JPH09198923A - 繊維強化複合素線及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明の課題は応力分担が均一で撚り合わせ
たときにニッキングが少ない断面扇形をした繊維強化複
合素線を連続的かつ安定に製造することにある。 【解決手段】 上記課題を解決するために本発明は、断
面略扇形状をしたアルミニウムまたはアルミニウム合金
層２内に、炭化珪素（ＳｉＣ）繊維で強化した複数のＳ
ｉＣ／Ａｌプリフォームワイヤ３を略等間隔に配列す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、架空送電線の撚り
合せ構成部材として用いられる繊維強化複合素線及びそ
の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の架空送電線は、複数本の鋼素線か
らなる鋼心の周囲に、複数本のアルミニウムまたはアル
ミニウム合金素線を撚り合わせてなるＡＣＳＲ（鋼心ア
ルミ撚り線）が用いられていたが、近年では、電線の軽
量化及び同一弛度における通電容量の増大化等を目的と
して、このような金属単体からなる素線に代わり、図６
に示すような繊維強化を複合した繊維強化複合素線ｂか
らなる架空送電線ａが検討されるようになってきてい
る。

【０００３】この繊維強化複合素線ｂは金属マトリック
ス中に、ウィスカー、セラミック繊維、カーボン繊維、
炭化珪素繊維（ＳｉＣ）等の繊維を複合したものであ
り、その製造方法としては、特開平２−１８１３０３号
公報に示すように、アルミニウム溶湯中に短繊維分散材
を鋳造間際の位置で添加し、溶湯を連続的に複合線とし
て鋳造圧延する方法、金属箔あるいは薄板に繊維を重ね
合わせていき、ホットプレスにより高温で圧力を加えな
がら、繊維とマトリックスを拡散結合させていく方法、
整列した繊維束の間に溶融金属を浸透させ、高圧で鋳造
する方法、繊維束を金属溶湯中に通して連続的に引き上
げ、あるいは引き降ろして複合する方法、特開平６−１
５８１９７号公報に示すように、複数束の長繊維束を溶
融金属中に浸漬し、長繊維束中に溶融金属を含浸させる
方法、特開平４−２２０３９０号公報に示すように、長
尺繊維とアルミニウムまたはアルミニウム合金とからな
るプリフォームワイヤ１本または複数本を芯線として、
これをアルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯中に
連続的に通して複合素線を製造する方法等が提案されて
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
架空送電線を構成する繊維強化複合素線ｂのうち、図５
に示すように、その表層部に撚られる素線ｃとしては、
電線ａの表面を面一にして芯線部の腐食や風雪害等を低
減すべく、断面略扇形に成形したものを用いることが考
えられる。

【０００５】しかしながら、このような断面略扇形に成
形した素線ｃ（繊維強化複合素線）を上述したような従
来方法で連続的かつ安定に製造するのは困難である上
に、充分な強度が得られ難いといった問題点がある。

【０００６】すなわち、特開平２−１８１３０３号公報
に示すような連続鋳造法は、鋳造したインゴットを圧延
・伸線することにより、断面扇形の複合素線を得ること
は可能であるが、短繊維は長尺繊維より強度的に低く、
そのため、長尺繊維を複合すると、繊維が殆ど延びず、
圧延、伸線が極めて困難であるといった問題点がある。
また、ホットプレスを用いた拡散結合法、あるいは高圧
鋳造法は、短尺あるいは短繊維を複合する場合には有効
であるが、同様に長尺繊維（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６−１５８
１９７号公報に示すような繊維束を溶湯中に通して連続
的に複合させる溶融浸透法の場合、繊維のフィラメント
数（一束の繊維数）が限定されていることや、製造法の
理由から得られる素線径が小さく（φ０．５ｍｍ程
度）、かつ一定の構造のものしか得られない。さらに、
特開平４−２２０３９０号公報に示すような方法では、
アルミニウム溶湯上部のダイス部において、プリフォー
ムワイヤの断線が生じたりして連続的かつ安定な素線製
造を行うことが困難な上に、ニッキングにより強度特性
が計算値より低くなってしまう等の不都合がある。

【０００７】そこで、本発明はこのような課題を有効に
解決するために案出されたものであり、その目的は、応
力分担が均一で撚り合わせたときにニッキングが少ない
断面扇形をした繊維強化複合素線、及びこれを連続的か
つ安定に製造することができる製造方法を提供すること
にある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に第一の発明は、断面略扇形状をしたアルミニウムまた
はアルミニウム合金層内に、炭化珪素（ＳｉＣ）繊維で
強化した複数のＳｉＣ／Ａｌプリフォームワイヤが略等
間隔に配列しているものである。

【０００９】このような構成をした繊維強化複合素線
は、素線内部の応力分担が均一であり、また断面略扇形
とすることにより、これを撚り合わせて架空送電線を形
成したとき内層でのニッキングが減少する。即ち、複数
本の複合素線を撚り合わせることによって内層及び外層
を有する撚線を作る場合、内層の複合素線と外層の複合
素線との接触は交差位置のみでの点接触となる。この接
触部において複合素線が多少変形する。この変形量がニ
ッキング量である。複合素線か異形線であれば、前記接
触部が面接触となるので、ニッキングによる複合素線の
変形が著しく減少する。この結果、複合素線のニッキン
グに起因する架空送電線の強度低下を改善することがで
きる。

【００１０】また、断面が台形などの異形線とした場
合、これを撚り合わせて架空送電線を形成したとき、従
来技術による同じ断面積の架空送電線に比べて外径が小
さくできる。

【００１１】また、第二の発明はこのような繊維強化複
合素線を得るために、炭化珪素（ＳｉＣ）繊維で強化し
た複数のＳｉＣ／Ａｌプリフォームワイヤを断面略扇形
に配列しながら、アルミニウムまたはアルミニウム合金
の溶湯中を連続的に通過させてその周囲に溶湯を付着さ
せて一体化した後、これらＳｉＣ／Ａｌプリフォームワ
イヤを断面扇形の通過孔が形成されたダイスを纏めて通
過させてその周囲に形成されたアルミニウムまたはアル
ミニウム合金層を断面扇形に成形するようにしたもので
ある。

【００１２】このような製造方法を用いることによっ
て、上述したような強度特性に優れた繊維強化複合素線
を連続的にかつ安定に製造することが可能となる。

【００１３】

【発明の実施の形態】次に、本発明の好適一実施の形態
を添付図面を参照しながら詳述する。

【００１４】図１は本発明に係る繊維強化複合素線１の
一形態を示す斜視図、図２はその断面図である。図示す
るように、この繊維強化複合素線１は断面略扇形に形成
された線状のアルミニウムまたはアルミニウム合金層２
内に、その長さ方向に沿って７本のプリフォームワイヤ
３…が略等間隔に配列されて一体的に収容されて構成さ
れており、図５に示すような電線ａの最外周に撚り合わ
される複合素線ｂとして用いられるようになっている。

【００１５】このプリフォームワイヤ３は、図２に示す
ように断面円形に形成されたアルミニウムまたはアルミ
ニウム合金母材内に、炭化珪素（ＳｉＣ）からなる複数
の長尺繊維束４を一体的に収容したものであり、複合素
線１の張力を受けるテンションメンバーとしての働きを
成すようになっている。

【００１６】従って、この強化繊維複合素線１はテンシ
ョンメンバーとしての働きを成すプリフォームワイヤ３
が母材内に略等間隔に配列されていることから、断面扇
形状をしているので撚り合わせたときのニッキングが少
なくなり、図５に示すような架空送電線ａの複合素線ｂ
として優れた強度特性を発揮することになる。

【００１７】次に、この強化繊維複合素線１の製造方法
を説明する。

【００１８】先ず、図３に示すように、ヒータ６によっ
て溶融されたアルミニウムまたはアルミニウム合金溶湯
Ａを収容するルツボ５の下部にプリフォームワイヤ３を
繰り出すペイオフ装置９を位置させると共に、ルツボ５
の上部にガイドローラ１０を介してプリフォームワイヤ
３を巻き付けローラ１１に巻き付けるようにしている。
さらに、このルツボ５の底部に貫通孔１２を形成し、こ
の貫通孔１２にニップル８を取り付けると共に、このニ
ップル８に対応してルツボ５の上部にダイス７を取り付
ける。

【００１９】このニップル８は図４（ａ）に示すよう
に、耐熱性円板部材８ｂに、上記プリフォームワイヤ３
の外径よりやや径大な７個の通過孔８ａ、…を全体が略
扇形になるように穿孔させたものであり、これら各通過
孔８ａに、ペイオフ装置９に巻き付けられている上記プ
リフォームワイヤ３をそれぞれ通過させることで、これ
らプリフォームワイヤ３を略扇形に配列させながらルツ
ボ５底部からその内部に案内するようになっている。一
方、ダイス７は、図４（ｂ）に示すように、上記ニップ
ル８の数分の一程度の直径を有する耐熱性円板部材７ｂ
に、ニップル８に形成された各通過孔８ａ間を接続して
形成される扇形を相似形に縮小させた状態の扇形の貫通
孔７ａが形成されており、ルツボ５内を上昇してきた７
本のプリフォームワイヤ３を断面略扇形に集合させつつ
ルツボ５の上方に設けられたガイドローラ１０側に送る
ようになっている。尚、このニップル８側に形成される
扇形と、ダイス４側に形成される扇形の大きさが異なる
のは各プリフォームワイヤ３へ金属溶湯が均一に付着し
易くするためである。

【００２０】次に、このように構成した後、これら７本
のプリフォームワイヤ３の先端部を巻付けローラ１１に
巻き付けてこれを駆動すると、これらプリフォームワイ
ヤ３がペイオフ装置９から順次、繰り出され、ニップル
８の各通過孔８ａを通過することによって略扇形に整列
されながらルツボ５内を上昇移動することになる。そし
て、この際に、各プリフォームワイヤ３の温度が溶湯Ａ
の温度より低いことから、プリフォームワイヤ３に接触
したルツボ５内のアルミニウムまたはアルミニウム合金
溶湯Ａが冷却凝固し始めて各プリフォームワイヤ３の周
囲に付着し、この付着したアルミニウムまたはアルミニ
ウム合金がプリフォームワイヤ３の移動に伴ってダイス
７側に移動し、ここで同じく他のプリフォームワイヤ３
に付着しているアルミニウムまたはアルミニウム合金と
合流した後、ダイス７の貫通孔７ｂを通過する際に余分
なアルミニウムまたはアルミニウム合金が絞られて、図
１及び図２に示すように、各プリフォームワイヤ３を拘
束すべく断面略扇形のアルミニウムまたはアルミニウム
合金層２が形成される。そして、さらに、順次、巻付け
ローラ１１を駆動することで、ペイオフ装置９に巻き付
けられているプリフォームワイヤ３と略同じ長さの繊維
強化複合素線１が連続して得られることになる。

【００２１】このように本発明方法は複数のプリフォー
ムワイヤを断面略扇形に配置しながら金属溶湯中を通過
させた後、これに付着した金属をダイスで同じく断面略
扇形に成形するようにしたことから、応力分担が均一で
撚り合わせたときにニッキングが少ない繊維強化複合素
線１を連続的にかつ安定的に製造することができる。
尚、本形態ではプリフォームワイヤ３を７本、扇形に配
列するような場合で説明したが、勿論本発明はこれに限
定されるものではなく、その数は所望する複合素線の大
きさやプリフォームワイヤ自体の径の大きさなどによっ
て適宜調整するようにすることはいうまでもない。すな
わち、このプリフォームワイヤの数を増やすことによっ
て従来法では困難であった径太な複合素線も容易に得る
ことができる。またこの場合、ニップル８に形成される
通過孔の数、径の大きさ、配置間隔及びダイスの大きさ
等も同様に所望とする複合素線に応じて適宜変化させる
ことは勿論である。

【００２２】

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、応力分担
が均一で撚り合わせたときにニッキングが少ない強度的
に優れた構造の断面扇形をした繊維強化複合素線を連続
的にかつ安定的に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る繊維強化複合素線の一形態を示す
部分斜視図である。

【図２】本発明に係る繊維強化複合素線の一形態を示す
拡大横断面図である。

【図３】本発明に係る繊維強化複合素線の製造装置及び
方法の一形態を示す構成図である。

【図４】（ａ）は本発明方法に用いるニップルの一形態
を示す平面図である。（ｂ）は本発明方法に用いるダイ
スの一形態を示す平面図である。

【図５】扇形素線を用いた従来の架空送電線の一形態を
示す横断面図である。

【図６】従来の架空送電線の一形態を示す横断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 繊維強化複合素線 ２ アルミニウムまたはアルミニウム合金層 ３ ＳｉＣ／Ａｌプリフォームワイヤ ４ 炭化珪素繊維 ５ ルツボ ７ ダイス ８ ニップル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鷲見 亨 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 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

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 断面略扇形状をしたアルミニウムまたは
   アルミニウム合金層内に、炭化珪素（ＳｉＣ）繊維で強
   化した複数のＳｉＣ／Ａｌプリフォームワイヤが略等間
   隔に配列していることを特徴とする繊維強化複合素線。
2. 【請求項２】 上記請求項１記載の繊維強化複合素線の
   製造方法において、炭化珪素（ＳｉＣ）繊維で強化した
   複数のＳｉＣ／Ａｌプリフォームワイヤを断面略扇形に
   配列しながら、アルミニウムまたはアルミニウム合金の
   溶湯中を連続的に通過させてその周囲に溶湯を付着させ
   て一体化した後、これらＳｉＣ／Ａｌプリフォームワイ
   ヤを断面扇形の通過孔が形成されたダイスを纏めて通過
   させてその周囲に形成されたアルミニウムまたはアルミ
   ニウム合金層を断面扇形に成形するようにしたことを特
   徴とする繊維強化複合素線の製造方法。