JPH02106823A - 光ファイバ複合碍子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、送配電線網および変電所等における故障点検
出システムを形成する場合に主として用いられる光ファ
イバ複合碍子およびその製造方法に関するものである。

（従来の技術） 送配電線あるいは電力変電所では落雷事故等により送配
電線路あるいは変電所内に発生した故障点を速やかに検
知し、復旧するシステムの開発が望まれている。このた
め、従来、ファラデー効果、ポッケルス効果を持つ光セ
ンサーを利用した異常電流、異常電圧検出装置が使用さ
れている。

これらの装置では、配電線に付けたセンサーと故障点検
出器は送電電圧、送電電流を絶縁する必要があるため、
碍子を仲介とした絶縁を実施する必要がある。従って、
光信号のみを電送し、電気的に絶縁性を保つために、光
ファイバを内蔵した光ファイバ複合碍子を使用する必要
がある。

この目的で使用される光ファイバ複合碍子は、通常の碍
子としても使用されるため、光信号の伝送機能以外に機
械強度、電気絶縁性等を長期にわたって維持する必要が
ある。従来、この光ファイバ複合碍子としては、光ファ
イバと磁器の気密特性を維持する封着材料として有機材
料を用いたタイプ、無機材料を用いたタイプに分けられ
、それぞれの長所、短所を備えている。

（発明が解決しようとする課題） このうち、有機材料を用いたタイプは、碍子製造後の光
ファイバ封着工程で高い温度での熱処理の必要がなく、
製造が簡単ではあるが、例えば真夏の日中の熱吸収によ
って表面では約６０″Ｃ１真冬では放射冷却によって約
−２０’Ｃという過酷な温度・湿度環境にさらされ、か
つ常時課電されるため、有機材料の選択によっては材料
の耐候性が悪化し、光ファイバ複合碍子として使用でき
なくなる問題があった。

本発明の目的は上述した課題を解消して、有機封着材料
を使用しながら長期的な気密性に優れた光ファイバ複合
碍子およびその製造方法を提供しようとするものである
。

（課題を解決するための手段） 本発明の光ファイバ複合碍子は、碍子本体に貫通孔を設
け、その内部に少なくとも一本以上の光ファイバを挿通
して気密封着した光ファイバ複合碍子において、光ファ
イバ本体を気密接着する被覆部に、室温におけるヤング
率が１０ｋｇ／ｍｍ”以上で引張強度が３００ｋｇ／ｃ
ｍ２以上の樹脂を用いるとともに、該被覆部と碍子内腔
との間の封着材料としてシリコーンゴムを使用したこと
を特徴とするものである。

また、本発明の光ファイバ複合碍子の製造方法は、碍子
本体に貫通孔を設け、その内部に少なくとも一本以上の
光ファイバを押通して気密封着する光ファイバ複合碍子
の製造方法において、光ファイバ本体を気密封着する被
覆部に、室温におけるヤング率が１０ｋｇ／ｍｍ２以上
で引張強度が３００ｋｇ／ｃｍ”以上の樹脂を用い、被
覆部の表面にプライマー処理を施して被覆部と碍子内腔
との間にシリコンボムラ充填し、６０℃以上の温度でシ
リコーンゴムを硬化することによって、光ファイバと碍
子本体との間を気密封着したことを特徴とするものであ
る。

（作　用） 本発明は、有機封着タイプの光ファイバ複合碍子におい
て、使用環境の温度変化等の環境ストレスに耐え、長期
にわたって気密特性を維持することができる光ファイバ
の被覆材料と封着有機材料の組合せを見出したことによ
る。

すなわち、光ファイバの被覆材料として、室温における
ヤング率が１０ｋｇ／ｍｍ”以上で室温における引張強
度が３００　ｋｇ／ｃｍ”以上の樹脂を使用するととも
に、被覆部と碍子内腔との間の封着材料としてシリコー
ンゴム好ましくは破断時の伸びが３００％以上で引張強
度が３０ｋｇ／ｃｍ２以上のシリコーンゴムを使用する
ことにより、後述する実施例からも明らかなように使用
環境における温度変化に強く長期にわたって気密特性を
維持することができる光ファイバ複合碍子を製造できる
ことを見出した。

（実施例） 第１図は本発明の光ファイバ複合碍子の一例の構成を示
す図である。第１図において、碍子１の中央部分に貫通
する内孔２中に光ファイバ３を挿通するとともに、内孔
２の両端部にテーパ部４１．４−２を設けている。また
、碍子１の両端部にはフランジ金具５−１．５−２を設
け、多段に碍子１を積む場合に使用するよう構成してい
る。

また、碍子１内の気密を保つとともに光ファイバ３を固
定するため、テーバ部４−１．４−２および内孔２内を
シリコーンゴム６により封着していこのとき、光ファイ
バ３の被覆として所定の材料特性を有する樹脂を使用す
るとともに、好ましくは所定の材料特性を有するシリコ
ーンゴム６を使用している。

上述した構造の光ファイバ複合碍子を製造するには、ま
ず、所定の材料特性を有する樹脂により被覆部を構成し
た光ファイバ３を準備する。次に、準備した光ファイバ
３の被覆部の表面にシランカップリング材等を塗布して
プライマー処理を実施した後、プライマー処理後の前記
被覆部を有する光ファイバ３を碍子１の内孔２に押通す
る。この状態で碍子１の内孔２およびテーパ部４−１４
−２に、好ましくは所定の材料特性を有する液体状のシ
リコーンゴム６を注入し、被覆部と碍子１の内腔との間
にシリコーンゴムを充填しシリコーンゴム６の硬化する
６０℃以上の温度で加熱することにより、光ファイバ３
と碍子１の磁器間をシリコーンゴムにて気密封着した光
ファイバ複合碍子を得ることができる。

以下、実際の例について説明する。

実路炎上 まず、光ファイバの被覆部を構成する樹脂の材料特性と
封着材料としてのシリコーンゴムの材料特性について試
験した。

光ファイバ自身の気密性及び封着処理時の取扱い性を考
慮して光ファイバとして一次被覆及び緩衝層より成る被
覆部の付いたものを選択した。また、被覆部を構成する
樹脂の種類としては、ヤング率、破断時の伸び等をパラ
メーターに選択した。

さらに、光ファイバ被覆部の表面にプライマー処理を実
施した。また、該被覆部と磁器との封着に使用する封着
材料としてのシリコーンゴムは、硬化機構、硬化後の引
張強度、破断時の伸び、硬度、等をパラメーターに選択
した。

本発明の光ファイバ複合碍子では、あらかじめ磁器内部
に設けた貫通孔内部に複数本の光ファイバを相互に接触
することがないように設置した後、貫通孔の内腔と光フ
ァイバとの空隙部分、光ファイバ相互の空隙部分にシリ
コーンゴムを注入する必要があるため、液体状シリコー
ンゴムを使用した。シリコーンゴムの硬化機構は通常、
縮合型と付加型に分類される。縮合型は、縮合反応によ
り架橋して硬化し、また、反応副生成物を発生する特徴
を持っている。一方、付加型は、触媒の存在下で、不飽
和基に５ｔ−Ｈ含有シロキサンが付加反応して架橋硬化
する。

光ファイバと気密接着した被覆部の材料特性を第１表に
示す。また封着に使用したシリコーンゴムの材料特性を
第２表に示す これらの選択した材料組合せで、長さ２００ｍｍ、内径
１０ｍｍ、外径２０ｍｍの磁器管の内部に光ファイバを
封着した試験体を各試験水準毎に１０本作成し、自然環
境で発生ずる温度・湿度条件を加速した劣化試験を実施
した。試験体の形状及び材料構成を第２図に、また光フ
ァイバの拡大図を第３図に示す。第２図および第３図に
おいて、１１は磁器管、１２は光ファイバ本体、１３は
シリコーンゴム、１４は被覆部である。

劣化試験は、８０℃の高温湯槽と一２０℃の不凍液槽中
に、それぞれ３０分間保持する操作を１サイクルとし、
第３表に示すサイクル数繰り返し出し入れすることによ
り、同試験体に熱衝撃を加え、熱衝撃後の封着状態を評
価した。各材料組合せによる熱衝撃試験結果を第３表に
示す。

第３表の総合評価における評価項目は、光ファイバの切
断の有無を確認する光ファイバの透光性試験、シリコー
ンゴムと光ファイバの被覆部表面との封着界面の接着性
、シリコーンゴムと磁器界面の接着性を確認するＡＣ耐
電圧試験である。

評価結果は各熱衝撃試験後に透光性、耐電圧が総て試験
体で合格した場合をＯ１１／１０〜３／１０光ファイバ
が破損し光が透過しない若しくは耐電圧で貫通破壊した
場合をΔ、３／１０以上の光ファイバが破損し光を透過
しない若しくは貫通破壊した場合を×で表現した。

第３表に示すように、光ファイバの被覆部の材質として
ヤング率、引張強度の大きいＡ、Ｂ、Ｃ。

Ｄを用いてシリコーンゴムと封着した試験体はいずれも
５００サイクル熱衝撃試験を満足し良好な結果が得られ
た。

光ファイバの被覆部の材質としてＡ、Ｂ、ＣＤを用いた
試験体の内、ｆ、ｐの縮合型シリコーンゴムで磁器と封
着した試験体はいずれも、５００サイクルは満足するも
のの１５００サイクル以上では劣化を示した。破壊の形
態としては、いずれも磁器表面とシリコーンゴムの封着
界面の絶縁破壊である。

本発明のように細径長尺部に充填したシリコーンゴムを
硬化させる際には、縮合型シリコーンゴムは内部への硬
化進度が遅く、また、内部に不安定な副生成物を発生す
るために封着界面の強度が充分発揮されないことが原因
と考えられる。

一方、光ファイバの被覆部の材質としてＡ、Ｂ。

Ｃ，Ｄを用いた試験体の内、付加型シリコーンゴムａ、
ｂ、ｃ、ｐ、ｏで磁器と封着した試験体も同様に５００
サイクルの熱衝撃試験時には劣化を起こさないものの、
１５００サイクル以上では一部もしくは総てに劣化が発
生した。

破壊形態を観察すると光ファイバの切断、若しくは封着
端部からの飛び出しが多い。

磁器とシリコーンゴムの熱膨張係数を比較するとシリコ
ーンゴムは磁器の約３０倍程度高い。封着時に発生ずる
残留応力及び熱衝撃試験時に発生する熱応力を考慮する
と、高温時にシリコーンゴムの熱膨張による引張応ノｊ
が発生しシリコーンゴムが破断することにより、光ファ
イバの被覆部とシリコーンゴムとの封着界面の破壊若し
くは光ファイバの切断を発生させると考えられる。

また、光ファイバの被覆部の材質としてＡ、Ｂ。

Ｃ，Ｄを用いた試験体の内、付加型シリコーンゴムｄ、
ｅ、ｇ、ｈ、ｉ、ｊ、に、ｌ、ｍ、ｎで磁器と封着した
試験体は４０００サイクルの熱衝撃試験後も初期の透光
性及び気密絶縁性を維持する。

一方、光ファイバの被覆部の材質としてヤング率、引張
強度が低いＥ、　　Ｆ、　Ｇ、　　Ｈを用いた試験体は
、いずれの場合も５００サイクルの熱衝撃によって一部
もしくは総ての試験体が劣化した。

破壊の形態としては、光ファイバの被覆部に発生した亀
裂がシリコーンゴムまで伸展して絶縁破壊に至っている
ことが判った。

これらの結果は、光ファイバの被覆部としてヤング率、
引張強度の大きな材質を使用することがシリコーンゴム
を用いた光ファイバと磁器との封着に基本的に好ましく
、とりわけ、シリコーンゴムの材質として引張強度、破
談迄の伸び量が大きなシリコーンゴムは、ゴム自身が弾
性に冨むため、温度変化による膨張収縮率に強く、光フ
ァイバと磁器との封着により好ましいことが明確となっ
た。

実施拠１ 次に、シリコーンゴムの硬化条件の検討を実施した。

実施例１と同様の試験体を用いてシリコーンゴムの封着
硬化温度、硬化時間と熱衝撃試験による劣化状況を調査
した。試験方法及び評価方法は実施例１と同一である。

熱衝撃試験の結果を第４表に示す。

第　　４　　表 付加型の高温硬化型シリコーンゴムは、硬化温度と硬化
時間が逆相関関係にあり、高い温度はど短い時間で硬化
する性質を持っている。

本実施例では、実施例１で熱衝撃試験後も初期の性能を
維持し、良好な結果の得られたシリコーンゴムｉと光フ
ァイバの被覆部の材質Ａの組合せで硬化条件と熱衝撃後
の劣化特性を調査した。その結果、硬化温度が６０℃以
上の場合、実施例１と同一条件の熱衝撃試験後の光ファ
イバと透光性、試験体の耐電圧とも問題が無いことを確
認した。

通常、熱膨張係数の異なる封着体では、封着時の温度と
冷却後の温度（室温）との温度差により残留応力が発生
する。長期的な温度ストレスを考慮すると残留応力の小
さな封着条件が好ましく、この観点からは低温での封着
が望ましいと考えられる。

しかし、本発明では、シリコーンゴム、光ファイバの被
覆部の熱膨張係数が磁器、光ファイバと比較して極端に
大きいため、シリコーンゴム内の残留応力は引張応力と
して作用する。

Ｘ線透過撮影の結果、硬化温度が高い場合は、シリコー
ンゴム内に微小の独立気泡を発生して応力を緩和するこ
とを確認した。高温硬化で発生した独立気泡は、熱衝撃
試験で高温に試験体がさらされた場合、消滅することに
よってシリコーンゴムの熱膨張を吸収している。

一方、４０℃のように低い硬化温度では、独立気泡の発
生は無い。従って、高温時のシリコーンゴムの熱膨張を
吸収できずに、光ファイバ被覆部とシリコーンゴム封着
部の界面の剥離等を生じると考えられる。

尖旌貫主 つぎに、光ファイバの被覆部表面へのプライマ処理の影
響を調べた。

実施例１と同様の試験体を用いて光ファイバの被覆部表
面へ、シランカップリング材等を塗布するプライマー処
理の有無と熱衝撃試験による劣化状況を調査した。試験
方法および評価方法は実施例１と同一である。熱衝撃試
験結果を、第５表に示す。

第　　５　　表 本実施例では、実施例１で熱衝撃試験後も初期の性能を
維持し、良好な結果の得られたシリコーンゴムｉと光フ
ァイバの被覆部材質Ａ、Ｄの組合せで光ファイバ被覆部
表面のプライマー処理の有無と熱衝撃後の劣化特性を調
査した。

その結果、被覆部の材質Ａ、Ｄともプライマー処理の無
い被覆部表面では、熱衝撃試験後に、光ファイバの被覆
部とシリコーンゴムの封着界面の剥離による耐電圧試験
時の絶縁破壊が発生した。

より安定に光ファイバ被覆部とシリコーンゴムの封着状
態を維持するためには光ファイバ被覆のプライマー処理
が好ましいことが確認された。

本発明は上述した実施例にのみ限定されるものではなく
、幾多の変形、変更が可能である。例えば、上述した実
施例に示した光ファイバ複合碍子の構造や挿通すべき光
ファイバの数等は実施例に限定されるものではなく、所
定の被覆部と封着材料を使用すれば、その構造や数がど
のようなもののでも良いことはいうまでもない。

（発明の効果） 以上の説明から明らかなように、本発明の光ファイバ複
合碍子およびその製造方法によれば、碍子の内孔に光フ
ァイバを挿通して有機材料により封着するタイプの光フ
ァイバ複合碍子において、光ファイバの被覆部の材料と
封着材料の組合せを限定することにより、有機封着材料
を使用しながら熱衝撃特性や長期的な気密性に優れた光
ファイバ複合碍子を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光ファイバ複合碍子の一例の構成を示
す図、 第２図は本発明の実施例で使用した試験体の形状及び材
料構成を示す図、 第３図は本発明における光ファイバを拡大して示す断面
図である。 ■・・・碍子　　　　　　２・・・内孔３・・・光ファ
イバ　　　４−１．１−２・・・テーバ部５−１．５−
２・・・フランジ金具 ６．１３・・・シリコーンゴム １１・・・磁器管 １４・・・被覆部 １２・・・光ファイバ本体

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、碍子本体に貫通孔を設け、その内部に少なくとも一
   本以上の光ファイバを挿通して気密封着した光ファイバ
   複合碍子において、光ファイバ本体を気密接着する被覆
   部に、室温におけるヤング率が１０ｋｇ／ｍｍ＾２以上
   で引張強度が３００ｋｇ／ｃｍ＾２以上の緩衝層を形成
   する樹脂を用いるとともに、該被覆部と碍子内腔との間
   の封着材料としてシリコーンゴムを使用したことを特徴
   とする光ファイバ複合碍子。 ２、材料特性として、破断時の伸び量が３００％以上、
   引張強度が３０ｋｇ／ｃｍ＾２以上のシリコーンゴムを
   封着材料に使用した請求項１記載の光ファイバ複合碍子
   。 ３、碍子本体に貫通孔を設け、その内部に少なくとも一
   本以上の光ファイバを挿通して気密封着する光ファイバ
   複合碍子の製造方法において、光ファイバ本体を気密封
   着する被覆部に、室温におけるヤング率が１０ｋｇ／ｍ
   ｍ＾２以上で引張強度が３００ｋｇ／ｃｍ＾２以上の樹
   脂を用い、被覆部の表面にプライマー処理を施して被覆
   部と碍子内腔との間にシリコーンゴムを充填し、６０℃
   以上の温度でシリコーンゴムを硬化することによって、
   光ファイバと碍子本体との間を気密封着したことを特徴
   とする光ファイバ複合碍子の製造方法。