JP3576590B2 - 高発泡同軸ケーブル製造装置 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は同軸ケーブルの製造装置に係わり、特に高発泡性の絶縁体を有する同軸ケーブルを製造する際に好適な高発泡同軸ケーブル製造装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
ポリエチレンに発泡材を注入して高い発泡度の絶縁体を形成し、この絶縁体を同軸ケーブルの誘電体とする同軸ケーブルは、通常のポリエチレンを絶縁体とする同軸ケーブルに比較して誘電体損失が低減し、伝送特性が著しく向上することになる。
【0003】
上記発泡材としては現在のところ、通常フロンガスと呼ばれるフロン、詳しくは炭素とフッ素、水素、塩素(CHClF2 )の化合物であるフルオローカーボン(Fluoro Carbon)を使用しており、70%程度の高い発泡度を達成している。
ところで上記フロンは低沸点でガス化し無色無臭の安定した気体となるが、このガスが大気中に放出されて成層圏に至り、紫外線によって分解されると、塩素原子を生成し、オゾン層を破壊するという地球環境上の問題が生じている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、フロンに代わってポリエチレンに注入され高い発泡性が得られる不活性ガスが種々模索されているが、フロンに対応するような高い溶解性を有する不活性ガスを得ることは極めて困難である。
また、溶解度の低い不活性ガスを使用して発泡させると、中心導体に対して絶縁体を被覆する押出し機の中で十分な混練を行うことが困難になり、均質な気泡を有する絶縁体を成形することができないという問題がある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる問題点を解決することを目的としてなされたものであって、
ホッパから供給されたポリエチレンを、加熱溶融しながら一定の方向に移動する押出しスクリュウによって溶融されたポリエチレンを吐き出し口に設けられているクロスヘッドに供給し、中心導体表面に絶縁体を被覆成形する高発泡同軸ケーブル製造装置において、
前記押出しスクリュウは上記ポリエチレンと共に不活性混合ガスが注入されている第1の押出し機と、該第1の押出し機によって押し出された発泡ポリエチレンを上記クロスヘッド側に混練移動する第2の押出し機によって構成され、かつ上記第2の押出し機と前記クロスヘッドとの間に一定量の発泡ポリエチレンを送り出すためのギヤポンプを設けたものである。
【0006】
また、上記混合気体は窒素ガスが60%〜95%、炭酸ガスが5%〜40%とし、絶縁材料のポリエチレンは高密度ポリエチレンが75%〜98%、低密度ポリエチレンが2%〜25%の割合で供給されるようにすることによって発泡度が70%以上となるようにした。
【0007】
さらに本発明の製造装置は上記したような高発泡度の絶縁体を中心導体に対して押出し成形した後に、絶縁体の外周部にホットメルトタイプの接着剤を薄く塗布する工程を付加し、この接着剤がケーブルのシースを被覆する際の熱によって外部導体と中心導体の一体化を促進するようにした。
【0008】
【作用】
高密度ポリエチレンと低密度ポリエチレンを所定の割り合いで混合し、この混合されたポリエチレンに対して不活性混合ガスを発泡材として投入しながら溶融状態で押出し、押出し機の吐き出し口側に一定量のポリエチレンを整流しながらクロスヘッドに供給するギヤポンプを設けるようにしているため、導体の周辺部に被覆される発泡絶縁体の発泡度を向上させ、発泡ポリエチレン内の気泡を均質な状態に生成すると共に、押出し外径の変動を少なくすることが可能となる。
【0009】
また、上記した装置によって被覆された絶縁体の外表面にホットメルトタイプの接着剤を薄く塗布するための接着剤塗布装置を備えているため、同軸ケーブルを構成する外部導体と絶縁体が、後でケーブルを保護するために被覆されるシースの加工時に生じる熱によって接着され、同軸ケーブル内に漏れ込んだ雨水により走水が発生することを効果的に防止し、ケーブルの伝送特性を劣化しないようにすることができる。
【0010】
【実施例】
図1は本発明の同軸ケーブル製造装置によって製造されるケーブルの外観を斜視図としたもので、1は中心導体、2はこの中心導体1の周りで、後で述べる押出し成形機によって被覆した絶縁体を示す。そして、この絶縁体2の外周にはアルミ等で外部導体3が被覆され同軸ケーブルが構成される。
なお、4は同軸ケーブルを保護するシースである。
【0011】
前記絶縁体2はポリエチレンを中心導体1の周りに押出すことによって形成するものであるが、このポリエチレンの押出しに際して、不活性混合ガスを混練することによって気泡5が生成されるようにして発泡性の絶縁体を形成するものである。なお、6は後で述べるホットメルト接着層を示す。
【0012】
図2は不活性ガスとして窒素ガス及び炭酸ガスを混合した本発明の同軸ケーブルの断面を拡大(20倍)したもので、この実施例の場合は窒素ガス75%、炭酸ガス25%、高密度ポリエチレン90%、低密度ポリエチレン10%としたものである。
図3はポリエチレンに対する不活性ガスの溶け込みやすさ(溶解度)( Henriss Law)の値を示したものでフロン0.435(cc/g・atm)に対し、炭酸ガスは0.275であり、窒素ガスは0.111である。
不活性ガスとして窒素ガスのみを使用した場合は、例えば図4(a)に示すように気泡5は小さいが発泡度が低い(65%)、また不活性ガスとして炭酸ガスを使用すると、炭酸ガスは圧縮膨張比が極めて大きいため、発泡度は大きくすることができるが、図4(b)の断面に示されているように気泡5は極めて大きなものになり、気泡が連続することがある。
【0013】
本発明は上記した2つの不活性ガスを混合することによって高い発泡性を有し、比較的均質な気泡を有する絶縁体2が得られる混合比を実験によって確かめたところ、図5に示すようなデータを得ることができた。
この図で縦軸は発泡度を示し、横軸は窒素ガスとの混合割合を示す。
{N2 /(N2 +CO2 )}×100%
発泡度Wはポリエチレンのみで押出し成形した絶縁体の単位当たりの重量P0 対して、上記混合ガスを発泡材として押出し成形機に注入して成形された発泡絶縁体の単位当たりの重量PM の比で表したものであって、
W=(1−(PM /PO )×100%で定義すると、混合比が75%ないし98%で上記した図2の断面に示されている程度の均質な発泡度を有する絶縁体が押出されることを実験によって確立した。
【0014】
また、本発明は上記発泡絶縁体となるポリエチレンとして高密度ポリエチレンと低密度ポリエチレンを高密度ポリエチレンの割合を高くして混合し、気泡の均質性を向上すると共に、発泡性を高くできるようにした。
図6は低密度ポリエチレン(0.910ないし0.929)と、高密度ポリエチレン(0.945以上)の混合比と発泡度の関係をグラフで示したものであって、この実験データから高密度ポリエチレンの割合が75%ないし98%であるときに、発泡セルが連続していない独立した気泡を有する絶縁体を押出すことができることを確認した。
【0015】
図7は本発明の同軸ケーブルを製造するための装置の概要を上面(a)及び側面(b)から示したものである。
この図において10は中心導体1を供給するデュアルサプライであり、引き出された中心導体1はスキンバス装置11、洗浄装置12を介してプレキャプスタン13で一定線速度となるように押出される。そして、プレヒータ14で所定の温度に加熱された後プレコート押出し機15に供給される。
【0016】
プレコート押出し機15は中心導体の表面に予めほぼ数十μm程度ポリエチレンを被覆するものであって、中心導体とポリエチレンの界面に接着性を持たせるようにしている。そして、この後トラフ16を介して発泡ポリエチレン押出し機17に供給されている。
【0017】
発泡ポリエチレン押出機17は前記した本発明の同軸ケーブルを形成するために、後で述べるようにL型(2連)の押出し機によって構成されており、前記した不活性ガスからなる混合気体とポリエチレンが所定の温度で混練され、溶融された状態でクロスヘッドを通過している中心導体の周辺部に押出され、所定のダイス径を有する開口部から引き出されることによって絶縁被覆されることになる。
【0018】
本発明の同軸ケーブルの製造装置は、後で述べるように上記発泡ポリエチレン押出機17によってクロスヘッドに発泡状態としたポリエチレンを供給する際に、ギヤポンプを使用して常に一定量の発泡ポリエチレンを吐き出す点に第1の特徴を有するものである。
【0019】
18は押出された絶縁体を所定の温度管理によって徐々に冷却するトラフであり、このトラフ18を通過した絶縁電線はダンサー20、引き取りキャプスタン19を介してデュアル巻き取り機21で巻き取られる。
【0020】
なお、本発明の同軸ケーブルは引き取りキャプスタン19を経由した後、ケーブル滑車30を介して接着剤塗布装置31に送られ、絶縁体2の外表面にホットメルトタイプの接着剤が塗布されるようにする点に第2の特徴を有する。
このホットメルトタイプの接着剤は例えば変性オレフイン系の接着剤であり、P−PET−1301S(東亜合成化学(株))、またはポリウレタン系エマルジョンF9105D(第1工業製薬(株))を使用することができる。
【0021】
このホットメルトタイプの接着剤を塗布された絶縁電線は、再び滑車を介して一旦巻き取り機21で巻き取られる。そして、この巻き取り機21で巻取られたケーブルは、図示してない次の工程でアルミ等の外部導体を被覆し、シースを被せることによって同軸ケーブルが完成するが、このシースを被覆する際の熱によって接着することによって外部導体と絶縁体の一体化が促進され、ケーブル内に進入した雨水がケーブル内を走りケーブルの特性を劣化する走水を防止する上で効果的な役目を達成することができる。
また、この接着剤によって外部導体と絶縁体の相互のずれを防止するため、ケーブルの屈曲性が向上し、架線または敷設された後のケーブルのライフサイクルを長くすることができるという利点がある。
【0022】
このホットメルトタイプの接着剤は、接着剤溶液中をケーブルが通過するような簡単な装置31によって付加することができ、極めて薄い膜となるためケーブルの電気的な特性を損なうことはない。
なお、22A、22Bは貯線装置を構成するアキュムレータであり、32は前記ホットメルトタイプの接着剤の溶剤分を除去するための乾燥装置を示している。
【0023】
図8は本発明の同軸ケーブルを製造する際に高い発泡性を達成することができる押出し成形機の詳細を示したものである。
この図で41は第1の押出し機であり、ホッパ42から高密度ポリエチレンと低密度ポリエチレンが所定の割合で混合され供給されている。43は押出しスクリュウを回転する原動機であり、ホッパ42から所定の割合で供給された低密度と高密度の混合ポリエチレン材料は図示されていない加熱装置によって流動状態とされ、螺旋条のスクリュウによって右方向に混練されながら押出される。
【0024】
44は前記した窒素ガス及び炭酸ガスからなる混合気体のボンベであり、このボンベ44または炭酸ガス、及び窒素ガスを個別に所定の割合で混合した混合ガスは、流量調整装置45を介して、第1の押出し機41の中間位置から注入されている。
46は第2の押出し機であり、47はその原動機である。前記第1の押出し機41によって混合ガスとポリエチレンが混練され、発泡状態になっている材料は、この第2の押出し機46によってさらに混練され、混練された発泡ポリエチレン体として図面で下方に向かって押出され、出口側に配備されているギヤポンプ48で供給量が一定となるよう制御される。そして、次に述べるクロスヘッド50を通過している中心導体1の周辺部に発泡されたポリエチレンを被覆する。
【0025】
上記ギヤポンプ48は押出しスクリュウ内で混練された発泡ポリエチレンの移動圧力を整流する上で極めて重要であり、このギヤポンプ48を使用することによって吐き出し量を均一にすることができる。
また、このギヤポンプ48の回転数を中心導体の送り速度に対応して制御するギヤポンプ駆動系50を設けることによって、クロスヘッド49で被着された絶縁体の外形寸法を適正な誤差内に仕上げることができる。
なお、55はギヤポンプ48の押出し圧力を監視する圧力計である。
【0026】
51、53は第1、第2の押出し機41、46の出口側の圧力を検出する樹脂圧力計であって、その指示値を第1及び第2の制御装置52、54を介してフィードバックすることによって各原動機43、47、回転数が制御されている。
【0027】
図9はギヤポンプ48の構造図であって、互いに噛み合って回転する2枚のギヤ48A、48Bが設けられている。
第2の押出し機46から供給された発泡ポリエチレンは、気泡とポリエチレンが混練された状態で移動しながら圧入されるため、部分的にはスクリュウによる波打ち現象によって変動圧力を生じているが、この2枚のギヤ48A、48Bの回転によってこの脈流が整流され、クロスヘッド49に吐き出されることになる。
その結果、窒素ガス及び炭酸ガスを混合した気泡も吐き出し口側で均一化され、吐き出し量の均一化ができる。
【0028】
図10はギヤポンプ48の効果を示すデータであって、発泡された絶縁体の外形寸法の変動を、横軸を時間として絶縁体の直交する直径の長さをX、Y方向で計測したものである。
フロンを発泡材としたときはフロンガスがポリエチレンに溶け込みやすいため、ギヤポンプを使用しないときの外形寸法のデータAと、使用したときの外形寸法のデータBの差は極めて小さい、つまり両者とも外形寸法(X、Y方向の寸法)の変動は平均して0.05mm以下におさえられる。
しかしながら、混合ガスをギヤポンプを使用しない状態でポリエチレンと共に押出し成形すると、外形寸法のデータCに見られるように外形寸法の変動は最大で0.2mm程度に劣化することになる。
【0029】
この場合は本発明の装置に示したように第2の押出し機の吐き出し側にギヤポンプ48を使用して発泡ポリエチレンの吐き出し量を定量化すると、外形寸法のデータDに見られるようにその変動幅はフロンを発泡材とするときの変動幅とほぼ同一になり、図11に示されているように同軸ケーブルの単位長あたりの減衰量は従来のケーブルの場合とほぼ同様になり、同軸ケーブルの電気的な特性及び機械的な特性を著しく向上させることができる。
【0030】
【発明の効果】
上記したように本発明の同軸ケーブル製造装置は、通常の装置では発泡状態を高くすることが困難な、不活性ガス(窒素、または炭酸ガス、アルゴン)を代替えとしたときでも発泡ポリエチレンの押出し機の出口側にギヤポンプを配置して、気泡の均一化を計るようにしているので、フロンガスを発泡材とする同軸ケーブルとほぼ同様な発泡状態を作ることができるという効果がある。
【0031】
また、中心導体に被覆されている発泡絶縁体の外表面にホットメルトタイプの接着剤を塗布する装置が設けられているため、本発明の製造装置によって製造されたケーブルは外部シースを被覆する際の熱、またはその後最外周に設けられるケーブルのシースを被覆する工程の加熱によって外部導体と絶縁体が接着されることになり、ケーブルの走水を防止すると共に、この一体化によって屈曲性の優れた同軸ケーブルを製造することができるという利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の製造方法で製造される同軸ケーブルの外観図である。
【図2】図1のケーブルの絶縁体部分の断面図である。
【図3】ポリエチレンに対するガスの溶け込みやすさを示す説明グラフである。
【図4】窒素ガスまた炭酸ガスによって発泡された絶縁体の気泡を示す断面図である。
【図5】窒素ガスと炭酸ガスを混合した割合と発泡度の関係を示す実験データである。
【図6】低密度ポリエチレンと高密度ポリエチレンの混合割合と発泡度と発泡度の関係を示す実験データである。
【図7】本発明の製造方法を示す装置の概要図である。
【図8】発泡ポリエチレンの押出し機の概要を示す模式図である。
【図9】ギヤポンプの動作を示す説明図である。
【図10】本発明の製造法で形成された絶縁体の外径寸法の変化と、フロンガスを発泡材とす縷絶縁体の外形寸法の変化を示したデータである。
【図11】本発明の高発泡同軸ケーブルの電気的な特性を示す図である。
【符号の説明】
1 中心導体
2 発泡絶縁体
3 外部導体
4 シース
5 気泡
10 デュアルサプライ
14 プレヒータ
15 プレコート押出し機
17 発泡ポリエチレンの押出し機
21 巻き取り機
31 接着剤塗布装置
48 ギヤポンプ
Claims (7)
- ホッパから供給されたポリエチレンを、加熱溶融しなが一定の方向に移動する押出しスクリュウによって溶融されたポリエチレンを吐き出し口に設けられているクロスヘッドに供給し、中心導体表面に絶縁体を被覆成形する同軸ケーブル製造装置において、
前記押出しスクリュウは、上記ポリエチレンと共に不活性混合ガスが注入されている第1の押出し機と、
該第1の押出し機によって押し出された発泡ポリエチレンを上記クロスヘッド側に混練移動する第2の押出し機と、
上記第2の押出し機と前記クロスヘッドとの間に一定量の発泡ポリエチレンを送り出すためのギヤポンプと、
を備えていることを特徴とする高発泡同軸ケーブル製造装置。 - 上記不活性ガスは、窒素ガスと炭酸ガスの混合気体とされていることを特徴とする請求項1に記載の高発泡同軸ケーブル製造装置。
- 上記混合気体は窒素ガスが60%〜95%、炭酸ガスが5%〜40%とされていることを特徴とする請求項1、2に記載の高発泡同軸ケーブル製造装置。
- 上記同軸ケーブルは絶縁体として高密度ポリエチレンが75%〜98%、低密度ポリエチレンが2%〜25%の比率とされていることを特徴とする請求項1、2、に記載の高発泡同軸ケーブル製造装置。
- ホッパから供給されたポリエチレンを、加熱溶融しながら一定の方向に移動する押出しスクリュウによって溶融されたポリエチレンを吐き出し口に設けられているクロスヘッドに供給し、導体表面に絶縁体を被覆成形する高発泡同軸ケーブル製造装置において、
前記押出しスクリュウは、上記ポリエチレンと共に不活性混合ガスが注入されている第1の押出し機と、
該第1の押出し機によって押し出された発泡ポリエチレンを上記クロスヘッド側に混練移動する第2の押出し機と、
上記第2の押出し機と前記クロスヘッドとの間に一定量の発泡ポリエチレンを送り出すためのギヤポンプと、
前記クロスヘッドによって被覆された発泡絶縁体の表面にホットメルトタイプの接着剤を塗布する接着剤塗布装置とを備え、
該ホットメルトタイプの接着剤が同軸ケーブルのシース被覆工程で熔融接着されるようになされていることを特徴とする高発泡同軸ケーブル製造装置。 - 上記混合気体は窒素ガスが60%〜95%、炭酸ガスが5%〜40%とされていることを特徴とする請求項5に記載の高発泡同軸ケーブル製造装置。
- 上記同軸ケーブルは絶縁体として高密度ポリエチレンが75%〜98%、低密度ポリエチレンが2%〜25%の比率とされていることを特徴とする請求項5、6に記載の高発泡同軸ケーブル製造装置。
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