JP3472149B2 - 光ファイバケーブル用スペーサ及びその製造方法 - Google Patents

光ファイバケーブル用スペーサ及びその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバケーブ
ル用スペーサおよびその製造方法に関し、特に、光ファ
イバケーブル用スペーサの引張性能を向上させる技術に
関する。
【従来の技術】光ファイバケーブルは、作業上の安全を
確保するため、あるいは、高圧電力線付近での電界,磁
界の影響を受けないようにするため、ケーブル部材のノ
ンメタリック化が求められている。
【0002】また、鋼線等の比重の大きい金属の抗張力
体に代えて、FRP等のノンメタリックとすれば、軽量
化され、ケーブルの敷設長を伸ばすことが可能となり、
工事の省力化、工費の削減にも寄与する。
【0003】このようなノンメタリックケーブルの抗張
力体には、高度の引張特性が要求されるため、15,0
00 kg/mm以上の引張弾性率を有するポリパラフ
ェニレンベンゾビスオキサゾール(以下、PBOと称す
る)繊維を補強繊維とするFRPが適している。
【0004】しかし、PB0繊維を補強繊維と光ケーブ
ルには、以下に説明する技術的な課題があった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】すなわち、鋼線タイプ
の抗張力体と同レベルの引張性能をPBO繊維を強化繊
維とするFRP(以下、ZFRPということがある。)
の単線状のものを抗張力体とすると、その外径が大きく
なり、可撓性が損なわれるという問題があった。
【0006】これを解決するために、本願発明者らは、
細いZFRP単線を撚合わせた撚線ZFRPを抗張力体
として中央配置した光ケーブル用スペーサにより可撓性
の向上を図った。
【0007】その結果、可撓性については、大幅に改善
され、ケーブル敷設の作業性は向上したが、抗張力性す
なわち引張性能は、PBO繊維の有する引張弾性率から
計算される引張性能と比較して、低下する傾向にあっ
た。
【0008】この原因として、抗張力体の外周に溝形状
を確保するため予備被覆を施す際あるいは、溝を形成す
べくスペーサ本体被覆を施す際に、溶融押出された被覆
部の冷却固化に伴う熱収縮により、抗張力体の長手方向
に亘って、圧縮力が作用し、ZFRPが圧縮応力を受け
るていることが考えらる。
【0009】つまり、従来におけるZFRP撚線を抗張
力線として用いても、光ファイバケーブルの重要な仕様
である、0.2%伸張時の応力が低下し、光ファイバを
有効に保護できないという問題があった。
【0010】本発明は、前記のZFRP撚線を抗張力体
とする光ファイバケーブル用スペーサにおいて、引張性
能に優れたものを提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では、0.2%伸張時応力値から計算できる
見掛けの引張弾性率が8000kg/mm以上である
抗張力体と、前記抗張力体の外周を被覆する予備被覆層
および最外周に複数の螺旋状溝を形成したスペーサ本体
被覆層を備えた光ファイバケーブル用スペーサであっ
て、前記抗張力体は、ポリパラフェニレンベンゾビスオ
キサゾール(PBO)繊維を補強繊維とするFRP単線
を熱可塑性樹脂で一次被覆した複合ストランドを複数本
撚り合せたFRP撚線と、その外周を熱可塑性樹脂で被
覆した二次被覆層とからなり、前記一次被覆層と二次被
覆層との合計被覆層厚みを0.4mm〜3mmの範囲と
する。また、前記抗張力体は、前記PBO補強繊維に未
硬化状熱硬化性樹脂を含浸しこれを熱可塑性樹脂で被覆
した一次被覆層を有する未硬化状複合ストランドを複数
本撚合わせその外周に熱可塑性樹脂による二次被覆層を
施した後に加熱硬化されたものであり、二次被覆層の熱
可塑性樹脂は、複合ストランドの一次被覆層の熱可塑性
樹脂とは相溶性を有せず、予備被覆層又はスペーサ本体
被覆層の形成樹脂とは相溶性を有するものから選択する
ことができる。さらに、前記一次被覆層と二次被覆層と
の合計被覆層厚みは、0.6mm〜2mmの範囲に設定
することができる。また、前記一次被覆層は、ポリアミ
ド系樹脂で構成し、前記二次被覆層,予備被覆層,スペ
ーサ本体被覆層は、ポリエチレン系樹脂で構成すること
ができる。また、本発明は、光ファイバケーブルの製造
方法において、所定本数のPBO繊維に熱硬化性樹脂を
含浸し、これを絞り成形して未硬化状線条物とした後、
溶融押出機のヘッド部に導いて、その外周を溶融状熱可
塑性樹脂で環状に一次被覆し、これを直ちに冷却して、
未硬化状複合ストランドとし、前記未硬化状複合ストラ
ンドを複数本撚りあわせてその外周を前記一次被覆の熱
可塑性樹脂とは相溶性を有しない熱可塑性樹脂で二次被
覆し、次いで加熱硬化槽中で内部の熱硬化性樹脂を加熱
硬化して抗張力体とし、この抗張力体の外周この二次被
覆層つき硬化FRP撚線の抗張力体の外周に前記二次被
覆層の熱可塑性樹脂と相溶性を有する樹脂で予備被覆を
した後あるいは予備被覆を施すことなく螺旋状溝を有す
るスペーサ本体被覆を施す製造方法であって、前記一次
被覆層と二次被覆層との合計被覆層厚みを0.4mm〜
3mmの範囲とする。
【0012】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて説明する。本発明では、撚線のストランドを構成す
るFRPの補強繊維に、高引張弾性率を有するポリパラ
フェニレンベンゾビスオキサゾール(PBO)繊維を用
いる。PBO繊維は高強度なので、FRP径を小さくす
ることができるからである。
【0013】また、補強繊維のマトリックス樹脂には、
熱硬化性樹脂を用い、熱硬化性樹脂としては、不飽和ポ
リエステル樹脂、ビニルエステル樹脂が一般的である
が、エポキシ樹脂、フェノール樹脂などであっても良
く、これらの樹脂に過酸化物等の触媒を添加して、PB
O補強繊維に含浸される。なお、ビニルエステル樹脂を
用いると耐熱性を向上できる。
【0014】撚線は、中央に芯ストランドを配し、その
外周に複数本のストランドを密接状に撚り合わせるタイ
プの例えば1×7タイプの撚線が一般的である。
【0015】本発明では、PBO補強繊維に熱硬化性樹
脂を含浸し、所定の外径に絞り成形した後、溶融状熱可
塑性樹脂で環状に被覆して、一次被覆層を設けた未硬化
状複合ストランドとする。
【0016】一般にFRPで撚線を作る場合、金型引抜
法等により硬化したFRP線を撚り合わせる方法等によ
るが、この場合はFRPの回復弾性のため、撚り戻りし
易い状態であり、このため、FRP撚線の外周をテープ
巻するか、熱可塑性樹脂で被覆する必要があるし、ケー
ブル化後に接続その他の端末処理作業もストランドのバ
ラけでやり難い。
【0017】これに対して本発明では、未硬化状複合ス
トランドを複数本撚り合わせその外周を環状に被覆した
後、硬化しているので、硬化後において、各外周の複合
ストランドは撚りが賦形された状態となって、撚りがバ
ラけることがない。
【0018】また、一次被覆層の存在により、内部が未
硬化状であっても撚り合わせ容易であり、二次被覆層の
存在により、硬化に際し、熱湯を熱媒とする加熱硬化槽
を使用できるという製造工程上の利点に加え、後述する
ごとく、ZFRPの性能を効率良く発現させる効果を有
する。
【0019】一次被覆層の熱可塑性樹脂は、二次被覆層
の熱可塑性樹脂と相溶性を有しない樹脂を選択し、二層
が硬化発熱等により相互に熱融着して撚線の特徴である
可撓性が損なわないようにする。
【0020】一方、二次被覆層の樹脂と、外周に一方向
ないし交互反転方向の螺旋状溝を形成するスペーサ本体
被覆層の樹脂あるいは、このスペーサ本体被覆に先立
ち、螺旋状溝の形状精度を確保するために施される予備
被覆層の熱可塑性樹脂とは、相溶性を有するものを選択
して使用し、層間が相互に融着して強度を保持させる。
【0021】より具体的には、一次被覆層の熱可塑性樹
脂としては、ナイロンー6、ナイロンー12等のポリア
ミド系樹脂が、柔軟性を有することや、融点が高いため
二次被覆層からの熱の遮蔽性や硬化発熱時の耐熱性をの
点で好適である。
【0022】一方、スペーサ本体被覆層あるいは、予備
被覆層には、低温物性にすぐれることから高密度ポリエ
チレン(以下HDPEと称す)等のポリエチレン系樹脂
が使用されるので、二次被覆層には、スペーサ本体被覆
層あるいは予備被覆層と相溶性を有するHDPEや、L
LDPE、LDPE、これらの各種変性樹脂等が使用さ
れる。
【0023】さらに、前記一次被覆層と二次被覆層との
合計被覆層厚みを0.4mm〜3mmの範囲とし、より
好ましくは0.6mm〜2mmの範囲とする。これは、
合計被覆層厚みが0.4mmよりも薄い場合、その後の
予備被覆によりZFRPの引張性能が低下するからであ
る。
【0024】この原因は定かでないが、予備被覆した溶
融熱可塑性樹脂の成形収縮に起因しているものと思わ
れ、熱の遮蔽もしくは緩衝効果を有する一次被覆層と二
次被覆層の合計被覆厚みが薄いと、予備被覆樹脂の熱が
直接ZFRPに加わるため、成形収縮を抑えることが出
来なくなるものと思われる。
【0025】一方、二次被覆層が厚すぎると、熱伝導が
悪く、加熱硬化に時間がかかり、生産性が低下し、ま
た、溶融被覆時の熱量により、未硬化状複合ストランド
を部分的に硬化させ、全体としての性能を低下させる等
の問題があるからである。なお、一次被覆層の厚みは概
ね、0.1〜0.3mmである。
【0026】また、二次被覆層の外周は、複合ストラン
ドの硬化後において、その外周を均一な径とするため、
所定の内径の加熱ダイに通して整形しても良い。
【0027】二次被覆層を有する抗張力体の外周には、
スペーサ本体形成の被覆との関係、すなわち、特公平4
−81763号に開示されている発明思想に基づき、螺
旋溝の形状及び寸法精度を向上するため、溝底のみなし
外径とスペーサ本体形成の被覆をする抗張力体の外径と
をなるべく近似させるため、二次被覆層の外周に予備被
覆を1ないし数回に分けて施す。なお、本発明におい
て、環状に被覆するとは、継ぎ目なく閉鎖状に被覆する
ことをいう。
【0028】以下に、本発明につき好適な実施例により
説明する。
【0029】実施例実施例1.図1は、本実施例の光ケ
ーブル用スペーサ10の断面を示し、ZFRP12の外
周に一次被覆層13を有する複合ストランド14を1×
7の構造に撚り合わせてその外周に二次被覆層15を備
えた抗張力体16としている。
【0030】抗張力体16の外周には、予備被覆層、1
7,18を設けて予備被覆抗張力線19とし、最外周に
13個の溝22を有するスペーサ本体被覆層20を有し
ている。
【0031】なお、一次被覆層13と二次被覆層15と
は、融着はしておらず、各層は例えば曲げられた場合、
各層独立に挙動できるので可撓性が確保でき、二次被覆
層15、予備被覆層17,18、スペーサ本体被覆層2
0は、相互に融着一体化されている。本実施例のスペー
サ10は、以下の方法によって作製した。
【0032】PBO繊維(東洋紡績(株)製 ザイロ
ン)に過酸化物系触媒を含むビニルエステル樹脂(三井
化学(株)製エスターH2000HV)を含浸し、これ
を絞り成形してPBO繊維の含有率が約60%の外径
2.4mmの未硬化状線状物として、溶融押出機のヘッ
ド部に導いて、その外周に溶融状のナイロンー12樹脂
(ダイセル化学工業(株)製 ダイアミドL2121)
をダイより押出して環状に被覆し、これを直に冷却して
外径が2.8mmで、0.2mm厚みの一次被覆層13
を有する未硬化状複合ストランドを得、これをドラムに
所定長巻取った。
【0033】未硬化状複合ストランドを巻取ったドラム
を7本準備し、1本を芯ストランド、6本を外周ストラ
ンドとする1×7構造の撚線に撚り合わせながら、これ
を溶融押出機のヘッド部に導いて、溶融状のLLDPE
(日本ユニカー(株)製 NUCG5350)で被覆し
て厚み1.3mmの二次被覆層15を形成した。
【0034】この二次被覆層15を有する未硬化状ZF
RP撚線を、長さ10mの100℃の熱湯を満たした加
熱硬化槽に導き、2m/分の速度で硬化した。
【0035】次いで、二次被覆層15を有するZFRP
12の抗張力体16を、溶融押出機のヘッド部に導い
て、二次被覆層15と同一のLLDPE樹脂により2回
被覆して外径16mmのLLDPE予備被覆層17、1
8を有する断面円形の予備被覆抗張力線19を得た。
【0036】この予備被覆抗張力線19を、スペーサの
断面形状に対応した開口を有する回転ダイが取着された
スペーサ本体被覆用溶融押出機に導いて、HDPE樹脂
(日本ポリオレフィン(株)製 KKZ51C)を回転
しながら押出して、リブ部の外径が24.3mmで外周
に溝幅2.8mm、溝深さ4.1mmの13個の溝を有
し、螺旋ピッチが500mmのスペーサ本体被覆層20
を有するインダクションフリー(IF)型のスペーサ1
0を得た。
【0037】このスペーサの引張り性能を測定したとこ
ろ、0.2%伸張時の応力は700kgと、充分な抗張
力を有していた。
【0038】また、0.2%伸張時の応力から計算され
る引張弾性率は、11,500kg/mmであった。
【0039】なお、0.2%伸張時応力および引張弾性
率は、以下の方法で測定、算出した。 まず、得られた
スペーサ10の長さ0.8mのサンプルを準備し、その
両端の10cmについて、スペーサ本体被覆から二次被
覆層までを剥離除去し、撚線をほぐして内径50mm長
さ200mmの金属製パイプに通して膨張性コンクリー
トで固めてマンション加工し、硬化させた後、2トンの
ロードセルを取り付けた定速伸張型引張試験機(新興
(株)製 TOM)で速度5mm/分で引張試験を行
い、0.2%伸張時の荷重から応力を、その荷重−伸張
曲線0点と0.2%伸張時応力測定点とを結ぶ直線の勾
配から引張弾性率を求めた。
【0040】実施例2.実施例1と同様の条件にてPB
O繊維含有率を約60体積%として外径2.7mmの未
硬化状線条物とし、これをナイロンー12樹脂で0.2
0mm厚に環状に被覆して、外径3.1mmの未硬化状
複合ストランドを得た。
【0041】これを実施例1と同様に7本撚合わせ、そ
の外周をLLDPEで環状に被覆して、二次被覆層厚み
が1.1mmで見掛け外径が11.5mmに被覆し、こ
れを熱湯を満たした加熱硬化槽に導いて内部を硬化し
て、二次被覆層付き硬化撚線を得た。
【0042】ついで、この二次被覆層付き硬化撚線にL
LDPEによる予備被覆を実施例1同様2回施して、1
6Φとした後、実施例1と同一のHDPE樹脂でスペー
サ本体被覆を施し、実施例1と同一の溝を有する13
溝、外径24.3mmのインダクションフリーの光ファ
イバケーブル用スペーサを得た。
【0043】このスペーサの0.2%伸張時応力は、8
00kgであった。また、見掛けの引張弾性率を算出す
ると9,980kg/mmであった。
【0044】実施例3.実施例1と同一の未硬化状ZF
RPに0.2mmの一次被覆層を施し、撚合わせ後の二
次被覆層の厚みを0.4mmとして外径9.2mmとし
た。
【0045】これを、実施例1と同様に加熱硬化して、
その外周に更に予備被覆を施して、外径16mmとし、
同様にスペーサ本体被覆を施して、同一形状のスペーサ
を得た。
【0046】このスペーサの0.2%伸張時応力は60
0kgであり、見掛けの引張弾性率は、10,600k
g/ mmであった。
【0047】実施例4.実施例1と同一の未硬化状ZF
RPに0.2mmの一次被覆層を施し、撚合わせ後の予
備被覆を厚み2.55mmとして外径13.5mmとし
た。
【0048】これを、実施例1と同様に加熱硬化し、次
いで、その外周に更に予備被覆を施して、外径16mm
とし、同様にスペーサ本体被覆を施して、実施例1と同
一形状のスペーサを得た。このスペーサの0.2%伸張
時応力は560kgであり、見掛けの引張弾性率は、
9,060kg/ mmであった。
【0049】比較例1.実施例1の未硬化状ZFRPの
複合ストランドを7本撚合わせ、HDPEによる二次被
覆を施すことなく、加熱硬化して撚線ZFRPを得た。
【0050】この硬化後の撚線ZFRPにLLDPEに
よる予備被覆を2回施して、外径16mmとし、次いで
スペーサ本体被覆により、実施例1と同一形状のスペー
サを得た。
【0051】このスペーサの0.2%伸張時応力は45
0kgであり、見掛けの引張弾性率は、7,280kg
/ mmであった。
【0052】比較例2.0.2mmの一次被覆を有する
未硬化状ZFRP撚線の外周の二次被覆を3.3mm厚
として外径15mmとし、これを熱湯中で硬化した後、
前述同様に更に予備被覆して外径16mmとし、これに
スペーサ本体被覆してスペーサを得た。
【0053】得られたスペーサは、ZFRPの硬化が不
十分で、実用に供することが困難であった。
【0054】比較例3.比較例2のZFRP撚線の硬化
を完全にするため、加熱硬化槽中の引取速度を0.8m
m/分とし、その他は比較例2と同様にして、スペーサ
を得た。
【0055】このスペーサの0.2%伸張時応力は40
0kgであり、見掛けの引張弾性率は、6,470kg
/ mmであった。
【0056】以上の実施例、比較例のZFRP外径、一
次被覆層厚み、撚線二次被覆後外径、二次被覆層厚み、
スペーサ製造後の抗張力体の0.2%伸張時応力、引張
弾性率をまとめて表1に示す。
【0057】
【表1】
【0058】
【発明の効果】以上、実施例で詳細に説明したように、
本発明のIFタイプの光ファイバケーブル用スペーサ
は、ZFRPの外周に一次被覆層を有し、これを撚り合
わせた撚線の外周に二次被覆層を施した抗張力体とする
ことによって、両層が熱の遮蔽あるいは緩衝体として働
き、抗張力体に更に熱可塑性樹脂被覆を施す際の熱的影
響によるZFRPの強度低下を防ぎ、抗張力体としての
見掛けの引張弾性率を8,000kg/ mm以上と
しているので、通常必要とされている0.2%伸張時の
充分な引張応力を有しており、可撓性、軽量性、高い絶
縁性、無誘導性を備えたIFタイプの光ファイバケーブ
ルを得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかるZFRP撚線を抗張力体とする
光ファイバケーブル用スペーサの一実施例を示す図。
【符号の説明】
10 光ファイバケーブル用スペーサ 12 ZFRP 13 一次被覆層 14 複合ストランド 15 二次被覆層 16 抗張力体 17、18 予備被覆層(第一、第二) 19 予備被覆抗張力体 20 スペーサ本体被覆層 22 溝
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩田 秀行 東京都新宿区西新宿三丁目19番2号 日 本電信電話株式会社内 (56)参考文献 実開 昭62−193212(JP,U) 実開 昭63−198008(JP,U) 特公 平4−81763(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 6/44

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 0.2%伸張時応力値から計算できる見
    掛けの引張弾性率が8000kg/mm以上である抗
    張力体と、前記抗張力体の外周を被覆する予備被覆層お
    よび最外周に複数の螺旋状溝を形成したスペーサ本体被
    覆層を備えた光ファイバケーブル用スペーサであって、 前記抗張力体は、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサ
    ゾール(PBO)繊維を補強繊維とするFRP単線を熱
    可塑性樹脂で一次被覆した複合ストランドを複数本撚り
    合せたFRP撚線と、その外周を熱可塑性樹脂で被覆し
    た二次被覆層とからなり、 前記一次被覆層と二次被覆層との合計被覆層厚みを0.
    4mm〜3mmの範囲とする ことを特徴とする光ファイ
    バケーブル用スペーサ。
  2. 【請求項2】 前記抗張力体は、前記PBO補強繊維に
    未硬化状熱硬化性樹脂を含浸しこれを熱可塑性樹脂で被
    覆した一次被覆層を有する未硬化状複合ストランドを複
    数本撚合わせその外周に熱可塑性樹脂による二次被覆層
    を施した後に加熱硬化されたものであり、 二次被覆層の熱可塑性樹脂は、複合ストランドの一次被
    覆層の熱可塑性樹脂とは相溶性を有せず、予備被覆層又
    はスペーサ本体被覆層の形成樹脂とは相溶性を有するも
    のから選択したことを特徴とする請求項1記載の光ファ
    イバケーブル用スペーサ。
  3. 【請求項3】 前記一次被覆層と二次被覆層との合計被
    覆層厚みが0.6mm〜2mmの範囲とすることを特徴
    とする請求項2記載の光ファイバケーブル用スペーサ。
  4. 【請求項4】 前記一次被覆層は、ポリアミド系樹脂で
    構成され、前記二次被覆層は、ポリエチレン系樹脂から
    なることを特徴とする請求項2ないし4記載の光ファイ
    バケーブル用スペーサ。
  5. 【請求項5】 所定本数のPBO繊維に熱硬化性樹脂を
    含浸し、 これを絞り成形して未硬化状線条物とした後、溶融押出
    機のヘッド部に導いて、その外周を溶融状熱可塑性樹脂
    で環状に一次被覆し、 これを直ちに冷却して、未硬化状複合ストランドとし、 前記未硬化状複合ストランドを複数本撚りあわせてその
    外周を前記一次被覆の熱可塑性樹脂とは相溶性を有しな
    い熱可塑性樹脂で二次被覆し、 次いで加熱硬化槽中で内部の熱硬化性樹脂を加熱硬化し
    て抗張力体とし、 この抗張力体の外周この二次被覆層つき硬化FRP撚線
    の抗張力体の外周に前記二次被覆層の熱可塑性樹脂と相
    溶性を有する樹脂で予備被覆をした後あるいは予備被覆
    を施すことなく螺旋状溝を有するスペーサ本体被覆を施
    す製造方法であって、 前記一次被覆層と二次被覆層との合計被覆層厚みを0.
    4mm〜3mmの範囲とすることを特徴とする光ファイ
    バケーブル用スペーサの製造方法。
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