JP2016126231A - 光ケーブルおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】外被の収縮を抑えることで外被内の光ファイバが過余長となることのない光ケーブルおよびその製造方法を提供する。【解決手段】光ケーブル１０は、光ファイバ１１と、抗張力繊維１２と、光ファイバ１１および抗張力繊維１２の周囲を被覆する外被１３と、を備えている。光ファイバ１１と外被１３とは、密着していない。外被１３は、光ケーブル１０を製造した後に８５℃で４時間置いたときの収縮率が１％以下である。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、光ファイバと抗張力繊維とを備えた光ケーブルおよびその製造方法に関する。

例えば、特許文献１は、１本の光ファイバ心線と、光ファイバ心線に沿って配置された抗張力体と、光ファイバ心線および抗張力体を被覆するシースとを備えた光ケーブルを開示している。特許文献１に記載の光ケーブルにおいては、押出成型時の材料歪みによるシースの収縮に対処するため、例えばアラミド繊維からなる抗張力体の引張伸び特性を所定値以下とすることで光ケーブルの抗張力（引張伸び特性）を確保している。

特開２００８−１５４１４号公報

しかしながら、特許文献１に記載のようなアラミド繊維等の抗張力体の引張伸び特性を調整しただけでは、光ケーブルの外被の収縮を抑えきれないことがある。図１（ｂ）に示すように、光ケーブル１０Ａの製造後に外被１３Ａが収縮すると、外被１３Ａ内に収容されている光ファイバ心線１１Ａが過余長となって、外被１３Ａ内で光ファイバ心線１１Ａの曲げが生じる。この光ファイバ心線の外被内における曲げが、伝送損失の増加の一因となる。

本発明は、外被の収縮を抑えることで外被内の光ファイバが過余長となることのない光ケーブルおよびその製造方法の提供を目的とする。

本発明による光ケーブルは、
光ファイバと、抗張力繊維と、前記光ファイバおよび前記抗張力繊維の周囲を被覆する外被と、を備えた光ケーブルであって、
前記光ファイバと前記外被とは、密着しておらず、
前記外被は、前記光ケーブルを製造した後に８５℃で４時間置いたときの収縮率が１％以下である。

また、本発明による光ケーブルの製造方法は、
光ファイバおよび抗張力繊維の周囲にチューブ状の外被を押出被覆する光ケーブルの製造方法であって、
前記外被を押し出す押出装置と、前記光ケーブルの引き取り装置との間に、前記光ケーブルに接触しながら前記光ケーブルを送り出す送り出し装置を配置し、前記引き取り装置が前記光ケーブルを引き取る速度よりも、前記送り出し装置が前記光ケーブルを送り出す速度を速くすることで前記外被に圧縮力を与える。

本発明によれば、外被の収縮を抑えることで外被内の光ファイバが過余長となることのない光ケーブルおよびその製造方法を提供することができる。

（ａ）は、本実施形態の光ケーブルの一例を示す断面図である、（ｂ）は、光ケーブルの外被が収縮し外被内の光ファイバが過余長となった場合を示す概略図である。 図１（ａ）に示す光ケーブルの製造装置を示す図である。 図２の光ケーブル製造装置における押出被覆工程を示すダイスの要部の断面図である。 光ケーブルの外被の収縮率の評価方法を説明する図である。 光ケーブルのファイバ余長率と伝送損失との関係を示すグラフである。

[本願発明の実施形態の説明]
最初に本願発明の実施形態の内容を列記して説明する。
本願発明の実施形態に係る光ケーブルは、
（１）光ファイバと、抗張力繊維と、前記光ファイバおよび前記抗張力繊維の周囲を被覆する外被と、を備えた光ケーブルであって、
前記光ファイバと前記外被とは、密着しておらず、
前記外被は、前記光ケーブルを製造した後に８５℃で４時間置いたときの収縮率が１％以下である。
この構成によれば、外被の収縮を抑えることで外被内の光ファイバが過余長となることのない光ケーブルを提供することができる。

（２）前記光ケーブルを製造した後に常温で３０日置いたときに、前記外被に対する前記光ファイバの余長率が０．０％以上０．５％以下であることが好ましい。
この構成によれば、光ファイバの余長率を上記範囲に抑えることで、伝送損失の増加を十分に防止することができる。

（３）前記外被は、結晶性樹脂を２０％以上含むことが好ましい。
結晶性樹脂を一定量含んだ材料で外被を製造することで、外被の収縮防止の効果が十分に得られる。

本願発明の実施形態に係る光ケーブルの製造方法は、
（４）光ファイバおよび抗張力繊維の周囲にチューブ状の外被を押出被覆する光ケーブルの製造方法であって、
前記外被を押し出す押出装置と、前記光ケーブルの引き取り装置との間に、前記光ケーブルに接触しながら前記光ケーブルを送り出す送り出し装置を配置し、前記引き取り装置が前記光ケーブルを引き取る速度よりも、前記送り出し装置が前記光ケーブルを送り出す速度を速くすることで前記外被に圧縮力を与える。
この構成によれば、外被の収縮を抑えることで外被内の光ファイバが過余長となることのない光ケーブルの製造方法を提供することができる。

（５）前記送り出し装置の前記外被と接触する部分の温度は、当該温度における前記外被を構成する材料の貯蔵弾性率が２０℃における前記貯蔵弾性率よりも一桁以上小さい値となる温度であることが好ましい。
（６）前記送り出し装置の前記温度が、前記材料のガラス転移温度以上であることが好ましい。
（７）前記送り出し装置の前記外被と接触する部分の温度が６０℃以上であることが好ましい。
これらの構成によれば、外被の収縮率を１％以下に抑えることができ、光ファイバの伝送損失の増加を十分に抑えることができる。

[本願発明の実施形態の詳細]
以下、本発明に係る光ケーブル及びその製造方法の例を、図面を参照して説明する。
図１（ａ）に示すように、光ケーブル１０は、複数本の光ファイバ心線１１（光ファイバの一例）と、複数本の光ファイバ心線１１に沿って配置された抗張力繊維１２と、光ファイバ心線１１および抗張力繊維１２の周囲を被覆する外被１３と、を備えている。

複数本の光ファイバ心線１１は、たとえば、ガラスファイバ１１ａを被覆層１１ｂで被覆したものである。ガラスファイバ１１ａは、コアとその周囲のクラッドとを有し、クラッドの外径が例えば１２５μｍである。また、被覆層１１ｂの外径が例えば２５０μｍである。
抗張力繊維１２は、多数本のアラミド繊維等から構成されている。

外被１３の内部には、抗張力繊維１２とともに複数本の光ファイバ心線１１が収容されている。外被１３は、管状に形成される。外被１３と光ファイバ心線１１との間には抗張力繊維１２が介在しており、光ファイバ心線１１が外被１３と密着していない。なお、光ファイバ心線１１と外被１３が一部分において接触していることはあってもよい。

本実施形態に係る光ケーブル１０においては、後述の通り、外被１３が、光ケーブル１０の製造後に当該光ケーブル１０を８５℃で４時間置いたときの外被１３の収縮率が１％以下である材料から構成されている。外被１３は、例えば、外径が２．５〜３．０ｍｍ、内径が１．５〜２．０ｍｍである。外被１３は、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、あるいはポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）等から構成されている。外被１３の樹脂材料としては、ＰＶＣやＰＢＴのほか、ポリプロピレン（ＰＰ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、またはエチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）を用いることもできる。

外被１３がＰＢＴから構成されている場合、ＰＢＴの結晶化度は２０％〜４５％である。これにより、後述の製造方法により外被１３に圧縮応力を加えて光ケーブル１０を作製した場合に、ＰＢＴからなる外被１３の収縮率を１％以下に抑えることが可能となる。

次に、上記光ケーブルの製造方法について説明する。図２は、光ケーブル１０の製造装置２０の概略構成を示している。
図２に示すように、光ケーブル製造装置２０は、光ケーブル１０の走行ラインにおける上流側（図２の左側）に、光ファイバ心線１１が巻き取られたボビン２１および抗張力繊維１２が巻き取られたボビン２２を備えている。

ボビン２１およびボビン２２の下流側（図２におけるボビン２１，２２の右側）には、光ファイバ心線１１および抗張力繊維１２の周囲に外被１３を被覆するための押出装置３０が設けられている。ボビン２１およびボビン２２からそれぞれ引き出された光ファイバ心線１１および抗張力繊維１２は、押出装置３０に導入され、その周囲に外被１３が押出被覆されて光ケーブル１０となる。

押出装置３０の下流側には、光ケーブル１０を引き取るためのキャプスタン２３（引き取り装置の一例）が設けられている。キャプスタン２３によって引き取られた光ケーブル１０は、ガイドローラ２４を介して、大型ボビン２５に巻き取られる。
キャプスタン２３は、光ケーブル１０を引き取り速度Ｖ_０で引き取り、下流のガイドローラ２４側へ送り出す。ガイドローラ２４はキャプスタン２３での引き取り速度Ｖ_０と同じ速度で大型ボビン２５へ光ケーブル１０を送り出す。

押出装置３０とキャプスタン２３との間には、ベルトキャプスタンあるいはホイールキャプスタンと呼ばれる圧縮ローラ２６（送り出し装置の一例）が配置されている。圧縮ローラ２６は、押出装置３０から引き出された光ケーブル１０に接触しながら光ケーブル１０を速度Ｖ_１で送り出す。圧縮ローラ２６が光ケーブル１０を送り出す速度Ｖ_１は、キャプスタン２３が光ケーブル１０を引き取る速度Ｖ_０よりも速い。具体的には、圧縮ローラ２６の送り出し速度Ｖ_１はキャプスタン２３の引き取り速度Ｖ_０よりも２〜３％高く設定されている（Ｖ_１＝Ｖ_０×１．０２〜１．０３）ことが好ましい。これにより、圧縮ローラ２６とキャプスタン２３との間で外被１３に圧縮応力が加えられる。

上記の圧縮ローラ２６およびその下流側のキャプスタン２３は、温水槽２７内に配置され、温水により一定温度以上に保たれている。圧縮ローラ２６の温度は、外被１３を構成する材料のガラス転移温度以上となるように設定される。例えば、外被１３がＰＢＴ（ガラス転移温度：２０〜６０℃）から構成されている場合は、圧縮ローラ２６が浸されている温水槽２７内の温水の温度は６０℃以上である。これにより、圧縮ローラ２６の光ケーブル１０と接触する部分の温度が６０℃以上になるように保たれている。

なお、外被１３がＰＶＣ（ガラス転移温度：８０℃）から構成されている場合は、圧縮ローラ２６の光ケーブル１０と接触する部分の温度がＰＶＣのガラス転移温度である８０℃以上になるように、温水槽２７内の温水の温度が設定される。圧縮ローラ２６の光ケーブル１０と接触する部分の温度が８０℃である場合、外被１３を構成するＰＶＣの貯蔵弾性率は、当該温度が２０℃の場合よりも一桁以上小さい値となる。具体的には、圧縮ローラ２６の光ケーブル１０と接触する部分の温度が２０℃である場合のＰＶＣの貯蔵弾性率は６００Ｍｐａ程度であり、当該温度が８０℃である場合のＰＶＣの貯蔵弾性率は１５Ｍｐａ程度である。

図３に示すように、外被１３の押出被覆に用いられる押出装置３０は、ダイス３１とポイント４１とを備えている。
ダイス３１は、内周面が円錐台形状の円錐台部３２を有している。円錐台部３２の中心には、円錐台に円筒を継いだ形状の押出孔３３が形成されている。

ポイント４１は、外周面が円錐台形状の円錐台部４２に円筒を継いだ形状をしている。円錐台部４２は、円錐状に形成されて先端部に向けて徐々に小径になっている。円錐台部４２の中心には、挿通孔４３が形成されている。この挿通孔４３に、光ファイバ心線１１および抗張力繊維１２が挿通されて前方へ向かって引き出される。

ポイント４１の円錐台部４２は、ダイス３１の円錐台部３２と所定の環状の隙間を形成するように配設されている。この隙間が、押出流路５１とされている。そして、押出流路５１に、外被１３を形成する溶融樹脂Ｒが後方側から導入され、押出孔３３から押し出される。

上記の押出装置３０を用いて光ファイバ心線１１および抗張力繊維１２の周囲に外被１３を被覆させる場合、図３に示すように、光ファイバ心線１１および抗張力繊維１２をポイント４１の挿通孔４３に挿通させる。
そして、光ファイバ心線１１および抗張力繊維１２を押出装置３０から引き出しながら、押出流路５１へ、その後方側から溶融樹脂Ｒを押し出す。樹脂Ｒは、押出流路５１を通って押出孔３３から押し出される。樹脂Ｒは、押出孔３３から出る時に管状に形成されている。その管の中に光ファイバ心線１１および抗張力繊維１２が収められる。

以上説明したように、本実施形態に係る光ケーブル１０の製造方法は、外被１３を押し出す押出装置３０と、キャプスタン２３との間に、光ケーブル１０に接触しながら光ケーブル１０を送り出す圧縮ローラ２６を配置し、キャプスタン２３が光ケーブル１０を引き取る速度Ｖ_０よりも、圧縮ローラ２６が光ケーブル１０を送り出す速度Ｖ_１を速くしている。これにより、押出装置３０から押出被覆された直後の外被１３に圧縮力が与えられるため、外被１３の収縮を抑えることができる。光ケーブル１０の製造後に当該光ケーブル１０を８５℃で４時間置いたときの外被１３の収縮率が１％以下とすることができる。そして、光ケーブル１０をコネクタ等へ取り付ける際のアニール処理が不要となる。さらには、光ケーブル１０を長期間使用したとしても外被１３内に収容された光ファイバ心線１１が過余長となることがなく、伝送損失の増加を防止することができる。

なお、外被１３として、ＰＶＣやＰＢＴのほか、ＰＰ、ＬＤＰＥ、またはＥＶＡを用いた場合であっても、上記のように圧縮ローラ２６とキャプスタン２３との間で外被１３に圧縮応力を加えることで、外被１３の収縮を十分に抑えることができる。

また、本実施形態においては、圧縮ローラ２６の外被１３と接触する部分の温度は、当該温度が２０℃の場合よりも外被１３を構成する材料の貯蔵弾性率が一桁以上小さい値となるように設定している。特に、外被１３がＰＶＣから構成される場合は、圧縮ローラ２６の光ケーブル１０と接触する部分の温度を、当該温度が２０℃の場合よりもＰＶＣの貯蔵弾性率が一桁以上小さい値となる温度（例えば、６０℃以上）に設定することで、外被１３の収縮率を１％以下に抑えることができる。

さらに、本実施形態においては、圧縮ローラ２６の温度が、外被１３を構成する材料のガラス転移温度以上であるように設定している。例えば、外被１３がＰＢＴの場合は、圧縮ローラ２６の外被１３と接触する部分の温度を６０℃以上に保ち、外被１３がＰＶＣの場合は、圧縮ローラ２６の外被１３と接触する部分の温度を８０℃以上に保っている。圧縮ローラ２６の温度を、外被１３を構成する材料のガラス転移温度以上にすることにより、様々な材料を外被１３に用いても外被１３に容易に圧縮力をかけることができる。

上記のように、本実施形態に係る光ケーブル１０は、複数本の光ファイバ心線１１および光ファイバ心線１１に沿って配置された抗張力繊維１２の周囲を被覆する外被１３が、光ケーブル１０の製造後に当該光ケーブル１０を８５℃で４時間置いたときの外被１３の収縮率が１％以下である。このような光ケーブル１０においては、外被１３の収縮率が十分に低いため、光ケーブル１０を長期間使用したとしても外被１３内の光ファイバ心線１１が過余長となることがなく、伝送損失を抑えることができる。

〔評価〕
次に、例１〜例４について、外被の収縮率についての評価を行った。具体的には、例１として外被材料にＰＢＴを用い、例２および例３として外被材料にＰＶＣを用い、例４として外被材料にＰＥ（ポリエチレン）を用いた光ケーブルを製造した。例１および例２では温水槽の温度を６０℃とし、例３および例４では温水槽の温度を８０℃とした。例１〜例４において、それぞれ、押出装置とキャプスタンとの間に圧縮ローラを設けて光ケーブルに圧縮力を与えた場合と、圧縮ローラを設けることなく圧縮力を与えなかった場合について、光ケーブルの製造後に当該光ケーブルを所定時間置いたときの外被の収縮率を測定した。その結果を表１に示す。
なお、外被の収縮率の評価方法については、以下に示す通りである。

〔収縮率の評価方法〕
まず、光ケーブルの外被から光ファイバ心線および抗張力繊維を抜きとり、外被を長さ１７０ｍｍに切断した。切断した外被の一端から１５０ｍｍで標点となる印を付け、図４に示すように、その外被をＳＵＳ管に入れる。そして、光ケーブル製造装置の圧縮ローラによる圧縮力の付与を模擬して、外被が入れられたＳＵＳ管を温水槽内に浸し、温水下で外被の圧縮を行った。続いて、ＳＵＳ管内の外被を、タルクベッドにおいて８５℃で４時間加熱した。最後に、外被をＳＵＳ管から取り出して２５℃の環境下で１時間放置し、その後、外被の収縮率を測定した。

表１に示すように、例１（外被：ＰＢＴ）において、従来のように圧縮ローラによって外被に圧縮力を加えない場合は外被の収縮率は３％であった。一方、押出装置の下流に圧縮ローラを設けて外被が固化されるまでに外被に圧縮応力をかけると、外被の収縮率が０．２％にまで改善した。
特に、ＰＢＴから構成される外被１３は、表１のように結晶性樹脂を２０％以上含むことで、外被１３の収縮防止の効果が十分に得られることが確認された。

例２（外被：ＰＶＣ）において、外被に圧縮力を加えない場合は外被の収縮率は２．６％であったが、圧縮ローラにより外被に圧縮応力をかけると、収縮率が１．０％に改善した。
さらに、例３（外被：ＰＶＣ）においては、温水槽の温度をＰＶＣのガラス転移点以上である８０℃に上げて、圧縮ローラにより外被に圧縮応力をかけると、収縮率が０．５％にまで改善した。
例４（外被：ＰＥ）において、外被に圧縮力を加えない場合は外被の収縮率は２．０％であったが、圧縮ローラにより外被に圧縮応力をかけると、収縮率が０．１％に改善した。

図５は、光ケーブル１０のファイバ余長率と伝送損失との関係を示すグラフである。図５に示すように、ファイバ余長率が増えるにつれて、伝送損失が増加する。ここで、ファイバ余長率は、[（光ファイバ長さ−外被長さ）／外被長さ]から求められる。図５から、伝送損失が許容値の０．２ｄＢ/ｋｍ以下であるためには、ファイバ余長率が０．５％以下であることが求められることがわかる。

本実施形態に係る製造方法にて製造された光ケーブル１０は、当該光ケーブル１０を製造後に常温で３０日置いたときに、光ファイバ心線１１の外被１３に対するファイバ余長率が０．０％以上０．５％以下となった。このように本実施形態の光ケーブル１０は、一定期間使用した場合でも外被１３内の光ファイバ心線１１が過余長となることがなく、耐用性が非常に優れている。

以上、本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。また、上記説明した構成部材の数、位置、形状等は上記実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等に変更することができる。

１０：光ケーブル
１１：光ファイバ心線（光ファイバの一例）
１２：抗張力繊維
１３：外被
２０：光ケーブル製造装置
２１，２２：ボビン
２３：キャプスタン（引き取り装置の一例）
２４：ガイドローラ
２５：大型ボビン
２６：圧縮ローラ（送り出し装置の一例）
２７：温水槽
３０：押出装置
３１：ダイス
３３：押出孔
４１：ポイント
５１：押出流路

Claims (7)

1. 光ファイバと、抗張力繊維と、前記光ファイバおよび前記抗張力繊維の周囲を被覆する外被と、を備えた光ケーブルであって、
   前記光ファイバと前記外被とは、密着しておらず、
   前記外被は、前記光ケーブルを製造した後に８５℃で４時間置いたときの収縮率が１％以下である、光ケーブル。
2. 前記光ケーブルを製造した後に常温で３０日置いたときに、前記外被に対する前記光ファイバの余長率が０．０％以上０．５％以下である、請求項１に記載の光ケーブル。
3. 前記外被は、結晶性樹脂を２０％以上含む、請求項１または請求項２に記載の光ケーブル。
4. 光ファイバおよび抗張力繊維の周囲にチューブ状の外被を押出被覆する光ケーブルの製造方法であって、
   前記外被を押し出す押出装置と、前記光ケーブルの引き取り装置との間に、前記光ケーブルに接触しながら前記光ケーブルを送り出す送り出し装置を配置し、前記引き取り装置が前記光ケーブルを引き取る速度よりも、前記送り出し装置が前記光ケーブルを送り出す速度を速くすることで前記外被に圧縮力を与える、光ケーブルの製造方法。
5. 前記送り出し装置の前記外被と接触する部分の温度は、当該温度における前記外被を構成する材料の貯蔵弾性率が２０℃における前記貯蔵弾性率よりも一桁以上小さい値となる温度である、請求項４に記載の光ケーブルの製造方法。
6. 前記送り出し装置の前記温度が、前記材料のガラス転移温度以上である、請求項５に記載の光ケーブルの製造方法。
7. 前記送り出し装置の前記外被と接触する部分の温度が６０℃以上である、請求項４から請求項６のいずれか一項に記載の光ケーブルの製造方法。

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