JP2005202265A - 耐火型光ケーブル - Google Patents

Abstract

【課題】国際規格で規定される耐火試験（７５０℃、９０分加熱）で断線を生じない耐火型光ケーブルを提供する。
【解決手段】中心抗張力体２２，２２’の周囲にスロット又はチューブを配して光ファイバ心線を収納し、外周を金属シース２６で覆った耐火型の光ケーブルであって、中心抗張力体２２，２２’が高強度繊維を溶融温度１８０℃以下の熱可塑性樹脂で被覆或いは含浸して形成されているものを用いる。熱可塑性樹脂には、例えば、ポリエチレン樹脂又は塩化ビニル樹脂を用いる。また、金属シース２６の内面側に、防水用の介在２５を配し、金属シース２６は鉄製で長手方向に正弦波状に波付けされ、さらに金属シース２６の外面を難燃性樹脂シース２７で覆った構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、中心抗張力体の周囲にスロット又はチューブを配して光ファイバ心線を収納し、外周を金属シースで覆った耐火型光ケーブルに関する。

海外での地下鉄火災等の影響により、閉空間に使用される光ケーブルにおいても、送電用電気ケーブルに見られるような耐火性を求める動きがある。光ケーブルについての耐火性については、例えば、国際規格（ＩＣＥ６０３３１）で、その耐火試験が規定されている。この耐火試験は、光ケーブルを７５０℃以上の高温に９０分晒した後に、１５分間自然冷却し、その間の伝送損失を測定すると言うものである。このような高温で苛酷な試験環境に対して、耐火型光ケーブルとしては、一般的なプラスチック系の材料のみで形成することができず、金属パイプ（又は金属シース）で光ファイバを覆い、金属パイプ内を酸欠状態とする構造が用いられている（例えば、特許文献１参照）。また、この金属パイプは、光ケーブルを地下道や屋根裏等の閉空間で生息するネズミ等からも保護することが期待されている。

金属パイプとしては、ステンレスが錆びにくく機械的にも強固な材質であることから、光ファイバを保護するものとしては有利な材料である。しかし、ステンレスは、価格的に高価なものとなる。また、光ファイバをステンレスパイプで覆う場合、ステンレステープを円筒状に丸め、その重ね部分を溶接して光ファイバを覆うようにしているため、小径の曲げを許容するための波付け加工を行なうことが難しい。このため、ステンレスパイプで光ファイバを覆った耐火型光ケーブルは、小径曲げを必要とする屋内等の局所配線には不向きとされている。そこで、小径曲げを必要とする個所では、ステンレスパイプを用いずに、安価で一般的な光ケーブルと同様にプラスチック系材料からなるケーブルコアを、波付け加工が容易な金属パイプで覆うことが望まれる。

耐火型に限定されない一般的な光ケーブルは、中心抗張力体の周囲にテープスロット又はルースチューブを用いて多数の光ファイバ心線を収納保持させて構成されている。中心抗張力体には、鉄等の金属線条或いはガラス繊維強化プラスチック（ＦＲＰ：fiber reinforced plastics ）が用いられている。なお、ＦＲＰのガラス繊維を、アラミド繊維等の高強度繊維で置き換えたものも用いられている。また、中心抗張力体として、アラミド繊維をポリ塩化ビニルで被覆して形成し、その外周に後で光ファイバを圧縮空気で挿入する複数の樹脂パイプを撚り合わせた構造の光ケーブルについても知られている（例えば、特許文献２参照）。
実公昭６３−４１６６号公報 特開平１０−１１５７４８号公報

図３は、従来の一般的な光ケーブルに金属シースを設けて、耐火性についての挙動調査を行なうのに試作した光ケーブルである。図３（Ａ）はテープスロットを用いた光ケーブルの一例を示す図、図３（Ｂ）はルースチューブを用いた光ケーブルの一例を示す図である。図中、１は光ケーブル、２は金属中心抗張力体、３はスロット、３ａはテープ溝、４は光ファイバテープ心線、５は防水混和物、６は金属シース、７は難燃ポリエチレンシース、１１は光ケーブル、１２はＦＲＰ中心抗張力体、１３はルースチューブ、１４は光ファイバ心線、１５は防水性テープ、１６は金属シース、１７は難燃ポリエチレンシースを示す。

図３（Ａ）に示すテープスロット型の光ケーブル１は、複数本の細い金属線を撚って形成された金属製の中心抗張力体２の周囲に、螺旋状又はＳＺ状のテープ溝３ａを有するスロット３を一体に形成し、多数本の光ファイバテープ心線４をテープ溝３ａに収納して構成した例である。光ファイバテープ心線４を収納したスロット３の外周には、防水混和物５を介在させ、その外側を金属シース６で覆った。金属シース６は、鉄製の金属テープ表面に接着性フィルムが貼られたもので、波付け後に防水混和物５の外周に縦添えするようにしてその合わせ部を加熱溶着した。また、この金属シース６の外部には、難燃ポリエチレンシース７等を施して外被とした。

図３（Ｂ）に示すルースチューブ型の光ケーブル１１は、ＦＲＰの中心抗張力体１２の周囲に、多数の光ファイバ心線１４を収納した複数本の樹脂製ルースチューブ１３を撚り合わせて構成した例である。撚り合わされたルースチューブ１３の外周には、図３（Ａ）の例と同様に、防水性テープ１５を施した。そして、防水性テープ１５の外周には、鉄製の金属テープ表面に接着性フィルムが貼られたもので、波付け後に縦添えしてその合わせ部を加熱溶着して防水性を高め、金属シース１６とした。また、この金属シース１６の外部には、難燃ポリエチレンシース１７等を施して外被とした。

図３（Ａ）及び（Ｂ）に示した構成例の光ケーブルについて、ＩＥＣ６０３３１に規定する耐火試験を実施し、その挙動調査を行なった。試験方法は、図４（Ａ）に示すように、試験用として少なくとも５ｍ長さの光ケーブル１，１１の両端を把持し、その中間の５００ｍｍ長さの範囲を、ガスバーナＧで７５０℃になるように均一に加熱した。試験したテープスロット型の光ケーブル１（全４サンプル）について、加熱開始から２７分で１サンプル、４２分で１サンプル、６０分で１サンプル、６５分で１サンプルの全サンプルにおいて、収納された光ファイバの少なくとも１本に断線が生じた。また、ルースチューブ型の光ケーブル１１（全２サンプル）についても、加熱開始から５９分で１サンプル、９２分で１サンプルにおいて同様な断線が生じた。

また、試験終了後のそれぞれの光ケーブル１，１１を解体して検証した結果、加熱した領域においては、高温で溶解しない金属中心抗張力体２、ＦＲＰ中心抗張力体１２のガラス繊維、光ファイバ（ガラス部分のみ）、鉄製の金属シース６，１６のみが残存し、その他の構成材料は、溶解乃至は消失していた。そして、その光ファイバの断線は、全て加熱燃焼した領域内で生じていた。なお、加熱されない領域は、ケーブル状態が維持されたまま残存し、延焼はしていなかった。

この検証の結果からは、光ケーブルが長手方向に自由に動き得る状態におかれている場合、加熱燃焼した部分は、中心抗張力体と光ファイバとの線膨張係数の違いにより、図４（Ｂ）に示すように、光ファイバは、中心抗張力体の伸びに追従することができず、過大な引張り力を受けて断線に至ったものと推測される。ちなみに、光ファイバの線膨張係数が８.０×１０^−６／℃に対し、鉄の線膨張係数は、１.１×１０^−５／℃である。また、光ケーブルの長手方向の動きが抑えられている場合、図４（Ｃ）に示すように、加熱燃焼した部分で中心抗張力体が伸びて両端で圧縮力を受けて撓み（湾曲する）、中心抗張力体と金属シースとの間に光ファイバを挟んで断線に至る場合もあると推測される。

また、ＦＲＰ中心抗張力体１２は、ガラス繊維にマトリックス樹脂といわれているエポキシアクリレート樹脂を絡めて加熱硬化させたもので、一般に耐熱温度が通常２００℃以上とされていて、他の構成材料と比べて溶融温度が高い。このため、ＦＲＰ中心抗張力体１２に用いている樹脂が軟化溶融する前に、光ファイバに引張り力、或いは、中心抗張力体と金属シースとの間に光ファイバを挟んで断線を生じさせているものと思われる。
本発明は、上述した実情に鑑みてなされたもので、国際規格で規定される耐火試験（７５０℃、９０分加熱）で断線を生じない耐火型光ケーブルの提供を課題とする。

本発明による耐火型光ケーブルは、中心抗張力体の周囲にスロット又はチューブを配して光ファイバ心線を収納し、外周を金属シースで覆った耐火型の光ケーブルであって、中心抗張力体が高強度繊維を溶融温度が１８０℃以下の熱可塑性樹脂で被覆或いは含浸して形成されているものを用いる。前記の熱可塑性樹脂には、例えば、ポリエチレン樹脂又は塩化ビニル樹脂を用いることができる。また、金属シースの内面側に、防水用の介在を配し、金属シースは鉄製で長手方向に波付けされ、さらに金属シースの外面を難燃性樹脂シースで覆った構成とすることができる。

耐火型光ケーブルの中心抗張力体を、比較的溶融温度の低い熱可塑性樹脂で高強度繊維を覆うか或いは含浸一体化させることにより、光ケーブルが高温に晒された際に、中心抗張力体を一体化させている熱可塑性樹脂が早期に溶解されて、内部の高強度繊維をバラけさせることができる。この結果、光ファイバが断線する前に、中心抗張力体の伸びによる光ファイバに作用する引張り力が低減され、また、中心抗張力体の伸びによる曲がりが弱められ金属シースとの間で光ファイバが挟みつけられるのを回避することができ、光ファイバの断線を防止することができる。

図により本発明の実施の形態を説明する。図１（Ａ）は本発明による耐火型光ケーブルの概略を説明する図、図１（Ｂ）は高強度繊維束の周囲を樹脂で覆った中心抗張力体を用いた例を説明する図、図１（Ｃ）は高強度繊維に樹脂を含浸させた中心抗張力体の例を説明する図である。図中、２１は耐火型光ケーブル、２２，２２’は中心抗張力体、２２ａは高強度繊維、２２ｂは被覆樹脂、２３はチューブ、２４は光ファイバ心線、２５は防水性テープ、２６は金属シース、２７は難燃ポリエチレンシースを示す。

本発明による耐火型光ケーブル２１は、例えば、図３（Ｂ）で説明したのと同様な構成で、中心抗張力体２２又は２２’の外周に多数の光ファイバ２４を収納した複数のチューブ２３を撚り合わせ、金属シース２６で覆って構成される。金属シース２６は、ステンレス或いは鉄製のテープを縦添えする形で円筒状に丸めて形成される。チューブ２３は、ポリブチレンテレフタレート等の樹脂で形成され、チューブ２３内には多数の光ファイバ心線２４がルース状態で収納されていてもタイト状態で収納されていてもよい。なお、特許文献２に開示のように、ケーブル敷設時にはチューブ２３には光ファイバを収納せず、後に空気圧送により光ファイバを挿通させるようにしてもよい。

本発明における中心抗張力体２２は、例えば、図１（Ｂ）に示すように、高強度繊維２２ａを束ね、これを被覆樹脂２２ｂで覆って形成することができる。高強度繊維２２ａには、例えば、ケブラー（デュポン 登録商標）やトワロン（帝人 登録商標）等のアラミド繊維、ベクトラン（クラレ 登録商標）のポリアリレート繊維等を用いることができ、また、この他、従来のＦＲＰで使用されているガラス繊維を用いることもできる。高強度繊維２２ａを覆う被覆樹脂２２ｂとしては、ＦＲＰで使用されている樹脂の耐熱温度（通常２００℃以上）より低い１８０℃以下で熱溶解する樹脂を用いるのが好ましい。より好ましくは、１５０℃以下で熱溶解する樹脂を用いる。

また、図１（Ｃ）に示すような中心抗張力体２２’を用いることもできる。この中心抗張力体２２’は、従来のＦＲＰと同様に、上述した高強度繊維の束に樹脂を含浸させて棒状に一体化して形成したものである。本発明では、含浸樹脂としては、図１（Ｂ）の被覆樹脂２２ｂに用いたのと同様に、ＦＲＰで使用されている樹脂の耐熱温度より低い１８０℃以下で熱溶解する樹脂を用いるのが好ましい。より好ましくは、１５０℃以下で熱溶解する樹脂を用いる。なお、図１（Ｂ）の被覆樹脂２２ｂ、又は、前記の含浸樹脂に適したものとして、ポリエチレン樹脂、塩化ビニル樹脂がある。また、高強度繊維の束に樹脂を含浸させた中心抗張力体２２’の外側に、更に樹脂被覆２２ｂのような樹脂被覆を付加してその外径を太くし、チューブ２３との間の隙間をなくすようにすることができる。

図２は他の実施の形態を示す図で、図２（Ａ）は高強度繊維束の周囲を樹脂で覆った中心抗張力体を用いた例を説明する図、図２（Ｂ）は高強度繊維に樹脂を含浸させた中心抗張力体の例を説明する図である。図中、３１は耐火型光ケーブル、３２，３２’は中心抗張力体、３２ａは高強度繊維、３２ｂは被覆樹脂、３３はスロット、３３ａはテープ溝、３４は光ファイバテープ心線、３５は防水混和物、３６は金属シース、３７は難燃ポリエチレンシースを示す。

図２に示すテープスロット型の光ケーブル３１は、中心抗張力体３２，３２’の周囲に、螺旋状又はＳＺ状のテープ溝３３ａを有するスロット３３を一体に形成し、多数本の光ファイバテープ心線３４をテープ溝３３ａに収納して構成するものである。光ファイバテープ心線３４を収納したスロット３３ａの外周には、防水混和物３５を介在させ、その外側を金属シース３６で覆う。金属シース３６は、ステンレス或いは鉄製の金属テープを防水混和物３５の外周に縦添えするようにしてその合わせ部を溶接して形成される。金属テープは、更に波付けを施した形状とするか、もしくは金属テープ表面に接着フィルムを貼付けた金属テープを防水混和物３５の外周に縦添えし、その合わせ部を加熱溶着することができる。また、この金属シース３６の外部には、難燃ポリエチレンシース３７等を施して外被とした。

図２（Ａ）に示す中心抗張力体３２は、図１（Ｂ）で説明した中心抗張力体２２と同様な構成で、高強度繊維３２ａを束ね、これを被覆樹脂３２ｂで覆って形成することができる。高強度繊維３２ａには、例えば、上述したのと同様なケブラー（Ｒ）、トワロン（Ｒ）等のアラミド繊維、ベクトラン（Ｒ）のポリアリレート繊維等を用いることができ、また、この他、従来のＦＲＰで使用されているガラス繊維を用いることもできる。高強度繊維３２ａを覆う被覆樹脂３２ｂとしては、ＦＲＰで使用されている樹脂の耐熱温度（通常２００℃以上）より低い１８０℃以下で熱溶解する樹脂を用いるのが好ましく、スロット３３と同じ樹脂を用いてもよい。

また、図２（Ｂ）に示すように、図１（Ｃ）で説明した中心抗張力体２２’と同様な構成の中心抗張力体３２’を用いることもできる。この中心抗張力体３２’は、高強度繊維の束に樹脂を含浸させて棒状に一体化して形成したものである。本発明では、含浸樹脂としては、図２（Ａ）の被覆樹脂３２ｂに用いたのと同様に、ＦＲＰで使用されている樹脂の耐熱温度より低い１８０℃以下で熱溶解する樹脂を用いるのが好ましい。なお、図２（Ａ）の被覆樹脂３２ｂ、又は、前記の含浸樹脂に適したものとして、ポリエチレン樹脂、塩化ビニル樹脂がある。

上述のように耐火型光ケーブルの中心抗張力体を構成する高強度繊維を覆う被覆樹脂、或いは、高強度繊維に含浸される樹脂として、比較的低温で熱溶融する樹脂材を用いることで、光ケーブルが高温に晒されたときに、高強度繊維を保持している上記の樹脂材は、比較的低温の早期の時点で溶解し、高強度繊維はバラけた状態となる。この結果、中心抗張力体が長手方向に伸びて光ファイバに過度の引張りを与えたり、光ファイバを金属シースに押付けたりするようなこともなくなり、光ファイバの断線を回避することができる。

また、本発明では、一般的な光ケーブルと同様に、チューブ２３又はスロット３３と金属シース２６，３６との間に、防水性テープ２５を巻きつけるか、或いは、防水混和物３５を充填するなどの防水用の介在を配し、防水性を持たせることができる。この防水用の介在は金属シース２６，３６と接触する状態で設けられるので、例え、可燃性の材料が用いられるとしても、この防水用の介在による延焼や温度上昇は防止することができる。

また、小径の曲げを必要とするような敷設個所に用いる耐火型光ケーブルでは、金属シース２６，３６を、耐火試験の７５０℃程度では容易に軟化せず、長手方向に正弦波状の波付け加工が容易な鉄製とするのが望ましい。また、耐火型光ケーブルの外被として金属シース２６，３６の外側を覆うシースとして、難燃性のポリエチレンで被覆するのが好ましい。

本発明の具体例として、図１（Ｂ）のルースチューブ構造の耐火型光ケーブルを作製した。中心抗張力体としては、高強度繊維としてケブラー（デュポン 登録商標）７１００ｄを１９本束ねた後（米国規格Ｔｅｌｃｏｄｉａ−ＧＲ２０に規定する光ケーブル許容張力２７００Ｎを満たす設計）、低密度ポリエチレンで一括被覆したものを用いた。また、金属シースとして、鉄製で正弦波状の波付きの形状とした。この耐火型光ケーブルを図４（Ａ）で示したのと同様な耐火試験を実施したところ、光ファイバの断線は生じなかった。

また、上記の耐火試験品を解体して検証したところ、高強度繊維の周囲の低密度ポリエチレンが熱溶解し、高強度繊維がお互いに干渉せず、金属シース内の自由空間でバラけて弛んだ状態で残存していた。バラけた高強度繊維は加熱により光ファイバに張力がかかるほどに伸びが発生しておらず、また、棒状の形状を保ってもいないため加熱により伸びたことで金属シースとの間で光ファイバを挟んでもいなかった。

本発明の実施形態の概略を説明する図である。 本発明の他の実施形態を説明する図である。 耐火性の挙動調査のために作製した光ケーブル例を説明する図である。 図３の光ケーブルの耐火試験を説明する図である。

符号の説明

２１，３１…耐火型光ケーブル、２２，２２’，３２，３２’…中心抗張力体、２２ａ，３２ａ…高強度繊維、２２ｂ，３３ｂ…被覆樹脂、２３…ルースチューブ、２４…光ファイバ心線、２５，…防水性テープ、２６，３６…金属シース、２７，３７…難燃ポリエチレンシース、３３…スロット、３３ａ…テープ溝、３４…光ファイバテープ心線、３５…防水混和物。

Claims (6)

1. 中心抗張力体の周囲にスロット又はチューブを配して光ファイバ心線を収納し、外周を金属シースで覆った耐火型の光ケーブルであって、前記中心抗張力体が高強度繊維を溶融温度１８０℃以下の熱可塑性樹脂で被覆して形成されていることを特徴とする耐火型光ケーブル。
2. 中心抗張力体の周囲にスロット又はチューブを配して光ファイバ心線を収納し、外周を金属シースで覆った耐火型の光ケーブルであって、前記中心抗張力体が高強度繊維に溶融温度１８０℃以下の熱可塑性樹脂を含浸して形成されていることを特徴とする耐火型光ケーブル。
3. 前記熱可塑性樹脂は、ポリエチレン樹脂又は塩化ビニル樹脂であることを特徴とする請求項１又は２に記載の耐火型光ケーブル。
4. 前記金属シースの内面側に、防水用の介在を配したことを特徴とする請求項１又は２に記載の耐火型光ケーブル。
5. 前記金属シースは、鉄製で長手方向に波付けされていることを特徴とする請求項１又は２に記載の耐火型光ケーブル。
6. 前記金属シースの外面を難燃性樹脂シースで覆ったことを特徴とする請求項１又は２に記載の耐火型光ケーブル。

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