JP2008286941A - 光ファイバケーブル用スロットロッド及びそれを用いた光ファイバケーブル - Google Patents

Abstract

【課題】スロットロッドの細径化を図りながら、その強度を強くし曲げ弾性率を向上させると共に、溝内面の表面粗さを低減させ、溝の内面と心線との間の摩擦力を適切なものとし、良好な伝送特性を有する光ファイバケーブル用スロットロッドおよびそれを用いた光ファイバケーブルを提供する。
【解決手段】ポリエチレンを含む熱可塑性樹脂１００質量部に対し、金属水和物３０〜８０質量部を含有させた難燃性樹脂組成物を用いる、光ファイバケーブル用スロットロッドおよびそれに光ファイバ心線が収容された光ファイバケーブル。
【選択図】なし

Description

本発明は、光ファイバを収容して光ファイバケーブルを形成するためのスロットロッド及びそのスロットロッドを用いた光ファイバケーブルに関し、さらに詳しくは、細径で良好な伝送特性を有する光ファイバケーブルに適したスロットロッド及びそれを用いた光ファイバケーブルに関する。

スロットロッドを利用した光ファイバケーブルには色々の種類があり、光ファイバケーブル用スロットロッドの周知の一例を図２にその断面を説明図で示している。この図に示されるスロットロッド３は、その外周に溝４が形成され、中心部には抗張力体２が設けられているものであり、溝４に光ファイバを収容する。そして、スロットロッドの外周面に押え巻および外被を施すことにより光ファイバケーブルを構成するものである。
従来のスロットロッドは、低密度、中密度、高密度の各種ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂や、それら樹脂を適宜に混合させた樹脂により構成されている。この外周部に設けられる溝４の本数や形状や大きさ等は、光ファイバケーブルの要求特性によって定まるものであり、適宜に設定することができる。

光ファイバケーブル内に収容する光ファイバ心線数を増加する要望に応えるため、スロットロッドの溝を大きくして溝に収容可能な光ファイバ心線数増加させる手段が採られ、必然的に、スロットロッド３が太くなる傾向にある。スロットロッド３が太くなると、光ファイバケーブルの可撓性が低下することから、この可撓性の低下を阻止するため、スロットロッドを構成する樹脂を発泡体とする場合がある。
そうした場合、溝部の内周の表面は凹凸面となり、光ファイバ心線はその凹凸面に当接した状態で溝部に収容され、光ファイバはその凹凸面によって曲げられてしまうことから、光ファイバの光伝送損出が増加してしまう。これを防止するために、光ファイバ収容用の溝部内周面を平滑な面とすることが提示されている（例えば、特許文献１、２参照）。

スロットロッド型光ファイバケーブルでは、溝内の光ファイバ心線又は光ファイバテープ心線（以下、心線という）を自由に動けるように保持し、良好な伝送特性を確保するため、心線と溝内面との摩擦力を小さくため、密度の高いポリエチレンを使用している。一方、溝内で心線が自由に動けるようになると、心線移動という新たな問題が生じ、ケーブル接続部を保護するクロージャー内において、心線余長を収納する束取り径が小さくなり伝送損出の増加を引き起こす。
そのため、溝内の内面部に用いられる材料の密度を従来のスロット材料の密度より低いものとすることが提案されている（例えば、特許文献３参照）。しかし、本体部全体が低密度では、スロットロッドの強度が低くなり、また内面部のみを低密度とし２層のものとすると、その製造工程が複雑で高価なものとなる。
特開２００１−３５００６６号公報 特開２０００−２８８７９号公報 特開２００３−１９５１３０号公報

従来のスロットロッドはその材料として、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂のみを使用しているが、熱可塑性樹脂のみではスロットロッドの強度とその溝内面の平均表面粗さはトレードオフの関係にあり、材料の高強度化を図ると、表面粗さが顕著となって良好な伝送特性が得られなかった。
本発明は、スロットロッドの細径化を図りながら、その強度を強くし曲げ弾性率を向上させると共に、溝内面の表面粗さを低減させ、溝の内面と心線との間の摩擦力を適切なものとし、良好な伝送特性を有する光ファイバケーブル用スロットロッドおよびそれを用いた光ファイバケーブルを提供することを目的とする。

本発明者らは、前記目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、熱可塑性樹脂に金属水和物を含有させた樹脂組成物をスロットロッドの材料として用いると、細径でも強度に優れ、良好な伝送特性を有するスロットロッドを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、
（１）ポリエチレンを含む熱可塑性樹脂１００質量部に対し、金属水和物３０〜８０質量部を含有させた難燃性樹脂組成物を用いることを特徴とする光ファイバケーブル用スロットロッド、
（２）曲げ弾性率が１２５０ＭＰａ以上であり、かつ、溝底部の平均表面粗さ（Ｒａ）が０．５μｍ以下であることを特徴とする（１）項に記載のスロットロッド、
（３）前記（１）又は（２）項に記載のスロットロッドに、光ファイバ心線が収容されていることを特徴とする光ファイバケーブル、
（４）外径が２４ｍｍ以下であることを特徴とする（３）項に記載の光ファイバケーブル、
（５）スロットロッド径が２０ｍｍ以下であることを特徴とする（３）又は（４）項に記載の光ファイバケーブル、および、
（６）光ファイバ心線数が３００〜１２００心であることを特徴とする（３）〜（５）ののいずれか１項に記載の光ファイバケーブル
を提供するものである。

本発明の光ファイバケーブル用スロットロッドは、曲げ弾性率を向上させると同時に平均表面粗さ（Ｒａ）を低減させた難燃性樹脂組成物からなるものであり、このスロットロッドを用いた本発明の光ファイバケーブルは、細径でも高強度であり、かつ良好な伝送特性を有する。そのうえ、本発明のスロットロッドは難燃性であることから、光ファイバケーブルは火災等に対しても安全である。

本発明のスロットロッドの材料は、ポリエチレンを含む熱可塑性樹脂および金属水和物を含有させた難燃性樹脂組成物であり、金属水和物の含有量は、熱可塑性樹脂１００質量部に対し、３０〜８０質量部、好ましくは３５〜７５質量部であり、より好ましくは４０〜７０質量部である。金属水和物の含有量が少なすぎると、形成したスロットロッドの溝内面の平均表面粗さが大きくなり平滑性が劣り、また、難燃性にも問題があり、多すぎると力学的強度が著しく低下したり、低温脆性が低下することとなる。
上記難燃性樹脂組成物には、必要に応じ一般的に使用されている各種の添加剤、例えば酸化防止剤、金属不活性剤、難燃（助）剤、充填剤、滑剤等を本発明の目的を損なわない範囲で含有してもよい。

本発明で用いるポリエチレンを含む熱可塑性樹脂は、全熱可塑性樹脂成分がポリエチレンであることがコストと特性の観点から好ましいが、ポリエチレン以外にポリプロピレン、等の熱可塑性樹脂成分を熱可塑性樹脂全体の１０〜４０質量％程度含有していてもよい。
ポリエチレン以外の樹脂成分を混合することにより強度、表面粗さ性が良好となる。

本発明に用いられるポリエチレンとしては、ＨＤＰＥ（高密度ポリエチレン）、中密度ポリエチレン、ＬＤＰＥ（低密度ポリエチレン）、ＬＬＤＰＥ（直鎖状低密度ポリエチレン）、ＶＬＤＰＥ（超低密度ポリエチレン）、エチレンとα−オレフィンとの共重合体などが挙げられる。具体的には、それに限定されるものではないが、例えば、ＮＵＣポリエチレン（商品名、日本ユニカー(株)製）、ＵＢＥポリエチレン（商品名、宇部興産(株)製）、ハイゼックス５４０Ｅ（商品名、(株)プライムポリマー製）などが挙げられる。

本発明のスロットロッド用の難燃性樹脂組成物において用いることのできる金属水和物の種類は、特に制限はないが、例えば、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、水和珪酸アルミニウム、水和珪酸マグネシウム、塩基性炭酸マグネシウム、オルト珪酸アルミニウム、ハイドロタルサイトなどの水酸基あるいは結晶水を有する金属化合物があげられ、１種単独でも、２種以上を組み合わせて用いてもよい。これらの金属水和物のうち、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウムが好ましく、さらに水酸化マグネシウムが好ましい。

上記金属水和物は無処理でもよいが、表面処理をされたものを用いるのが良い。金属水和物の表面処理としては、シランカップリング剤、脂肪酸、チタネートカップリング剤等による処理が挙げられる。特にこの中でも、シランカップリング剤、脂肪酸を使用したものが好ましい。
上記金属水和物の表面処理に用いられるシランカップリング剤としては、例えば、末端にアルキル基、アルコキシ基、アミノ基、ビニル基（メタクロキシル基）、エポキシ基を有するものが挙げられる。これらのシランカップリング剤は単独でも２種以上併用してもよい。

本発明で用いることができるシランカップリング剤表面処理水酸化アルミニウムとしては、表面未処理の水酸化アルミニウム（ハイジライトＨ４２Ｍ（商品名、昭和電工(株)製）など）を上記のビニル基又はエポキシ基を末端に有するシランカップリング剤により表面処理したものなどがあげられる。
また、本発明で用いることができるシランカップリング剤表面処理水酸化マグネシウムとしては、表面無処理のもの（市販品としては、キスマ５（商品名、協和化学(株)製）など）、ステアリン酸、オレイン酸などの脂肪酸で表面処理されたもの（キスマ５Ａ（商品名、協和化学(株)製）など）、リン酸エステル処理されたもの（キスマ５Ｊ（商品名、協和化学(株)製））などを上記のビニル基又はエポキシ基を末端に有するシランカップリング剤により表面処理したもの、またはビニル基又はエポキシ基を末端に有するシランカップリング剤によりすでに表面処理された水酸化マグネシウムの市販品（キスマ５Ｌ、キスマ５Ｐ（いずれも商品名、協和化学(株)製）など）がある。
また、上記以外にも、予め脂肪酸やリン酸エステルなどで部分的に表面処理した水酸化マグネシウムや水酸化アルミニウムに追加的にビニル基又はエポキシ基を末端に有するシランカップリング剤を用い表面処理を行った金属水和物なども用いることができる。

次に、本発明の光ファイバケーブル用スロットロッドと光ファイバケーブルの好ましい実施の態様について、図面を参照しながら詳細に説明をする。
図１は本発明の光ファイバケーブルの一例のケーブル構造を示す構造図である。以下、図において周知例と同符号は同じものを示す。図１において、光ファイバケーブル１は、中心に抗張力体２を備えたスロットロッド３、スロットロッド３の溝４に挿入された８心光ファイバテープ心線５、溝４に挿入された８心光ファイバテープ心線５を押さえるためにスロットロッド３の外周に巻かれた押え巻（プラスチックテープ）６、および押え巻６の外側を覆う外被７からなる。抗張力体２は通常鋼線である。スロットロッド３はポリエチレンからなる熱可塑性樹脂と金属水和物を含有する難燃性樹脂組成物からなり、外被７はポリエチレン製である。溝の内面には、光ファイバテープ心線５の移動を適度に抑制することができる程度の摩擦力が生じる。説明の便宜上、１つの溝４にのみ光ファイバ心線５を図示しているが、他の溝４にも同様に光ファイバテープ心線５が挿入されている。

本発明のスロットロッドは、高強度化による細径化・軽量化の観点から、曲げ弾性率が１２５０ＭＰａ以上であることが好ましく、１４００ＭＰａ以上であることがより好ましい。曲げ弾性率は、ＪＩＳ Ｋ ７１７１に基づいて測定することができる。
また、良好な伝送特性を得る観点から、溝底部の平均表面粗さ（Ｒａ）が１．２μｍ以下であることが好ましく、０．５μｍ以下であることがより好ましい。溝底部の平均表面粗さ（Ｒａ）は、ＪＩＳ Ｂ １６０１に基づいて測定することができる。
本発明のスロットロッドの外径は、２０〜１９ｍｍが好ましく、１９．５〜１９．１ｍｍがより好ましい。
本発明で用いられるスロットロッドの溝の軌跡は限定されるものではなく、溝が螺旋状に形成されているＳ撚り又はＺ撚りであっても、溝が螺旋状に形成され交互に配置されているＳＺ撚りであってもよい。

スロットロッドに光ファイバ心線を収容し、押え巻および外被で覆った本発明の光ファイバケーブルは、その外径をどのような大きさとしても良いが、細径のものが好ましい。本発明では、スロットロッド材料として上記したようにポリエチレンを含む熱可塑性樹脂と金属水和物を含有する難燃性樹脂組成物を用いることにより伝送特性を維持しながら強度的に細径化が可能となり、その外径は２４ｍｍ以下が好ましく、さらに好ましくは２３．８〜２３．２ｍｍである。
既存の地下管路を有効に活用した光ケーブル網を構築するためには、外径２４ｍｍ以下の光ファイバケーブル、外径２０ｍｍ以下のスロットロッドが要求を満たすものである。
なお本発明で、光ファイバケーブルの外径とは、外被を含めた外径である。

本発明の光ファイバケーブルで用いられる光ファイバの心線数やスロットロッドの溝の形状、数は特に限定されないが、例えば、スロットロッドには、Ｕ字型や台形状の溝が５〜１５個形成される。溝に収容される光ファイバ心線の形態は特に限定されず、単体の光ファイバ心線であっても、複数本の光ファイバ心線を並べて一体化した多心光ファイバテープ心線であってもよい。また、複数の多心光ファイバテープ心線を積層した積層体や、複数本の光ファイバ心線を撚り合わせた光ファイバ撚り線などであってもよい。
光ファイバ心線の心数は特に限定されないが、光ファイバ心線数を多くする要望から、本発明の光ファイバケーブルに収容される光ファイバ心線の心数は、３００〜１２００心が好ましく、１０００心が特に好ましい。

以下、実施例を用いて本発明を詳細に説明する。なお、本発明はこれらに限定されるものではない。

＜実施例、比較例および従来例＞
図１に符号３で示すような光ファイバ用スロットロッドを作製した。
表１に各例の樹脂組成物に用いた各成分材料の含有量（表中の数字は質量部である）を示す。表に示す各成分材料を室温にてドライブレンドし、バンバリーミキサーを用いて溶融混練して、外径２０ｍｍ、１３溝Ｓ撚りスロット、中心テンションメンバ（抗張力体）：７／１．２のスロットロッドを押出成形した。

表１中に示す各成分材料は下記のものを使用した。
（１）高密度ポリエチレン（密度：９５６ｋｇ／ｍ³）
商品名：「ハイゼックス５４０Ｅ」 製造元：(株)プライムポリマー
（２）高密度ポリエチレン（密度：９５０ｋｇ／ｍ³）
商品名：「ＨＤ３２０」 製造元：日本ポリエチレン(株)
（３）脂肪酸処理水酸化マグネシウム
商品名：「マグシーズＮ４」 製造元：神島化学(株)
（４）シラン処理水酸化マグネシウム
商品名：「キスマ５Ｌ」 製造元：協和化学(株)

得られた各スロットロッドに対して、以下の評価を行い、その結果を表１に示した。
（ａ）曲げ弾性率
ＪＩＳ Ｋ ７１７１に基づき、各スロットロッドの曲げ弾性率を測定した。
光ファイバケーブルとした場合での耐衝撃特性（リブに折れや過度な変形がないこと）を満たすには、曲げ弾性率１２５０ＭＰａ以上が必要である。
（ｂ）脆化性（耐寒性）
ＪＩＳ Ｋ ６７６０に規定される試験方法に基づき、各スロットロッドの耐寒性試験を行った。
スロットロッドは−３０℃でクラックの発生が無いことが必要であるので、目視により−３０℃でクラックの発生がないものは「○」、クラックが発生したものは「×」とした。
（ｃ）平均表面粗さ（Ｒａ）
得られた各スロットロッドの溝底部の平均表面粗さＲａ（μｍ）を、ＪＩＳ Ｂ １６０１に従って測定した。
良好な伝送特性を確保するためには１．２μｍ以下が必要であり、０．５μｍ以下であることが好ましい。

表１から明らかなように、ポリエチレンと適量の金属水和物とを含有する実施例１〜３は、いずれの評価項目においても良好な結果が得られている。
これに対して、従来例では曲げ弾性率、耐衝撃特性を満足できず、金属水和物の配合量が本発明の範囲を下回った場合（比較例１）は、平均表面粗さが劣り、逆に多すぎる場合（比較例２）は、脆化性が劣る結果となる。

本発明の光ファイバケーブルの一例のケーブル構造を示す構造図である。 光ファイバケーブル用スロットロッドの従来例を示す説明図である。

符号の説明

１ 光ファイバケーブル
２ 抗張力体
３ スロットロッド
４ 溝
５ 光ファイバテープ心線
６ 押え巻
７ 外被

Claims (6)

1. ポリエチレンを含む熱可塑性樹脂１００質量部に対し、金属水和物３０〜８０質量部を含有させた難燃性樹脂組成物を用いることを特徴とする光ファイバケーブル用スロットロッド。
2. 曲げ弾性率が１２５０ＭＰａ以上であり、かつ、溝底部の平均表面粗さ（Ｒａ）が０．５μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のスロットロッド。
3. 請求項１又は２に記載のスロットロッドに、光ファイバ心線が収容されていることを特徴とする光ファイバケーブル。
4. 外径が２４ｍｍ以下であ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。
5. スロットロッド径が２０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項３又は４に記載の光ファイバケーブル。
6. 光ファイバ心線数が３００〜１２００心であることを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の光ファイバケーブル。

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