JP2013238804A - 光ケーブル - Google Patents

Abstract

【課題】側圧が加えたときのロス増加が抑制され得るとともに細径化が可能な光ケーブルを提供する。
【解決手段】光ケーブル１は、樹脂製のインナーチューブ２０と、このインナーチューブ２０に挿入された光ファイバ束１０とを備える。光ファイバ束１０は３本以上の光ファイバ１１を含む。長手方向に垂直な断面において３本以上の光ファイバ１１を内側に含む円の径が最小になるように３本以上の光ファイバ１１が配置されて固着材料１２により一体化されている。
【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）。また、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２）。

実開昭６０−１６５９１８号公報 特開平９−８０２７９号公報

チューブに複数本の光ファイバが挿入されて構成される光ケーブルでは、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。チューブに挿入さ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のロスが増加する。

このようなロス増加の問題を回避するため、引用文献１，２に記載された発明においてチューブに唯一つの光ファイバテープ心線を挿入した光ケーブルの構成とすることが考えられる。しかしながら、光ファイバの本数に応じて光ファイバテープ心線の幅が広くなるので、光ケーブルの細径化に限界がある。

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細径化が可能な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、樹脂製のインナーチューブと、このインナーチューブに挿入された３本以上の光ファイバとを備え、長手方向に垂直な断面において３本以上の光ファイバを内側に含む円の径が最小になるように３本以上の光ファイバが配置されて固着材料により一体化されていることを特徴とする。本発明の光ケーブルは、インナーチューブを囲む外被と、インナーチューブと外被との間に設けられた抗張力体と、を更に備えるのが好適である。

本発明の光ケーブルでは、３本以上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る。３本以上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のが好適である。固着材料が紫外線硬化型樹脂であるのが好適である。また、固着材料が光以外のエネルギーによっても硬化するのも好適である。

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、細径化が可能である。

第１実施形態の光ケーブル１の断面図である。 第１比較例の光ケーブル１Ａの断面図である。 第２比較例の光ケーブル１Ｂの断面図である。 本実施形態において光ファイバ本数が３である場合の光ファイバ束の断面構造を説明する図である。 本実施形態において光ファイバ本数が４である場合の光ファイバ束の断面構造を説明する図である。 本実施形態において光ファイバ本数が５である場合の光ファイバ束の断面構造を説明する図である。 本実施形態において光ファイバ本数が６である場合の光ファイバ束の断面構造を説明する図である。 本実施形態において光ファイバ本数が７である場合の光ファイバ束の断面構造を説明する図である。 本実施形態において光ファイバ本数が８である場合の光ファイバ束の断面構造を説明する図である。 本実施形態において光ファイバ本数が９である場合の光ファイバ束の断面構造を説明する図である。 第１実施形態および比較例の光ケーブルのサイズ例を纏めた図表である。 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。

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、長手方向に垂直な断面を示す。光ケーブル１は、樹脂製のインナーチューブ２０に光ファイバ束１０が挿入されて構成されている。光ファイバ束１０は、４本の光ファイバ１１が同一材料の固着材料１２により一体化されたものである。長手方向に垂直な断面において４本の光ファイバ１１を内側に含む円の径が最小になるように４本の光ファイバ１１が配置されて固着材料１２により一体化されている。このように構成される光ケーブル１では、光ファイバ１１同士が交差することがないので、側圧によるロス増加が抑制され得る。

各光ファイバ１１は、高屈折率のコアと、このコアを取り囲む低屈折率のクラッドと、を含む。また、各光ファイバ１１は、クラッドを取り囲む被覆層をも含む。この被覆層は、内側のプライマリ被覆層と外側のセカンダリ被覆層とからなるのが好ましい。各光ファイバ１１は、コアおよびクラッドの双方がガラスからなるもの（ＡＧＦ: All GlassFiber）であってもよい。また、各光ファイバ１１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もの（ＨＰＣＦ: Hard Plastic Clad Silica Fiber）であってもよい。プライマリ被覆層は低ヤング率（０.３〜１０ＭＰａ）の樹脂からなり、セカンダリ被覆層は高ヤング率（数百〜千数百ＭＰａ）の樹脂からなる。

各光ファイバ１１の開口数（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１１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１１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、クラッド材樹脂の屈折率調整成分量と屈折率調整量との間に相関があるものの、そ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。

各光ファイバ１１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。

各光ファイバ１１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、複数本のＨＰＣＦを束ねた光ファイバ束１０とするのが好ましい。したがって、複数本のＨＰＣＦを束ねた光ファイバ束１０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。

固着材料１２は、熱硬化型樹脂であってもよいが、生産性が高い点で民生用には紫外線硬化型樹脂であるのが好ましい。また、固着材料１２は、紫外線硬化型樹脂であって、光以外のエネルギー（例えば熱）によっても硬化するのが好ましい。

光ファイバ束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、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５０〜２０００ＭＰａ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。

このような構成を有する光ケーブル１は、例えば以下の方法により製造することができる。樹脂を入れたダイスに複数本の束ねた光ファイバ１１を通すことで各光ファイバ１１の周囲に樹脂を塗布し、その樹脂を硬化させることで、固着材料１２により光ファイバ１１が一体化された光ファイバ束１０を製造する。紫外線硬化型樹脂である場合には、紫外線を照射することで該樹脂を硬化させる。周囲の紫外線硬化型樹脂が容易に硬化させることができるが、複数本の光ファイバ１１により囲まれた内部の紫外線硬化型樹脂については、紫外線照射による硬化が容易でない場合があるので、その場合には加熱により樹脂を硬化させる。

光ファイバ束１０の外周部分の固着材料１２の厚みｔ１，ｔ２は、できるだけ薄いのが好ましく、例えば５μｍ程度以下とするのが好ましい。この光ファイバ束１０にインナーチューブ２０を引き落として被せることで、光ケーブル１を製造することができる。光ファイバ束１０の最大径とインナーチューブ２０の内径との差は０.０１ｍｍ〜０.２ｍｍ程度とすることができる。

次に、比較例の光ケーブル１Ａ，１Ｂについて説明し、これらと対比して第１実施形態の光ケーブル１の有利な点を説明する。図２は、第１比較例の光ケーブル１Ａの断面図である。第１実施形態の光ケーブル１の構成と比較すると、第１比較例の光ケーブル１Ａは、光ファイバ束１０に替えて光ファイバテープ心線１０Ａがインナーチューブ２０Ａに挿入されている点で相違する。図３は、第２比較例の光ケーブル１Ｂの断面図である。第２比較例の光ケーブル１Ｂは、光ファイバ束１０に替えて光ファイバテープ心線１０Ａがインナーチューブ２０Ｂに挿入されている点で相違する。

第１比較例および第２比較例における光ファイバテープ心線１０Ａは、４本の光ファイバ１１が並列配置されて被覆１２Ａにより一体化されたものである。第１実施形態，第１比較例および第２比較例において、光ファイバ１１の径は互いに等しく、光ファイバ１１の本数（４本）も互いに等しいとする。また、第１実施形態における光ファイバ束１０の最大径とインナーチューブ２０の内径との差、第１比較例における光ファイバテープ心線１０Ａの最大幅とインナーチューブ２０Ａの内径との差、第２比較例における光ファイバテープ心線１０Ａの最大幅とインナーチューブ２０Ｂの内径との差、も互いに等しいとする。

第１実施形態における光ファイバ束１０の最大径は、第１比較例および第２比較例における光ファイバテープ心線１０Ａの最大幅より小さい。したがって、図１の第１実施形態におけるインナーチューブ２０の外径と、図２の第１比較例におけるインナーチューブ２０Ａの外径とを互いに等しくした場合、第１実施形態におけるインナーチューブ２０は、第１比較例におけるインナーチューブ２０Ａの厚みより大きい厚みを有することができ、側圧耐性の点で有利となる。

また、図１の第１実施形態におけるインナーチューブ２０の厚みと、図３の第２比較例におけるインナーチューブ２０Ｂの厚みとを互いに等しくした場合、第１実施形態におけるインナーチューブ２０は、第２比較例におけるインナーチューブ２０Ｂの外径より小さい外径を有することができ、細径化の点で有利となる。

このように、本実施形態では、インナーチューブ２０の厚み及び外径に関して構造自由度が増す。更に、本実施形態では、インナーチューブ２０の周囲に外被，抗張力体および導線などが設けられる場合にも、これらに関して構造自由度が増す。例えば、光ケーブルの外径を保持したまま外被の肉厚を厚くして側圧耐性を向上させるということが可能である。また、側圧耐性を低下させることなく光ケーブルの細径化を図ることも可能である。

これまでの説明では、光ファイバ束は４本の光ファイバを含むものとして説明してきた。しかし、本発明では、光ファイバ束は、長手方向に垂直な断面において３本以上の光ファイバを内側に含む円の径が最小になるように、これらの光ファイバが配置されて固着材料により一体化されていればよい。なお、本発明において、光ファイバ束に含まれる光ファイバの本数の上限は特に限定されるものではないが、その上限は例えば１０本である。図４〜図１０は、本実施形態における光ファイバ本数に応じた光ファイバ束の断面構造を説明する図である。

本実施形態において光ファイバ本数が３である場合、図４に示されるように正三角形の各頂点に各光ファイバ１１の中心が位置するように３本の光ファイバ１１を密に配置することで、３本の光ファイバ１１を内側に含む円の径が最小となる。本実施形態において光ファイバ本数が４である場合、図５に示されるように正四角形の各頂点に各光ファイバ１１の中心が位置するように４本の光ファイバ１１を密に配置することで、４本の光ファイバ１１を内側に含む円の径が最小となる。本実施形態において光ファイバ本数が５である場合、図６に示されるように１点を共有する二つの正三角形の各頂点に各光ファイバ１１の中心が位置するように５本の光ファイバ１１を密に配置することで、５本の光ファイバ１１を内側に含む円の径が最小となる。本実施形態において光ファイバ本数が６である場合、図７に示されるように正六角形の各頂点に各光ファイバ１１の中心が位置するように６本の光ファイバ１１を密に配置することで、６本の光ファイバ１１を内側に含む円の径が最小となる。

本実施形態において光ファイバ本数が７である場合、図８に示されるように正六角形の各頂点および中心点に各光ファイバ１１の中心が位置するように７本の光ファイバ１１を密に配置することで、７本の光ファイバ１１を内側に含む円の径が最小となる。本実施形態において光ファイバ本数が８である場合、図９に示されるように辺を共有する形で六つの正三角形を組み合わせたときの各頂点に各光ファイバ１１の中心が位置するように８本の光ファイバ１１を密に配置することで、８本の光ファイバ１１を内側に含む円の径が最小となる。また、本実施形態において光ファイバ本数が９である場合、図１０に示されるように正四角形の各頂点，各辺の中点および中心点に各光ファイバ１１の中心が位置するように９本の光ファイバ１１を密に配置することで、９本の光ファイバ１１を内側に含む円の径が最小となる。

図１１は、第１実施形態および比較例の光ケーブルのサイズ例を纏めた図表である。同図（ａ）は本実施形態の場合を示し、同図（ｂ）は比較例の場合を示す。ここでは、本実施形態および比較例の何れの場合においても、光ファイバをＨＰＣＦとし、光ファイバのＮＡを３.０とし、光ファイバのコア径を８０μｍとし、光ファイバのクラッド径を１２５μｍとし、プライマリ被覆層の外径を２００μｍとし、セカンダリ被覆層の外径を２４５μｍとした。本実施形態における光ファイバ束の最大径とインナーチューブの内径との差、および、比較例における光ファイバテープ心線の最大幅とインナーチューブの内径との差を、ともに０.０２ｍｍとした。

同図（ａ）において、「インナーチューブ外径」は、インナーチューブの厚みを０.５ｍｍとした場合の外径である。また、同図（ａ）において、「インナーチューブ厚み」は、本実施形態と比較例とでインナーチューブの外径を互いに等しくした場合の厚みである。同図から判るように、比較例に対して本実施形態では、インナーチューブの厚みを共通とすればインナーチューブを細径化することができ、また、インナーチューブの外径を共通とすればインナーチューブを厚くことができるので、側圧耐性および構造自由度が優れたものとなる。

図１２は、第２実施形態の光ケーブル２の断面図である。同図は、長手方向に垂直な断面を示す。第２実施形態の光ケーブル２は、第１実施形態の光ケーブル１の構成に加えて、抗張力体３０、電磁シールド層４０および外被５０を備える。抗張力体３０はインナーチューブ２０の外側に設けられている。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。

第２実施形態の光ケーブル２は、第１実施形態の光ケーブル１と同様の利点を有する。特に第２実施形態では、抗張力体３０、電磁シールド層４０および外被５０についても寸法自由度が優れたものとなる。

図１３は、第３実施形態の光ケーブル３の断面図である。同図は、長手方向に垂直な断面を示す。第３実施形態の光ケーブル３は、第２実施形態の光ケーブル２の構成に加えて、導線６０およびフィラー７０を備える。導線６０およびフィラー７０は、互いに同じ外径を有し、インナーチューブ２０の外側であって電磁シールド層４０の内側に設けられている。同図では９本の導線６０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２０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６０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６０およびフィラー７０の隙間を埋めるように設けられる。

第３実施形態の光ケーブル３は、第１実施形態の光ケーブル１と同様の利点を有する。特に第２実施形態では、抗張力体３０、電磁シールド層４０、外被５０、導線６０およびフィラー７０についても構造や寸法自由度が優れたものとなる。

１〜３…光ケーブル、１０…光ファイバ束、１１…光ファイバ、１２…固着材料、２０…インナーチューブ、３０…抗張力体、４０…電磁シールド層、５０…外被、６０…導線、７０…フィラー。

Claims (6)

1. 樹脂製のインナーチューブと、このインナーチューブに挿入された３本以上の光ファイバとを備え、
   長手方向に垂直な断面において前記３本以上の光ファイバを内側に含む円の径が最小になるように前記３本以上の光ファイバが配置されて固着材料により一体化されている、
   ことを特徴とする光ケーブル。
2. 前記インナーチューブを囲む外被と、前記インナーチューブと前記外被との間に設けられた抗張力体と、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３本以上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または２に記載の光ケーブル。
4. 前記３本以上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１〜３の何れか１項に記載の光ケーブル。
5. 前記固着材料が紫外線硬化型樹脂であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の光ケーブル。
6. 前記固着材料が光以外のエネルギーによっても硬化することを特徴とする請求項５に記載の光ケーブル。
   

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