(57)【要約】【課題】内外２層の絶縁被覆が設けられた電線の絶縁被覆の外層の厚さを、電線の製造中に、非破壊そして非接触で精度良く測定する。【解決手段】内外２層の絶縁被覆が設けられた電線の外径を非接触、オンラインで測定する外径測定部と、電線の静電容量を非接触、オンラインで測定する静電容量測定部と、測定された電線の外径と電線の静電容量を認識している測定データ認識部と、電線の芯線の外径、絶縁被覆の内層と外層の材料の誘電率を記憶している既知データ記憶部と、相互に誘電率が異なる内外２層の絶縁被覆が設けられた電線の静電容量の式を基に作成された演算プログラムが格納されているプログラム記憶部と、測定データ認識部の認識しているデータと既知データ記憶部が記憶しているデータを基に、演算プログラムを使用して、電線の絶縁被覆の外層の厚さをリアルタイムに演算で求める演算部とを有している２層電線の外層厚さ測定器。【選択図】図２
2007115461.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内外２層の絶縁被覆が設けられた電線の外径を非接触法かつオンラインで測定する外径測定部と、
前記電線の静電容量を非接触法かつオンラインで測定する静電容量測定部と、
前記外径測定部により測定された電線の外径、前記静電容量測定部により測定された前記電線の静電容量を認識している測定データ認識部と、
前記電線の芯線の外径、前記絶縁被覆の内層の材料の誘電率および前記絶縁被覆の外層の材料の誘電率を記憶している既知データ記憶部と、
下記の数式（１）、（２）を基に作成された演算プログラムが格納されているプログラム記憶部と、
前記測定データ認識部の認識しているデータと前記既知データ記憶部が記憶しているデータを基に、前記プログラム記憶部に格納されている演算プログラムを使用して、前記電線の絶縁被覆の外層の厚さをリアルタイムの演算で求める演算部とを有していることを特徴とする２層電線の外層厚さ測定器。
（数式１）
Ｃａｐ＝２×π×εａ×εｂ／｛εａ×ｌｎ（ｄ２／ｄ３）＋εｂ×ｌｎ（ｄ３／ｄ１）｝
（数式２）
ｔ＝（ｄ２−ｄ３）／２
ここに、Ｃａｐ：電線の単位長さ当たりの静電容量
εａ：絶縁被覆の内層の材料の誘電率
εｂ：絶縁被覆の外層の材料の誘電率
ｄ１：電線の導体（芯線）の外径
ｄ２：電線の外径
ｄ３：絶縁被覆の内層の外径
ｔ：絶縁被覆の外層の厚さ
である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内外２層の絶縁被覆が設けられた電線の外層の厚さを製造中に測定可能な測定器に関する。
【背景技術】
【０００２】
電線、特に自動車用電線の絶縁被覆には、高度の耐燃性と共に、廃棄、焼却時に有害なガスを大気中に放出しないことが強く要求される。このため、ベース樹脂にポリエチレン、ポリプロピレン等のハロゲンフリーの樹脂を用い、水酸化マグネシウム等の金属水和物を難燃剤として含有された被覆が開発されている。
【０００３】
しかし、近年の難燃性に対する厳しい要求を充分に満足する程度にベース樹脂に難燃剤を配合すると、絶縁被覆の耐摩耗性、耐スクラッチ性等の機械的性質が劣化する。
このため、絶縁被覆を難燃剤が大量に配合された内側の層（内層）と比較的少量しか配合されていない外側の層（外層）の２層構造として、内層には難燃性を受持たせ、外層には機械的性質の維持（劣化防止）を図る技術が開発されている（特許文献１）。
【０００４】
２層構造の絶縁被覆においては、内層と外層は正確な厚さに仕上げられている必要がある。特に、外層の絶縁被覆は電線の機械的性質の維持のみならず、難燃剤の配合量が少ないため電線の難燃性に直結するため、精度良好な厚さに仕上げる必要がある。しかし、電線の製造中にオンラインで、即ち製造ラインを停止することなく絶縁被覆層、特に外層の厚さをミクロンのオーダで測定することは困難である。
また、一々生産ラインを停止して測定することは、製造効率の面から好ましくない。
このため、電線の完成後、サンプルを切り出し、ディジタルマイクロスコープや画像処理測定器を使用して、外層の絶縁被覆が所定の厚さに仕上げられていることを確認する完成検査がなされている。
【特許文献１】特開平１―３０２６１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、現在の性能、コストに対するユーザからの厳しい要求の下、完成検査のみでは必ずしも十分とは言えなくなりつつある。例えば、製造された電線の端部近くばかりからサンプルを切り出せば、サンプリング検査として不十分になる恐れがあり、万が一不良品が発生した場合には対策、処置の遅れにも繋がりかねない。
逆に、生産ラインを定期的に停止して検査するようにしたり、完成し巻取られた状態の電線を巻き戻して中央部近くを測定したり、ましてや中央部からも数多くサンプルを切り出して検査をしたりすれば、製品の大幅なコストアップにつながる。
【０００６】
このため、内外２層の絶縁被覆が設けられた電線（以下、単に「電線」とも記す）の絶縁被覆の外層の厚さをオンラインで、即ち電線が製造中であり、このため巻取り等のため移動している最中に、非破壊そして非接触方式かつリアルタイムに精度良く測定することが可能な技術の開発が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、以上の課題を解決することを目的としてなされたものであり、内層と外層では絶縁被覆の材料の誘電率が相違するため、外層の絶縁被覆厚さの変化に応じて、電線の静電容量が相違することに着目したものである。
以下、各請求項の発明を説明する。
【０００８】
請求項１に記載の発明は
内外２層の絶縁被覆が設けられた電線の外径を非接触法かつオンラインで測定する外径測定部と、
前記電線の静電容量を非接触法かつオンラインで測定する静電容量測定部と、
前記外径測定部により測定された電線の外径、前記静電容量測定部により測定された前記電線の静電容量を認識している測定データ認識部と、
前記電線の芯線の外径、前記絶縁被覆の内層の材料の誘電率および前記絶縁被覆の外層の材料の誘電率を記憶している既知データ記憶部と、
下記の数式（１）、（２）を基に作成された演算プログラムが格納されているプログラム記憶部と、
前記測定データ認識部の認識しているデータと前記既知データ記憶部が記憶しているデータを基に、前記プログラム記憶部に格納されている演算プログラムを使用して、前記電線の絶縁被覆の外層の厚さをリアルタイムの演算で求める演算部とを有していることを特徴とする２層電線の外層厚さ測定器。
（数式１）
Ｃａｐ＝２×π×εａ×εｂ／｛εａ×ｌｎ（ｄ２／ｄ３）＋εｂ×ｌｎ（ｄ３／ｄ１）｝
（数式２）
ｔ＝（ｄ２−ｄ３）／２
ここに、Ｃａｐ：電線の単位長さ当たりの静電容量
εａ：絶縁被覆の内層の材料の誘電率
εｂ：絶縁被覆の外層の材料の誘電率
ｄ１：電線の導体（芯線）の外径
ｄ２：電線の外径
ｄ３：絶縁被覆の内層の外径
ｔ：絶縁被覆の外層の厚さ
である。
【０００９】
本請求項の発明においては、内外２層の絶縁被覆が設けられた電線の絶縁被覆の外層の厚さを、内層の絶縁被覆材料と外層の絶縁被覆材料とで誘電率が異なるため外層の被覆材料の厚さが変化すれば電線の静電容量も変化することに着目して、予めの測定で得られているデータである導体の外径、内層の絶縁被覆材料の誘電率と外層の絶縁被覆材料の誘電率と、非接触法かつオンラインで得られたデータである電線の外径と電線の静電容量とを基に、前記の数式（１）と数式（２）からオンラインかつリアルタイムで求めることができる。
【００１０】
このため、かかる電線の正確な絶縁被覆厚さの確保、ひいては電線の性能向上、コストダウンに大きく寄与することとなる。
なお、「非接触法で測定する」とは、センサーと電線の目下の測定対象となっている部分の電線とが接触していないという意味である。
【００１１】
電線の外径を非接触法かつオンラインで測定する方法としては、電線がレーザー光束を横切る際、その外径に応じて遮光量が変化することを利用する方法を用いることが好ましい。
【００１２】
電線の静電容量を非接触法かつオンラインで測定する方法としては、同軸円筒間の静電容量の式を利用した方法が採用される。具体的には、例えば後記の実施の形態にて示す方法が用いられる。
【００１３】
また、「演算で求める」とは、何らかの測定値を基に演算して求めることを指し、さらに例えば同軸円筒間の静電容量の式を用いる場合には、電線の外周面とその外周にある金属製円筒間には実際には多少の隙間があり、電線の導体と金属円筒の長さも相違すること等のため、予めの試験結果を使用して必要な修正を行うことをも含める。
【００１４】
また、既知データ記憶部に記憶されているデータは、測定対象の電線の導体の外径、絶縁被覆のベース樹脂の種類、ベース樹脂に配合される難燃剤の種類や配合率、そのほかサブ押回転数等の各種の条件毎に予め別途の測定がなされ、電線製造前に予め得られているデータのことである。
なお、既知データには、例えば芯線（導体）の外径等一部のデータについては、別途の手段、方法で測定された値に常時あるいは一定時間毎に更新される様になっている場合をも含む。
これらのデータは、測定対象の電線毎にあるいはさらに製造条件毎に対応するデータが読み出されて、計算に使用されることとなる。
なお、測定対象の電線の外径が相違したりする様な場合には、測定機器の一部はそれに適合した寸法のものに取替えられたりするのはもちろんである。
【００１５】
また、演算部は、プログラム記憶部に格納されている演算プログラムによる演算の他に、各種の電線や製造条件毎に予めのサンプルを使用した実験で得られた修正式や修正値をも併用して、一層正確に外層の厚さを求めるようにしていても良い。即ち、前記の数式（１）、（２）の基本的な考え方を損わない限り、多少付加、修正した式を使用していても、本発明に含まれる。
また、測定された電線の外径（あるいは仕上外径）、静電容量あるいはこれらから求められた絶縁被覆の外層の厚さが、液晶ディスプレイに表示されたり、別途制御装置や安全装置に入力されたりする様になされていても良い。
【発明の効果】
【００１６】
本発明においては、内外２層の絶縁被覆が設けられた電線の絶縁被覆の外層の厚さを、内層の絶縁被覆材料と外層の絶縁被覆材料とで誘電率が異なるため外層の被覆材料の厚さが変化すれば電線の静電容量も変化することに着目して、予めの測定で得られているデータである導体の外径、内層の絶縁被覆材料の誘電率と外層の絶縁被覆材料の誘電率と、非接触法かつオンラインで得られたデータである電線の外径と電線の静電容量とを基に、オンラインかつリアルタイムで、即ち製造中に時間遅れなく測定することが出来る。
このため、かかる電線の正確な絶縁被覆厚さの確保、ひいては電線の性能向上、コストダウンに大きく寄与することとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明をその最良の実施の形態に基づいて説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。本発明と同一および均等の範囲内において、以下の実施の形態に対して種々の変更を加えることが可能である。
【００１８】
（原理）
以下、図１を参照しつつ本発明の原理を説明する。
図１は、内外２層の絶縁被覆が設けられた電線の長さに直交する方向の断面を、概念的に示す図である。本図において、１０は電線であり、１１はその導体であり、１２は外層の絶縁被覆であり、１３は内層の絶縁被覆である。また、ｄ１は導体１１の外径であり、ｄ２は電線の外径即ち外層の絶縁被覆１２の外径であり、ｄ３は内層の絶縁被覆１３の外径である。
【００１９】
次に、εａを内層の絶縁被覆材料の誘電率とし、εｂを外層の絶縁被覆材料の誘電率とする。
この場合、電線の外周に極近接して設置された金属円筒（従って、その内径はほぼｄ２である）と電線の導体とがなす同軸円筒間の単位長さ当たりの静電容量をＣａｐとしたとき、このＣａｐとεａおよびεｂ間には、以下の式（１）が成立する。
Ｃａｐ＝２×π×εａ×εｂ／｛εａ×ｌｎ（ｄ２／ｄ３）＋εｂ×ｌｎ（ｄ３／ｄ１）｝
・・・（１）
前記の式（１）中の各定数のうち、εａおよびεｂは各々内層と外層の絶縁被覆の材料から定まる一定値であり、ｄ１は導体の外径であり、これらはほぼ一定である。また、Ｃａｐとｄ２はオンライン中に非接触で測定可能である。
このため、εａ、εｂおよびｄ１が予め判っておれば、これらとＣａｐとｄ２の測定値から、前記式（１）を使用してｄ３を求めることが出来る。
さらに、外層の絶縁被覆の厚さｔは、ｄ２とｄ３の差の半分として求められる。
【００２０】
なお、前記式（１）は、基本的には以下の同軸円筒間の静電容量の式（３）から容易に導かれる。
Ｃ＝２×π×εｏ／｛ｌｏｇ（Ｄ／ｄ）｝                              ・・・（３）
ここに、Ｃは同軸円筒間の単位長さ当たりの静電容量であり、εｏは同軸円筒間の物質の誘電率であり、Ｄは同じく外筒の内径であり、ｄは同じく内筒の外径である。
【００２１】
以下、（３）式を用いて（１）式を導出する方法について、簡単に説明する。
絶縁被覆が２層ある電線の静電容量は、図１に示す様に、２つの同軸円筒が直列につながっている場合の静電容量と見なすことが出来る。このため、内側の同軸円筒の静電容量をＣ１、外側の同軸円筒の静電容量をＣ２とすれば、これらと電線全体の静電容量Ｃａｐとの間には、以下の（４）式が成立する。
１／Ｃａｐ＝１／Ｃ１＋１／Ｃ２                                    ・・・（４）
この式を変形すると、Ｃａｐ＝Ｃ１×Ｃ２／（Ｃ１＋Ｃ２）となる。これを、（５）式とする。
ここで、前記（３）式より
Ｃ１＝２×π×εａ／｛ｌｏｇ（ｄ３／ｄ１）｝が成立し、
Ｃ２＝２×π×εｂ／｛ｌｏｇ（ｄ２／ｄ３）｝が成立する。
これらを、前記（５）式のＣ１とＣ２に代入すれば（１）式が得られる。
【００２２】
（測定器）
以下、図２を参照しつつ測定器を説明する。
図２は、測定器の構成図である。図２において、１０は製造中の電線であり、２０は非接触法による静電容量の測定器（Ｃモニタ）であり、２５は測定した静電容量の表示装置であり、３０は非接触法による電線の外径の測定器であり、３１は測定した外径の表示装置であり、４０は演算に必要な定数やプログラムおよびＶｉｓｕａｌ  ＢａｓｉｃのＲＳ２３２Ｃプログラム等を予め内蔵したパソコンであり、４１は演算結果の表示装置である。
【００２３】
また、実線で示す通信線はＲＳ２３２Ｃに対応したものであり、矢印は信号の流れる方向を示す。
また、製造中の電線１０と静電容量の測定器２０とが非接触であるのが判るように、それらの間に明瞭にスペースを設けて図示しているが、現実にはスペースはほとんどない。
【００２４】
静電容量の測定器２０は、図２に示す様に、製造中の電線１０の外周を覆う金属円筒２１と、この金属円筒２１と電線１０の導体（図示せず）とに所定の電圧をかける電圧付加部（図示せず）と、静電容量算出部２２とからなる。ここに、電圧をかけるのは、静電容量の変化を検出するためである。
静電容量算出部２１は、電圧付加部の付加する所定の電圧の変動、それにより発生する電流から目下金属円筒２１内を通過中の電線の導体と金属円筒２１間の静電容量の変化を算出し、表示装置２５とパソコン４０に測定結果を送信する。
表示装置２５は、送信されてきた測定結果を表示する。
【００２５】
電線の外径の測定器３０は、製造中の電線がレーザ光束を横切る際、その外径に応じて遮光量が変化することを利用して正確に外径を測定し、さらに測定値を外径の表示装置３１とパソコン４０に送信する。外径の表示装置３１は、送信されてきた外径を表示する。
【００２６】
パソコン４０は、静電容量の測定器２０から送信されてきた現在通過中の（製造ラインを流れている）電線の静電容量Ｃａｐと、電線の外径の測定器３０から送信されてきた現在通過中の電線の外径ｄ２と、メモリに入力されているデータである前記εａ、εｂ、ｄ１および内蔵する演算プログラムを用いて目下製造中の電線の内層の絶縁被覆の外径ｄ３を、さらには外層の絶縁被覆の厚さｔを算出し、表示装置４１に表示する。
【００２７】
なお、実際には、静電容量の測定器２０の金属円筒２１と電線１０の導体間には前記の如く僅かではあるが隙間があり、絶縁被覆は内層、外層とも混合物であり、また電線１０の導体が撚り線の場合には特にそうであるが導体の外径（撚り線の包絡円の直径）にも多少の直径の変動があり、さらに金属円筒２１は有限の長さである。これらのため、厳密には多少の誤差が生じ得る。しかしこれらによる誤差は、予めサンプルを幾つか測定しておくことにより、容易に修正することが出来る。
また、前記隙間による誤差と金属円筒が有限長であることから生じる誤差に対しては、厳密な解析を行って、前記の演算式そのものを修正しても良い。
また、導体が撚り線であること等から生じる変動や誤差は、フィルターで平均値を採る様にしても良い。
【００２８】
（測定対象の電線）
相互に誘電率が異なる内外２層の絶縁被覆が設けられた以下の３種の要目の電線である。
内層の絶縁被覆：何れの電線も、ベース樹脂としてのオレフィン系樹脂１００重量部に
難燃剤として金属水和物を３０〜２００重量部配合されている材料か
らなる。
外層の絶縁被覆：何れの電線も、ベース樹脂としてのポリプロピレン１００重量部に難
燃剤として金属水和物を０〜３０重量部配合されている材料からなる
。
第１の導体：７本の細線からなる撚り線を圧縮して真円化した断面積が０．３４３６（
公称０．３５）ｍｍ２の芯線。なお、導体の外径（圧縮後の撚り線がなす
包絡円の直径）は０．７ｍｍであり、電線の仕上げ外径は１．１ｍｍであ
る。
第２の導体：７本の細線からなる撚り線を圧縮して真円化した断面積が０．４９４８（
公称０．５０）ｍｍ２の電線。なお、導体の外径は０．８５ｍｍであり、
電線の仕上げ外径は１．２５ｍｍである。
第３の導体：１１本の細線からなる撚り線を圧縮して真円化した断面積が０．７２６６
（公称０．７５）ｍｍ２の電線。なお、導体の外径は１．００ｍｍであり
、電線の仕上げ外径は１．４０ｍｍである。
【００２９】
外層の形成に使用した機械：  電線被覆押出機
押出速度（外層形成時に電線がラインを流れて行く速さ）：  ５０ｍ／分
【００３０】
（測定の内容と結果）
前記公称断面積が各々０．３５ｍｍ２、０．５０ｍｍ２および０．７５ｍｍ２の３種の電線を製造中に、電線の回転数を種々変えて絶縁被覆の外層の厚さを測定し、さらにオフライン測定器（キーエンス社製）による測定値、切断後のマイクロスコープによる測定値と比較した。その比較結果を、順に以下の表１から表３および図３から図５に示す。
表１と図３は公称断面積が０．３５ｍｍ２の電線であり、表２と図４は公称断面積が０．５０ｍｍ２の電線であり、表４と図５は公称断面積が０．７５ｍｍ２の電線の場合である。
【００３１】
図３から図５において、●はマイクロスコープによる実測値であり、×はオフライン測定器による測定値であり、○は本発明のオンライン測定器による測定値である。
実線は、サブ押回転数を変化させた場合のマイクロスコープによる実測値の変化を示すものである。また、点線は本発明のオンライン測定器による測定値であるが、図面が細かくなり過ぎるので、実線と相違する範囲についてのみ記載してある。従って、記載がないサブ押回転数の範囲では、実線と同じかあるいはほぼ同じである。
なお、オフライン測定器を使用した場合（×）については、図面が判り難くなるので、線で結ぶことはしていない。さらに、マイクロスコープ（●）、オンライン測定器（○）の測定と（ほぼ）同じ値の場合には、スペースの都合でそれらの右または左に記載している。
【００３２】
【表１】
2007115461.tif 000003
【００３３】
【表２】
2007115461.tif 000004
【００３４】
【表３】
2007115461.tif 000005
【００３５】
次に、公称断面積が０．７５ｍｍ２の電線を、サブ（主軸）押回転数を４ｒｐｍ、５ｒｐｍ、７ｒｐｍさらに最後に再度４ｒｐｍと変化させて外層厚さをオンラインで測定した。その結果を図６に示す。
【００３６】
（測定結果の考察）
１．表１から表３（図３から図５）について
オンライン測定器による測定結果は、他の２種の方法による外層の測定厚さとほぼ同じであり、充分実用に耐えるのが判った。なお、前記の理由等のため、マイクロスコープで測定した値とは多少の誤差があるが、これに対しては、予めパソコンに修正用データをインプットしておくことにより、より一層測定精度を上げることが可能である。
【００３７】
２．図６について
図６には、サブ軸回転数を変化させると絶縁被覆の外層の厚さもほぼ比例して増加し、さらに回転数と厚さに再現性がある様子が概念的に示されている。本図６からも、本実施の形態のオンライン測定器が、外層厚さを充分正確に測定していることが判る。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】測定対象の電線の断面を概念的に示す図である。
【図２】本発明の実施の形態のオンライン測定器の構成図である。
【図３】公称断面積が０．３５ｍｍ２の電線の製造中に、電線のサブ押回転数を種々変化させてオンラインで測定した際に、その測定値と他の方法による測定値とを比較して示す図である。
【図４】同じく、公称断面積が０．５０ｍｍ２の電線におけるオンライン測定値と他の方法による測定値とを比較して示す図である。
【図５】同じく、公称断面積が０．７５ｍｍ２の電線におけるオンライン測定値と他の方法による測定値とを比較して示す図である。
【図６】本実施の形態のオンライン測定器が、サブ軸回転数の変化に追従して充分に性能を発揮している様子を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１０    電線
１１    電線の導体
１２    外層の絶縁被覆
１３    内層の絶縁被覆
２０    静電容量の測定器
２５    静電容量の表示装置
３０    電線の外径の測定器
３１    外径の表示装置
４０    パソコン
４１    外層厚さの表示装置
ｄ１    芯線（導体）の外径
ｄ２    電線の外径
ｄ３    内層の外径
【図１】
2007115461.tif 000006
【図２】
2007115461.tif 000007
【図３】
2007115461.tif 000008
【図４】
2007115461.tif 000009
【図５】
2007115461.tif 000010
【図６】
2007115461.tif 000011