JP2013152379A - 光ファイバケーブル及び光ファイバケーブルの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光ファイバテープ心線の形状や寸法を変更することなくＰＭＤを低減することができる光ファイバケーブルを提供する。
【解決手段】複数本の光ファイバ心線１１と、複数本の光ファイバ心線１１を一括被覆したテープ化用樹脂層１２をそれぞれ有する複数の光ファイバテープ心線１０ａ〜１０ｈと、複数の光ファイバテープ心線１０ａ〜１０ｈの周囲を一括被覆した外被５とを備え、光ファイバテープ心線１０ａ〜１０ｈを製造後且つ外被５で一括被覆する前に、光ファイバテープ心線１０ａ〜１０ｈのテープ化用樹脂層１２がアニールされている。
【選択図】図１

Description

本発明は、光ファイバケーブル及び光ファイバケーブルの製造方法に関する。

光通信に用いられている光ファイバケーブルには、光ファイバ心線を複数本並列に配し、紫外線硬化樹脂等により一括被覆された光ファイバテープ心線が使用されている。

近年、光伝送システムの大容量化が進み、光ファイバ１本当たりの信号伝送量が増大している。光ファイバの信号伝送量を増大させるには、信号劣化の要因の一つである偏波モード分散（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｍｏｄｅ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ；ＰＭＤ）を低減させることが要求されている。ＰＭＤとは、光信号の２つの直交する偏波に伝搬速度差が生じ、波形劣化を引き起こす現象をいう。

光ファイバテープ心線では、その非対称な構造とテープ化用樹脂層の硬化後の収縮に起因する残留応力が発生し、これによって光ファイバ心線のコアに非対称な応力が伝播し、ＰＭＤが大きくなる。

ＰＭＤの低減を図るために、光ファイバテープ心線のアンダーコート及びオーバーコートのそれぞれのガラス転移温度を規定することが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。また、光ファイバテープ心線のリボン樹脂のガラス転移温度を規定することが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。また、光ファイバテープ心線の形状や寸法を規定することが提案されている（例えば、特許文献３〜６参照。）。

特開２００４−１１００３７号公報 特開２００７−２７２０６０号公報 特開２００５−３２１６４５号公報 特開２００８−２４１７６４号公報 特開２００４−２０６０４８号公報 特開２００９−２７１１１８号公報

しかしながら、特許文献１又は２に記載された手法では、使用できる樹脂材料の制約が大きくなる。また、特許文献３〜５に記載された手法では、既存の光ファイバテープ心線の形状を変更する必要があったり、ＰＭＤの低減が不十分であったりする問題があった。また、光ファイバテープ心線の形状を変更すると、ケーブルの設計の変更が生じたり、単心分離性が悪くなるという問題がある。

また、特許文献６では、通常と同じ形状のテープを使用することができるものの、テープ化時に光ファイバ心線を捻る必要があるため、多大な設備投資が必要であったり、線速が大きく制限されるという問題がある。

本発明の目的は、光ファイバテープ心線の形状や寸法を変更することなくＰＭＤを低減することができる光ファイバケーブル及び光ファイバケーブルの製造方法を提供することである。

本発明の一態様によれば、複数本の光ファイバ心線と、複数本の光ファイバ心線を一括被覆したテープ化用樹脂層をそれぞれ有する複数の光ファイバテープ心線と、複数の光ファイバテープ心線の周囲を一括被覆した外被とを備え、光ファイバテープ心線を製造後且つ複数の光ファイバテープ心線の周囲を外被で一括被覆する前に、光ファイバテープ心線のテープ化用樹脂層がアニールされていることを特徴とする光ファイバケーブルが提供される。

本発明の他の態様によれば、複数本の光ファイバ心線と、複数本の光ファイバ心線を一括被覆したテープ化用樹脂層を有する光ファイバテープ心線を製造するステップと、光ファイバテープ心線のテープ化用樹脂層をアニールするステップと、アニールした光ファイバテープ心線を外被で一括被覆するステップとを含む光ファイバケーブルの製造方法が提供される。

本発明の他の態様において、アニールするステップは、光ファイバテープ心線がドラムに巻き付けられた状態で行われても良い。

本発明の他の態様において、アニールするステップは、光ファイバテープ心線を複数本集合しながら行われても良い。

本発明の他の態様において、アニールするステップは、７０℃以上１００℃未満で、６時間以上２４時間以下行われても良い。

本発明の他の態様において、アニールするステップは、１００℃以上１５０℃未満で、１０分以上８時間以下行われても良い。

本発明の他の態様において、アニールするステップは、１５０℃以上１７０℃未満で、１０秒以上１時間以下行われても良い。

本発明によれば、光ファイバテープ心線の形状や寸法を変更することなくＰＭＤを低減することができる光ファイバケーブル及び光ファイバケーブルの製造方法を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る光ファイバケーブルの一例を示す長手方向に垂直な断面図である。 本発明の実施の形態に係る光ファイバテープ心線の一例を示す長手方向に垂直な断面図である。 本発明の実施の形態に係る光ファイバテープ心線のアニールにおけるアニール温度と保持時間を表すグラフである。 本発明の実施の形態の第１の実施例に係る光ファイバテープ心線のＰＭＤ値を表す表である。 本発明の実施の形態の第１の実施例に係る光ファイバテープ心線のＰＭＤ値を表すグラフ（その１）である。 本発明の実施の形態の第１の実施例に係る光ファイバテープ心線のＰＭＤ値を表すグラフ（その２）である。 本発明の実施の形態の第２の実施例に係る光ファイバテープ心線のＰＭＤｑ値を表す表である。 本発明の実施の形態の第３の実施例に係る光ファイバテープ心線のテープ材の収縮量を表す表である。 本発明のその他の実施の形態に係る光ファイバケーブルの一例を示す長手方向に垂直な断面図である。

次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。また、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。

（光ファイバケーブルの構造）
本発明の実施の形態に係る光ファイバケーブルは、図１に示すように、複数のスロット溝３ａ〜３ｈを有するスロットコア２と、スロットコア２の中心に埋設され、ケーブル長手方向に延伸する抗張力体（テンションメンバ）１と、複数のスロット溝３ａ〜３ｈにそれぞれ収納された複数の光ファイバテープ心線１０ａ〜１０ｊと、複数のスロット溝３ａ〜３ｈを覆うようにスロットコア２の外周に配置された押え巻きテープ４と、押え巻きテープ４の外周を覆うように配置された外被（シース）５とを備える。

スロットコア２の材料としては、例えばポリエチレン樹脂などの樹脂が使用可能である。抗張力体１としては、鋼線等の金属線、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）、ケブラー（登録商標）等のポリ−ｐ−フェニレンテレフタラミド繊維等のアラミド繊維、ガラス繊維又はカーボン繊維等が使用可能である。

押え巻きテープ４の材料としては、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）若しくはナイロン（登録商標）等の熱可塑性樹脂、又はエポキシ等の熱硬化性樹脂が使用可能である。

外被５の材料としては、例えば高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、中密度ポリエチレン（ＭＤＰＥ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）又はポリプロピレン（ＰＰ）等の樹脂が使用可能である。

光ファイバテープ心線１０ａ〜１０ｊは、各スロット溝３ａ〜３ｈに５枚ずつ実装されている。光ファイバテープ心線１０ａ〜１０ｊは、一方向撚りで集合していても良く、ＳＺ撚りで集合していても良い。

光ファイバテープ心線１０ａは、図２に示すように、複数本並列された光ファイバ心線１１と、複数本の光ファイバ心線１１を一括被覆したテープ化用樹脂層１２とを備える。光ファイバテープ心線１０ａの厚さ方向の長さＬ１は３２０μｍ程度であり、幅方向の長さＬ２は１１５０μｍ程度である。各光ファイバ心線１１の直径Ｄは２５０μｍ程度である。

光ファイバ心線１１のそれぞれは、コアとクラッドからなるガラスファイバ１０１と、ガラスファイバ１０１の外周を被覆する樹脂からなる被覆層１０２と、被覆層１０２の外周を被覆し、着色された樹脂からなる着色層１０３を備える。

テープ化用樹脂層１２のヤング率は例えば８００ＭＰａ程度である。テープ化用樹脂層１２の材料としては、ウレタンアクリレート系、エポキシアクリレート系等の紫外線硬化型樹脂のほか、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂等も使用可能である。

図１に示した光ファイバテープ心線１０ｂ〜１０ｊも、図２に示した光ファイバテープ心線１０ａの構造と同様の構造を有する。

本発明の実施の形態に係る光ファイバケーブルにおいて、光ファイバテープ心線１０ａ〜１０ｊを構成するガラスファイバ１０１に付加される応力に周方向で異方性が存在すると、直交する偏波間の速度差が大きくなり、ＰＭＤが増大する。単心の光ファイバ心線１１の状態では、ガラスファイバ１０１を被覆する被覆層１０２の長手方向に垂直な断面形状は円対称（回転対称）であるため、ガラスファイバ１０１が被覆層１０２から受ける応力には異方性がなく（等方性があり）、ＰＭＤが比較的小さい。

一方、単心の光ファイバ心線１１を並列に並べた光ファイバテープ心線１０ａ〜１０ｊ、又はその光ファイバテープ心線１０ａ〜１０ｊを実装した光ファイバケーブルでは、テープ化用樹脂層１２の長手方向に垂直な断面形状が円対称（回転対称）ではないため、各ガラスファイバ１０１がテープ化用樹脂層１２から受ける応力には異方性があり（等方性がなく）、単心の光ファイバ心線１１と比較してＰＭＤが大きい。

そこで、本発明の実施の形態に係る光ファイバケーブルにおいて、光ファイバテープ心線１０ａ〜１０ｊの製造後、外被５で一括被覆する前に、光ファイバテープ心線１０ａ〜１０ｊのそれぞれのテープ化用樹脂層１２に対してアニール（エイジング）を行っている。アニール温度は７０℃〜１７０℃程度、保持時間は１０秒〜２４時間程度に設定される。ここで、図３の斜線領域Ａ１で示すように、アニール温度を７０℃以上１００℃未満とする場合、ＰＭＤｑ値が０．１ｐｓ／ｒｔｋｍ以下となるように保持時間を６時間以上とすることが好ましく、工程のリードタイムが長くなりすぎないように２４時間以下とすることが好ましい。ここで、「ＰＭＤｑ値」とは、ＰＭＤの分布確率を考慮に入れた指標であり、ＩＴＵ−Ｔ Ｇ．６５０．２で規定されているモンテカルロ法で算出する値である。

また、図３の斜線領域Ａ２で示すように、アニール温度を１００℃以上１５０℃未満とする場合、ＰＭＤｑ値が０．１ｐｓ／ｒｔｋｍ以下となるように保持時間を１０分以上とすることが好ましく、材料の変色を防止するために８時間以下とすることが好ましい。

また、図３の斜線領域Ａ３で示すように、アニール温度を１５０℃以上１７０℃未満に設定する場合、ＰＭＤｑ値が０．１ｐｓ／ｒｔｋｍ以下となるように保持時間を１０秒以上とすることが好ましく、材料の変色を防止するために１時間以下に設定することが好ましい。

本発明の実施の形態に係る光ファイバケーブルによれば、光ファイバテープ心線１０ａ〜１０ｊの製造後、外被５で一括被覆する前に、光ファイバテープ心線１０ａ〜１０ｊのそれぞれのテープ化用樹脂層１２に対してアニールを行うことにより、テープ化用樹脂層１２の残留応力を緩和することができる。この結果、テープ化用樹脂層１２の収縮を抑制することができ、ＰＭＤを低減することができる。

（光ファイバケーブルの製造方法）
次に、本発明の実施の形態に係る光ファイバケーブルの製造方法の一例を説明する。

（イ）図２に示すように複数の光ファイバ心線１１を並列に集合し、紫外線硬化樹脂からなるテープ化用樹脂層１２で一括被覆する。その後、紫外線照射装置を用いて紫外線を照射し、テープ化用樹脂層１２を硬化させる。この結果、光ファイバテープ心線１０ａ〜１０ｊが完成する。なお、テープ化用樹脂層１２が熱硬化性樹脂であれば加熱することにより熱硬化性樹脂を硬化させれば良く、テープ化用樹脂層１２が熱可塑性樹脂であれば加熱した熱可塑性樹脂を冷却することにより硬化させれば良い。光ファイバテープ心線１０ａ〜１０ｊは、光ファイバケーブルに必要な本数製造される。

（ロ）各光ファイバテープ心線１０ａ〜１０ｊはドラム（ボビン）にそれぞれ巻き付けられる。光ファイバテープ心線１０ａ〜１０ｊをボビンに巻き付けた状態で、恒温槽等の加熱装置を用いてアニールする。アニール温度は７０℃〜１７０℃程度、保持時間は１０秒〜２４時間程度に設定される。ここで、図３の斜線領域Ａ１，Ａ２，Ａ３で示すように、７０℃以上１００℃未満且つ６時間以上２４時間以下、１００℃以上１５０℃未満且つ１０分以上８時間以下、又は１５０℃以上１７０℃未満且つ１０秒以上１時間以下とすることが好ましい。このアニールにより、光ファイバテープ心線１０ａ〜１０ｊのテープ化用樹脂層１２の残留応力を緩和することができる。

（ハ）各ボビンから光ファイバテープ心線１０ａ〜１０ｊがそれぞれ繰り出される。複数本の光ファイバテープ心線１０ａ〜１０ｊを集合し、別途用意したスロットコア２のスロット溝３ａ〜３ｈに実装する。更に、スロット溝３ａ〜３ｈを覆うようにスロットコア２の外周を押え巻きテープ４で覆い、押出機を用いた押出成形により外被５で一括被覆する。その後、水冷して外被５を固化させる。この結果、図１に示した光ファイバケーブルが完成する。

以上で説明した本発明の実施の形態に係る光ファイバケーブルの製造方法によれば、光ファイバテープ心線１０ａ〜１０ｊの製造後にアニールを行うことにより、テープ化用樹脂層１２の残留応力を緩和し、テープ化用樹脂層１２の収縮を抑制することができる。このため、テープ化用樹脂層１２の収縮による応力により発生するＰＭＤが低減された光ファイバテープ心線１０ａ〜１０ｊを実現可能となる。

なお、光ファイバテープ心線１０ａ〜１０ｊを各ボビンに巻き付けた状態でそれぞれアニールする場合を説明したが、光ファイバテープ心線１０ａ〜１０ｊを製造後、且つ光ファイバケーブルの製造時において複数本の光ファイバテープ心線１０ａ〜１０ｊを外被５で一括被覆するまでの間にアニールすれば良い。

例えば、各ボビンから光ファイバテープ心線１０ａ〜１０ｊを繰り出した後、熱風炉等を用いてアニールしながら複数本の光ファイバテープ心線１０ａ〜１０ｊを集合しても良い。この場合、ボビンに巻き付けた状態でアニールする場合と比較してリードタイムを短縮することができる。

（第１の実施例）
本発明の実施の形態の第１の実施例として、図２に示すように着色層１０３を有する光ファイバ心線１１を４心並列に並べた光ファイバテープ心線１０ａについて、アニール温度を４０℃〜８０℃、保持時間を３時間〜７２０時間（３０日間）で変えて、アニールを行った場合のＰＭＤ値を測定した。テープ化用樹脂層１２としてはヤング率が８００ＭＰａの樹脂を使用した。

また、比較例として、光ファイバテープ心線についてアニールする以前の状態のＰＭＤ値も測定し、更に同様の光ファイバテープ心線について常温で３時間〜７２０時間（３０日間）保持した場合のＰＭＤ値も測定した。

図４〜図６に試験結果を示す。図５は、図４の表をグラフ化したものであり、図６は、図５の保持時間が０〜３０時間の範囲を拡大して示すものである。ここでは、光ファイバテープ心線を構成する各光ファイバ心線のＰＭＤ値のうち、最大値を示す。

図４〜図６から、第１の実施例に係る光ファイバテープ心線１０ａによれば、アニールを行うことにより、アニールする以前の状態及び常温で保持した場合と比較して、ＰＭＤが低減されていることが分かる。更に、保持時間の経過とともにＰＭＤは低減される傾向であり、アニール温度が高いほどＰＭＤの低減速度が大きいことが分かる。

（第２の実施例）
本発明の実施の形態の第２の実施例として、図２に示すような光ファイバテープ心線１０ａをアニール温度及び保持時間を変化させてアニールし、一方向撚りスロットケーブル及びＳＺ型スロットケーブルにそれぞれ実装した図１に示すような光ファイバケーブルを作製し、ＰＭＤｑ値を測定した。

これに対する比較例として、アニールしていない光ファイバテープ心線を、一方向撚りスロットケーブル及びＳＺ型スロットケーブルにそれぞれ実装した光ファイバケーブルを作製し、ＰＭＤｑ値を測定した。

測定結果を図７に示す。図７から、第２の実施例（実施例１〜６）に係る光ファイバケーブルが、比較例と比較して低いＰＭＤｑ値となることが分かる。特に、実施例２、４、６では、ＰＭＤｑ値が０．１ｐｓ／ｒｔｋｍ以下と良好であることが分かる。

（第３の実施例）
本発明の実施の形態の第３の実施例として、図２に示すような光ファイバテープ心線１０ａをアニール温度及び保持時間を変化させてアニールした後、光ファイバテープ心線１０ａからテープ化用樹脂層１２を分離採取し、５ｇの引っ張り応力を加えた状態で昇温し、加熱時のテープ化用樹脂層１２の収縮量を測定した。

これに対する比較例として、アニールしていない光ファイバテープ心線からテープ化用樹脂層を分離採取し、５ｇの引っ張り応力を加えた状態で昇温し、加熱時のテープ化用樹脂層の収縮量を測定した。

測定結果を図８に示す。図８から、第３の実施例（実施例１〜６）に係る光ファイバテープ心線１０ａによれば、比較例と比較して、テープ化用樹脂層１２の収縮量が小さくなっていることが分かる。特に、実施例２、４、６では、テープ化用樹脂層１２の収縮が起こらなくなっているのが分かる。

（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

本発明の実施の形態に係る光ファイバケーブルは、光ファイバテープ心線を実装した構造であれば図１に示した構造に特に限定されない。例えば、図９に示すように、複数の光ファイバテープ心線２０と、複数の光ファイバテープ心線２０を収納するスロット溝２３を有するスロットコア（Ｃスロットコア）２１と、スロットコア２１のスロット溝２３の開口部を覆って縦添えされた縦添えテープ２４と、スロットコア２１及び縦添えテープ２４の周囲を一括被覆した外被（シース）２５とを備えるＣスロット型の光ファイバケーブルであっても良い。スロットコア２１には抗張力体２２ａ，２２ｂが埋設されている。また、光ファイバテープ心線を実装した構造であればスロットレス型の光ファイバケーブルにも適用可能である。

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

１，２２ａ，２２ｂ…抗張力体
２，２１…スロットコア
３ａ〜３ｈ，２３…スロット溝
４…押え巻きテープ
５，２５…外被
１０ａ〜１０ｊ，２０…光ファイバテープ心線
１１…光ファイバ心線
１２…テープ化用樹脂層
２４…縦添えテープ
１０１…ガラスファイバ
１０２…被覆層
１０３…着色層

Claims (7)

1. 複数本の光ファイバ心線と、前記複数本の光ファイバ心線を一括被覆したテープ化用樹脂層をそれぞれ有する複数の光ファイバテープ心線と、
   前記複数の光ファイバテープ心線の周囲を一括被覆した外被
   とを備え、
   前記光ファイバテープ心線を製造後且つ前記複数の光ファイバテープ心線の周囲を前記外被で一括被覆する前に、前記光ファイバテープ心線の前記テープ化用樹脂層がアニールされていることを特徴とする光ファイバケーブル。
2. 複数本の光ファイバ心線と、前記複数本の光ファイバ心線を一括被覆したテープ化用樹脂層を有する光ファイバテープ心線を製造するステップと、
   前記光ファイバテープ心線の前記テープ化用樹脂層をアニールするステップと、
   前記アニールした光ファイバテープ心線を外被で一括被覆するステップ
   とを含むことを特徴とする光ファイバケーブルの製造方法。
3. 前記アニールするステップは、前記光ファイバテープ心線がドラムに巻き付けられた状態で行われ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の製造方法。
4. 前記アニールするステップは、前記光ファイバテープ心線を複数本集合しながら行われ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の製造方法。
5. 前記アニールするステップは、７０℃以上１００℃未満で、６時間以上２４時間以下行うことを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の光ファイバケーブルの製造方法。
6. 前記アニールするステップは、１００℃以上１５０℃未満で、１０分以上８時間以下行うことを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の光ファイバケーブルの製造方法。
7. 前記アニールするステップは、１５０℃以上１７０℃未満で、１０秒以上１時間以下行うことを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の光ファイバケーブルの製造方法。

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