JPH0287427A - 光ファイバ複合碍子およびその製造方法 - 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、送電線網及び変電所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
合碍子及びその製造方法に関するものである。

（従来の技術） 従来から電力系統における故障点の自動検出のため、課
電側の光センサからの信号を接地側の検出器まで伝送す
る機能を有する光ファイバ複合碍子が使用されている。

これらの光ファイバ複合碍子は種々のものが知られてお
り、例えば特開昭６０−１５８．４０２号公報において
は、碍子の軸部の軸心に貫通孔を有し、この貫通孔に光
ファイバが挿通され、その貫通孔の全体または部分にシ
リコーンゴムやエポキシ樹脂等の有機絶縁物を充填する
ことにより光ファイバを封着し、碍子の表面漏洩絶縁距
離を減少させることを防止する技術および碍子の磁器全
体を加熱しておき貫通孔中に溶融したガラスを貫通孔の
全体または部分に流し込み、光ファイバを封でする技術
が知られている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上述した有機物による封着においては、
封着材である有機物と磁器とでは熱膨張係数が大きく異
なるため、加熱時に貫通孔から封着材が飛び出したり、
磁器を内部からおし割ったりする問題があった。

また、上述した無機物による封着においては、被覆をは
がした光ファイバまたは被覆があっても加熱により被覆
がはがれた光ファイバが碍子の内孔内を挿通することと
なるため、封着用ガラスを溶融させるために加熱すると
光ファイバが碍子内部で断線しやすい問題もあった。す
なわち、シリコーンゴム等の被覆を施された光ファイバ
からジャケットストリッパー等で被覆をはく離すると、
表面にわずかな傷がつき強度が大幅に低下し、このよう
に強度が低下した光ファイバを無機ガラス封着に使用す
ると、封着後に光ファイバが断線する問題もあった。

本発明の目的は上述した課題を解消して、製造方法が簡
単でしかも信！ｋｉ性の高い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、碍子の中央部分を貫通
する内孔中に、ガラス管の内孔に溶着した光ファイバを
設置し、碍子の内孔とガラス管の側壁の間を封着用ガラ
スで封着した構造を有する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、両端
部を耐熱性樹脂で被覆した光ファイバをガラス管内孔に
設置し、ガラス管を所定の温度まで加熱し加圧すること
により光ファイバをガラス管内に封着し、当該光ファイ
バを碍子の中央部分を貫通する内孔中に設置し、碍子の
内孔とガラス管の側壁の間に封着用ガラスを充填した後
加熱して、碍子の内孔とガラス管の側壁の間を封着する
ことを特徴とするものである。

（作　用） 上述した構成において、本発明の光ファイバ複合碍子は
、碍子の磁器と熱膨張係数が近い無機ガラスを封着材と
して用いることにより、従来の有機封着における課題を
解決できるとともに、光ファイバを碍子内孔中へ無機ガ
ラスにより封着を行うときに、光ファイバをパイレック
スガラス等の低熱膨張性ガラス管で被覆する構成として
いるため、光ファイバの断線もなく信頼性の高い光ファ
イバ複合碍子を得ることができる。

また、磁器の熱膨張係数をα２．ガラス管の熱膨張係数
をα１、封着用ガラスの熱膨張係数をαｇとしたとき、
０．４≦αｔ／αｇ≦１．０．０．５≦αｇ／αい≦１
．０で、かつ０．５≦αｇ／αｐ≦１．５の関係を満た
すように各部材を構成すると、後述する実施例からも明
らかなように、信頼性のより良好な光ファイバ複合碍子
を得ることができるため好ましい。

さらに、本発明の製造方法においては、光ファイバに対
し低熱膨張性ガラス管を封着した後、このガラス管と碍
子内孔との間を封着ガラスで封着しているため、加熱時
にも光ファイバは劣化せず、光ファイバの断線を未然に
防ぐことができる。

また、本発明の製造方法で使用する光ファイバとして、
光ファイバ製造時に保護被覆を形成させず、光ファイバ
と直接接着せず、光ファイバの損傷を防止するために有
機シートにより保護した光ファイバを使用すると、従来
光ファイバの被覆をはがす際に生じた光ファイバの劣化
を、被覆はがし工程をなくすことにより皆無にすること
ができるため好ましい。

さらに、光ファイバを）古着したガラス管の両端部に耐
熱樹脂を封入すると、光ファイバをガラス管に熔着した
り、ガラス管に熔着した光ファイバを碍子内孔に封着ガ
ラスを用いて封着した後においても、光ファイバを屈曲
変形することが可能であり、他の光ファイバとの接続が
容易となる等の利点を有する。

さらにまた、封着加熱時に、碍子の外部に露出した部分
の光ファイバを冷却しながら碍子を加熱すると、ガラス
管による耐熱処理が施されておらず高温にさらされる部
分の劣化を防１Ｆできるため好ましい。

（実施例） 第１図（ａ）〜（ｆ）は本発明における光ファイバ複合
碍子を製造する際の耐熱処理工程を説明するための図で
ある。第１図（ａ）は、本発明の光ファイバ複合碍子に
使用する光ファイバを作製する際の好適な一例を示すも
ので、必要に応じて実施される工程である。第１図（ａ
）において、通常の光ファイバ作製時に施されるシリコ
ーンゴム、ポリイミド樹脂等の耐熱樹脂による表面被覆
を実施せず、引き抜かれた光ファイバＩを有機物シート
２により保護して巻き取ることにより、表面被覆のない
光ファイバ１の取扱いを容易にしている。

まず、第１図（ｂ）に示すように、第１図（ａ）に示す
ようにして得るかまたは被：Ｗをはがして得た光ファイ
バ１を所定の長さに切断し、碍子から外部へはみ出る部
分の保護のため両端部をポリイミド、シリコーンゴム等
の耐熱樹脂３−１．３−２で被覆する。このとき、光フ
ァイバ１に予め耐熱性樹脂をコーティングしておき、ガ
ラス管を溶着する部分のコーティングを光ファイバ１に
傷をつけないように、加熱または薬品の処理によりはぎ
取って耐熱樹脂３−１．３−２を形成することができる
。次に、第１図（ｃ）に示すように、耐熱樹脂３−１．
３−２で両端部を被覆した光ファイバｌを、パイレック
スガラス等の低熱膨張性のガラス管４内に所定本数、本
実施例では２本設置する。

次に、第１図（ｄ）に示すように、内部に光ファイバｌ
を設置したガラス管４を７００〜８００　’Ｃの温度に
加熱した後、所定形状の金型５−１．５−２により加圧
する。これにより、光ファイバ１をガラス管４内に封着
する。この場合、封着を容易にするために、ガラス管内
面および光ファイバ表面にフラックス成分を塗布するこ
とは有効である。また、ガラス管の外部に露出した光フ
ァイバ（耐熱樹脂を塗布している部分）を冷却しながら
加熱することは、耐熱性樹脂を保護するために有効であ
る。最後に、第１図（ｅ）に示すように、必要に応して
溶着後のガラス管４の両端部に生じる耐熱樹脂とガラス
管あるいは光ファイバとガラス間等の間のすき間に耐熱
樹脂６を封入して、光ファイバ１の耐熱処理を実施して
いる。

なお、第１図（ｄ）に示す加熱・加圧による光ファイバ
の封着のかわりに、第１図（ｆ）に示すように、ガラス
管４を局部的にバーナ７−１．７−２で加熱して軟化し
た状態で、ローラ８−］、　　８２で引張しながら加圧
して、光ファイバ１をガラス管４に封入することもでき
る。

耐熱処理の終了した光ファイバ１は、第２図に示すよう
に碍子１１の中央部分を貫通する内孔１２中に設置し、
内孔１２とガラス管４の側壁との間に封着用ガラス粉末
または泥漿を充填するとともに、下端部の内孔１２中に
仮焼磁器等よりなる無機ガラス流れ止め１３を設ける。

封着用ガラスは、充填効率を良くするために、ガラス管
と碍子の内孔に納まる形状に成形後仮焼したものが特に
よい。また、封着用ガラスが溶融し、脱気にともない体
積が減少する分の封着ガラスを補充する際、流動性を良
くするためにビーズ状（直径３００〜２０００μｍ）に
成形した封着ガラスを使用することは均質に封着するた
めに有効である。その後、第２図に示すように、ヒータ
１４．熱風吹込口１５ａおよび排出口１５ｂからなる加
熱装置１６中に碍子１１を設置し、熱風吹込口１５ａか
ら熱風を吹き込み排出口１５ｂから・排気するとともに
、ヒータ１３を使用して碍子１１の周囲から加熱して低
融点の封着用ガラスを溶融する。その際、溶融したガラ
スが下部へ移動し上部内孔中にガラスが存在しなくなる
ような場合は、加熱中に碍子１１の上部より溶融した無
機ガラスをつぎ足す必要がある。なお、封着加熱時には
、碍子１１の外部に露出した部分の光ファイバを、無機
繊維と水冷用金属パイプとからなる冷却部１７−１゜１
７−２により保護して、冷却しながら加熱すると、光フ
ァイバの折れを防止できるため好ましい。最後に、必要
に応じてガラス管４の周囲を碍子１１の両端でシリコー
ンゴム等で保護し、第３図に示すような光ファイバ複合
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。

まず、以下の各実施例で使用する光ファイバ。

ガラス管、封着ガラス、磁器の仕様について、第１表に
記載する。

ｎ■上 光ファイバに対する断熱前処理の有効性を確認するため
、碍子形状：外径６０ｍｍφ、内孔径１５＋ｎｍφ。

長さ２００ｍｍ、封着焼成スケジュール：４８０°Ｃ，
１時間保持の条件で、第２表に示す光ファイバ、ガラス
管、封着ガラス、磁器を使用して第２表に示す本発明範
囲内および範囲外の碍子テストピースを作製し、封着後
の外観および封着後の光伝送１員失を調べた。外観は、
封着焼成後に染色塗料を含浸させ、発色状態によりクラ
ックの有無を観察し、また磁器を切断し封着ガラスの充
填状態を観察した。○印を記入したものはクランク発生
が認められず、封着ガラスに大きな気泡もなく良好な外
観状態を示しているものを表わす。光伝送損失は、封着
焼成前後で光透過量を測定し、その１員失量が３ｄＢ以
下であれば問題がない。

結果を第２表に示す。

第２表の結果から、本発明のＡ−１〜八−３は封着後の
外観が良好で封着後の光伝送損失もすべて３ｄｂ以下と
問題がなかったのに対し、比較例の八−４゜八−５は封
着後の外観からＡ−４では封着が不十分で、またＡ−４
，Ａ−５とも碍子製造時に光ファイバが断線していた。

この結果から、本発明のガラス管による被覆処理の有効
性が確認できた。

実上血Ｉ 実施例１でガラス管による被覆処理の有効性が確認でき
たことをふまえて、各部材の熱膨張係数の最適な組み合
わせを見出すため、以下のような実験を実施した。

まず、第６表に示す光ファイバを４００　ｍｍに切断し
、切断した光ファイバのガラス管で溶着しない両端部１
００　ｍｍに耐熱樹脂であるポリイミドを被覆した。こ
の光ファイバを第３表に示す組成で内径０．８ｍｍφ、
外径２．０＋ｎｍφ、長さ２２０　ｍｍのガラス管の内
孔に挿通した。その後、ガラス管を加熱してガラス管が
変形できる状態になったとき、金型により加圧して光フ
ァイバをガラス管内孔に封着した。

このようにしてガラス管内に封着した光ファイバを、第
３表に示す組成で外径６０ｍｍφ、内孔径１５ＩＩ１ｍ
φ、長さ２００　ｍｍの碍子の中央部分を貫通する内孔
中に挿通し、ガラス管と磁器内孔の側壁との間に第３表
に示す封着ガラス粉末を充填して加熱することにより封
着した。封着焼成スケジュールは、封着ガラスがへ組成
の場合４８０°Ｃ，１時間保持、Ｂ組成の場合４５０’
Ｃ，１時間保持、Ｃ組成の場合４６０°Ｃ，１時間保持
で実施した。碍子が冷却した後に、封着ガラスで溶着さ
れていなく、碍子の内孔から外部へ露出したガラス管お
よび光ファイバの加熱により焼損した部分を樹脂または
ゴム状弾性体で被覆して、試験Ｎｏ、Ｂ−１〜Ｂ−３９
の光ファイバ複合碍子を得た。得られた光ファイバ複合
碍子に対して、実施例１と同様に封着後の外観を調べる
とともに、封着後の光伝送損失を調べた。さらに、各温
度差における冷熱試験を、加熱して所定温度になったグ
リコール溶液槽と２０°Ｃの水槽を利用し、各槽中に１
時間ずつ保持し、その操作を３回繰返すことにより実施
した。結果を第３表に示す。

第３表の結果から、封着後の外観および光伝送′＃員失
を満たすとともに、温度差７０°Ｃの冷熱試験を満たす
本発明の光ファイバ複合碍子の中でも、磁器の熱膨張係
数をα２．ガラス管の熱膨張係数をαｔ、封着用ガラス
の熱膨張係数をαｇとしたとき、 ０．４　≦　αｇ／α２≦１．０ ０．５　≦　αｇ／α２≦１．０ で、かつ ０．５≦　αｇ／αｐ≦１．０ の関係を満たす光ファイバ複合碍子は、さらに良好な冷
熱試験結果が得られていることがわかる。

災与■１ 長さ４００胴の光ファイバへの両端部の各１００ｍｍを
ポリイミド樹脂で被覆し、外径２　ｍｍφ、内径０．８
柵φ、長さ２１０　ｍｍのガラス管Ｂに挿通し、加熱お
よび加圧して、光ファイバをガラス管内に封着した。こ
の光ファイバを磁器Ａからなる碍子の内径１０ｍｍφの
内孔の中央に設置し、その外側部に前記第１表に記載す
る封着ガラスＡ粉末を充填した。

次に、碍子の内孔から外部に露出した上下端部のガラス
管および光ファイバを、第４表に示すように必要に応じ
て無機繊維でおおい、無機繊維を固定するためにその外
部を金属または耐火物で囲い、さらに無機繊維の内部に
金属管を設置した。

このように配置した碍子を電気炉に挿入し、最高温度４
８０°Ｃで１時間保持するスケジュールで加熱して封着
した。得られた光ファイバ複合碍子に対して引張試験を
実施して、光ファイバ刊１張強度を測定した。結果を第
４表に示す。

第　　４ 表 第４表の結果から、光ファイバを碍子内孔へ加熱して封
着する際、碍子の内孔から外部に露出した上下部のガラ
ス管および光ファイバを、冷却部により冷却すると、高
い光ファイバ引張強度を得ることができ好ましいことが
わかる。

尖血汎↓ 実際の製品として組み立てて評価するため、長さ２００
０ｍｍの光ファイバＡの両端部の各５００　ｍｍをポリ
イミド樹脂で被覆した。外径５　ｍｍφ、内径３．４ｍ
ｍφ、長さ１０２０ｍｍのガラス管Ｂを電気炉内８５０
°Ｃで加熱後加圧して、内径が短径１ｍｍの楕円形状に
なるよう成形した。このガラス管の内孔に光ファイバ２
本を挿入し、光ファイバの両端部を無機繊維でおおい、
冷却しながら電気炉内で８５０°Ｃまで加熱し、１０ｋ
ｇの荷重でガラス管を加圧し、光ファイバをガラス管内
孔に封着した。

磁器Ａからなる胴径１０５　ｍｍφ、等径１９０　、ｍ
ｍφ。

長さ１０００ｍｍ、内孔径１０ｍｍφの碍子の内孔にガ
ラス管で保護封着した光ファイバを挿入し、内孔下部に
磁器製の流れ止めを設置し、ガラス管と碍子の内孔の側
面との間に封着用ガラスＢの粉末を充填した。さらに、
碍子の内孔から外部へ露出したガラス管および光ファイ
バを無機繊維でおおい、耐火物でその外部を固定すると
ともに無機繊維内に金属パイプを設置し、冷却できる構
造とした。

このように設置した碍子を電気炉内に挿入し、端部を冷
却しながら最高温度４８０°Ｃで１時間保持するスケジ
ュールで加熱した。次に、冷却後の碍子の内孔から外部
に露出しているガラス管の封着ガラスと接触している部
分を、樹脂の支持物とともにシリコーンゴムで接着して
固定した。

このようにして作成した光ファイバ複合碍子を第５表に
示す方法で特性の測定を行なった。結果を第６表に示す
。第６表の結果は、いずれも仕様を満足するレベルのも
のであった。

（発明の効果） 以上詳細に説明したところ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、光
ファイバを適切な材質からなるガラス管で保護封着し、
その光ファイバが挿通されたガラス管を磁器内孔中に封
着用ガラスで封着することにより、碍子の内孔全体にわ
たり光ファイバのガラス封着が可能であり、長期信頼性
の優れた光ファイバ複合碍子を高い歩留でかつ容易に得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ　）〜（ｆ）は本発明の光ファイバ複合碍子
を製造する際の耐熱工程を説明するための図、第２図は
本発明の光ファイバ複合碍子を製造する際の加熱工程を
説明するための図、 第３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。 １・・・光ファイバ　　　　２・・・有機物シート３−
１．３−２・・・耐熱樹脂　　４・・・ガラス管５−１
．５−２・・・金型　　　　６・・・耐熱樹脂１゜ ２・・・バーナ ８〜１゜ ８−２・・・ローラ １１・・・碍子 １２・・・内孔 １３・・・無機ガラス流れ止め １４・・・ヒータ ５ａ ・・・熱風吹込口 ５ｂ ・・・排出口 １６・・・加熱装置 １７−１゜ １７−２・・・冷却部

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、碍子の中央部分を貫通する内孔中に、ガラス管の内
   孔に溶着した光ファイバを設置し、碍子の内孔とガラス
   管の側壁の間を封着用ガラスで封着した構造を有するこ
   とを特徴とする光ファイバ複合碍子。 ２、光ファイバ複合碍子を構成する各部材の熱膨張係数
   が、磁器の熱膨張係数をα＿ｐ、ガラス管の熱膨張係数
   をα＿ｔ、封着用ガラスの熱膨張係数をα＿ｇとしたと
   き、 ０．４≦α＿ｔ／α＿ｐ≦１．０ ０．５≦α＿ｇ／α＿ｐ≦１．０ で、かつ ０．５≦α＿ｇ／α＿ｔ≦１．５ の関係を有する請求項１記載の光ファイバ複合碍子。 ３、両端部を耐熱性樹脂で被覆した光ファイバをガラス
   管内孔に設置し、ガラス管を所定の温度まで加熱し加圧
   することにより光ファイバをガラス管内に封着し、当該
   光ファイバを挿通したガラス管を碍子の中央部分を貫通
   する内孔中に設置し、碍子の内孔とガラス管の側壁の間
   に封着用ガラスを充填した後加熱して、碍子の内孔とガ
   ラス管の側壁の間を封着することを特徴とする光ファイ
   バ複合碍子の製造方法。 ４、前記光ファイバとして、有機シートで保護しながら
   引き抜いた光ファイバを使用した請求項３記載の光ファ
   イバ複合碍子の製造方法。 ５、前記光ファイバを封着したガラス管の両端部に耐熱
   樹脂を封入した請求項３記載の光ファイバ複合碍子の製
   造方法。 ６、封着加熱時に、碍子の外部に露出した部分の光ファ
   イバを冷却しながら封着部を加熱する請求項３〜５のい
   ずれかに記載の光ファイバ複合碍子の製造方法。