JPH07325037A - 押出機ヘッドにおける樹脂中異物検出方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 最終工程である押出ヘッドの流路中における
異物を画像処理によって検出する方法と装置を提供す
る。 【構成】 プラスチック電力ケーブルのプラスチック押
出機の押出ヘッドの、スクリュー先端部のブレーカープ
レートとダイス、ニップル等を内蔵したヘッド本体の間
の樹脂流路断面を絞ったスロート部にガラス透視窓を設
け、該ガラス透視窓の外側に照明源と画像カメラを設置
し、目視画像処理によってスロート部を通過する溶融樹
脂中の微細異物を検出する押出ヘッドにおける樹脂中異
物の検出方法と装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は架橋ポリエチレン電力ケ
ーブル等のプラスチック電力ケーブルの被覆に用いるプ
ラスチック材料のように、溶融状態で透明性を有する樹
脂の押出ヘッドの流路内で異物を検出する方法及び装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】500kV
級、架橋ポリエチレン電力ケーブルのような超高圧プラ
スチック電力ケーブルにおいては、絶縁層中に数10μｍ
のミクロな異物が存在しても耐電圧性能に大きな影響が
あるため、障害を及ぼす異物を皆無にする必要がある。
このため、押出樹脂の原料ペレットの段階から厳密に異
物管理、異物検査をすることが必要であるが、最終工程
である押出ヘッドの流路中に異物がないことを保証する
ことが最も望ましい。しかし、 500kV級超高圧架橋ポリ
エチレン電力ケーブルの製造において、押出材料のペレ
ット原料中の異物検出については、国外で実施された報
告があるが、押出ヘッドの流路中での異物検出は実施さ
れていないのが実情である。

【０００３】

【課題を解決するための手段】本発明は最終工程である
押出ヘッドの流路中における異物を目視又は画像処理に
よって検出する方法と装置を提供するもので、その特徴
は、押出機の押出ヘッドの、スクリュー先端部のブレー
カープレートとダイス、ニップル等を内蔵したヘッド本
体の間の樹脂流路断面を絞ったスロート部にガラス透視
窓を設け、該ガラス透視窓の外側に照明源と画像カメラ
を設置し、目視又は画像処理によってスロート部を通過
する溶融樹脂中の微細異物を検出する方法と装置にあ
る。

【０００４】

【実施例】図10は通常のプラスチック押出機のヘッド部
分の縦断面図で、１は押出機本体の先端部、２は押出ヘ
ッドを示す。押出機本体のバレル３内のスクリュー４で
混練された樹脂は溶融状態となり、スクリーンメッシュ
６、ブレーカープレート５を通過して押出ヘッド２内の
流路ａ→ｂ→ｃを通過し、押出ヘッド本体９内に内蔵さ
れたダイス10とニップル11の出口から導体Ａ上に押出さ
れ、被覆される。

【０００５】この押出ヘッド２の流路ａ，ｂ，ｃ内を流
れる樹脂中の異物を検出する場合、流路ｃは複雑な円筒
形及び円錐形流路を形成しており、この部分で全流路を
観察することは極めて困難である。同様に円錐形流路で
ある流路ａでの異物観察も困難である。これに対して、
押出ヘッド２の、押出機本体のスクリュー４先端部に位
置するブレーカープレート５とヘッド本体９の間のいわ
ゆるスロート部８の流路ｂは、流路が狭く絞られて小さ
な流路断面で、単純な形状の流路となっており、樹脂中
の異物を検出するには最も適した場所である。

【０００６】本発明は上述のように樹脂中異物を検出す
るのに最も適した押出ヘッド２のスロート部８にガラス
透視窓を設け、これを画像処理で判別して異物を検出す
るものである。図１は樹脂中異物の検出機構を備えた押
出ヘッドのスロート部の縦断面図で、図２は図１のスロ
ート部に設けたガラス透視窓で切断した断面図である。
図面において、21は押出ヘッド２のスロート部８に設け
た透明なガラス透視窓で、該ガラス透視窓21には流路ｂ
と同形状断面の流路が設けられている。22は上記ガラス
透視窓21をスロート部ボディ20に固定させるための押え
金具としての枠体であり、取付ボルト23によりスロート
部ボディ20にガラス透視窓21を固定させると同時に、ガ
ラス透視窓21内部に樹脂圧力が加わってもガラス透視窓
21に許容以上の引張り応力が生じないようにするサポー
ト機能を有している。枠体22には幅ｆの長方形の穴があ
り、ガラス透視窓の外側に設置した画像カメラ24はこの
長方形の穴を通してガラス透視窓21内の流路ｂを流れる
樹脂の撮影ができる。

【０００７】上記枠体22の長方形穴の幅ｆは、画像カメ
ラ24で樹脂流路ｂを撮像する時の視野幅となるもので、
ガラス透視窓21の流路方向の幅ｗは上記幅ｆに両側数ミ
リメートルのオーバーラップ代ｇを加えた幅を有し、枠
体22はこのオーバーラップ代ｇの部分でガラス透視窓21
を押えている。画像処理で流路ｂを撮像するためには視
野幅ｆ、ガラス透視窓幅ｗともに広い方がよいが、一方
ガラスは熱の不良導体であるから、樹脂の押出しに適切
な温度に維持することが困難で、そのためには幅ｗはで
きる限り幅が狭い方がよい。このため前記のオーバーラ
ップ代ｇも数ミリメートルと極小にしてある。オーバー
ラップ代ｇの部分では、ガラス透視窓21内部に樹脂圧力
が加わっても、ガラス透視窓21に許容以上の引張り応力
が生じないようにするサポート機能を有しているので、
その機能を果たすために必要な曲げ剛性を確保するよう
枠体22の厚さが決められている。

【０００８】画像処理には図４（イ）に示すように、照
明と画像カメラとを同一側に配置した落射照明方式と、
図４（ロ）に示すような照明と画像カメラとを反対側に
配置した透過照明方式がある。落射照明方式の場合は異
物は暗背景の中に白体として現れ、透過照明方式の場合
は異物は明背景の中に黒体として現れる。図１及び図２
は落射照明方式の場合の構成を示すものである。

【０００９】画像処理で樹脂流路中の異物を検出するた
めには、樹脂流路に適切な照明を与えなければならな
い。図１における26はオプチカルファイバーの光束で、
これを幅の狭いスリット光27として、幅の狭いオーバー
ラップ代ｇからガラス透視窓21内の流路ｂを均一に照明
する。従って、枠体22はガラス透視窓21を固定している
金具であると同時に、視野幅ｆの両側からスリット光27
を当てる照明装置としても一体に構成されている。

【００１０】通常、太物の電線、ケーブルの絶縁体を押
出す時、流体通路ｂは、樹脂のまわりを良くし、真円の
ケーブルを押出すため、ケーブルの径の方向に長くなる
ような偏平流路（図２参照）にされるのが普通である。
このような偏平断面の流路を画像カメラで撮像する場
合、図２のように偏平な側から撮像した方が画像カメラ
の焦点深度を浅くすることができるので、微細な異物を
高い分解能で検出することができ、有利である。本発明
では、この偏平な側から撮像する方式とした。このよう
に、偏平な側から撮像する場合、高い分解能を得るため
には複数台の画像カメラ24が必要である。図２は３台の
画像カメラ24を使用した場合を示す。

【００１１】図５は枠体22の単体の斜視図である。光束
26から照明を導き、視野幅ｆの両側にスリット光27とな
るようにしたものである。なお、光源は光束26の先にあ
って別置きされており、押出ヘッド周辺にコンパクト化
されている。

【００１２】図６はガラス透視窓21単体の斜視図であ
る。このガラス透視窓の両面はｉ面及びｊ面でスロート
部ボディ20と当接する（図１参照）が、ここではガラス
透視窓21を両側からしっかりと挟んでシールしないと、
流路ｂを流れる樹脂圧（数10〜百数10kg／cm² ）で樹脂
洩れを生じる。この樹脂洩れを防ぐため、円錐状の流路
ａを構成するスライド部材25を、スロート部ボディ20と
は別個の単体部材として、嵌合部ｄ及びｅでスロート部
ボディ20とスライドできるように設けてある。

【００１３】しかし、ガラス透視窓21の偏平断面内部に
樹脂圧力が加わった場合、短辺中央部内面は長辺側に加
わった樹脂圧力による曲げモーメントが加わって、曲げ
による引張り応力が極度に大きくなり、この部分で容易
に破損することがある。この対策として、図３に示すよ
うに、偏平断面において曲げによる引張り応力が最大と
なる短辺中央部内面に分割面29を設け、曲げモーメント
が発生しないようにし、さらに枠体22で外部から押えて
ガラス全体に圧縮応力を加えるようにサポートすれば、
ガラスの破損を防止することができる。表１にガラス透
視窓の一体構造と、分割構造の耐圧テスト結果を示す。
通常押出機ヘッドに加わる樹脂圧力は 200〜300 kg／cm
² に達する場合があるが、このような場合にも、分割構
造は十分な耐圧信頼性があることが判る。

【００１４】

【表１】

【００１５】このような構成を図10の押出機に付加する
ことにより、次の二つの作用によってガラス透視窓21は
強力にスロート部ボディ20に当接される。即ち （１）押出機本体１と押出ヘッド２を図10のようにクラ
ンプ７を締付けて接合するとき、このクランプ力でスラ
イド部材25はｎの方向に押しつけられガラス透視窓21に
強力に当接される。 （２）スクリュー４によって樹脂が押出されると、樹脂
圧はｎの方向に働き、スライド部材25をガラス透視窓21
に強力に当接される。 上記（１）及び（２）の相乗作用でガラス透視窓21はス
ロート部ボディ20の中に強力に締付けられ、樹脂洩れを
防ぐ。

【００１６】上記のようにスライド部材25を設けること
により樹脂洩れは防げるが、さらに完全に樹脂洩れを防
ぐには、ガラス透視窓21の両面に図７のように四弗化樹
脂等のシート状パッキング28を挟むことが考えられる。
これはガラス面及びガラスとの当接面が完全な平面度で
ないため、ミクロな凹凸の当接で微少な樹脂洩れを防ぐ
ためである。

【００１７】しかし、上記のように薄いシート状パッキ
ング28を挟むことは、非常な注意を払わないと重大な品
質上のトラブルを生じさせることになる。パッキング28
の端部は流路ｂの内壁と一致していなければならない
が、図７の左側のようにパッキング28の端部がひっこん
でいると、この部分のミクロ的な凹みが樹脂流の停滞カ
スの発生原因となり、逆に図の右側のようにはみ出して
いると、はみ出している部分のパッキングがちぎれて、
樹脂流の中に混入することになり、この部分で異物を発
生させてしまうことになる。このため、本発明ではガラ
ス透視窓21がスロート部ボディ20と当接する両側の面
に、図８に示すようにパッキング用樹脂29をあらかじめ
融着し、ガラス透視窓21と一体構造とした。

【００１８】図１及び図２に示す落射照明方式の画像処
理の場合、前述のように暗背景の中に異物が輝度を有す
る白体として検出されるので、背景が白体では画像処理
の二値化処理が困難となる。そこで、図２において、画
像カメラ24から流路を見た時の背景となるスロート部ボ
ディのガラス透視窓21と当接する面ｐを黒色化処理を行
った。

【００１９】一方架橋ポリエチレンの高圧ケーブル用の
押出しの場合、樹脂温度の制御が品質上重要な問題とな
る。ガラスは金属に比して熱の不良導体であるから温度
制御が困難である。本発明では図１及び図２に示すよう
に、スロート部８の流路ｂの周囲に油ジャケットｍを、
ガラス透視窓21の外周に油ジャケットｑを、又スライド
部材25の中に油ジャケットｋを設けてシリコンオイル等
の加熱油を循環させるようにした。これによって、ガラ
ス透視窓を設けた押出ヘッドのスロート部も高圧ケーブ
ルの押出しが可能な温度制御を行えるようにした。

【００２０】以上、本発明を図１及び図２を中心として
説明したが、これは落射照明方式の画像処理である。し
かし、樹脂中の異物検出は透過照明方式でも可能であ
る。この場合、図２に相当するスロート部の断面構造は
図９の構造となる。図において、図２と同一符号は同一
部位をあらわしている。この場合、照明源30とガラス透
視窓21の間に乳白色の拡散板31を入れると、均一な白色
背景となって異物が明瞭な黒点となって検出できる。し
かし、透過照明方式の場合は、画像カメラ24と反対側の
スロート部８にも大きな開口部32を設けるため、スロー
ト部８の強度が弱くなること、及びこの開口部32のた
め、図２ｑに示すようなガラス透視窓21を包絡する油ジ
ャケットを設けられないこと、等があり落射照明方式の
方がベターである。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
絶縁樹脂中の微小異物による耐電圧性能の劣化がないこ
とを保証せねばならない架橋ポリエチレン等の超高圧ケ
ーブルの押出ヘッドにおいて、最終押出流路に近い全流
路断面を検査できるスロート部で、樹脂の漏洩もなく、
温度制御も良好にできる方式で画像処理によって樹脂流
路中の異物検出が可能となった。従って、超高圧プラス
チックケーブルの押出しにおいては、リアルタイムで生
産中に異物の検出が可能であり、信頼性の高い超高圧プ
ラスチック電力ケーブルを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】樹脂中異物の検出機構を備えた本発明の押出ヘ
ッドのスロート部の縦断面図である。

【図２】図１のスロート部に設けたガラス透視窓で切断
した断面図である。

【図３】図１のスロート部に設けたガラス透視窓で切断
した他の例の断面図である。

【図４】（イ）及び（ロ）はいずれも画像処理の照明方
式の説明図である。

【図５】ガラス透視窓を保持する枠体の単体の斜視図で
ある。

【図６】ガラス透視窓単体の斜視図である。

【図７】ガラス透視窓の両面にシート状パッキングを取
付けた場合の問題点の説明図である。

【図８】両面にパッキング用樹脂を融着して一体構造と
したガラス透視窓の説明図である。

【図９】透過照明方式の画像処理の場合における図２に
相当するスロート部の断面図である。

【図10】通常のプラスチック押出機のヘッド部分の縦断
面図である。

【符号の説明】

１ 押出機本体の先端部 ２ 押出ヘッド ３ 押出機本体のバレル ４ スクリュー ５ ブレーカープレート ６ スクリューメッシュ ７ クランプ ８ スロート部 ９ 押出ヘッド本体 10 ダイス 11 ニップル 20 スロートボディ 21 ガラス透視窓 22 枠体 23 取付ボルト 24 画像カメラ 25 スライド部材 26 光束 27 スリット光 29 分割面 30 照明源 31 乳白色拡散板 32 スロート部開口部 ａ，ｂ，ｃ 樹脂流路 ｋ，ｑ，ｍ 油ジャケット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 米谷 敏夫 兵庫県伊丹市昆陽北一丁目１番１号 住友 電気工業株式会社伊丹製作所内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プラスチック電力ケーブルのプラスチッ
   ク押出機の押出ヘッドのスクリュー先端部のブレーカー
   プレートとダイス、ニップル等を内蔵したヘッド本体の
   間の樹脂流路断面を絞ったスロート部にガラス透視窓を
   設け、該ガラス透視窓の外側に照明源と画像カメラを設
   置し、目視又は画像処理によってスロート部を通過する
   溶融樹脂中の微細異物を検出することを特徴とする押出
   機ヘッドにおける樹脂中異物検出方法。
2. 【請求項２】 スロート部の樹脂流路断面が偏平形状の
   場合、その長辺側から照明し、撮像することを特徴とす
   る請求項１記載の押出機ヘッドにおける樹脂中異物検出
   方法。
3. 【請求項３】 ガラス透視窓の照明を当てる側と反対側
   で、ガラス透視窓と当接する部分の押出機ヘッド部材を
   黒色に表面処理し、照明が当って白く写る異物がこの黒
   色背景の中で強いコントラストで明瞭に画像処理でキャ
   ッチするようにしたことを特徴とする請求項１記載の押
   出機ヘッドにおける樹脂中異物検出方法。
4. 【請求項４】 プラスチック電力ケーブルのプラスチッ
   ク押出機の押出ヘッドにおいて、スクリュー先端部のブ
   レーカープレートとダイス、ニップル等を内蔵したヘッ
   ド本体の間の樹脂流路断面を絞ったスロート部にガラス
   透視窓を設け、該ガラス透視窓の外側に上記樹脂流路を
   照らす照明源と、樹脂流路を写す画像カメラを設置し、
   目視又は画像処理によってスロート部を通過する溶融樹
   脂中の微細異物を検出するよう構成したことを特徴とす
   る押出機ヘッドにおける樹脂中異物検出装置。
5. 【請求項５】 スロート部に設置したガラス透視窓とヘ
   ッド本体との接合面の密着性を良くし、接合面からの樹
   脂洩れを防止するため、ガラス透視窓のスクリュー側に
   ヘッド本体の中でスライドしてガラス透視窓に当接する
   スライド部を設け、樹脂を押出すときはスクリュー側の
   樹脂圧で上記スライド部がガラス透視窓に強力に押しつ
   けられ、密着機密性を増大させるよう構成したことを特
   徴とする請求項４記載の押出機ヘッドにおける樹脂中異
   物検出装置。
6. 【請求項６】 樹脂流路方向のガラス透視窓のガラス幅
   を樹脂流速と画像処理時間との関係から極小となる幅
   （透視幅と呼ぶ）とし、この透視幅の両側に数ミリメー
   トルオーバーラップしてガラス透視窓を側面から押しつ
   けて固定する枠体を設け、この枠体がガラス透視窓をオ
   ーバーラップして押えている数ミリメートルのラップ代
   の幅の中に流路の長辺長さがカバーできる長さのスリッ
   ト状のライトガイドを内蔵させたスリット状ライトガイ
   ドと一体型の枠体を設けたことを特徴とする請求項４記
   載の押出機ヘッドにおける樹脂中異物検出装置。