JP2017083827A - 有芯ワイヤ、その製造方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】溶鋼浴温度測定用の、カバーで包囲された光ファイバを含む有芯ワイヤと、有芯ワイヤを製造するための方法及び装置を提供する。
【解決手段】有芯ワイヤ２は、光ファイバ６と、この光ファイバを横方向において包囲するカバーとを含む。層の１つは、メタルジャケット又はメタルチューブとも称されるメタルパイプ３である。フィラーとも称される中間層４が、メタルチューブの下側に配置される。
【選択図】図３

Description

本発明は、溶鋼浴の温度測定用の、カバーで覆った光ファイバを含む消耗有芯ワイヤに関する。本発明は有芯ワイヤの製造方法及び装置にも関する。

ＪＰＨ０８−１５０４０号には液体メタル内に溶融メタル浴温度測定用の消耗光ファイバを送る方法が記載される。溶融メタルの光ファイバ測定用の同様の方法及び装置は米国特許第５，７３０，５２７号にも記載される。この種の消耗光ファイバは、例えばＪＰＨ１１−１６０１５５号において既知のものである。これらはシングルメタルジャケット型光ファイバであり、その光学コアは一般にはステンレス鋼であるメタルでカバーされ、これにより光ファイバは溶融メタル内に浸漬させ得るよう強化される。これらの浸漬型光ファイバは溶融面下方へと挿通させ得るが直ちに劣化するという問題が有る。消耗の速いこれら光ファイバに対する改善策には補強構造の追加が含まれ、それらは例えば、ＪＰＨ１０−１７６９５４号において既知のものである。この場合、光ファイバはプラスチック材料の層で包囲した保護メタル管で包囲される。溶融メタル内に浸漬される被覆光ファイバは、深く浸漬されると光ファイバ尖端がメタルに露出され得る所定速度下に、コイルあるいはスプールから送給される。光ファイバ尖端露出時の浸漬深さは温度精度上重要であるため、正確な温度測定上、早期破壊の防止あるいは測定ポイントへの光ファイバ尖端の素早い移動が必須である。ＪＰＨ０９−３０４１８５号には送給速度による解決策が記載されるが、この場合、確実に新しい光ファイバ表面を常用できるよう、ファイバ消耗速度を失透速度以上にする必要がある。精確な温度測定上はファイバの新規表面を入手することが欠かせないが、浸漬の仕方次第で入手できることがわかった。ファイバがメタル処理中の様々な時間に様々の冶金学的容器に導入及び貫通される間における多様な条件に基づく多数の送給スキームが同様に発生する可能性がある。消耗光学ファイバの構成を改善することで透過速度変動を最小化できれば、送給レジームをカスタマイズ化することなく広範な冶金学的容器にこの技法を適用できるであろう。

製鋼では鋼製外側カバーを設けた多層ワイヤ構造を用いてドーピング物質を溶鋼浴内に選択的に導入する。これらは一般に有芯ワイヤと呼ばれ、ＤＥ１９９１６２３５Ａ１、ＤＥ３７１２６１９Ａ１、ＤＥ１９５２３１９４Ｃ１、ＵＳ６，７７０，３６６に記載される。ＵＳ７，９０６，７４７には、液体メタル浴と接触すると熱分解する材料を含む有芯ワイヤが記載される。この技法は、全体に一様な粉末物質を溶融浴内に導入する際に適用されるが、光ファイバを有する有芯ワイヤの作製、製造及び溶融メタル内への導入についての教示は含まれない。

ＵＳ７，７４８，８９６には、溶融浴のパラメータを測定する改良された光ファイバ装置が記載され、この装置は光ファイバ、光ファイバを横方向に包囲するカバー、光ファイバに接続した検出器を含み、前記カバーが複数層状態で光ファイバを包囲し、その１層が金属管を含み、中間層がこの金属管の下方に配置され、この中間層は粉末又は繊維又は粒状材料を含む。中間層の複数の材料片が光ファイバを包囲する。前記中間層は二酸化ケイ素粉あるいは酸化アルミニューム粉から構成され、及び恐らくはガス生成材料を含有し得る。記載された、中間層が複数の別個のパーツ内のファイバを包囲するという特徴は、多数のパーツ内の構造が作動状態にある、言い換えれば、被測定溶融浴内への浸漬中あるいは浸漬後に各中間層部片が使用中に分離状態に維持され且つ分離可能であることを意味する。

層構造は光ファイバを比較的長時間に渡り非常に低温に保つ上で役立つ。光ファイバを破壊する高温からの失透が遅延される。溶融メタル中への浸漬中に温度が特定温上昇すると中間層のガスが膨張し、かくして非装着カバー層が剥がれる。ファイバは溶融メタル浴内で不安定加熱されて平衡温度となるため、溶融メタル浴内の光ファイバあるいはその浸漬端は非常に素早く実施され得る。

ＵＳ４，７５９，４８７及びＵＳ５，３８０，９７７には、光ファイバを外側ステンレス鋼ジャケットでぴったり覆ったタイプの光学有芯ワイヤの製造方法が記載される。このタイプの有芯光学ファイバはアーマード光学ファイバとして知られるが、中間層絶縁層を有さず、従って、この光学有芯ワイヤの使用は限定され、且つ、その製造方法は本発明には不向きである。

ＪＰＨ０８−１５０４０ ＵＳ５，７３０，５２７ ＪＰＨ１１−１６０１５５ ＪＰＨ１０−１７６９５４ ＪＰＨ０９−３０４１８５ ＤＥ１９９１６２３５Ａ１ ＤＥ３７１２６１９Ａ１ ＤＥ１９５２３１９４Ｃ１ ＵＳ６，７７０，３６６ ＵＳ７，９０６，７４７ ＵＳ７，７４８，８９６ ＵＳ４，７５９，４８７ ＵＳ５，３８０，９７７

T. Lamp, et.al., Final Report EUR 21428, Contract no. 7210-PR/204, 2005, p 13-17"の"Innovative continuous online determination of steel melt temperature by direct optical measurement in the melt."

解決しようとする課題は、溶融浴、特には溶鋼の温度測定用の有芯ワイヤを更に改良することである。

本発明によれば、第１独立請求項に記載される特徴を含む、消費有芯ワイヤ、方法、及び、第２独立請求項の特徴を含む前記方法を実施する装置が提供される。好ましい実施形態には従属形式請求項に記載される特徴が含まれる。

請求項１に記載される光学有芯ワイヤは、光ファイバ及び前記光ファイバを横方向から包囲するカバーを含む。前記カバーは複数層状態で前記光ファイバを包囲し、この層の１つはメタルパイプであり、メタルジャケット又はメタル管とも称され、Ｆｅ含有量が５０％以上のメタル、好ましくは低炭素鋼から形成され得る。中間層は前記メタル管の下側に配置され、フィラーとも称される。前記中間層はガス多孔性で、融点の温度範囲が好ましくは１０００℃〜１５００℃、より好ましくは１２００℃〜１４００℃であって、溶融メタル温度に露出させるとその一部が容易に流動化されるような断熱材から形成される。前記中間層は平行ファイバから構成されるロープあるいは構造である。

ロープは、相互に撚り合わせるあるいは編み合わせてより太く且つ強い形態を有するファイバ群である。ロープは、従来の意味では、ファイバを纏めて一本の繊維（ｙａｒｎ）にし、この繊維を多数纏めて１つのストランドにし、このストランドを１本のロープに纏めたものである。本発明のロープは繊維群から、及び／又は、ストランド群から単一の化学組成を有するものとして形成され得、あるいは、繊維あるいはストランドの１つの群を含み、この群の幾つかのユニットの化学組成が相違するものとして形成され得る。従って、化学組成の異なる繊維あるいはストランドを混合させることで、ロープ形状を有する場合の断熱層の物理及び化学特性を制御するシンプルな製造方法が提供され得る。多数のファイバ群から形成したロープによれば、有芯ワイヤを溶融物中に送るに先立ってファイバが有芯ワイヤ開放端部から排出しないことが保証される。溶融物に達する以前にファイバが排出すると光ファイバに対する断熱が低下し、延いては測定結果の信頼性を低下させ得る。充填材を一緒に固着させる何らの接着材あるいは樹脂も不要である。しかも、ロープの芯に光ファイバが位置付けられることで、光ファイバにおける予想平均中心位置が保証され、かくして、全横方向における予想断熱特性が保証される。その結果、温度測定の信頼性が改善される。

連続製造が可能であり、長さ少なくとも５００メートルの有芯ワイヤを製造可能である。製造努力を増大させること無く、１、２及び３キロメートル及びそれ以上の長さのものも製造可能である。１キロメートルあるいはそれ以上の長さのものでは、中断及び関与する作業員数を最小とする状態下に溶鋼浴の温度測定が可能であり、それが製造能力及び作業員の安全性を向上させる。

一例として、温度測定が最も望ましい精製処理完了間際における鋼浴温度は約１６００℃である。有芯ワイヤが溶鋼浴位置に到達すると外側メタル管が溶けて中間層が流動化され、中間層材料の融点は鋼浴温度よりずっと低いことからその直後に流失する。

光ファイバ周囲の材料の溶融塊層が、それ自身の溶融粘度と、それ自身及び溶鋼間の密度差との関数である予想速度で光ファイバから流失することが分かった。実用的には、溶融メタルと、夫々中間層である溶融フィラーとの密度差は、何れの密度も温度及び組成の関数であるが、製鋼の適用範囲内ではその大きさは比較的一定である。有芯ワイヤが浸漬されるに従い、外側メタルジャケットが溶失するとフィラー（中間層）が露出されて溶け、光ファイバ周囲に溜まる。各々中間層であるフィラーの溶融温度が溶融メタル温度より実質的に低いことから、フィラーの露出は常に、その溶融流体化、溶融塊化、及び流失を夫々保証する。鋼及び溶融塊間の各密度の差の変動が限定されることで、新しい光学表面を露出及び更新させるメカニズムの予測性がずっと高まることが分かった。中間層（フィラー材料）の溶融材料上を移動するメタルの上向きの力が溶融塊を押し返し、溶融フィラー塊から延びて突出する光ファイバから離間させる。送給が進むに従い、十分量の溶融フィラーがベース部位置に溜まり、この溜まった溶融フィラー塊に作用する溶融メタルの上向きの力が光ファイバをその非露出ベース部位置で破壊するまで、前記十分量の溶融フィラーの一部が、伸延する光学芯と共に引きずられる。従って、更新された露出光ファイバの速度は、ほぼ一定の溶融塊／溶鋼密度比への依存度が高く、かくして送給速度許容度が拡大され得る。溶融塊が、進行する光ファイバの夫々突出部である先端部から後退することで検出機会の反復性が高まることが分かった。

好ましい実施態様では光ファイバはロープの中心に配置され、それが測定結果の質及び信頼性を更に向上させる。
好ましい実施態様ではロープの、平行ファイバからなる構造である繊維あるいはストランドが増嵩（ｖｏｌｕｍｉｚｉｅｄ）される。本発明におけるロープとは、複数のファイバを合わせて１本の繊維とし、これを多数集めてストランドとし、幾つかのストランドを撚り合わせて形成したものを言う。繊維のストランドは以下のように処理、即ち、テクスチャライズとも称されるが、繊維平面外にファイバが不規則に出るようにし、この材料を、エア流れがその内部に乱流を創出して繊維あるいはストランドを増嵩させるノズルを通して引き抜くことで増嵩される。増嵩されたロープは見かけ未溶融密度を減少させ、他方、断熱性を高めることで測定結果の改善に貢献する。平行ファイバからなる構成は、複数の平行ファイバを含む構造の繊維あるいはストランドを増嵩させる相当様式において処理される。

好ましい実施態様では中間層はガラスファイバ、好ましくはＥガラスから形成される。これは一般的な工業材料であり、本発明の目的上好適なものの１つはＥＴ９１４１５ＴＥＸＯの名称で米国のＰＰＧ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ Ｃｈｅｓｗｉｃｋ，ＰＡ，ＵＳＡから入手可能である。この特定材料はロービング（ｒｏｖｉｎｇ）として斯界に既知の形態で供給される。そのようなロービングは第１ステップで増嵩される。次いで、増嵩された２つのロービングが撚り合わされて繊維となる。
ガラスファイバは表面積対重量比が大きいため絶縁上有益である。その密度は溶鋼浴の密度と比較して低いため、ガラスファイバ材料は溶鋼浴内で軟化して即座に上方に流れ、それが測定結果改善に貢献する。ガラスファイバの軟化点は１６００℃よりずっと低く、従って溶鋼温度よりずっと低い。Ｅガラスの主組成はシリカ（ＳｉＯ₂）である。

好ましい実施態様では中間層はメタル管と、光ファイバを内部に納めるプラスチック管との間に配置される。特に、光ファイバの外径がプラスチック管の内径より小さい場合に測定結果が改善され得る。好ましい実施態様はセミタイト型のバッファジャケットである。斯界に既知の一般的構造は、６２．５／１２５μｍ若しくは５０／１２５μｍのグレーデッドインデックスファイバを、このファイバを外力から機械的に絶縁する０．９ｍｍ径のプラスチック管内に納めたものである。管の材料は一般にプラスチックであり、より詳しくは、商標名Ｎｙｌｏｎ等のポリアミド、あるいはＨｙｔｒｅｌ等の熱可塑性エラストマー、あるいは出版物、T. Lamp, et.al., Final Report EUR 21428, Contract no. 7210-PR/204, 2005, p 13-17”の“Innovative continuous online determination of steel melt temperature by direct optical measurement in the melt.”に記載されるような類似材料である。これらのプラスチックは一般に、ファイバの外側微小曲げ影響耐性の強化を提供する。記載されたような好適な通信用光ファイバはHuber and Suhner AG Degersheimerstrasse 14, CH-9100 Herisau DEから入手できる。プラスチック管は耐水性ゲルで充填され得、このゲルがファイバ周囲の追加的な機械的保護及び水バリヤを提供する。前記充填材は一般に石油あるいはシリコーンベースの化合物である。

中間層の密度は溶融及び未溶融密度を有する。中間層材料の溶融密度は５ｇ／ｃｍ³であるのが好ましく、より好ましくは４ｇ／ｃｍ³未満であり、更に好ましくは２．０〜３．５ｇ／ｃｍ³の間である。溶鋼の密度はずっと高いことから、中間層材料は外側メタル層が溶融すると即座に上方に流動する。溶鋼密度に対する溶融した中間層の密度の比は０．２５及び０．４５の間であるのが好ましく、０．３２〜０．３８であるのがより好ましい。中間層は多少とも織ったロープ構造を有するため、その溶融密度よりずっと小さく且つ非常に絶縁性の前溶融密度（ｐｒｅ−ｍｅｌｔｅｄ ｄｅｎｓｉｔｙ）を有する。中間層の前溶融密度は０．３〜１．７ｇ／ｃｍ³であり、０．４〜１．０／ｃｍ³の間であるのがより好ましい。前記前溶融密度は、溶融塊と未溶融のままの中間層との間の界面がガス多孔性であり、溶融中間層材料とは逆方向への、中間層燃焼生成物の通過が許容されるようなものである。かくして測定結果が改善され得る。

有芯ワイヤ製造方法は、
撚糸機の回転軸を通して光ファイバを送るステップ、
前記回転軸と平行にファイバ材料のストランドを送給して光ファイバを中心とする芯を形成するステップ、
前記ファイバ材料のストランドを撚糸機により前記芯の周囲に撚り、ストランドの順次する層が時計方向及び反時計方向に交互するロープを形成するステップ、
メタルのストリップから、パイプ形成機を使用してＵ字状あるいは分割円の断面を持つバンドを形成するステップ、
前記ロープを前記メタルバンドのＵ字状あるいは分割円の断面内にロープを送るステップ、
前記Ｕ字状のメタルバンドを、パイプ形成機を使用してファイバロープの周囲を取り巻くパイプに形成するステップ、
を含む。
本方法によれば、５００メートル、１、２あるいは３キロメートル以上の長さを持つ有芯ワイヤを大きな製造努力無しに連続製造可能である。

前記方法を実施する装置は、時計方向及び反時計方向の両方においてファイバの層を交互に同時に撚り得るロープ撚り機、Ｕ字状あるいは分割円の断面を有するメタルバンドを形成する第１セクションを有するパイプ形成機、前記ロープ撚り機で製造したロープを前記Ｕ字状あるいは分割円の断面内に挿通する送給装置、を含み、前記パイプ形成機が、前記ロープを含む前記Ｕ字状あるいは分割円の断面からパイプを更に形成する。

装置は、パイプ用の、オーバーラップシームあるいはロックシームの何れかである機械的閉鎖部を形成するセクションを含む。パイプ製造用のその他材料は不要であり、かくして、温度測定を妨害するような影響を与え得る他の材料の存在が回避される。パイプ、即ち外側メタルジャケットが温度測定開始時点において光ファイバを保護する。

好ましい実施態様では装置は、段階様式下にメタルバンドを形成する複数のロールを含む。有芯ワイヤを非常に高い信頼性下に製造可能である。

溶融浴、特には溶鋼温度測定用の改良された有芯ワイヤが提供される。

複数のＥガラスファイバからなる、増嵩されたストランドの断面図である。 複数のＥガラスファイバからなる、増嵩されないストランドの断面図である。 有芯ワイヤの断面図である。 中間層を介在させた有芯ワイヤの断面図である。 単輪型撚糸機の正面図である。 双輪型撚糸機の正面図である。 撚糸機の側面図である。 パイプ形成機の第１セクションの側面図である。 パイプ形成機の第１セクションの正面図である。 パイプ形成機の第２セクションの正面図である。 ロープ送給セクションの正面図である。 パイプ形成機の、ラップシーム形成用の次のセクションの正面図である。 パイプ形成機の、他の機械的閉鎖部を形成する為の次のセクションの正面図である。 パイプ用の別の機械的閉鎖部の折り返しセクションを示す、パイプ形成機の次のセクションの正面図である。 パイプ用の別の機械的閉鎖部のレベリングステップを形成するパイプ形成機の端部図である。 共通パイプシーム及び形成したパイプの１例の斜視図である。 Ｅガラス組成の概算モル％値での表である。 ガラスの記述的特性のための、温度及び全体温度範囲に対する粘度の関係を示すグラフである。

図１及び図２には複数のＥガラスファイバ１からなるストランドの断面が示される。図１に示すストランドは増嵩されており、図２に示すストランドは増嵩されていない。この理由から図１のファイバのパターンは図２のファイバ１のパターンより若干小さい。更に、図１に示す増嵩されたファイバ１は図２に示すファイバ１と比較して若干コンパクトである。

図３には有芯ワイヤ２の、シームを示さない断面が示され、夫々がメタルジャケット３である外側メタルコートと、複数のストランド４と、セミタイトジャケットとも称される内側プラスチック管５と、このプラスチック管５内の光ファイバ６とを含んでいる。光ファイバ６の外周部はプラスチック管５の内径より小さい。ストランド４は増嵩され且つ複数のＥガラスファイバから形成される。ストランド４はプラスチック管５の周囲で層状とされてロープを形成する。プラスチック管５はロープの中心で且つその内部に配置される。図３に例示するストランドの数は、単に、ロープ構造を創出するために多数のストランドが適用されることを示すためのものである。

図３ａには図３に示すような有芯ワイヤ２の、シームを示さない断面が示され、夫々メタルジャケットである外側メタルコートと、複数のストランド４と、複数の別の化学組成４ａと複数のストランドと、セミタイトジャケットとも称される内側プラスチック管と、このプラスチック管内の光ファイバとを含んでいる。図３ａに例示するストランドの数は、単に、他の物理的及び化学的特性のロープ構造を創出するために多数の別の化学組成のストランドが適用され得ることを示すためのものである。

図４には、シングルラップ型撚糸機のホイール７の正面図が示される。このホイールはその中空軸９により回転自在に取り付けられ、モータードライブにより時計方向に回転駆動され得る。ホイール７は、その円周方向に配置された複数のガイドホール８を含む。光ファイバ及びプラスチック管５は中空軸９を貫いて送給される。多数のストランド４が中空軸と平行に送給され、プラスチック管５の周囲に集合して芯を形成する。各ガイドホール８を貫いて１つのストランド４が送給される。ホイール７が、例えば時計方向に回転されるに従い、各ガイドホール内に捕捉されたストランドが同じ方向に回転する。芯がダイ１０を貫いて移動するに従い、ホイールの旋回速度に依存して、外側の撚られたファイバのラップが平行なファイバ束の芯を包囲する。好ましい速度下ではロープ長１００ｍｍ当たり１つのストランドが１回転分ラッピングされる。

図４ａにはダブルホイール型撚糸機の正面図が示される。ホイール７及び７ａはその中空軸９により回転自在に取り付けられ、夫々モータードライブにより時計方向及び反時計方向に同時に回転し得る。時計方向とは、ホイールと形成されるロープが観察者に対面している場合におけるものとする。ホイール７及び７ａはその円周方向に配置された複数のガイドホール８を含む。光ファイバ及びプラスチック管５は中空軸９を通して送給される。多数のストランド４が中空軸と平行に送給され、プラスチック管５の周囲に集合して芯を形成する。各ガイドホール８を貫いて１つのストランド４が送給される。ホイール７が、例えば時計方向に回転されるに従い、各ガイドホール内に捕捉されたストランドが同じ方向に回転する。芯がダイ１０を貫いて移動するに従い、ホイールの旋回速度に依存して、外側の撚られたファイバのラップが平行なファイバ束の芯を包囲する。同時に、ホイール７ａが反時計方向に回転する。ホイールのガイドホール８に捕捉されたストランドは、今やホイール７とは逆方向にラップされる。シングル及びダブルホイール型撚糸機の両方において、当業者は、これらのロープを含む材料ファイバの送給スプールが、ストランドが収集用ダイ以前にラッピングされずに供給されるよう、撚糸機のホイールに取り付けられ且つ前記ホイールに隣り合うことを認識されよう。

図５には、ホイール７の回転によりロープ１１を形成する状況の撚糸機の側面が例示される。ロープ１１は、例えば収集用のダイ１０を貫いて送給され得る。各矢印は、ルーズジャケット６及びロープ１１と一緒に示す、ストランド４及び光ファイバ６の送給方向を表わす。

図６は、その軸１６により回転自在に取り付けた複数のロール１２、１３、１４、１５を含むパイプ形成機の開始部の側面図が示される。
図７には相当する正面図が示される。ロール１２、１３、１４、１５の１つあるいは１つ以上はモータードライブにより駆動され得る。この点はパイプ形成機のその他ロールについても同様である。ロール１２、１３、１４、１５は対状態で配置される。第１対のロール１２、１３間の間隙は第２対のロール１４、１５間の間隙より狭く、かくしてコイルからメタルバンドを引張及びデスポイル（ｄｅｓｐｏｉｌｉｎｇ）させる。このように、パイプ形成機はコイルを引き延ばすのみならず、パイプ形成機を貫いて境界エリア１８を、好ましくは前方に階段様式下に押し出す。

パイプ形成機のそれ以降のセクションは、中間エリア１７を、一般に段階的に円弧状に形成する１つあるいは１つ以上のロール対を含む。図８には、その軸１６により回転自在に取り付けられた一対のロール２０及び２１が例示される。上方のロール２０の周囲エリア２２は丸み付けされる。下方のロール２１の周囲エリア２３は、ロール対２０、２１間にＵ字状あるいは分割円形状の間隙が生じるように丸み付けされるようになっている。メタルバンド１７の中間エリアは前記Ｕ字状あるいは半円状の間隙を通して図８に示すように送給され、かくしてメタルバンド１７のＵ字状部分１９が形成される。Ｕ字状あるいは類似の断面を段階的に形成するために複数のロール対が配置される。第１対のロールは、例えば、大直径の分割円を形成する。次のロール対は直径その他を減少させる。パイプ形成機のこのセクションの終了部では、より幅広の縁部１８を有するメタルバンド１９の断面は“Ｕ”字状、半円形、分割円状及びその他形状を呈する。

次に、図９にはロープ１１を、形成されたメタルバンド、即ち、縁部１８及びＵ字状部分１９内に送る送給セクションが示される。前記送給セクションは、ロープ１１を、図９に示すように、形成されたメタルバンド１８、１９の底部に送る一対の送給要素２４、２５を含む。送給セクションの送給要素２４、２５は回転自在に取り付けたホイールの形態を有し得る。しかしながら、固定取り付けした送給要素２４、２５とすることも可能である。

パイプ形成機の次のセクションでは中間セクション、即ちＵ字状部分１９が一般に段階的に円形に形成される。このセクションは１つあるいは１つ以上のロール対を含む。それらロール対の周囲エリアは、この中間エリアを段階的に円に形成するよう、より円形に近づけられる。中間セクション１９を円状様式下に形成する適宜のロール２６、２７の１例が図１０に示される。中間セクションが円に形成された後、速やかに、先ず、番号２８で示すような１つあるいは１つ以上のロールが、平坦化された境界エリア、即ちメタルバンド１８を一緒にして加圧する。図１０には、平坦化された境界エリア１８を一緒にして加圧するアイロニングロール２８も示される。これにより、パイプは３〜４ｍｍのオーバーラップシームで好ましく機械的に閉鎖される。平坦化された境界エリア１８はなくても良い。かくして、本発明のある実施態様では帯状メタルの厚さが一様に維持される。

図１１、１１ａ、１１ｂには、本発明のプラクティス上好適な幾つかの既知のシーム法の１つであるロックシームで管を閉鎖する機械的ステップが示される。図１１には、境界エリア１８をロール２８及び２９で一緒に押して隆起嶺部を形成する状況が示される。パイプ形成機の次の、そして最後のセクションでは前記平坦化された境界エリア１８を中間セクション１９の外周部に、好ましくは段階的に押し付けてパイプを閉鎖する。このセクションには、平坦化された境界エリア１８を、相当する段階的様式下に図１１ａ及び１１ｂに示すように折り曲げる適宜のロール３０、３１を含む。
２つの境界エリアの一方はフック形態を有し得、このフック形態が、パイプを図１２に示すようなより高い信頼性下に閉鎖するべく他方の境界エリアを保持する。

図１３にはＥガラスから形成したファイバ用の適宜の組成が示される。しかしながら、ガラスのその他組成、及び／又は、ガラス及びセラミックファイバの混合物としても良く、ロープのファイバのストランドを代えて形成することも出来る。
図１４には粘度及び温度の対数関係を表わすグラフが示される。このグラフはE.B. Shand, Engineering Glass, Modern Materials, Vol. 6, Academic Press, New York, 1968, p. 262におけるものである。
本発明の１実施態様は低アルカリ、低液相線温度の増嵩されたガラスで包囲され、低炭素鋼の外側ジャケットでカバーされたプラスチックジャケット付き光ファイバである。

中間層材料はＥガラスとして工業的に既知のものであるが、その他の低融点材料であっても良い。中間層のガラス等の溶融材料は結晶材料のような明確な融点が無いが、かなり広い温度範囲に渡り軟化することを理解されよう。固体からプラスチック的性質へのこの移行は、変態範囲と称されるが、温度に伴い粘度が連続変化することで識別され、かくして、本発明の範囲において中間層に対して使用するメルトなる用語は、材料が、それ自身の重さで容易に流動する、あるいは向流する液体メタルの重さにより容易に押されるに十分な流体である温度範囲を含むものとして使用される。これは、ガラスの化学特性の関数であり、且つ好ましくは、使用温度下に１０〜１０³ポワズ間のガラス粘度となるガラスの化学特性である。

本発明において、フィラーは、溶融メタルに露出されると軟化されて流動する粘度となり、後退した溶融塊を一時的に形成して光ファイバを露出させる機能を有する。液相温度及び溶融温度は共に、光ファイバから十分に後退して光ファイバを露出させる溶融塊を形成させ得る材料特性の一般的性質である。古い溶融塊材料はより高密度の溶融メタルの圧力で流失される一方で、多層の有芯ワイヤが溶融メタル中に進行するに従い、新しい溶融塊材料が連続的に形成される。フィラーの溶融温度範囲は溶融メタル温度の６０〜９５％であり、好ましくはメタル溶融温度の８０％である。
中間層を創出させる好ましい方法によれば、中心の光ファイバの周囲にストランド１６個を平行状態で束ねた周囲に時計方向にストランド８個を層状に巻き付けてなるＥガラスの２４個型ストランドが提供される。組み合わせ状態におけるファイバ重量は３０〜４０ｇ／ｍの範囲である。ファイバ１本当たりのフィラメント数はそのトウ（ｔｏｗ）サイズとして表わされる。トウサイズは一般に用語“Ｋ”、即ち、千本単位のフィラメント数で記される。測定のメートル単位はキロメートル（１０００メートル）当たりのグラム数で表わす重量を示すＴＥＸである。好ましいＥガラスのＴＥＸは１４２０（ｇ／ｋｍ）である。

トウ及びＴＥＸの選択はエコノミック例として提示され、Ｅガラスは溶融温度が約１０００℃以下で、図１３に示すようなおおよその塑性を有する低アルカリ性の汎用ファイバである。中間層の溶融特性は斯界に既知の種々の材料により達成し得るが、本発明の好ましい実施形態に関するＥガラスの一般カテゴリーについては以下の出版物、即ち、ASM Handbook, Vol. 21: Composites (#06781G), ASM International, 2001に記載があり、E_R_and_D_glass_properties.pdfをSaint-Gobain Vetrotex, Deutschland GmbHから入手可能である。

外側カバーはＦｅ含有量が５０％以上の金属製であり、その肉厚は０．３〜１．５ｍｍであり、外径は１０〜１４ｍｍの間である。外側カバーは肉厚１ｍｍの低炭素鋼製であることが好ましい。このカバーはラップシーム部を３〜４ｍｍ折り返して巻き付けられるが、ロックシーム等の既知の閉鎖部で閉鎖しても良い。

例２．本発明の他の実施形態は、中心の、０．９ｍｍ径のプラスチックセミタイトジャケット被覆した６２．５／１２５μｍ等級のインデックス光ファイバの周囲に８個のストランドを平行に束ね、この束の周囲に８個のストランドを時計方向に層状にラップし、このラップの周囲に更に８個のストランドを反時計方向にラップした、１４２０ｔｅｘのＥガラスの２４個型ストランドである。このストランドの重量は約７０ｇ／２ｍである。外側カバーはＦｅ含有量が５０％以上の金属製であり、その肉厚は０．３〜１．５ｍｍであり、外径は１０〜１４ｍｍの間である。外側カバーは肉厚１ｍｍの低炭素鋼製であることが好ましい。このカバーはラップシーム部を３〜４ｍｍ折り返して巻き付けられるが、ロックシーム等の既知の閉鎖部で閉鎖しても良い。

例３．本発明の更に他の実地形態は、ファイバ束の中間に０．９００ｍｍ径のセミタイト管を配置した、６２．５／１２５μｍ等級あるいは５０／１２５μｍ等級のインデックスファイバを有する２４個のファイバストランドから構成される。１６個のファイバストランドの束の８個のストランドはＥガラス製であり、他の８個のストランドはＥｃｏｍａｂ、アルカリ土類ケイ酸（ＡＥＳ）、Ｋｅｒａｍａｂから入手可能な材料、Ｈａｖｅｒｈｅｉｄｅｌａａｎ ４、Ｂ９１４０Ｔｅｍｓｅ、ＢＥであり得、融点は約１３３０℃である。ＡＥＳ材料の一般組成は、５０〜８２％のシリカ、１８〜４３％のカルシウム、及び／又は、マグネシウム、及び６％未満のアルミナ、チタン、あるいはジルコニア及び微量の酸化物から成る。束の周囲にはＥガラスのストランドが８個以上追加される。２４個のストランドの内、計８個のストランドがＡＥＳ材料製であり、残余のＥガラスは混成ファイバの溶融温度を低下させる上で役立つ。形成状態での中間層の密度は約０．５１ｇ／ｃｍ³である。次いで、中間層は、約１ｍｍ厚の、少なくとも５０％Ｆｅのラップシームメタルジャケット管で被覆される。

光ファイバ周囲の材料の溶融塊層が、その溶融粘度と、その粘度及び溶鋼の粘度間の密度差の関数である予測可能な速度でファイバから流失することが分かった。実用上、溶鋼及び溶融フィラー間の密度差は何れも温度及び組成の関数であるが、関心適用範囲内では比較的一定のものである。有芯光ファイバが溶鋼浴中に浸漬されるに従い、外側ジャケットが溶失してフィラーが露出されて徐々に溶融し、光ファイバの周囲に溜まる。フィラーの溶融温度は実質的に溶鋼温度以下であることから、フィラーの露出はこのフィラーが常に溶融状態にあることが保証される。鋼及び溶融塊間の密度差が若干変動すると、新しい光学表面の露出及び更新メカニズムをより予測し易くなることが分かった。溶融フィラー上を偏倚されるメタルの上方偏倚力は溶融塊を押し返し、溶融フィラー塊から延びる光学芯から遠ざける。送給の進行に従い、十分な量の溶融フィラーがベース位置に蓄積され、この蓄積量の一部が、伸延する光学コアと共に引きずられ、前記ベース位置に蓄積された溶融塊に対する溶融メタルの上方力で、露出されていないベース位置の光学コアが破壊される。従って、更新された光学芯は送給速度に関する広い公差を許容する、ほぼ一定の溶融塊／溶鋼密度比への依存性が高い。前進する先端部から溶融塊が後退することで、先端部を機械的に切断して表面を更新させることによる破裂に起因する破壊が予測されるのでは無くむしろ、検出機会の反復性がより高まることが分かった。

１ ファイバ／ファイバ材料
２ 有芯ワイヤ
３ メタルジャケット／メタル管／メタルコート
４ 複数のファイバを構成するストランド
４ａ 混入された他のストランド
５ プラスチック管／内側プラスチック管
６ 光ファイバ
７ａ 第２向流方向ラップ用の撚糸機のホイール
７ ホイール／中空ホイール
８ ガイドホール
９ 中空軸
１０ ダイ
１１ ロープ
１２〜１５ ロール
１６ 軸
１７ 中間エリア
１８ 境界エリア／縁部
１９ 中間セクション
２０、２１ ロール
２２、２３ 周囲エリア
２４ 要素
２６〜３１ ロール
２８ アイロニングロール／ロール
３０ ロール
３２ ラップシーム
３３ カウンターサンクラップシーム
３４ フラットロックシーム
３５ 溝付きフラットロックシーム
３６ ソーダ石灰ガラス
３７ ホウケイ酸ガラス
３８ ９６％シリカガラス
３９ 溶融シリカ
４０ 応力点
４２ 軟化点
４３ 作用範囲
４４ 作用点
４５ 融点
Ｅ 例示的ガラス
Ａ 略限定
Ｃ 構成
Ｔ 温度
Ｖ 粘度

Claims (15)

1. 光ファイバ（６）及び、前記光ファイバ（６）を横方向から包囲するメタルパイプを含む有芯ワイヤ（２）であって、
   前記メタルパイプと光ファイバとの間に中間層（４）が配置され、前記中間層がロープ（１１）であり、あるいは平行ファイバから構成される構造部である有芯ワイヤ（２）。
2. 各々が平行ファイバから成る構造部であるロープ（１１）が、無端のファイバ（１）から形成される請求項１に記載の有芯ワイヤ（２）。
3. 前記各々が平行ファイバから成る構造部であるロープ（１１）が、少なくとも５００メートル、好ましくは少なくとも２キロメートルの長さを有する請求項１又は２に記載の有芯ワイヤ（２）。
4. 材料の中間層の溶融温度が、１０００℃〜１５００℃の間、好ましくは１２００℃〜１４００℃の間である請求項１に記載の有芯ワイヤ（２）。
5. 各々が平行ファイバから成る構造部であるロープ（１１）が、増嵩されたストランド（４）から構成される請求項１〜４の何れかに記載の有芯ワイヤ（２）。
6. 各々が平行ファイバから成る構造部であるロープ（１１）が、Ｅガラスファイバ（１）から形成される請求項１〜５の何れかに記載の有芯ワイヤ。
7. 中間層（４）が、メタルパイプ（３）と、プラスチック又は厚紙で形成されたパイプ（５）との間に配置され、光ファイバ（６）が前記プラスチック又は厚紙で形成されたパイプ（５）の内部に配置される請求項１〜６の何れかに記載の有芯ワイヤ。
8. 光ファイバ（６）の外径が、プラスチックで形成されたパイプ（５）の内径より小さい、又は、前記光ファイバ（６）がプラスチックで形成された前記パイプ（５）の内部で可動であるように小さくされる請求項１〜７の何れかに記載の有芯ワイヤ。
9. 中間層（４）の材料の密度が５ｇ／ｃｍ³未満、好ましくは４ｇ／ｃｍ³未満、更に好ましくは３ｇ／ｃｍ³未満である請求項１〜８の何れかに記載の有芯ワイヤ。
10. 請求項１〜９の何れかに記載の有芯ワイヤの製造方法であって、
    撚糸機の回転軸（９）を通して光ファイバ（６）を送給するステップ、
    前記撚糸機により光ファイバ（６）の周囲にストランド（４）を撚り掛けしてロープ（１１）を形成するステップ、
    パイプ形成機でＵ字状、又は分割円の断面を有するメタルバンド（１７）を形成するステップ、
    ロープ（１１）を前記Ｕ字状、又は分割円の断面を有するメタルバンド（１７）内に送給するステップ、
    前記パイプ形成機で前記Ｕ字状のメタルバンド（１７）をパイプに形成するステップ、
    を含む方法。
11. 前記パイプ形成機が、前記パイプ用の機械的閉鎖部を連続様式下に形成する請求項１０に記載の方法。
12. 請求項１０及び１１の何れかに記載の方法を実施するための装置であって、
    ロープ撚糸機、Ｕ字状、又は分割円の断面を有するメタルバンドを形成する第１セクションを有するパイプ形成機、前記ロープ撚り機で製造したロープを前記Ｕ字状、又は分割円の断面内に送給する送給装置、を含み、
    前記パイプ形成機が更に、前記ロープを含む前記Ｕ字状、又は分割円の断面からパイプを形成する装置。
13. 前記メタルバンド（１７）の幅広エリア（１８、１９）を平坦化するセクションを含む請求項１２に記載の装置。
14. パイプ用の機械的閉鎖部を形成するセクションを含む請求項１２又は１３に記載の装置。
15. メタルバンド（１１）を段階的に形成する複数のロール（１２、１３、１４、１５）を含む請求項１２〜１４の何れかに記載の装置。