JP4906522B2 - 熱可塑性樹脂被覆frp線条物の製造方法及び製造装置 - Google Patents
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Description
FTTH用ドロップ用光ファイバケーブルとして、テンションメンバー(以下、TMということがある。)に金属線を使用したものが提案されているが、雷によるサージングを回避するためにアースが必要となり、アース工事の手間と工事費用が嵩み、各家庭への普及において問題があった。
そこで、金属線のTMに代えてFRP(繊維強化合成樹脂)線などのノンメタリックTMを使用することによりアース工事が不要となるノンメタリック型のドロップ光ファイバケーブルが検討され、現在、ノンメタリック型のドロップ光ファイバケーブルが主流となっている。
しかし、この特許文献1で開示した被覆付きFRPTMにおいては、実際にドロップ光ファイバケーブルを製造する際に、製造条件、とりわけ比較的低速で被覆付きFRPTMに熱可塑性樹脂による本体被覆を行なう場合、及び押出温度がやや高温域で本体被覆を施す場合、被覆部が発泡する現象により、外観不良と光ファイバへの悪影響を生じる場合があることが判明した。
しかし、前述の残存スチレン濃度を下げるため、長い高温蒸気硬化槽の温度を150℃程度にし、かつ生産速度を30m/分や50m/分に増速すると、被覆層に用いたポリエチレン系樹脂の溶融物がガイド類などの接触箇所に蓄積し、それらが熱可塑性樹脂被覆FRP線条物素線に異状部として付着するというトラブルが発生し、これらの異状部が、特許文献3記載の予熱ダイス部で過大抵抗を生じ、線条物の切断や、被覆の剥がれの原因となり、途中切断を余儀なくされる事象が多く発生し、特許文献3記載の方法では対応できない。
この製造方法による被覆付FRP製抗張力体は、TMの機能を有するFRP部外周と熱可塑性樹脂被覆層の内周とがアンカー接着しているので、これを光ファイバケーブルのTMとして使用し、ケーブル製造のため本体被覆を施すと、本体被覆樹脂とFRP被覆の樹脂とが溶融接着し、FRPのTM機能を有効に発現できる。
しかし、この製造方法において、コストダウンや、前述の本体被覆における発泡現象回避のための残存スチレンモノマー低減のためには、硬化槽を長くし、硬化槽温度を高温にすることなどにより、生産速度や硬化度を上げることを余儀なくされており、被覆素線径より径大の異状部の発生の回避は現状においては困難である。
しかし、前述の如く、被覆付FRP製抗張力体の製造条件はより厳しい条件となっているので、長い硬化槽中で、そのシャッターやガイドに溶融した熱可塑性樹脂が溜まり、これが走行する素線に付着するなどして、素線径より極端に径大の異物となる場合があり、これが被覆破れなどの整径トラブルとなって、長尺品歩留まりの低下原因となっている。
特に、ドロップ光ファイバケーブル用TMの熱可塑性樹脂被覆外径は、0.6〜0.8mmと非常に細く、FRP径が0.4mmまたは0.5mmであるため、被覆樹脂の肉厚が0.15mmであり、整径によって精度を出す際に、特に前述の素線径より極端に径大の異物による被覆破れなどの整径トラブルが発生して、表面状態の良好な製品を25kmや50kmなどの長尺で製造することが難しかった。
(1)熱可塑性樹脂被覆FRP線条物素線の外径よりも径大の透孔と導入側先端角αが90〜150度の切削刃とを備え、材質が硬度(HRA)90以上の超高硬度合金からなる予熱ダイスを通過させて熱可塑性樹脂被覆層の外周を加熱軟化させ、次いで該予熱ダイスよりも低温に保たれ素線の外径よりも径小の透孔を備え、材質が硬度(HRA)90以上の超高硬度合金からなる第1の整径ダイス及び第2の整径ダイスを順次通過させて、熱可塑性樹脂被覆層の外径を整径することを特徴とする熱可塑性樹脂被覆FRP線条物の製造方法、
(2)熱可塑性樹脂被覆FRP線条物素線の外径よりも径大の透孔と導入側先端角αが90〜150度の切削刃とを備え、材質が硬度(HRA)90以上の超高硬度合金からなる予熱ダイスと、該予熱ダイスよりも低温に保たれ素線の外径よりも径小の透孔を備え、材質が硬度(HRA)90以上の超高硬度合金からなる第1の整径ダイス及び第2の整径ダイスとを備えてなることを特徴とする熱可塑性樹脂被覆FRP線条物の製造装置、及び
(3)予熱ダイス、第1の整径ダイス及び第2の整径ダイスが芯合わせされストレートピンにより一体に固定されたブロックとされてなる(2)記載の熱可塑性樹脂被覆FRP線条物の製造装置、
を提供するものである。
このため、製造速度の増加や、硬化槽温度の上昇などに伴い発生頻度が増加する素線の外径よりも径大の異常部を除去して整径された製品とできるので、生産性と、歩留まり(収率)の向上を図ることができる。
また、本発明の熱可塑性樹脂被覆FRP線条物の製造方法により得られた定長の長尺状熱可塑性樹脂被覆FRP線条物を、ドロップ光ファイバケーブルのTMとして使用すれば、ケーブル製造工程で途中でのTMボビンの交換など不定長や短尺のTMを使用する場合の生産効率低下の問題などを回避し、効率よく生産できる。
また、本発明の熱可塑性樹脂被覆FRP線条物の製造装置を用いれば、上記の効果が得られる製造方法を実現できる。
アンカー接着を得るためには、特許文献4に記載された方法、すなわち、補強繊維束に未硬化の熱硬化性樹脂を含浸させてなる未硬化状補強芯部を、溶融し、その後直ちに該熱可塑性樹脂の被覆層を冷却固化した後、これを加圧高温蒸気の硬化槽に導いて、補強芯部と該被覆層の界面部分を軟化、流動状態で接触させつつ該熱硬化性樹脂を加熱硬化させ、引続いて被覆熱可塑性樹脂を冷却して繊維強化熱硬化性樹脂(FRP)からなる芯部界面と被覆熱可塑性樹脂とをアンカー接着させた状態で、本発明の製造装置に通して本発明の製造方法により所定の外径の熱可塑性樹脂被覆FRP線条物を得ることができる。
ガラス繊維を使用する場合においては、FRP抗張力体4を、直径が0.9mm以下に細くするためには、ガラスヤーンが望ましく、E、S、Tなどのガラス繊維から要求される性能により選択されるが、経済性の面からはEガラスが奨用される。
ガラスヤーンとしては、構成する単繊維径が3〜13μmで 、複数のヤーンを合撚していない単糸状のものが望ましく、11.2〜67.5Texが使用される。この場合、番手の大きいもの、つまり67.5Texを超えるガラスヤーンを用いた場合、FRPとした際の真円度に悪影響を及ぼし、後の熱可塑性樹脂による薄肉被覆成形工程において、均一な被覆を行うことが難しくなる。
一方、11.2Tex以下のヤーンも市販されているが、工程が煩雑となる上、コスト上昇につながり経済的でない。ガラスヤーンを選択するのは、ヤーンには、例えば、1個/インチなどの撚りが施されており、熱硬化性樹脂の含浸ないしは絞り工程で、ガラス単繊維の乱れや、弛み、もつれが少なく、外周が均一な未延伸棒状物が得られるからである。
アンカー接着の度合いは、被覆層5に用いた熱可塑性樹脂からのFRP抗張力体4の引抜力が10N/10mm以上であることが好適である。
要求される抗張力や耐曲げ性などに応じて選択された補強繊維11をFRP層の繊維体積含有率に応じた必要本数を、未硬化状熱硬化性樹脂が収納された含浸槽12中に通して補強繊維に未硬化状熱硬化性樹脂を含浸し、引続いてこれを、透孔の最終内径が得ようとするFRP部の外径と同径でこの内径に向かって順次縮径する複数の絞りノズル13に通して所定の径に絞り成形した未硬化状線条物の外周に、溶融押出機14より被覆用熱可塑性樹脂を環状に押出して被覆し、これを冷却水槽15に導いて表面の熱可塑性樹脂被覆層を冷却固化し、次いで、両端がシールされた加圧蒸気硬化槽16に挿通して、熱可塑性樹脂被覆層を溶融状態とし、熱硬化性樹脂との界面において圧力下流動接触状態を経て内部の熱硬化性樹脂を硬化し、以後、冷却水槽17で冷却された被覆付きFRP素線6'とした後、整径装置18により所定の製品径に整径し、外径検査装置19を経て巻取り装置によりボビン20に巻き取られる。
第1の整径ダイス32及び第2の整径ダイス33の透孔の内径は、第1の整径ダイス32の内径が前記の予熱ダイスより径小であって、被覆付きFRP素線6'の径よりも径小、被覆付きFRP線条物の最終径より径大、第2の整径ダイス33の内径は前記の第1の整径ダイス32の内径より径小であって、被覆付きFRPの製品径と概略等しくなっている。
このように、各ダイス31,32,33の透孔内径を、段階的に変えることで被覆付きFRP線条物の引取り(巻取り)抵抗を小さくすることができ、しかも被覆付きFRP線条物6を所望の製品径に無理なく整径できる。
市販の超高硬度合金としては、株式会社シルバーロイのSHタイプ超高硬度合金:SH10(HRA95.0、抗折力2,290Mpa)、SH15(HRA94.2、抗折力2,470Mpa)、SH20(HRA93.5、抗折力2,830Mpa)、Gタイプ超硬合金:G1(HRA92.0、抗折力2,980Mpa)、G2(HRA91.0、抗折力3,360Mpa)(HRA90.0、抗折力3,240Mpa)などを挙げることができる。
また、金型ブロック22,23に形成されたダイス用透孔の下部には切削屑排出孔22b、23bが形成されている。
被覆付きFRP線条物素線6'は、図示しない引取りローラで引取られ、ガイドブロックを通り、次いで整径装置18にセットされた各ダイス31、32、33を通り切削・整径され外径検査装置19を経て所定の製品としてドラム20に巻取られる。
ここで、素線より径大の異常部は、予熱ダイス31の切削刃31aで除去され、第1の整径ダイス32及び第2の整径ダイス33で薄皮状に剥ぎ取られた切削屑は、ダイス32,33の下方に位置する排出孔22b、23bから下方に溶融状で連続的に排出される。
この問題を解決するには、熱可塑性樹脂によって異なるが、熱可塑性樹脂被覆FRP線条物素線がダイスに接する時間を短くすることがより寸法精度の高い製品を効率よく得るための大きなポイントとなる。この観点から、各ダイスの長さを、予熱ダイス、第1の整径ダイスが概ね10〜30mm、切削量の多い第2の整径ダイスは概ね2〜10mmとすることが好ましい。
また、各ダイスの温度は、予熱ダイスは走行する熱可塑性樹脂被覆FRP線条物素線を非接触で予熱し、かつ異状部を切削刃で除去するため、熱可塑性樹脂の融点以上の温度であって、かつ各ダイスの中では一番高温とし、第1、第2整径ダイスの順に、10〜30℃程度づつ降温することが望ましい。
各ダイスの設定温度は、ダイスの磨耗、製品の表面状態などにより、±40℃程度適宜変更される。
ビニルエステル樹脂(三井化学社製:H8100)100質量部に熱硬化性触媒(化薬アクゾー社製、カドックスBCH50)を4質量部、カヤブチルBを1質量部添加した樹脂含浸槽12中に、補強繊維束11としてパラ系アラミド繊維(東レ・デュポン製:ケブラー29、単糸径12μm、1110dtex)のマルチフィラメント1本をガイドを介して導き、引き続いて、内径を段階的に小さくした絞りノズル13に導いて、未硬化状樹脂を絞り成形し、外径が0.405mmの細径線条物を得、これを溶融押出機14のクロスヘッドダイ(200℃)に通して、MI=2.4、密度0.921g/cm3、30μmのキャストフィルムによる1%モジュラスが170MPaであるLLDPE樹脂(日本ユニカー社製:TUF2060)により、被覆厚み0.25mmで環状に被覆し、直ちに冷却水槽15に導いて、表面の被覆部を冷却固化した。
製品の被覆外径が0.7mm、FRP外径が0.4mmの熱可塑性樹脂被覆FRP線条物を連続生産するに際して、株式会社シルバーロイのSHタイプ超高硬度合金:SH10(HRA95.0、抗折力2,290Mpa)を用いた表1の0.7×0.4用の欄に示す孔径と設定温度であって、図4(a)に示す導入側先端角αが120°の逆テーパー状切削刃を備える予熱ダイス、第1の整径ダイス、及び第2の整径ダイスを備えた整径装置に導いて被覆熱可塑性樹脂外周面を整径し、被覆外径0.8mmの被覆抗張力体10を得、ボビンに連続状に巻き取った。巻長50km品(巻取り所要時間:16.7時間)の生産を連続5日間行ったが、その間の生産トラブルは、大型の異物付着による芯ズレに起因する被覆樹脂破れによるもの2件のみであった。
また、後述の比較例の後に、同じ予熱ダイス、整径ダイスで同様に5日間の連続生産を行ったが、発生トラブルは大型の異物付着による芯ズレに起因する被覆樹脂破れによるもの1件のみであった。
導入側先端に図4(d)に示すように導入側の外方に向かってテーパー角γが120°で拡径するテーパー部を備える予熱ダイスを用いた他は、実施例と同様に巻長50km品の5日間の連続生産を行ったところ、その間のトラブル発生件数は16件であった。トラブルの内容は、大半が予熱ダイス詰りによる異常抵抗、被覆樹脂破れであった。
熱可塑性樹脂被覆FRP線条物素線の製造において、補強繊維束11としてパラ系アラミド繊維(東レ・デュポン製:ケブラー29、単糸径12μm、1670dtex)のマルチフィラメント1本を用いた他は前述同様として、未硬化状外径0.490mmの細径線条物に被覆厚み0.25mmで環状に被覆し、直ちに冷却水槽15に導いて、表面の被覆部を冷却固化した。
引き続いて、実施例1と同一材質で表1の0.8×0.5用の欄に示す孔径及び設定温度の予熱ダイス及び整径ダイスを用いて巻長26km品の生産を連続5日間行ったが、その間のトラブルは、1回のみであった。
実施例1において、予熱ダイス及び整径ダイスの材質として実施例4では株式会社シルバーロイのGタイプ超硬合金:G1(HRA92.0、抗折力2,980Mpa)、実施例5では同社製G2(HRA91.0、抗折力3,360Mpa)、実施例6では同社製G3(HRA90.0、抗折力3,240Mpa)、を用いた他は、実施例1と同様にして熱可塑性樹脂被覆FRP線条物の生産を行った。
これらの材質によるものも、生産トラブルの発生は少なかったが、使用開始後1〜2日で、整径後のレーザー外径測定器による表面凹凸度が3〜5/100mm以上となり、ダイスの交換を余儀なくされた。
実施例1において、予熱ダイス及び整径ダイスの材質として、硬度が89である株式会社シルバーロイのGタイプ超硬合金:G4(HRA89.0、抗折力2,980Mpa)を用いた他は実施例1と同様にして熱可塑性樹脂被覆FRP線条物の生産を行った。
この材質によるものは、生産トラブルの発生は少なかったが、使用開始後12時間で、整径後のレーザー外径測定器による表面凹凸度が3〜5/100mm以上となり、ダイスの交換を余儀なくされた。
このため、製造速度の増加や、硬化槽温度の上昇などに伴い発生頻度が増加する素線の外径よりも径大の異常部を除去して整径された製品とできるので、生産性と、歩留まり(収率)の向上を図ることができる。
また、本発明の熱可塑性樹脂被覆FRP線条物の製造方法により得られた定長の長尺状熱可塑性樹脂被覆FRP線条物を、ドロップ光ファイバケーブルのTMとして使用すれば、ケーブル製造工程で途中でのTMボビンの交換など不定長や短尺のTMを使用する場合の生産効率低下の問題などを回避し、効率よく生産できる。
また、本発明の熱可塑性樹脂被覆FRP線条物の製造装置を用いれば、上記の効果が得られる製造方法を実現できる。
2、3 光ファイバ心線
4 FRPテンションメンバー(抗張力体)
5 熱可塑性樹脂被覆層
6 熱可塑性樹脂被覆FRP線条物(被覆付きFRPTM)
6' 熱可塑性樹脂被覆FRP線条物素線
7 支持線
8 本体被覆層
11 補強繊維
12 含浸槽
13 絞りノズル
14 溶融押出機
15、17 冷却水槽
16 加圧蒸気硬化槽
18 製造(整径)装置
19 外径検査装置
20 巻取りボビン
21 ベースブロック
22 予熱用金型ブロック
23、24 第1、第2整径用金型ブロック
25 断熱材
26 ヒーター
28 熱電対
31、32、33、40 ダイス
34 ピンゲージ
35 ボルト
Claims (3)
- 熱可塑性樹脂被覆FRP線条物素線の外径よりも径大の透孔と導入側先端角αが90〜150度の切削刃とを備え、材質が硬度(HRA)90以上の超高硬度合金からなる予熱ダイスを通過させて熱可塑性樹脂被覆層の外周を加熱軟化させ、次いで該予熱ダイスよりも低温に保たれ素線の外径よりも径小の透孔を備え、材質が硬度(HRA)90以上の超高硬度合金からなる第1の整径ダイス及び第2の整径ダイスを順次通過させて、熱可塑性樹脂被覆層の外径を整径することを特徴とする熱可塑性樹脂被覆FRP線条物の製造方法。
- 熱可塑性樹脂被覆FRP線条物素線の外径よりも径大の透孔と導入側先端角αが90〜150度の切削刃とを備え、材質が硬度(HRA)90以上の超高硬度合金からなる予熱ダイスと、該予熱ダイスよりも低温に保たれ素線の外径よりも径小の透孔を備え、材質が硬度(HRA)90以上の超高硬度合金からなる第1の整径ダイス及び第2の整径ダイスとを備えてなることを特徴とする熱可塑性樹脂被覆FRP線条物の製造装置。
- 予熱ダイス、第1の整径ダイス及び第2の整径ダイスが芯合わせされストレートピンにより一体に固定されたブロックとされてなる請求項2記載の熱可塑性樹脂被覆FRP線条物の製造装置。
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