JP2005221919A - 光ファイバケーブル及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ケーブル外被に埋設するノンメタリックの抗張力体を、小径に曲げても破断されず、しかも適度な曲げ剛性を有し、価格的にも安価なものとすることができる光ファイバケーブルとその製造方法を提供する。
【解決手段】光ファイバ心線１と平行に抗張力体２を外被５内に埋設した光ファイバケーブルであって、抗張力体２は有機系の高張力繊維束３を外被５より硬質の熱可塑性樹脂４で被覆して形成するようにしたものである。高張力繊維束３の引抜力は１０Ｎ／ｃｍ以上とし、硬質の熱可塑性樹脂４にチタン酸カリウム等の無機質のフィラーを添加する。また、硬質の熱可塑性樹脂４が未硬化の状態で、外被５を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ノンメタリックタイプのインドア光ファイバケーブル又はドロップ光ファイバケーブルと称されている光ファイバケーブルに関する。

インターネット等の急速な普及により情報通信の高速化、情報量の増大に加え、最近では双方向通信と大容量通信の光ネットワークの構築が進展し、通信事業者と各家庭を直接光ファイバで結び超高速通信サービスを提供するＦＴＴＨ（Fiber To The Home）サービスが開始されている。これにより、屋内布設用のインドア光ファイバケーブルや屋内への引き込みに用いられるドロップ光ファイバケーブルの需要が増えている。これらの光ファイバケーブルは、一般に、ケーブル外被に光ファイバ心線と平行に抗張力体を埋設して、ケーブルの引張り強度を高めた構成のものが用いられている。

この種の光ファイバケーブルとして、通常、１乃至２本の光ファイバ心線を両側から挟むようにして平行に抗張力体を配置して、外被用の樹脂に埋設する構造で形成される。抗張力体には、金属ワイヤを用いる例もあるが、雷や電力ケーブルからの影響を受けないノンメタリック（金属を含まない）タイプのものも多用されており、通常、その抗張力体としてガラス繊維強化プラスチック（ＦＲＰ：Fiber Reinfoced Plastics ）をケーブル外被に一体的に埋設している。また、ガラス繊維の代わりにアラミド繊維等の高張力繊維を用いる例も知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
特開平９−２５８０７５号公報 特開２００２−３３３５６０号公報

光ファイバケーブルに使用されるノンメタリックの抗張力体としては、ガラス繊維を熱硬化性のマトリックス樹脂で棒状に固めたガラスＦＲＰが一般的である。しかし、この抗張力体の許容曲げ半径は、一般に抗張力体の直径の１００倍とされている。例えば、直径が０.４ｍｍのガラスＦＲＰを抗張力体としてケーブル外被に埋設した光ファイバケーブルの許容曲げ半径は４０ｍｍとなる。この許容半径以下に無理に曲げると、ガラス繊維が破断してしまい、所定の許容張力が得られなくなる。また、アラミド繊維等の有機系の強化繊維を用いたＦＲＰは、十分な曲げ剛性が得られず、価格的にも高いものとなる。

屋内に布設するインドア用の光ファイバケーブルは、壁際等の配線でスペース的な制約から小径の曲げ径の要求が強いが、小径で曲げるには抗張力体を細くする必要がある。抗張力体を細くすると所定の許容張力を得ることができなくなる。
本発明は、上述した実情に鑑みてなされたもので、ケーブル外被に埋設するノンメタリックの抗張力体を、小径に曲げても破断されず、しかも適度な曲げ剛性を有し、価格的にも安価なものとすることができる光ファイバケーブルとその製造方法の提供を課題とする。

本発明の光ファイバケーブルは、光ファイバ心線と平行に抗張力体を外被内に埋設した光ファイバケーブルであって、抗張力体は有機系の高張力繊維束を外被より硬質の熱可塑性樹脂で被覆して形成するようにしたものである。また、高張力繊維束の引抜力は１０Ｎ／ｃｍ以上とし、硬質の熱可塑性樹脂にチタン酸カリウム等の無機質のフィラーを添加する。
また、本発明による光ファイバケーブルの製造方法は、光ファイバ心線と平行に抗張力体を外被内に埋設した光ファイバケーブルの製造方法であって、有機系の高張力繊維束を外被より硬質の熱可塑性樹脂で被覆して抗張力体とした後、硬質の熱可塑性樹脂が未硬化の状態で外被を形成する。

本発明によれば、光ファイバケーブルを小径の曲げ（曲げ半径３ｍｍ）で曲げても、高張力繊維は破断されず初期値の破断張力を維持することができ、また、高張力繊維の引抜力を所定値以上とすることにより、抗張力体としての線膨張係数を抑制して温度変化による光ファイバの損失増加を所定値以下に抑えることができる。

本発明の実施の形態について図により説明する。図１は光ファイバケーブルの一般的な形状例を示し、図１（Ａ）はドロップ光ファイバケーブル、図１（Ｂ）はインドア光ファイバケーブル、図１（Ｃ）はその他の光ファイバケーブルの一例を示す図である。図中、１は光ファイバ心線、１’は光ファイバテープ心線、２は抗張力体、３は高張力繊維束、４は被覆樹脂、５はケーブル外被、６は緩衝材、７は支持線を示す。

図１（Ａ）に示す通称ドロップケーブルとも言われている光ファイバケーブルは、１又は２本の光ファイバ心線１を両側から挟むようにして、抗張力体２を平行に配置してケーブル外被５内に埋設し破断張力を高めた形状とされ、これに支持線７を一体的に設けて構成される。また、屋内布設用の図１（Ｂ）に示す通称インドアケーブルとも言われている光ファイバケーブルは、図１（Ａ）の支持線７の部分を除去した形状で形成される。光ファイバ心線１は、外径０.１２５ｍｍのガラスファイバの外周に紫外線硬化樹脂等で外径０.２５ｍｍ程度の保護被覆を施して形成される。ドロップケーブル用としての支持線７は、例えば、外径１.２ｍｍ程度の鋼線等を用いることができる。

図１（Ｃ）は、その他の各種用途に用いることが可能な光ファイバケーブルで、例えば、複数本の光ファイバ心線をテープ状にした光ファイバテープ心線１’を多数枚積層し、その外側を側圧防止のための緩衝材６を介在させて、ケーブル外被５で被覆したものである。ケーブル外被５は、円形乃至は楕円状に形成され、ケーブル外被５内に同様に抗張力体２を光ファイバと平行に埋設させて、破断張力を高めている。

本発明では、光ファイバ心線１と平行に配設する抗張力体２として、有機系の高張力繊維の所定量を束ねて高張力繊維束３とし、これを硬質の熱可塑性樹脂からなる被覆樹脂４で被覆して構成する。高張力繊維束３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る。また、この高張力繊維束３を被覆する被覆樹脂４としては、曲げに強く、線膨張係数及び加工歪が小さい硬質の熱可塑性樹脂が用いられる。

上述の高張力繊維束３の周囲を硬質の熱可塑性樹脂で固めることにより、高張力繊維は束形状を維持して、ケーブル外被５内に埋設することができ、光ファイバケーブルの抗張力体２として機能させることができる。有機系の高張力繊維束３自体は、ガラス繊維と違って小径に折り曲げても破断されず、また、マトリックス樹脂で固められていないので、ある程度の移動が許容され折り曲げによって繊維が過度に引張られて破断するのを回避することができる。

高張力繊維束３の周りを固めている被覆樹脂４は、例えば、ケーブル外被５のポリエチレンより硬質のナイロン樹脂とすることにより、適度の弾性を持たせて曲げ剛性を与えることができる。さらに、この硬質の被覆樹脂４自体も抗張力体としての機能を持つことにもなるので、ガラス繊維と比べて比較的高価な有機系の高張力繊維束３の使用量を減らすことができる。例えば、１１４０ｄのアラミド繊維束に弾性率５ＧＰａのチタン酸カリウム入りのナイロン樹脂を被覆した外径１.２ｍｍの抗張力体は、通常、光ファイバが許容される０.４％伸びで、約５８Ｎの張力が得られるが、この張力５８Ｎのうちの３０％は、被覆樹脂４が分担することになる。

また、抗張力体２がケーブル外被５内に埋設された際に、有機系の高張力繊維束３の引抜力が所定値以上あることが望ましく、具体的には、１０Ｎ／ｃｍ以上あることが望ましい。この引抜力を大きくするということは、高張力繊維束３が、硬質の被覆樹脂４によって周囲からしっかり固められているということである。これにより、高張力繊維束３の線膨張係数は、一般に負乃至は小さい。したがって、高張力繊維束３と被覆樹脂４と結合力（一体性）が大きいと、被覆樹脂４を含めた抗張力体としての線膨張係数を小さくすることができる。また、高張力繊維自体は、サブミクロンと細い繊維からなるが、被覆樹脂４を密に充填することにより、切れ味の悪くなったニッパ等でも容易に抗張力体を切断することができる。

硬質の熱可塑性樹脂からなる被覆樹脂４にフィラーを添加することにより、樹脂の弾性率を高めることができると共に、被覆樹脂４自体の線膨張係数を低減させることができる。フィラーとしては、一般にガラス系のものが用いられるが、熱可塑性樹脂を押出し成形するときに、押出機のシリンダー、スクリュー、クロスヘッドなどを磨耗させてしまう。このため、押出成形しても設備への損傷が少ないチタン酸カリウムをフィラーとして用いるのが好ましい。

図２は、本発明による評価を行なった例を示すもので、図１（Ｂ）に示す形状で製造した光ファイバケーブルの試料１〜５について検証した。光ファイバ心線１は、モードフィールド径が９.２μｍ、カットオフ波長が１.２６μｍのシングルモードのもので、被覆外径が０.２５ｍｍのものを２本平行に並べた構造の光ケーブル構造とした。ケーブル外被５は、難燃性ポリエチレンを用いて外形が幅２ｍｍ、高さ４ｍｍの方形状断面となるように被覆成形した。抗張力体２（高張力繊維束＋被覆樹脂）の高張力繊維束３としては、アラミド繊維束（１１４０デニール）を用い、熱可塑性樹脂であるナイロン樹脂で被覆して被覆樹脂４とした。

試料１〜３については、被覆樹脂４自体の弾性率を高めることと、線膨張係数を低減するために無機材のチタン酸カリウムのフィラーを添加した。なお、試料５は、比較のために従来のガラスＦＲＰを抗張力体としたときのものである。線径とは、抗張力体２としてアラミド繊維束を樹脂で被覆した状態の樹脂被覆４の外径を示す。なお、アラミド繊維束を、１１４０デニールとすると、繊維束の外径は０.５ｍｍ程度となり、被覆樹脂の外径を０.９ｍｍとすると、被覆樹脂の厚さは０.２ｍｍ程度となる。

試料１〜４の高張力繊維束３の引抜力は、アラミド繊維の周囲を固めているナイロン樹脂に対するものであり、試料５はマトリクス樹脂で固められた状態の抗張力体の引抜力とする。したがって、試料１，２の引抜力が１０Ｎ／ｃｍ以上であるのに対して、試料３，４の引抜力は３Ｎ／ｃｍと小さいが、これはアラミド繊維がスカスカの状態で被覆樹脂４で被覆されていることを意味する。また、試料５では、引抜力が５０Ｎ／ｃｍと大きいが、ＦＲＰの樹脂表面がケーブル外被５と密着されて埋設されていることによるものである。なお、試料１，２の抗張力体は、被覆樹脂を高張力繊維束に対して充実押出製法で、圧力をかけながら形成することで高張力繊維の引抜力を高めたものである。試料３，４の抗張力体は、被覆樹脂を高張力繊維束に対して引落製法で、圧力がかからないルーズな形態で形成することで高張力繊維の引抜力を低くしたものである。

上記の試料１〜５を曲げ半径３ｍｍで折り曲げる前（初期値）と折り曲げた後の光ケーブルの破断張力を測定したところ、試料１〜４のいずれも、折り曲げ後においても初期値とほぼ同じ破断張力を有し、抗張力体としての機能は小径の曲げでは損なわれないことが判明した。これに対し、試料５は、初期値２２０Ｎから小径の曲げ後は３Ｎと激減し、ガラス繊維が破断されてしまい抗張力体の機能が実質的に失われてしまった。

また、各試料１〜５の光ケーブルの線膨張係数について測定したところ、高張力繊維束３の引抜力が大きい方が、線膨張係数が小さくなっている。これはアラミド繊維と被覆樹脂４との一体性が強いほど、アラミド繊維の線膨張係数の影響が大きくなるということであり、負の線膨張係数を持つアラミド繊維の使用が好ましい。また、試料３のように被覆樹脂にチタン酸カリウムを添加したものと、試料４のようにチタン酸カリウムを添加しないものとの比較で、フィラーの添加によっても線膨張係数を大幅に改善できることが明らかにされた。

これらの光ケーブルの線膨張係数による伝送損失（ｄＢ／ｋｍ）の影響を、室温（２３℃）における損失値に対し、−３０℃から７０℃における温度での損失増加（差分）を調べた。この結果、試料１，２，５の線膨張係数が１.２×１０^−５／℃以下では、０.１ｄＢ／ｋｍ以下とすることができ、試料３の線膨張係数が２.０×１０^−５／℃では、０.１５ｄＢ／ｋｍとすることができ、試料４の線膨張係数が８.０×１０^−５／℃では、０.５ｄＢ／ｋｍとなることが明らかとなった。

上記の結果から、有機系の高張力繊維を束ねてナイロン樹脂のような比較的硬質の熱可塑性樹脂で被覆して抗張力体とすることにより、光ファイバケーブルが小径で折り曲げられても、抗張力体としての機能が損なわれるのを回避することができる。また、高張力繊維束の引抜力を１０Ｎ／ｃｍ以上とすることにより、光ファイバケーブルとしての線膨張係数を小さく抑え、伝送損失の増加を抑制することができる。さらに、高張力繊維を固める被覆樹脂にチタン酸カリウム等のフィラーを添加することにより、光ファイバケーブルの線膨張係数を小さくするのに有効であると言える。

また、有機抗張力繊維を用いたことで、切断性が低下し作業性が悪くなるのではとの懸念から、ニッパを用いて抗張力体の切断性についても調べてみた。この結果、試料１，２，５については、刃こぼれのあるようなニッパを用いても切断することができ、従来のＦＲＰと比べて遜色がなかった。資料３，４の高張力繊維の引抜力が小さい場合では、刃こぼれがないニッパであれば切断することができ、特に切断性についての障害はなかった。

図３は、上述した光ファイバケーブルの製造方法の一例を示す図である。図中、１１は光ファイバ心線、１２は抗張力体、１３は高張力繊維束、１４は被覆樹脂、１５はケーブル外被、１６は光ファイバケーブル、１７、１８は供給リール、１９は被覆樹脂成形機、２０はケーブル外被成形機、１９ａ，２０ａはクロスヘッドを示す。

本発明による光ファイバケーブルの製造方法では、先ず、所定量の有機高張力繊維束１３が供給リール１７から繰出され、この高張力繊維束１３の外周に被覆樹脂成形機１９により被覆樹脂１４を施し、抗張力体１２とされる。樹脂被覆１４は、ケーブル外被より硬質の熱可塑性樹脂（例えば、ナイロン樹脂）が用いられ、クロスヘッド１９ａにより高張力繊維束１３の外周にタイト状態で成形される。次いで、別に用意された光ファイバ心線１１が供給リール１８から繰出される。この光ファイバ心線１１は、例えば、外径０.１２５ｍｍのガラスファイバを被覆外径０.２５ｍｍｓ程度にＵＶ樹脂で被覆したものである。

光ファイバ心線１１と抗張力体１２は、所定の配置関係になるように集合されて、ケーブル外被成形機２０によりケーブル外被１５が成形される。ケーブル外被１５としては、例えば、難燃性のポリエチレン樹脂等が用いられ、クロスヘッド２０ａにより図１に示したような種々の形状で、光ファイバ心線１１と抗張力体１２を一体的に被覆して光ファイバケーブル１６とされる。

抗張力体１２とケーブル外被１５との密着力は大きい方が好ましく、このため、抗張力体１２の被覆樹脂１４が未硬化のうちにケーブル外被１５が成形されることが好ましい。具体的には、被覆樹脂成形機１９をケーブル外被成形機２０に近づけることにより容易に実現することができる。なお、被覆樹脂成形機１９とケーブル外被成形機２０とを一体化した成形機、或いは、２層の同時被覆成形用のクロスヘッドを用いることにより、抗張力体１２の被覆樹脂１４とケーブル外被１５とは、同時成形で形成することも可能である。

本発明の光ファイバケーブルの概略を説明する図である。 本発明による光ファイバケーブルの評価結果を説明する図である。 本発明による光ファイバケーブルの製造方法の概略を説明する図である。

符号の説明

１…光ファイバ心線、１’…光ファイバテープ心線、２…抗張力体、３…高張力繊維束、４…被覆樹脂、５…ケーブル外被、６…緩衝材、７…支持線、１１…光ファイバ心線、１２…抗張力体、１３…高張力繊維束、１４…被覆樹脂、１５…ケーブル外被、１６…光ファイバケーブル、１７、１８…供給リール、１９…被覆樹脂成形機、２０…ケーブル外被成形機、１９ａ，２０ａ…クロスヘッド。

Claims (6)

1. 光ファイバ心線と平行に抗張力体を外被内に埋設した光ファイバケーブルであって、前記抗張力体は、有機系の高張力繊維束を前記外被より硬質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光ファイバケーブル。
2. 前記硬質の熱可塑性樹脂がナイロン樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバケーブル。
3. 前記高張力繊維束の引抜力が１０Ｎ／ｃｍ以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光ファイバケーブル。
4. 前記硬質の熱可塑性樹脂に無機質のフィラーが添加されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光ファイバケーブル。
5. 前記フィラーはチタン酸カリウムであることを特徴とする請求項４に記載の光ファイバケーブル。
6. 光ファイバ心線と平行に抗張力体を外被内に埋設した光ファイバケーブルの製造方法であって、有機系の高張力繊維束を前記外被より硬質の熱可塑性樹脂で被覆して抗張力体とした後、前記硬質の熱可塑性樹脂が未硬化の状態で前記外被を被覆することを特徴とする光ファイバケーブルの製造方法。

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