JP2013109003A - 光ケーブル - Google Patents

Abstract

【課題】側圧が加えられたときのロス増加が抑制され得るとともに可撓性低減も抑制され得る光ケーブルを提供する。
【解決手段】光ケーブル１は、光ファイバテープ心線１０、抗張力体３０および外被５０を備える。光ファイバテープ心線１０は、複数の光ファイバが並列配置され一体化されたものである。この光ファイバテープ心線１０を囲むように外被５０が設けられている。外被５０は、光ケーブル１を保護するもので、例えばＰＶＣやＥＶＡ等のポリオレフィンからなる。この外被５０が囲む内部空間に一つの光ファイバテープ心線１０が捻回自在に配置されている。光ファイバテープ心線１０の周囲に抗張力体３０が設けられていてもよい。
【選択図】図１

Description

本発明は、光ケーブルに関するものである。

複数の光ファイバ素線が密着することなくルースにチューブ内に収納されたルースチューブ心線が知られている（特許文献１を参照）。

複数の光ファイバが並列配置され一体化された光ファイバテープ心線を備える光ケーブルが知られている（特許文献２を参照）。特許文献２に記載された光ケーブルは、複数の光ファイバテープ心線が積層され接着一体化されてインナーチューブの内部空間に挿入された構成を有する。

光ファイバの一種であるプラスチッククラッド光ファイバ（ＰＣＦ）をテープ化した光ファイバテープ心線も知られている（特許文献３）

実開昭６０−１６５９１８号公報 実開昭６２−４６４１４号公報 特開平９−８０２７９号公報

インターコネクタ分野（機器間または機器内の部品を光ファイバで接続する分野）では光ケーブルに含まれる光ファイバの本数が数本〜十数本で足ることがある。このような光ケーブルは外径が数ｍｍであり、比較的細くかつケーブルの保護被覆（外被）が薄いものとなる。

本発明者は、複数本の光ファイバを比較的薄い外被内に含む光ケーブルが以下のような問題点を有することを見出した。すなわち、或る光ファイバと他の光ファイバとが互いに交差しているときに当該交差部に側圧が加えられると、各光ファイバのロスが増加する。チューブ内に含まれるのが光ファイバテープ心線であっても同様に光ファイバテープ心線どうしが交差しているときに当該交差部に側圧が加えられると各光ファイバテープ心線に含まれる光ファイバのロスが増加するものと考えられる。

特許文献２に記載された光ケーブルでは、複数の光ファイバテープ心線が積層され接着一体化されていて、或る光ファイバテープ心線に含まれる光ファイバと他の光ファイバテープ心線に含まれる光ファイバとが互いに交差することがない。

しかし、複数の光ファイバテープ心線が積層され接着一体化されている構成を有する光ケーブルは、可撓性が低減され、小径に曲げることが困難となり、敷設の作業性が悪い。また、無理に光ケーブルを曲げると内部の光ファイバテープ心線が無理に曲げられて光ファイバテープ心線に含まれる光ファイバのロスが増加するものと考えられる。

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、側圧が加えられたときのロス増加が抑制され得るとともに無理に曲げた場合のロス増加も抑制され得る光ケーブルを提供することを目的とする。

本発明の光ケーブルは、複数の光ファイバが並列配置され一体化された光ファイバテープ心線と、この光ファイバテープ心線を囲む外被と、を備え、外被が囲む内部空間に一つの光ファイバテープ心線が捻回自在に配置されていることを特徴とする。

本発明の光ケーブルは、光ファイバテープ心線の周囲に設けられた抗張力体を更に備えていてもよい。本発明の光ケーブルは、外被の内側に設けられたインナーチューブを更に備え、インナーチューブと外被との間に抗張力体が設けられ、インナーチューブの内部空間に一つの光ファイバテープ心線が捻回自在に挿入されていてもよい。本発明の光ケーブルは、抗張力体と外被との間に設けられた電磁シールド層を更に備えていてもよい。また、本発明の光ケーブルは、インナーチューブの外側に導線が設けられていてもよい。

本発明の光ケーブルにおいて、複数の光ファイバそれぞれの開口数が０.２５〜０.４５であるのが好適であり、複数の光ファイバそれぞれのコア径が６０〜１００μｍであるのが好適であり、また、複数の光ファイバそれぞれのガラス部分の径が１２５μｍ以下であるのが好適である。また、複数の光ファイバそれぞれは、コアおよびクラッドの双方がガラスからなるものであってもよいし、コアがガラスからなりクラッドがプラスチックからなるものであってもよい。

本発明の光ケーブルは、側圧が加えられたときのロス増加が抑制され得るとともに、無理に曲げた場合のロス増加も抑制され得る。

第１実施形態の光ケーブル１の断面図である。 第２実施形態の光ケーブル２の断面図である。 第３実施形態の光ケーブル３の断面図である。 光ファイバテープ心線１０Ａの断面構成例を示す図である。 光ファイバテープ心線１０Ｂの断面構成例を示す図である。 光ファイバテープ心線１０Ｃの断面構成例を示す図である。 光ファイバテープ心線１０Ｄの断面構成例を示す図である。 実施例の各光ケーブルの構造および評価結果を纏めた図表である。 実施例の各光ケーブルの構造および評価結果を纏めた図表である。 比較例の各光ケーブルの構造および評価結果を纏めた図表である。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、第１実施形態の光ケーブル１の断面図である。同図は、軸方向に垂直な断面を示す。光ケーブル１は、光ファイバテープ心線１０、抗張力体３０および外被５０を備える。

光ファイバテープ心線１０は、複数（一般には偶数）の光ファイバが並列配置され一体化されたものである。この光ファイバテープ心線１０を囲むように外被５０が設けられている。外被５０は、光ケーブル１を保護するもので、例えばＰＶＣやＰＥ、ＥＶＡ等のポリオレフィンからなる。この外被５０が囲む内部空間に一つの光ファイバテープ心線１０が捻回自在に配置されている。

光ファイバテープ心線１０の周囲に抗張力体３０が設けられていてもよい。抗張力体３０は、繊維状のものが好ましく、アラミド繊維（ケブラ）からなるのが好ましい。光ファイバテープ心線１０の周囲に抗張力体３０が設けられていても、光ファイバテープ心線１０は捻回自在である。

このように構成される光ケーブル１は唯一つの光ファイバテープ心線１０を備えるので、光ファイバテープ心線同士が交差することはなく、また、一つの光ファイバテープ心線１０に含まれる複数の光ファイバが互いに交差することもなく、側圧が加えられたときのロス増加が抑制され得る。光ケーブル１は、曲げの方向が光ファイバテープ心線１０の厚み方向であれば、容易に曲げられ得る。また、光ケーブル１は、曲げの方向が光ファイバテープ心線１０の幅方向（複数の光ファイバの配列方向）であっても、光ファイバテープ心線１０が捻れることにより、曲げの方向を光ファイバテープ心線１０の厚み方向とすることができるので、やはり容易に曲げられ得る。このように、光ケーブル１は可撓性低減も抑制され得る。

図２は、第２実施形態の光ケーブル２の断面図である。同図は、軸方向に垂直な断面を示す。光ケーブル２は、光ファイバテープ心線１０、インナーチューブ２０、抗張力体３０、電磁シールド層４０および外被５０を備える。

光ファイバテープ心線１０は、インナーチューブ２０の内部空間２１に挿入されており、その内部空間２１において捻回自在である。インナーチューブ２０は例えばＰＶＣからなり、インナーチューブ２０の内部空間２１に一つの光ファイバテープ心線１０が挿入されている。インナーチューブ２０の内部空間２１は、光ファイバテープ心線１０が捻れることができる大きさを有する。インナーチューブ２０の内部空間２１の直径は、光ファイバテープ心線１０の幅（複数の光ファイバの配列方向の幅）より０.２ｍｍ以上大きいことが好ましい。インナーチューブ２０の厚みは例えば０.３〜１ｍｍのものが使用可能である。

インナーチューブ２０の外側に抗張力体３０が設けられている。抗張力体３０は、繊維状のものが好ましく、アラミド繊維からなるのが好ましい。抗張力体３０の外側に電磁シールド層４０が設けられているのが好ましい。電磁シールド層４０は、金属線を編組したものなどから構成される。電磁シールド層４０の外側に外被５０が設けられている。

光ケーブルでは光信号が伝搬され、この光信号に電磁ノイズが乗ることはない。しかし、光ケーブルの端部のコネクタの内部にコネクタ内部にＯ／Ｅ変換部品が存在する場合、光信号はコネクタで電気信号に変換されるので、光ケーブル２がコネクタ付けされる端部近傍では電磁シールド層４０が設けられているのが好ましい。電磁シールド層４０を抗張力体３０の外側であって外被５０の内側に設ける場合は、光ケーブル２の端部近傍のみに電磁シールド層４０を設けることは困難であるので、光ケーブル２の全長にわたって外被５０の内側に電磁シールド層４０を設ける方が製造容易である。

このように構成される光ケーブル２も唯一つの光ファイバテープ心線１０を備えるので、光ファイバテープ心線同士が交差することはなく、また、一つの光ファイバテープ心線１０に含まれる複数の光ファイバが互いに交差することもなく、側圧が加えられたときのロス増加が抑制され得る。光ケーブル２は、曲げの方向が光ファイバテープ心線１０の厚み方向であれば、容易に曲げられ得る。また、光ケーブル２は、曲げの方向が光ファイバテープ心線１０の幅方向（複数の光ファイバの配列方向）であっても、インナーチューブ２０の内部空間２１において光ファイバテープ心線１０が捻れることにより、曲げの方向を光ファイバテープ心線１０の厚み方向とすることができるので、やはり容易に曲げられ得る。このように、光ケーブル２は可撓性低減も抑制され得る。

図３は、第３実施形態の光ケーブル３の断面図である。同図は、軸方向に垂直な断面を示す。光ケーブル３は、光ファイバテープ心線１０、インナーチューブ２０、抗張力体３０、電磁シールド層４０および外被５０を備える他、導線６１およびフィラー７０をも備える。第２実施形態の構成と比較すると、第３実施形態では、インナーチューブ２０の外側であって電磁シールド層４０の内側に、互いに同じ外径を有する導線６１およびフィラー７０が設けられている点で相違する。同図では９本の導線６１および４本のフィラー７０が設けられているが、本数は任意である。インナーチューブの外側に配置されるのが全て導線であってフィラーがなくてもよい。導線が二本で一対とされてもよい。導線６１は、金属線の周囲に絶縁層が設けられたもの、または同軸電線で、電気信号を伝搬させることができる。また、抗張力体３０は、インナーチューブ２０と電磁シールド層４０との間において導線６１およびフィラー７０の隙間を埋めるように設けられる。

図３に示されるように、インナーチューブ２０が設けられる場合、電気信号を伝搬する導線６１がインナーチューブ２０の外側に配置され得る。仮にインナーチューブ２０が設けられていないと、導線６１が光ファイバテープ心線１０に押し付けられて側圧によるロス増加が大きくなることがある。したがって、導線６１はインナーチューブ２０の外側に配置される。

図４〜図７それぞれは、光ファイバテープ心線の断面構成例を示す図である。これらの図に示される光ファイバテープ心線１０Ａ〜１０Ｄそれぞれは、本実施形態の光ケーブル１〜４の光ファイバテープ心線１０として用いられ得るものである。また、以下では光ファイバテープ心線１０Ａ〜１０Ｄそれぞれが４芯のものであるとして説明する。

図４に示される光ファイバテープ心線１０Ａは、４本の光ファイバ８０Ａが並列配置されて被覆８６により一体化されたものである。各光ファイバ８０Ａは、コア８１と、このコア８１を取り囲むクラッド８２とを有する。例えば、コア８１の径は８０μｍであり、クラッド８１の外径は１２５μｍである。クラッドはフッ素を含む紫外線硬化型樹脂などを使用できる。

図５に示される光ファイバテープ心線１０Ｂは、４本の光ファイバ８０Ｂが並列配置されて被覆８６により一体化されたものである。各光ファイバ８０Ｂは、コア８１と、このコア８１を取り囲むクラッド８２と、このクラッド８２を取り囲むプライマリ被覆層８３と、このプライマリ被覆層８３を取り囲むセカンダリ被覆層８４とを有する。例えば、コア８１の径は８０μｍであり、クラッド８１の外径は１２５μｍであり、プライマリ被覆層８３の外径は２００μｍであり、セカンダリ被覆層８４の外径は２４５μｍである。

プライマリ被覆層８３およびセカンダリ被覆層８４は通常の光ファイバ心線に使用されるものと同様のものを使用することができる。例えば、ウレタン（メタ）アクリレート系の紫外線硬化型樹脂を使用することができる。プライマリ被覆層８３はヤング率が比較的低い（数ＭＰａ）比較的柔らかい樹脂が使用され、セカンダリ被覆層８４はヤング率が比較的高い（数百〜千数百ＭＰａ）比較的硬い樹脂が使用される。図４に示される光ファイバテープ心線に比べて、プライマリ被覆層８３およびセカンダリ被覆層８４が有る分、さらに側圧特性に優れる。

図６に示される光ファイバテープ心線１０Ｃは、４本の光ファイバ８０Ｃが並列配置されて被覆８６により一体化されたものである。各光ファイバ８０Ｃは、コア８１と、このコア８１を取り囲むクラッド８２と、このクラッド８２を取り囲む着色層８５とを有する。例えば、コア８１の径は８０μｍであり、クラッド８１の外径は１１５μｍであり、着色層８５の外径は１２５μｍである。着色層８５は顔料等が添加されて色が付けられた紫外線硬化型樹脂などを使用することができる。各光ファイバ心線が異なる色で着色されれば、各光ファイバ心線をその色で識別することができる。

図７に示される光ファイバテープ心線１０Ｄは、４本の光ファイバ８０Ｄが並列配置されて被覆８６により一体化されたものである。各光ファイバ８０Ｄは、コア８１と、このコア８１を取り囲むクラッド８２と、このクラッド８２を取り囲むプライマリ被覆層８３と、このプライマリ被覆層８３を取り囲むセカンダリ被覆層８４と、このセカンダリ被覆層８４を取り囲む着色層８５とを有する。例えば、コア８１の径は８０μｍであり、クラッド８１の外径は１２５μｍであり、プライマリ被覆層８３の外径は２００μｍであり、セカンダリ被覆層８４の外径は２４５μｍであり、着色層８５の外径は２５０μｍである。プライマリ被覆層８３、セカンダリ被覆層８４および着色層８５の構成および機能は前述のものと同様である。

光ファイバ８０Ａ〜８０Ｄそれぞれにおいて、コア８１は、クラッド８２の屈折率より高い屈折率を有し、光を導波することができる。コア８１はガラスからなる。クラッド８２は、ガラスであってもよいしプラスチックであってもよい。コア８１およびクラッド８２の双方がガラスからなる光ファイバはＡＧＦ（All Glass Fiber）と呼ばれる。コア８１がガラスからなりクラッド８２がプラスチックからなる光ファイバはＨＰＣＦ（Hard Plastic Clad Silica Fiber）と呼ばれる。プライマリ被覆層８３、セカンダリ被覆層８４、着色層８５および被覆８６それぞれは樹脂からなる。プライマリ被覆層８３は低ヤング率の樹脂からなり、セカンダリ被覆層８４は高ヤング率の樹脂からなる。

光ファイバ８０Ａ〜８０Ｄそれぞれにおいて、開口数（ＮＡ）は０.２５〜０.４５であるのが好適である。開口数が０.２５以上であれば、光ファイバを半径５ｍｍという小径に曲げてもロス増加が少ない。コアとクラッドとの屈折率差を大きくすると、開口数を大きくすることができ、光ファイバを小径に曲げたときのロス増加を効果的に抑制することができる。しかし、屈折率調整用の不純物の添加量と屈折率調整量との間に正の相関があるものの、添加量には上限があるので、コアとクラッドとの屈折率差には限界がある。したがって、開口数の上限は０.４５である。

光ファイバ８０Ａ〜８０Ｄそれぞれにおいて、コア径は６０〜１００μｍであるのが好適である。コア径が小さくなると、コネクタとの接続の際に光軸ずれに因るロス増加が大きくなるので、コア径は６０μｍ以上であるのが好ましい。クラッド径は一般の光ファイバのクラッド径と同じ１２５μｍであれば、通常のコネクタに接続することが可能となる。クラッド径を１２５μｍとすると、必要なクラッドの径方向の厚さを考慮して、コア径は１００μｍ以下であるのが好ましい。

光ファイバ８０Ａ〜８０Ｄそれぞれにおいて、ガラス部分の径は１２５μｍ以下であるのが好適である。光ファイバのガラス部分の径が大きくなると、光ファイバは折り曲げたときに破断し易くなる。ガラス部分の径が１２５μｍ以下であれば、光ファイバは破断し難い。クラッド径１２５μｍのＨＰＣＦは、同クラッド径のＡＧＦと比べて破断耐性に優れる。直径４.２ｍｍの光ケーブルを曲率半径２ｍｍで折り曲げる場合、ケーブルに含まれる光ファイバ心線がクラッド径１２５μｍのＡＧＦであれば１ヶ月以内に折れてしまうが、ガラスコア径８０μｍのＨＰＣＦは１ヶ月以上折れない。この点で本発明の光ファイバがＨＰＣＦであることが好ましい。

ＨＰＣＦは、クラッドを構成するプラスチックのヤング率が低いので、側圧に因りロス増加が生じ易い。側圧耐性を改善するために、複数のＨＰＣＦを並列配置した光ファイバテープ心線とするのが好ましい。したがって、複数のＨＰＣＦが並列配置された光ファイバテープ心線を備える光ケーブルとすると、側圧耐性が良く、かつ破断耐性にも優れるので好適である。

光ファイバテープ心線１０の周囲に所要の空間を確保するインナーチューブ２０は、直径４.２ｍｍの光ケーブル１を曲率半径２ｍｍで折り曲げることができる程度に柔らかいことが必要であり、その点から、弾性率５０〜１０００ＭＰａのＰＶＣやフッ素樹脂などからなるのが好適である。インナーチューブ２０内は抗張力体密度をゼロとすることができる。インナーチューブ内に抗張力体３０がない場合の側圧に因るロス増加は、インナーチューブ内であって光ファイバテープ心線１０の周囲に抗張力体がある場合に比べて小さい。

図８〜図１０それぞれは、実施例および比較例の各光ケーブルの構造および評価結果を纏めた図表である。図８は実施例１〜９について示し、図９は実施例１０〜１７について示し、図１０は比較例１〜７について示す。

各図において、各実施例または各比較例について、光ファイバの種類、光ファイバのＮＡ、光ファイバのコア径、光ファイバのクラッド径、光ファイバのプライマリ被覆層の径、光ファイバのセカンダリ被覆層の径、および、光ファイバテープ心線（４芯）のサイズ、それぞれが示されている。光ファイバの種類の欄において、「ＨＰＣＦ」はコアがガラスからなりクラッドがプラスチックからなる光ファイバであり、「ＡＧＦ」はコアおよびクラッドの双方がガラスからなる光ファイバである。比較例１〜６では光ファイバテープ心線に替えて４本の単芯の光ファイバが用いられた。

また、各図において、光ケーブルのケーブル構造、インナーチューブの内径・外径・材料・弾性率、外被の内径・外径、および、抗張力体（アラミド繊維）の量、それぞれが示されている。ケーブル構造の欄において、「TypeＡ」は図１に示された構成であり、「TypeＢ」は図２に示された構成である。

さらに、各図において、側圧特性の評価結果、耐破断特性の評価結果および曲げ特性の評価結果それぞれが示されている。側圧特性の評価に際しては、底面が２５ｍｍ幅で側面が半径５ｍｍの曲面となっているプレートを使用して当該プレートの底面を光ケーブルに当てて１０００Ｎの荷重が加えられたときのロス増加量が測定され、そのロス増加量が１.０ｄＢ未満であるときに側圧特性が良好（合格）であるとされた。耐破断特性の評価に際しては、光ケーブルが１箇所で１８０度曲げられたときの光ファイバの破断時間が測定され、各図において、その破断時間が１箇月以上である場合に○印が記され、破断時間が１週間以上で１箇月未満である場合に△印が記され、破断時間が１週間未満である場合に×印が記されている。破断時間が１週間以上である場合に、耐破断特性が良好（合格）であるとされた。曲げ特性の評価に際しては、光ケーブルが半径５ｍｍで１０ターンだけ巻かれたときのロス増加量が測定され、そのロス増加量が１.０ｄＢ未満であるときに曲げ特性が良好（合格）であるとされた。

これらの図から以下のことが判る。光ファイバテープ心線ではなく４本の単芯の光ファイバが用いられた比較例１〜６の各光ケーブルでは、側圧特性が悪い。これに対して、一つの光ファイバテープ心線が捻回自在に配置された構成である実施例１〜１７の各光ケーブルでは、側圧特性が良好である。

比較例１〜６では４本の単心の光ファイバが交差している箇所に側圧が加えられて側圧特性が悪いものと考えられる。光ケーブルに含まれるのが複数の光ファイバテープ心線である場合も同様に光ファイバテープ心線どうしの交差点に側圧が加えられると側圧特性が悪いと考えられる。

比較例７は、インナーチューブの内径が光ファイバテープ心線の幅と０.１ｍｍしか違わず、光ケーブルを曲げたときに光ファイバテープ心線がインナーチューブの中でうまく捻回できずに無理な力がかかって曲げ特性が悪くなったものと考えられる。つまり、光ファイバテープ心線がインナーチューブの中で捻回自在となっていない例である。

実施例１〜１７の各光ケーブルの評価結果を比較すると以下のことが言える。光ファイバのＮＡが０.２５以上である場合、光ケーブルが小径（半径５ｍｍ）に曲げられてもロス増加が少ない。実施例１７の光ケーブルは、ＮＡが低めであるので、曲げ特性がよくない。なお、実施例１７のコア径は５０μｍであるが、これは曲げ特性の悪さの直接の原因ではない。前述したとおり、ＮＡの上限は製造上の制限で定まり０.４５である。

光ファイバのガラス部分の径が大きくなると折り曲げたときに破断し易くなる。クラッド径１２５μｍのＨＰＣＦは同クラッド径のＡＧＦと比べて耐破断耐性に優れる。実施例１６の光ケーブルでは、光ファイバがＨＰＣＦであって、ガラス部分の径が２００μｍであり、この寸法となると耐破断特性が悪い。

１〜３…光ケーブル、１０，１０Ａ〜１０Ｄ…光ファイバテープ心線、２０…インナーチューブ、２１…内部空間、３０…抗張力体、４０…電磁シールド層、５０…外被、６１…導線、７０…フィラー、８０Ａ〜８０Ｄ…光ファイバ、８１…コア、８２…クラッド、８３…プライマリ被覆層、８４…セカンダリ被覆層、８５…着色層、８６…被覆。

Claims (9)

1. 複数の光ファイバが並列配置され一体化された光ファイバテープ心線と、この光ファイバテープ心線を囲む外被と、を備え、
   前記外被が囲む内部空間に一つの前記光ファイバテープ心線が捻回自在に配置されている、
   ことを特徴とする光ケーブル。
2. 前記光ファイバテープ心線の周囲に設けられた抗張力体を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の光ケーブル。
3. 前記外被の内側に設けられたインナーチューブを更に備え、
   前記インナーチューブと前記外被との間に前記抗張力体が設けられ、
   前記インナーチューブの内部空間に一つの前記光ファイバテープ心線が捻回自在に挿入されている、
   ことを特徴とする請求項２に記載の光ケーブル。
4. 前記抗張力体と前記外被との間に設けられた電磁シールド層を更に備えることを特徴とする請求項２に記載の光ケーブル。
5. 前記インナーチューブの外側に導線が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の光ケーブル。
6. 前記複数の光ファイバそれぞれの開口数が０.２５〜０.４５であることを特徴とする請求項１に記載の光ケーブル。
7. 前記複数の光ファイバそれぞれのコア径が６０〜１００μｍであることを特徴とする請求項１に記載の光ケーブル。
8. 前記複数の光ファイバそれぞれのガラス部分の径が１２５μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の光ケーブル。
9. 前記複数の光ファイバそれぞれは、コアがガラスからなり、クラッドがプラスチックからなる、ことを特徴とする請求項１に記載の光ケーブル。
   

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