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自主研究「屈曲試験データベースの構築（３）」（研究期間：２０２０年４月～２０２１年３月）

報

告

書

２０２１年３月

一般社団法人

電線総合技術センター

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内容
1．はじめに .......................................................................................................... 32．屈曲試験用試料 .............................................................................................. 4
2.1 試験方法 ................................................................................................................ 5
2.1.1 被覆材引張試験 ............................................................................................... 5
2.1.2 導体引張試験 .................................................................................................. 5
2.1.3 密着力試験 ...................................................................................................... 6
2.1.4 寸法測定.......................................................................................................... 7
2.2 試験用試料の評価まとめ ........................................................................................ 83．屈曲試験......................................................................................................... 93.1 試験計画 .............................................................................................................. 10
3.2 屈曲試験結果 ....................................................................................................... 11
3.2.1 屈曲試験データ .............................................................................................. 11
3.2.2 設定曲げひずみ量-屈曲寿命（被覆材種類の影響）.......................................... 13
3.2.3 設定曲げひずみ量-屈曲寿命（試験温度の影響） ............................................. 15
3.3 試験後の導体観察 ................................................................................................ 19

4．屈曲寿命の差異の考察 ................................................................................. 21
4.1 引張強度の影響 ................................................................................................... 21
4.2 密着力の影響 ....................................................................................................... 22
4.3 摩擦係数の影響 ................................................................................................... 23
4.4 屈曲途中の導体観察 ............................................................................................ 24
4.5 電線の歪-応力特性の影響 .................................................................................... 26
4.5 実曲げひずみ量の影響 ......................................................................................... 30
4.5.1 電線の曲げ曲率の測定と実曲げひずみ量の推定 ............................................ 30
4.5.2 実曲げひずみ量と屈曲寿命の関係 ................................................................. 31
4.6 屈曲寿命差異の要因の推定 ................................................................................. 33
4.7 18 年度品の低温屈曲寿命の差異について .......................................................... 34
4.8 低温-15℃における屈曲寿命の差異について ....................................................... 391

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5．全体のまとめ ................................................................................................. 412

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1．はじめに電線総合技術センター（JECTEC）では、ロボット用電線を代表とする高い屈曲耐久性を有した電線・ケーブル設計に資する知見の獲得を目的として、2018 年度から系統的な屈曲試験データベースの構築を行っている。
2018 年度では、屈曲特性に及ぼす各種試験条件の影響について検討を行った。2019 年度
では、屈曲特性に対する導体の材質、導体素線の寸法、導体の拠り方の影響を検討した。
今年度は、被覆材材質の異なる電線と恒温槽付屈曲試験装置（図 1）を用い、屈曲特性に対する被覆材の材質および温度の影響を定量的に調査すると共に、各種物性の調査および破断した導体の観察等により、屈曲寿命差異のメカニズムの推定を行った。

図 1 恒温槽付屈曲試験機

3

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2．屈曲試験用試料
屈曲試験用試料は、ポリ塩化ビニル（以下、PVC）、架橋ポリエチレン（以下、XLPE）、
フッ素樹脂（以下、ETFE）をそれぞれ被覆した電線を使用した。表 2.1 に、屈曲試験用試料の概略を示した。被覆材の影響を明確にするために、XLPE と ETFE 被覆電線は線径、導体材質・撚り構造がほぼ同じものを市販品より選定し、PVC 被覆電線は JECTEC で製作した。JECTEC にて制作した PVC 被覆電線の被覆材の配合表を表 2.2 に示す。

表 2.1 試験用サンプルの概要
PVC

試料②XLPE

試料③ETFE

PVC 被覆電線

XLPE 被覆電線

ETFE 被覆電線

試作品（JECTEC）

市販品（A 社製）

市販品（B 社製）

ポリ塩化ビニル

架橋ポリエチレン

フッ素樹脂

試料①

被覆材

フルオロポリエチレン

1.5mm/0.45mm

寸法（外径/被覆厚さ）
導体構成(本数/素線径)

7 本/0.2mm

導体材質

Sn メッキ銅

1.4mm/0.4mm

表 2.2 屈曲試験用電線被覆材の配合組成表
原材料

型番

部数

塩ビレジン

TH-1300 （大洋塩ビ）

100 部

可塑剤 （DINP）

－

50 部

充填剤 （炭酸カルシウム）

ホワイトン SB 赤 （白石カルシウム）

30 部

安定剤

RUP-103 （ADEKA）

5部

カーボンブラック

VULCAN 9A32 （キャボット）0.25 部

4

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2.1 試験方法
2.1.1 被覆材引張試験
JIS C 3005 に準拠して被覆材の引張試験（図 2.1）を繰り返し回数 n=5 で実施した。
試験試料：試料①〜③

被覆材単独の管状試験片

標点間距離： 50mm
引張速度： 500mm/min
試験温度：23℃

被覆材 引張強度（MPa）

図 2.1 引張試験機

35
30
25
20
15
10
5
0
試料①PVC

試料②XLPE 試料③ETFE

図 2.2 引張試験結果
図 2.2 の結果から、被覆材の種類により引張強度が異なることを確認した。特に、フッ素樹脂である試料③が最も高い引張強度を示した。

2.1.2 導体引張試験
JIS C 3002 に準拠し、試作で使用した各導体について撚り線の状態で引張試験を繰り返
し回数 n=3 で実施した。
試験試料：試料①〜③5

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標点間距離： 500mm 又は 100mm
引張速度： 100mm/min
試験温度：23℃

導体 引張強度（MPa）

500
400
300
200
100
0
試料①PVC 試料②XLPE 試料③ETFE
図 2.3 引張試験結果
図 2.3 の結果から、試料①〜③について、導体の引張強度はほぼ同等であることを確認した。

2.1.3 密着力試験
JASO D 618 に準拠して被覆材と導体の密着力測定を n=3 で実施し最小値を記録した。
試料長さ： 50mm
引張速度： 250mm/min
試験温度：23℃

50

密着力（N）

40
30
20
10
0
試料①PVC

試料②XLPE 試料③ETFE

図 2.4 密着力試験結果
図 2.4 の結果から、試料①PVC、試料②XLPE、試料③ETFE の順に密着力が高いことを確認した。

6

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2.1.4 寸法測定
JIS3005 に準拠し外径と被覆厚さを投影機を用いて測定した。

外径

被覆厚さ
図 2.5 外径、被覆厚さの測定

1.550

外径（mm）

1.500
1.450
1.400
1.350
1.300
試料①PVC 試料②XLPE 試料③ETFE

図 2.6 外径の測定結果

被覆厚さ（mm）

0.600
0.500
0.400
0.300
0.200
0.100
0.000
試料①PVC 試料②XLPE 試料③ETFE

図 2.7 被覆厚さの測定結果
図 2.6 の結果から、試料③ETFE は外径がやや細いことを確認した。また図 2.7 の結果か
ら、試料①〜③の被覆厚さはほぼ同等であることを確認した。試料③ETFE の外径は試料①、試料②と比べて約 0.1mm 小さい。この外径の差異は、屈曲試験における設定ひずみ量の差異に換算すると 10％未満であることから、屈曲試験測定結果に大きな影響を与えるほどの差異ではないものと判断した。
7

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2.2 試験用試料の評価まとめ
試料①〜③を評価した結果を以下の表にまとめて示す。
表 2.3 試料の評価結果

項目

PVC

XLPE

ETFE

被覆材引張強度 [MPa]

21.7

15.3

29.5

導体引張強度

255

244

251

14.9

24.3

28.4

外観

良好

良好

良好

導体構成

7/0.2

7/0.2

7/0.2

導体材質

Sｎめっき

Sｎめっき

Sｎめっき

[mm]

10

10

9

仕上がり外径 [mm]

1.520

1.482

1.378

皮膜厚

0.467

0.462

0.402

なし

なし

なし

密着力

導体ピッチ

導体変色

[MPa]
[N]

[mm]

被覆材引張強度、密着力などの項目については、試料①〜③間で差異があること、また、寸法、導体構造などの項目についてはほぼ同等であることを確認した。

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3．屈曲試験JIS、IEC 等の工業規格ではロボット用などの細径高屈曲特性電線に関する屈曲試験規格は2019 年時点で定められていない。このため、本検討では 2018〜2019 年度に JECTEC にて実施した屈曲試験データベース（K18-025、K20-009）の条件を参考に屈曲試験を実施した。
本試験に使用した恒温槽付き屈曲試験機の構造を図 3.1 に示す。試験装置は、ユアサシステム
機器製恒温槽付き屈曲試験機 CL40 Type-E01 を使用した。
固定具
マンドレルＡ 初期位置

マンドレルＢ

90°曲げ

試料
振れ止め

錘
図 3.1 恒温槽付屈曲試験機の構造
屈曲試験は電線に錘を吊り下げ、試験機上部のマンドレルを固定した円盤が設定した角度を回転することで電線が左右に屈曲される。マンドレルの左⇒中央⇒右⇒中央の動きを１サイクル（屈曲回数１回）とし、1 分間当りの屈曲回数が屈曲速度である。
試験中の導体抵抗をモニタリングし、この値が 3Ω 以上になったら全破断と判断した。

9

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3.1 試験計画
本検討では被覆材の異なる 3 種のサンプルがそれぞれ一定の設定曲げひずみ量又は試験温度においてどのように異なる寿命を示すか、また寿命の差異がどのような要因に由来するか調査することを目的とした。
試験条件は、被覆材の異なる 3 種類の被覆電線（試料①PVC、試料②XLPE、試料③ETFE）
に対して、設定曲げひずみ量を 0.15 および 0.075 の 2 水準、試験温度を-15℃、23℃、80℃の 3 水準を検討した。2 水準の設定曲げひずみ量に関しては、屈曲部に使用する曲げマンド
レルの外径を変更することで調整した。この設定曲げひずみ量は、電線外径を曲げマンドレ
ル径で除した値である。今回の場合、電線外径が 1.5mm であり、マンドレル径 10mm、マ
ンドレル径 20mm を使用することで、設定曲げひずみ量はそれぞれ 0.15、0.075 となる。また、試験温度に関しては、18 年度に実施した屈曲データベースの条件と同様、PVC の脆化温度である-15℃、恒温槽付屈曲試験装置の仕様上限温度である 80℃、常温の 23℃の 3 水準とした。
以上、表 3.1 に示した 18 水準の試験条件について、N=6 の試験を実施した。また、同様の試験条件にて、被覆電線に使用されている導体については、N=3 の試験を実施した。
表 3.1 屈曲試験計画
試料

試験温度

設定曲げ
ひずみ量

屈曲角度

荷重

90°

50g

-15℃
試料①PVC

23℃
80℃
-15℃

試料②XLPE

23℃

0.15

80℃
-15℃
試料③ETFE

23℃
80℃
-15℃

試料①PVC

23℃
80℃
-15℃

試料②XLPE

23℃

0.075

80℃
-15℃
試料③ETFE

23℃
80℃

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3.2 屈曲試験結果
3.2.1 屈曲試験データ
設定曲げひずみ量 0.15 における、屈曲試験結果を図 3.2 に示す。また、試験データを表 3.2に示す。
設定曲げひずみ量 0.15 において、被覆材の種類に依り屈曲寿命に差異が見られることを確認した。特に、ETFE は、どの試験温度においても PVC、XLPE よりも屈曲寿命が長いことが分かった。また、どの被覆材においても、-15℃＞23℃＞80℃の順に寿命が長くなっており、各被覆材の種類に依らず同じ温度依存性を示すことを確認した。

＜設定曲げひずみ量：0.15＞
曲げひずみ量：０.１５０

屈曲寿命[回]

1.E+06
1.E+05
1.E+04
1.E+03

導体

ＰＶＣ＃４

－１５℃

常温 ２３℃

ＸＬＰＥ

ＥＴＦＥ

８０℃

図 3.2 設定曲げひずみ量 0.15 の屈曲寿命
表 3.2 設定曲げひずみ量 0.15 の試験データ
0.15

設定曲げひずみ量
試料①

被覆材
試験温度

ＰＶＣ

試料②

ＸＬＰＥ

試料③

ＥＴＦＥ

-15℃

23℃

80℃

-15℃

23℃

80℃

-15℃

23℃

80℃

N=1

53,93912,531

4,608

21,198

9,108

5,375

175,349

72,10914,262N=245,486

10,417

4,055

15,059

9,884

4,915

270,833

63,265

20,733N=362,047

16,283

3,937

14,085

10,985

4,766

270,728

64,141

19,842N=433,998

14,644

4,616

19,472

11,942

5,230

197,461

62,794

17,739屈曲寿命

N=562,985

11,726

4,569

21,994

9,775

5,543

263,470

39,93020,419測定値

N=649,996

10,977

4,617

22,49912,875

5,037

208,204

42,261

22,027（回）

ave.

51,40912,7634,400

19,051

10,762

5,144

231,008

57,417

19,170min.

33,998

10,417

3,937

14,085

9,108

4,766

175,349

39,93014,262max.

62,985

16,283

4,617

22,49912,875

5,543

270,833

72,10922,027σ

10,898

2,269

316

3,631

1,441

292

42,334

13,112

2,784

σ/ave

0.212

0.178

0.072

0.191

0.134

0.057

0.183

0.228

0.145

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設定曲げひずみ量 0.075 における、屈曲試験結果を図 3.3 に示す。また、試験データを表 3.3に示す。
設定曲げひずみ量 0.15 の場合と同様に、設定曲げひずみ量 0.075 においても、被覆材の種類に依り屈曲寿命に差異が見られ、被覆材の種類に依らず同じ温度依存性を示すことを確認した。

＜設定曲げひずみ量：0.075＞
曲げひずみ量：０.０７５

屈曲寿命[回]

1.E+06
1.E+05
1.E+04
1.E+03

導体

ＰＶＣ＃４ ＸＬＰＥ

－１５℃

常温 ２３℃

ＥＴＦＥ

８０℃

図 3.3 設定曲げひずみ量 0.075 の屈曲寿命
表 3.3 設定曲げひずみ量 0.075 の試験データ
設定曲げひずみ量

0.075

被覆材

試料①

試験温度

ＰＶＣ

試料②

ＸＬＰＥ

試料③

ＥＴＦＥ

-15℃

23℃

80℃

-15℃

23℃

80℃

-15℃

23℃

80℃

N=1

44,02429,682

8,895

22,926

20,36915,318455,683

73,294

46,144N=252,587

21,167

8,953

28,492

26,11913,116

346,426N=364,35722,4207,596

29,99428,24515,015N=462,24520,021

8,108

37,04522,007

13,82967,20044,407

69,52437,985400,039

76,17931,439屈曲寿命

N=553,226

21,474

10,16331,202

22,81815,721

408,467

111,218

37,749測定値

N=645,223

26,338

8,826

23,367

27,193

14,979337,120

72,10147,284（回）

ave.

53,61023,517

8,757

28,83824,45914,663

389,547

78,25340,835

min.

44,02420,021

7,596

22,926

20,36913,116337,120

67,20031,439max.

64,357

29,682

10,16337,04528,245

15,721455,683

111,218

47,284

σ

8,408

3,717

873

5,278

3,162

986

48,606

16,443

6,139

σ/ave

0.157

0.158

0.100

0.183

0.129

0.067

0.125

0.210

0.150

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3.2.2 設定曲げひずみ量-屈曲寿命（被覆材種類の影響）
3.2.1 項の試験データをもとに、設定曲げひずみ量-屈曲寿命のプロット図を作成した。この項では、各試験温度における各被覆材の寿命曲線を比較した。
図 3.4、図 3.5、図 3.6 に、試験温度-15℃、23℃、80℃における設定曲げひずみ量-屈曲寿
命のプロットを示す。

0.5

設定曲げひずみ量(ー)

試験温度：-15℃

0.05
1,000

10,000100,000

1,000,000

屈曲寿命（回）
PVC

XLPE

導体

ETFE

図 3.4 設定曲げひずみ量-屈曲寿命（試験温度-15℃）

0.5

設定曲げひずみ量(ー)

試験温度：23℃

0.05
1,000

10,000100,000

1,000,000

屈曲寿命（回）
PVC

XLPE

ETFE

導体

図 3.5 設定曲げひずみ量-屈曲寿命（試験温度 23℃）

13

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0.5

設定曲げひずみ量（ー)

試験温度：80℃

0.05
1,000

10,000100,000

1,000,000

屈曲寿命（回）
PVC

XLPE

ETFE

導体

図 3.6 設定曲げひずみ量-屈曲寿命（試験温度 80℃）
試験温度-15℃において、ETFE＞PVC＞XLPE の順に屈曲寿命が長い傾向にあることを確認した。試験温度 23℃においては ETFE＞PVC≒XLPE の順、試験温度 80℃においては
ETFE＞XLPE≒PVC の順に長いことを確認した。以上、どの試験温度においても、被覆材の種類により屈曲寿命に差異が見られた。また、試験温度により、被覆材の種類の差異の傾向に違いが確認された。

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3.2.3 設定曲げひずみ量-屈曲寿命（試験温度の影響）
前項と同様、設定曲げひずみ量-屈曲寿命のプロット図を作成した。この項では、各被覆電線について、試験温度ごとの寿命曲線を比較した。
図 3.7、図 3.8、図 3.9 に PVC、XLPE、ETFE における設定曲げひずみ量-屈曲寿命のプロットを示す。

0.5

設定曲げひずみ量(ー)

ＰＶＣ

0.05
1,000

10,000100,000

1,000,000

屈曲寿命（回）PVC-15℃

PVC 23℃

PVC 80℃

導体-15℃

導体 23℃

導体 80℃

図 3.7 設定曲げひずみ量-屈曲寿命（PVC）
0.5

設定曲げひずみ量(ー)

ＸＬＰＥ

0.05
1,000

10,000100,000

屈曲寿命（回）XLPE-15℃

XLPE 23℃

XLPE 80℃

導体-15℃

導体 23℃

導体 80℃

図 3.8 設定曲げひずみ量-屈曲寿命（XLPE）

15

1,000,000

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設定曲げひずみ量(ー)

0.5

ＥＴＦＥ

0.05
1,000

10,000100,000

1,000,000

屈曲寿命（回）ETFE-15℃

ETFE 23℃

ETFE 80℃

導体-15℃

導体 23℃

導体 80℃

図 3.9 設定曲げひずみ量-屈曲寿命（ETFE）
PVC、XLPE、ETFE のいずれも、-15℃＞23℃＞80℃の順に屈曲寿命が長い傾向にあることを確認した。PVC は ETFE と比較して、各温度間の寿命の差異は小さい傾向にあった。
導体について、-15℃＞23℃＞80℃の順に屈曲寿命が長い傾向にあることを確認した。

16

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屈曲寿命に及ぼす温度の影響について、被覆材と導体の影響を切り分けるために、導体の屈曲寿命と被覆材の屈曲寿命の比をそれぞれ比較した。図 3.10 に PVC について導体のみ屈曲寿命の比を示し、図 3.11 には XLPE、図 3.12 には、ETFE について導体のみ屈曲寿命の比を示した。このグラフでは、プロットが右側にあるほど、すなわち導体寿命との比が大きい値ほど被覆材の影響度が高いことを示している。

0.5

設定曲げひずみ量(-)

ＰＶＣ

0.05
1

10

100

導体のみ寿命との比（-）
PVC

-15℃

PVC 23℃

PVC 80℃

図 3.10 設定曲げひずみ量-導体のみ屈曲寿命比（PVC）

0.5

設定曲げひずみ量()

ＸＬＰＥ

0.05
1

10

100

導体のみ寿命との比（-）
XLPE

-15℃

XLPE 23℃

XLPE 80℃

図 3.11 設定曲げひずみ量-導体のみ寿命比（XLPE）

17

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0.5

設定曲げひずみ量()

ＥＴＦＥ

0.05
1

10

100

導体のみ寿命との比（-）
ETFE

-15℃

ETFE 23℃

ETFE 80℃

図 3.12 設定曲げひずみ量-導体のみ寿命比（ETFE）
PVC については、80℃、23℃、-15℃の順に導体寿命比が大きくなっており、80℃では被覆材の影響度がほとんどなく、-15℃では被覆材の影響度が高いことを確認した。XLPE に
ついては、PVC、ETFE と比較して全体的に導体寿命比が小さいことを確認した。ETFE に
ついては、他の被覆材と比較して全体的に導体寿命比が大きく、また 80℃、23℃、-15℃の順にありまた、どの温度においても電線の屈曲寿命に及ぼす被覆材の影響度が高いことを示した。

18

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3.3 試験後の導体観察
JECTEC 所有のハイロックス製デジタルマイクロスコープ KH-7700 を用いて、設定曲げひずみ量 0.15 での屈曲試験後の破断部の導体観察を行った。

図 3.13 デジタルマイクロスコープ装置写真
図 3.14 には、試験温度 23℃での屈曲試験後の導体観察結果を示す。
図 3.15 には、試験温度-15℃での屈曲試験後の導体観察結果を示す。
図 3.16 には、試験温度 80℃での屈曲試験後の導体観察結果を示す。

・側面に皺状凹凸痕

・側面に皺状凹凸痕

・側面に皺状凹凸痕

・破断面は平担形状・破断面は平担形状・破断面は平担形状

図 3.14 試験温度 23℃における曲試験後の導体観察

19

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・側面に皺状凹凸痕

・側面に皺状凹凸痕

・側面に皺状凹凸痕

・破断面は先細り形状

・破断面は平担形状・破断面は平担形状・被覆材も破断・被覆材も破断
図 3.15 試験温度-15℃における屈曲試験後の導体観察

図 3.16 試験温度 80℃における屈曲試験後の導体観察

20

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4．屈曲寿命の差異の考察
4.1 引張強度の影響
屈曲寿命に対する引張強度の影響を検証するために、各被覆電線の-15℃、23℃、80℃の引張強度を算出した。被覆電線としての引張強度σは、被覆材の引張強度σa および導体の引張強度σb をそれぞれ測定し、各測定値の断面積 Sa、Sb の比率より下式のように算出した。
σ=(σaSa +σbSb ) / ( Sa + Sb )
図 4.1 に算出された各被覆電線の引張強度を示す。

引張強度（MPa）

100
80
60
40
20
0
ＰＶＣ被覆電線-15℃

ＸＬＰＥ被覆電線

23℃

ＥＴＦＥ被覆電線

80℃

図 4.1 各被覆電線の引張強度
図 4.2 に、各被覆電線の引張強度と屈曲寿命の関係を示した。引張強度と屈曲寿命の相関が高いことを確認した。これより、電線の機械的強度の差異が屈曲寿命に大きく影響していると推定される。

1.E+06

屈曲寿命(回)

設定ひずみ量：0.15

1.E+05

1.E+04

1.E+030
PVC被覆電線 23℃
PVC被覆電線 -15℃
PVC被覆電線 80℃

20

40
60
電線の引張強度(MPa)XLPE被覆電線 23℃
XLPE被覆電線 -15℃
XLPE被覆電線 80℃

21

80

100

ETFE被覆電線 23℃
ETFE被覆電線 -15℃
ETFE被覆電線 80℃

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1.E+06

屈曲寿命(回)

設定ひずみ量：0.075

1.E+05

1.E+04

1.E+03020

PVC被覆電線 23℃
PVC被覆電線 -15℃
PVC被覆電線 80℃

4060
電線の引張強度(MPa)XLPE被覆電線 23℃
XLPE被覆電線 -15℃
XLPE被覆電線 80℃

80

100

ETFE被覆電線 23℃
ETFE被覆電線 -15℃
ETFE被覆電線 80℃

図 4.2 引張強度と屈曲寿命の関係（上段：設定曲げひずみ量 0.15、下段：設定曲げひずみ量 0.075）

4.2 密着力の影響
図 4.3 に、各被覆電線の密着力と屈曲寿命の関係を示した。密着力は 2.1.3 項の図 2.4 に示した密着力測定値を用い、屈曲寿命は 3.2.1 項の表 3.2 に示した 23℃における屈曲寿命測定値を用いた。の値密着力と屈曲寿命の相関は低いことを確認した。ただし、今回は、電線の機械

屈曲寿命（回）的強度が大きく異なっており、今後は、これらを切り分けた形での検証が必要と考える。

100000
10000
1000
0

10

20

密着力（N)
PVC

XLPE

ETFE

図 4.3 密着力と屈曲寿命の関係

2230

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4.3 摩擦係数の影響
静岡県工業技術研究所浜松工業技術支援センター（工技センター）所有の摩擦係数測定器を用いて、下記試験条件にて最大静摩擦係数および動摩擦係数の測定を行った。
HEIDON-14DR-ANL）

装置：摩擦係数測定器（新東科学株式会社製
荷重：400gf
移動速度：300mm/min
ストローク：15mm

図 4.4、図 4.5 に、各被覆樹脂シートと銅板の摩擦係数と屈曲寿命の関係を示した。密着力

屈曲寿命（回）と屈曲寿命の相関が低いことを確認した。

100000
10000
1000
0

0.5

1

1.5

静摩擦係数（-)
PVC

XLPE

ETFE

屈曲寿命（回）図 4.4 摩擦係数と屈曲寿命の関係

100000
10000
1000
0

0.2

0.4

動摩擦係数（-)
PVC

XLPE

ETFE

図 4.5 摩擦係数と屈曲寿命の関係

23

0.6

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4.4 屈曲途中の導体観察
4.1 項〜4.3 項より、電線の引張強度、被覆材と導体の密着力、被覆材と導体の摩擦力の各種物性のうち電線の引張強度が最も大きく屈曲寿命に影響を及ぼしていることが分かった。この
電線の機械的特性の差異が導体の屈曲寿命にどのような影響を与えているかを理解するために、屈曲試験途中での導体観察行った。
図 4.6 に PVC の屈曲試験途中の導体観察写真を示した。平均屈曲寿命回数に対して、約 2、4、7 割の回数まで屈曲した電線サンプルを採取し、屈曲部近傍の導体表面状態を比較した。
3.3 項で示したように、どの水準（被覆種、温度、曲げ）においても、屈曲試験後の導体破断部の近傍には皺状凹凸痕が見られていた。この皺状痕は屈曲回数ごとに多くなっていることが確認された。このことから、破断部の皺状痕は、繰り返し曲げと共に生成し、ある程度成長した段階でこれらを起点として導体破断に至っていると推定される。
図 4.7、図 4.8 に、XLPE および ETFE について同様の観察を実施した結果を示す。PVC と同様に、 XLPE および ETFE についても屈曲回数ごとに皺状痕の生成が観察された。よって、
XLPE と ETFE についても PVC と同様に、皺状痕の生成により導体破断に至っていると推定された。

図 4.6 PVC の屈曲途中の導体観察（PVC、温度 23℃、設定曲げひずみ量 0.15）

図 4.7 XLPE の屈曲途中の導体観察（温度 23℃、設定曲げひずみ量 0.15）

24

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図 4.8 ETFE の屈曲途中の導体観察（温度 23℃、設定曲げひずみ量 0.15）
図 4.9 には、平均屈曲寿命の約 5 割屈曲した時の各電線サンプルの導体表面状態を比較した
結果を示す。これより、PVC と XLPE は皺状痕が多く、ETFE は皺状痕が少ないことを確認した。被覆種により皺状痕に生成の程度に差異が見られ、屈曲寿命の長い ETFE では皺状痕の生成が少なかった。この皺状痕の生成の差異は屈曲寿命の差異に関係していると推定された。

図 4.9 屈曲寿命５割の屈曲途中の導体観察（温度 23℃、設定曲げひずみ量 0.15）

25

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4.5 電線の歪-応力特性の影響
4.4 項では、屈曲途中の皺状痕の生成の程度が被覆種に依り異なることを述べた。本項では、この差異を考察するために、電線のひずみ量と応力の関係を被覆種ごとに比較した。
測定は、下記の試験条件にて被覆材の引張試験を繰り返し回数 n=3 で実施した。
装置：オートグラフ AG-50ｋNXPlus（工技センター）
試験形状：被覆材単独の管状試験片
標点間距離： 40mm
引張速度： 200mm/min
試験温度：-15℃、23℃、80℃
図 4.10 に温度 23℃における電線のひずみ量と応力の関係を、図 4.11 に温度-15℃、図 4.12に温度 80℃における電線のひずみ量と応力の関係を示す。電線の引張応力は、被覆材単体および導体単体での引張試験データよりそれぞれの断面比率から計算により求めた。
屈曲試験の設定曲げひずみ量の領域において、23℃における引張応力は ETFE が最も高く、PVC と XLPE はほぼ同等であることを確認した。これより、23℃において、電線の剛性は ETFE＞XLPE≒PVC の順に高いと推定される。従って、屈曲試験において同じ荷重下で屈曲した場
合の電線の実曲げひずみ量に差異が生じる可能性が考えられた。

温度23℃ 電線 引張60

引張応力(N/mm2)

50
40
30
20
10
0
0%

5%

10%

15%

20%

25%

ひずみ(%)
23℃ PVC

23℃ XLPE

23℃ ETFE

図 4.10 23℃における引張歪-応力の特性

26

30%

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温度-15℃ 電線 引張60

引張応力(N/mm2)

50
40
30
20
10
0
0%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

ひずみ(%)-15℃ PVC-15℃ XLPE

図 4.11-15℃ ETFE-15℃における引張歪-応力の特性

温度80℃ 電線 引張60

引張応力(N/mm2)

50
40
30
20
10
0
0%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

ひずみ(%)
80℃ PVC

80℃ XLPE

80℃ ETFE

図 4.12 80℃における引張歪-応力の特性
図 4.13〜図 4.15 に、PVC、XLPE、ETFE 電線のひずみと応力の関係をそれぞれ示す。PVCの場合、屈曲試験における設定曲げひずみ量の領域では、-15℃＞23℃＞80℃の順に引張応力が高いことを確認した。これらの引張応力の差異は、屈曲寿命で確認された-15℃＞23℃＞80℃の差異と一致している。この傾向は、XLPE、ETFE についても同様であった。

27

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PVC 電線 引張60

引張応力(N/mm2)

50
40
30
20
10
0
0%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

ひずみ(%)-15℃ PVC

23℃ PVC

80℃ PVC

図 4.13 PVC における引張歪-応力の特性

XLPE 電線 引張60

引張応力(N/mm2)

50
40
30
20
10
0
0%

5%

10%

15%

20%

25%

ひずみ(%)-15℃ XLPE

23℃ XLPE

80℃ XLPE

図 4.14 XLPE における引張歪-応力の特性

28

30%

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ETFE 電線 引張60

引張応力(N/mm2)

50
40
30
20
10
0
0%

5%

10%

15%

20%

25%

ひずみ(%)-15℃ ETFE

23℃ ETFE

80℃ ETFE

図 4.15 ETFE における引張歪-応力の特性

29

30%

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4.5 実曲げひずみ量の影響
前項で述べたように、被覆種および試験温度により電線の引張強さに差異が見られ、この差異が屈曲時の曲げひずみ量に影響することが推測された。本項では、屈曲時の実際の曲げひず
み量を実曲げひずみ量（試験条件である設定曲げひずみ量と区別して呼ぶ）と定義し、その実
曲げひずみ量を屈曲時の曲げ曲率から推定し、屈曲寿命との関係を議論した。
4.5.1 電線の曲げ曲率の測定と実曲げひずみ量の推定
各被覆電線の屈曲時の曲げ曲率を測定した。図 4.16 に、設定曲げひずみ量 0.075（マンドレル直径：20mm）における各被覆電線の測定例を示す。温度 23℃において、電線を屈曲させた状態で静置し、電線の屈曲部の写真観察を行い、曲率が最小と思われる個所を写真画像より直接読み取り、実曲げ曲率を測定した。設定曲げひずみ量 0.15 についても同様に行い、実曲げひずみ量を推定した結果を表 4.1 に示す。設定曲げひずみ量と実曲げひずみ量に差異があり、被覆種の中で最も引張強度が高かった ETFE が実曲げひずみ量が最も小さいことを確認した。
これより、電線の剛性の差異が実曲げひずみ量の差異に影響していると考えられる。

図 4.16 電線の曲げ曲率の測定例（設定曲げひずみ量 0.075）
表 4.1 曲げ曲率の測定結果と実曲げひずみ量の推定

マンドレル径︓φ10

マンドレル径︓φ20

0.15

0.075

設定曲げひずみ量
被覆材材質

PVC

XLPE

ETFE

PVC

XLPE

ETFE

実曲げ曲率(mm)

13.7

14.4

34.2

22.2

23.7

39.3

実曲げひずみ量0.111 0.103

0.04

0.068 0.063 0.03530

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4.5.2 実曲げひずみ量と屈曲寿命の関係
試験温度 23℃における実曲げひずみ量と屈曲寿命の関係を図 4.17 に示した。PVC、XLPE、ETFE 共にほぼ同じ直線関係が得られることを確認した。これより、実曲げひずみ量が同じであれば被覆種に依らず同じ屈曲寿命になると推測される。

実曲げひずみ量(ー）

1.000

0.100

0.010
1,000

10,000100,000

1,000,000

屈曲寿命（回）
PVC

XLPE

ETFE

図 4.17 実曲げひずみ量と屈曲寿命の関係（温度 23℃）
そこで、ETFE について PVC や XLPE と同じ実曲げひずみ量の場合の屈曲寿命を比較するた
めに、同じ実曲げひずみ量になる荷重を検討した。図 4.18 に、荷重と実曲げひずみ量の関係を示す。PVC、XLPE と同じ実曲げひずみ量となる荷重は 200ｇであることを確認した。

実曲げひずみ量(ー)

0.14
0.12
0.10
0.08
0.06
0.04

PVC、XLPE
50g

0.02
0.00
0

ETFE
200g

100

200

300

荷重(g)
PVC

XLPE

ETFE

図 4.18 荷重と屈曲寿命の関係（温度 23℃）
ETFE について、荷重を 200g に変更して屈曲試験を行った結果を図 4.19 に示す。荷重は異なるものの、PVC と XLPE と同じ実曲げひずみ量の屈曲寿命はほぼ同じとなることを確認した。
31

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実曲げひずみ量(ー）

1.000

0.100

0.010
1,000

10,000100,000

1,000,000

屈曲寿命（回）
PVC

XLPE

ETFE

図 4.19 実曲げひずみ量と屈曲寿命の関係（温度 23℃）
ここで、前述の図 4.19 に-15℃と 80℃の実曲げひずみ量と屈曲寿命の関係を追加した結果を図 4.20 に示した。試験温度が異なる場合においても、大まかではあるが、23℃と同様に樹脂種によらず実曲げひずみ量と屈曲寿命にはグラフ中の点線で示したような直線関係が見られることを確認した。但し、‑15℃ETFE の場合には、この直線関係から外れ、破線で示したような寿命曲線になっていることが確認された。Coffin‑Manson 則では、塑性ひずみ領域と弾性ひずみ領域ではそれぞれ傾きが異なることを示唆しており、ひずみ量が小さくなるにつれて弾性
ひずみ領域に近づくため、直線の傾きが異なったと推定される。

実曲げひずみ量(ー）

1.000

塑性域

0.100
弾性域

0.010
1,000

10,000100,000

1,000,000

屈曲寿命（回）PVC(23℃ )PVC(-15℃ )PVC(80℃ )XLPE(23℃ )XLPE(-15℃ )XLPE(80℃ )ETFE(23℃ )ETFE(-15℃ )ETFE(80℃ )図 4.20 実曲げひずみ量と屈曲寿命の関係（温度-15℃、23℃、80℃）
32

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4.6 屈曲寿命差異の要因の推定
図 4.21 に、被覆材種に依る屈曲寿命差異の要因を示した。ここでは、電線の機械特性、実曲
げひずみ量、屈曲部状態について列挙している。電線の機械特性に関しては、4.5 項で述べた
様に、被覆材種により応力-ひずみの関係に差異があり、電線の剛性が異なるために屈曲時の曲げ曲率に差異が生じ、実曲げひずみ量に差異が生じたと推定した。その結果、4.4 項で述べたように屈曲回数あたりの曲げ疲労の進展に影響を与えたものと推定される。従って、導体構造・材質が同じであれば、導体破断までの屈曲回数は、被覆材種の機械特性の差異に起因する実曲
げひずみ量の差異の影響を受けると推定された。
一方、温度の差異についても基本的には同様のメカニズムと推定している。次項では、被覆材種により屈曲寿命の差異が見られた低温-15℃における屈曲寿命の差異の要因について議論
する。
機械特性

被覆材種
＜PVC＞

電線強度が低いσ

実曲げひずみ量

屈曲部状態

屈曲寿命

曲げ曲率⼩さくなる⇒ひずみ量が⼤屈曲回数あたりの
曲げ疲労の進展が⼤きくなる

導体破断までの屈曲回数が短くなる電線＜XLPE＞

寿命が短い

マンドレル

ε
曲げ曲率⼤きくなる⇒ひずみ量が⼩電線強度が⾼いσ＜ETFE＞

屈曲回数あたりの
曲げ疲労の進展が⼩さくなる

導体破断までの屈曲回数が⻑くなる

寿命が⻑い

電線

マンドレル

ε

図 4.21 屈曲寿命差異の要因の推定33

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4.7 18 年度品の低温屈曲寿命の差異について
18 年度に屈曲試験データベース構築を目的として、屈曲寿命に及ぼす各種試験条件の影響について検討し、試験温度の影響についても報告を行っている。
図 4.22 に、本年度検討（20 年度品）と 18 年度検討（18 年度品）の屈曲寿命を示す。これより PVC（20 年度品）では、低温側（-15℃）で寿命が長いのに対して、PVC（18 年度品）
では低温側（-15℃）で寿命が短くなる傾向を示していた。

屈曲寿命（PVC）

屈曲寿命（回数）

100000

10000

1000

100
PVC（20年度品）-15℃

PVC（18年度検討）
23℃

80℃

図 4.22 屈曲寿命の温度依存性
図 4.23 に 23℃、-15℃試験後の屈曲部の観察写真を示した。-15℃の場合、20 年度品と 18 年
度品の両者共に、被覆材と導体が両方破断している。

PVC（20 年度品）（23℃試験後破断部）

PVC（18 年度再試作品）（23℃試験後破断部）

34

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PVC（20 年度品）（‑15℃試験後破断部）

PVC（18 年度再試作品）（‑15℃試験後破断部）

図 4.23 試験後の屈曲部の観察
さらに、破壊部の近傍の被覆材表面をみると、図 4.24 に示したように、亀裂のようなものが20 年度品と 18 年度再試作品の両者で観察された。

PVC（20 年度品）（‑15℃試験後破断部）

PVC（18 年度再試作品）（23℃試験後破断部）

図 4.24 試験後の破断部の観察
低温-15℃における被覆材の破断が、どのタイミングで発生したかを調査するために、18 年
度品について、屈曲途中の被覆材表面を観察した結果を図 4.25 に示す。平均屈曲回数 3,100 回に対して 2,400 回で微小なヒビがみられ、3,000 回後で表面亀裂が発生していた。別の 3,000
回屈曲後の試料では、被覆材の破断が観察されたが導体の破断は見られなかった。以上のことから、被覆材の破断が導体の破断よりも先に発生し、その後、導体の破断が一気に進み電線の破断に至ったと推定された。おそらく、導体の破断は、被覆材が破断することにより、破断部に曲げひずみが集中し、実曲げひずみ量が大きく増大し破断に至ったと考えられる。
20 年度品についても、前述のように破断部近傍において、被覆材表面に亀裂が見られていることから、18 年度品と同様に、破壊の直前に導体の破断よりも先に被覆材が破断したものと推
定される。

35

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屈曲 1500 回後（50%）

屈曲 2400 回後（75%）

屈曲 3000 回後（100%）

屈曲 3000 回後（100%）
図 4.25 屈曲途中の被覆電線表面の観察
図 4.26、図 4.27 に XLPE および ETFE の-15℃試験後の破壊部の観察結果を示す。XLPE
は、導体のみの破断と被覆材と導体の両ケースが観察された。ETFE は導体破断のみの破断であった。このように、低温-15℃においては被覆材に依って破壊モードが異なっており、4.6 項で述べたような導体破断に至る要因に加えて、被覆材自体の破壊メカニズムを考慮にいれる必要があると考えられる。なお-15℃における PVC と XLPE の寿命の差異の要因については、
4.8 項で述べる。

図 4.26

図 4.27XLPE（‑15℃試験後破断部）試験後の破壊部の観察

ETFE（‑15℃試験後破断部）試験後の破壊部の観察
36

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ここで、18 年度品の屈曲寿命が-15℃＜23℃、20 年度品が-15℃＞23℃となった理由について検討する。
18 年度品の屈曲寿命が-15℃＜23℃となった理由に関して、既報 1)では屈曲寿命の破断メカ
ニズムについて、素線同士が擦れることによって凝着摩耗を起こした部位が細くなり破断に至ると推定している。そして、-15℃と 23℃の寿命の差異に対して、-15℃の場合、被覆材が硬化するために曲げによる被覆材の変形が 23℃より小さく素線の拘束が強くなるため、素線同士の擦れが強くなり屈曲回数が少なくなったと推定している。ここで、18 年度品の-15℃および23℃の屈曲試験後の破壊部観察結果を図 4.28 に示す。23℃においては、破壊部近傍では黒く変色した摩耗痕（黒は銅粉が黒く変色）が所々観察された。一方、-15℃では、破断部以外でくびれた形状の細りが観察されていることから、前述の推定のような素線同士の強い拘束が生じていたと考えられる。

破壊部（試験温度‑15℃）

破壊部（試験温度 23℃）

図 4.28 18 年度品試験後の破壊部の観察
一方、20 年度品の場合、3.3 項の図 3.14、図 3.15 に 23℃、-15℃の試験後の破断部には皺状痕が多く見られおり、素線同士の摩耗痕は 18 年度品より比較的少ないように見える。この皺状痕は、曲げひずみによる長手方向の伸びおよび圧縮の繰り返し疲労により発生したものと考えられる。従って、4.5 項で議論したように曲げひずみ量の差異が破断までの回数に大きく影響し、実曲げひずみ量が-15℃＜23℃であるため、屈曲寿命は-15℃＞23℃となったと考えられる。
以上、18 年度品と 20 年度品の-15℃および 23℃の寿命の差異の要因として、破壊メカニズ
ムの差異すなわち 18 年度品は素線同士の摩耗が主体であり、20 年度品は繰り返し曲げが主体であることが差異の要因と推定した。それぞれの劣化は、両者ともに同時に進行していると考えられるが、どちらが優位であるかは、導体の構造や被覆材厚みなどの差異に起因すると推測される。今回の検討ではその要因を明確化できなかったが、参考までに、18 年度品と 20 年度
品の電線の断面構造を図 4.29 に示した。18 年度品の導体構造は素線径 0.18mm の 30 本撚り、
導体ピッチ 28mm、導体外径 1.2mm、仕上径 2.2mm、被覆厚さ 0.5mm、20 年度品の導体構
造は素線径 0.20mm の 7 本撚り、導体ピッチ 10mm、、導体外径 0.6mm、仕上径 1.5mm、被覆厚さ 0.45mm である。また、18 年度品と 20 年度品は同じ PVC（18 年度品はカーボン無、
20 年度品はカーボン有）を使用しており、材質面での差異はないと考えられる。
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18 年度品

20 年度品

図 4.29 18 年度品と 20 年度品の電線断面構造
18 年度品は、20 年度品と比較して撚り本数が多く、導体外径が大きいため、曲げられた時の長手方向のひずみ量の差が大きく、素線同士が擦れる確率が高くなった可能性が考えられる。
しかし、仕上径、被覆厚さ、撚りピッチなどの差異の影響も排除できないため、より詳細には、これらを切り分けた状態での実験を行い、破壊メカニズムの要因を明確にしていく必要がある
と考える。

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4.8 低温-15℃における屈曲寿命の差異について
3.2.2 項で述べたように、低温-15℃における屈曲寿命は、ETFE＞PVC＞XLPE であることを確認している。ここでは、-15℃における PVC と XLPE の寿命の差異について考察する。
4.7 項で述べたように、試験後に PVC は導体と被覆材の両方が破断しているのに対し、XLPE
は導体が破断あるいは導体と被覆材の両方が破断したケースが見られた。このことから、導体の破断は XLPE の方が早く発生していると推定される。
また、図 4.30 に示した屈曲時の導体抵抗の変化をみると、PVC では破断まで導体抵抗の変化はないのに対して、XLPE は破断手前で導体抵抗の上昇が見られている。これより、XLPE
は導体の破断が PVC よりも早く進行していることが分かった。

PVC -15℃ φ10 ①

CH2

3.5
3

抵抗値(Ω)

2.5
2
1.5
1
0.5
0
0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

屈曲回数(回)図 4.30 導体抵抗の変化
XLPE の方が導体の破断が早く進行した要因として、①-15℃における被覆材強度の差異、②曲げひずみ量の差異、③導体自体の屈曲寿命の差異の３つが考えられる。
被覆材強度の差異に関しては、図 4.11 から、XLPE の剛性は PVC よりも小さいと考えられる。
一方で、②屈曲時の屈曲曲率の差異に関しては、-15℃下で荷重をかけたまま屈曲し静置した時の屈曲状態を比較した結果、図 4.31 に示したように屈曲部においては、XLPE（青）の屈曲曲
率は 22mm であり PVC（黒）と曲率にはほとんど差異が見られなかった。

図 4.31 屈曲部の状態（設定曲げひずみ量 0.15）

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次に、屈曲途中での曲げ曲率の差異の可能性を検証した。PVC50,000 回後（寿命 51,000 回）
および XLPE15,000 回後（破壊寿命 15,000 回）の屈曲状態を比較した結果、両者に大きな差異はみられず、XLPE に局所的に大きく屈曲している箇所は観察されなかった。
（図 4.32）

PVC（屈曲回数 50000 回後）

XLPE（屈曲回数 15000 回後）

図 4.32 試験後の屈曲部の状態（設定曲げひずみ量 0.15）
以上のように-15℃における PVC と XLPE の曲げ曲率に大きな差異は見られなかった。次に、PVC および XLPE 被覆電線の導体のみの屈曲寿命を測定・比較した。その結果、図 4.33に示すように被覆材がない場合の導体の屈曲寿命は、-15℃と 23℃においてほぼ同等であることが分かった。

屈曲寿命（導体）

屈曲寿命（回数）

10000

1000
PVC導体
-15℃

XLPE導体23℃

80℃

図 4.33 被覆材なしの導体の屈曲寿命（設定曲げひずみ量 0.15）
以上より、-15℃における PVC と XLPE の剛性の差があるものの、導体破断に至る差異（屈曲寿命の差）の要因について明確にすることができなかった。今回、屈曲時の実曲げひずみ量
を曲げ曲率から大胆に推定したが、厳密には電線内部あるいは屈曲箇所により実曲げひずみ量が異なっていると考えられる。今後は、このような実曲げひずみ量の差異を考慮に入れながら、寿命の差異を検証していく必要があると考える。

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5．全体のまとめ
本検討において恒温槽付屈曲試験装置を用い、屈曲特性に対する被覆材の材質、試験温度の影響を定量的に調査すると共に、導体・被覆材の観察、各種物性評価により屈曲寿命差異の要因の推定を行った。
第 2 章では検討する被覆電線の各種物性評価結果について述べた。
第 3 章では屈曲試験の実施条件および屈曲試験の結果について述べた。
第 4 章では、引張強度、密着力、摩擦力の影響を検討し、機械特性と屈曲寿命の相関が高いことを確認した。また、屈曲途中の導体観察、実曲げひずみ量の影響を検討し、屈曲寿命の差異の要因を推定した。

1) 一般社団法人電線技術センター,自主研究「屈曲試験データベースの構築」報告書 K18025

禁無断転載
自主研究
「屈曲試験デ−タベ−スの構築（３）」( 研究期間: 2020 年 4 月〜2021 年 3 月 )報

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2021 年 3 月
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