JPH05264824A

JPH05264824A - 光ファイバ複合碍子およびその製造方法

Info

Publication number: JPH05264824A
Application number: JP4065784A
Authority: JP
Inventors: Koji Ikeda; 光司池田; Ryuichi Mine; 竜一峯; Masayuki Nozaki; 政行野崎; Tadashi Sugiura; 忠司杉浦
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1992-03-24
Filing date: 1992-03-24
Publication date: 1993-10-15

Abstract

(57)【要約】【目的】光ファイバ複合素子において低温時の光伝送
性能を向上させ、かつ絶縁性能を向上させることであ
る。【構成】幅方向断面が略円形の貫通孔１ａが碍子本体
に設けられ、この貫通孔１ａに、複数本の光ファイバ２
Ａ，２Ｂ（２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ）が挿通され、これ
らの光ファイバが有機絶縁物によって気密に封着されて
いる。貫通孔１ａの直径を13mm以下とする。貫通孔１ａ
と同心であって、貫通孔１ａの直径の95％の直径を有す
る仮想円Ｃの内側に、光ファイバ２Ａ，２Ｂ（２Ａ，２
Ｂ，２Ｃ，２Ｄ）が位置している。いずれの光ファイバ
同士の間隔ｌ（ｌ_AB, ｌ_BC, ｌ_CD,ｌ_DA, ｌ_AC, ｌ_BD）
も、0.1mm 以上とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、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。

【０００２】

【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や変電所内に発生した故障点を
速やかに検知し、復旧するシステムが必要である。この
ために、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
故障点検出器との間で、送電電圧、送電電流を絶縁する
必要がある。このため、光信号のみを伝送し、電気的に
絶縁を保つために、光ファイバを内蔵した光ファイバ複
合碍子が使用されている。

【０００３】こうした光ファイバ複合碍子としては、碍
子本体に細長い貫通孔を設け、この貫通孔に光ファイバ
を挿通し、シリコーンゴム、エポキシ樹脂等の有機絶縁
物で封着したものが一般的である。しかし、冬場の低温
時に、有機絶縁物が大きく収縮し、光ファイバが歪み、
光伝送損失が増大するという問題があった。また、光フ
ァイバ複合碍子の製造過程において、有機絶縁物の注入
条件を損なうと有機絶縁物が光ファイバの周囲に周り込
まず、接着不良箇所ができ易く、絶縁性能が低下すると
いう場合があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、光フ
ァイバ複合碍子において、低温時の光伝送性能及び絶縁
性能を向上させることである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、幅方向断面が
略円形の貫通孔が碍子本体に設けられ、この貫通孔に複
数本の光ファイバが挿通され、これらの光ファイバが有
機絶縁物によって気密に封着されている光ファイバ複合
碍子において、前記貫通孔の直径が13mm以下であり、こ
の貫通孔と同心であってこの貫通孔の直径の95％の直径
を有する仮想円の内側に前記光ファイバが位置し、かつ
いずれの光ファイバ同士の間隔も 0.1mm以上であること
を特徴とする、光ファイバ複合碍子に係るものである。

【０００６】また、本発明は、幅方向断面が略円形であ
って直径が13mm以下の貫通孔を備えた碍子本体を準備
し、この貫通孔に複数本の光ファイバを挿通し、この際
前記貫通孔と同心であってこの貫通孔の直径の95％の直
径を有する仮想円の内側に前記光ファイバが位置しかつ
いずれの光ファイバ同士の間隔も 0.1mm以上となるよう
に各光ファイバを固定し、この状態で前記貫通孔内に有
機絶縁物材料を充填し、次いでこの有機絶縁物材料を加
熱硬化させて前記光ファイバを気密に封着することを特
徴とする光ファイバ複合碍子の製造方法に係るものであ
る。

【０００７】

【実施例】図２は、光ファイバ複合碍子の端面付近を拡
大して示す断面図である。碍子本体１は細長い円柱状で
あり、外周面に多数の笠を備え、中央部には、幅方向断
面が略円形の貫通孔１ａが形成されている。貫通孔１ａ
内に、例えば２本の光ファイバ２Ａ，２Ｂが挿通されて
いる。碍子本体１の上端外周面及び下端外周面は、セメ
ント層５を介してフランジ６に取り付けられる。貫通孔
１ａ中には有機絶縁物３Ａが充填される。更に、碍子本
体１の上端及び下端において、端面１ｃから有機絶縁物
３Ａが盛り上がり、隆起部４Ａを構成している。図２に
示す例においては、隆起部４Ａが平坦な円盤形状をなし
ている。光ファイバ２Ａ，２Ｂは、円盤状の隆起部４Ａ
の中心から真直ぐに取り出されている。

【０００８】貫通孔１ａを幅方向に切ってみた断面図を
図１(a) に示す。ただし、図１(a)では、見易くするた
めに有機絶縁物３Ａを図示省略している。貫通孔１ａの
直径は、本発明に従って13mm以下とする。仮想円Ｃの中
心は、貫通孔１ａの中心Ｏと一致させ、仮想円Ｃの直径
を、貫通孔１ａの直径の95％とする。仮想円Ｃの内側
に、光ファイバ２Ａ，２Ｂを位置させる。光ファイバ２
Ａと２Ｂとの間隔ｌを 0.1mm以上とする。

【０００９】以上の構成を採用することにより、以下の
効果が得られる。即ち、本発明者は、低温での光伝送損
失が増大した原因について種々検討した結果、次の知見
を得た。有機絶縁物３Ａは、具体的にはシリコーンゴ
ム、ウレタンゴム、エポキシ樹脂等であるが、特にシリ
コーンゴムが応力緩和性に優れ、好ましい。これらは、
碍子本体にくらべれば数倍〜数十倍の熱膨張係数を持つ
ので、低温時には、貫通孔の有機絶縁物が大きく収縮す
る。しかし、貫通孔１ａ内の有機絶縁物３Ａは、碍子本
体１の壁面に対し強固に結合しているので、動きが拘束
され、径方向および円周方向にほとんど収縮せず、貫通
孔１ａの端部付近で軸方向にのみ大きく収縮する。こう
した、貫通孔１ａの端部付近での有機絶縁材３Ａの変位
（へこみ）により、これに封着された光ファイバ２Ａ，
２Ｂが縮み、光伝送損失が生じる。

【００１０】ここで、本発明に従い、貫通孔１ａの直径
を13mm以下とすれば、低温時の貫通孔１ａの端部付近で
の有機絶縁物の変位（へこみ）が小さく、低温時の光伝
送損失を少なくできることが判った。この理由は、次の
ように考えられる。まず、有機絶縁物３Ａが貫通孔１ａ
の壁面に接着していることから、有機絶縁物３Ａの軸方
向の収縮を拘束する効果があるわけだが、この効果は、
貫通孔壁面ほど強く、貫通孔の中心に近づくに従って弱
くなる。従って、貫通孔が細くなるほど、貫通孔の中心
部近くまで拘束の効果が及ぶ。貫通孔１ａ内に封着され
ている有機絶縁物３ａの収縮は、上述の通り、貫通孔内
の径方向及び円周方向の動きが拘束されているため、貫
通孔１ａの端部付近における軸方向の変位に集約される
ので、貫通孔１ａの直径が大きいほど、有機絶縁物の収
縮率が同じであったとしても、軸方向の変位（へこみ）
の大きさ（最大値）は大きくなる。この軸方向の変位の
大きさは、貫通孔１ａの直径の1.5 〜２乗にほぼ比例す
ると考えられる。従って、貫通孔が細くなるほど、端部
付近での変位（へこみ）が小さくなる。

【００１１】更に、本発明に従い、仮想円Ｃの内側に光
ファイバ２Ａ，２Ｂを位置させることで、光ファイバ２
Ａ，２Ｂと貫通孔１ａの壁面との接触をなくし、この間
に充分に有機絶縁物３Ａを回り込ませることができる。
また、光ファイバ２Ａと２Ｂの間隔ｌを 0.1mm以上とし
たことにより、光ファイバ２Ａと２Ｂとの間にも充分に
有機絶縁物３Ａを回り込ませることができる。これらの
両方の限定の結果、各光ファイバ２Ａ，２Ｂの周囲に有
機絶縁物３Ｂが全体に均一に回り込むので、接着不良箇
所が生じにくくなる。これにより、光ファイバの絶縁性
能が向上する。

【００１２】光ファイバを３本以上貫通孔に挿通する場
合も、上記の場合と同様とする。例えば光ファイバが４
本である場合について、図１(b) を参照しつつ説明す
る。貫通孔１ａ内に、光ファイバ２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２
Ｄが挿通されている。この際、仮想円Ｃの内側に、各光
ファイバ２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄが位置するようにす
る。また、光ファイバ２Ａと２Ｂとの間隔をｌ_ABとし、
光ファイバ２Ｂと２Ｃとの間隔をｌ_BCとし、光ファイバ
２Ｃと２Ｄとの間隔をｌ_CDとし、光ファイバ２Ｄと２Ａ
との間隔をｌ_DAとし、光ファイバ２Ａと２Ｃとの間隔を
ｌ_ACとし、光ファイバ２Ｂと２Ｄとの間隔をｌ_BDとす
る。ｌ_AB, ｌ_BC, ｌ_CD, ｌ_DA, ｌ_AC, ｌ_BDを、いずれも
0.1mm以上とする必要がある。

【００１３】次に、図１，図２に示したような光ファイ
バ複合碍子の好ましい製造方法について図３を参照しつ
つ述べる。碍子本体１の上下の各端面１ｃに、それぞれ
型７を設置する。この型７には、それぞれ隆起部形成用
空間７ａが形成され、各隆起部形成用空間７ａに対して
貫通孔７ｂが連通している。下側の型７には材料注入管
９Ａが取り付けられ、上側の型７には材料排出管９Ｂが
取り付けられ、管９Ａ，９Ｂの内側が貫通孔７ｂに連通
している。型７を、フランジ６に対してボルト10で固定
し、各型７と端面１ｃとの間をＯリング13で気密にシー
ルする。各型７の中心には、光ファイバを挿通するため
の挿通孔７ｃが設けられている。各型７をセットする
際、型７の中心と貫通孔１ａの中心とが一致するように
する。

【００１４】貫通孔１ａ内で、光ファイバ２Ａと２Ｂと
が接触したり、光ファイバ貫通孔壁面とが接触したりす
るのを防ぐため、有機絶縁物３Ａと同種の材料で造られ
たスペーサ12で予め光ファイバ２Ａと２Ｂとをそれぞれ
３箇所以上固定しておくことが好ましい。光ファイバ２
Ａ，２Ｂの幾何学的配置は、本発明に従う。

【００１５】光ファイバ２Ａ，２Ｂを挿通孔７ｃ及び貫
通孔１ａに挿通する。型７の挿通孔７ｃにパッキング８
を取り付ける。貫通孔１ａの端部付近で光ファイバ２Ａ
と２Ｂとが接触したり、光ファイバ貫通孔壁面に接触す
るのを防ぐため、パッキング８に、光ファイバ２Ａ，２
Ｂの外径とほぼ等しい直径の二つの挿通孔を設け、これ
らの挿通孔の位置を調整し、光ファイバ２Ａ，２Ｂの位
置がずれないようにすることが好ましい。

【００１６】また、各光ファイバ２Ａと２Ｂとに対して
引張荷重をかけ、各光ファイバ２Ａ，２Ｂを真っ直ぐに
引っ張ることが好ましい。これにより、有機絶縁物材料
３Ｂを充填するときにも、光ファイバ同士の接触や光フ
ァイバと貫通孔との接触が確実に防止される。また、有
機絶縁物材料３Ｂを充填する際の圧力によって、光ファ
イバ２Ａ，２Ｂが微妙に曲がるのも防止できる。

【００１７】有機絶縁物材料３Ｂを充填する際には、注
入中の有機絶縁物材料３Ｂの内部に気泡が巻き込まれる
のを防ぐため、予め貫通孔１ａ内を１〜３torr程度まで
減圧することが好ましい。そして材料注入管９Ａから有
機絶縁物材料３Ｂを注入する。この材料３Ｂは、貫通孔
１ａ内を上昇し、材料排出口９Ｂに達する。隆起部形成
用空間７ａ、貫通孔１ａに有機絶縁物材料３Ｂを充填
し、加熱して硬化させる。この後、型７を取り外す。こ
の際、有機絶縁物材料３Ｂの注入圧力を３〜10kgf/cm²
とすると、貫通孔１ａ内に材料３Ｂを均一に注入し易
い。

【００１８】以下、具体的な実験結果について述べる。（実験１）図１(a),図２に示すような光ファイバ複合碍
子を図 3で示した上記の方法で製造した。碍子本体１の
寸法は、全長1150mm、胴径φ105mm 、笠径φ205mm とし
た。本実験では、隆起部４Ａの高さｈを３mmとし、中心
部の有機絶縁物の凹みの大きさを測定した。光ファイバ
２Ａ，２Ｂとしては、石英系光ファイバ素線を用いた。
有機絶縁物材料３Ｂとしては、液状のシリコーンゴムで
あって、硬化前の粘度が 500〜1000ポイズのものを使用
した。

【００１９】そして、碍子本体１の貫通孔１Ａの直径
を、図４，図５に示すように種々変更し、−20℃での有
機絶縁物３Ａの平均の端面の変位（へこみ）と、−20℃
での光ファイバの光伝送損失とを測定した。この結果を
図４，図５に示す。−20℃での光伝送損失は、−20℃で
の光透過光量を、常温（25℃）での光透過光量で除した
比として求めた。なお、実験では、貫通孔１ａと同心で
あって貫通孔１ａの直径の30％の直径を有する仮想円の
円周上に、光ファイバ２Ａと２Ｂとを位置させた。そし
て、光ファイバ２Ａと２Ｂとを、貫通孔の中心Ｏを中心
として点対称に配置した。従って、貫通孔１ａの直径が
４mmのときには、光ファイバ2 Ａと２Ｂとの間隔は1.2m
mとなる。

【００２０】図５から解るように、貫通孔の直径が13mm
となった時点で、−20℃での光伝送損失が急激に向上し
ている。また、貫通孔の直径が大きくなると、有機絶縁
物のへこみも上昇している。

【００２１】（実験２）図２に示すような光ファイバ複
合碍子を、図３で示した上記の方法で製造した。碍子本
体１の寸法は、全長1150mm、胴径105mm 、笠径205mm と
した。光ファイバ２Ａ，２Ｂとしては、導光部である石
英ガラスの周囲を紫外線硬化型樹脂で被覆してある、外
径φ0.4mm のものを用いた。有機絶縁物材料３Ｂとして
は、液状のシリコーンゴムであって、硬化前の粘度が 5
00〜1000ポイズのものを使用した。

【００２２】そして、光ファイバ２Ａ，２Ｂの配置を種
々変更し、光ファイバ複合碍子の絶縁性能を評価した。
具体的には、光ファイバ２Ａと２Ｂとの間隔を表１に示
すように変えた。これと同時に、光ファイバ２Ａと２Ｂ
とのうち中心Ｏから遠い方の光ファイバについて、貫通
孔の中心Ｏを中心としてこの遠い方の光ファイバを通る
仮想円を考え、この仮想円の直径の貫通孔直径に対する
比率を、表１に示すように変更した。表１に示す各例に
ついて、貫通孔１ａの直径がφ６mmの碍子本体とφ10mm
の碍子本体とを、各々５本毎準備し、試験に供した。即
ち、各例について、供試体が10本毎ある。

【００２３】また、標準品として、光ファイバ１本のみ
を貫通孔１ａの中心に貫通孔壁と接触しないように真直
ぐに封着した供試体を、上述の各例と同じように、貫通
孔１ａの直径がφ６mmの碍子本体とφ10mmの碍子本体を
各々５本、合計10本準備した。絶縁性能は、各光ファイ
バ複合碍子の閃絡電圧を測定し、各々10本の平均値を、
標準品の平均値を1.0 として相対値で評価した。参考品
として、最も絶縁性能が低下すると考えられる、２本の
光ファイバを接触させて、かつそれらの光ファイバを貫
通孔壁と接触させた供試体を、同様に10本準備し、閃絡
電圧の相対値を測定したところ0.70であった。表１に、
標準品、各例、及び参考品の閃絡電圧の相対値を示し
た。

【００２４】

【表１】

【００２５】表１から解るように、遠い方の光ファイバ
が位置する仮想円の直径の貫通孔直径に対する比率が97
％になると、絶縁性能が低下する。また、光ファイバ２
Ａと２Ｂとの間隔を0.05mmとしても同様である。また、
遠い方の光ファイバが位置する仮想円の貫通孔直径に対
する比率は、70％以下とすると一層好ましいといえる。
光ファイバの間隔も0.2mm 以上とすると一層好ましいと
いえる。

【００２６】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、貫
通孔の直径が13mm以下なので、低温時に、貫通孔の端部
付近での有機絶縁物の変位（へこみ）が小さくなり、低
温時の光伝送損失を少なくできる。しかも、貫通孔の直
径の95％の直径を有する仮想円の内側に光ファイバを位
置させているので、各光ファイバと貫通孔の壁面との接
触をなくし、この間に充分に有機絶縁物を回り込ませる
ことができる。かついずれの光ファイバ同士の間隔も
0.1mm以上としたので、光ファイバの間に充分に有機絶
縁物を回り込ませることができる。これらの結果、各光
ファイバの周囲全体に有機絶縁物が均一に回り込むの
で、接触不良箇所が生じにくくなり、光ファイバの絶縁
性能が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】(a),(b) はそれぞれ、本発明の構成を説明する
ために貫通孔１ａを幅方向に切って見た模式的断面図で
ある。

【図２】光ファイバ複合碍子の端面付近を拡大して示す
断面図である。

【図３】碍子本体１の端面１ｃに型７を設置し、有機絶
縁物材料３Ｂを充填している状態を示す断面図である。

【図４】貫通孔の直径と有機絶縁物のへこみとの関係を
示すグラフである。

【図５】貫通孔の直径と光伝送損失との関係を示すグラ
フである。

【符号の説明】

１碍子本体１ａ貫通孔１ｃ端面２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ光ファイバ３Ａ有機絶縁物３Ｂ有機絶縁物材料７型８パッキングＣ貫通孔の直径の95％の直径を有する仮想円Ｏ貫通孔の中心ｌ，ｌ_AB, ｌ_BC, ｌ_CD, ｌ_DA, ｌ_AC, ｌ_BD 光ファイバ
同士の間隔

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】幅方向断面が略円形の貫通孔が碍子本体
に設けられ、この貫通孔に複数本の光ファイバが挿通さ
れ、これらの光ファイバが有機絶縁物によって気密に封
着されている光ファイバ複合碍子において、前記貫通孔の直径が13mm以下であり、この貫通孔と同心
であってこの貫通孔の直径の95％の直径を有する仮想円
の内側に前記光ファイバが位置し、かついずれの光ファ
イバ同士の間隔も 0.1mm以上であることを特徴とする、
光ファイバ複合碍子。
【請求項２】幅方向断面が略円形であって直径が13mm
以下の貫通孔を備えた碍子本体を準備し、この貫通孔に
複数本の光ファイバを挿通し、この際前記貫通孔と同心
であってこの貫通孔の直径の95％の直径を有する仮想円
の内側に前記光ファイバが位置しかついずれの光ファイ
バ同士の間隔も 0.1mm以上となるように各光ファイバを
固定し、この状態で前記貫通孔内に有機絶縁物材料を充
填し、次いでこの有機絶縁物材料を加熱硬化させて前記
光ファイバを気密に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。