JP3752565B2 - 二溝螺旋スロットの製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超高密度光ファイバケーブルに用いられる二溝螺旋スロットの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、各家庭まで光ファイバケーブルを敷設（ＦＴＴＨ）し、これにより電話はもとより、ＦＡＸ、ＣＡＴＶ、パソコン等を広範囲につなぎ、様々なサービスに利用しようとする計画がある。この計画の実現には、安価で信頼性の高い光ファイバケーブルが必要とされる。光ファイバケーブルの低コスト化の一つの手段として高密度化が知られている。
【０００３】
この高密度光ファイバケーブルとしては、例えば、実開昭６１−３４１１１号公報、特開平７−１３０５５号公報に、円形断面のロッドに螺旋状の矩形溝を二つ設けたスロット（二溝螺旋スロット）を、中心テンションメンバーの周囲に多数撚り合わせたケーブルが提案されている。
また、特開平６−３３７３３６号公報には、この種の二溝螺旋スロットの製造方法が開示されている。これらの先行技術によると、先ず、直線状の二溝スロットを得た後に、それを加熱して撚りを加えている。この二溝スロットには、図１に示すように、２〜３本のテンションメンバー（以下、ＴＭと略す）が配置されており、テンションメンバーによりスロットに加わる様々な張力からスロット本体及び、収納された光ファイバを保護する。
【０００４】
スロットに加わる張力の種類は、以下のものがある。
▲１▼スロットの製造工程中における張力
例えば、溝形状を良くするためにサイジングダイ等を通過させるが、その時には、かなりの張力が発生する。
▲２▼完成したスロットに加えられる張力
光ファイバテープ心線を収納し、更にこれらを複数本集合して光ファイバケーブルとするが、この工程においても大きな張力がかかる。
▲３▼完成した光ファイバケーブルが敷設されるときにも張力がかかる。
【０００５】
そこで、このような種々の張力を考慮して、スロット本体に埋設されるＴＭは、例えば、特開平５−２６１８４３号公報、特開平５−２６１８４４号公報に記載されているように、高強度、低伸度の有機繊維、例えば、アラミド繊維のロービング等が好適に用いられている。しかしながら、本発明者らの検討によると、従来の二溝螺旋スロットおよびその製造方法には、以下に説明する技術的な課題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
すなわち、二溝螺旋スロットの製造方法は、予め造っておいた直線状の二溝スロットを、その本体樹脂の軟化点以上に加熱して、撚りを加えながら引取る方法、あるいは、直線状の二溝スロットを製造する工程に引き続き、本体樹脂の軟化点以上に加熱して、撚りを加えながら回転引き取り機で引き取る方法がある。
【０００７】
ところで、直線状スロットを製造する際には、例えば、ＴＭとして用いる所定デニールのアラミド繊維ロービングに適当な張力を架けて、押し出し機に供給していた。このようなＴＭの供給状態においては、例えば、ＴＭに張力を与えるダンサーローラを用いなくても、押出機のクロスヘッドダイに供給するためのガイドや、ノズルでの摩擦抵抗により約５０ｇ程度のテンションが発生するので直線状のスロットを製造することは可能である。
【０００８】
ところが、このような状態で製造した直線状スロットを引張試験すると、以下に説明するような状態になっていることが判明した。図３は、得られた直線状スロットの引張試験の結果を示している。同図に示す結果から判るように、引張荷重を掛けた初期は、本体樹脂だけの引張特性を示し、歪みが約０．５％までは、ＴＭを入れた効果が全く現れていない。
【０００９】
この原因は、ＴＭの周辺に被覆された樹脂が冷却固化する過程で収縮し、その結果、ＴＭのロービングが最初から有していた弛みに加えて、更に大きな弛みを生ずるためと思われる。このような状態の直線状スロットに、撚りを付与し、ボビンに巻取った後、再度螺旋ピッチを測定したところ、平均値５１５ｍｍ、変動率１１．７％であった。このように螺旋ピッチが変動した原因は、本体樹脂のスプリングバックによるものと思われる。
【００１０】
次に、ＴＭだけの引張試験を行なってみたところ、図４に示すような結果が得られた。この試験結果から、同図に示すように、約１ｋｇの荷重を架けるとロービング中の各繊維の長さが揃い、弛みが除去される。そこで、ダンサーローラを用いて４ｋｇの荷重を架け、ＴＭに０．５％の引張歪みを与えて直線状スロットを製造した。
【００１１】
得られた直線状スロットを引張試験すると、初期からＴＭが寄与することが判った。そして、これに５００ｍｍピッチの撚りを付与し、ボビンに巻取った。その後、ボビンからスロットを引出し螺旋ピッチを測定したところ、螺旋ピッチの平均値は５３２ｍｍ、変動率は１８．９％にも達した。
また、製造するスロットの直径によって（正確には、スロットの中心とＴＭの位置の距離：ｒによって）、同じピッチになるように回転供給機の回転数と引取速度を設定しても、巻取り後のピッチが異なることが判明した。つまり、直線状スロットを製造する時にＴＭに加える張力を一定にしていても、スロットの直径（ｒ）が大きくなると巻取り後の平均ピッチが大きくなり、ピッチのばらつきも大きくなるという問題が判明した。
【００１２】
また、設定する螺旋ピッチを５００ｍｍから３００ｍｍのように小さくした場合にも、巻取り後の螺旋ピッチが大きい方へずれることが判明した。その原因は、図５に示すように考えられる。
スロットが直線状のときは、スロット本体の長さとＴＭの長さは等しいが、これにピッチ（Ｐｍｍ）の撚りを与えると、スロットの長さ（中心の長さ）は、変化しないが、１ピッチにおけるＴＭの長さ（Ｌ）は、スロット中心からの距離（ｒｍｍ）とピッチ（Ｐｍｍ）により次式で示すことができる。
【００１３】
Ｌ＝Ｐ／ｃｏｓθ ここで、θ＝arc ｔａｎ（２πｒ／Ｐ）
ε＝（Ｌ−Ｐ）／Ｐ＝（１／ｃｏｓθ−１）・・・・・（１）
つまり、１ピッチで考えると、スロット本体の長さはＰ（ｍｍ）であるが、ＴＭの長さは、Ｌ＝Ｐ／ｃｏｓθとなり、ほんの少しだけＴＭが引き延ばされていたことになる。そのため、撚りを付与された後には、ＴＭは元の長さに戻ろうとして縮む傾向にある。この縮もうとする力は、スロットに対しては、圧縮応力として作用し、ピッチが大きくなるものと考えられる。
【００１４】
ピッチが変動すると、溝に光ファイバテープ心線を収納する工程で支障が出たり、溝形状に変化を来し、その結果光ファイバの伝送損失を増大させる原因になる。本発明は、このような問題点に鑑みてせされたものであって、その目的とするところは、撚りを付与してもピッチ変動が少なくなる二溝螺旋スロットおよびその製造方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、結晶性熱可塑性樹脂を主体とする本体と、前記本体の中心および中心から離間した位置に埋設配置される複数のテンションメンバーとを備え、前記本体の長手方向に沿って螺旋状に設けられ、一端が外方に開口した一対の光ファイバ心線担持用凹溝を有する二溝螺旋スロットの製造方法において、前記テンションメンバーの周囲に前記熱可塑性樹脂を押出して、当該熱可塑性樹脂を軟化点以下の温度で冷却して、長手方向に沿って直線状に延びる凹溝が形成された直線状スロットを形成する第一工程と、この直線状スロットを前記熱可塑性樹脂の軟化点以上、融点未満の温度条件下で、長軸回りに回転させて撚りを付与した後に、冷却固化して前記直線状凹溝を螺旋状に形成する第二工程とを含み、前記第一工程において、本体の形成樹脂の成形収縮率に見合った引張歪み（ε 1 ）から、加える撚りピッチと前記テンションメンバーのスロット中心までの距離から計算されるテンションメンバーの引張歪み（ε 2 ）を、減算する値に相当する引張り歪率εが、前記直線状スロットに残存するような張力を前記テンションメンバーに加えるものであって、当該引張歪み率εは、０．１％以上〜０．２％未満とする。
すなわち、本発明にかかる製造方法では、基本的な技術思想として、本体樹脂の成形収縮率に見合った引張歪み（ε1）から、加える撚りピッチとＴＭのスロット中心までの距離から計算されるＴＭの引張歪み（ε2）を減算する値に相当する引張歪み率が、直線状スロットに残存するような張力をＴＭに第一工程で与える。このような引張歪みを付与することによって、ピッチの変動が小さく、かつ微小変形時からＴＭが有効に作用する二溝螺旋スロットを得られる。
なお、ＴＭにε＜ε1−ε2なる引張歪みが付与されている場合、撚りの付与の後、ＴＭに残留した引張歪みが解放され、スロットに圧縮歪みを生じさせ、撚りピッチを大きい方にずらす。しかし、計算値に等しいほぼ等しい引張歪みを付与しておけば、撚りを付与した時にＴＭが引き延され、撚り付与後にはＴＭに引張荷重が残留しなくなり、ピッチ変動を引き起すことがない。
このような効果が得られる引張歪み率の範囲が０．１％以上〜０．２％未満である。この根拠としては、引張歪み率が０．１％未満の場合には、撚りを付与すると、ＴＭに引張歪みが生じ、ピッチが大きくなる方に変動する。
逆に０．２％以上では、直線状スロットに撚りを加える工程や、溝に光ファイバテープ心線を収納する工程あるいはケーブルの敷設時にかかる張力により、スロットが光ファイバに許容される引張歪み以上に簡単に引き延されてしまい、伝送損失の増大を招くというトラブルが発生することが確認されている。従って、以上の範囲に限定される。
本発明に使用できるＴＭとしては、高強度、高弾性率、低伸度、かつ本体樹脂の軟化点における収縮率が５％以下の有機繊維（芳香族ポリアミド、芳香族ポリエステル、ポリアミド、ポリエステル、ビニロン）や、無機繊維（ガラス繊維、炭素繊維、セラミック繊維、金属繊維）及びこれらの集合体を用いることができる。
また、本体樹脂に使用できる結晶性熱可塑性樹脂としては、低温脆化温度が−４０℃以下で環境亀裂破壊を起し難い熱可塑性樹脂であれば基本的に使用できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００１７】
【実施例１】
図１に断面形状を示すように、概略Ｈ字形断面の熱可塑性樹脂を主体とする本体Ａと、この本体Ａの中心上にあって、本体Ａの長手方向に沿ってその全長に設けられ、一端が外方に開口した一対の螺旋状凹溝Ｂと、この凹溝Ｂの底部にあって、本体Ａの中心軸上に等間隔（ｒ＝３．００ｍｍ）で埋設された３本のＴＭＣとからなる二溝螺旋スロット１を、図２に示す方法により製造した。
【００１８】
なお、この製造方法では、光ファイバテープ心線が収納される凹溝Ｂの目標形状寸法は、幅が４．６ｍｍ、深さが２．６ｍｍとし、スロット１の外径は７．０ｍｍとした。図２に示す製造方法では、直線状のスロット１’を得る第一工程と、この直線状スロット１’の凹溝に撚りを加える第二工程とから構成されている。第一工程では、ＴＭＣとして、１１４０デニールの芳香族ポリアミド繊維（デュポン社製：商品名ケブラー４９）を３本準備し、これをクリールスタンド４にセットして、各３本のＴＭＣにダンサーローラ５により張力を付加し、予熱装置６ａを通じて溶融押出し機６のクロスヘッドダイに供給する。この際、各ＴＭＣに１Ｋｇ／本の張力をかけることで、引張歪み率を約０．１％とすることができる。
【００１９】
そして、このＴＭＣの外周に、図１の断面形状に対応したダイスから，本体Ａの形成用樹脂として、ＰＢＴ樹脂（三菱化学（株）製：ノバデゥール ５０４０ＺＳ）を溶融状で押出して被覆し 、冷却槽８で水冷しながらサイジングキー９によりサイジングしつつ引取り機１０により引取り、これをボビン１１に巻取ることで、直線状の凹溝を有する直線状スロット１’を得た。（以上第一工程）
以上の第一工程における樹脂の押出し温度は２４５℃、ドラフト比（Ｖ2／Ｖ１、Ｖ１：樹脂の吐出線速度、Ｖ２：引取り速度）は、１．３、引取り速度４ｍ/min、サイジング装置への冷却水量９００ml/min、水圧０．２Ｋｇ／ｃｍ²、減圧チャンバーの圧力４０ｍｍＨｇに設定した。
【００２０】
引続いて、ボビン１１に巻取られた直線状スロット１’を回転供給機１２に取付け、５００mmピッチの撚りがかかるように回転させながら巻戻しつつ、熱風発生機の設定温度が２００℃、入口温度１４０℃、出口温度１６０℃の熱処理炉１３に４ｍ／ｍｉｎの速度で通して加熱軟化させた後に、溝に係合する突起を有する回転防止ガイド１４を介してサイジング装置１５に供給した。
【００２１】
サイジング装置１５は、回転引取り機１６の回転により加えられる撚りに伴い凹溝Ｂに嵌合して回転しつつ溝Ｂをサイジングするサイジングピンが５組セットされたものであり、このサイジング装置１５中でスロット１’は、冷却されつつ直線状凹溝の螺旋化と固定とサイジングが行われ、次いで、得られた二溝螺旋スロット１を回転巻取り機１７のボビンに巻取った（以上第二工程）。
【００２２】
得られた二溝螺旋スロット１のピッチを測定したところ、平均値５１８mm、変動率１２．５％であった。また、第一工程で得られた直線状スロット１’を引張試験した結果、図６に実線で示す歪み−荷重曲線を得た。この試験結果を解析すると、引張歪み率が０．１％付近までは、ＰＢＴ樹脂だけの弾性率を示し、引張歪み率が０．１％を越えるとＴＭＣの弛みがなくなり、補強材としての効果を発揮し始め、急激に伸び難くなっていることが確認された。
【００２３】
つまり、本実施例によって得られた二溝螺旋スロット１にあっては、光ファイバの伝送損失が急激に増加し始める０．２％の引張歪み率に至る前にＴＭＣの作用により伸びの発生を抑制できることになる。
【００２４】
【比較例１】
直線状のスロットの製造時にＴＭＣに張力をかけないでクロスヘッドダイに供給した以外は実施例１と同様にしてスロットを製造した。なお、無張力とは言っても、その引取りなどにより約５０ｇ程度の張力がかかっていることは勿論である。
【００２５】
この比較例１で得られたスロットのピッチの平均値は、５１５mm、変動率は１１．７％であった。この原因は、従来の技術の項でも述べたように本体樹脂Ａのスプリングバックによるものと思われる。ところが、この時の中間品である直線状スロットを引張試験すると、図６の鎖線で示すように、歪み−荷重曲線の変極点が０．５％付近に現れる。つまり、伸度が０．５％まではＴＭ２が有効に作用しない状態となる。
【００２６】
従って、この比較例１では、製造時のピッチ変動率は、小さいが、実際に使用する際に光ファイバの伝送損失が急激に増加することが予測される。
【００２７】
【比較例２】
ＴＭＣにかける張力を４Ｋｇ／本とした以外は、実施例１と同様にしてスロットを作成した。この比較例２で得られたスロットのピッチの平均値は、５３２mm、変動率は１８．９％であった。そして、直線状スロットの引張試験では、図７の一転鎖線で示すように、変極点が現れなかった。
【００２８】
【発明の効果】
以上実施例及び比較例１、２で説明したように、本発明の二溝螺旋スロットの製造方法によれば、従来に比べ、撚りを付与してもピッチ変動が少なくなり、これによって溝に光ファイバーテープ心線を収納する工程での支障を防止し、溝形状変化に伴う光ファイバの伝送損失を未然に防止できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】二溝螺旋スロットの断面図である。
【図２】同スロットの成形工程を示す説明図である。
【図３】従来の二溝螺旋スロットの荷重−歪み曲線を示すグラフである。
【図４】ＴＭの引張挙動を示すグラフである。
【図５】スロットの撚りピッチを示す模式的説明図である。
【図６】 本発明の二溝直線状スロットおよび比較例の二溝直線状スロットの荷重−歪み曲線を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 二溝螺旋スロット
１’ 直線状スロット
Ａ 熱可塑性樹脂を主体とする本体
Ｂ 螺旋状凹溝
Ｃ ＴＭ（テンションメンバー）

Claims (1)

1. 結晶性熱可塑性樹脂を主体とする本体と、前記本体の中心および中心から離間した位置に埋設配置される複数のテンションメンバーとを備え、前記本体の長手方向に沿って螺旋状に設けられ、一端が外方に開口した一対の光ファイバ心線担持用凹溝を有する二溝螺旋スロットの製造方法において、
   前記テンションメンバーの周囲に前記熱可塑性樹脂を押出して、当該熱可塑性樹脂を軟化点以下の温度で冷却して、長手方向に沿って直線状に延びる凹溝が形成された直線状スロットを形成する第一工程と、
   この直線状スロットを前記熱可塑性樹脂の軟化点以上、融点未満の温度条件下で、長軸回りに回転させて撚りを付与した後に、冷却固化して前記直線状凹溝を螺旋状に形成する第二工程とを含み、
   前記第一工程において、前記本体の形成樹脂の成形収縮率に見合った引張歪み（ε 1 ）から、加える撚りピッチと前記テンションメンバーのスロット中心までの距離から計算される当該テンションメンバーの引張歪み（ε 2 ）を減算する値に相当する引張り歪率εが、前記直線状スロットに残存するような張力を前記テンションメンバーに加えるものであって、当該引張歪み率εは、０．１％以上〜０．２％未満とすることを特徴とする二溝螺旋スロットの製造方法。

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