JP2008077414A - 撚り線ワイヤの変形解析シミュレーションモデル、撚り線ワイヤの加工方法、及び撚り線ワイヤの変形解析シミュレーション方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の素線からなる線状部材の成形シミュレーションにおいて、成形条件が見つけ易く成形品形状も安定化し、安定した収束性を得ながら短時間で計算を終了させる。
【解決手段】非円形状の図形を、その図心Ｏを中心としてスパイラル状に捩りながら図心Ｏ方向に延設し、１本の線状部材の解析モデル１３’を形成する。
【選択図】 図６

Description

本発明は、複数の素線を撚り合わせて形成される撚り線ワイヤを、曲げ又は捩って形状を成形する際の撚り線ワイヤの変形解析シミュレーションモデル、撚り線ワイヤの加工方法、及び撚り線ワイヤの変形解析シミュレーション方法に関する。

医療機器の１つである内視鏡処置具の高周波スネア、バスケット型回収鉗子等の成形品を成形するには、複数の金属線（素線）を撚り合わせて構成される撚り線ワイヤを、手作業により所定の形状にフォーミング（成形）する方法が一般的に行われている。

一方、この種の内視鏡処置具は、市場の拡大により生産数の増大が見込まれているため、大量生産が要請されているが、この場合、例えば成形用の金型を利用しながらの自動化設備が必要になってくる。

しかし、自動化設備を製作しても、その後、成形品形状を安定化するための成形条件を模索しながら成形品を試作、評価するためには多大な時間と費用を要する。これに対し、成形条件の模索には、シミュレーション技術を利用するのが有効である。

例えば、撚り線ワイヤのフォーミング過程のシミュレーションでは、一般には、撚り線ワイヤを構成する各素線の構造、境界条件を厳密にモデル化する。しかし、厳密に撚り線ワイヤの挙動をモデル化するために、要素数、接触部位の組み合わせが増加するので、膨大な計算時間（例えば５日程度）を要している。

これを解決すべく、例えば、シミュレーションモデルを簡略化する方法として、自動車部品に用いられるワイヤハーネスの変形挙動を精度良く予測するシミュレーション方法が知られている（特許文献１参照）。この特許文献１では、梁要素を用いて変形挙動が予測できるようにワイヤをモデル化して、計算時間を短縮化している。
特開２００４−３６２５４２号公報

しかし、特許文献１では、成形に用いられる金型やその他の部材及びワイヤ同士の接触を定義することはできない。また、ワイヤ自体の塑性変形を考慮できない等の問題がある。このため、いわゆるバルクフォーミング（型成形）による変形挙動を精度良くシミュレートするのは困難であった。

一方、内視鏡処置具のように金型を利用しながら撚り線ワイヤを変形させて成形品の形状を成形する場合、撚り線ワイヤを構成する各素線の構造及びその内部の接触の問題により、シミュレーションでの解の収束性が悪くなり、計算はできても短時間で終了しないという課題があった。

本発明は、斯かる課題を解決するためになされたもので、複数の素線からなる線状部材の成形シミュレーションにおいて、成形条件が見つけ易く成形品形状も安定化し、安定した収束性を得ながら短時間で計算を終了させることができる撚り線ワイヤの変形挙動解析シミュレーションモデル、撚り線ワイヤの加工方法、及び変形挙動解析シミュレーション方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、請求項１に係る撚り線ワイヤの変形解析シミュレーションモデルの発明は、
非円形状の図形を、その図心を中心としてスパイラル状に捩りながら図心方向に延設し、１本の線状部材の解析モデルを形成したことを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の撚り線ワイヤの変形解析シミュレーションモデルにおいて、
前記線状部材の断面として、複数の素線を撚り合わせて複数の素線束を形成し、該任意形状の素線束の少なくとも１つを束ねてできた素線束集合体の外周面を包絡線で接続したものを定義したことを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１に記載の撚り線ワイヤの変形解析シミュレーションモデルにおいて、
前記線状部材の断面として、複数の素線を撚り合わせて複数の素線束を形成し、該複数の素線束の外周面を包絡線で接続したものを定義したことを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項１に記載の撚り線ワイヤの変形解析シミュレーションモデルにおいて、
前記線状部材の断面として、複数の素線を撚り合わせて複数の素線束を形成し、該複数の素線束ごとに夫々の外周面を包絡線で接続し、該包絡線で接続した複数の素線束を１つに結合したものを定義したことを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の撚り線ワイヤの変形解析シミュレーションモデルにおいて、
材料試験により得られた前記素線の縦弾性係数の値を、曲げ実験の捩り角度に合うように補正して解析モデルに条件設定することを特徴とする。

請求項６に係る発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の撚り線ワイヤの変形解析シミュレーションモデルにおいて、
前記線状部材の撚りピッチの寸法を、曲げ実験の捩り角度に合うように補正して解析モデルに条件設定することを特徴とする。

請求項７に係る撚り線ワイヤの加工方法の発明は、請求項１〜６に記載の撚り線ワイヤの変形解析シミュレーションモデルを用いて、得られた加工条件で型成形を行うことを特徴とする。

請求項８に係る撚り線ワイヤの変形解析シミュレーション方法の発明は、請求項１〜６に記載の撚り線ワイヤの変形解析シミュレーションモデルを用いて、コンピュータにより変形挙動解析することを特徴とする。

本発明によれば、複数の素線からなる線状部材の曲げ等の成形におけるシミュレーションあるいは加工において、成形条件が見つけ易く成形品形状も安定化し、安定した収束性を得ながら短時間で計算を終了させることができる。

以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。
（撚り線ワイヤの実際の変形）
図１は、シミュレーションではなく、実際に撚り線ワイヤのＶ曲げ実験に用いる成形装
置の構成を示す図である。

この成形装置は、角度θが９０°又は４５°のＶ字形の凸部１１ａを有する上型１１と
、上型１１の凸部１１ａに嵌合可能に対向配置されＶ字形の凹部１２ａを有する下型１２
とを有している。なお、この成形装置は、上型１１の凸部１１ａの頂部が下型１２上に載置した直線状の撚り線ワイヤ１３に当接した後に、下型１２の凹部１２ａに対する撚り線ワイヤ１３の押し下げ量（すなわち、上型１１のストローク量）を変化させることができるようになっている。そして、この上型１１と下型１２との間に撚り線ワイヤ１３を挟み込み、下型１２に対して上型１１を接近移動させる。

下型１２に対して上型１１を接近移動させると、図２のように、撚り線ワイヤ１３の長手方向の中途部にＶ字部１３ａが形成される。また、この撚り線ワイヤ１３を、不図示の
別の成形型によりＶ字部１３ａを中心として、左右略対称にループ状の湾曲部を形成する
ように折り曲げる。

図３は、この撚り線ワイヤ１３を用いて製造された内視鏡処置具の一例としての高周波スネア１５を示している。この高周波スネア１５は、Ｖ字部１３ａを先端側とし、ループ
状の湾曲部Ａが形成された撚り線ワイヤ１３がチューブ１４に出退自在に挿通されている。このループ状の湾曲部Ａの横幅（出退方向と略直交する方向）は、Ｖ字部１３ａの弾発
力により確保されることになる。

図４は、撚り線ワイヤ１３の断面図を示している。この撚り線ワイヤ１３は、中央側の１個の素線束（「ストランド」ともいう）１３０と、その周囲の６個の素線束１３０と、の全部で７個の素線束１３０を撚りあわせて形成されている。また、中央側の１個の素線束１３０と周囲の６個の素線束１３０との間には、６個の空孔１４０が形成されている。

図５は、１個の素線束１３０の拡大図を示している。すなわち、素線束１３０は、中央側の１本の素線（芯線）１３１と、その周囲の６本の素線１３１と、の全部で７本の素線１３１を撚りあわせて形成されている。このように高周波スネア１５として、撚り線ワイヤ１３を用いたのは、特にループ状の湾曲部Ａがしなやかに弾性変形してほしいからであ。これに対し、撚り線ワイヤ１３に代えて１本の単線を用いた場合は、この湾曲部Ａが変形しにくくなるからである。
（シミュレーションモデルの作成）
図６〜図１１は、本実施形態のシミュレーションモデルの作成工程を示す。本実施形態では、シミュレーションモデルを医療用の処置具（例えば高周波スネア）に適用する場合について説明する。

第１工程では、シミュレーションモデルの対象となる撚り線ワイヤ１３の断面の外周形状を忠実にモデリングし、外表面の座標データ（ジオメトリーデータ）を作成する。
図６（ａ）は、モデル対象となる撚り線ワイヤ１３の断面を示している。この撚り線ワイヤ１３は、前述したように、７本の素線１３１から構成される素線束１３０が、中央に１個、その周囲に６個配置されている。

次に、図６（ｂ）に示すように、この撚り線ワイヤ１３の断面の外周面を忠実にモデリングした断面２１３を形成する。すなわち、外周側の６個の素線束１３０を構成している外周側の素線１３１の外周面を接続して、簡略化したモデルの断面２１３を作成する。この断面２１３は、非円形状をなしている。

ここで、非円形状の図形とは、撚り線ワイヤ１３の断面における外周側の素線の外周面を接続して形成される包絡線上に、この包絡線の図形と形状が略一致する円形状の図形を重ねた場合に、この包絡線上に円形状から外れた線部分（領域）を有する図形であり、楕円やひし形等の円形以外の図形ばかりではなく、円周の一部に凹部や凸部を有するものも含む（例えば図１６参照）。

なお、この断面２１３は、６個の素線束１３０の外周側を接続して形成された６個の素線束モデル１３０’を結合したものである。ここでは、６個の素線束モデル１３０’の内側は、孔等のない連続な面として扱っている。

この断面２１３は、複数の素線を撚り合わせて形成した複数の素線束の外周面を包絡線で螺旋状にしたものに相当する。
更に、図６（ｃ）において、前述の簡略化されたモデルの断面２１３に対し、その外表面のジオメトリーデータ（幾何学的データ）を作成する。これは、中心Ｏを有するＸＹ平面に対し、任意位置の座標を指定して断面２１３の各要素部分の形状データを得るためである。なお、断面に付された多数の黒いドット１６は、座標点群データである。

第２工程では、図７に示すように、簡略化したモデルの断面２１３に対し、座標点群データに基づいて、６個の素線束モデル１３０’の隣接部分の形状を計測して、その部分にＲ（フィレット）を設定する。これは、コンピュータによる計算を簡単にするため、一層簡略化したモデルの断面を作成するためである。このときの形状の計測は、例えば各素線束モデル１３０’を構成する素線モデル１３１’の半径が対象となる。

なお、その他、隣接する素線モデル１３１’同士が接触しているか否か、又は離れているか否か、或いは一部が重なっているか否か等も計測の対象となる。
すなわち、隣接する素線モデル１３１’の半径等に応じてモデルの断面３１３の形状が作成される。これにより、得られたモデルの断面３１３は、撚り線ワイヤ１３の断面の特徴を損なうことなく近似した状態にモデリングしたものとなっている。

この一層簡略化したＲ（フィレット）を設定したモデルの断面３１３（以下、Ｒモデル断面という）も非円形状をなしている。このＲモデル断面３１３に対して、図６（ｃ）と同様に、その外表面のジオメトリーデータ（幾何学的データ）を作成し、モデル断面５１３を得る（図１１参照）。

なお、モデル対象となる撚り線ワイヤ１３の断面に応じて、モデル断面を形成し直す必要があるか否かの検討をする。例えば、図８（ａ）に示すように、モデル対象となる撚り線ワイヤ１３の断面が、６個の素線束１３０の中央に空孔１３２が存在する場合は、図８（ｂ）に示すように、忠実に空孔モデル１３２’をモデリングした断面２１３’を作成する。なお、このモデル断面２１３’は、６個の素線束１３０の外周側を包絡線で接続して形成された６個の素線束モデル１３０’を有している。

よって、モデル断面２１３’は、複数の素線を撚り合わせて形成した複数の素線束の外周面を包絡線で結合したものに相当する。
また、図９（ａ）に示すように、撚り線ワイヤ１３の断面が、複数の素線１３１を撚り合わせて任意形状の３個の素線束１３０―１、１３０―２、１３０―３を形成した場合を想定する場合がある。この場合、図９（ｂ）に示すように、３個の素線束１３０―１、１３０―２、１３０―３を束ねてできた素線束集合体１１３’の外周側を包絡線で接続して、モデル断面１１３を形成する。

更に、図６（ａ）に示したように、撚り線ワイヤ１３の断面が、７本の素線１３１を撚り合わせて７個の素線束１３０を形成している場合を考える。この場合は、図１０に示すように、７個の素線束１３０ごとに夫々の外周面を包絡線で接続して形成された７個の素線束モデル１３０”を１つに結合した断面４１３とすることもできる。このとき、７個の素線束１３０の間に空孔（図４の空孔１４０参照）が存在すれば、忠実にその空孔モデル１３２”をモデリングする。

なお、モデル対象となる撚り線ワイヤ１３の断面に応じて、モデル断面を形成し直す必要があるか否かの検討をした結果、必要がない場合は、上述した図８（ａ）に示すような空孔１３２があってもこれを取り込むことはしない。

第３工程では、図１１に示すように、モデリングした撚り線ワイヤ１３’（図１２参照）のモデル断面５１３の形状データの中心にポイント（中心）Ｏを設ける。そして、このポイントＯを始点として、外表面のジオメトリデータを利用してモデル断面５１３の外周部に三角形の２点を多数描く。これらの各三角形は、その始点と終点が重なった三角形要素であり、こうして多数のメッシュ１５０が生成される。

シミュレーション解析では、所定長さの線状部材の３次元要素モデル１３’に曲げを施したとき、どのように変形するかを、これら多数の各メッシュ１５０ごとに計算する。そして、例えば３次元要素モデル１３’の端面における元の位置をＰとしたとき、線状部材の３次元要素モデル１３’に曲げを施したときの回転後の位置Ｑ（捩り角）が、どの程度になるかを予測する。

第４工程では、図１２に示すように、１本の線状部材の３次元要素モデル１３’を作成する。この図１２は、図１１の２次元断面（ＸＹ方向）のデータを、その図心を中心として撚り線ワイヤ１３の所定のピッチｐになるようにスパイラル状にＺ軸方向（ＸＹ平面に直交方向）に延設したものである。なお、所定のピッチｐとは、撚り線ワイヤの実際のピッチを実験で用いるピッチに対応させた数値をいう。

第５工程では、材料試験により得られた素線１３１の縦弾性係数Ｅの値を、Ｖ曲げ実験
の捩り角度に合うように補正して３次元要素モデル１３’に条件設定する。この補正により、シミュレーション結果を、実際の捩れ挙動に近づけるようにする。なお、縦弾性係数をＥ、捩り弾性係数をＧ、ポアソン比をνとした場合、Ｅ＝２（１＋ν）Ｇの関係にある。また、捩り角度はＧと一定の関係にあるため、Ｅとνの値がわかればＧを求めることができる。

第６工程では、図１３に示すように、上型１１’と下型１２’の３次元要素モデル１３’に接触する部分の転写面を立体的にモデル化する。そして、上型１１’と下型１２’を、撚り線ワイヤの３次元要素モデル１３’の外径寸法のクリアランスになるまで、例えば下型１２’に対して上型１１’を所定のストローク量だけ移動させる条件を加えて、一連のプログラムが作成できる。これによって、Ｖ曲げのシミュレーションが可能となる。
（モデルによるシミュレーション解析）
次に、上記で作成した撚り線ワイヤ１３の３次元要素モデル１３’を用いて、角度９０°及び４５°のＶ曲げのシミュレーション解析を実施した。すなわち、上型１１’と下型
１２’の間に、撚り線ワイヤ１３の３次元要素モデル１３’を配置して上型１１’を下型１２’の方向に、上型１１’のストローク量を、Ａ〜Ｄの４種類に変化させて移動させた（図１４、図１５等参照）。そして、撚り線ワイヤ１３の３次元要素モデル１３’を、上型１１’を下型１２’の隙間に沿わせて曲げた。

図１４及び図１５は、シミュレーション解析の結果と実際の実験で確認した結果とを示す図である。
図１４は、上型１１’と下型１２’の角度を９０°に設定した場合、３次元要素モデル１３’に形成されるＶ曲げ後の角度（縦軸）と、プレスストローク量（以下、「ストローク量」という）（横軸）との関係を示すものである。なお、ストローク量の大きさは、Ａ＞Ｂ＞Ｃ＞Ｄの関係になっている。また、同図中、×印は実験結果を示し、○印はシミュレーション結果（解析結果）を示している。

同図１４によれば、上型１１’のストローク量が大きいほどＶ曲げ後の角度（戻り角度）は小さく、また、ストローク量が小さいほどＶ曲げ後の角度（戻り角度）は大きくなっている。また、実験結果と解析結果は同じストローク量で×と○が接近していることから、両者にはほとんど差はない。

図１５は、上型１１’と下型１２’の角度を９０°に設定した場合、３次元要素モデル１３’に形成されるＶ曲げ後の捩れ角度（縦軸）と、ストローク量（横軸）との関係を示すものである。なお、ストローク量の大きさは、Ａ＞Ｂ＞Ｃ＞Ｄの関係になっている。また、同図中、×印は実験結果を示し、○印はシミュレーション結果（解析結果）を示している。

同図１５によれば、上型１１’のストローク量が大きいほどＶ曲げ後の捩り角度は大きく、また、ストローク量が小さいほどＶ曲げ後の捩り角度（戻り角度）は小さくなっている。また、実験結果と解析結果は同じストローク量で×と○が接近していることから、両者にはほとんど差がない。

以上より、シミュレーション解析モデルを用いたことで、３次元要素モデル１３’に形成されるＶ曲げ角度と捩れ角度の傾向は、実験結果と略一致しており、実用の範囲内で問
題ないレベルであることが判った。また、シミュレーション解析の解を得るまでの工程においても、安定した収束性が得られ、現実的な解析時間で解を得ることができた。

簡単に言えば、実際の撚り線ワイヤの素線数は、例えば４９本であるのに対し、本実施形態の３次元要素モデル１３’では、実際の撚り線ワイヤを１本の線状部材としてモデル解析したので、その解析時間も略１／４９以下の１時間程度で済んだ。

また、本実施形態では、１本の撚り線ワイヤをそのままモデル化するのではなく、図７に示したように、外周表面を包絡線で接続してモデル化して、それを所定のピッチで縦主軸（図心を連ねた縦軸線）を中心としてスパイラル状に捩って３次元モデル１３’を生成した。

その結果、シミュレーションモデルの構築時間が短縮できるとともに、撚り線ワイヤを成形（フォーミング）した際の捩れを必要十分な精度で計算することが可能となった。
更に、撚り線ワイヤの微細構造体をそのままモデル化せず、簡略化してモデル規模を最小限に止めたことから、構造体内部の接触（例えば素線同士の接触）の問題が改善され収束性が良くなった。このため、短時間で成形品形状を精度良く予測することができるようになった。

なお、本シミュレーションモデルは、スプリングバックを考慮した弾塑性有限要素法により計算させており、材料構成則はミーゼスの降伏関数を用いている。
第１実施形態では、図７に図示したＲモデル断面３１３を用いて３次元モデル１３’を生成したが、これに代えて、図６（ｂ）に図示したモデル断面２１３を用いて３次元モデル１３’を生成しても良い。
（撚り線ワイヤの解析モデルの他の例）
図１６（ａ）〜（ｃ）は、撚り線ワイヤの外周面を包絡線で接続して、得られた非円形状の断面を、その図心を中心としてスパイラル状に捩りながら延設して、１本の線状部材の解析モデルとした実施の形態を示す。

このように、非円形状の断面としては、楕円形状の断面５１３（図１６（ａ）参照）、三ッ山形状の断面６１３（図１６（ｂ）参照）、だるま形状の断面７１３（図１６（ｃ）参照）等が考えられる。あるいは、図７の断面を更に簡略化した六ツ山形状の如き包絡線で接続して得られるような断面８１３でも良い（図１６（ｄ）参照）。但し、ここに示した断面に限られるものではない。

この様な線状部材の３次元要素モデルであっても、前述した図１１のように、撚り線ワイヤの特徴である捩りや回転等の挙動を確認することができるので、シミュレーションモデルとしても使用することができるのである。

なお、図示しないが、このような３次元要素モデルに対し、Ｖ曲げをシミュレーション
解析した場合にも、実際に撚り線ワイヤを加工した場合の実験結果と傾向が一致する解析結果が得られている。

また、本実施形態で曲げ加工等される撚り線ワイヤの適用分野は、内視鏡処置具の撚り線ワイヤに用いられる他、自転車のブレーキワイヤ、ギヤ変更のワイヤ、自動車のスロットルの開閉ワイヤ、つり具のハリス等にも適応が可能である。

本実施形態によれば、撚り線ワイヤ１３の変形形状を実用的な精度でシミュレーションすることが可能となり、実際に試作実験をすることなく、シミュレーションにより予測した成形品の変形形状を利用することができる。すなわち、撚り線ワイヤに曲げ、捩りを加えた形状の成形、及び撚り線ワイヤを成形した際の形状予測が可能となり、設計された成形品のリードタイムを短縮することができる。これにより、ユーザニーズに対応した迅速な商品提供が可能となる。また、試作実験が不要又は低減できることから、コスト削減にも有効である。
（Ｒ曲げのシミュレーション解析）
本実施の形態では、上記で作成したシミュレーションモデルを用いて、図３に示した高周波スネア１５の湾曲部Ａに相当するＲ曲げ（金型の曲率半径ρ＝１００ｍｍのなだらかな曲げ）を実施した。

図１７は、Ｒ曲げ実験に用いた成形型のシミュレーションモデルを示す図である。
すなわち、上型２１’と下型２２’（サーフェースモデル）の間に、図１２に示したような撚り線ワイヤ１３の３次元要素モデル１３’を配置し、上型２１’を下型２２’の方向に所定のストローク量だけ移動させる。こうして、撚り線ワイヤ１３の３次元要素モデル１３’をＲ形状（曲率半径ρ＝１００ｍｍ）に曲げる。

このＲ曲げは、上述した図３における湾曲部Ａのように、撚り線ワイヤ１３のなだらかにループを形成している部分（曲率半径ρ＝１００ｍｍ）の曲げに用いられる。
図１８は、撚り線ワイヤのＲ曲げ（曲率半径ρ＝１００ｍｍ）に関し、シミュレーション解析の結果と実際の実験で確認した結果とのＲ曲げ後のスプリングバック量を示す図である。同図中、×印は実験結果を示し、○印はシミュレーション結果（解析結果）を示している。

すなわち、図１８の右端側に、図３における撚り線ワイヤのV字部１３ａがあり、このV字部１３ａから左端側に向けてなだらかなループ部分（湾曲部Ａ）がある。
同図によれば、実験結果と解析結果は同じ位置に×と○が接近していることから、両者にはほとんど差はないといえる。

図１９は、上型１１’と下型１２’の角度を４５°に設定した場合に、撚り線ワイヤ１３とその３次元要素モデル１３’に形成されるＶ曲げ後の捩れ角度（縦軸）と、ストローク量（横軸）との関係を示すものである。なお、ストローク量の大きさは、Ａ＞Ｂ＞Ｃ＞Ｄの関係になっている。また、同図中、×印は実験結果を示し、○印はシミュレーション結果（解析結果）を示している。

この図１９によれば、撚り線ワイヤ１３の３次元要素モデル１３’を用いて解析した場合、実験結果と解析結果は、同じストローク量で×と○が接近している。このため、両者にはほとんど差がないといえる。

本実施形態のシミュレーションにより、撚り線ワイヤ１３の３次元要素モデル１３’をフォーミングした場合に、図３に示した高周波スネア１５の湾曲部Ａのループ状の形状を予測することができる。また、この際、図１９より、撚り線ワイヤ１３をなだらかにフォーミングした場合を想定して、撚り線ワイヤ１３の３次元要素モデル１３’の捩れ等の値を算出することができる。

これにより、実際の撚り線ワイヤ１３のフォーミングに応用できる情報（例えば、捩れ、プレス荷重、変形部分の形状等）も得ることができる。また、前述したように、本実施形態の３次元要素モデル１３’では、１本の線状部材として解析したので、シミュレーションの解に安定した収束性が得られ、現実的な解析時間で結果を得ることができた。

次に、上型１１’と下型１２’の角度を４５°に設定し、３次元要素モデル１３’を用いて角度４５°のＶ曲げを実施した場合について説明する。

図２０は、その３次元要素モデル１３’に形成される曲げ角度（縦軸）とストローク量（横軸）との関係を示すものである。同図中、×印は実験結果を示し、○印はシミュレーション結果（解析結果）を示している。

同図より、４５°Ｖ曲げに於いても、上型１１’のストローク量が大きいほどＶ曲げ後の角度（戻り角度）は小さく、また、ストローク量が小さいほどＶ曲げ後の角度（戻り角度）は大きくなっている。また、実験結果と解析結果にはほとんど差はない。これにより、前述した図１９を併せて考慮すると、ストローク量に応じて、曲げ角度や捩り角度が変化する傾向にある。また、解析結果に基づき実際の変形量を推定しても、実用の範囲内で使用できると考えられる。
（複数の素線束モデルを１本に結合する方法について）
図２１（図１０と同じ構成）に示すように、７個の素線束モデル１３０”ごとに夫々の外周面を包絡線で接続してモデル化する。更に、そのモデル化後に７個の素線束モデル１３０”を、１つに結合する。そして、断面全体の図心を中心としてスパイラル状に捩りながら図心方向に延設し、１本の線状部材の３次元要素モデルを形成する。

複数の素線束モデル１３０”を１本に結合する方法は、各素線束モデル１３０”の要素中に隣接する節点２３５、２３５が存在する場合に、図２２（ａ）（ｂ）に示すように、各素線束モデル１３０”の節点２３５、２３５を共有させる方法や、共有させる節点２３５、２３５の自由度を同期させる方法（タイニング）等が考えられる。なお、いずれを用いるかは、シュミュレーションの内容により使い分けることが望ましい。また、応力、歪、力値等が所定の値になったら、節点２３５，２３５を離して自由度を独立させることができる。

撚り線ワイヤのＶ曲げ実験に用いる成形装置の構成を示す図である。 撚り線ワイヤにＶ字部を形成した状態を示す図である。 高周波スネアの平面図である。 撚り線ワイヤの断面構成を示す図である。 素線束の断面構成を示す図である。 （ａ）は撚り線ワイヤの断面を示す図、（ｂ）は撚り線ワイヤの断面の外周面をモデリングした状態を示す図、（ｃ）は撚り線ワイヤのモデルの断面のジオメトリーデータを示す図である。 撚り線ワイヤのモデルの断面にフィレットを設定した状態を示す図である。 （ａ）は撚り線ワイヤの断面構成を示す図、（ｂ）は撚り線ワイヤの断面の外周面をモデリングした状態を示す図である。 （ａ）は撚り線ワイヤの断面構成を示す図、（ｂ）は撚り線ワイヤの断面の外周面をモデル化した状態を示す図である。 撚り線ワイヤの断面の外周面をモデリングした状態を示す図である。 モデル断面を三角形要素で区切り、多数のメッシュを生成した状態を示す図である。 １本の線状部材の３次元要素モデルを示す図である。 上型と下型を立体的にモデル化した図である。 上型と下型の角度を９０°に設定した場合の、シミュレーション解析の結果と実際の実験で確認した結果とを示す図である。 上型と下型の角度を９０°に設定した場合の、シミュレーション解析の結果と実際の実験で確認した結果とを示す図である。 撚り線ワイヤの外周面を包絡線で接続して得られた非円形状の断面であって、（ａ）は楕円形状の断面、（ｂ）は三ッ山形状の断面、（ｃ）はだるま形状の断面、（ｄ）は六ッ山形状の断面を示す図である。 Ｒ曲げ実験に用いた成形型のシミュレーションモデルを示す図である。 撚り線ワイヤのＲ曲げ（曲率半径ρ＝１００ｍｍ）に関し、シミュレーション解析の結果と実際の実験で確認した結果とのＲ曲げ後のスプリングバック量を示す図である。 上型と下型の角度を４５°に設定した場合の、シミュレーション解析の結果と実際の実験で確認した結果とを示す図である。 上型と下型の角度を４５°に設定した場合の、シミュレーション解析の結果と実際の実験で確認した結果とを示す図である。 撚り線ワイヤの断面を、素線束モデルごとに包絡線で接続してモデル化した状態を示す図である。 （ａ）（ｂ）は、複数の素線束モデルを１本に結合する方法の説明図である。

符号の説明

１１ 上型
１１ａ 凸部
１２ 下型
１２ａ 凹部
１３ 撚り線ワイヤ
１３’ 撚り線ワイヤモデル
１３ａ Ｖ字部
１４ チューブ
１５ 高周波スネア
１６ ドット
２１’ 上型
２２’ 下型
３１’ 上型
３２’ 下型
１１３ モデル断面
１１３’ 素線束集合体
１３０ 素線束
１３０’ 素線束モデル
１３０" 素線束モデル
１３１ 素線
１３２ 空孔
１３２’ 空孔モデル
１５０ メッシュ
２１３ モデル断面
２１３' モデル断面
３１３ モデル断面
４１３ モデル断面
５１３ モデル断面

Claims (8)

1. 非円形状の図形を、その図心を中心としてスパイラル状に捩りながら図心方向に延設し、１本の線状部材の解析モデルを形成した、
   ことを特徴とする撚り線ワイヤの変形解析シミュレーションモデル。
2. 前記線状部材の断面として、複数の素線を撚り合わせて複数の素線束を形成し、該任意形状の素線束の少なくとも１つを束ねてできた素線束集合体の外周面を包絡線で接続したものを定義した、
   ことを特徴とする請求項１に記載の撚り線ワイヤの変形解析シミュレーションモデル。
3. 前記線状部材の断面として、複数の素線を撚り合わせて複数の素線束を形成し、該複数の素線束の外周面を包絡線で接続したものを定義した、
   ことを特徴とする請求項１に記載の撚り線ワイヤの変形解析シミュレーションモデル。
4. 前記線状部材の断面として、複数の素線を撚り合わせて複数の素線束を形成し、該複数の素線束ごとに夫々の外周面を包絡線で接続し、該包絡線で接続した複数の素線束を１つに結合したものを定義した、
   ことを特徴とする請求項１に記載の撚り線ワイヤの変形解析シミュレーションモデル。
5. 材料試験により得られた前記素線の縦弾性係数の値を、曲げ実験の捩り角度に合うように補正して解析モデルに条件設定する、
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の撚り線ワイヤの変形解析シミュレーションモデル。
6. 前記線状部材の撚りピッチの寸法を、曲げ実験の捩り角度に合うように補正して解析モデルに条件設定する、
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の撚り線ワイヤの変形解析シミュレーションモデル。
7. 請求項１〜６に記載の撚り線ワイヤの変形解析シミュレーションモデルを用いて、得られた加工条件で型成形を行う、
   ことを特徴とする撚り線ワイヤの加工方法。
8. 請求項１〜６に記載の撚り線ワイヤの変形解析シミュレーションモデルを用いて、コンピュータにより変形挙動解析する、
   ことを特徴とする撚り線ワイヤの変形解析シミュレーション方法。