョーに装着した捲握ダイに格納されているのが望ましい。そのためには、ジョーではなくて、ダイを改変する必要がある。好ましい実施の形態では、ダイは、固定マスターダイと、交換自在捲握ダイとからなり、前記トランスジューサはマスターダイに格納させている。これにより、特定の捲握ダイを利用するかに拘わらず、捲握固着装置に常にトランスジューサが備わっているようにすることができる。また、この実施の形態では、一つだけ、或いは一組のトランスジューサが必要であり、交換自在捲握ダイごとにトランスジューサを設けておく必要はない。
【００１５】
(発明を実施するための最良の形態)
以後、添付図面を参照しながら本発明の好ましい実施の形態を詳述する。
一例として図１に示す電気絶縁体ユニット１は、繊維ガラスの如くの電気絶縁材からなる電気絶縁心棒２からなる。この心棒２の両端には金属製端取付具３が備わっている。両方の端取付具３の間における心棒の部分は、フィン状絶縁片５を有するハウジング４により囲繞されている。好ましくは、このハウジング４はポリマー材からなり、心棒２に対して熱捲縮により取り付けられている。
【００１６】
端取付具２は、図２ａと図２ｂとを参照しながら後述するように当該取付具を捲握域６に捲握させることにより心棒２に固着させている。このように端取付具を捲握することにより、構成部品数を最小限にすることができる。しかしながら、捲握操作で心棒にひび割れが発生して、引張力に対する絶縁体の耐性が著しく減少してしまうことが見いだされた。
【００１７】
図２ａと図２ｂとに概略的に図示するように、捲握装置は複数の捲握ジョー１１を備えている。図示の例では、捲握装置は８個のジョー１１を備えており、その内、便宜上２個のみ図示してある。ジョー１１の数としては、８個の代わりにその他の数の個数、例えば６個が望ましい場合もある。各ジョー１１には、別個のダイが装着されている。図示の実施の形態では、各ダイはマスターダイ１２と捲握ダイ１３とからなる。８個のマスターダイ１２は、それぞれのジョーに永久に固着されていてもよい。各捲握ダイ１３は、例えば適当なボルト(図示せず)を介して対応するマスターダイ１２に脱着自在、かつ、交換自在に取り付けられている。楔状のダイ配列が心棒２に対して捲握されるべき端取付具２を有する絶縁体１を囲繞している。当初、心棒２と端取付具３との間には隙間１７ができている。捲握操作時に、図２ｂに示すようにダイが絶縁体の方へと動いて、端取付具３が永久変形して締り嵌めされるように、当該端取付具３に対して圧力を作用させるようになっている。
【００１８】
本発明によれば、力ないし圧力トランスジューサ１５が、捲握固着装置のマスターダイ１２に、図示の例では２７０°位置(０°は配列の右側)において位置決めされている。このトランスジューサの出力信号は増幅器(図示せず)に送られ、そこで力を表す信号に変換される。ダイが動く走行距離は、従来公知の変位トランスジューサないし光学式変位測定装置を利用して測定する。
【００１９】
図３は、トランスジューサ(センサー)からの出力を放射方向へのダイ１２、１３の走行距離に対してプロットしたグラフを示す。この情報は、捲握操作時に繊維ガラス棒にひび割れが発生したかどうかを明確に示すものとして利用できる。
【００２０】
割れが発生しない正常捲握操作の場合、力Ｆないし圧力ｐ(垂直軸にプロットしてある)は、水平軸にプロットした走行距離ｄと共にほぼ直線状に増加する。このことは図３ａに示されているところである。図３ａにおいて細い補助線で示した力Ｆ(Ｙ軸)と距離ｄ(Ｘ軸)とのほぼ線形関係が、良好な捲握操作であることを示している。
【００２１】
棒体が割れる場合では、図３ｂに示すように作用している力が変わらないで捲握距離が瞬間的に増加する。距離の瞬間増加については、Ｘにおいてグラフの傾斜が突然変化することで示されている。距離がｄｘになると、力Ｆは最大力Ｆｘを越えて増加するようなことはなく、それで棒体に割れが発生したことが分かる。この結果、捲握操作時での割れと生じた棒体と無傷棒体との違いが一貫してはっきりするのである。
【００２２】
図３ｂのグラフをディスプレースクリーンに表示させれば、割れを視認検出することができる。別の方法としては、機械による検出も可能であって、この場合、所定時間間隔(例えば０．１秒ごと)おきに力と距離との比(正確には、力の増加と距離の増加との比)を算出し、この比が所定百分率、例えば２５％とか、５０％よりも大きく変化した場合に警報を発するようにすることで達成できる。当業者には、この検出プロセスを最適化するのに、例えば５ないし１０サンプルについての比を平均化するとか、この他に種々の技法が利用できるのは明らかである。
【００２３】
図４ａと図４ｂのグラフは、本発明の別の実施の形態を示すものであって、前述の実施の形態に代えて、或いは、それと一緒に利用することができるものである。図４ａに示す如く時間の経過に伴って作用させる力は、割れが発生しない捲握操作の場合のものである。この力は当初は時間の経過に伴って、典型的には所定の割合(上昇率)で増加する。この最初の期間を図４ａにおいてＩで示す。所定の最大力になると、その力はＩＩで示すように第２期間にわたってそのまま維持される。最後に、IIIで示した第３期間中は、この力は０へと減少する。図４ａから分かるように、グラフは比較的スムーズであり、期間Ｉではほぼ一定の傾斜を示し、期間ＩＩではほぼ一定のレベル(力)を示している。
【００２４】
図４ｂに示す如く時間の経過に伴って作用させる力は、割れが発生した捲握操作の場合のものである。このグラフは図４ａに示したのと非常に似通っている。しかしながら、時間ｔｘにおいて割れが発生して、作用力が突然減少している。この時点が図４ｂのグラフではＸで示されているところである。図示の例では、割れと、それに伴ってトランスジューサにより測定された力の減少が期間ＩＩ中に起こっている。割れは期間Ｉ中に発生することもあり得るのは理解されるところである。この期間Ｉ中に割れが発生する場合では、グラフの傾きにも影響が表れる。しかし、本実施の形態では、検出基準を、増加のない場合ではなくて、むしろ減少の場合においている。測定値の減少を検出するのは容易であることが分かっている。
【００２５】
図４ａと図４ｂのグラフは、時間経過に伴う圧力の場合にもあてはまるのは容易に理解されよう。
前述の説明から明らかなように、力ないし圧力トランスジューサを追加することにより従来の捲握固着機を改変することができる。従って、本発明は、既存の機器設備に対して精巧で、費用のかかる改変を行う必要はないのである。
【００２６】
実施例
モニター用力トランスジューサを追加することで標準的な捲握固着機を改良した。
主捲握変数捲握圧(main crimping variables crimp pressure)と捲握距離と捲握保持時間と負荷上昇率とを、キーたる捲握パラメータとして設定した。その結果、表１．１に示すタグチ試験(Taguchi trial)の基準として選んだが、この試験の目的は、前記パラメータに対する装置の感度を調べることにある。また、捲握固着部の破損が一部の試験で発生するように、試験を工夫した。それに伴う圧力は水頭圧で測定し、ダイによる走行距離とベースダイにおいて測定した力とは捲握操作中に記録すると共に、日誌に記入した。破壊検査中、力は伸び率に対してプロットした。破壊試験荷重は、破損するまで所定の上昇率(ｋＮ／分)で印加させた。
【００２７】
表１
0004441124.tif 000002
圧力１：  予荷重圧、装置が端取付具を検出して設定率で圧力を上昇させ始めるときの圧力。
圧力２：  捲握圧
上昇率：  圧力２が印加される割合。
保持時間：  捲握圧(圧力２)が維持される時間。
【００２８】
トランスジューサ(力センサー)は、個々のダイセットにセンサーを取り付ける必要性をなくすためにベースダイ(マスターダイ)に位置決めした。これらセンサーの位置については図２ａを参照のこと。全てにおいて三個の研削された「マスターダイ」があって二つの力トランスジューサが取り付けられていた。これらは９０°、１８０°、２７０°位置にそれぞれ位置決めされたダイであった。二個のセンサーは、ダイの前方と後方とにおいて端取付具に伝達される力を比較する目的で取り付けられたのである。この改良型で利用したセンサーと増幅器とは、KISTLER器具にその出所を求めることができる。
【００２９】
捲握ヘッドの機械的形状からして、力トランスジューサとしては、２７０°位置に置かれているマスターダイに設けるのが望ましく、この点について筈２ａを参照されたし。
【００３０】
タグチ試験：  最初のバッチの試験中、２７個のサンプルを捲握したが、各捲握について捲握変数を記録した。捲握「Ａ」が第１面、捲握「Ｂ」が第２面、捲握されている。変数情報は図３に示した形で収集した。
尚、この段階では力トランスジューサは、実際の力の値が読み取れるように較正はされていない。しかし、目盛りはクーロンで表されており、相対値が解釈された。
【００３１】
捲握力-変位曲線の特性形状からして、破壊試験中での絶縁体の破損モードを予知することは可能であった。破壊試験中での破損モードには下記の３種がある。
１．  棒体折れ、
２．  過剰捲握によるマトリックス割れ、及び
３．  棒体の抜け：  棒体が損傷した端取付具から抜ける、即ち、割れなし。
【００３２】
図３ａと図３ｂとは、明らかに無傷の場合と明らかに割れた場合とでの曲線形状の明確な違いを示している。
以下に挙げる結果は、各試験番号ごとの結果と予知破損モードをまとめたものであって、x.1、x.2、x.3は、各組の上限で行った３つの試験を表し、ＡとＢとは、組立体の両端をそれぞれ表している。表で用いた略語については、以下に説明する。
【００３３】
予知破損モードの略語
G-PO：  良好部分、負荷>絶縁体のＳＭＬ(単位はｋＮ)での破壊ないしプル。
Ｂ：  負荷<絶縁体のＳＭＬ(単位はｋＮ)での破壊
Ｍ：  マトリックス割れ
破損モードの略語
Ｂ：  高引張荷重のため破壊
PO：  抜け
Ｓ：  スニッピング、孔径の辺株における鋭いエッジによる繊維損傷。
Ｒ：  穿孔による孔でのリッジによる繊維損傷
C-B：  捲握による棒体破損
Ｍ：  捲握によるマトリックス損傷
【００３４】
表２
0004441124.tif 000003
【００３５】
上記結果の基づき、採用した捲握圧は全て高すぎたものと判定したので、捲握圧を９３バールに設定した。その結果、５％上昇率が高ければ高いほど圧力変動が大きくなることが証明され、従って、最小上昇率を３０％に選択した。圧力１は、機械により一定に設定され、維持時間は最終結果には何ら影響をもたらすようなものではなかったので、サイクル時間を考慮しつつ最短維持時間を選んだ。
【００３６】
設定圧力１＝９バール
設定圧力２＝９３バール
維持時間＝４秒
Ｐ／ｔ＝３０
上記のパラメータを利用して、１５回試験を行ったところＦ対Ｄ理論(F vs D theory)が破損検出基準として妥当であると証明された。
【００３７】
表３
0004441124.tif 000004
【００３８】
当業者には、ここまで説明した実施の形態や実施例は例示のために提示されているに過ぎず、添付の請求の範囲に定めた本発明の範囲から逸脱することなく、種々の改変や追加などが容易に想到し得るであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】  棒体と捲握固定した端取付具とを有する絶縁体を示す部分断面概略図である。
【図２ａ】  本発明による捲握装置の部分断面概略図である。
【図２ｂ】  本発明による捲握装置の部分断面概略図である。
【図３ａ】  捲握操作時での力と距離との関係を示す概略図である。
【図３ｂ】  捲握操作時での力と距離との関係を示す概略図である。
【図４ａ】  捲握操作時での力と時間との関係を示す概略図である。
【図４ｂ】  捲握操作時での力と時間との関係を示す概略図である。
【符号の説明】
１…電気絶縁体ユニット            ２…心棒
３…端取付具                      ４…ハウジング
５…フィン状絶縁片                ６…捲握域
１１…ジョー                      １２…マスターダイ
１３…捲握ダイ                    １５…トランスジューサ
【図１】
0004441124.tif 000005
【図２ａ】
0004441124.tif 000006
【図２ｂ】
0004441124.tif 000007
【図３ａ】
0004441124.tif 000008
【図３ｂ】
0004441124.tif 000009
【図４ａ】
0004441124.tif 000010
【図４ｂ】
0004441124.tif 000011