JP4194957B2 - 複合重合体／金属外装を有する光ファイバケーブル - Google Patents

Description

［発明の分野］
本発明は、一般に、通信ケーブルに関し、より詳細には、光ファイバ通信ケーブルに関する。

［発明の背景］
光ファイバケーブルには、ケーブルテレビジョン、コンピューター、電力、および電話システムで情報を伝達する光ファイバなどがある。通常、光ファイバケーブルは、１つ以上の保護層内に収容されている複数の光ファイバを含む。ケーブル内に含まれるファイバーの数と、保護層を形成するために使用される材料およびこれらの材料の厚さとは、ケーブルの用途あるいは設置のタイプに基づいて選択される。

１つの特定のケーブル用途は、「舗装道路横断」であり、この場合、ケーブルは、既存の舗装用材、アスファルトなどの舗装道路の部分を横切って敷設される。従来、約１０ｍｍの細長い溝（スロット）が、舗装道路断面内に形成される。光ファイバケーブルはその溝（スロット）内に配置され、（ネオプレンゴムなどの）下地材料がケーブルの上に置かれ、次いで、溝は、舗装用材によりつぎ当てされる。この環境で採用されるケーブルは、大きい機械負荷、湿気、および熱に曝されることもある。加えて、通常、ケーブルは、操作および「接続化」（すなわち、別のケーブルに接続およびつなぎ合わせるために現場に付加されたコネクタを受け入れること）が容易であることが望ましい。さらに、ケーブルが多数ある場合、ケーブルの可撓性は取り扱いおよび設置を容易にするが、ケーブルは、曲げられたときに屈曲してはならない。何故ならば屈曲は、ケーブルの光学特性および機械的特性に悪影響を与えるからである。

舗装道路横断に採用される通常の光ファイバケーブルは、外部因子から、管の管状通路内にあるファイバを保護する（通常０．０２０インチ（５．０８ミリ）の厚さの）滑らかな金属管を含む。次いで、金製管は重合体ジャケットによりカバーされる（ポリエチレンは、ジャケット材料の一例である）。通常はステンレススチールあるいは銅である金属管は、適切な保護を提供する傾向を有し、溶接が比較的容易である（これにより、大量生産を容易にする。しかしながら、比較的厚い金属管は、ケーブルを曲げにくくすることがある。舗装道路横断の例には、Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｃａｂｌｅ ｓｙｓｔｅｍｓ， Ｈｉｃｋｏｒｙ， Ｎｏｒｔｈ Ｃａｒｏｌｉｎａから入手可能な「ＭＳＣ Ｒｏａｄ Ｃａｂｌｅ」と、Ｐｉｒｅｌｌｉ， Ｓ．ｐ．Ａ， Ｍｉｌａｎ， Ｉｔａｌｙから入手可能な類似の製品とがある。

そこで、舗装道路横断ケーブルは、適切な機械的、光学的、安全の為および接続化特性を有し、一方、取り扱いの間に曲げ易いことが望ましい。

［発明の概要］
本発明は、舗装道路横断用途に要求される電気特性および性能を満たすことができ、しかも、このような環境で使用される通常のケーブルより可撓性がより高く、ねじれに対する耐性が高い光ファイバケーブルに関する。本発明の第１の態様では、光ファイバケーブルは、複数の光ファイバと、光ファイバを包囲し、第１の充当材料から形成された管と、管の周囲を包囲し、管に対して固定され、金属材料から形成された外装と、外装の周囲を包囲し、第２の重合体材料から形成されたジャケットとを備えている。この形態では、ケーブルは、舗装道路横断などの用途での使用に必要な機械的特性、電気特性、取り扱い特性および接続化特性を提供することが可能である。

第２の態様では、本発明は、前述のように、舗装用材、アスファルト、セメント、コンクリートあるいは土などの設置基板内に埋め込まれた光ファイバケーブルを備えている光ファイバケーブル設置部位に関する。

本発明の第３の態様では、光ファイバケーブルは、第１の重合体材料から形成された管内に複数の光ファイバを設けるステップと、管の周囲を包囲し、管に対して固定されている金属製外装を形成するステップと、外装の周囲を包囲しているために第２の重合体材料から成るジャケットを形成するステップとを備えている。いくつかの実施形態では、外装は、管の周りに薄い金属ストリップを曲げ巡らせ、ストリップの側縁により形成され長手方向に配置されている合わせ目（シーム）を溶接することにより形成される。

本発明の第４の態様では、前述の光ファイバケーブルは、前述のようなものなどの設置基板内に細長スロットを形成するステップと、設置基板内に前述の光ファイバケーブルを位置決めするステップと、付加的な設置基板材料により細長い溝（スロット）および光ファイバケーブルをカバーして、この材料内に光ファイバケーブルを埋め込むステップとを備える方法により、現場で設置できる。

［本発明の実施形態の詳細な説明］
次に、本発明を、本発明の好ましい実施形態が示されている図を参照して、より詳細に説明する。しかしながら、本発明は、異なる形で実施でき、本明細書に記載の実施形態に限定されないものとする。すなわち、これらの実施形態は、この開示が完全完璧なものとなり、当業者に本発明の範囲を完全に伝えるために提供される。いくつかの構成要素の厚さおよび寸法は、分かりやすくするために誇張されている。

図１において、１０によりまとめて示されている光ファイバケーブルが、示されている。複数の光ファイバ１２を含んでいるケーブル１０は、複数の光ファイバ１２を入れている細長い重合体の管１４と、この管１４の周囲を包囲している金属製外装２０と、外装２０の周囲を包囲している外側ジャケット２２とを含む。これらの構成要素は、より詳細に後述される。

光ファイバ１２は、光信号を搬送および伝搬することが可能である長く細い糸（ストランド）である。より詳細には、光ファイバは、全ての内部反射として知られている現象により光を伝送するための媒体として用いられる。光ファイバは、通常、外側の同心の外皮（シェル）あるいは被覆（クラッディング）により包み込まれている、ガラスあるいは場合に応じてプラスチックから成る芯（コア）を有する。被覆（クラッディング）は、一般に、ガラスから形成され、芯に対して比較的低い屈折率を有する。２つの材料の屈折率が異なるので、臨界角φ_c以上の角度で被覆（クラッディング）に当たる光線は、入射角に等しい反射角で反射されて芯（コア）内に戻る。入射角と反射角とが等しいかぎり、光線は、ファイバの長さに沿ってジグザグ状に進む。しかしながら、光線が、臨界角より小さい角度で被覆（クラッディング）に当たると、光線は屈折されて、被覆を通過し、ファイバから逃れる。

当業者は、いかなる数の光ファイバ構造でも、本発明での使用に適することを認識するであろう。特に、約２００〜３００ミクロンの厚さを有する光ファイバが、好ましい。光ファイバの例には、ＣｏｍｍＳｃｏｐｅ Ｉｎｃ．， Ｈｉｃｋｏｒｙ Ｃａｒｏｌｉｎａから入手可能な”ＬｉｇｈｔＳｃｏｐｅ”ＺＷＰ Ｓｉｎｇｌｅ Ｍｏｄｅあるいは”
ＬａｓｅｒＣｏｒｅ”マルチモード光ファイバがある。

図１において、管１４は重合体材料から形成され、重合体材料は、好ましくは、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリブチルテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレン（ＰＥ）およびこれらの混合物および共重合体から成る。いくつかの実施形態では、重合体材料は、物理特性を向上あるいは変更するおよび／または製造を容易にすることができる添加物および／または充填剤を含む。管１４の材料および寸法は、外部負荷から光ファイバ１２を保護するのに充分な剛性を提供し、曲げ負荷による屈曲を回避し、ケーブル１０を設置するのに必要なように曲げることができるのに充分な可撓性を提供するように選択される。約２０００００〜５０００００ｐｓｉの曲げ率と、約８０００〜１６０００ｐｓｉの曲げ強度とを有する材料が、特に適する。管１４のための重合体材料の一例には、ＧＥ Ｐｌａｓｔｉｃｓ， Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ Ｃｉｔｙ， Ｎｅｗ Ｙｏｒｋから入手可能なＶａｌｏｘ ＰＢＴがある。通常、ＰＢＴから形成された管１４は、約１．８〜９ｍｍの外径と、約０．４〜１．０ｍｍの肉厚とを有することができる。

いくつかの実施形態では、ケーブル１０は、管１４の管状通路内に位置する充填ゲル１６を含む。ゲル１６は防水性を有することが可能であり、管１４の管状通路内での光ファイバ１２の移動の程度を減少させることが可能である。充填ゲルの一例には、オイルとヒュームドシリカとのブレンドから成るものがある。このようなゲルは、Ｍａｓｔｅｒ Ａｄｈｅｓｉｖｅｓ， （Ｎｏｒｃｒｏｓｓ， Ｇｅｏｒｇｉａ）から入手可能である。別の実施形態では、例えば乾燥粉末または糸などの別の防水性材料が、充填ゲルの代りに採用される。乾燥粉末の一例は、Ａｄａｍｓの米国特許第６３２６５５１号に開示されている。

再び図１において、外装２０は金属材料から形成されている。金属の例にはステンレススチール、銅およびアルミニウムなどがあり、銅が、いくつかの実施形態では好ましい。外装２０は、薄く平たい金属ストリップ（すなわち、約０．００８インチ（０．２ｍｍ）〜０．０２０（０．５ｍｍ）の厚さのもの）から形成され、この金属ストリップは、管１４の周りに曲げ巡らされて、細長い円筒形を形成し、この円筒形は、管１４の周囲を包囲している。このような１つの例では、ストリップにおける互いに対する側縁は、溶接（通常はＲＦあるいはＴＩＧ溶接）あるいは別の接合技術によりシーム２１を形成するようにすることができる。外装２０は、通常、約０．２３０（３．８ｍｍ）〜０．３５０（８．９ｍｍ）インチの外径を有する。

いくつかの実施形態では、外装２０は、接着結合により管１４の外面に固定されている。このような実施形態では、接着剤層１８は、管１４と外装２０との間に配置されている。接着結合を形成するための接着剤の例には、エチレンアクリル酸（ＥＡＡ）、エチレンメタクリレート（ＥＭＡ）およびこれらの混合物および調合物などがある。

いくつかの実施形態では、高吸収性重合体粉末を含む熱い溶解接着剤層が、外装２０と管１４の外面との間に接着剤層１８として適用され、これによって、水が、この間隙に入ったり、この間隙に沿って移動したりするのを阻止する。水の移動を阻止するために、管１４と外装２０との間に高吸収性重合体粉末層のみを設けることも可能である。

いくつかの実施形態では、外装２０は、スエージ加工されて管１４の外面上に付着される。スエージ加工工程では、（前述のように薄く平たい金属製ストリップから形成されることも可能である）外装材料の管状ブランクが、所望のケーブルの長さよりいくらか短い長さで得られる。かなりの緊張が、ブランクの軸方向でブランクに加えられ、これによってブランクは伸長する。ブランクが伸長すると、その直径は短縮し、これによって、結果として得られる外装２０は、管１４上に滑りばめし（そして、いくつかの実施形態では、しまりばめにより管１４をわずかに圧縮する）。スエージ加工は、接着剤層１８が管１４と外装２０との間に存在するしないと無関係に行われる。

再び図１において、ジャケット２２は、重合体材料から形成されている。重合体材料の例には、ポリ弗化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、およびこれらの共重合体および配合物などがある。中密度ポリエチレン材料（ＭＤＰＥ）が、いくつかの実施形態では好ましい。ジャケット２２のための材料は、（例えば水、泥、粉塵および火災などの）外部因子および物理的酷使から内部構成要素を保護することが可能でなければならない。ジャケット２２の材料には例えば、物理特性を向上させたり、製造を容易にすることができる、ＰＴＦＥあるいはカーボンブラックなどの添加物などがある。通常、ジャケット２２は、０．０２０（０．５ミリ）〜０．０７０インチ（１．７７８ｍｍ）の厚さを有する。いくつかの実施形態では、ジャケット２２は、（図示されていない）接着剤により外装２０に結合されている。接着剤の例には、前述のようなものがある。

ケーブル１０が前述のように形成されると、ケーブル１０は、望ましい性能特性を有することが可能である。ケーブルの１つの例は、表１に記載のように形成できる。

このケーブル１０は、管１４と外装２０との間に位置するＥＡＡの層を含むことが可能であり、外装２０はスエージ加工されて、管１４に付着する。表１に記載のように形成されたケーブル１０は、表２に記載の物理特性を有することが可能である。

表１に記載のように形成されたケーブル１０は、表１に記載の機械的および環境的な指定条件も満たすことができる。

本発明のケーブルにおけるこのような機械的および環境的指定条件により、ケーブル１０は、特に舗装道路横断などのいくつかの用途で採用できる。ケーブル１０は、適切に光ファイバ１２を保護するために必要な機械的および環境的性能を有することができ、一方、従来の舗装道路を横断する光ファイバケーブルに比してより可撓性が高い。継ぎ足し作業においても、外装２０を管１４から剥がすことができ、これにより、管１４は、継ぎ足し用包囲体内の分岐装置として使用できる。

ケーブル１０は、特に、舗装材、アスファルト、コンクリート、土、あるいはその他の固体基板での使用に適する。設置部位の一例１０が図２Ａ〜２Ｅに示されている。設置基板３１（図２Ａ）内にケーブル１０を設置する間、細長い溝（スロット）３２が設置基板３１内に形成される（図２Ｂ）。細長い溝（スロット）３２は、通常、約８〜１２ｍｍの幅を有する。いずれにせよ、細長い溝３２は、ケーブル１０を完全に受け入れられるように充分に幅広くなければならない。いったんケーブル１０が細長い溝３２内に置かれると（図２Ｃ）、（ネオプレンなどの）下地材料３３がケーブル１０上に置かれ（図２Ｄ）、設置基板材料のキャップ３４が、細長い溝（スロット）３２上に設置され（図２Ｅ）、これによって、設置基板３１の表面を平らにし、ケーブル１０を保護する。いったんキャップ３４が硬化すると、設置部位３４は、以前と同様に利用可能である。敷石横断用途のための通常のケーブルの長さは、約５０(１５００センチ)〜１０００フィート(３００００センチ)である。

図３において、ケーブル１０は、図示の方法により製造される。光ファイバ１２および充填ゲル１６を収容している管状通路を有する管１４が、曲げステーション４２で平たく薄い金属ストリップ４０に運ばれる。ストリップ４０は曲げられて、管１４の周囲を包囲し、これによって、外装２０が形成される。ストリップ４０の両側縁４１は、曲げられた後に合わせられ、溶接ステーション４３で合わせ目（シーム）２１に沿って溶接される。管／外装組立体は、スエージ加工ステーション４４に搬送され、そこで外装２０はスエージ加工され、これによって外装２０は圧縮されて管１４上に付着する。スエージ加工された外装２０および管１４は、次いで、押出機４６へ搬送され、そこでジャケット２２は押し出されて、外装２０上に付着し、これによってケーブル１０が形成される。このプロセスは、特に、重合体管と、曲げてシーム溶接して適所に配置することができる薄く平たい金属ストリップとを採用しているので、大幅により厚い金属外装層を有する、舗装道路横断で使用される従来の光ファイバケーブルのための生産方法に比して高い生産性を提供することが可能である。これは、金属が薄いので溶接速度がより高く、長く連続するケーブルを形成することができることに起因する。

当業者は、前述の工程は、単一の連続的製造ラインの一部をそれぞれ成す別々のステーションで、あるいは、前記ステーションのある組合せで行うことができることを認識するであろう。ケーブル１０は、当業者が、光ファイバケーブルの製造に適するとものとして知っているまたは認識したその他の技術により生産することも可能である。さらに、ケーブルは特に舗装道路横断に適するが、その他の用途にも採用することが可能である。

前述の説明は、本発明を例示的に説明するものであり、本発明を限定するものではない。本発明の例示的な実施形態が説明されたが、当業者は、多数の変更が、本発明の新規の教示及び利点から実質的に逸脱することなしに、前述の例示的な実施形態において可能であることを容易に理解するであろう。したがって、すべてのこのような変更は、クレームに記載の本発明の範囲内に含まれるものとする。本発明は、クレームにより定義され、クレームの等価物も、クレームに含まれるものとする。

本発明の光ファイバケーブルの１つの実施形態を部分的に切欠して示す斜視図である。 設置基板内に本発明による光ファイバケーブルを設置する工程を順次に示す斜視図である。 本発明による製造方法の概略図である。

Claims (18)

1. 複数の光ファイバと、
   前記光ファイバの周囲を包囲し、第１の重合体材料から形成された管と、
   金属材料から形成された外装であって、前記管の周囲を包囲し且つ長手方向に配置された溶接シームを含み、前記管に対して固定されて前記管とともに複合構造を形成する外装と、
   前記外装の周囲を包囲し、第２の重合体材料から形成されたジャケットと
   を備えている光ファイバケーブル。
2. 前記第１の重合体材料は、ポリプロピレン、ポリエチレンおよびポリブチルテレフタレートから成る１つの群から選択された材料から成る、請求項１に記載の光ファイバケーブル。
3. さらに、複数の光ファイバがちりばめられている前記管内に設けられている防水性材料を備えている、請求項１に記載の光ファイバケーブル。
4. 前記防水性材料は充填ゲルである、請求項３に記載の光ファイバケーブル。
5. 前記防水性材料は乾燥粉末である、請求項３に記載の光ファイバケーブル。
6. 前記外装は、ステンレススチール、銅およびアルミニウムから成る１つの群から選択される金属材料で形成されている、請求項１に記載の光ファイバケーブル。
7. 前記外装は銅から形成されている、請求項１に記載の光ファイバケーブル。
8. 前記外装は、約０．００８〜０．０２０インチの厚さを有する、請求項１に記載の光ファイバケーブル。
9. 前記外装は約０．２３０〜０．３５０インチの外径を有する、請求項８に記載の光ファイバケーブル。
10. さらに、前記外装に対して前記管を固定するために、前記管と前記外装との間に接着剤層を備えている、請求項１に記載の光ファイバケーブル。
11. 前記接着剤層はエチレンアクリル酸から成る、請求項１０に記載の光ファイバケーブル。
12. さらに、前記管と前記外装との間に高吸収性重合体粉末層を備えている、請求項１に記載の光ファイバケーブル。
13. 前記高吸収性粉末は熱い溶解マトリックス材料内に適用される、請求項１２に記載の光ファイバケーブル。
14. 前記外装は、しまりばめにより前記管に固定されている、請求項１に記載の光ファイバケーブル。
15. 前記第２の重合体材料は中密度ポリエチレンから成る、請求項１に記載の光ファイバケーブル。
16. 前記ケーブルは約５０〜１０００フィートの長さを有する、請求項１に記載の光ファイバケーブル。
17. 現場で光ファイバケーブルを設置する方法であって、
    設置基板内に細長い溝（スロット）を形成するステップと、
    前記設置基板内に請求項１に記載の光ファイバケーブルを位置決めするステップと、
    付加的な設置基板により前記細長い溝および前記光ファイバケーブルをカバーして、前記付加的な設置基板内に前記光ファイバケーブルを埋め込むステップと
    を備えている方法。
18. 前記設置基板は、舗装用材、アスファルト、セメント、コンクリートおよび土から成る１つの群から選択された材料から成る、請求項１７に記載の方法。
    
    

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