JP2570450B2 - スペーサ型光ファイバケーブル - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、らせん状の光ファイバ収納溝を有するスペ
ーサに光ファイバを収納してなるスペーサ型光ファイバ
ケーブルに関し、特に低温における使用の際に伝送損失
を増大させることなく安定して使用することを可能にす
る改良されたスペーサ型光ファイバケーブルに関するも
のである。

［従来の技術］ 光ファイバケーブルの典型的な構造の一つとして早く
から実用化されてきた光ファイバケーブルにスペーサ型
光ファイバケーブルがある。

具体的には、第１図に示すように、高抗張力材料より
なるテンションメンバー１の外周にらせん状の光ファイ
バ収納溝3,3を有するスペーサ２を押出一体化し、前記
光ファイバ収納溝3,3内に単心あるいは複数心の光ファ
イバ4,4を収納し、押え巻き５を施した後プラスチック
等の外被６を被覆してなるものである。

光ファイバ収納溝３をらせん状に形成するのは、それ
によって収納されている光ファイバ４に長手方向の余長
が得られるようにし、ケーブルに張力が負荷されたり熱
により膨張しケーブルの長さが伸びたりしても、前記余
長によってそれを吸収し、光ファイバ４に直接大きな張
力が負荷されたりしないように配慮した構成とするため
である。

［発明が解決しようとする課題］ 上記したように、スペーサ型光ファイバケーブルでは
スペーサの溝をらせん状に形成するか、その本来の目的
は、ケーブル自体の伸びが光ファイバにまで及び張力に
弱い光ファイバに断線や伝送損失の増大といった悪影響
が生ずるのを防止するためのものである。

しかし、近年になり光ファイバを用いた情報通信や制
御などの技術が著しく発達し、その応用環境も常温や高
温域における使用に止まらず、例えば−40℃程度の低温
になる冷凍倉庫内での制御や管理あるいは極寒地などに
おいての情報通信などにも光ファイバケーブルが使用さ
れるようになり、当初予期していなかったような新たな
課題に直面するようになった。

様々な構造を有している光ファイバケーブルの中に
は、中心に亜鉛めっき鋼撚線のような高抗張力鋼線をユ
ニットテンションメンバーとして配置した構造のものも
なくはないが、もともと光ファイバケーブルは光ファイ
バが電磁的影響を受けないことに着目しケーブル構造を
設計しているのが大部分であり、ケーブルに全く金属を
使用せず所謂ノンメタリック構造に構成しているのが一
般的である。

従って、第１図に示すテンションメンバー１として
も、鋼線ではなくガラス繊維強化プラスチック（以下FR
Pという）等の非金属材料が使用されているし、それ以
外の材料も大部分はプラスチック材料によって構成され
ている。

このようなプラスチック材料は金属に比較すると線膨
張係数が大きく、高温において伸びが大きくなると同
様、低温においては収縮量が非常に大きくなる。

従って、従来構成のスペーサ型光ファイバケーブルの
場合、使用温度が−20℃以下の低温になると、スペーサ
を含めたケーブル全体の収縮量は非常に大きなものとな
り、その結果としてそれら構成材料よりも線膨張係数の
小さいガラスよりなる光ファイバ４がスペーサ溝３内で
余ってしまい、その余った分を吸収するために蛇行状態
となり、所謂マイクロベンディングが各所に生じ、光の
伝送損失が急激に増加するといった現象がみられるよう
になってくる。このような場合に、光ファイバのコーテ
ィング材を選択し対応しようとしても限界がある。

そこで、光ケーブルの構成材料の中ではもっとも線膨
張係数の小さいFRPの断面積を増大させ、周囲の他のプ
ラスチック材料との複合線膨張係数をFRPのそれにでき
る限り近付けようとしたり、予め光ファイバを引き伸ば
し引張残留応力を持たせておこうといった方策もとられ
ている。

しかし、前者のFRPは高価であり、その断面積を増大
させれば、ケーブル自体がかなり高価なものとなってし
まうという問題がある上、断面積を増大させるにも構造
上から限界がある。

後者の場合には、伸び歪を与えた分その静荷重によっ
て静疲労を生じ易い光ファイバの破断寿命を低下させな
いように配慮する必要があり、光ファイバ製造時に全長
に印加する所謂プルーフ荷重を通常よりも大きく設定す
る必要があるが、そのスクリーニングの過程で破断して
使用できない光ファイバが増加し、光ファイバの原価ひ
いてはケーブル全体のコストが上昇するという問題があ
る。

本発明の目的は、上記したような従来技術の問題点を
解消し、たとえ相当に低い温度（例えば前記した冷凍倉
庫内での−40℃といった低温）において使用しても伝送
損失がほとんど変化せず、安定した光伝送を継続保持し
得る新規なスペーサ型光ファイバケーブルを提供しよう
とするものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、スペーサ型光ファイバケーブルにおいて、
スペーサの光ファイバ収納溝のらせんピッチをＰ、当該
らせん溝の底部の直径をＤ、溝の深さをｈ、光ファイバ
の外径をｄ、光ファイバケーブル全体の線膨張係数を
、ケーブル製造時の温度と実使用対象温度との差の絶
対値をΔｔとした場合に、 の関係を満足するように溝のピッチＰを構成したもので
ある。

［作用］ スペーサ溝のピッチを上記のように構成すれば、先に
例示した冷凍倉庫のような低温域での使用において、そ
の予定温度に達するまで光ファイバの蛇行現象を発生し
ないように設計することができ、ケーブルの外径を増大
させたり、材料を大巾に変更することなく、ピッチの設
定だけで低温域における光伝送損失を改善することが可
能となる。

［実施例］ 以下に、本発明において実施例を参照しつつ順次説明
する。

第２図は、溝３の深さがｈ、当該溝3,3の底部の直径
がＤであるスペーサ２に溝３のピッチＰが上述した関係
式を満足するようにして、当該溝３内に外径ｄなる光フ
ァイバ4,4を収納させ、第１図に示したような構成のス
ペーサ型光ファイバケーブルに常温で製造した直後のス
ペーサ部分を示した断面図である。

常温下においては、光ファイバ4,4は溝3,3の底部に図
のようにきちんと収納されている。

第３図は、上記構成の光ファイバケーブルを低温環境
中に布設し、光ファイバケーブルが冷却によって収縮
し、光ファイバ4,4がその収縮に追随し切れずに余長が
できて外周に向って変形し、第１図の押え巻き５に接触
した状態を示す説明断面図である。これが臨界状態であ
り、温度がこれよりさらに低温になれば、光ケーブルの
収縮は一層大きくなり、光ファイバ4,4の長さが余って
しまい、溝３内において蛇行変形によってケーブルの収
縮を吸収せねばならなくなり、マイクロベンディングの
発生による光信号の伝送損失の増加が開始されることに
なる。

一般に、製造直後のスペーサ内に撚り込まれる光ファ
イバの長さｌは、被覆光ファイバの外径ｄ、スペーサの
溝底部直径Ｄ、溝深さｈ、らせん溝ピッチＰにより で表わされる。

そのようにして撚込まれた光ファイバが実使用される
想定低温においては光ファイバの撚込み長さl^-は同様に で表わされ温度変化により光ファイバの余った分を吸収
できる量Δｌは である。

一方、製造時の温度をt₀、予定した実使用低温を−ｔ
とするとその温度差の絶対値はΔｔ＝t_o＋ｔである。こ
の時のケーブルの線膨張係数を、被覆光ファイバの線
膨張係数をαｆとすると、低温時に余る光ファイバの量
ΔlTはΔlT＝（−αｆ）Δｔとなる。従って、Δｌ＝
ΔlTが光ファイバの低温状態における伝送損失を生じさ
せないための臨界条件ということになる。

一般にガラスの線膨張係数は非常に小さく＞αｆで
あるからαｆを無視すると、上記臨界条件を維持するに
はピッチＰが下記（１）式の関係を満足していればよい
ことになる。

上記の関係式においては、撚合せ時に光ファイバに付
加されその後当該光ファイバに残留している伸び残留応
力は考えていない。通常、スペーサ内に収納された光フ
ァイバには上記撚合せの際の伸び残留応力が存在してい
るから、上記（１）式はその残留応力が解放される温度
に相当する分だけの安全率を加味したものということが
でき、逆に考えれはそのような残留応力が零である最悪
条件にも対応可能な関係式であるということができる。

実施例 中心に2.5mm径のFRPを配置したポリエチレンよりなる
外径7.0mmのスペーサに、溝深さ1.2mmで、そのらせんピ
ッチが250mmと375mmの２種のピッチよりなるらせん溝を
形成し、当該溝内にモードフィールド径9.8μｍ、クラ
ッド径125μｍ、カットオフ波長1.20μｍのシングルモ
ード光ファイバに紫外線硬化樹脂を被覆して外径0.4mm
とした光ファイバを挿入収納した。

このようにして溝内に光ファイバを挿入した後、プラ
スチックの押え巻を施し、約2mmのポリエチレンシース
を施してノンメタリックシングルモード光ファイバケー
ブルを試作した。光ファイバをスペーサ溝に挿入する工
程ではスペーサに加えたバックテンションによる伸びと
ほぼ同じ伸びを光ファイバに加えながら撚合せ、光ファ
イバの製造による残留歪がほぼ零となるよう配慮した。

上記ケーブル全体の計算により求めた線膨張係数α≒
1.3×10^-5、他は上記の通りｈ＝1.2mm、Ｄ＝4.1mm、ｄ
＝0.4mmであり、製造時の温度18℃、実使用低温側温度
を−40℃とすると、上記した（１）式からＰ＜333mmと
なる。

そこで、先のらせん溝の２種のらせんピッチのうち、
ピッチ250mmのケーブルＡ、ピッチ375mmのケーブルをＢ
とし、伝送信号の波長1.55μｍにおける温度−伝送損失
特性を測定した。

第４図は横軸に温度を、そして縦軸に伝送損失を示し
た温度−伝送損失特性線図である。

（１）式が示すピッチＰの関係すなわち上記Ｐ＜333m
mを満足するケーブルＡでは、−40℃にまで温度低下さ
せても伝送損失の増加は殆どみられない。しかし、
（１）式の関係を満足していない大きなピッチを有する
ケーブルＢでは、−10℃近傍より低温になるに従い急激
に伝送損失の増加が現れている。

従って、（１）式で示されるらせんピッチの臨界条件
の正当性は、正にこの結果によって実証されたというこ
とができる。

［発明の効果］ 以上詳説した通り、本発明に係るスペーサ型光ファイ
バケーブルによれば、使用する材料などを変更すること
なく、単にスペーサに形成するらせん溝のピッチを臨界
条件以下とするだけで、予定される低温環境において伝
送損失がほとんど増加することなく安定した光信号の伝
送を保持継続できるものであり、コストの増大を伴うこ
となく低温雰囲気における光ファイバケーブルの使用範
囲を拡大できることになる工業上の意義は大きなものが
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図はスペーサ型光ファイバケーブルの具体的構成を
示す断面図、第２図は本発明に係るケーブルの製造直後
におけるスペーサ部分の断面図、第３図はそれが低温度
で臨界的状態になった様子を示す断面図、第４図はらせ
ん溝のピッチの異なる２種の光ケーブルにおける温度−
伝送損失特性を測定した結果を示す線図である。 1:テンションメンバー、 2:スペーサ、 3:光ファイバ収納溝、 4:光ファイバ、 5:押え巻き、 6:外被。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所定の低温域で使用効率を向上可能なスペ
   ーサ型光ファイバケーブルであって、 スペーサの光ファイバ収納溝のらせんピッチをＰ、 当該らせん溝の底部の直径をＤ、 溝の深さをｈ、 光ファイバの外径をｄ、 光ファイバケーブル全体の線膨張係数を、 ケーブル製造時の温度と実使用対象温度との差の絶対値
   をΔｔ とした場合に、 の関係を満足するように溝のピッチＰを構成してなるス
   ペーサ型光ファイバケーブル。