JP2005148744A - 改良された光ファイバ・ケーブル - Google Patents

Abstract

【課題】ケーブルの断面が丸形で、複数の束になった光ファイバ含む改良された光ファイバ・ケーブルを提供する。
【解決手段】 本発明の光ファイバ・ケーブルは、複数の縦方向に延びる光ファイバからなる光ファイバ束と、複数の縦方向に伸びる光ファイバを封入する本質的に円形の断面を持つエンケースメントとを含む。当該エンケースメントは比較的堅く、光ファイバ束に意図的に接着させられる。したがって、エンケースメント媒体は、意図的にケーブル上の応力を光ファイバに伝える有効な応力伝達媒体として機能する。本発明のケーブル構造は、本質的に空隙がなく、水浸透を阻止する機能を持つ乾式ケーブルを実現する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、改善された光伝送特性を持つ光ファイバ・ケーブルに関するものである。より具体的には、光ファイバ束を収納し、曲げ損失を低減するように設計されている光波伝送ケーブルに関する。

大容量光波伝送ケーブルは、多くの場合、複数の光ファイバをリボンまたは束ねたファイバ構成に仕上げたものである。従来の束ねたファイバ・ケーブルは、通常、２つまたはそれ以上の光ファイバをケーブルの芯部でランダムにまとめたものである。光ファイバの密度および空間効率を高めようと、光ファイバ・リボンが設計された。しかし、光ファイバがランダムにまとめられた光ファイバ束は、特にファイバ本数が比較的少ない場合に、依然として広く使用されている。

光ファイバの曲がりは、主要な信号損失メカニズムであることは以前から認識されていた。曲げ半径（マイクロベンド）が小さいほど、ファイバの芯から漏れる光が増え、損失が生じる。複数のファイバがケーブル内に配列されている場合、マイクロベンディング問題は配列の性質の影響を受ける。というのは、ファイバの束が互いに、さらにケーブル・スリーブと機械的相互作用するからである。リボン状に配列された光ファイバを使用することで、この相互作用をある程度制御することができるが、光ファイバ・リボンはその固有のマイクロベンディング挙動を持つ。断面が矩形の光ファイバ・リボンでは、面外曲げ剛性は面内曲げ剛性に比べて著しく低く、いわゆる優先曲げ軸が生じる。結果の中でもとりわけ、この優先曲げ特性により、ケーブル積み込み時にリボン内のいくつかのファイバにランダムでない応力がかかる可能性がある。このような応力がかかると、ケーブル中の光ファイバの信号伝送特性が劣化することがある。そこで、光ファイバ・リボンについては、ケーブル敷設時に特別に考慮する。

また、光ファイバ・ケーブル設計では、マイクロベンド損失を制御する好ましいアプローチは取り囲んでいるケーブルから光ファイバを機械的に分離することであることが普遍的に認識されている。このようにして、ケーブルにかかる機械的影響および応力は、光ファイバに伝えられないか、伝えられても最小限度に抑えられる。これを実現するためにさまざまな手法が使用されてきた。初期のアプローチでは、光ファイバまたは光ファイバ束を比較的堅い管に緩く入れていた。これは、ファイバが管の中で「フロート状態（ｆｌｏａｔ）」になるようにすることが目的であった。他の設計では、光ファイバを一次コーティング、通常はポリマー・コーティングで被覆し、さらにその被覆の上から、これもまた通常ポリマーであるケーブル・シース（ｃａｂｌｅ ｓｈｅａｔｈ）を被せる。この場合、一次コーティングを柔らかくし、ケーブルが受ける応力がケーブル内の光ファイバに伝わりにくくする。同じ目標を目指すさらに他の設計では、光ファイバをゲルで被覆し、光ファイバと取り囲んでいるケーブル・シースとの間の機械的結合を減少させる。２０００年３月７日に発行された米国特許第６、０３５、０８７号を参照のこと。

本明細書で使用されている「エンケースメント（ｅｎｃａｓｅｍｅｎｔ）」という用語は、光ファイバを囲む一次媒体として定義される。

設計目標が光ファイバの分離である光ファイバ・ケーブル配線手法は、控えめな程度の成功しか収めていない。これは、ケーブルの座屈が適度の場合にケーブル内の束ねられたファイバが曲がったりしわが寄ったりする傾向があるためである。しわは、通常、曲がりの内側半径にできる。曲がり自体は、比較的大きい半径、つまり重大なマイクロベンディング損失が発生する範囲を超える半径を持つが、しわの曲がりはかなり小さく、光ファイバに容易に伝えられ、マイクロベンディング損失を生じる。したがって、束ねられた光ファイバ・ケーブル内のこれらのしわをなくすか、または最小限に抑える手法があれば、技術は重要な進歩を示すことであろう。

光ファイバ・リボン・ケーブルのコーティングまたはエンケースメントの特に詳しい説明は、２００１年１１月１３日に発行された米国特許第６、３１７、５４２号および２００３年４月２２日に出願された出願番号１０／４２０３０９に見られる。

これらの引用文献では、光ファイバ・リボン・スタックに等角エンケースメントが使用されるさまざまな実施形態を説明している。光ファイバをケーブル構造物の残り部分に結合するために使用される等角エンケースメントの説明は、以下の説明に関連しており、これらの引用文献は参照により本明細書に組み込まれている。
出願番号１０／４２０３０９ 米国特許第６０３５０８７号 米国特許第６３１７５４２号 米国特許第４９００１２６号 米国特許出願番号１０／２３３７１９

慣行的実務に反して、光ファイバ束と取り囲むケーブルとの間の結合を高めることにより、思いがけない利点が得られ、光ファイバ・ケーブルが座屈し、しわを生じる傾向が低減することが発見された。この効果は、特に、光ファイバが、優先曲げ軸（ｐｒｅｆｅｒｒｅｄ ｂｅｎｄｉｎｇ ａｘｉｓ）、例えば、光ファイバ・リボンをまとめて示す場合に顕著である。結合を高め、マイクロベンディング損失を低減するには、３つの特徴の組み合わせを使用する。第１は、比較的高い剛性率のエンケースメントを使用することである。第２は、光ファイバとエンケースメントとの間の粘着を促進することである。光ファイバ束を囲む比較的剛性の高い媒体と光ファイバ束と囲む媒体との間の比較的高い粘着とを組み合わせることは、ケーブル外装に対する応力を光ファイバ束に伝えられるようにするのに重要である。応力を光ファイバ束に伝えると、光ファイバ束の中のグラス・ファイバを圧縮強度部材として使用することができる。光ファイバ束ケーブルへの圧縮歪みを抑制すると、光ファイバ束が曲げ半径の内側にしわを作る傾向を著しく減らすことができる。これの有効性の尺度は、以下で詳しく説明するが、光ファイバ束に関するエンケースメントの縮み係数である。

等角結合エンケースメントの利点は、他の光ファイバ束構成にも適用される。例えば、緊密な配列、例えば中心ファイバの回りの６本のファイバからなる六角形配列でねじられた、または編成された２−２０の光ファイバの束である。これらについて、以下で詳述する。

本発明の光ファイバ・ケーブル設計は、特に、空気圧送設備に特に適していることがわかる。

上述のように、光ファイバ束には、ランダムに束ねられた光ファイバおよびリボン構成でまとめられた光ファイバという２つの主要なカテゴリがある。この説明をわかりやすくするため、また光ファイバ・リボンはケーブル性能に関して光ファイバ束の特別なケースを示しているため、以下の説明では、光ファイバ・リボン・ケーブルについて重点的に取り上げる。ただし、当業者であれば、説明の大半は、ファイバがランダムにまとめられている光ファイバ束に対しても同様に適用可能であることを理解するであろう。

図１を参照すると、光ファイバ・リボン・スタック１１は、ケーブル・シース内に封入された形で示されている。ケーブル・シースは、管１２と管コーティング１３を含む。この図では、光ファイバ・リボン・スタック・アセンブリは、３つのリボンを持ち、それぞれのリボンは６本のファイバからなる。４本または８本およびそれ以上のファイバを含むリボンが一般的であり、市販されている。これらの個数は、例示を目的としており任意であることは理解されるであろう。光ファイバ・リボンの構造の詳細については、参照により明細書に組み込まれている米国特許第４９００１２６号を参照のこと。１リボン当たりのファイバの本数は、２本から２０本超までさまざまである。スタック内のリボンの個数も、実質的に、ここで例示されている３つのリボンと異なることもある。これらの数により、スタックのアスペクト比、つまり幅対高さが決まる。光ファイバ・リボンは、リボン平面を、スタックが長い寸法となるように、または短い寸法となるようにして積み重ねることができる。後者の場合、通常、光ファイバ・リボンは１リボン当たりの光ファイバ本数よりも多くなる。したがって、本発明に関しては、光ファイバ・リボン・スタックのさまざまな構成が使用できることは理解されるであろう。単一リボンの光ファイバ・ケーブルも、本発明の範囲内で考察される。これらの図に示されている配置は、例としてのみ取り上げられている。

図１の実施形態では、光ファイバ・スタック１１は本質的に、シース管１２から完全に分離されている。これは、いわゆる「ルーズ・チューブ（ｌｏｏｓｅ ｔｕｂｅ）」アセンブリであり、管の中で光ファイバ・スタックが「フロート状態」になるように設計されている。管内に生じる曲がりまたはくぼみが小さい場合、光ファイバに伝わる曲がりまたはくぼみは最小である。

他の光ファイバ・リボン・スタック・ケーブル設計が図２に示されている。この設計の詳細については、米国特許第６、３１７、５４２号を参照のこと。光ファイバ・リボン・スタックは２１に示されており、一次エンケースメント２２が光ファイバ・リボン・スタックを囲んでいる。第２のコーティング層２３は、エンケースメント層２２の上に形成されているのが示されている。この設計では、ケーブルの外面に加わる応力は、２つのメカニズムにより光ファイバ・リボン・スタックに伝わらないようになっている。１つは、エンケースメント層２２であり、比較的柔らかい材質である。直観的に、材料２２が柔らかければ、非効率の力伝達媒体であることがわかる。これは、材料２２が存在しない場合、図１の設計理論の拡張とみなすことができる。光ファイバ・リボン・スタックとエンケースメントとの間の力伝達を低減する第２のメカニズムでは、光ファイバ・リボン・スタックとエンケースメントとの間の粘着を最小にする。光ファイバ・リボン・スタックがエンケースメント内で自由にスライドできる場合、張力および圧縮力がそれらの間で伝わる効果は低い。

さらに、図２の光ファイバ・リボン・スタック・ケーブル設計は等角エンケースメント（ｃｏｎｆｏｒｍａｌ ｅｎｃａｓｅｍｅｎｔ）を持つ。以下ではこれのいくつかの態様についてさらに詳しく説明する。ただし、光ファイバ・リボン・スタックが優先曲げ軸を持つのと全く同様に、エンケースメント２２および二次コーティング２３も、優先曲げ軸、つまり、光ファイバ・リボン・スタックの優先曲げ軸に対応する軸を持つことを、ここでは観察できる。したがって、この設計は非常に強い優先曲げ軸を持つ。一部はそれのせいで、エンケースメントは、ケーブルの曲がりが少しであっても、座屈（ｂｕｃｋｌｅ）する傾向を持つ。このため、エンケースメント内にしわができる（二次コーティング２３でも）。図３は、この挙動を例示している。おおよその曲げ半径がＲである光ファイバ・リボン・ケーブル３１が図に示されている。３１に示されているように、曲げ半径の内側にしわが寄る。しわは、図４に詳しく示されている波形パターンを持つ傾向がある。これから明らかなように、図４は、図３の円３２の拡大である。半径Ｒの比較的大きな曲がりで生じる光ファイバ・リボン・スタックにかかる応力は、光ファイバ・リボン・スタックの伝送特性に悪影響を及ぼさないが、半径ｒが小さい場合のしわ３３（図４）からの応力の二次的効果はかなり有害な影響を持つ可能性がある。

本発明の結合された光ファイバ束ケーブルは、ここで説明された影響を克服または低減することを目的として設計されている。リボン束に適用されるような本発明の設計は、図５に示されており、光ファイバ・リボン・スタックは５１に、エンケースメントは５２に示されている。エンケースメントは、従来技術のトレンドとは反対の重要な特徴を備える。第１に、エンケースメント５２の材質は比較的剛性がある。これにより、エンケースメントの外側にかかる応力をわざと光ファイバ・リボン・スタックに伝えることができる。この機能については、エンケースメント５２の材料は２１０ＭＰａ超、好ましくは３００ＭＰａ超の弾性率を持つことが推奨される。エンケースメントの好ましい特定の材料として、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、エチレン酢酸ビニル・ポリマー、エチレン・アクリル酸ポリマー、エステル・ベースのポリマー、および前記の共重合体などのポリオレフィンおよびエステル・ベースのポリマーがある。これらの材料は、例であって、潜在的に好適な材料を制限するものではない。それぞれの場合において、ポリマーの密度およびその他の特性は、当業でよく知られている方法で手を加えて、本発明の機械的特性、ならびに他の望ましい特性を備えるようにできる。例えば、建物の内側で使用される光ファイバ・リボン・スタック・ケーブルは耐火ポリマーを必要とする場合がある。例えば、Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ社が販売している耐火低煙無ハロゲン樹脂であるＤＧＤＡ−１６３８−ＮＴがある。２３℃では、この材料の弾性率は約２１３ＭＰａである。好ましい非耐火材料は、Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ社が販売している低密度ポリエチレン、ＤＦＤＡ−６１１５がある。この材料の弾性率は、２３℃で約２１３ＭＰａである。

エンケースメント５２の第２の特徴は、光ファイバ・リボン・スタックに固着させられることである。光ファイバ・リボン・スタックとエンケースメントの間の適度の粘着と比較的剛性のあるエンケースメント媒体の組み合わせで、効果的に、応力を光ファイバ・リボン・スタック内の光ファイバに伝えられる。グラス・ファイバは、引っ張りと圧縮の両方の面で剛性が高いことがよく知られている。図５の光ファイバ・リボン・スタック・ケーブルの設計では、グラス・ファイバは圧縮強度部材として働くため、ケーブルが座屈したり、他の何らかの形で歪むのを効果的に防止できる。ファイバまたはリボンなどの細長い構造物は、座屈のため、圧縮剛性部材としての機能性の面で制限されている。座屈すると、構造物の実効圧縮剛性は劇的に低下し、場合によっては、実際に消失することもある。エンケースメント媒体が存在すると、弾力不安定性を引き起こすのに必要な圧縮歪みエネルギーしきい値が高くなるため座屈の開始が遅れる傾向がある。したがって、本発明により形成されるエンケースメントにより、ファイバ・リボンは座屈するまでにより大きな圧縮荷重または歪みを伝えることができる。さらに、エンケースメントは曲げられた状態で接線剛性マトリックスとして働き、リボンの横方向のたわみの大きさを制限し、座屈で実効圧縮剛性が低下する程度を最小限に抑えることができる。これらの特徴のさらに具体的な説明を以下で行う。

結合されているエンケースメントの他の特徴として、天然水ブロックを形成するという点が挙げられる。これにより、ゲル注入や吸収剤テープの必要がなくなる。

図６に示されているように、封入されている光ファイバ・リボン・スタックは１つまたは複数の追加外側層５３を備えることができる。通常、これらの外側層は、ケーブルの意図された用途に合わせて手直しされた特性を持つポリマーである。外側層は、顧客施設での用途向けに、難燃性とすることができる。外側層５３は、弾性率２５０〜２０００ＭＰａで、コーティング５２よりも硬いのが好ましい。適切な外側層材料の他の詳細については、米国特許第６、３１７、５４２号で説明されている。

すでに述べたように、本発明の光ファイバ・ケーブル設計は、空気圧送設備に特によく適合することができる。参照により本明細書に組み込まれている、２００２年９月３日に出願された米国特許出願番号１０／２３３７１９を参照のこと。エア・ブロウ（ａｉｒ ｂｌｏｗ）ファイバ工法システムは、現在、従来の光ファイバ・ケーブル敷設システムの代替えとして利用可能である。これらのシステムは、省スペースおよび時間短縮を念頭に設計されており、システム設計の変更が行いやすくなっている。エア・ブロウ・ファイバ工法設備では、光ファイバ媒体は、予め設置されているケーブル管内に粘性空気流で送り込まれる。この工法を使用した場合、光ファイバ媒体は、空気の流れと同時にダクト内に機械的に「押し込まれ」、正味の力は一方の端から引くよりもむしろファイバ長にそって分散する。単純であることおよび柔軟であることのほかに利点として、ファイバの断線または過剰な応力が最小限に抑えられるという点が挙げられる。

通常の設備では、ケーブル敷設経路は、保護された外側ダクトの内側に束ねられた個々の内側サブダクトを含む。さまざまなダクト・スタイルが使用され、プレナム、ライザー、汎用、および屋外用途に特に適合している。内側サブダクトは、例えば、直径６．３５ミリメートル（０．２５インチ）と小さくてよく、また大きな、ファイバ数の多いケーブルについては最大５０．８ミリメートル（２インチ）までとすることができる。これらのダクトは、マイクロダクトと呼ばれることが多い。

マイクロダクト内に設置された光ファイバは、多くの場合、通常２〜２４本の光ファイバによる小さな束の形、または複数のリボンもしくは積層リボンである。この用途では、光ファイバ媒体は、マイクロダクト内への取付に適するような物理的特性を持つ必要がある。本発明のケーブルの丸形または楕円形構成はこの要件を満たしている。好ましい場合において、マイクロダクト内へのマイクロダクト・ケーブルの敷設には、空気圧送（エア・ブロウ）工法を使用する。光ファイバ空気圧送工法設備が成功するかどうかは、マイクロダクト・ケーブルの直径、マイクロダクトの直径、マイクロダクトの材料の摩擦特性、空気流量、空気圧、縦方向の上昇量、管障害物、管不連続などのいくつかの条件によって決まる。この状況で特に重要なのは、マイクロダクト・ケーブル・コーティングの特性、特にシースを形成する材料の摩擦特性である。マイクロダクト・ケーブルが容易にマイクロダクト内でスライドできるように摩擦の小さい表面を持つことが望ましい。しかし、それと同時に、マイクロダクト・ケーブルをマイクロダクトに通せるようにシース表面も十分な粗さで空気流の十分な動的空気抵抗が得られることが望ましい。これらの要件は、マイクロダクト・ケーブルを覆っているシースの表面摩擦の設計バランスがデリケートであることを示唆している。特に有用なシース設計は、参照により本明細書に組み込まれている、２００２年９月３日に出願された米国特許出願番号１０／２３３７１９号で説明されている。

ケーブル強度の補強が望ましい場合、ガラス繊維またはアラミド繊維の層をエンケースメントと外層との間に用意することができる。これにより、ケーブルを引っ張る動作を行った場合の引張強さを高めることができる。

非常に高い密度（容量）のケーブルの場合、上述のケーブル構造のうち複数を単一のケーブルに収納し、中心部材を芯にして撚るか（ルース・チューブ・ケーブルのように）、または中心のコア・ケーブルの芯部に収納することができる。この場合、顧客施設または終端（ｃｌｏｓｕｒｅ）内で引き回しやすくするため１本のケーブル内の複数のユニットを「取り出す（ｂｒｏｋｅｎ ｏｕｔ）」ことができる。マルチ・ユニット・ケーブルが図７に示されているが、大容量光ファイバ・ケーブル７１は図５に示され説明されているのと似た１２個のユニット７２を備えているところが示されている。明らかに、類似の多くの構成を使用することができる。ユニット７２のアセンブリはケーブル・シース７３で囲まれている。図７は、単一のシースを示しているが、複数の層を使用することもできる。例えば、シース７３は、摩耗および摩滅に耐性のあるポリマー材料でできている他のシースで囲まれた規格準拠ポリマーの内側シースを含むことができる。ユニット７２の間の空間は、必要ならば埋めることもできるが、埋めずに乾燥させておくのが好ましく、乾燥した高吸収性材料を入れて水の浸透を阻止するとよい。

図７では、ユニットはそれぞれ、３６本の光ファイバを備える。１２ユニットが図に示されているが、ケーブルの光ファイバは４３２本である。このような大きなケーブルは、光ファイバの構成上の問題を生じる。リボンを使用するとこうした問題は著しく単純化される。ユニット７２では、積み重ねたリボンの固有の構成ゆえ、６×６行列で１つのファイバを識別することだけが本質的である。そこで、単一のファイバを色分けするか、追加カラー・コーディングを使用すると、リボンから剥ぎ取った後にファイバを簡単に識別できる。しかし、大きなケーブル・アセンブリ７１では、丸形ユニットは本質的に同様にうまくは編成されないことが認識される。いくつかのアプリケーションでは、図７のユニット間隔で示唆されているように、ユニットはケーブル長全体にわたって同じ編成を持つことになる。そこで再び、１つのユニットを色分けすることだけが本質的である。しかし、必要ならば複数のユニットを色分けすることもできる。

図５および６の光ファイバ・リボン・スタックの機械的パフォーマンスおよび関連する光学特性は、材料特性（上述）およびエンケースメント層５２の寸法の影響を強く受ける。エンケースメント層の外径は、光ファイバ・リボン・スタックの寸法に関連し、図８の図を使用して測定を定めることができる。光ファイバ・リボン・スタックは、図に示されているような高さと幅を持ち、等しくてもよいが、通常は幅と高さの比は１〜２である。光ファイバ・リボン・スタックの対角線ｄ_ｓは（ｈ^２＋ｗ^２）^１／２である。便宜上、ｄ_ｓは、エンケースメント層５２に対する適当な厚さの値を定義するための関連する寸法とみなす。これにより、光ファイバ・リボン・スタックを保護するため（図８のｔ_２を参照）およびエンケースメント層を一元的に強化するために、光ファイバ・リボン・スタックのコーナーに十分なコーティング材が施される。次に、図８でｄ_Ｅで示されているエンケースメント層の外径は、ｄ_ｓ＋２ｔ_２と定めることができる。光ファイバ・リボン・スタックのコーナーの厚さｔ_２の好ましい範囲は、３〜１５ミルである。この寸法は、エンケースメントの最小厚さとして定義される。エンケースメント層および光ファイバ・リボン・スタックの直径全体ｄ_Ｅはミル単位で、以下のように表される。
ｄ_Ε＝ｄ_ｓ＋（６−３０）

これらの図に示されている光ファイバ・リボン・スタックにおいて、１リボン当たり６本の光ファイバがあり、１スタック当たり３または４つのリボンがある。４つのリボン・スタックに対する通常の寸法は以下のとおりである。
ｈ＝１．１７６ミリメートル（４８ｍｉｌｓ）
ｗ＝２．７９４ミリメートル（１１０ｍｉｌｓ）
ｄ_ｓ＝３．０４８ミリメートル（１２０ｍｉｌｓ）
ｄ_Ε＝３．５５６ミリメートル（１４０ｍｉｌｓ）

エンケースメント５２の断面は、特にかつ故意に丸形である。この構成が好ましいのは、製造の容易さ、設置の容易さ、およびその他の重要な理由による。例えば、図８を調べると、ケーブルを優先曲げ軸で曲げたときに光ファイバ・リボン・スタックの緩衝用に利用可能な材料の量はかなりのものである、つまり、図８において厚さｔ_１は厚さｔ_２よりも大きいことは明らかである。光ファイバ・リボンは柔軟なので、最も望ましい場合にさらに応力緩和を行える。さらに、図５および６に示されているケーブル構造の両方の優先曲げ軸は、エンケースメント層５２（図５）または層５２および５３の組み合わせ（図６）により減衰されることも明らかである。これにより、しわを作る応力（図３および４）をケーブルの外面の周囲に効果的に分散させ、リボンの座屈またはしわ形成の傾向を減らすことができる。

図８で表される構造、つまり、断面が丸形の光ファイバ・リボン・スタック・ケーブルの他の利点として、ティアー・ストリップが組み込まれるという点が挙げられる。これは、図９に例示されており、エンケースメント層５２を破るのに必要な力は、ケーブル周辺の他の場所よりも光ファイバ・リボン・スタックのコーナーでのほうがかなり小さい。この組み込みのティアー・ストリップでは、さらにコストが加わったり、処理が行われるということはない。エンケースメント層５２の厚さｔ_２は、簡単に破れるように設計されるのが好ましい。このために必要な厚さは、層５２を形成する材料の特性によって異なる。例えば、代表的な低密度ポリエチレンの場合、寸法ｔ_２は、３〜１０ミルであるのが好ましい。

光ファイバ・リボン・スタックと周辺のエンケースメントとの間で必要な粘着材の量は、システム設計によりかなり異なることがある。粘着が低くすぎる場合、エンケースメント層５２に加わる応力は、光ファイバ・リボン・スタックに効果的伝えられることはない。

粘着の意味のある定量的測定のため、統一テスト手順を確立して従う必要がある。粘着値は、テスト対象の物品の性質およびテスト手順に大きく左右される。光ファイバ・ケーブルにおけるこの特性を測定する場合には引っ張りテストを使用できる。これは、比較的単純なテストであり、エンケースメントは静止状態に保持され、光ファイバ・リボンのうちの１つまたは複数をエンケースメントから引っ張る。光ファイバ・リボンとエンケースメントとの間の粘着は、たいてい、より一般的な張力モードではなく剪断モードで測定される（測定される力は、表面の一方の法線方向に力を加えることで２つの表面を分離するのに必要な力である）。しかし、光ファイバ・リボン・ケーブルでは、本発明に関しては、ケーブル表面に対する法線方向の力より縦方向の力のほうが関連する。この引っ張り手順を鑑みて、より有効な粘着テストについて以下で説明する。

１．スプールから長さ４ １／４インチ（１１４．３ｍｍ）の包まれたリボンの標本を５つ切り出す。
２．恒久的なマーカーを使って、各サンプルの中心のところで長さ１インチのセクションにマークを付ける。
３．一番外側の層がなければ、ステップ４に進む。ジャケットの外側層がある場合は、以下のようにして除去する。カミソリの刃を使用して、１つのマーキングにそって外管の周囲に切れ目を入れる。この切り込みから縦方向に下へ管の短い方へと切れ目を入れる。管の外側層をこのセクションから取り外す。
４．一方のマーキングから端へとリボンの１つの辺にそって縦方向にエンケースメントを切断する。その後、マーキングのところでエンケースメント（の周囲）を切るが、リボンを切らないように注意する。エンケースメントが外れ、マーキングを超えてリボンだけが露出したままになる。
５．他方の端で、カミソリの刃を使用して管をマークのほうへリボンの１つにそってほぼ半分に切る。エンケースメントおよび外殻（もしあれば）をリボンから剥く。リボンをできる限りマークに近いところで切り離す。これにより、管は半分に切断され、こちらの側のマークのところまでリボンはない。
６．標本は、マーク間の１インチ・ゲージ長の範囲内で全く無傷で変わりがなければよい。
７．工程１〜６を繰り返して、全部で５つの標本を作る。
８．２−ｐａｒｔ Ｈａｒｄｍａｎ ５ ｍｉｎｕｔｅエポキシ、または類似の急速に固まる材料を使用して、各サンプル上の露出しているリボン・スタックを接着剤で被覆し、しっかり固定する。リボンを中心の１インチ・ゲージ長に接着しないように注意する。
９．同じエポキシを使用して、２つの「半分の管」を他端に固定し、エポキシで被覆する。エポキシが切り離されている露出リボンに着かないように注意する。
１０．エポキシを約３０分間乾燥させる。大きな塊が存在する場合は、はさみでエポキシを切り取って整える。
１１．引き出しテスト用の適切なロード・セルおよび空気圧Ｃクランプ・グリップを備えた、Ｉｎｓｔｒｏｎ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎが製造しているものなどの引張り試験機を使用する。クランプ間の距離は、１ １／２インチでなければならない。テストのクロスヘッド速度は毎分１インチである。サンプルのゲージ長の中心はテスト毎にそれらのクランプの間に合わせる。
１２．５つのサンプルすべてをテストする。データは、荷重と変位の組み合わせで記録する。テストの所望の結果は最大荷重およびエネルギー（指定された変位間の曲線の下の領域として定義される）である。このテストで使用される変位は、０．０インチおよび０．５インチであった。５つのサンプルに対する平均最大荷重および平均エネルギーを報告する。「粘着」は、テスト時に測定された最大荷重として報告される。

このテストでは、光ファイバ・リボン・スタックを引っ張るのであって、個々のリボンを引っ張るのではないことに注意されたい。エンケースメントと光ファイバ・リボン・スタックとの間の粘着力を測定し、したがって、リボン自体の間の粘着力の影響を比較的受けない。

２つのリボンが１リボン当たり６本のファイバを含む光ファイバ・リボン・スタックに関する引っ張りテスト・データから、粘着力は２４．３３Ｎ（５．４７ｌｂｆ）であることがわかった。エンケースメントから光ファイバ・リボン・スタックを引っ張るのに必要なエネルギーは、２．９４Ｎ−ｃｍ（１．６８ｌｂｆ−ｉｎ）であった。エンケースメントは低密度ポリエチレンであり、光ファイバ・リボンのコーティングはＵＶ硬化アクリラートであった。

比較テストでは、ポリアルファオレフィン油のコーティングを使用する類似のユニットを準備し、光ファイバ・リボン・スタックとエンケースメントとの間の粘着を低減させた。このケースについて測定された最大粘着力は、３．８７Ｎ（０．９７ｌｂｓ）であった。このケースで必要なエネルギーは、０．２１Ｎ−ｃｍ（０．１１８ｌｂｆ−ｉｎ）であった。

これらの値は、ケーブルのサイズおよび構成、光ファイバ・リボン・コーティングに使用される材料、エンケースメントに使用される材料、測定時のケーブルの温度などに大きく左右される。したがって、特定の値または範囲を本発明の推奨粘着力に割り当てようとしても不適当である。しかし、好ましくは粘着遅延剤（潤滑油）を使用すべきでないと指定することができる。これは、エンケースメント層および光ファイバまたはリボン・スタックを密接させるものとして定義することができる。別法として、光ファイバ・リボン・スタックの主要部分（束ねおよび／または防水材料、例えば糸で占有される可能性のある小さな表面領域からなる）およびエンケースメントは、間にある他の材料と隣接する、つまり接触することはないものと定義される。

エンケースメントは、複数の層を含むことができ、それぞれの層は指示された特性を持つ。場合によっては、内側粘着エンケースメント層が光ファイバ・スタックに隣接するようにすると都合がよいこともある。

通常、所望の範囲内の粘着は、内在する材料特性の結果として、つまりポリマー間の内在する粘着として生じる。所望の結果、つまり、推奨される粘着力は、知られている押し出し製造法を使用して容易に得られる。他のアプローチも有用であることがわかるであろう。例えば、エンケースメントは、ＵＶ硬化可能ポリマーとすることができ、従来のＵＶ硬化コーティング手法により適用できる。

本発明に関する他の重要な特性として、エンケースメント層の収縮がある。これは、注目している主特性の代替え指標、つまり、エンケースメントの外側への圧縮力を光ファイバ・リボン・スタックに伝える際の有効性の指標である。これを決定するために、エンケースメント材料の公称収縮量を知るか、または測定する。すると、ケーブル製品内のその収縮を減らす程度は、光ファイバ・リボン・スタックおよびエンケースメントが「付着する」度合いの測定結果である。

ケーブル技術における収縮は、よく知られておりまた理解されている。これは一般に、「シュリンクバック（ｓｈｒｉｎｋｂａｃｋ）」と呼ばれており、ユニットが長時間高温に晒された後短くなる現象である。この現象は、ユニットのジャケット／エンケースメントとして使用されるポリマー材料の弛緩／平衡により発生する。高エネルギー伸張構成に捕捉されているポリマー鎖は、高温下で弛緩し、収縮する可能性があり、また、半結晶性重合体でできているユニットでは（この場合のように）、二次結晶化が発生する可能性があり、ユニットの密度は増加する可能性がある（その結果ユニットは収縮する）。

本発明に関してシュリンクバックをテストするために、ユニットの長さ約１０インチ分を切り取り、９０分間８５℃の温度に保ち、シュリンクバックを促進した。他の実験で、これらのユニットが平衡状態に到達するのに９０分あれば十分であることが確認された。包まれているユニットについては、平均して、０．２２％のシュリンクバックを測定した。比較のため、他の包まれているユニットを縦方向に切り、リボンを取り除くと、平均シュリンクバックは２．３３％であることがわかった。つまり、包まれている（ケーブルの）ユニットの収縮は、９０％減らされているということであり、リボンをユニット内に入れることで、ファイバ・リボンで包む媒体が補強される有効な複合体が作られる。

定量的粘着力測定とは対照的に、収縮測定は容易に定量化される。さらに、この測定は、所望の特性の組み合わせ、つまり、光ファイバ・リボン・スタック間の粘着力、およびエンケースメント材料の弾性率を反映する。収縮がないか、または収縮が小さい場合、これは、光ファイバ・リボン・スタックおよびエンケースメントは実際に結合されていることを意味し、また光ファイバ・リボン・スタックは圧縮力に対しユニットを補強していることを意味する。これが、本発明の目標である。したがって、好ましいケースにおいて、光ファイバ・リボン・スタックのケーブル・ユニット（エンケースメントが適用されている）の収縮は、８５℃の平衡状態で測定した場合、エンケースメント材料の固有収縮の４０％未満、好ましくは２０％未満であると規定することは意味がある。

「エンケースメント」という用語は、本明細書では、光ファイバ・リボン・スタックを囲む一次媒体５２を記述するために使用されている。すでに指摘したように、本発明の光ファイバ・リボン・ケーブル製品には追加コーティングまたはケーブル・シースがある場合もない場合もある。

図１〜９の説明は大半、主要な種類の光ファイバ束ケーブルとしての光ファイバ・リボン・ケーブルに関するものであるが、本発明は他の形態の光ファイバ束ケーブルにも適用されることは明らかであろう。それらのうちの１つは図１０に示されており、光ファイバ束は７本のファイバ８１が一次エンケースメント８２にきつく封入された状態で示されている。ここでもまた、任意の適当な構成の任意の数の光ファイバを使用できる。それぞれの場合に、本発明により、光ファイバ束は前述の特性を持つエンケースメントに封入される。

図１０に示されているように、複数の光ファイバがランダムな光ファイバ束内に含まれる場合、ファイバは光ファイバが互いに触れあうようにリールで巻かれ封入される。３本の光ファイバを使用し、各ファイバが他の２本のファイバと接触する場合、光ファイバ束の内側に溝が形成する。これは、図１１に例示されている。これは、図１０の場合でもあるし、あるいは３本以上のファイバが束になっている場合である。この溝があるため水はファイバ束の溝にそって流れる。水の入口が１カ所（ケーブル損傷が単一の箇所）であっても、水の流れる溝があるので、ケーブルのかなりの長さにわたって水浸しになる可能性がある。したがって、３本以上の光ファイバを緩い束内に封入する場合は、各光ファイバは１本または２本の他のファイバと接触するが、３本とは接触しないようにするのが好ましい。これらの構成は図１２から１４に、それぞれ３本の場合、４本の場合、および５本の場合の光ファイバ束について示されている。これらの実施形態では、ケーブル長にそって３本の光ファイバが偶然接触する可能性があるが、主要なケーブル構造はケーブル長にそって広範に空隙が生じるのを避ける構成になっている。

説明されている実施形態のそれぞれの一次エンケースメントは、押し出し成形、またはＵＶ硬化可能樹脂のＵＶ硬化により製作することができる。好ましいケースでは、エンケースメントは押し出し成形による熱可塑性材料である。

これらの図に示されているケーブルの断面は円形である。しかし、楕円形の断面も好適である。いくつかの実施形態では、丸形または楕円形の断面では、リボン・ケーブルの実施形態とは異なり（図９を参照）、ティアー・ストリップが組み込まれない。したがって、図１５に示されているように、光ファイバ８１をつなぎ合わせるために、リップコード９１を備えてエンケースメントの剥ぎ取りをしやすくできる。

当業でよく知られているように、光ファイバはそれぞれ、光ファイバ・コーティングを備える。簡単のため、光ファイバ・コーティングは図に示されていない。図１０〜１４の実施形態では、エンケースメントは光ファイバ・コーティングと直接接触させる、つまり間に追加コーティングがないのが好ましい。これは、リボンを形成するために追加コーティングが使用されている従来のリボン構造に勝る利点といえる。しかし、図１０で表されている発明は、さらに、リボンまたは束を形成する追加コーティングを使用して実施することも可能である。類似の考察が、図５で表される実施形態に適用される。リボン・スタックは、光ファイバ・コーティングとエンケースメントとの間に追加コーティングを入れることなく形成したり、または光ファイバ・リボンを形成するアセンブリ上を光ファイバ・リボン・コーティングで覆ったり、または光ファイバ・スタック上をコーティングで覆うことができる。後者はないのが好ましい。それぞれの場合において、１つまたは複数のエンケースメントは相互に結合され、また光ファイバ束に結合され、それにより、光ファイバのガラスを除き、好ましくは本質的に固体のポリマーである単一構造のポリマー体を実現する。すでに述べたように、アラミド繊維またはガラス繊維を使用して、ファイバを束にする作業を補助することができる。これは、束が複数のファイバを緩くまたはランダムに配置したものである場合に特に望ましいと考えられる。

エンケースメントまたは封入するという用語は、エンケースメントが光ファイバ・コーティングに接触することを指定することを意味している。個々の光ファイバの束の場合、これは、通常、エンケースメントが光ファイバ・コーディングに直接接触することを意味する。光ファイバがリボン構成で編成されている実施形態では、リボン・コーティングが個々の光ファイバ上を覆っているので、これらの用語はエンケースメントがリボン・コーティングに直接接触することを意味する。

以下の複数という用語は、１つよりも多いということを意味するものとして使用されている。

光ファイバという用語は、当業では明確に定められており、コアと外装材を含むグラス・ファイバ、およびグラス・ファイバ上のポリマー・コーティングを意味する。

すでに指摘したように、ケーブルの断面は円形または楕円形とすることができる。「本質的に円形」という用語は、楕円形を含むものとする。

当業者であれば、本発明のさまざまな追加修正形態を考えられる。基本的に原理に依存する本明細書の特定の教示からのすべての逸脱、ならびに当業がそれを介して進歩してきたその均等物は、説明され、請求されている本発明の範囲内にあると適切に考えられる。

スタックとケーブル構造との結合を最小限に抑えるため光ファイバ・リボン・スタックをケーブル配線する１つの従来技術のアプローチの透視図である。 光ファイバ・リボン・スタックのケーブル配線に対する第２の従来技術のアプローチの透視図である。 ケーブルの適度の曲がりで光ファイバ・リボン・スタックのエンケースメントにしわが寄ることの問題を例示する概略図である。 図３のしわをさらに詳しく示す概略図である。 本発明の光ファイバ・リボン・ケーブルの一実施形態の透視図である。 本発明の光ファイバ・リボン・ケーブルの他の実施形態の透視図である。 本発明の特徴の説明に関係する寸法を示す図５の光ファイバ・リボン・ケーブルの図である。 本発明の光ファイバ・リボン・ケーブルの剥がしたところの概略図である。 図５に示されているのと似た１２個のユニットを含むケーブルの断面図である。 結合されたエンケースメント内の７本の光ファイバからなる光ファイバ束を含むケーブルの透視図である。 リップコードが追加されている図１０の光ファイバ・ケーブルの図である。 リップコードが追加されている図１０の光ファイバ・ケーブルの図である。 リップコードが追加されている図１０の光ファイバ・ケーブルの図である。 リップコードが追加されている図１０の光ファイバ・ケーブルの図である。 リップコードが追加されている図１０の光ファイバ・ケーブルの図である。

Claims (16)

1. 光ファイバ・ケーブルであって、
   （ａ）複数の縦方向に延びる光ファイバからなる光ファイバ束と、
   （ｂ）複数の縦方向に伸びる光ファイバを封入する本質的に円形の断面を持つエンケースメントとを含むことを特徴とする光ファイバ・ケーブル。
2. エンケースメントは、弾性率が２３℃の温度で２１０ＭＰａを超えるポリマー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. 前記光ファイバ束は、本質的に
   ａ．ランダムに配置された２〜２０本の光ファイバと、
   ｂ．共通軸上にある中心ｃを持つ少なくとも３本の光ファイバからなる少なくとも１つの光ファイバ・リボンと、からなるグループから選択され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。
4. ８５℃に加熱して測定したときの光ファイバ・ケーブルの収縮は、８５℃に加熱して測定したときのエンケースメントを形成する材料の収縮の４０％未満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。
5. ８５℃に加熱して測定したときの光ファイバ・ケーブルの収縮は、８５℃に加熱して測定したときのエンケースメントを形成する材料の収縮の２０％未満であることを特徴とする請求項２に記載の光ファイバ・ケーブル。
6. さらに、エンケースメント上を追加ポリマー層で覆われた請求項１に記載の光ファイバ・ケーブル。
7. 追加ポリマー層は一次エンケースメントよりも大きな弾性率を持つことを特徴とする請求項６に記載の光ファイバ・ケーブル。
8. エンケースメント層の最小厚さは３〜１５ミルの範囲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。
9. エンケースメントは低密度ポリエチレン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。
10. 光ファイバ束は２〜２０本のランダムに配置されたファイバからなることを特徴とする請求項３に記載の光ファイバ・ケーブル。
11. 光ファイバ束は、共通軸上に中心ｃがある少なくとも３本の光ファイバからなることを特徴とする請求項３に記載の光ファイバ・ケーブル。
12. 光ファイバの各々は光ファイバ・コーティングで被覆され、エンケースメントは光ファイバ・コーティングに接触することを特徴とする請求項１０に記載の光ファイバ・ケーブル。
13. 光ファイバ束は光ファイバ・リボンを形成するリボン・コーディングを施され、エンケースメントはリボン・コーティングに接触することを特徴とする請求項１１に記載の光ファイバ・ケーブル。
14. 複数の積み重ねられた光ファイバ・リボンを備えることを特徴とする請求項１３に記載の光ファイバ・ケーブル。
15. エンケースメントは本質的に空隙がないことを特徴とする請求項３に記載の光ファイバ・ケーブル。
16. ２〜２０の光ファイバ束内の各光ファイバは本質的に２本以下の他の光ファイバと接触することを特徴とする請求項１５に記載の光ファイバ・ケーブル。
    

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