ワイヤーケーブル押出機の仕組みと生産ラインに適したものを選択する方法

A ワイヤーケーブル押出機 熱可塑性または熱硬化性の絶縁材料を溶かし、正確な厚さと速度で導体 (ワイヤまたはケーブル) 上に継続的にコーティングすることで機能します。これはあらゆるケーブル製造施設の中核となる機器であり、製品の品質、生産効率、国際電気規格への準拠を決定します。このガイドでは、これらの機械がどのように動作するか、どのようなタイプが存在するか、主な仕様をどのように比較するか、生産ライン用に機械を選択する際に何に注意すべきかについて説明します。

ワイヤーケーブル押出機とは何ですか?

ワイヤケーブル押出機は、押出と呼ばれるプロセスを通じて、裸の導体上に絶縁ポリマーまたはジャケットポリマーの連続層を塗布する工業システムです。 導体（通常は銅またはアルミニウム）はクロスヘッドダイを通して供給され、同時に溶融プラスチックが圧力下でその周りに押し込まれ、ワイヤが出て水槽内で冷却されるときに均一なコーティングが形成されます。

このプロセスは、送電、通信、自動車、航空宇宙、家庭用電化製品などの業界で使用されるほぼすべての種類の絶縁ワイヤおよびケーブルの製造に使用されます。シングル ワイヤー押出ライン 導体サイズと絶縁体の厚さに応じて、1 時間あたり数百メートルから 1,500 メートルを超える完成ケーブルを生産できます。

ワイヤーケーブル押出機はどのように機能しますか?ステップバイステップ

ワイヤーケーブルの押出プロセスは直線的な一連のステージに従い、各ステージは押出ラインの専用セクションによって処理されます。 各段階を理解することは、生産量を最適化し、品質の問題を診断するために不可欠です。

ステージ 1: ペイオフ (ワイヤーフィード)

裸の導体はペイオフスプールから巻き戻され、制御された張力でラインに供給されます。 一貫した張力が重要です。5 ～ 10% を超える変動は絶縁コーティングに偏心を引き起こす可能性があります。最新のペイオフ ユニットのほとんどには、安定性を維持するためにダンサー アームまたは閉ループ張力制御システムが含まれています。

ステージ 2: 予熱

導体は、クロスヘッドに入る前に、表面温度を 60 ～ 150°C に上げる予熱器を通過します。 予熱には 2 つの目的があります。1 つは導体表面から水分を除去すること、もう 1 つは導体と絶縁材料の間の接着を改善することです。このステップを省略すると、完成品にボイドや層間剥離が発生する可能性があります。

ステージ 3: 押出機とクロスヘッド

押出機バレルは絶縁コンパウンドを溶かし、溶けたポリマーをクロスヘッドダイに押し込み、導体上に塗布します。 押出機のスクリューは通常 20 ～ 120 RPM の速度で回転し、熱 (摩擦による) と圧力 (通常はダイで 10 ～ 30 MPa) の両方を発生します。スクリューの L/D 比 (スクリューの長さと直径の比) は、混合と溶解の品質の重要な指標です。電線絶縁用途では 20:1 ～ 30:1 の比率が標準です。

ステージ 4: 冷却トラフ

クロスヘッドの直後、被覆ワイヤは通常長さ 5 ～ 15 メートルの水冷トラフに入り、絶縁体を急速に硬化させます。 水温は通常15〜30℃に保たれます。冷却が不十分だと表面欠陥が発生し、冷却速度が過剰だと厚い断熱壁に残留応力や収縮ボイドが発生する可能性があります。

ステージ 5: スパーク テスター (オンライン品質チェック)

最新のすべてのワイヤ ケーブル押出ラインには、絶縁ワイヤに高電圧電場 (通常 0.5 ～ 15 kV) を印加してピンホールや薄いスポットをリアルタイムで検出するインライン スパーク テスターが搭載されています。 欠陥が検出されると、テスターはアラームをトリガーして欠陥位置をマークし、オペレーターがそのセクションを隔離または再処理できるようにします。この手順は、安全性が重要な用途で使用されるケーブルには必須です。

ステージ 6: 直径ゲージと偏心測定

レーザーまたは光学式直径ゲージが絶縁ワイヤの外径を継続的に測定し、データを押出機の速度制御システムにフィードバックします。 偏心率 (絶縁体内の導体の中心からずれた位置) も監視されます。 IEC 60227 や UL 83 を含むほとんどの国際規格では、5% 未満の偏心値が要求されます。

ステージ 7: 搬出と引き取り

引き取りユニットは、絶縁壁の厚さを決定する正確に制御された速度でラインを通してワイヤを引っ張り、巻き取りユニットは完成したケーブルをスプールに巻き取ります。 押出速度と引き取り速度の比率は、指定された断熱材の厚さを達成するための主要な制御の 1 つです。巻き取りスプールのサイズは、小さなゲージのワイヤの場合は数キログラムから、電力ケーブルの場合は 2,000 kg 以上まで多岐にわたります。

ワイヤーケーブル押出機の種類

ワイヤーケーブル押出機は、主に押出機の構成と製造するように設計されたケーブルの種類によって分類されます。 用途に合わせて間違ったタイプを選択すると、製品の品質が低下し、材料が無駄になります。

単軸押出機ライン

単軸押出機は、ワイヤーおよびケーブルの製造で最も広く使用されている構成であり、世界中で導入されているラインの 70% 以上を占めています。 シンプルさ、出力速度、マテリアルの互換性のバランスが取れています。標準的なスクリュー直径の範囲は 30 mm ～ 150 mm で、生産量は材料に応じて 20 ～ 500 kg/h です。

タンデム押出ライン

タンデムラインでは 2 台の押出機を順番に使用し、異なる材料の 2 層を 1 回のパスで導体に適用できます。 これは、一次絶縁層と外側ジャケットの両方を必要とするケーブル、たとえば、PVC 絶縁、PVC ジャケット付き電力ケーブル (NYY または VVF タイプ) に一般的に使用されます。タンデムラインは、2 つの別々のラインにケーブルを通す場合と比較して、取り扱い手順を減らし、同心度を向上させます。

共押出ライン

共押出では、複数の材料入力を備えた単一のクロスヘッドを使用して、2 つ以上の層を同時に塗布し、界面で結合させます。 この技術は、XLPE 絶縁中電圧ケーブル、同軸ケーブル用の発泡外皮絶縁、二層耐火ケーブルなどの特殊なケーブルに使用されます。共押出には、より厳密なプロセス制御が必要ですが、優れた層接着力が得られます。

高速細線押出ライン

直径 0.5 mm 未満の導体用に設計された細線は、500 ～ 2,000 m/min の引取り速度で動作し、内径が 0.3 mm という小さな精密クロスヘッドを必要とします。 巻線、通信線、自動車用ハーネス線などに使用されます。このような速度での直径の変動を防ぐには、ダイ全体の温度均一性をプラスまたはマイナス 1°C 以内に保つ必要があります。

ワイヤーケーブル押出機のタイプの比較

表 1: ライン速度、層能力、用途、および相対的な資本コストによるワイヤ ケーブル押出機の構成の比較。

ワイヤーケーブル押出機の主要コンポーネント

ケーブル押出ラインの全体的なパフォーマンスは、個々のコンポーネントの品質と互換性によって決まります。 以下は、出力品質に最も直接的に影響を与える重要なコンポーネントです。

押出機のスクリューとバレル

スクリューは機械の心臓部であり、その形状によってポリマーがどの程度徹底的に溶解、混合、加圧されるかが決まります。 ネジは特定の材料ファミリー向けに設計されています。PVC 用に最適化されたネジは、XLPE または LSZH (低煙ゼロハロゲン) 化合物では性能が劣ります。バレルは通常、窒化鋼またはバイメタルであり、バイメタルのバージョンでは、LSZH やフッ素ポリマーなどの研磨性または腐食性の材料を処理する場合に 3 ～ 5 倍長い耐用年数が得られます。

クロスヘッドダイ

クロスヘッド ダイは、導体と溶融絶縁体の両方を同時に通過させて、コーティングされた製品を形成するツールです。 ダイの設計 (圧力とチューブ ツール) は、絶縁体が圧力下で適用されるか (接着性が向上)、ワイヤの周囲にチューブ内で適用されるか (PTFE などの特定の絶縁タイプの場合に優れています) に影響します。許容可能な偏心値を達成するには、クロスヘッドの位置合わせが 0.05 mm 以内の精度である必要があります。

温度制御ゾーン

最新のワイヤーケーブル押出機には、フィードスロートからダイチップまで、個別に制御される加熱ゾーンが 4 ～ 10 個あります。 熱に弱い材料を処理するには、ゾーンごとの正確な温度プロファイリングが不可欠です。 PVC は通常 160 ～ 200°C で処理されます。 XLPE、200 ～ 240℃。 PTFE、330 ～ 380°C。プラスまたはマイナス 1°C の精度を備えた PID (比例-積分-微分) コントローラーは業界標準です。

駆動方式

スクリュー駆動システム (通常、ギアボックスに接続された可変周波数 AC ドライブ (VFD) または DC ドライブ) は、全動作速度範囲にわたって一貫したトルクを提供する必要があります。 最新のサーボ駆動の引き取りユニットは、ライン速度の精度をプラスまたはマイナス 0.1% 以内に維持できます。これは、細いゲージのワイヤの絶縁壁の厚さの一貫性をプラスまたはマイナス 0.01 mm 以内に直接変換します。

ワイヤーケーブル押出機で加工できる絶縁材料はどれですか?

適切に構成されたワイヤーケーブル押出機は、ケーブル業界で使用されるあらゆる種類の熱可塑性および架橋性絶縁コンパウンドを加工できます。 材料の選択により、機械構成と動作パラメータの両方が決まります。

表 2: ワイヤケーブル押出機で加工される一般的な絶縁材料と、加工温度、特性、および特別な要件。

適切なワイヤーケーブル押出機の選び方

適切なワイヤケーブル押出機を選択するには、導体のサイズ範囲、ターゲット材料、必要な出力速度、品質基準を明確に定義することから始まります。 以下の要素が意思決定プロセスの指針となります。

1. 導体のサイズ範囲を定義する

押出機のスクリューの直径とクロスヘッドの内径は、使用する予定の導体サイズの範囲に適合する必要があります。 一般的なガイドラインとして、45 mm 押出機は 0.5 ～ 6 mm2 の導体に適しています。 1.5 ～ 50 mm2 の場合は 60 ～ 90 mm の押出機。 50 mm2 を超える大型電力ケーブル用の 120 mm 押出機。小さな導体を特大の押出機で稼働させると、材料の滞留時間が長くなり、熱劣化のリスクが高まります。

2. 機械を主な断熱材に適合させる

単一の材料 (たとえば、PVC 建築用ワイヤー) に焦点を当てて生産する場合は、耐食性バレルを備えた標準的な 1 つのスクリュー ラインで十分です。 LSZH や XLPE などの複数の材料を処理する必要がある場合は、バイメタル バレル、高トルク ドライブ (LSZH の高粘度に対応するため)、および完全に分解せずに工具の交換に対応できるモジュラー クロスヘッドを指定します。

3. 制御システムの評価

タッチスクリーン HMI (ヒューマン マシン インターフェイス) を備えた最新の PLC ベースの制御システムにより、セットアップ時間とオペレータ エラーが大幅に削減されます。 各製品の生産レシピ (導体タイプ、材料、速度プロファイル、温度プロファイル) を保存および呼び出しできるシステムを探してください。これにより、かつては 60 ～ 90 分かかっていたライン切り替えが 15 ～ 20 分に短縮されます。レーザーゲージが引き取りドライブにフィードバックする閉ループ直径制御は、現在すべての高品質機械に標準装備されており、手動制御と比較して材料の無駄を 8 ～ 15% 削減します。

4. 冷却システムの能力を評価する

冷却トラフの長さは、ライン速度と絶縁壁の厚さに一致させる必要があります。ケーブルの冷却が不十分だと、下流の品質障害が発生します。 業界で使用されている簡単な公式は、断熱壁の厚さ 1 mm ごとに、ライン速度 10 m/min あたり約 1 メートルの冷却トラフの長さが必要であるということです。高速細線の場合は、加圧水冷または空気冷却システムが必要になる場合があります。

5. コンプライアンスと安全基準を確認する

産業用に供給されるワイヤーケーブル押出機は、該当する機械安全指令に準拠し、CE マーキング (EU 準拠が必要な市場向け) または同等のものを付ける必要があります。 電気キャビネットは IEC 60204-1 規格に従って構築される必要があります。ケーブル製品自体の場合、機械の測定および制御システムは、対象市場に応じて、関連する製品規格 (IEC 60227、IEC 60228、UL 83、または GB/T 規格) を満たすことができる必要があります。

ワイヤーケーブル押し出し成形における一般的な問題とその解決方法

ケーブル押し出し加工における品質欠陥のほとんどは、温度不正確、速度の不一致、工具の摩耗、材料の汚染、機械的不安定性の 5 つの根本原因のいずれかに起因します。

• 高い偏心率: 通常、クロスヘッド ツールの位置のずれ、導体の張力の不均一、またはセンタリング ブッシュの磨耗が原因で発生します。センタリングゲージを使用してツールの位置を確認し、張力制御を再調整します。
• 直径のバリエーション: ほとんどの場合、不安定な引き取り速度または変動する溶融圧力が原因で発生します。閉ループ直径制御を有効にし、ホッパーでの材料供給の不一致をチェックします。
• 表面の粗さまたはサメ肌: 過剰なせん断速度または計量ゾーンでの不十分なバレル温度によるメルトフラクチャーを示します。スクリュー速度を下げるか、ゾーン温度を 5 ～ 10°C 上げます。
• 断熱材内の空隙または気泡: 通常、コンパウンド内の水分、不十分な予備乾燥、またはスクリュー供給ゾーンでの空気の閉じ込めが原因で発生します。加工前にコンパウンドが水分含量 0.05% 未満になるまで乾燥していることを確認してください。
• スパークテスターの故障: 汚染、充填不足の絶縁体、またはダイの損傷によるピンホールを示します。拡大してツールを検査し、入ってくる化合物を 80 ～ 150 メッシュのスクリーンパックで濾過します。

よくある質問: ワイヤーケーブル押出機

Q: ワイヤー押出機とケーブル押出機の違いは何ですか?

ワイヤ押出機は通常、10 mm2 未満の単導体を処理しますが、ケーブル押出機はより大きな、マルチコア、または装甲製品用に構成されています。 実際には、同じ機械プラットフォームが両方に使用されることが多く、製品に合わせてツーリングや下流の機器が変更されます。 「ワイヤケーブル押出機」という用語は、両方のカテゴリを処理できる装置を表すために使用されます。

Q: ワイヤーケーブル押出機のコストはいくらですか?

基本的な単ネジワイヤ絶縁ラインの価格は、押出機、クロスヘッド、冷却トラフ、スパーク テスター、引き取りを含む完全なラインで約 80,000 ～ 150,000 米ドルです。 電力ケーブル製造用のミッドレンジのタンデムまたは共押出ラインのコストは、通常 300,000 ～ 800,000 米ドルです。統合された測定および制御システムを備えた高速細線ラインまたは完全自動ラインは、1,500,000 米ドルを超える場合があります。コストは、押出機のサイズ、自動化レベル、材料の適合性、製造国によって大きく異なります。

Q: ワイヤーケーブル押出機の標準的な出力速度はどれくらいですか?

出力速度は導体のサイズと絶縁体の厚さに完全に依存します。 薄い PVC 絶縁体を備えた細径ワイヤ (0.5 ～ 1.5 mm2) の場合、200 ～ 500 m/分の速度が達成可能です。厚い絶縁壁を備えた 10 ～ 50 mm2 の電力ケーブルの場合、速度は 30 ～ 80 m/min が一般的です。 XLPE 中電圧ケーブルは、架橋プロセスの要件により、5 ～ 20 m/min と非常に遅くなります。

Q: 1 台のワイヤー ケーブル押出機で PVC と LSZH の両方を加工できますか?

はい。ただし、LSZH コンパウンドは PVC よりも研磨性が高く粘度が高いため、機械は最初から LSZH 処理用に指定する必要があります。 主な要件には、バイメタルのスクリューとバレル、高トルクの駆動システム、材料交換間の二次汚染を防ぐための徹底的なパージ手順が含まれます。 LSZH を処理するために PVC 専用マシンをダウングレードすると、摩耗が加速され、出力が不安定になります。

Q: ワイヤーケーブル押出機の寿命はどのくらいですか?

適切にメンテナンスされたワイヤーケーブル押出機の耐用年数は 15 ～ 25 年で、押出機のバレルやスクリューなどの主要コンポーネントは、処理される材料に応じて通常 5 ～ 10 年ごとに交換する必要があります。 研磨剤 LSZH コンパウンドを加工するバイメタルバレルの寿命は、標準的な窒化鋼の 3 ～ 5 年と比較して 8 ～ 12 年となります。 6 か月ごとのスクリュー/バレルのクリアランスチェックを含む定期的な予防メンテナンスは、機械の寿命を延ばす最も効果的な方法です。

Q: ワイヤーケーブル押出機にはどのような安全機能を搭載する必要がありますか?

基本的な安全機能には、すべてのオペレーターステーションの緊急停止ボタン、すべての加熱ゾーンの熱暴走保護、スクリュートルク過負荷保護、引き取りユニットと巻き取りユニットの保護されたニップポイント、およびスパークテスターインターロックシステムが含まれます。 高電圧スパーク テスター (最大 15 kV) は、インターロックされたアクセス パネルで完全に囲まれている必要があります。フッ素ポリマー加工ラインでは、380°C を超える分解ガスの毒性のため、ヒューム抽出システムが必須です。

概要: ワイヤーケーブル押出機を選択するための重要なポイント

お客様の運用に適したワイヤケーブル押出機とは、単に利用可能な最大または最速の機械ではなく、導体の範囲、一次絶縁材料、必要なスループット、および品質基準の要件に適合するものです。 まずこれら 4 つのパラメータを正確に指定し、次に押出機のスクリュー直径、バレル材質、制御システムの能力、冷却能力、インライン品質モニタリングを評価してから、購入を決定します。

ケーブル製造への新規参入者向けに、45 ～ 60 mm の押出機、PVC/LSZH 互換バレル、レーザー直径ゲージ、および PLC レシピ管理を備えたモジュール式単軸スクリュー ラインが、現実的な設備投資で建築用ワイヤおよび制御ケーブル製品の大部分をカバーします。生産規模が拡大し、製品の多様性が高まるにつれて、タンデムまたは共押出機能にアップグレードすると、ライン インフラストラクチャ全体を複製することなく、より価値の高いケーブル セグメントを柔軟に獲得できるようになります。