JP2009128494A - 光ファイバコードおよび配線方法 - Google Patents

Abstract

【課題】これまで困難だった、ドアや引き戸、窓を通す光ファイバ配線を容易に実施できるようにする。
【解決手段】厚さが１．５ｍｍ以下のテープ状の光ファイバコードであって、単心または複数心のホールアシスト型ファイバの心線と、直径または厚さが当該光ファイバ心線と同等以上で塑性変形のしやすい金属線とが断面幅方向に一列に並んで配置され、片面は粘着剤つきの保護シートで、他面は粘着剤につき剥離紙で、サンドウィッチ状に粘着剤で接着固定されており、光ファイバ心線が余長を持っていて、その両端部が、保護シートの外にある構造となっている。
【選択図】図３

Description

本発明は、通信用の光ファイバを家屋内で自由に配線するための光ファイバコードおよびその配線法に関するものである。

国内では、近年光ファイバを用いた公衆通信が普及し、家の中の光ファイバ配線が一般的になった。

図６は、光インドアケーブルとよばれる光ファイバコードの断面図である。１は光ファイバ心線で、石英ガラスを素材とする光ファイバ1-1を合成樹脂で被覆したものであり、光ファイバの種類としてはシングルモードファイバが一般的である。ただし、通常のシングルモードファイバでは、きつい曲げを加えると、光が漏れだして損失となるため、その曲げ半径には制限があった。最近まで曲げ半径の許容値は３０ｍｍが普通であった。補強材３'には、鋼線、あるいはアラミド繊維をエポキシ樹脂で固めた線材が適用されている。これらを保護部材２'となるポリエチレンで一括被覆して製造されている。
従来、室内の出隅（エッジ）、入隅をまたぐ配線では、光ファイバコード（宅内配線に用いるものは、インドアケーブルとも呼ばれる）を壁面や柱から浮かして、曲げ半径が大きくなるように配線するような必要があった。このような配線形態は、美観的な問題のほか、光ファイバコードを引っかけて破損させやすいという問題があった。

近年、曲げても損失が生じにくいシングルモードファイバが普及し、曲げ半径の許容値を１５ｍｍや１０ｍｍにできることから、出隅・入隅での配線をあまり目立たないようにできるようになった。その技術の例は、たとえば下に示す非特許文献１に、図６の構造で、心線を２心にしたものが記載されている。

最近では、ホールアシスト型ファイバと呼ばれる光ファイバ（簡単にホーリーファイバとも呼ばれる。）が開発されており、これを適用すれば、曲げ半径が５ｍｍ以下でも損失が生じないことから、出隅・入隅への密着配線がしやすくなった。このホールアシスト型ファイバの断面構造を図７に示す。コア1-1-2の周りのクラッド部1-1-1に空孔1-1-3を形成して光の閉じ込めを強化したものである。ただし、図６のような構造は、補強材の剛性が大きすぎて、きつい曲げ配線に適さないため、丸形断面のルース型コードがこのファイバには採用されている。この技術は、下に示す特許文献１に記されている。

最近米国コーニング社からnanoStructures^TM fiberと呼ばれる光ファイバが最近発表されている。この光ファイバの説明は、たとえば下の非特許文献２に記載されている。

特開2005-345805「光ファイバコード」 寺沢ほか、"小径曲げ対応型アクセス用シングルモード光ファイバ"、SEIテクニカルレビュー、第１６３号、２００３年９月． 米国雑誌FORTUNE,August,6, 2007の記事 "Bend It Like Corning"(http://www.corning.com/docs/corporate/media_center/69738_E_Print_R1.pdf)

このように、曲げによる光損失が生じにくい光ファイバが開発されたが、ガラスを素材とする光ファイバは、きつい曲がりを加えたまま放置すると、表面にある微細傷が成長して長期的には破断してしまうため、許容できる曲げ半径には限界がある。ホールアシスト型ファイバについては、曲げ損失は問題ないが、この機械的な強度が曲げ半径を小さくする際の制約となる。

サッシ窓や室内のドア、引き戸を経由する配線は、出隅・入隅が連続しており、隙間も狭いので光ファイバが逃げる空間がない。図８に、サッシドアの断面構造の例を示す。書き込んだ数字は寸法を表し、単位はmmである。したがって、そこに挟み込むファイバには、図中に示したようにきつい曲がりが生じるため、これまでどのような光ファイバを使っても配線が困難と考えられていた。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、これまで困難だった、ドアや引き戸、窓を通す光ファイバ配線を容易に実施できるようにすることを目的とする。

この目的を達成するために、本発明では、光ファイバにはホールアシスト型ファイバを採用し、この光ファイバを出隅の稜線に直交させず、特定値以下の角度をもって交差させて配線するものである。これに適するよう光ファイバコードでは、厚さが１．５ｍｍ以下のテープ状とし、曲げ形状の保持と側圧対策のために、光ファイバの両側には塑性変形しやすい金属線を縦添えして一体化し、テープ形状にしている。光ファイバコードの表面には作業時に傾きを設定しやすくするための案内線を表示させて、適切な角度で配線できるようにする。なお、外部からの圧力や衝撃が加わりにくいところの配線用には、上記金属線を省くことや被覆よりも弾性率の高い合成樹脂で代用することも可能である。

以上説明したように、本発明は、これまで困難だった窓や引き戸、室内ドアを通る光配線を可能にするものであり、しかもその配線作業が容易に実施できるようにするものであるから、宅内光配線を前提とする今後の光ブロードバンドサービスの一層の普及に大きく貢献することができる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の原理を示す図である。図中の左上は、出隅（エッジ）の形状をモデル化して示している。鋭いエッジも、拡大すればその先端は丸みを帯びているため、円柱で近似できる。このとき、その曲率半径ｒのエッジ先端に、光ファイバを稜線からθの角度で傾けて沿わせたとき、光ファイバ自体の曲率半径ρは次式で求められる。

ただし、t₁はエッジ表面から光ファイバ中心軸までの距離である。光ファイバは被覆されているため、t₁は有限の大きさを持つ。被覆が全く無い極限条件では、t₁はファイバ半径となる。光ファイバをこのエッジの稜線に直角に沿わせたとき（θ=90°）、曲げ半径はr+ t₁となる。

図２に示すグラフでは、光ファイバをエッジの稜線に斜めに沿わせたときの光ファイバの曲げ半径を計算した結果である。横軸のθは図１に示したように、稜線となす角度である。図中、r+ t₁が0.25 mm、0.5 mm、1.0 mmの場合について示した。これから、θが小さくなると、光ファイバの曲げ半径が著しく大きくなることがわかる。したがって、エッジがシャープな場合であっても、θを小さくして光ファイバを配線することにより、長期的な信頼性が保たれることになる。これが本発明の原理である。なお、r + t₁が大きくなるほど光ファイバの曲げ半径が大きくなるので、破断しにくくなる。

なお、外径（クラッド直径）125μｍのホーリーファイバの場合、許容曲げ半径は2.5mm程度、外径80μｍのホーリーファイバでは許容曲げ半径は1.6mm程度であるので、それらを図中に破線で示している。きつい曲げが加わった光ファイバの機械的長期信頼性については、たとえば下の文献に詳細な記載がある。

Masao Tachikura, "Improved theoretical estimation of mechanical reliability of optical fibers", Proceedings of SPIE, Volume 5623, January, 2005."
つぎに、θのとるべき値について説明する。光ファイバの外径（クラッド直径）をdとすれば、許容曲げ半径ρ_minは、概略、ρ_min＝20d で表現できる。したがって、θは下式を満足するように設定すればよい。

また、きつい曲げ状態を保持することも一般的には容易ではないため、塑性変形しやすい金属、たとえば銅、アルミニウム、黄銅などを、補強材に採用する。これにより、曲げ形状が保持されることになる。また、この補強材を光ファイバ心線径よりも太くしておくことにより、外側から力が加わった場合にも、光ファイバ心線にその力が働かないように保護することができる。

また、角度θを設計では決めていても、実際の作業で分度器を使った作業は面倒である。そこで本発明では、光ファイバコードの外面に、角度がわかる線やパターンを表示しておく。

以下、図面をもとに本発明の実施例を具体的に説明する。

図３は、本発明の実施例を示す図であり、図３（Ａ）は構造を示す図、図３（Ｂ）は図３（Ａ）のＡ−Ａ´断面を示す図である。これらの図において、ホールアシスト型ファイバの光ファイバ心線１を、補強材３とともに両面接着テープでサンドウィッチ固定し、上面には保護シート２−１を貼り付けた構造である。両端から出る光ファイバ心線には、心線保護チューブ５を被せ、端部にコネクタプラグ６を付けてある。コネクタプラグは、室内を配線する光コードに接続するためのものであるが、融着接続やメカニカルスプライスで接続する場合には不要である。

配線作業時には、下面の剥離紙４を剥がし、粘着面を配線したい箇所に貼り付ける。剥離紙はかならずしも紙とは限らず、合成樹脂シートの場合もある。保護シートの材質は、たとえばポリエステル系やポリプロピレン系の合成紙が適する。これは、紙の代用にできるよう、樹脂内にミクロな空孔を作るなどして内部の光散乱を発生させることにより、白色あるいは半透明の乳白色にし、印刷しやすいように表面処理をしたものである。この表面処理により、通常、粘着剤との接着性が高くなって長期的な信頼性が得られる。厚さが0.1mm程度の市販品があり、破損しにくい。合成紙には、引き裂き強度向上のために合成樹脂クロスを貼り合わせた商品もあり、これらも適用可能である。また樹脂クロス単体を保護シートにしてもよい。

本コードの上面の保護シート２−１には、心線の軸に対して特定の角度θを成すようにストライプ模様が印刷してある。ストライプの線が鉛直となるように、開閉ドアやスライドドア、サッシ窓等の枠に配線すれば、分度器等で角度確認をすることなく、容易に作業を実施できる。

粘着層は、市販の両面テープを用いて形成することができる。粘着層は、その接着力が高いことが好ましいが、一方、柔軟であることも重要である。剛性が大きいと、貼り合わせた際の曲げ剛性が高くなってしまい、きつい曲げ形状を形成することが難しくなるからである。この点で好ましいのは、発泡性基材の両面に粘着剤を塗布したタイプである。この基材の代表例としてはアクリルフォームやウレタンフォームがある。緻密なものが好ましい。

補強材は、図では断面形状が丸になっているが、矩形でも構わない。補強材の役割は、上面からの外圧や衝撃から心線を保護すること、および、屈曲配線形状を保持しやすくすることである。したがって補強材は、太さ（矩形断面の補強材では厚さ）が光ファイバ心線と同等以上で非圧縮性の材料が望ましい。屈曲配線を保持するという要求条件はこれまでの光コードや光ケーブルにはなかったものである。補強材を、銅線やアルミニウム線、ニッケル線、あるいはこれらの合金線（黄銅線、ニクロム線など）とすることにより、きつい曲げには塑性変形して形状を保つようになるため、配線がしやすい利点がある。この形状保持力は、補強材の太さを選定することにより適性化できる。なお、従来のように、塑性変形が生じにくい鋼線等を適用したりすると、配線しにくいばかりか、配線した後も真直に戻ろうとする力が持続するため、粘着面が剥離する危険がある。したがって、塑性が強い金属を適用することには大きなメリットがある。

なお、サッシ窓などでは、開閉の際に戸が窓枠に直接ぶつからないようにした構造が多い。たとえば、戸は、窓枠の一部に取り付けられた緩衝部材に衝突するようになっており、そこを避けて配線すれば、外圧や衝撃の心配はない。このような配線用途では、補強材として金属線を使う必要性は小さいので、金属線を省くか、あるいは一括被覆樹脂よりも弾性率の大きな合成樹脂の線材で代用することも可能である。その場合には、光ファイバコード自体の曲げ剛性が大幅に小さくなるので、配線作業が楽になる。合成樹脂の補強材は、剛性も低く、曲げた状態では徐々に応力緩和する特性もあるため、鋼線のような剥離誘発の心配はなく、外圧へのある程度の補強効果も期待できる。

つぎに、保護シートに表示する案内線の角度の決め方について説明する。
図４は、式(2)を用いて、光ファイバの外径dが125μｍの場合と80μｍの場合について、r + t₁に対するθの上限を計算した結果を示す図である。dは125μｍが一般的であるが、最近では80μｍという寸法を採用した製品も一部の商品に適用されている。本実施例では、どちらの寸法の場合も含む。また、dは小さいほど曲げによる破断が生じにくくなるため好ましく、80μｍよりも小さい場合も本発明に含む。

実施例で示した試作品では、t₁は下面側の粘着層の厚さに相当し、0.4 mmであった。次にｒであるが、工業製品では安全のため手の触れる角は丸めてあり、rは少なくとも0.3mmは確保されている。したがって、r + t₁の下限は0.7mmと見込まれる。このとき、図から読みとれるように、θの上限値は、光ファイバ外径がφ125μｍの場合に30°強、φ80μｍの場合に40°強である。したがって、この例の場合では、保護シートに表示する案内線の角度を、光ファイバ外径がφ125μｍの場合には30°、80μｍの場合には40°とすることにより、長期信頼性が保証できる。

図３に示した実施例では、収容する光ファイバが１心の場合であるが、複数心にしてもよい。図５に、他の実施例の断面形状を示す。図５(a)は補強材の間に、光ファイバ心線を２本並べたもの、図５(ｂ)は、光ファイバ心線２本の間に補強材１本を配置したものである。このように、光ファイバ心線の数と補強材の数の間に関連を持たせる必要はない。心線数も、補強材も、必要に応じて任意に増やして構わない。補強材の本数を増やすことは、太さを抑制しながら形状保持力を確保したい場合に有効である。

図５（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ図３（Ｂ）に対応した他の実施例を示す。図５(ｃ)は、光ファイバ心線がテープ心線被覆７によってテープ心線化されている場合の例である。４心テープや８心テープにすることも可能である。この場合、接続相手の室内配線用光コードが同じテープ心線の場合には、コネクタとしては、MTコネクタやMPOコネクタのような多心コネクタが有効である。一方、複数の室内配線コードに分岐する用途で、テープを単心にばらして単心のコネクタプラグを付けた構造とすることが可能である。２心の場合には、MT-RJコネクタと呼ばれる２心一括接続用の市販コネクタも適用できる。

なお、本発明の配線方法は、必ずしも実施例に挙げた構造の光ファイバコードのみに適用するものではない。直径あるいは厚さが1.5ｍｍ以下でホールアシスト型ファイバを内蔵する光ファイバコードであれば、配線の固定さえ工夫すれば実施できる。配線の固定には、瞬間接着剤に代表される接着剤、両面テープに代表される粘着剤、上方からの粘着テープによるカバーなどが適用可能である。

なお、これまで本発明の実施例にあたっては、光ファイバはホールアシスト型ファイバと記述してきたが、最近米国コーニング社から非特許文献２に示すnanoStructures^TM fiberと呼ばれる光ファイバが最近発表されている。これも、コアの周りの空孔が微細で多数という違いや製造法の差異はあるが、原理上ホールアシスト型ファイバに含まれるものであり、本発明の実施例は、図９の構造のホールアシスト型ファイバだけでなく、上記の光ファイバを適用したものも含む。

本発明の原理の説明図。 本発明の効果を示す計算例を示す図。 本発明の実施例での構造図。 配線角度θの設計用の計算例を示す図。 本発明の他の実施例の断面形状を示す図。 従来の宅内光ケーブルの構造を示す断面図。 代表的なホールアシスト型ファイバの構造を示す断面図。 サッシドアの断面構造の例を示す図。

符号の説明

１…光ファイバ心線、１―１…光ファイバ、１−１−１…クラッド部、１−１−２…コア、１−１−３…空孔、２、２’…光ファイバ保護部材、２−１…保護シート、２−２…粘着剤層、３、３’…補強材、４…剥離紙、５…心線保護チューブ、６…コネクタプラグ、７…テープ心線被覆。

Claims (6)

1. 厚さが1.5ｍｍ以下のテープ状の光ファイバコードであって、単心または複数心のホールアシスト型ファイバの心線と、直径または厚さが当該光ファイバ心線と同等以上で塑性変形のしやすい金属線とが断面幅方向に一列に並んで配置され、片面は粘着剤つきの保護シートで、他面は粘着剤つき剥離紙で、サンドウィッチ状に粘着剤で接着固定されており、光ファイバ心線が余長を持っていて、その両端部が保護シートの外にある構造となっていることを特徴とする光ファイバコード。
2. 請求項１記載の光ファイバコードにおいて、金属線が省かれているか、あるいは被覆の熱可塑性樹脂よりも弾性率の大きな合成樹脂の線材が代わりに内蔵されていることを特徴とする光ファイバコード。
3. 請求項１または２記載の光ファイバコードにおいて、内蔵する単心または複数心のホールアシスト型ファイバのクラッド直径が概ね80μｍ以下であることを特徴とする光ファイバコード。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の光ファイバコードにおいて、保護シートには次式を満足する角度θを表示する直線またはパターンが表示されていることを特徴とする光ファイバコード。
   

   
5. 請求項１から４のいずれかの光ファイバコードについての光ファイバ配線方法において、剥離紙をはがした後、出隅の稜線に対して次式を満足する角度θをもって固定配線することを特徴とする光ファイバコード配線方法。
   

   
6. ホールアシスト型ファイバを内蔵し直径または厚さが１．５mm以下である光ファイバコードを、出隅の稜線に対して次式を満足する角度θをもって固定配線することを特徴とする光ファイバコード配線方法。
   

   

Images