JP2863222B2

JP2863222B2 - 光ファイバコードまたはケーブルの金属製被覆管の接続方法

Info

Publication number: JP2863222B2
Application number: JP1285031A
Authority: JP
Inventors: 清水横井; 和文田畑; 修服部
Original assignee: NITSUTETSU YOSETSU KOGYO KK
Current assignee: NITSUTETSU YOSETSU KOGYO KK
Priority date: 1989-11-02
Filing date: 1989-11-02
Publication date: 1999-03-03
Anticipated expiration: 2014-03-03
Also published as: JPH03146911A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明は、光ファイバコードまたはケーブルの接続
において、金属製被覆管内に光ファイバが挿入された状
態で被覆管どうしを接続する方法に関する。

この発明における光ファイバとは、コアとクラッド層
からなる光ファイバ素線、この光ファイバ素線を合成樹
脂、金属、セラミックなどでコーティングしたもの、な
らびにこれらの単心のもの、多心のもの、より線のもの
およびテープ状のものをいう。また、金属製被覆管とは
鋼、銅、アルミニウム、チタンその他の金属製被覆管を
いう。

［従来の技術］空中、海底、地下などに延線される光ファイバは、過
度の張力を防止したり、耐環境性をもたせるために金属
管などで被覆して用いられることがある。たとえば、近
年広く用いられるようになった光通信用ケーブルには、
光ファイバが強度的に弱いことから、金属製被覆管に挿
入された光ファイバが要求されるようになってきてい
る。

また、海底光ケーブルのように長距離間に延線される
ものでは、光ファイバが挿入された状態で金属製被覆管
どうしが接続される。このような接続では、接続部にお
いて、被覆管どうしの間に接続管あるいは接続筒を介し
て被覆管を接続する。気密性または水密性が要求される
個所では、溶接で接合する方法が適している。たとえ
ば、光ファイバを被覆する金属管どうしの接続方法とし
て、実開昭59−33015号公報で開示された方法がある。
この方法では、接続筒と光ファイバケーブルのシース
（金属製被覆管）との接続部を溶着または溶接により一
体化する際、接続筒および光ファイバケーブルのシース
のそれぞれにまたがる保護パイプ内に、光ファイバを挿
入している。

一般に、プラスチックファイバは、光ファイバ素線の
短時間の耐熱温度が約200℃である。また、ガラス系光
ファイバでは、コアの外側のクラッドを薄く樹脂被覆し
てある被覆材の短時間耐熱温度が約200℃である。いず
れにしても、約200℃前後の温度にさらされると、光フ
ァイバ素線は熱損傷を受ける虞れが生じる。また、これ
以下の温度でも、プラスチック樹脂は軟化もしくは溶融
する可能性がある。光ファイバ素線に応力を与えたまま
凝固し、伝送損失を増加させる場合がある。従って長時
間の通信ラインの信頼性を得るためには軟化もしくは溶
融温度以下で溶着または溶接する必要がある。この安全
温度は約80℃である。

一方、光ファイバが挿入された金属製被覆管を接合す
る場合、通常の溶融溶接では溶接部近傍が200℃を超え
る。被覆管の内径が大きく、光ファイバと被覆管内壁と
の間に十分な隙間がとれる場合には、接続部直下の光フ
ァイバに保護管をかぶせることによって、溶接時の熱か
ら光ファイバを絶縁することは容易である。ところが、
被覆管が細径あるいは内径が小さくなるに従い、溶接時
の熱から光ファイバを遮断することは容易でなくなる。
また、被覆管が厚肉になると一度に溶融すべき金属量が
多くなり、溶接に大量の入熱が必要となる。この結果、
溶接部の冷却が間に合わなくなり、管内の光ファイバは
焼損する。逆に、肉厚が極めて薄くなると、溶融金属が
管内に溶け落ち、光ファイバは損傷する。光ファイバの
損傷は、伝送損失の増大を招く。

このような光ファイバの熱による損傷を防止するため
に、１回に１点だけ溶接し、できるだけ最小入熱のアー
クを短時間照射しながら点をつないで溶接線を完成させ
る方法が採用されている。また、開先形状に工夫を加え
て溶接入熱量を抑え、溶接熱を管の内部に及ぼさない手
段も取られている。さらにまた、水冷、空冷などの冷却
方法も併用されている。

［発明が解決しようとする課題］しかし、金属製被覆管を接続する上記従来の方法に
は、次のような課題があった。

１回に１点だけ溶接する方法では、実際の溶接におい
て内部温度を測定しながら作業できることが少なく、手
探りとなる。したがって、数十点の接合点のすべてが光
ファイバの許容温度を超えないという保証を与えるため
には、かなり低温度で接合できることが必要である。殊
に、長期にわたる通信ラインの信頼性を得るためには80
℃以下の低温度で接合できることが必要である。

また、実際の溶接では常に正常な溶接が行われるとは
限らない。たとえば、溶接不良部を修正するときに、狙
い位置のずれなどで予定よりも大きな熱が管に与えら
れ、管内温度が光ファイバの許容限界温度近くになるこ
とがある。そのため、管内温度の上昇限を更に低く抑え
て溶接する必要がある。

溶接部直下の管内温度を上げないために、耐火セラミ
ックまたは耐熱樹脂を遮熱材として使用する方法が考え
られる。これら材料は熱伝導率が１×10、１×10^-1kcal
/mh℃のオーダーで小さく、光ファイバへの熱移動を阻
止できると期待さる。しかし、使用形状が薄肉管で単位
長さ当たりの質量が小さく、熱容量が小さいため、遮熱
材自身の温度が急速に上昇し、光ファイバを熱から保護
するには十分でない。

そこで、この発明は溶接時の熱による光ファイバの損
傷を防止することができる、光ファイバコードまたはケ
ーブルの金属製被覆管の接続方法を提供するものであ
る。

［課題を解決するための手段］この発明の光ファイバコードまたはケーブルの金属製
被覆管の接続方法は、光ファイバが金属製被覆管に隙間
をもって挿入された光ファイバコードまたはケーブルの
被覆管どうしを溶融溶接により接続する際に、溶接部お
よびその前後にわたって上記隙間に過熱緩和材を介在さ
せて溶融溶接する。

過熱緩和材として、熱伝導率、単位体積当り熱容量も
しくは反射率が被覆管に比べて高い材料、またはこれら
性質の２もしくは３を併わせ持った材料が用いられる。
過熱緩和材の熱伝導率は、50〜350［kcal/mh℃］であ
る。たとえば、SiCセラミックス、銅、銅合金、アルミ
ニュウム、アルミニュウム合金などである。被覆管が鋼
製である場合、鋼の熱伝導率が39kcal/mh℃であり、高
熱伝導率物質として入手しやすい銅のそれは340kcal/mh
℃で８倍以上である。単位体積当り高熱容量物質として
は、銅、鋼、ニッケルなどが用いられる。密度と比熱の
積［kcal・cm^-3・℃^-1］が0.50以上が望ましい。また、
高反射率物質としては、研磨仕上げの金属などがある。

過熱緩和材を被覆管と光ファイバとの間に介在させる
方法として、管もしくは管を長手方向に沿って２〜４分
割した形状に高熱伝導率物質を成形したもので光ファイ
バを覆う方法、線状の過熱緩和材を光ファイバに巻き付
ける方法、または粉状もしくは粒状の過熱緩和材を被覆
管と光ファイバとの間の隙間に充填する方法などがあ
る。過熱緩和材を介在させる範囲は溶接部およびこれの
前後であって、その長さは管内径の５〜20倍程度であ
る。

温度勾配を大にするために、被覆管や管状の過熱緩和
材の外の溶接部から離れた部分を冷却すれば、これが内
部の溶接部直下と連続している過熱緩和材を冷却して、
溶接部直下の熱は伝導により大きな移動速度で放散す
る。冷却方法としては水流、ガス流、空気流、ドライア
イス、液体窒素等を被覆管または過熱緩和材に接触、循
環させる。

［作用］過熱緩和材が高熱伝導率物質よりなる場合には、被覆
管の溶接部の熱の大部分は熱伝導により溶接部から管の
上流側および下流側に分散される。過熱緩和材が単位体
積当り高熱容量物質よりなる場合には、溶接部の熱の大
部分は過熱緩和材により吸収される。また、過熱緩和材
が高反射率物質よりなる場合には、溶接部から管内に放
射された熱の大部分が被覆管の内壁側に反射され、光フ
ァイバにはわずかしか到達しない。これらの結果、溶接
部直下にある光ファイバに伝達される熱量は小さく、光
ファイバが損傷しない程度に光ファイバの過熱は緩和さ
れる。すなわち、光ファイバは短時間の許容限界温度の
200℃かつ軟化もしくは溶融に関する安全温度が約80℃
以下に保持される。

［実施例］第１図（ａ）および（ｂ）は、この発明による被覆管
の接続例を示している。

光ファイバ心線１（外径0.4mm）が銅管４（外径2.8m
m、内径2.4mm、長さ600mm）を介して軟鋼製被覆管２
（外径8.0mm、内径3.0mm）に挿入されており、この被覆
管２がスリーブ３にプラズマ接合され接続部を構成す
る。スリーブ３（外径11.0mm、内径8.1mm）は軟鋼管で
あり、つば５（突出し長さ1.0mm、厚さ0.5mm）を備えて
いる。つば５は溶接の際溶加材として溶融する。

まず、被覆管２の端部から光ファイバ心線１を口出し
し、スリーブ３を被覆管２にかぶせ、接合部の奥（第１
図（ａ）において左側）に後退させておく。ついで、内
部に光ファイバ心線１を通しながら、銅管４を被覆管２
に挿入する。光ファイバ心線１どうしの接合が終った
ら、接合部およびこれの前後にわたるように銅管４を移
動する。さらに、スリーブ３を移動して接合部につば５
を重ねる。被覆管２とスリーブ３の重ね代は80mmであ
る。

溶接はまず、第１図（ｂ）に示す位置W₀₀:W₂₀:W₁₀:W
₃₀順に移動して点接合し、スリーブ３の端面を固定す
る。ついで、出発点W₀₀に戻って順次点接合を繰り返
し、全周溶接線を完成する。溶接は直流プラズマを用
い、溶接トーチ方向６は第１図（ａ）に示すように被覆
管２と45゜の角度をなし、溶接ビームはつば５を狙って
照射する。１溶接点の溶接条件は、溶接電流80A、アー
ク電圧28V、アーク照射時間0.5secで、シールドはArシ
ールド、流量５/minである。溶接は40点仕上げを標準
としている。

第２図は、この発明の他の実施例を示している。この
実施例では、スリーブは使用しない。すなわち、被覆管
２と光ファイバ心線１との間に管状の高熱伝導率物質４
を挿入し、２本の被覆管２を接合部７で突合わせ周溶接
する。

第３図は、溶接時の溶接点直下におけるピーク温度を
アーク点ごとに示したものである。被覆管内の溶接点直
下に熱電対（クロメル−アルメル）を挿入して、温度を
測定した。また、室温の接合部にアークスポットを照射
し、ピーク温度に達すると同時に接合部を空気流で冷却
し、被覆管内が室温になるのを待って次の溶接点に移る
までを１サイクルとし、全周について温度測定をな行っ
た。

第３図において、従来法は第１図に示す状態で銅管４
なしで溶接した場合であり、点溶接は23点で終了した。
管内のピーク温度は、最高温度が97℃、最低温度が72
℃、平均83.8℃であった。また、第３図の本発明法は第
１図に示す状態で、つまり銅管４を使用して溶接した場
合であり、点溶接は36点で終了した。管内最高温度が68
℃、最低温度が43℃、平均55.4℃であった。

第３図より明らかなように、この発明によれば従来方
法よりも30℃近く管内ピーク温度を引き下げることがで
き、しかも70℃以下の管内温度で溶接可能である。これ
は短時間の許容限界温度の200℃よりもはるかに低く、
かつ軟化もしくは溶融に関する安全温度の約80℃よりも
低く、被覆管の溶接による光ファイバ心線の熱損傷は避
けられる。

したがって、本発明の接合部は光ファイバ素線に熱損
傷のない高品質の製品を保証し少なくとも溶接部におけ
る伝送損失の増大は心配しなくてもよくなった。

［発明の効果］この発明では、被覆管と光ファイバとの間に過熱緩和
材を挿入して被覆管どうしを溶融溶接により接続するの
で、光ファイバは許容限界温度以下かつ安全温度以下に
保持される。したがって、光ファイバは溶接時の熱によ
り損傷を受けることはなく、光ファイバの劣化による伝
送損失の増大を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）はこの発明による被覆管の接続方法を説明
するの斜視図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）の正面図、
第２図はこの発明の他の例を説明する断面図、および第
３図は溶接時の管内ピーク温度をこの発明と従来法とを
比較して示すグラフである。１……光ファイバ心線、２……金属製被覆管、３……ス
リーブ、４……高熱伝導率物質、５……つば、６……ア
ーク照射方向、７……接合部、W₀₀:W₁₀:W₂₀:W₃₀……点
溶接位置。

フロントページの続き (72)発明者服部修東京都中央区築地３丁目５番４号日鐵溶接工業株式会社内 (56)参考文献特開平１−92705（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−184313（ＪＰ，Ａ) 実開平２−142804（ＪＰ，Ｕ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】光ファイバが金属製被覆管に隙間をもって
挿入された光ファイバコードまたはケーブルの被覆管ど
うしを直接またはスリーブを介して溶融溶接により接続
する方法において、熱伝導率が50〜350［kcal/mh℃］か
つ被覆管の熱伝導率より高く、長さが被覆管の内径の５
〜20倍の過熱緩和材を、溶接部およびその前後にわたり
前記隙間に介在させて溶融溶接することを特徴とする光
ファイバコードまたはケーブルの金属製被覆管の接続方
法。