JP2021196567A - 光ファイバケーブル - Google Patents

Abstract

【課題】中立線に垂直な方向に曲げられた場合でも伝送損失の増大を抑制可能な光ファイバケーブルを提供する。【解決手段】光ファイバケーブル１は、複数の光ファイバ２ａを有するコア２と、コア２を収容するシース４と、コア２を間に挟むようにシース４に埋設された一対の外側抗張力体５と、コア２を間に挟むようにシース４の径方向内側に配置された一対の内側抗張力体３と、を備え、横断面視において、一対の外側抗張力体５の中心同士を結ぶ中立線Ｌを基準として、一対の内側抗張力体３はそれぞれ、コア２の中心回りに−４５°から＋４５°の範囲内に位置している。【選択図】図１

Description

本発明は、光ファイバケーブルに関する。

特許文献１には、光ファイバおよび光ファイバを囲う円筒状部材を有するコアと、円筒状部材の周囲に配置された介在物と、円筒状部材および介在物を被覆するシースと、シースに埋設された一対の抗張力体と、を備えた光ファイバケーブルが開示されている。

特開２０１５−４１０３７号公報

一対の抗張力体を備えた光ファイバケーブルは、横断面視において、一対の抗張力体の中心同士を結ぶ線（以下、中立線という）に垂直な方向（以下、垂直方向という）に曲がりやすい。特許文献１の構成では、光ファイバケーブルが垂直方向に曲げられたとき、コアと垂直方向において対向する位置に配置された介在物が、コアを圧迫する場合がある。コアが圧迫されると、光ファイバに側圧が作用し、伝送損失の増大につながる。

本発明はこのような事情を考慮してなされ、中立線に垂直な方向に曲げられた場合でも伝送損失の増大を抑制可能な光ファイバケーブルを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る光ファイバケーブルは、複数の光ファイバを有するコアと、前記コアを収容するシースと、前記コアを間に挟むように前記シースに埋設された一対の外側抗張力体と、前記コアを間に挟むように前記シースの径方向内側に配置された一対の内側抗張力体と、を備え、横断面視において、前記一対の内側抗張力体はそれぞれ、前記一対の外側抗張力体の中心同士を結ぶ中立線を基準として、前記コアの中心回りに−４５°から＋４５°の範囲内に位置している。

本発明の上記態様によれば、中立線に垂直な方向に曲げられた場合でも伝送損失の増大を抑制可能な光ファイバケーブルを提供することができる。

本実施形態に係る光ファイバケーブルの横断面図である。 本実施形態の変形例に係る光ファイバケーブルの横断面図である。 比較例３の光ファイバケーブルの横断面図である。

以下、本実施形態の光ファイバケーブルについて図面に基づいて説明する。
図１に示すように、光ファイバケーブル１は、複数の光ファイバ２ａを有するコア２と、一対の内側抗張力体３と、シース４と、一対の外側抗張力体５と、一対のリップコード６と、を備えている。

（方向定義）
本実施形態では、コア２の中心軸線Ｏに沿う方向を長手方向という。また、長手方向に直交する横断面において、一対の外側抗張力体５の中心同士を結ぶ線を中立線Ｌという。横断面において、中心軸線Ｏ回りに周回する方向を周方向といい、中心軸線Ｏに交差する方向を径方向といい、中立線Ｌに沿う方向を中立線方向Ｘといい、中立線方向Ｘに垂直な方向を垂直方向Ｙという。垂直方向Ｙにおける一方側を＋Ｙ側、他方側を−Ｙ側と表す。

コア２は、複数の光ファイバ２ａと、複数の光ファイバ２ａを包む押さえ巻き２ｂと、を有している。光ファイバ２ａとしては、光ファイバ心線、光ファイバ素線、光ファイバテープ心線などを用いることができる。光ファイバテープ心線の一種として、複数の光ファイバ２ａは、いわゆる間欠固定テープ心線を構成していてもよい。間欠固定テープ心線では、複数の光ファイバ２ａは、その延在方向に対して直交する方向に引っ張ると、網目状（蜘蛛の巣状）に広がるように互いに接着されている。詳しくは、ある一つの光ファイバ２ａが、その両隣の光ファイバ２ａに対して長手方向で異なる位置においてそれぞれ接着されており、かつ、隣接する光ファイバ２ａ同士は、長手方向で一定の間隔をあけて互いに接着されている。
なお、コア２に含まれる光ファイバ２ａの態様は間欠固定テープ心線に限られず、適宜変更してもよい。

押さえ巻き２ｂとしては、不織布やポリエステルテープなどを用いることができる。また、押さえ巻き２ｂとして、不織布やポリエステルテープなどに吸水性を付与した、吸水テープを用いてもよい。この場合、光ファイバケーブル１の防水性能を高めることができる。なお、コア２は押さえ巻き２ｂを備えていなくてもよいし、押さえ巻き２ｂに代えて、光ファイバ２ａを束ねる紐を備えてもよい。ただし、押さえ巻き２ｂを備える場合、押さえ巻き２ｂにより光ファイバ２ａが包まれるため、光ファイバ２ａを外力からより保護することができる。

リップコード６は、ポリエステルなどの合成繊維の糸などであり、シース４を引き裂くために用いられる。また、リップコード６として、ポリプロピレン（ＰＰ）やナイロン製の円柱状ロッドなどを用いてもよい。一対のリップコード６は、垂直方向Ｙにおいてコア２を間に挟むように、シース４に埋設されている。なお、シース４に埋設されるリップコード６の数は、１または３以上であってもよい。また、光ファイバケーブル１はリップコード６を備えていなくてもよい。

シース４は、コア２および一対の内側抗張力体３を収容している。シース４の材質としては、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、エチレンエチルアクリレート共重合体（ＥＥＡ）、エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、エチレンプロピレン共重合体（ＥＰ）などのポリオレフィン（ＰＯ）樹脂、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）などを用いることができる。また、上記の樹脂の混和物（アロイ、ミクスチャー）を用いてもよい。

シース４の外周面には、リップコード６の位置を示すための印部４ａが設けられていてもよい。印部４ａは、図１に示すような突起であってもよいし、塗料によるマーキング等であってもよい。印部４ａは、長手方向に沿って延びていてもよい。

一対の外側抗張力体５は、中立線方向Ｘにおいてコア２を間に挟むように、シース４に埋設されている。一対の外側抗張力体５は、長手方向に沿って直線状に延びている。外側抗張力体５の材質としては、例えば金属線（鋼線など）およびＦＲＰなどを用いることができる。外側抗張力体５がＦＲＰの場合、ＦＲＰに含まれる繊維としては、例えばアラミド繊維、ガラス繊維等を採用できる。外側抗張力体５は長手方向に伸縮しにくいため、光ファイバケーブル１は、中立線方向Ｘには曲がりにくい。その一方で、光ファイバケーブル１は、中立線方向Ｘに垂直な垂直方向Ｙには曲がりやすくなっている。

一対の内側抗張力体３は、コア２を間に挟むように、コア２の径方向外側かつシース４の径方向内側に配置されている。一対の内側抗張力体３は、長手方向に沿って直線状に延びている。図１に示すように、一対の内側抗張力体３は、中立線Ｌ上に位置してもよい。この場合、コア２、一対の内側抗張力体３、および一対の外側抗張力体５が、横断面視において一直線上に並ぶ。ただし、詳細は後述するが、一対の内側抗張力体３は中立線Ｌ上に位置していなくてもよい。

内側抗張力体３は、繊維（ガラス繊維、アラミド繊維など）を束ねたり撚り合わせたりすることで構成されてもよいし、繊維を樹脂（接着剤）で固めることで構成されてもよい。あるいは、内側抗張力体３は金属であってもよい。図１では、内側抗張力体３の断面は、中立線方向Ｘよりも垂直方向Ｙに長い扁平な形状である。ただし、内側抗張力体３の断面形状は適宜変更可能であり、例えば円形状であってもよい。

このように、本実施形態の光ファイバケーブル１は、複数の光ファイバ２ａを有するコア２と、コア２を収容するシース４と、コア２を間に挟むようにシース４に埋設された一対の外側抗張力体５と、コア２を間に挟むようにシース４の径方向内側に配置された一対の内側抗張力体３と、を備えている。このように、外側抗張力体５に加えて内側抗張力体３を備えることで、外側抗張力体５を細くしつつ、光ファイバ２ａを大きな張力から効果的に保護することができる。また、外側抗張力体５を細くすることで、シース４の厚みを小さくすることができ、光ファイバケーブル１の外径を小さくすることが可能となる。さらに、外側抗張力体５が座屈しやすい材質により形成されている場合は、外側抗張力体５が細いほど、外側抗張力体５を座屈しにくくすることができる。

ここで、仮に内側抗張力体３がコア２に対して垂直方向Ｙにおいて対向する位置に配置されていた場合、光ファイバケーブル１が垂直方向Ｙに曲げられると、コア２とシース４との間で内側抗張力体３が圧縮される。このとき、コア２が内側抗張力体３によって圧迫されることで、光ファイバ２ａに側圧が作用し、伝送損失が増大する可能性がある。

そこで本実施形態では、横断面視において、一対の外側抗張力体５の中心同士を結ぶ中立線Ｌを基準として、一対の内側抗張力体３はそれぞれ、コア２の中心（中心軸線Ｏ）回りに−４５°から＋４５°の範囲内に位置している。これにより、内側抗張力体３が垂直方向Ｙにおいてコア２に対向しない位置に配置されることとなる。したがって、内側抗張力体３によってコア２内の光ファイバ２ａに側圧が作用することを防ぎ、伝送損失の増大を抑制できる。

また、一対の内側抗張力体３がそれぞれシース４に固定されていてもよい。この場合、内側抗張力体３の位置がシース４内でずれることを抑制できる。したがって、例えば光ファイバケーブル１が捻回された際に内側抗張力体３が動き、所定の位置からずれてしまうことを抑制できる。

固定の方法としては、例えば図２に示すように、一対の内側抗張力体３のそれぞれが一部分においてシース４に埋没していてもよい。このような光ファイバケーブル１は、シース４を押出成形する際に、柔らかい状態のシース４の内周面に内側抗張力体３を押し付けることで製造できる。

また、一対の内側抗張力体３のそれぞれに接着剤を塗布することでシース４に固定してもよい。この場合、内側抗張力体３の一部がシース４に埋没していてもよいし、内側抗張力体３がシース４の内周面に接していてもよい。さらに、内側抗張力体３が繊維により構成されている場合、接着剤によって繊維を束ねてもよい。つまり、内側抗張力体３に塗布される接着剤は、内側抗張力体３をシース４に固定するだけでなく、繊維を束ねる役割を有してもよい。また、接着剤は、内側抗張力体３をシース４に固定する役割を有さず、単に繊維を束ねてもよい。

一対の内側抗張力体３がそれぞれ繊維により構成されている場合、内側抗張力体３がコア２の形状に沿って変形しやすくなる。これにより、内側抗張力体３がコア２を圧迫することをより確実に防ぎつつ、コア２とシース４との間の限られたスペースに、効率的に内側抗張力体３を配置することができる。また、シース４を押出成形する際の自由度が高まるため、光ファイバケーブル１の製造がより容易になる。
なお、接着剤で繊維を束ねることで内側抗張力体３を構成する場合、内側抗張力体３がコア２の形状に沿って柔軟に変形可能となるように、接着剤の材質や繊維に対する量を決定するとよい。例えば、接着剤の材質としてポリウレタンを採用したり、束ねた繊維の表面のみに接着剤をコーティングすることが好適である。これにより、内側抗張力体３が光ファイバ２ａを圧迫することを抑制でき、かつ、光ファイバケーブル１が曲げられたときに内側抗張力体３が座屈しにくいといった効果も得られる。ただし、光ファイバケーブル１の用途（想定される曲げ径など）を考慮し、内側抗張力体３を金属などで構成してもよい。

次に、上記した光ファイバケーブル１の効果について、具体的な実施例を用いて説明する。
下記表１に示すように、比較例１〜５および実施例１〜２の、７種類の光ファイバケーブルを用意した。

外側抗張力体５および内側抗張力体３以外の構成は、比較例１〜５および実施例１〜２において共通とした。比較例１〜３については、内側抗張力体３を配置しなかった。実施例１〜２および比較例４〜５については、ガラス繊維により形成された一対の内側抗張力体３を用い、ガラス繊維の繊度および配置角度θを異ならせた。繊度が高いほど、光ファイバケーブル１の張力に対する強度が増し、光ファイバ２ａを張力からより有効に保護することができる。配置角度θとは、中立線Ｌを基準とする、一対の内側抗張力体３が配置される周方向における範囲である。中立線Ｌ上をθ＝０°と定義し、中立線Ｌに対して中心軸線Ｏ回りに＋Ｙ側に向かう範囲ではθを正の値とし、−Ｙ側に向かう範囲ではθを負の値とする。

例えば実施例１は、配置角度θが−３０°〜＋３０°である。この場合の内側抗張力体３は、図１のように、中立線Ｌを中心として中心軸線Ｏ回りに＋Ｙ側および−Ｙ側にそれぞれ３０°（合計で６０°）の範囲に位置する。比較例４の配置角度θは−１０°〜＋５０°であるが、これは、内側抗張力体３が＋Ｙ側に偏って配置されていることを意味する。なお、実施例１、２および比較例４、５において、一対の内側抗張力体３は、中心軸線Ｏを通り、かつ垂直方向Ｙに沿う対称線に対して、互いに対称な配置とした。

表１の「引張試験」の欄には、ＩＣＥＡ６４０−７．３０に準拠した試験を行い、伝送損失の測定値をもとに良否を判定した結果を示した。
表１の「曲げ試験」の欄には、ＩＣＥＡ６４０−７．２１に準拠した試験を行い、光ファイバケーブル１の座屈の有無および伝送損失の測定値をもとに良否を判定した結果を示した。
表１の「総合判定」の欄には、引張試験および曲げ試験の双方において良好であった場合にＯＫと記載し、引張試験および曲げ試験の少なくとも一方において良好でなかった場合にＮＧと記載した。

表１に示すように、比較例１については、曲げ試験がＯＫであったものの、引張試験がＮＧとなった。これは、径が１．７ｍｍの２本の外側抗張力体５だけでは、光ファイバケーブルの張力に対する強度が不充分であったためである。
比較例２については、比較例１よりも外側抗張力体５の径を大きくすることで引張試験がＯＫとなったが、曲げ試験はＮＧとなった。より詳しくは、光ファイバケーブル１の外径をＤと表すとき、２０Ｄの曲げ径で座屈が生じた。原因は、外側抗張力体５の径が大きいことで、外側抗張力体５が座屈しやすくなったためである。

比較例３については、径が１．７ｍｍの４本の外側抗張力体５を用いた。４本の外側抗張力体５は、図３に示すように配置した。その結果、引張試験はＯＫであったが、２０Ｄの曲げ径で座屈が生じたため曲げ試験はＮＧとなった。これは、外側抗張力体５の外周面の位置が中立線Ｌから遠くなることで、光ファイバケーブル１を曲げた際に、外側抗張力体５により強い応力が作用したためである。比較例３から、光ファイバケーブル１の曲げに対する特性を決める要素として、外側抗張力体５の外周面のうち中立線Ｌから最も離れた部分と、中立線Ｌと、の間の距離（図３の寸法Ａ）が重要であることが分かる。つまり、寸法Ａが小さいほど、曲げによって光ファイバケーブル１に座屈が生じにくくなる。

実施例１、２については、引張試験および曲げ試験の双方でＯＫとなった。実施例１では２０Ｄの曲げ径でも座屈が生じず、実施例２では１５Ｄの曲げ径でも座屈が生じなかった。
比較例４、５については、引張試験はＯＫであったが、曲げ試験は伝送損失が基準値を超えたためＮＧとなった。伝送損失の増加は、光ファイバケーブル１を曲げた際に、内側抗張力体３がコア２を圧迫することで発生したと考えられる。比較例４、５では、実施例１、２に対して配置角度θの絶対値が大きく、光ファイバケーブル１を垂直方向Ｙに曲げた際に内側抗張力体３がコア２に押し付けられやすいためである。

実施例１、２と比較例１との対比から、内側抗張力体３を設けることで、光ファイバケーブル１を張力に対してより強くできることが確認された。
実施例１、２と比較例２との対比から、内側抗張力体３を設けることで、外側抗張力体５を太くすることに伴う座屈の発生を抑制できることが確認された。
実施例１、２と比較例３との対比から、外側抗張力体５の数を２本にすることで、先述の寸法Ａを小さくして、座屈の発生を抑制できることが確認された。
実施例１、２と比較例４、５との対比から、配置角度θの絶対値を４５°以内とすることが、伝送損失の増加を抑制するために効果的であることが確認された。

次に、下記表２に示すように、比較例６〜１０および実施例３〜４の、７種類の光ファイバケーブルを用意した。表２に示した光ファイバケーブルは、ＩＣＥＡ６４０−７．２１に準拠した曲げ試験を行う際の良否判定の基準となる曲げ径が３０Ｄである点が、表１と異なる。その他の点は先述の表１に関する説明と同様である。

表２に示すように、比較例６については、曲げ試験がＯＫであったものの、引張試験がＮＧとなった。これは、径が２．２ｍｍの２本の外側抗張力体５だけでは、光ファイバケーブルの張力に対する強度が不充分であったためである。
比較例７については、比較例６よりも外側抗張力体５の径を大きくすることで引張試験がＯＫとなったが、曲げ試験はＮＧとなった。より詳しくは、光ファイバケーブル１の外径をＤと表すとき、３０Ｄの曲げ径で座屈が生じた。原因は、外側抗張力体５の径が大きいことで、外側抗張力体５が座屈しやすくなったためである。

比較例８については、径が２．２ｍｍの４本の外側抗張力体５を用いた。４本の外側抗張力体５は、図３に示すように配置した。その結果、引張試験はＯＫであったが、３０Ｄの曲げ径で座屈が生じたため曲げ試験はＮＧとなった。これは、外側抗張力体５の外周面の位置が中立線Ｌから遠くなることで、光ファイバケーブル１を曲げた際に、外側抗張力体５により強い応力が作用したためである。

実施例３、４については、引張試験および曲げ試験の双方でＯＫとなった。実施例３では３０Ｄの曲げ径でも座屈が生じず、実施例４では１５Ｄの曲げ径でも座屈が生じなかった。
比較例９、１０については、引張試験はＯＫであったが、曲げ試験は伝送損失が基準値を超えたためＮＧとなった。

以上より、曲げ試験の基準となる曲げ径が３０Ｄの場合にも、配置角度θの絶対値が４５°以内となるように内側抗張力体３を設けること、および外側抗張力体５の数を２本にすること等の効果を確認することができた。

なお、本発明の技術的範囲は前記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

例えば、配置角度θは、絶対値が４５°以内であれば、実施例１、２の数値範囲に限定されない。配置角度θの具体例としては、（ａ）：−３０°〜＋４５°、（ｂ）：−４５°〜＋３０°、（ｃ）：０°〜＋４５°、（ｄ）：−４５°〜０°、等が挙げられる。これらの配置角度θの範囲内に、複数の内側抗張力体３を配置してもよい。
また、コア２の内部（押さえ巻き２ｂの内側）に介在物を設けてもよい。この場合、耐衝撃性や吸水性を高めることができる。
また、リップコード６や印部４ａは無くてもよい。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した実施形態や変形例を適宜組み合わせてもよい。

例えば、一対の内側抗張力体３のうち、一方が実施例１に相当し、他方が実施例２に相当してもよい。同様に、一対の内側抗張力体３の配置角度θとして、上記した（ａ）〜（ｄ）から２つを選択して採用してもよい。つまり、一対の内側抗張力体３は互いに対称な配置になっていなくてもよい。さらに、一対の内側抗張力体３は、繊度が互いに異なっていてもよいし、材質が互いに異なっていてもよい。

１…光ファイバケーブル ２…コア ２ａ…光ファイバ ３…内側抗張力体 ４…シース ５…外側抗張力体 Ｌ…中立線

Claims (5)

1. 複数の光ファイバを有するコアと、
   前記コアを収容するシースと、
   前記コアを間に挟むように前記シースに埋設された一対の外側抗張力体と、
   前記コアを間に挟むように前記シースの径方向内側に配置された一対の内側抗張力体と、を備え、
   横断面視において、前記一対の内側抗張力体はそれぞれ、前記一対の外側抗張力体の中心同士を結ぶ中立線を基準として、前記コアの中心回りに−４５°から＋４５°の範囲内に位置している、光ファイバケーブル。
2. 前記一対の内側抗張力体がそれぞれ前記シースに固定されている、請求項１に記載の光ファイバケーブル。
3. 前記一対の内側抗張力体のそれぞれが一部分において前記シースに埋没している、請求項２に記載の光ファイバケーブル。
4. 前記一対の内側抗張力体のそれぞれに接着剤が塗布されている、請求項１から３のいずれか１項に記載の光ファイバケーブル。
5. 前記一対の内側抗張力体がそれぞれ繊維により構成されている、請求項１から４のいずれか１項に記載の光ファイバケーブル。

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