(57)【要約】【課題】長尺状要素の改良された架橋または加硫方法および装置を提供。【解決手段】押出成形段階(4)において導体要素を架橋可能な合成材料の層で被覆し、押出成形段階(4)後に架橋反応を起こさせる。押出成形段階(4)の前の予熱段階(3)において、導体要素を加熱する渦電流を導体要素内に誘導的に発生させて導体要素を予熱する。予熱段階(3)では、導体要素の温度を徐々に増して、予熱段階の終わりで導体要素の最外側領域(a)と内側層(b)の間の温度差(DT)が所定のレベルを下回るようにする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
押出成形段階において導体要素を架橋可能な合成材料の層で被覆し、該押出成形段階後に架橋反応を起こさせ、該押出成形段階前の予熱段階において、前記導体要素を加熱する渦電流を該導体要素内に誘導的に発生させて該導体要素を予熱する長尺状要素の架橋または加硫方法において、前記予熱段階では、前記導体要素の温度を徐々に増して、該予熱段階の終わりで該導体要素の最外側領域と内側層の間の温度差が所定のレベルを下回るようにすることを特徴とする長尺状要素の架橋または加硫方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、前記予熱段階はひと続きの工程で実行することを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法において、前記予熱段階は連続する少なくとも２つの工程で実行することを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法において、前記連続する２つの工程の間には間隔が設けられ、該間隔は、前記最初の工程の後、次の工程の実行前に前記導体要素全体にわたって温度が均等になるように設定することを特徴とする方法。
【請求項５】
押出ヘッドを使用して導体要素を架橋可能な合成材料の層で被覆し、該押出ヘッドの後に加硫管内で架橋反応を起こさせ、前記導体要素を加熱する渦電流を該導体要素内に誘導的に発生させる装置を前記押出ヘッドの前に使用して該導体要素を予熱する長尺状要素の架橋または加硫装置において、前記予熱を行う装置は、前記導体要素の温度を徐々に増して、該予熱を行う装置の出口で該導体要素の最外側領域と内側層の間の温度差が所定のレベルを下回るようにすることを特徴とする長尺状要素の架橋または加硫装置。
【請求項６】
請求項５に記載の架橋または加硫装置において、前記誘導的に渦電流を発生させる装置は１つの誘導コイルで構成されていることを特徴とする架橋または加硫装置。
【請求項７】
請求項５に記載の架橋または加硫装置において、前記誘導的に渦電流を発生させる装置は、少なくとも２つの連続的に配列された誘導コイルで構成されていることを特徴とする架橋または加硫装置。
【請求項８】
請求項７に記載の架橋または加硫装置において、前記２つの連続する誘導コイル間には間隔が設けられ、該２つの連続する誘導コイル間の間隔は、１番目の誘導コイルの後、次の誘導コイルの前に前記導体要素全体にわたって温度が均等になるように設定されていることを特徴とする架橋または加硫装置。
【請求項９】
請求項７に記載の架橋または加硫装置において、前記２つの連続する誘導コイルは互いに隣接して配設されていることを特徴とする架橋または加硫装置。
【請求項１０】
請求項７ないし９のいずれかに記載の架橋または加硫装置において、前記誘導コイルの少なくとも１つは、可動構体として形成されていることを特徴とする架橋または加硫装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、長尺状要素を架橋または加硫もしくは硬化する方法に関するものであり、本方法では、押出成形段階において導体要素を架橋可能な合成材料の層で被覆し、押出成形段階後に架橋反応を起こさせ、押出成形段階前の予熱段階において、導体要素を加熱する渦電流を導体要素内に誘導的に発生させて導体要素を予熱する。また本発明は、長尺状要素を架橋または加硫もしくは硬化する装置に関するものである。
【０００２】
本発明は、電線や電気ケーブルの製造に用いられる導電体の誘導加熱方法および装置に対応する。本発明は、架橋ポリエチレンの層を少なくとも１層備えた絶縁構体を有するケーブル、とくに中電圧または高電圧のエネルギーケーブルを生産する電気ケーブル製造ラインの生産性を高めることを目標としている。
【背景技術】
【０００３】
一般に使用されている中電圧および高電圧用のエネルギー伝達ケーブルの構造のひとつは、可塑材、非常に多の場合ポリエチレンからなる１または複数の層で絶縁された導電体(銅またはアルミニウム)を含むものである。上述の絶縁材は、公知の押出成形法によって導体に施される。十分な機械的強度および電気的強度を得るために、押出成形した熱可塑性高分子材を架橋する。
【０００４】
従来技術として知られ、架橋に関する分野で広く用いられている方法の１つに、過酸化物架橋法がある。この公知の方法では、過酸化物を熱可塑性材料に添加することで、温度の影響により最終的に化学反応を誘発して、高分子の架橋を引き起こす。
【０００５】
押出加硫成形ラインの原則的な配置は通常、ペイオフ装置、計量キャプスタン、導体予熱器、押出ヘッドを備えた押出成形機、後加熱器、加硫管、冷却管、キャタピラまたはキャプスタン、および巻取り装置の順で構成される。このような押出成形ラインの動作および構成要素はそれ自体が公知のものであるため、これ以上の記述は省略する。なお、別のライン配置として、予熱器を計量キャプスタンの上流に配することも可能である。
【０００６】
上述の製造法では、押出成形装置において早期に架橋が起きるのを防ぐために、絶縁材は十分に低い温度で導体上に押し出さなければならず、さもなければ、早期の架橋によって絶縁に不具合が生じる。押出成形段階後、材料を十分に高い温度で加熱して、できるだけ短時間で化学反応を開始させ終息させなければならない。
【０００７】
架橋反応は、加硫管、すなわち押出ヘッドの下流に位置して押出し後の電気ケーブルを囲撓する管の中で起き、加硫管内でケーブルは放射伝熱および／または対流熱伝達によって加熱される。しかし、絶縁材内における熱拡散は少なく、導体要素に近い高分子層では温度の上昇および化学反応に時間がかかる。
【０００８】
公知の加熱／架橋工程を改善する従来技術として、押出成形段階前に導体を予熱する方法がある。この予熱処理は、導体要素の内部に渦電流を誘導的に発生させて、渦電流によって導体要素を加熱するものである。そのため、熱はケーブルの内側から絶縁構体へと伝達し、加熱／架橋工程は短時間で終了する。このような誘導加熱素子は公知であり、長い間使用されてきた。当該誘導加熱素子は、予熱器として押出ヘッドの上流で使用したり、後加熱器として押出ヘッドの下流で加硫管に沿って使用したりする。このような装置の例として、スイス特許第644548号(特許文献１)を挙げることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】スイス特許第644548号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、この公知の装置では、以下に述べる理由により、予熱の程度および生産性に対する効果に限度がある。ほとんどのエネルギーケーブル構造において、導体は複数の素線層で構成される撚り線である。導体の予熱に使用される予熱器は、7〜20kHzの周波数を利用する。この予熱器が導体内に発生させる磁場の侵入深さには、限界がある。とくに、大きな断面積を有する導体では、予熱器を使用しても導体の撚り線の最外層しか加熱しない。そのため、最外層の温度は急激に上がるものの、導体の中心部では温度上昇に一定の遅れが生じる。予熱器の出口では、最外層と最内側層とで温度に一定の差DTが生じる。この温度差DTの値は、渦電流の強度と導体を磁場に曝す時間長、つまりライン速度に応じて分割される予熱器の長さとによって変わる。予熱器の下流では、温度は、導体の大きさおよび温度差DTに応じたある時間内で導体の断面全体にわたって実質的に均等に平均温度Tmとなるであろう。
【００１１】
温度差DTが十分に大きくなると、最外層と内側層の間に起きる熱膨張差によって層間接触が失われ、最終的には導体が割れてしまう。それにより、熱がそれ以上導体の内側素線層まで伝達しないばかりか、可塑材が最外層の素線間に浸透してしまうこともある。極端な場合、熱膨張によって導体が押出ヘッドのワイヤガイドに貼りついてしまうこともある。
【００１２】
上述のことから、導体に適用可能な予熱処理の割合、したがって得られる導体温度も制限されてしまう。上述の事項が従来技術における問題点である。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、従来技術に係る問題点を解決する方法および装置を供することを目的とする。この目的は本発明によって達成される。
【００１４】
本発明に係る方法は、予熱段階において、導体要素の温度を徐々に増して、予熱段階の終わりで導体要素の最外側領域と導体要素の内側層の間の温度差が所定のレベルを下回るようにすることを特徴とする。また、本発明に係る装置は、予熱を行う装置が配設され、これによって導体要素の温度を徐々に増して、予熱を行う装置の出口で導体要素の最外側領域と導体要素の内側層の間の温度差が所定のレベルを下回るようにすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、上述の従来技術における問題点を解決する効果を奏する。すなわち本発明は、押出成形段階に先立って導体温度を従来可能な温度より高いレベルまで高めて、押出成形ラインの生産速度の向上が可能な方法および装置を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
以下に、本発明について、添付図面に示す実施形態を参照しながら詳細に述べる。
【図１】加硫押出成形ラインの原則的な配置を示す図である。
【図２】導体要素の概略断面図である。
【図３】一般的な従来型予熱器に沿った導体要素の温度プロファイルを概略的に示す図である。
【図４】本発明に係る実施形態の予熱器に沿った導体要素の温度プロファイルを一般的な従来方式による温度プロファイルと比較して概略的に示す図である。
【図５】本発明に係る別の実施形態の予熱器に沿った導体要素の温度プロファイルを概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、加硫すなわち硬化押出成形ラインの原則的な配置を示す。加硫押出成形ラインは、ペイオフ装置1、計量キャプスタンまたは計量キャタピラ2、導体要素用の予熱器3、押出ヘッド4を有する押出成形機、後加熱器5、加硫管6、冷却管7、キャタピラまたはキャプスタン8、および巻取り装置9で構成される。すでに述べたように、上述の押出成形ラインの動作は当業者には周知であるゆえ、押出成形ラインの動作または／および構造の詳細については、本明細書では述べずにおく。
【００１８】
図２は、複数の撚り素線10からなる一般的な導体要素を概略的に示している。図２に示すように、導体要素は素線10からなる層を複数含んでいる。図２では、参照符号aは導体要素の最外側の領域または層を示し、参照符号bは内側層、つまり導体要素の中心層を示している。
【００１９】
さきにも述べたが、長きにわたって知られているとおり、押出成形機を使用して絶縁層が導体要素上に設けられている。この、例えば熱可塑性高分子材からなる絶縁層は、導体上に設けられて架橋結合されている。この架橋結合は、過酸化物架橋工程を用いて行われてきたが、この方法では、温度の影響で化学反応が生じて高分子架橋結合される。架橋反応は、加硫管6内で行われてきた。しかし、絶縁層では熱伝導率が低いため、導体要素付近の高分子材料は、絶縁層の高分子材料からなる最外側の層に比べて、温度が上昇して化学反応が起きるまでの時間がある程度、長くかかる。このような状態を改善するために、押出成形段階以前に導体要素を予熱することで架橋結合工程の改善を図ることは、当分野で公知である。この予熱は、誘導的に行われてきた。すなわち、渦電流を導体要素の内部で発生させて、渦電流によって導体要素を加熱するのである。これは実際面では、押出成形された絶縁膜に熱が内側からも伝達されることで、架橋工程が促進される意味がある。
【００２０】
図３は、一般的な従来型の予熱器に沿った導体要素の温度プロファイルを概略的に示している。図３に示すように、最外層aの温度はかなり急速に上昇する。最外層aに比べ、内側層bの温度は明らかにゆっくりと上昇する。予熱器の出口温度は、最外層と内側層とでは、図３に参照符号DTで示すある程度の差が生じる。
【００２１】
上述のように、温度差DTの値は、渦電流の強度と、導体要素が電場に曝露される時間長によって決まる。予熱器の下流では、温度は、導体要素の大きさおよび温度差DTに応じたある時間内で導体要素の断面全体にわたって実質的に均等に平均温度Tmになる。
【００２２】
ここで、温度差DTが十分に大きくなると、最外層と内側層の間の熱膨張差によって両層間の接触が容易に失われてしまい、最後には導体要素の素線がほぐれてしてしまう。それにより、熱がそれ以上導体要素の内側素線層まで伝達しないばかりか、可塑材が最外層の素線間に浸透してしまうこともある。極端な場合、熱膨張によって導体要素が押出ヘッドのワイヤガイドに貼りついてしまいかねない。これは、とくにアルミニウム導体の場合、素線の表面が酸化するため、非常に深刻な問題であり、またラッカ塗装された素線においても同様に深刻な問題となる。
【００２３】
上述の各事項は、導体要素に適用可能な予熱の割合、したがって得られる導体温度が制限されることを意味している。
【００２４】
図４は、本発明の基本原理を従来の技術と比較して概略的に示す。従来技術については、短型予熱器における温度の上り方を示す。図４のこの部分は、図３に対応している。短型予熱器の出口における導体部分の外層aと内側層bの間の温度差を参照符号DTsで示す。短型予熱器で予熱後の平均温度は、図４では参照符号Tmsで示してある。本発明の基本概念によると、予熱段階は、導体要素の温度をゆっくりと、つまり徐々に上昇させて、導体要素の最外層すなわち最外域aと導体要素の内側層bの間の温度差が予熱段階の最後で所定のレベルを下回るように行われる。言い換えると、本発明を適用することで実質的に従来技術と同じ平均温度を実現できるが、予熱器の出口における温度差DTIは明らかに小さい。また、本発明を適用することで、従来技術を適用する場合よりもライン速度を速くすることができる。これは、すべての動作条件下で予熱器の出口における温度差が常に所定レベルを下回るように維持できることによる。すなわち、上述の従来技術の欠点を解消できることである。
【００２５】
図４に示す実施形態では長型予熱器を使用し、長尺コイルの効果、つまり長型予熱器の効果は図中に点線で示してある。長型予熱器の出口における温度差は、参照符号DTIで図示している。長型予熱器で予熱後の平均温度は、同図には参照符号TmIで示している。図４からは、DTIがDTsより小さいことが分かる。
【００２６】
曝露時間が長いため、誘導電力が低減でき、それにより導体要素の最外層aと内側層bの間の温度差も許容レベルまで低減される。予熱器の長さを変えて、DTIが所定のレベルになるようにできる。
【００２７】
図４は基本的に、ひと続きの段階において少ない電力で長時間曝露する本発明の実施形態を示す。しかし、これが唯一の可能性ではなく、他のやり方でも本発明の基本概念を具体化することが可能である。
【００２８】
図５は、連続する２つの段階で、つまり第１予熱器および第２予熱器を使用して加熱工程を行う実施形態について概略的に述べるものである。図５の実施形態では、前述の２つの予熱器、すなわち２つの誘導コイルを離間配設することで導体要素内に熱を発生させて、最外層と内側層の間の温度差によって導体要素の素線間に過剰な熱膨張差が生じないようにする。これらの予熱器間の出口温度の差は、図５に参照符号DT1およびDT2で示してある。
【００２９】
図５に示す実施形態では、２つの予熱器が互いに距離をとって配設されている。誘導電力は、各予熱器の出口で好ましからざる膨張が起きないレベルに保たれている。1番目の予熱器と2番目の予熱器との距離は、導体要素内の温度が導体要素全体にわたって均等になってから導体要素が2番目の予熱器内にはいるように設定する。この均等な温度、すなわち1番目の予熱器での処理後の平均温度は、図５に参照符号Tm1で示す。2番目の予熱器では、導体要素の平均温度は、導体要素を損傷させることなく実質的にさらに高いレベルまで上昇する。2番目の予熱器で処理した後の平均温度は、図５に参照符号Tm1+2で示す。
【００３０】
図５の実施形態では、２つの予熱器を使用している。しかし、3つ以上の予熱器を使用することも可能であり、これらの予熱器は、図５の実施形態に関して述べた方法で相互に一定の間隔をあけて配置する。
【００３１】
例えば2段階予熱方式を用いる場合、1番目の予熱器は計量キャプスタンまたは計量キャタピラの前、つまり図１に参照符号2で示した段階の前に配設するのが好ましい。しかし、両予熱器を計量キャプスタンまたは計量キャタピラの後、つまり図１の参照符号2が示す段階の後に置くことも可能である。
【００３２】
また、本発明の要旨の範囲内であれば、例えば2つの予熱器を互いに隣接配設して使用することも可能である。このような実施形態は、例えば、長くかつ継続的な予熱段階を実現する長型予熱器の実現に効果を奏する。
【００３３】
一連の独立した予熱器の間の最適な距離は、使用する予熱器と、製造条件によっても決まる。予熱器を移動可能な構成にして様々な製造条件における最適な距離を求めることも、当然可能である。
【００３４】
本願に示した構成だけが本発明を実現する可能性のすべてではなく、例えば、複数の予熱器または少なくともそのうちの１つを取り外して別の場所に配設する構成としてもよい。あるいは、複数の予熱器または少なくともそのうちの１つを、可動台構体に取り付けてもよい。この可動台構体は、ステップ状にもしくは連続的に、またははその両方に動かしてもよい。
【００３５】
本発明は、以下の実地試験によって得られたデータによって裏付けできる。
【実施例】
【００３６】
ライン：  CCV
加熱：    10ｘ6ｍ
水冷却：  145ｍ
１．AI 150mm2  20kV  (0.7mm＋5.5mm＋0.6mm)
−T(予熱)  摂氏20〜110度  →  v＝19.6m/min
−T(第１予熱)  摂氏20〜80度  ＋  T(第２予熱)  摂氏80〜145度
→  v＝24.4m/min
２．AI 150mm2  10kV  (0.7mm＋3.4mm＋0.6mm)
−T(予熱)  摂氏20〜110度  →  v＝31.2m/min
−T(第１予熱)  摂氏20〜80度  ＋  T(第２予熱)  摂氏80〜145度
→  v＝40.0m/min
上述の例は、徐々に加熱を行うことで、この場合はステップ状の加熱工程を行ったが、ラインの速度をより高速にできることを示している。言い換えると、本発明が生産性を高めることは明白である。
【００３７】
本発明について、添付図面に係る実施形態を用いて述べてきたが、本発明は上述の実施形態によって限定されるものでなく、本願特許請求の範囲内において、全く自由に変更してもよい。
【符号の説明】
【００３８】
３  予熱を行う装置
４  押出ヘッド
ａ  最外側領域
ｂ  内側層
DT  温度差
Tm  平均温度
【図１】
2013078949.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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