JPH087676A

JPH087676A - 繊維強化複合線の製造方法および製造装置

Info

Publication number: JPH087676A
Application number: JP6143493A
Authority: JP
Inventors: Akio Ozawa; 明夫小澤; Takeshi Ishibashi; 武石橋; Hiromitsu Kuroda; 洋光黒田; Koji Nagano; 宏治長野; Nobuaki Suga; 伸明菅
Original assignee: Tokyo Electric Power Co Inc; Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd; Tokyo Electric Power Company Holdings Inc
Priority date: 1994-06-24
Filing date: 1994-06-24
Publication date: 1996-01-12

Abstract

(57)【要約】【目的】外径を縮小できると共に繊維体積率を増加さ
せることができる繊維強化複合線の製造方法および製造
装置を提供する。【構成】長尺セラミック繊維に金属を複合してなるプ
リフォームワイヤ２を複数本束ね、このワイヤ束３をヒ
ータ４により所定の雰囲気温度に保持した恒温槽５を通
過させつつ、恒温槽５内のローラダイス６にて一体化せ
しめる繊維強化複合線の製造方法。上記ローラダイス６
をプリフォームワイヤ束３の通過方向に沿って複数配置
し、各段のローラダイス６によりプリフォームワイヤ束
３に徐々に絞りを加えて一体化させてもよい。上記恒温
槽５内にガス注入手段２２により不活性ガスを充満さ
せ、各プリフォームワイヤ２の表面の酸化を防止しつつ
これらを一体化させてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、 SiC等のセラミック繊
維束をAl等の金属で強化した繊維強化複合線の製造方法
および製造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、 SiC等のセラミック繊維束をAl等
の金属で強化した繊維強化複合線を、その軽量性を生か
して架空送電線の素線として利用しようとする試みがな
されている。図９に、繊維強化複合線を用いた架空送電
線用素線の構造を示す。図示するようにこの素線ａは、
炭化珪素等の長尺繊維ｂをアルミで複合したSiC/Al繊維
強化複合線ｃ部分と、その外周に被覆されたアルミ被覆
ｄ部分とから構成されている。図中、ｅは短繊維または
ウィスカ、ｆはAl又はAl合金である。

【０００３】かかる架空送電線用素線は、より線として
必要なプリフォーム性能（バラケないための塑性性能）
を確保する必要がある。そのため、中心部にプリフォー
ム性の小さいSiC/Al長尺複合線ｃを用いた場合、その外
周にプリフォーム性の大きいアルミｆを被覆しているの
である。ところで、曲げ特性の点から考えると、この外
周部のアルミ被覆ｄ部分は厚い方が望ましく、そのため
には中心部のSiC/Al繊維強化複合線ｃ部分の径は小さい
方が有利である。また、強度特性の点からは、SiC/Al繊
維強化複合線ｃ部分の繊維体積率（繊維体積／全体積）
が大きいものが好ましい。

【０００４】かかる中心複合線ｃ部分を製造方法として
は、φ0.5mm 程度のSiC/Alプリフォームワイヤを複数本
Al溶湯中に浸漬し、一体化せしめる方法が考えられる。
図１０は、SiC/Alプリフォームワイヤｇを７本および１
９本Al溶湯中に浸漬し、得られたサンプルの断面であ
る。図示するように各プリフォームワイヤｇ間の隙間に
はアルミｈが充填されることになる。図中、破線で示す
ｉは後に被覆されるAl又はAl合金である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の方法で
得られたSiC/Al繊維強化複合線ｊは、各プリフォームワ
イヤｇ間にアルミｈが存在することから、そのアルミｈ
が無駄体積となり全体の繊維体積率がプリフォームワイ
ヤｇ１本のものより低下してしまう。また、プリフォー
ムワイヤｇ自体は変形せずその隙間にアルミｈが付着す
るため、外径の縮径化も図れない。すなわち、小径化お
よび高繊維体積率化が困難であり、架空送電線用素線の
中心部分として満足する特性・形状が得られない。

【０００６】また、関連する技術として、特公平5-5385
0 号公報に「金属箔又は薄板と繊維を重ね合わせ、ホッ
トプレスにより高温で圧力を加えながら繊維とマトリク
スとを拡散結合させる方法」が記載されているが、この
方法は、短尺繊維を複合する場合には有効であるが、長
尺繊維（1000ｍ程度）を連続的に複合することは困難で
ある。また、特開平2-181303号公報に「アルミ溶湯中に
短繊維分散材を添加し、溶湯を連続的に複合線として鋳
造圧延する方法」が記載されているが、短繊維分散材の
代わりにセラミック長尺繊維を複合すると、繊維がほと
んど伸びないという特性から、現実にはインゴットの圧
延心線が不可能となる。また、特公平4-44366 号公報、
特公平5-33291 号公報等が知られている。

【０００７】以上の課題を解決すべく創案された本発明
の目的は、外径を縮小できると共に繊維体積率を増加さ
せることができる繊維強化複合線の製造方法および製造
装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく第
１の発明は、長尺セラミック繊維に金属を複合してなる
プリフォームワイヤを複数本束ね、このワイヤ束をヒー
タにより所定の雰囲気温度に保持した恒温槽内を通過さ
せつつ、槽内のローラダイス又は圧延ロールにて一体化
せしめる繊維強化複合線の製造方法である。

【０００９】また、上記ローラダイス又は圧延ロールを
プリフォームワイヤ束の通過方向に沿って複数配置し、
各段によってワイヤ束に徐々に絞りを加えて一体化させ
るようにしてもよい。

【００１０】また、上記恒温槽内に不活性ガスを充満さ
せ、各プリフォームワイヤの表面の酸化を防止しつつこ
れらを一体化させるようにしてもよい。

【００１１】第２の発明は、長尺セラミック繊維に金属
を複合してなるプリフォームワイヤが複数本束ねられて
導入される恒温槽と、該恒温槽内に設けられ上記プリフ
ォームワイヤの束を挟んで一体化させるローラダイス又
は圧延ロールと、上記恒温槽内を不活性ガス雰囲気にす
るガス注入手段とからなる繊維強化複合線の製造装置で
ある。

【００１２】

【作用】第１の発明によれば、複数本束ねられたプリフ
ォームワイヤ（長尺セラミック繊維に金属を複合したも
の）は、恒温槽にて所定の温度に熱せられ金属が変形し
易くなった状態で、ローラダイス又は圧延ロールにて一
体化される。このように、各プリフォームワイヤ自体が
変形して一体化するので、従来避け得なかった無駄体積
がなくなり、外径の縮小化および繊維体積率の向上を図
ることができる。

【００１３】また、ローラダイス又は圧延ロールをプリ
フォームワイヤの通過方向に沿って複数配置し、束ねら
れた複数本のプリフォームワイヤを各段のローラダイス
等により徐々に絞りを加えて一体化させれば、長尺セラ
ミック繊維を含むため極めて伸びの小さいプリフォーム
ワイヤに断線等が生じることがない。即ち、ワイヤ束は
長尺セラミック繊維が均一に分散した状態で健全に所定
の直径まで絞られる。

【００１４】また、恒温槽内に不活性ガスを充満させ、
各プリフォームワイヤの表面の酸化を防止しつつこれら
を一体化させれば、各プリフォームワイヤ同志が結合し
やすくなり、無理なく一体化される。

【００１５】第２の発明によれば、プリフォームワイヤ
の束は、恒温槽内において所定の温度に加熱されて金属
が変形し易くなった状態で、ローラダイス又は圧延ロー
ルによって一体化される。また、このとき恒温槽内には
ガス注入手段により不活性ガスが充満されているので、
各プリフォームワイヤの表面の酸化が防止され、ワイヤ
同志が結合しやすくなる。

【００１６】

【実施例】本発明の一実施例を添付図面に基づいて説明
する。

【００１７】図１にSiC/Al繊維強化複合線の製造装置の
概要を示す。図示するように、送出ボビン１に巻かれた
SiC/Alプリフォームワイヤ２が複数本束ねられ、ワイヤ
束３となってヒータ４により所定の温度に保たれた恒温
槽５に導かれ、恒温槽５内に多段に設けられたローラダ
イス６で徐々に絞られて一体化されてSiC/Al繊維強化複
合線７になった後、巻取ボビン８に巻取られるようにな
っている。

【００１８】各SiC/Alプリフォームワイヤ２は、長尺
(1000ｍ程度) の炭化珪素繊維束(SiC繊維束) をアルミ
で複合化して製造される。また、各送出ボビン１は所定
の抵抗をもって自由回転し、巻取ボビン８は巻取速度一
定で回転するようになっている。この構成によれば、送
出ボビン１に巻き付けられたSiC/Alプリフォームワイヤ
２は、巻取ボビン８の回転によって所定の張力で引き出
され、恒温槽５を一定時間通過して巻取ボビン８に巻き
換えられる。

【００１９】恒温槽５は、内殻９と外殻１０とからなる
二重殻構造になっており、内部の保温性能を高めてい
る。恒温槽５の一端にはSiC/Alプリフォームワイヤ２を
導入するための導入口１１が設けられており、他端には
一体化された複合線７が排出される排出口１２が設けら
れている。導入口１１には、各SiC/Alプリフォームワイ
ヤ２を一体化すべく集合させる集合孔１３が穿たれたプ
レート１４が設けられている。集合孔１３の直径は導入
口１１の直径よりも小さい。図中、送出ボビン１は３個
しか表されていないが、実際には十数個〜数十個程度設
けられており、十数本〜数十本のSiC/Alプリフォームワ
イヤ２が集合されるようになっている。

【００２０】恒温槽５の内部には、導入口１１から排出
口１２に沿って、ワイヤ束３を上下から挟むローラダイ
ス６が所定の間隔を隔てて多段に設けられている。ロー
ラダイス６は、図４に示すように半円状の溝１５を有す
る２個のローラ１６をその溝１５が向き合うように配置
した所謂２方向ローラとなっており、各ローラ１６がそ
れぞれ自由回転するように支持されている。かかる２方
向ローラダイス６に挟まれた十数本のSiC/Alプリフォー
ムワイヤ２の様子を図６に示す。なお、図１ではすべて
のローラ１６を上下に配置した例を示したが、これに限
らず各段のローラ１６を上下、左右と交互に配置しても
よい。これによりワイヤ束３を一体化させる際の真円度
が高まる。

【００２１】上記ローラダイス６は、図２に示すように
各段のローラ１６の上下の隙間１７がワイヤ束３の送り
方向に沿って徐々に狭くされており、プリフォームワイ
ヤ束３を徐々に圧延して一体化するようになっている。
SiC/Alプリフォームワイヤ２は、その長手方向に極めて
伸びの小さい長尺SiC 繊維を有しているため、一気に圧
延すると繊維の断線等が予想されるためである。なお、
上下のローラ１６の隙間１７を狭くする代わりに、各段
のローラダイス６の溝１５の直径をワイヤ束３の送り方
向に沿って徐々に縮径化してもよい。

【００２２】また、自由回転するローラダイス６の代わ
りに、積極的にワイヤ束３を送り出すように回転する圧
延ロール１８を用いてもよい。圧延ロール１８は、図５
に示すように各ロール１９の回転軸２０に駆動用プーリ
２１が設けられており、この駆動用プーリ２１がモータ
やベルト等により回転駆動されて、SiC/Alプリフォーム
ワイヤ束３を積極的に引き込んで送り出すように回転す
るものである。かかる圧延ロール１８の場合には、各段
のロール１９の回転速度を同一にし、ワイヤ束３の弛み
を防止する。なお、送り方向後方側のロール１８の回転
速度を前方側のものより極僅か速めにして、各段ロール
１８間のワイヤ束３に極微小の張力を加えるようにして
もよい。

【００２３】また、これらローラダイス６および圧延ロ
ール１８は、図２や図６に示す２方向のものに限られ
ず、図７に示す３方向のものや図８に示す４方向のもの
であってもよい。これら多方向のローラによれば各ロー
ラ１６間の隙間を狭くできるので、２方向のものよりも
ワイヤ束３を一体化させる際の真円度を高められる。

【００２４】ところで、上述のようにローラダイス６
（圧延ロール１８）を用いてSiC/Alプリフォームワイヤ
束３を一体化させるためには、SiC/Alプリフォームワイ
ヤ束３を加熱してそのアルミを柔らかく反応しやすい状
態にすることが得策である。そこで、恒温槽５の内殻９
と外殻１０との間に、槽５内部を一定の温度に加熱保温
するためのヒータ４を設けている。ヒータ４には高周波
コイルが用いられている。

【００２５】このヒータ４により、恒温槽５内のSiC/Al
プリフォームワイヤ束３を加熱するのであるが、個々の
SiC/Alプリフォームワイヤ２は SiC繊維を含んでいるた
め、温度が余りに高いとAlとSiC との間で反応が生じて
ワイヤ２が劣化することがあり、闇雲に高温にすること
はできない。この点を考慮して、この装置では恒温槽５
内の温度を、Alの融点 660℃より 150〜250 ℃低い 510
〜410 ℃の温度に設定している。

【００２６】また、本実施例では、恒温槽５内にアルゴ
ン(Ar)や窒素(N₂) 等の不活性ガスを充満させ、恒温槽
５内の各SiC/Alプリフォームワイヤ２表面の酸化を抑制
し、各ワイヤ２の結合を促すようにしている。つまり、
恒温槽５には、槽５内にAr等の不活性ガスを注入するた
めのガス注入手段２２が接続されている。ガス注入手段
２２は、恒温槽５の内外を連通するガス注入通路２３
と、このガス注入通路２３に接続された図示しないAr等
のガスボンベとから構成されている。

【００２７】以上の構成からなる製造装置を用いて、Si
C/Al繊維強化複合線の製造方法を説明する。

【００２８】まず、図１に示す恒温槽５のヒータ４を作
動させて槽５内を所定の温度にすると共に、ガス注入手
段２２により槽５内をAr等の不活性ガスで充満させる。
そして、巻取ボビン８を一定の巻取速度で回転させる。

【００２９】すると、送出ボビン１に巻き付けられた各
SiC/Alプリフォームワイヤ２が一定の速度で繰り出さ
れ、集合孔１３にて集合されてワイヤ束３となって恒温
槽５内の導かれる。恒温槽５内のSiC/Alプリフォームワ
イヤ束３は、ヒータ４により所定の温度に加熱され、そ
のアルミが柔らかく反応しやすい状態となる。そして、
その状態で図２に示すようにローラダイス６（又は圧延
ロール１８）にて圧延されて一体化され、所望する直径
のSiC/Al繊維強化複合線７となって巻取ボビン８に巻き
取られる。

【００３０】ここで、本実施例では、ローラダイス６等
をワイヤ束３の通過方向に沿って複数配置し、図２に示
すように束ねられた複数本のプリフォームワイヤ２を各
段のローラダイス６により徐々に絞りを加えているの
で、長尺セラミック繊維を含むため極めて伸びの小さい
SiC/Alプリフォームワイヤ２であっても断線等が生じな
い。よって、各SiC/Alプリフォームワイヤ束３は健全に
所定の直径まで絞られ、図２(c) および図３に示すよう
に繊維が均一に分散化したSiC/Al繊維強化複合線７とな
って一体化される。

【００３１】このように、各SiC/Alプリフォームワイヤ
２自体が変形して一体化するので、従来避け得なかった
無駄体積がなくなり、外径の縮小化および繊維体積率の
向上を図ることができる。すなわち、この製造方法で得
られたSiC/Al繊維強化複合線７の直径は、図１０に示す
従来の製造方法で作られたものより無駄体積（各プリフ
ォームワイヤの隙間に入り込んだアルミの体積）がなく
なる分だけ小径になる。また、繊維体積率についても、
無駄体積部分に余分なアルミが入り込むことがない分だ
け向上する。つまり、この製造方法で得られたSiC/Al繊
維強化複合線７の繊維体積率は、素材であるSiC/Alプリ
フォームワイヤ２の繊維体積率と同一となる。

【００３２】また、巻取ボビン８はその巻取径の大小に
拘らず一定の速度でSiC/Al繊維強化複合線７を巻取るの
で、SiC/Alプリフォームワイヤ束３が恒温槽を通過する
時間は常に一定となる。よって、得られるSiC/Al繊維強
化複合線７の品質が安定する。

【００３３】また、恒温槽５内が不活性ガスで充満され
ているので、各プリフォームワイヤ２の表面の酸化が防
止される。よって、一体化の際に各プリフォームワイヤ
２同志が結合しやすくなり、無理なく一体化される。

【００３４】さらに、送出ボビンから解舒されたSiC/Al
プリフォームワイヤ２を恒温槽５内に挿入する前工程に
おいて、各ワイヤ２を苛性ソーダ（水酸化ナトリウム）
で処理し、ワイヤ表面を活性化した後に挿入するように
してもよい。これにより、各ワイヤ２は、不活性ガスに
よる酸化防止と相俟って、恒温槽５内にて極めて結合し
やすくなる。

【００３５】このようにして得られたSiC/Al繊維強化複
合線７は、図３に破線で示すようにその外周にアルミ２
４が被覆され、架空送電線の素線として用いられる。こ
の架空送電線用の素線は、施工上の事情からより線とし
てある程度のプレフォーム性能（バラけないための塑性
性能）が要求されると共に、強度上の事情から所定の引
張強度が要求される。

【００３６】この要求を満たすためには、素線の中心部
のSiC/Al繊維強化複合線７の直径２５を小さくして被覆
部分であるアルミ層２６を厚くすると共に、SiC/Al繊維
強化複合線７の繊維体積率を大きくする必要があるが、
本製造方法より得られたSiC/Al繊維強化複合線７は、前
述のように無駄体積のない分だけ小径化・高繊維体積率
化を図ることができ、さらに繊維が均一に分散化するの
で、極めて好適な素材となる。よって、本素材を用いれ
ば、所望の繊維体積率およびアルミ被覆厚を有する架空
送電線用素線の製造が可能となる。

【００３７】また、本製造方法により得られたSiC/Al繊
維強化複合線７は、ロール成形によって外径の均一化が
図られているので、その外周にアルミ２４を被覆する工
程が容易になる。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、プ
リフォームワイヤ束をローラダイス等により圧延成形し
て一体化しているので、単一のプリフォームワイヤと同
値の繊維体積率を有すると共に、各ワイヤ間に空隙のな
い小径化された繊維強化複合線を製造できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す繊維強化複合線の製造
方法および製造装置を表す概略図である。

【図２】プリフォームワイヤ束の変形・一体化の様子を
示す図である。

【図３】得られた繊維強化複合線の断面図であり、破線
はその外周に被覆されるアルミ層を示す。

【図４】ローラダイスの斜視図である。

【図５】圧延ロールの斜視図である。

【図６】２方向ローラの説明図である。

【図７】３方向ローラの説明図である。

【図８】４方向ローラの説明図である。

【図９】中心部に繊維強化複合線を有する架空送電線用
素線の説明図であり、(a) は断面図、(b) は部分破断側
面図である。

【図１０】従来の製造方法で製造された繊維強化複合線
の断面図であり、破線はその外周に被覆されるアルミ層
を示す。

【符号の説明】

２プリフォームワイヤ３プリフォームワイヤ束４ヒータ５恒温槽６ローラダイス７繊維強化複合線１８圧延ローラ２２ガス注入手段

フロントページの続き (72)発明者黒田洋光茨城県日立市日高町５丁目１番１号日立電線株式会社パワーシステム研究所内 (72)発明者長野宏治茨城県日立市日高町５丁目１番１号日立電線株式会社パワーシステム研究所内 (72)発明者菅伸明茨城県日立市川尻町４丁目10番１号日立電線株式会社豊浦工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】長尺セラミック繊維に金属を複合してな
るプリフォームワイヤを複数本束ね、このワイヤ束をヒ
ータにより所定の雰囲気温度に保持した恒温槽内を通過
させつつ、槽内のローラダイス又は圧延ロールにて一体
化せしめる繊維強化複合線の製造方法。
【請求項２】上記ローラダイス又は圧延ロールをプリ
フォームワイヤ束の通過方向に沿って複数配置し、各段
によってワイヤ束に徐々に絞りを加えて一体化させるよ
うにした請求項１記載の繊維強化複合線の製造方法。
【請求項３】上記恒温槽内に不活性ガスを充満させ、
各プリフォームワイヤの表面の酸化を防止しつつこれら
を一体化させるようにした請求項１記載の繊維強化複合
線の製造方法。
【請求項４】長尺セラミック繊維に金属を複合してな
るプリフォームワイヤが複数本束ねられて導入される恒
温槽と、該恒温槽内に設けられ上記プリフォームワイヤ
の束を挟んで一体化させるローラダイス又は圧延ロール
と、上記恒温槽内を不活性ガス雰囲気にするガス注入手
段とからなる繊維強化複合線の製造装置。