JP3997284B2 - 防水光ケーブル強化材 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は防水剤を含有する光ケーブル強化材に関し、特に、本発明は結合剤で被覆され、次いで防水剤で被覆されたガラスファイバーストランドのガラスファイバー強化材料及びそのガラスファイバー強化材料の製造方法に関する。
背景技術
周知のように、水分は光ケーブルにとって主要な問題である。ケーブル通路に沿う水分の移動を防止し或いは制限する３つの比較的別々の技術が提案された。
これらの技術の１つでは、ケーブル構造内に撥水材料が入れられる。これらの撥水材料は通常は、ファイバーを収容するケーブル通路を満たすようにする疎水性グリース又はゲルを含む。グリース又はゲルの使用と関連した問題がある。例えば、かかる材料はケーブル通路に入れ難く、且つ満たしにくく、そしてコストがかかり、充填操作は必然的に通路を構成するケーブルの一部として行われる。もっと実際的には、ファイバーを包囲するためのチューブが作られ、チューブは、ファイバーが押出機のヘッドを通して案内されながらファイバーの周りに押し出され、グリース又はゲルが圧力下でチューブの中へ加えられる。グリース又はゲルはまたケーブルの据えつけ又は修理中ファイバーを扱うことを困難にしかつ不愉快にし、低温（例えば、０℃以下）では、ファイバーを取り囲み且つこれに接しているグリース又はゲルの粘度の変化がファイバーの顕著な細まりを増す。他の問題として、グリース又はゲルがファイバーを収容するためのチューブとして通常押し出される経済的に望ましいプラスチックと不適合であるために、もっと高価なポリマーがチューブのために要求される。
ケーブル通路に沿う水分の移動を防止し或いは制限するための他の技術では、通路がわざと邪魔のない状態のままにすべきであり、そして加圧ガス（即ち空気）を通路に圧送して水分のない環境を維持することを示唆している。かくして、ケーブルの中央プラスチック部材に形成された溝に沿って加圧空気を流れさせ、その結果、加圧空気がプラスチック部材を取り囲むチューブ間の空間に到達することができ、チューブの各々は光ファイバーを収容する。このような配置では、空気流検出器がケーブルの外側要素の損傷領域から空気が逃げるとき、アラームを作動してケーブルの修理の必要を知らせるように、空気流量の変化を検知するために設けられる。
この第２の技術はケーブルの損傷を検出するための手段をなしているが、それは、損傷の悪化を抑え或いは防止する方法を提供しない。それ故に、アラーム信号の後修理が始まる前に、水がケーブルに入り、最初に損傷した領域から両方向に自由に流れたかもしれない。勿論、この流れはケーブルに沿う損傷の長さを増大させ、必然的に、水を収容したケーブルの部分を取り替える必要があるために修理のコストを増大させる。
最後に、ローラィクの米国特許第５，０３９，１９７号に開示されているように、金属テープ層及び防水剤の層を有する複合テープ構造であるテープで光ケーブルを巻く技術がある。別の例として、グリベリングの米国特許第５，１５７，７５２号に開示されているように、防水材料はフィラメント構造、例えば、光ケーブルの周りに巻かれるのではなく、光ケーブル通路に沿って延びる粉末防水剤の担体として作用するストリング又テープのものである。防水能力をもったアラミドファイバーは、該アラミドファイバーに超吸収性ポリマーの油中水形エマルジョンを塗布するために、同じ目的で提案された。
しかしながら、ローラィクの米国特許第５，１８８，８８３号に述べられているように、「テープ構造の製造では、防水材料が実質的に剛性を有していないために、防水材料の周りにシールドを巻く前に防水材料のテープ層を適所に保持するために、コアの周りに防水材料のテープ層を巻いた直後に防水材料のテープ層の周りにバインダーテープを巻く必要がある。それ故に、膨潤性防水材料のテープ層の使用は必然的に、追加のコストとともにバインダーを付けるための余分の工程及び装置を伴っていた」。ローラィクの米国特許第５，１８８，８８３号に述べられた課題に対する解決策の１つは接着剤又は軟化したポリマー層に粒状防水剤（ポリアクリル酸ナトリウム）を使用することである。かくして、粉末アプリケータの下に通す前に、金属テープに接着剤を与えて、粒子を金属テープの一方の面に結合させることが開示されている。別の例として、接着剤塗布器の代わりに金属テープの一方の側のエチレンアクリル層を軟化させるための加熱器を使用し、ポリアクリル酸ナトリウムの粒子が軟化した層に接着することが述べられている。
その課題の解決策は剛性及び耐久性を防水材料に加えるのに効果的ではあるが、それはまた粉末が接着剤層又は軟化したポリマーによって少なくとも部分的にカプセル化されるために、粉末防水剤材料の吸水能力を幾分減少させる傾向がある。その上、ローラィクの米国特許第５，１８８，８８３号に使用されたテープの金属テープ強化構造は例えば、ガラスファイバー強化材料の利点を提供しない。
従って、防水剤の吸水能力を減ずることなく強化材料に恒久的に固定される防水剤を有し、且つ他のタイプの強化構造に勝る利点を有する改良された光ケーブル強化材の要望が存在する。
発明の開示
その要望は結合剤の第１被覆及び防水剤の粒子の第２被覆を有するガラスファイバーストランドのガラスファイバー強化材料の形態の光ケーブル強化材を提供する本発明によって満たされる。防水剤の粒子は、結合剤が防水剤の粒子を完全に被覆することなく、結合剤によってガラスファイバーストランドに接着される。そのことにより、防水剤の未吸蔵表面積が水を急速に吸収するのに利用でき、水分による損傷から光ケーブルを保護するのに役立つようにする。同様に、防水剤の未吸蔵表面積により、水の急速な脱着を可能にし、その結果、防水剤が乾燥したときそれ自体で急速に再生する。
結合剤は好ましくはアクリルラテックスポリマーのようなラテックスボリマー、スチレンーブタジエン共重合体ラテックスのようなラテックス共重合体、及びその混合物からなる群から選択される。最も好ましくは、結合剤は更に、パラフィンワックスエマルジョンを含む。１本又はそれ以上の長いガラスファイバーストランド（数ダースでもよい）は好ましくは、各ガラスファイバーストランドを液体結合剤の浴に通すことによって結合剤で被覆される。次いで、そのストランドはストリッピングダイに通されて、結合剤の比較的均一な厚さの被覆がガラスファイバーストランドに塗布されるようにする。塗布される結合剤の量はガラスファイバーストランドの２乃至２０重量％である。ラテックス浴に加えて、ガラスファイバーストランドが粒状防水剤で被覆される前と後の両方に希釈ラテックス噴霧が使用される。そのことにより、防水剤の粒子をガラスファイバーストランドにしっかりと接着させるのに十分ではあるが、防水剤の粒子を結合剤の中に完全に埋設させるのに十分でなく、かくして、防水剤の粒子を結合剤で完全に被覆しないほどの接合剤がある。大きい量の防水剤未吸蔵表面積の存在に加えて、本発明の他の重要な特徴は、防水剤の粒子をガラスファイバーストランドにしっかりと接着させることである。好ましい結合剤を特定な量で使用すること、以下でさらに説明するように好ましい方法を実施することはそのような結果を可能にする。
防水剤の粒子は好ましくはポリアクリル酸ナトリウム又はポリアクリル酸カリウム粒子のようなポリアクリル酸塩である。望ましい平均粒径は２５０ミクロン以下、好ましくは、１乃至１５０ミクロンである。
長いガラスファイバーストランドが結合剤で被覆された後、結合剤がまだ未乾燥である間に、各ガラスファイバーストランドは１つ又は２つの粉末塗布ステーションに通され、そこで防水剤の粒子が付けられる。好ましくは、粉末塗布ステーションは防水剤の粒子の流動床と防水剤の粒子の噴霧の両方を提供する。その方法では、防水剤の粒子の０．１乃至１０重量％を付けることが可能である。
次いで、長いガラスファイバーストランドはオーブンの中にとおされ、オーブンは結合剤を乾燥し且つ硬化させるためにガラスファイバーストランドをほぼ４５０°Ｆ（２３２℃）まで加熱する。そのことは、上記の方法で防水剤の粒子をガラスファイバーストランドにしっかりと接着させる。
しかる後、各長いガラスファイバーストランドはガラスファイバー強化材料として使用する光ケーブル製造業者に輸送するためにロールに巻かれるのがよい。光ケーブル製造業者はガラスファイバーストランドを光ケーブルコアに螺旋状に巻くことによってガラスファイバー強化材料を使用する。その方法では、ガラスファイバー強化材料は引張り強さ材料と圧縮弾性率部材の両方として作用する。加えて、勿論、ガラスファイバー強化材料は光ケーブルを水分から護る防水材料として作用する。別の例として、光ケーブル製造業者はガラスファイバーストランドを編組し、次いで、編組材料を、防水ラップとして従来使用されてきたテープの仕方で光ケーブルコアの周りにまくことによってガラスファイバー強化材料を使用することができる。
いずれの場合にも、改良された光ケーブル強化材が提供される。従って、本発明の目的は、防水剤を収容する改良された光ケーブル強化材及びその光ケーブル強化材を作る新規な方法を提供することにある。本発明のこれらの目的及び他の目的並びに利点は以下の詳細な説明及び添付の請求の範囲から明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明のガラスファイバー強化材料を光ケーブル強化材として利用した光ケーブルの部の断面斜視図である。
図２は本発明のガラスファイバー強化材料の長さに沿う断面図である。
図３は本発明のガラスファイバー強化材料を製造するための装置の概略側面図である。
図４は本発明のガラスファイバー強化材料を製造する方法に使用される粉末塗布ステーションの側面斜視図である。
発明の実施形態
図面を参照すると、図１は、細長いプラスチック押出しコア部材１４と、中心強化部材１６である長手方向に延びた引っ張り強化手段と、コア部材１４の外側に形成された螺旋状に延びる溝に収容された透過要素１９と、からなるコア１２を有する光ファイバー１０を示す。これらの透過要素は溝に直接挿入された光ファイバー群か、変形例として、溝内に保持され、光ファイバー群を収容した可撓性プラスチックチューブからなるかのいぞれかである。ガラスファイバーストランドのガラスファイバー強化材料１８は透過要素１９と一緒にコア部材１４の周りに螺旋状に巻かれる。バインディングテープ２２を固定したバインディング層２０がコア部材を取り囲む。このバインディング層２０は波形金属シールド２４によって取り囲まれる。ポリエチレンジャケットのような押出しポリマージャケット２６が金属シールドを直ちに取り囲んでいる。
図２でより良く分かるように、ガラスファイバー強化材料１８は、結合剤の第１被覆３２及び防水剤の粒子３６の第２被覆で作られる。図示したように、粒子３６は、結合剤が防水剤の粒子３６を完全に被覆しないで、結合剤によってガラスファイバーストランド３０に接着される。前に述べたように、これは水を急速に吸収／脱着するのに利用できる、防水剤の未吸蔵表面積を残す。
第１被覆３２を形成するのに使用される好ましい結合剤はそのラテックス固形成分として、ミシガン州ミドランドのダウケミカル社からのダウラテックスＤＬ２１６ＮＡ１のようなほぼ２４％のスチレンーブタジエン共重合体ラテックス、ペンシルバニア州フィラデルフィアのロームアンドハッス社からのＲｈｏｐｌｅｘ Ｅ−３２のようなほぼ７０％のアクリルラテックス、及びノースカロライナ州リサーチトライアングルパークのローンプーランク社からのＶｅｌｖｉｔｏｌ ７７−７０のようなほぼ５％のパラフィンワックスエマルジョンの混合物を有する。そのラテックス固形混合物は脱イオン水（３８％固形混合物、６２％水）に加えられて結合剤のラテックス被覆を形成する。第２被覆３４を形成する防水剤の好ましい粒子３６はノースカロライナ州グリーンスボロのストックハウゼンからのＣａｂｌｏｃ８００ＨＳのようなポリアクリル酸ナトリウム粒子か、イリノイス州パランティンのケミダルからのＡｒｉｄａｌｌ１４６０Ｆのようなポリアクリル酸カリウム粒子のいずれかである。
図３を参照すると、長いガラスファイバーストランド３０が、押出機又は、ガラスファイバーストランドが既に押し出されて図示したようにリールに巻かれている場合には、リールである供給源４０から供給される。ガラスファイバーストランド３０は好ましくは、直径が１乃至２．５mmである。次いで、ガラスファイバーストランド３０は第１被覆３２の塗布のために塗布ステーション５０の中に通される。好ましくは、それは、長いガラスファイバーストランド３０をローラ４２に通し、浴４４の中へ通し、ローラ４６の下に通し、好ましくは４４ミル（１１１８ミクロン）の開口部を有するストリッパダイ４８の中に通すことによってなされる。液体結合剤は室温で浴４４内に維持される。好ましくは５０乃至３００フィート／分（１５乃至９１メートル／分）の、長いガラスファイバーストランド３０の移動速度とストリッパダイ４８の使用の組み合わせは、引き続くラテックス噴霧塗布を考慮したとき、５乃至３０％未乾燥結合剤がガラスファイバーストランドに付けられ、次いで乾燥され且つ硬化されるとき、ガラスファイバーストランドに結合剤の２乃至２０％の乾量％を与えるようにする。
しかる後、０．０２０インチ（０．０５cm）の開口部をもった外部混合ノズルを有するラテックス噴霧器９０Ａが、Ｒｈｏｐｌｅｘ Ｅ３２のようなアクリルラテックスと脱イオン水との５％固形混合物を８０グラム／分の噴霧量及び２５ｐｉｓ（１７５８グラム／cm²）の圧力で付けるのに使用される。これは第１の粉末塗布ステーション６０Ａにおいてより湿ったガラスファイバーストランド３０及びより良い粉末付着をもたらす。
かくして、湿ったバインディング剤を被覆した長いガラスファイバーストランド３０は次いで粉末塗布ステーション６０Ａ及び６０Ｂの中に通される。粉末塗布ステーション６０Ａ及び６０Ｂを図４によ良く示す。図示したように、粉末塗布ステーションは幅ほぼ６インチ（１５．２４cm）、長さ２８インチ（７１．１２cm）、深さ１８インチ（４５．７２cm）の室５２を有し、これは、各々立方晶系窒化硼素右端にゲート（図示せず）を有するほぼ２インチ（５．０８cm）の直径の入口穴５３Ａ及び出口穴５３Ｂのために単一の長いガラスストランド３０を扱うように設計されている。多数本のガラスファイバーストランド３０が塗布される場合には、多数の入口穴及び出口穴を有する幅広い室５２が必要とされる。しかし、１本又はそれ以上、数ダースまで、例えば６ダース（７２本）のガラスファイバーストランドをこの方法で塗布してもよい。粉末塗布ステーション６０Ａ及び６０Ｂはまた、チューブ５９ａ、５９ｂ、及び５９ｃによって供給される、ポンプブロック５４ａ、５４ｂ及び５４ｃ、ポンプホース５６ａ、５６ｂ、５６ｃ、及び噴霧ノズル５８ａ、５８ｂ、及び５８ｃを有し、そのすべては、防水剤の粒子３６をガラスファイバーストランド３０（図４では図示の目的で寸法が大きく誇張されている）に３０ｐｓｉ（２１０９グラム／cm²）で噴霧するように作動する。空気噴霧に加えて、真空ポート５５ａ及び５５ｂから真空を引き、床を約２０ｐｓｉ（１４０６グラム／cm²）で流動化させる流入空気ポート57a、５７ｂ、５７ｃ及び５７ｄを設けるために、粒子３６は室５２内で流動化される。それは、長いガラスファイバーストランド３０が通る室５２内で粒子３６の床を流動化させる。その結果、防水剤の第２被覆３４の０．１乃至１０％が塗布される。
効率的な粉末塗布のために、好ましくは２５０ミクロンより小さい、最も好ましくは１乃至１５０ミクロンの小粒径が望まれる。より大きい粒子は均一なエーロゾルにしにくい。
ラテックス噴霧器９０Ａと同様である次のラテックス噴霧器９０Ｂはアクリルラテックスと水の５％固形混合物を、今度は、ガラスファイバーストランド３０から粒子３６を吹き飛ばさないように、１２ｐｓｉ（８４４グラム／cm²）で塗布するのに使用される。これは、粉末塗布ステーションと同じ方法で作動する粉末塗布ステーション６０Ｂに対して、１つの例では、光シーラー被覆であり、他の例では未乾燥被覆である。次いで、最後に、ラテックス噴霧器９０Ａ及び９０Ｂと同様であるラテックス噴霧器９０Ｃは、オーブン７０の中を通るとき、及び次いで、受注処理中、ガラスファイバーストランド３０上に粒子３６を保持するために、アクリルラテックスの１０％固形混合物を２５ｐｓｉ（１７５８グラム／cm²）で塗布するのに使用される。
次に、第１被覆３２及び第２被覆３４を有する長いガラスファイバーストランド３０はオーブン７０の中に通され、該オーブンは３ゾーンオーブンであり、第１被覆３２の結合剤を乾燥し且つ硬化させるためにほぼ４５０°Ｆ（２３２℃）に加熱される。しかる後、ガラスファイバーストランド３０は、５０フィート／分（１５メートル／分）で作動するレソナワインダーのようなワインダー８０でボール紙管８２に巻かれる。次いで、ガラスファイバー強化材料のその角縁付きパッケージが光ケーブル強化材として使用するために光ケーブル製造業者に供給される。
結果は以下の表Ｉに記載された特性を有するガラスファイバー強化材料である。

図１に示すように、光ケーブル強化材の１つの形態はガラスファイバー強化材料１８を光ケーブルコア１４の周りに光ファイバー１９と一緒に螺旋巻きとして使用することである。その形態では、ガラスファイバー強化材料は４つの特徴を有する。（１）引っ張り部材ー据え付け中光ケーブルの引っ張り荷重を支持する。（２）圧縮弾性率部材ーケーブルに長手方向の圧縮弾性率を供給して低温サイクリング中ポリエチレンジャケットの収縮力を相殺する。（３）防水ー「乾式」ケーブル、即ち、液体、疎水性グリースを使用することなく、（４）不動の防水力ーケーブルの内側の防水剤の粒子を移動させない（２本のケーブルが現場で繋がれているときのように、ばらばらになった粒子がケーブルから少しずつ出ることがあり、これらのばらばらになった粒子は水と混合したとき、ヒドロゲルになり、大変滑り易い危険な作業環境を生じさせる。）。
ガラスファイバー強化材料のための他の使用形態は、ガラスファイバー強化材料を防水テープ層として光ケーブルコアに巻くためのブレード（編組）ウェブ／テープに編組すること、或いはガラスファイバー強化材料を米国特許第５，１５７，７５２号におけるように、ケーブルを長手方向に延びることを含む。
ある代表的な実施形態及び詳細を発明を説明する目的で示したけれども、請求項に記載されている発明の範囲から逸脱することなくここに開示した製品に種々の変更をなすことができることは当業者には明らかであろう。

Claims (2)

1. 結合剤からなる第１被覆（３２）及び防水剤粒子（３６）からなる第２被覆（３４）を外周に有するガラスファイバーストランド（３０）からなるガラスファイバー強化材料（１８）からなり、前記防水剤粒子（３６）は、前記結合剤が前記防水剤粒子を完全に被覆することなく、前記結合剤によって前記ガラスファイバーストランドに接着される、光ケーブル強化材。
2. １本又はそれ以上のガラスファイバーストランド（３０）を供給源から供給し、前記ガラスファイバーストランド（３０）に、該ストランドを塗布ステーション（５０）の中を移動させることによって液体結合剤を被覆して未乾燥の被覆ガラスファイバーストランドを形成し、
   未乾燥の被覆ガラスファイバーストランドを粉末塗布ステーション（６０）に通して防水剤粒子（３６）を前記未乾燥の被覆ガラスファイバーストランドに接着させて結合剤からなる第１被覆（３２）及び防水剤粒子（３６）からなる第２被覆（３４）を外周に有するガラスファイバーストランドを形成し、前記防水剤粒子（３６）は、前記結合剤が前記防水剤粒子を完全に被覆することなく、前記結合剤によって前記ガラスファイバーストランドに接着され、
   第１被覆（３２）及び第２被覆（３４）を有するガラスファイバーストランド（３０）をオーブン（７０）の中に通して前記結合剤を乾燥し且つ硬化させる、光ケーブル強化材の製造方法。

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