JPH06201592A - 溶融樹脂中の異物検査方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 太さが直径１０μｍ程度、長さ数１０μｍ〜
数ｍｍ程度の繊維状異物でも検出でき、検査効率の良好
な溶融樹脂中の異物検査方法を提供する。 【構成】 溶融樹脂が通過する樹脂通路１の光透過窓２
に、同光透過窓２の一方に設けた投光器３より入射光を
走査させて投射し、同溶融樹脂を透過して光透過窓２の
反対側に設けられら受光器４で受光される光の変化から
溶融樹脂中の異物を検出するようにした溶融樹脂の異物
検査方法において、前記光透過窓２に投射する入射光５
を細長形状に集光した。また、入射光５として細長形状
と円形の光を併せて使用するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明の溶融樹脂中の異物検査方
法は、例えば電力ケーブルの導体の外周に樹脂を押出被
覆して被覆ケーブルを製造する押出機内の溶融樹脂中
や、電力ケーブル接続部の外周に樹脂を押出被覆する押
出機内の溶融樹脂中の異物、或は樹脂成形品を押出形成
する押出機内の溶融樹脂中の異物等を検査するのに利用
されるものである。

【０００２】

【従来の技術】樹脂成形体は成形体中に混入した異物に
よってその特性が低下することがあるため、従来より、
成形体を製造する際には樹脂中に混入している異物の有
無、数量、大きさ等の検査が行われている。これを、架
橋ポリエチレンケーブルの場合を例にして説明する。近
年、電力ケーブルは取扱い易さ、保守、防災上のメリッ
ト等から急速に架橋ポリエチレンケーブルに置き換えら
れつつある。しかも使用電圧階級も上がってきており、
近年では２７５ｋＶ級の超高圧電力ケーブルとして使用
されるに至っている。

【０００３】架橋ポリエチレンケーブルはその使用電圧
階級が上がるに従って、架橋ポリエチレン絶縁体の絶縁
性能の向上が要求される。絶縁性能に大きく影響する要
因の一つに、絶縁体中に混入する異物の問題がある。近
年、前駆遮断法と呼ばれる、架橋ポリエチレンケーブル
の交流電圧課電における絶縁破壊の起点を調査する試験
方法が開発された。その結果が電気学会平成２年度全国
大会１３８１で報告されている。

【０００４】この報告によれば、絶縁破壊の起点は絶縁
体中に混入している異物である、とのことであった。そ
のため架橋ポリエチレンケーブルの絶縁性能を向上させ
るためには、絶縁体中に混入する異物の管理レベルをよ
り厳しくする必要が生じている。

【０００５】異物の管理は、異物を金属、焼け樹脂（通
称、アンバー、ブラック）、繊維に分類した上で、それ
らの最大径を測定することで行なわれている。２７５ｋ
ＶのＣＶケーブルにおいては７０μｍ以上の金属異物が
そのケーブルの絶縁破壊特性に大きな影響を及ぼすと考
えられているため、７０μｍ以上の金属異物がケーブル
絶縁体に混入しないような管理が要求されている。

【０００６】架橋ポリエチレンケーブルの製造において
は、ペレット状のプラスチック絶縁材料を押出機により
溶融させて押出しながら導体に被覆する製造方法が実施
されている。この架橋ポリエチレンケーブルの絶縁体に
混入する異物の管理を行うため、従来は特開昭５９−４
０１４６号公報に開示される方法が開発されている。こ
の検査方法は溶融樹脂が通過する樹脂通路（例えば押出
機とヘッドの接続部）の光透過窓に、同光透過窓の一方
に設けた投光器より光を走査させて投射し、同溶融樹脂
を透過して光透過窓の反対側に設けられら受光器で受光
される光の変化から溶融樹脂中の異物を検出するように
した溶融樹脂中の異物を検査する方法である。

【０００７】この場合、受光器で検出される受光量と時
間との関係は図８に示すようになる。図８のＯ点は異物
に光が当ったために受光器での受光量が減少したことを
示している。この図８のＯ点の光量がＰ線で示す閾値を
下回ったときに初めて異物が存在したと判定するもので
ある。

【０００８】この異物検出方法によれば、その実施例に
開示されているように３０μｍ程度の大きさの異物を検
出することが可能である。そのため現在はこの検査方法
が架橋ポリエチレンケーブルの絶縁体に混入する異物
（金属及び焼け樹脂）の検査方法として有効な方法とし
て認識されている。

【０００９】従来、繊維状異物は金属異物に比較してケ
ーブルの絶縁破壊特性に大きな影響を及ぼすことはない
と考えられていたため、金属異物ほどの管理は要求され
ていなかった。しかしながら、前記した前駆遮断法によ
る架橋ポリエチレンケーブルの絶縁破壊の起点の調査結
果より、絶縁物中に混入した繊維状異物も破壊起点とな
ることが明らかになった。

【００１０】そこで、本件発明者らは絶縁物中に混入し
ている繊維状異物（太さ１０μｍ程度）の検出を上記し
た異物検査方法によって行ってみた。

【００１１】通常の異物検査は円形に集光した光を溶融
樹脂が通過する管状の樹脂通路の光透過窓に入射するこ
とで行っている。架橋ポリエチレンケーブルの絶縁体に
混入する異物（金属及び焼け樹脂）は球形に近いものが
ほとんどであるので、円形に集光した入射光を使用する
ことが最も効果的である。通常、直径３０μｍ程度の異
物を検出するためには、直径５０μｍ程度に集光した入
射光を使用している。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】太さ１０μｍ程度の繊
維状異物を検出するためには入射光をより小さく絞り込
むことが考えられる。しかしながら投光器より投射され
て受光器で受光される入射光は樹脂通路を流れる溶融樹
脂を通過すること、溶融樹脂中を走査する必要があるこ
と等の理由により、異物が無い場合でも図９（ａ）
（ｂ）に示す様に受光量が変動する。ちなみに図９
（ａ）に示すものは入射光を直径約５０μｍの円形に集
光した場合、図９（ｂ）に示すものは入射光を直径約３
０μｍの円形に集光した場合である。両者の受光量の変
動の絶対値は図９（ａ）の場合よりも図９（ｂ）の場合
の方が大きい。

【００１３】このため入射光の直径を小さくすると異物
による受光量の変動｛図９（ａ）、（ｂ）のＯ点の変
動｝と、上記した異物が無い場合の受光量の変動との区
別ができず、結局は上記した異物検出方法では太さが１
０μｍ程度と細い繊維状異物は検出できないという問題
があった。更に、入射光の直径を小さくすると単位時間
の被検査樹脂量が減少するため、検査効率が低下し、生
産効率が低下するという問題もあった。

【００１４】本発明の目的は太さが直径１０μｍ程度、
長さ数１０μｍ〜数ｍｍ程度の繊維状異物でも検出で
き、しかも検査効率の良好な溶融樹脂中の異物検査方法
を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本件発明者らは上記した
従来技術の問題点について鋭意検討を重ねた結果、入射
光を図１（ｂ）に示すように細長形状に集光すること、
又は同細長形状の入射光と円形に集光した入射光とを使
用することにより、溶融樹脂中の繊維状異物を効果的に
検出することが可能になることを見出して本発明を完成
した。

【００１６】本発明のうち請求項１の発明は、図１
（ａ）に示す様に溶融樹脂が通過する樹脂通路１の光透
過窓２に、同光透過窓２の一方に設けた投光器３より入
射光を走査させて投射し、同溶融樹脂を透過して光透過
窓２の反対側に設けられら受光器４で受光される光の変
化から溶融樹脂中の異物を検出するようにした溶融樹脂
の異物検査方法において、前記光透過窓２に投射する入
射光５を図１（ｂ）に示す様に細長形状に集光してなる
ものである。

【００１７】本発明のうち請求項２の発明は請求項１の
異物検出方法において、光透過窓２に投射する入射光５
として、図１（ｂ）に示すように細長形状に集光した光
と、図１（ｃ）に示すように円形に集光した光とを使用
するものである。

【００１８】

【作用】例えば、架橋ポリエチレンケーブルの絶縁体に
混入する繊維状異物は太さが直径１０μｍ程度、長さが
数十μｍ程度のものから数ｍｍ程度である。このため異
物検出に使用される入射光５の形状は図１（ｂ）の様な
細長形状であっても、図１（ｃ）の様な円形であって
も、円形の入射光５の直径Ｘ｛図１（ｃ）｝と細長形状
の入射光５の短径の長さＹ｛図１（ｃ）｝とが同じであ
れば、入射光５の断面積に対する、繊維状異物６が入射
光５を遮断する面積｛図３（ａ）（ｂ）の斜線部分７の
面積｝はほぼ同一となる。

【００１９】従って、異物が存在しない場合の受光量
（図４のＢ、図５のＥ）と、異物の通過による受光量の
減少量（図４のＡ、図５のＤ）の比率はいずれの場合も
ほぼ同一である。 このため、入射光５を細長形状に集光する請求項１の発
明によって、従来の円形の入射光の場合と同様に繊維状
異物を検出することができる。

【００２０】また、円形の入射光５の直径と細長形状の
入射光５の短径の長さとが同一の場合、細長形状の入射
光５は円形の入射光５に比して、長径を適当に設定する
ことで、異物が存在しない時の受光量の変動量（図４の
Ｃ、図５のＦ）を小さく抑えることができる。このた
め、異物の通過による受光量の減少量（図４のＡ、図５
のＤ）に対する異物が存在しない時の受光量の変動量
（図４のＣ、図５のＦ）の比率を極めて小さく抑えるこ
とができる。 従って、入射光５を細長形状にした請求項１の発明では
異物の通過による受光量の変化（減少量）をより効果的
に検出することができる。また、異物の通過による受光
量の変化を異物の通過と認識するための閾値の設定が容
易になる。

【００２１】ちなみに、異物が存在しないときの受光量
の変動量は Ｃ≧Ｆ

【００２２】また、異物の管理レベルによっては細長形
状の入射光５だけを用いると、球形に近い異物の検出が
困難になることがあるが、請求項２の発明では入射光５
として、細長形状に集光した光と、円形に集光した光と
を同時または交互に使用することで、円形の異物と繊維
状異物とを同時に検出することが可能になる。

【００２３】

【実施例１】本発明の一実施例として図１（ａ）に示す
押出器により押出される溶融樹脂中の繊維状異物を検出
する場合について説明する。図１（ａ）の１１はペレッ
ト状の樹脂を投入するホッパー、１２は押出器、１は溶
融樹脂が通過する樹脂通路、２は同樹脂通路１の光透過
窓、３は同光透過窓２の一方に設けた投光器、４は光透
過窓２の反対側に設けて溶融樹脂を透過した光を受ける
受光器である。

【００２４】そして図１（ａ）の実施例では投光器３よ
り光を光透過窓２に投射する。この場合、図２の投光器
３のレーザー３１から出射したレーザ光はミラー３２を
へて回転する多面鏡３３に入射することによって図２の
矢印Ｚ方向に繰り返し走査される。そして、この光は光
透過窓２内を通過する溶融樹脂を透過して受光器４に入
射し、同受光器４内の光導棒４１を経て受光素子４２に
受光されてＯ／Ｅ変換され、それから出力される電気信
号が信号処理回路４３を通してコンピュータ４４に入力
され、必要に応じてプリンタ４５により出力されるよう
にしてある。

【００２５】そして本発明では前記の光透過窓２に投射
する入射光５を図１（ｂ）に示す細長形状にする。入射
光５を細長形状にする方法としては、例えば光源と光透
過窓２との間に一枚以上のシリンドリカルレンズを入れ
る方法がある。

【００２６】図１（ｂ）に示す細長形状の入射光５は短
径Ｙに対する長径Ｗの比を３倍以上とすることが望まし
い。３倍未満では繊維状異物の効果的な検出が困難にな
る。また、その長径Ｗは検出すべき最も短い繊維状異物
の長さの０．５倍〜４倍が適切である。０．５倍未満で
は検査効率、生産効率の上で難点が生じ、４倍をこえる
と検出のための適切な閾値の設定が困難になる。

【００２７】また、前記細長形状の入射光５の短径は検
出すべき最も細い繊維状異物の直径の０．５〜４倍が適
切である。０．５倍未満では検査効率、生産効率の上で
難点があり、４倍を越えると検出のための適切な閾値の
設定が困難になる。

【００２８】

【実施例２】異物の管理レベルによっては細長形状の入
射光５だけを用いると球形に近い異物の検出が困難にな
ることがあるので、細長形状の入射光だけでなく、それ
と円形に集光した入射光５とを併用するようにしてもよ
い。この場合、両入射光５は同時または交互に光透過窓
２に投射する。このようにすれば円形の異物と繊維状の
異物を同時に検出することが可能となる。

【００２９】前記のように２種類の入射光５を使用する
場合、複数の光源及び／または複数の受光器を使用する
ことも可能であるが、一つの光源および／または一つの
受光器に光を振り分けるためのミラーを組み合わせるこ
とも可能である。

【００３０】実施例１の説明は、架橋ポリエチレンケー
ブルの外周に絶縁体として押出被覆する溶融樹脂に混入
する異物の検出を行う場合の説明であるが、本発明の検
出方法はケーブルに押出被覆される溶融樹脂以外の溶融
樹脂に存在する異物、特に繊維状異物を含む異物の効率
的な検出に広く使用できるものである。

【００３１】

【実験例】太さ１０μｍ、長さ１００μｍの繊維状異
物、直径５０μｍ、直径３０μｍの球状異物を別々に混
入したポリエチレンペレットを、図１（ａ）のホッパー
１１から押出器１２に投入し、その際に異物検出装置か
ら出力される受光量と時間の関係を図６（ａ）〜（ｆ）
に示す。この図６（ａ）〜（ｆ）の夫々には異物が存在
するときと存在しないときの受光量の変動比を示してあ
る。

【００３２】図６（ａ）（ｄ）は繊維状異物を混入した
場合、図６（ｂ）（ｅ）は直径５０μｍの球状異物を混
入した場合、図６（ｃ）（ｆ）は直径３０μｍの球状異
物を混入した場合の検出結果である。

【００３３】また、図６（ａ）〜（ｃ）は入射光が図１
の細長形状であって、その短径Ｙが２５μｍ、長径Ｗが
１００μｍの場合の結果であり、図６（ｄ）〜（ｆ）は
入射光が直径５０μｍの円形の場合の検出結果である。

【００３４】

【比較例】比較例として、直径２５μｍの円形の入射光
により、太さ１０μｍ、長さ１００μｍの繊維状異物を
検出した場合の受光量と時間の関係を図７に示す。

【００３５】以上の実験によって判明した異物検出の可
否を表１にまとめる。表１から明らかなように、入射光
の形状を直径２５μｍの円形とした場合（図７）及び直
径５０μｍの円形のみの場合｛図６（ｄ）｝は繊維状異
物を検出することができないことがわかる。また、入射
光の形状が細長形状であり、その短径が２５μｍ、長径
が１００μｍの入射光のみを用いた場合｛図６（ａ）｝
は、５０μｍ以上の球状異物および繊維状異物の検出が
可能であることが判明した。更に、その細長形状の入射
光に、直径５０μｍの円形の入射光を併せて使用するこ
とで、３０μｍ以上の球状異物の検出が可能になること
が判明した。

【００３６】

【表 1】 表１において○は検出可、×は検出不可

【００３７】

【発明の効果】本発明の溶融樹脂中の異物検査方法によ
れば、太さ直径１０μｍ程度、長さ数１０μｍ〜数ｍｍ
程度の繊維状異物でも検出でき、しかも検査効率の良好
な異物検査方法となる。入射光の直径を小さくすると単
位時間の被検査樹脂量が減少するため

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の異物検査方法の第１の実施例
を示す説明図、（ｂ）（ｃ）は同実施例における入射光
の異なる形状を示す説明図。

【図２】本発明の異物検査方法の詳細説明図。

【図３】（ａ）は本発明の異物検査方法において入射光
が細長形状の場合の説明図、（ｂ）は同入射光が円形の
場合の説明図である。

【図４】入射光を円形（２５μｍφ）としたときの受光
量の時間変化の説明図。

【図５】入射光を細長形状（２５×１００μｍφ）とし
たときの受光量の時間変化の説明図。

【図６】（ａ）〜（ｆ）は細長な繊維状異物と球状異物
を別々に混入したポリエチレンペレットを本発明の検出
方法により検出する場合の受光量と時間の関係を示す説
明図。

【図７】本発明との比較例の受光量と時間の関係を示す
説明図。

【図８】従来の異物検査方法における受光器で検出され
る受光量と時間との関係を示す説明図。

【図９】（ａ）は従来の異物検査方法において、入射光
を直径約５０μｍの円形にした場合の、受光器で検出さ
れる受光量と時間との関係を示す説明図、（ｂ）は入射
光を直径約３０μｍの円形にした場合の、受光器で検出
される受光量と時間との関係を示す説明図。

【符号の説明】

１ 樹脂通路 ２ 光透過窓 ３ 投光器 ４ 受光器 ５ 入射光

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶融樹脂が通過する樹脂通路１の光透過
   窓２に、同光透過窓２の一方に設けた投光器３より入射
   光を走査させて投射し、同溶融樹脂を透過して光透過窓
   ２の反対側に設けられら受光器４で受光される光の変化
   から溶融樹脂中の異物を検出するようにした溶融樹脂の
   異物検査方法において、前記光透過窓２に投射する入射
   光５を細長形状に集光することを特徴とする溶融樹脂中
   の異物検査方法。
2. 【請求項２】 前記光透過窓２に投射する入射光５を細
   長形状と、円形に集光することを特徴とする請求項１の
   溶融樹脂中の異物検査方法。