JP3996548B2 - Szスロット及び光ファイバケーブル - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、向きが交互に反転する螺旋状の複数のSZ溝を持ち、このSZ溝に光ファイバテープ心線を収納するSZスロット及びこのSZスロットを用いて形成されたSZスロット型の光ファイバケーブルに関する。
【0002】
【従来の技術】
光ファイバテープ心線を収納したSZスロット型光ファイバケーブルの従来の技術としては、特許文献1及び特許文献2に開示されたものがある。この技術は、図3に示すように、向きが交互に反転する螺旋状の溝2を持つSZスロット3の各溝2に、図4に示すように、光ファイバテープ心線(以下、テープ心線という)4を収納した構造を有するものである。このようにして、SZスロット型の光ファイバケーブルを1が形成される。この図4において、5はテンションメンバ、6は押さえテープ、7は外被である。
【0003】
この種のSZスロット型光ファイバケーブル1に用いるSZスロット3の溝2の軌跡は、SZスロット3を側面から見た時、図5(イ)に示すようであり、この交互に反転する溝2の軌跡を展開して示すと、図5(ハ)の展開図形2´のようになっている。
【0004】
従来は、SZスロット3の溝2の軌跡として、その展開図形が正弦曲線となるような軌跡を採用していた。すなわち、図5(ハ)に示した溝2の軌跡の展開図形2´は正弦曲線であり、この正弦曲線をSZスロット3の外周面に添わせた時の軌跡を溝2の軌跡としていた。同図において、Pは溝の反転ピッチである。Lは溝2の螺旋ピッチであり、反転ピッチPの2倍(L=2P)である。φは、例えば275°程度とされる反転角である。
【0005】
光ファイバケーブルにおいては、伝送損失を極力低減することが望まれるが、SZスロット型光ファイバケーブルの場合、テープ心線を収納する溝の螺旋の向きが交互に反転するので、一方向溝の場合と比べると、反転部近傍でテープ心線に変形が生じやすく、したがって、テープ心線の変形に注意を払う必要がある。特に、テープ心線が溝内で自由に動くことができないと、テープ心線が局所的に詰まって、半径の小さな曲がり(曲率半径20mm乃至30mm程度の曲がり)が生じ易く、伝送損失増大の要因となる。
【0006】
そこで、反転角φは、275°近傍であることがケーブル特性上好ましいとされている。その理由は、光ファイバケーブルをどの方向に曲げても、溝2内の心線の線長差が小さくなり、溝2内の光ファイバの歪みが小さくなるためであると考えられている。
【0007】
【特許文献1】
特公平7−13687号公報
【0008】
【特許文献2】
特開2002−196198公報
【0009】
【特許文献3】
特開2002−333562公報
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来のSZスロット型の光ファイバケーブルの理論解析は、SZスロットの溝内でテープ心線が自由に動けるかどうかは特に考慮せず、SZスロットの溝の軌跡が正弦波であるとして行われている。
【0011】
しかし、最近の4心テープ心線、8心テープ心線のような幅の広い心線の適用や、光ファイバケーブルの細径化による溝内のクリアランスの減少により、溝内においてテープ心線が自由に動くことができない状況が出現し、良好な伝送損失特性が得られなくなってきた。
【0012】
また、特許文献3にも開示されているように、SZスロットの溝の軌跡を調査すると、SZスロットの溝の軌跡は、正弦波からずれた形状をしており、その波形をフーリエ展開により解析すると、高周波成分が含まれていることが確認されている。
【0013】
特許文献3においては、SZスロットの溝の軌跡は、反転角が275°±10°であり、高周波成分の振幅の和の基本波成分の振幅に対する比率、すなわち、〔(高周波成分の振幅の和)×100〕/(基本波成分の振幅)〔%〕
が、5%以内のSZスロットを用いることにより、良好な特性の光ファイバケーブルが得られるとしている。
【0014】
しかしながら、従来のSZスロットの溝に収納されたテープ心線の歪みに関する提案は、1反転ピッチの間で平均化された歪みの考察に基づくものであり、局所的な歪みに言及したものは少ない。
【0015】
すなわち、光ファイバケーブルにおいては、反転部と回転部との間に位置するテープ心線に伸び最大歪みが発生し、テープ心線に「縦曲げ」が発生して伝送損失を劣化させる原因となっていることが確認されているが、従来の技術によっては、この「縦曲げ」を防止することができない。
【0016】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的としては、SZスロットの溝の軌跡を最適化し、この溝内に収納されるテープ心線における光損失の小さいSZスロット型の光ファイバケーブルを提供することにある。
【0017】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の発明は、上記課題を解決するため、テンションメンバとこのテンションメンバ上の1条以上のSZ方向の螺旋溝が形成された樹脂製のスロット層とからなり螺旋溝が略正弦波の軌跡を描くSZスロットにおいて、前記テンションメンバの軸方向をz軸方向としたときの各高周波成分を含んだ前記螺旋溝の軌跡θ(z)を、初期位相ずれをψ、溝の反転ピッチをPとし、高周波の次数を示す2以上の整数をnとして、
【数5】
θ(z)=A1sin(πz/P)+Ansin(nπz/P−ψ)
と表したとき、
【数6】
150°≦ψ≦200°
であり、高周波成分比率Dnを、
【数7】
Dn=(An/A1)×100(%)
と表したとき、
【数8】
Dn≦2%(但し、nは3を除く2以上の整数)
2%≦D3≦8%
であることを要旨とする。
【0018】
請求項2記載の発明は、上記課題を解決するため、請求項1記載のSZスロットに光ファイバを集合させて形成したことを要旨とする。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【0020】
図1は、本発明に係るSZスロットの溝の高周波成分の基本波に対する割合と、最大歪みとの関係を示すグラフである。図2は、波形歪率を振ったSZスロットを用いて光ファイバケーブルを試作した場合の損失温度特性を示すグラフである。図3は、本発明を適用しようとするSZスロット型の光ファイバケーブルにおけるSZスロットの外観を示す側面図である。図4は、本発明を適用しようとするSZスロット型の光ファイバケーブルの断面図である。
【0021】
本発明を適用しようとするSZスロット型光ファイバケーブル1は、前述した図3の通り、向きが交互に反転する螺旋状の複数の溝2を持つSZスロット3の各溝2に、図4に示すように光ファイバテープ心線4を収納した構造を有している。なお、5はテンションメンバ、6は押さえテープ、7は外被である。
【0022】
図5は、前記SZスロットの溝の軌跡を説明するグラフであり、(イ)はSZスロットの平面図、(ロ)は図(イ)の左側面図、(ハ)は前記溝の展開図である。
【0023】
この光ファイバケーブル1に用いるSZスロット3の溝2の軌跡は、SZスロット3を側面から見た時、図5(イ)に示すようであり、この交互に反転する溝2の軌跡を展開して示すと、図5(ハ)の展開図形2´のようになっている。溝2の軌跡は、その展開図形の基本波は、正弦曲線となるような軌跡を採用している。すなわち、図5(ハ)に示す溝2の軌跡の展開図形2´の基本波は正弦曲線であり、この正弦曲線をSZスロット3の外周面に添わせた時の軌跡が溝2の軌跡となる。同図において、Pは溝の反転ピッチである。Lは溝2の螺旋ピッチであり、反転ピッチPの2倍(L=2P)である。
【0024】
Φは、反転角である。この反転角Φは、275°近傍であることがケーブル特性上好ましい。光ファイバケーブルをどの方向に曲げても、溝2内の心線の線長差が小さくなり、溝2内の光ファイバの歪みが小さくなるためである。
【0025】
SZスロット3の溝2の軌跡については、反転ピッチをPとし、SZスロット3の層心径をaとし、SZスロット3長さ方向をZ軸方向、断面をX−Y平面にとると、高調波成分を含めて、以下のように表すことができる。
【0026】
【数9】
x=acosθ
y=asinθ
θ(z)=A1sin(πz/P)+Ansin(nπz/P)
また、高周波成分の基本波成分に対する割合Dnについては、以下のように表すことができる。
【0027】
【数10】
Dn=(An/A1)×100〔%〕
そして、本発明においては、溝2の軌跡を最適化することで、前述したファイバ心線に発生する最大歪みを最小化している。
【0028】
すなわち、溝2の軌跡の2次高調波、3次高調波及び4次高調波に着目し、基本波成分に対する各高周波成分の割合に対する最大歪み依存性を計算すると、図1に示す結果となる。
【0029】
ここで、溝2の軌跡について、初期位相ずれをψとすると、以下のように表すことができる。初期位相ずれψは、150°以上、200°以下である。
【0030】
【数11】
θ(z)=A1sin(πz/P)+Ansin(nπz/P−ψ)
この式から明かなように、負の高周波成分割合は、基本波に対して高調波成分の初期位相のずれがπであることを示している。
【0031】
図1より、ファイバ心線に発生する最大歪みを最小とするためには、基本波成分に対して3次高調波成分を約5%含ませればよいことがわかる。これにより、良好な特性のSZスロット型の光ファイバケーブルを得ることができる。
【0032】
すなわち、本発明に係るSZスロット3においては、高周波成分の次数nが3を除く2以上の整数である場合には、高周波成分の基本波成分に対する割合Dnについては、以下のように表すことができる。
【0033】
【数12】
Dn≦2%
そして、高周波成分の次数nが3である場合には、3次高周波成分の基本波成分に対する割合D3については、以下のように表すことができる。
【0034】
【数13】
2%≦D3≦8%
実施例として、波形歪率を振ったSZスロットを用いて光ファイバケーブルを試作し、損失温度特性を調査した。この結果を図2に示す。この図2においては、横軸は、ドラム胴径(相対値)を示し、縦軸は、損失温度特性での最大損失を示している。損失温度特性については、−30°C乃至+70°Cの温度サイクルを3サイクル与え、このときの最大値をプロットした。
【0035】
図2中において、(A)、(B)及び(C)は、それぞれ1.67%、6.03%、9.1%の波形歪みをもった溝を有するSZスロットを用いた場合の結果である。これに対して、(D)は、基本波に対して3次高調波を5.6%含み、その他の次数の高調波が1%以下である溝を有するSZスロットを用いた場合の結果である。(D)で示す光ファイバケーブルでは、その他の(A)、(B)及び(C)で示す光ファイバケーブルと比較して、損失温度特性が劇的に改善されていることがわかる。
【0036】
【発明の効果】
請求項1記載の本発明によれば、SZスロットの螺旋溝の軌跡について、基本波に対して、3次高調波成分を適度な比率で含ませているので、螺旋溝内に収納されたテープ心線の長手方向における最大歪みを最小に抑えることができる。
【0037】
また、請求項1記載の本発明によれば、テープ心線の長手方向における最大歪みを最小に抑えることができるので、損失特性の改善、歪み特性の改善を行うことができる。
【0038】
さらに、請求項1記載の本発明によれば、局所的にテープ心線に発生する歪みを抑えているので、これまでよりも小径なドラムに巻かれていても特性を確保することができる。出荷ドラム胴径を小さくすることができれば、コストダウンが可能となる。
【0039】
請求項2記載の本発明によれば、請求項1記載のSZスロットに光ファイバを集合させて光ファイバケーブルを形成しているので、螺旋溝内に収納したテープ心線の長手方向における最大歪みを最小に抑えることができ、損失特性の改善、歪み特性の改善が図られた光損失の小さいSZスロット型の光ファイバケーブルを提供することができる。また、この光ファイバケーブルは、これまでよりも小径なドラムに巻かれていても特性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】SZスロットの溝の高周波成分の基本波に対する割合と、最大歪みとの関係を示すグラフである。
【図2】波形歪率を振ったSZスロットを用いて光ファイバケーブルを試作した場合の損失温度特性を示すグラフである。
【図3】本発明を適用しようとするSZスロット型の光ファイバケーブルにおけるSZスロットの外観を示す側面図である。
【図4】本発明を適用しようとするSZスロット型の光ファイバケーブルの断面図である。
【図5】前記SZスロットの溝の軌跡を説明するグラフであり、(イ)はSZスロットの平面図、(ロ)は図(イ)の左側面図、(ハ)は前記溝の展開図である。
【符号の説明】
1 光ファイバケーブル
2 溝
3 SZスロット
Claims (2)
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