JP3996548B2 - Ｓｚスロット及び光ファイバケーブル - Google Patents

Description

【０００１】
【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）＝Ａ_１sin（πｚ／Ｐ）＋Ａ_ｎsin（ｎπｚ／Ｐ−ψ）
と表したとき、
【数６】
１５０°≦ψ≦２００°
であり、高周波成分比率Ｄ_ｎを、
【数７】
Ｄ_ｎ＝（Ａ_ｎ／Ａ_１）×100（％）
と表したとき、
【数８】
Ｄ_ｎ≦２％（但し、ｎは３を除く２以上の整数）
２％≦Ｄ_３≦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）＝Ａ_１sin（πｚ／Ｐ）＋Ａ_ｎsin（ｎπｚ／Ｐ）
また、高周波成分の基本波成分に対する割合Ｄ_ｎについては、以下のように表すことができる。
【００２７】
【数１０】
Ｄ_ｎ＝（Ａ_ｎ／Ａ_１）×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）＝Ａ_１sin（πｚ／Ｐ）＋Ａ_ｎsin（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Ｄ_ｎについては、以下のように表すことができる。
【００３３】
【数１２】
Ｄ_ｎ≦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Ｄ_３については、以下のように表すことができる。
【００３４】
【数１３】
２％≦Ｄ_３≦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)

1. 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、
   

   

   と表したとき、
   

   

   であり、高周波成分比率Ｄ_ｎを、
   

   

   と表したとき、
   

   

   であることを特徴とするＳＺスロット。
2. 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特徴とするＳＺスロット型の光ファイバケーブル。

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