JP4653213B2

JP4653213B2 - 光ファイバケーブル

Info

Publication number: JP4653213B2
Application number: JP2008330237A
Authority: JP
Inventors: 昌義塚本; 豊星野; 昇岡田
Original assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Current assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Priority date: 2008-12-25
Filing date: 2008-12-25
Publication date: 2011-03-16
Anticipated expiration: 2028-12-25
Also published as: BRPI0923716B1; US20110255834A1; CN102265198B; EP2372422A4; CN102265198A; EP2372422A1; BRPI0923716A2; JP2010152086A; US8842955B2; WO2010074167A1

Description

本発明は、光ファイバケーブルに関するものである。

光ファイバ心線は、一般的に石英ガラス等からなるガラス光ファイバの外周に紫外線硬化性樹脂あるいは熱硬化性樹脂等からなる軟質層と硬質層の２層構造からなる被覆が施されている。ガラス光ファイバと接触する軟質層（以下、一次被覆層という）は比較的ヤング率の低い軟質の樹脂からなり、これはバッファ層（応力緩和層）として機能する。その外周に位置する硬質層（以下、二次被覆層という）は、比較的ヤング率の高い硬質の樹脂からなり、これは保護層として機能する。さらに必要に応じて二次被覆層の外周に識別用の極めて薄い着色層が施される場合もある。
一般的に、一次被覆層には被覆後そのヤング率が３ＭＰａ以下、二次被覆層にはヤング率が５００ＭＰａ以上になる樹脂が用いられている。

この光ファイバ心線と、この光ファイバ心線の片側または両側に光ファイバ心線と並行に設ける少なくとも１本のテンションメンバとを一体的に被覆するようにシースを施した光ファイバケーブルが種々製造され、使用されている。また、このような光ファイバケーブルを架空布設する場合は、通常、シースが被覆された支持線が光ファイバケーブルの長手方向に添えられる。

ところで、これらの光ファイバケーブルが架空布設された場合、経時的に原因不明の特性劣化が発生することがあった。近年になってこの原因が夏季に発生するセミ、特にクマゼミの光ファイバケーブルへの産卵行動に起因することがわかってきた。
具体的には、クマゼミが架空に布設された光ファイバケーブルを木の幹や枝と誤って、そのシースに産卵管を突き刺し、内部に産卵する行動が原因である、というものである。
このようにシースに産卵管が刺し込まれると、内部の光ファイバにこれが刺さって光ファイバが傷つき、断線することがある。

そこで、例えば、特許文献１に記載されているように、シース表面の光ファイバ心線を挟んだほぼ対角の位置に先端が光ファイバの近傍に達するスリット状ノッチを設ける方法や、特許文献２に記載されているようにシース表面に低摩擦・高強度樹脂組成物層を形成する方法など、セミの産卵行動等による光ファイバの断線を防止する様々な方法が提案されている。

特開２００６−１６３３３７号公報特開２００７−１０１５８６号公報

しかしながら、これらの光ファイバケーブルを使用していても、セミの産卵行動に伴う光ファイバの被害を完全に防ぐことはできなかった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、セミの産卵行動等に伴って発生する光ファイバの断線の可能性をより低減させることのできる光ファイバケーブルを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る光ファイバケーブルは、光ファイバ心線と、該光ファイバ心線の片側または両側に前記光ファイバ心線と並行に配置されたテンションメンバと、前記光ファイバ心線と前記テンションメンバとを一体的に被覆するシースと、を有する光ファイバケーブルにおいて、少なくとも前記シースの表面と前記光ファイバ心線との間であって、前記テンションメンバがない部分には、降伏点時の応力が１２ＭＰａ以上であり、かつショアＤ硬度が３０以上６２以下である高分子材料があることを特徴とする。

このようにしてなる本発明の光ファイバケーブルによれば、セミが産卵管をシースに押し当てる圧力（応力）よりもシースを形成する高分子材料の降伏点時の応力が大きいため、セミの産卵管を押し当てられても弾性領域を保持することができ、初期の摩耗性を保持することができる。これにより、セミの産卵行動等により光ファイバが断線する可能性を低減することができる。

また、本発明に係る光ファイバケーブルは、上記の発明において、前記高分子樹脂が、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、紫外線硬化型樹脂のいずれかからなることを特徴とする。

また、本発明に係る光ファイバケーブルは、上記の発明において、前記高分子材料は０．３％モデュラスが５０ＭＰａ以上であることを特徴とする。
このようにしてなる本発明の光ファイバケーブルによれば、セミの産卵時の光ファイバ心線のロス変動を小さく抑えることができる。

また、本発明に係る光ファイバケーブルは、上記の発明において、前記高分子材料は引張強度が５ＭＰａ以上２０ＭＰａ以下であるとを特徴とする。
このようにしてなる本発明の光ファイバケーブルによれば、引張強度が２０ＭＰａ以下であるので、常温環境下だけでなく−２０℃程度の低温環境下においても光ファイバケーブルから光ファイバ心線を容易に取り出すことができ、さらに、引張強度が５ＭＰａ以上であるので、光ファイバケーブルを敷設する際にシースが損傷してしまう等の問題が生じにくい。

また、このようにしてなる本発明の光ファイバケーブルによれば、ショアＤ硬度が６２以下であるので、常温環境下だけでなく−２０℃程度の低温環境下においても光ファイバケーブルにニッパなどで切り込みを入れたときに亀裂が伝わりにくい。したがって、低温環境下においても良好な支持線の分離作業ができる。さらに、ショアＤ硬度が３０以上であるので、光ファイバケーブルを敷設する際にシースが損傷してしまう等の問題が生じにくい。

本発明によれば、セミの産卵行動等に伴って発生する光ファイバの断線の可能性をより低減させることのできる光ファイバケーブルを実現できるという効果を奏する。

以下に図を用いて本発明の光ファイバケーブルを詳細に説明する。図１は、本発明の光ファイバケーブル１０の一実施形態例を示す横断面図である。
図１に示すように、本発明の光ファイバケーブル１０は、その中心部に１本の光ファイバ心線１を有している。この光ファイバ心線１は、例えば、ガラス光ファイバの外周に、紫外線硬化性樹脂あるいは熱硬化性樹脂等からなる一次被覆層及びこの一次被覆層上に施した二次被覆層、必要ならさらに二次被覆層の外周に識別用の極めて薄い着色層を有し、一般的には外径２５０μｍである。光ファイバ心線の種類としては、例えば、ＩＴＵ−Ｔ（International Telecommunication Union Telecommunication Standard Sector）Ｇ．６５２で規定される通常シングルモードファイバ（ＳＭＦ）を用いることができる。

光ファイバ心線１の両側には、おおよそ光ファイバ心線１の中心とその中心が同一平面上に位置するように一対のテンションメンバ２、２が配置されている。このテンションメンバ２の材質は、例えば、アラミド繊維束、あるいは強化繊維としてアラミド繊維を用いた繊維強化プラスチック（以下単にＦＲＰという）からなっている。
この光ファイバ心線１と一対のテンションメンバ２、２を覆うようにシース３が施されている。このシース３は、高分子材料からなり、例えば、ポリオレフィン、ポリウレタン等の熱可塑性樹脂や、不飽和ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂などの熱硬化性樹脂や、ウレタンアクリレートやポリエステルアクリレートを主成分とした紫外線硬化型樹脂等を用いることができる。

このシース３の外表面には光ファイバ心線１を取り出す際、このシース３を容易に裂くことができるように、光ファイバ心線１にその先端が向くように切欠４が形成されている。この切欠４はケーブル長手方向に沿って連続して形成されている。

さらには光ファイバ心線１と一対のテンションメンバ２、２とその中心がほぼ同一平面上に位置するように支持線５が配置されており、これら光ファイバ心線１、テンションメンバ２、２及び支持線５に対して一体的にシース３が被覆されている。
ここで、支持線５は、例えば、ＦＲＰ線や亜鉛メッキ鋼線等からなるものであり、このように支持線５を有する光ファイバケーブル１０は、自己支持型光ファイバケーブルと呼ばれている。
尚、テンションメンバ２、２及び支持線５とも、ケーブル長手方向全長に亘って光ファイバ心線１と並行に配置されている。

光ファイバケーブル１０は、向かって右側の光ファイバ心線１を有するケーブル本体部と、支持線５を内蔵している支持線部とが連結部９を介してシース３により一体化されており、ケーブル本体部（図１における連結部９よりも右側部分）の外径は、例えば、長径×短径が約３．１ｍｍ×約２．０ｍｍとなっている。

シース３を形成する高分子材料は、降伏点時の応力が１２ＭＰａ以上である。
シース３に降伏点時の応力より大きな応力がかけられると塑性領域（弾性領域を超え、変形が元には戻らず残留する領域）に移行し、耐磨耗性が初期状態よりも劣化する。したがって、セミが産卵管をシース３に押し当て、降伏点時以上の応力がかけられた状態では、シース３は産卵管の往復回転運動によって簡単に磨耗してしまう。
一方、シース３を形成する高分子材料として降伏点時の応力が大きいものを用いると、セミの産卵管を押し当てられても弾性領域を保持することができ、初期の摩耗性を保持することができる。これにより、セミの産卵行動等により光ファイバが断線する可能性を低減することができる。
なお、ここでいう降伏点時の応力とは、２３℃におけるＪＩＳＫ７１１３に規定される「引張降伏強さ」を意味する。

図１に示す光ファイバケーブル１０を用いて、降伏点時の応力とセミの産卵行動に伴う傷（以下、産卵傷という）の深さの関係調べた。
まず、１３ｃｍ長に切断した光ファイバケーブル１０を２本を１組にして、総数４０本２０組を用意した。１回の実験では１組２本の光ファイバケーブルをクマゼミと共に幅２００ｍｍ、奥行き２００ｍｍ、高さ３００ｍｍの容器内に放置し、２４時間経過後、光ファイバケーブルに残された産卵傷の平均深さを調べた。結果を図２に示す。

図２に示すように、降伏点時の応力が大きいほど産卵傷の平均深さが浅く、降伏点時の応力が１２ＭＰａ以上の高分子材料を用いれば産卵傷の平均深さを０．３ｍｍ以下に抑えることが可能であり、降伏点時の応力が１３ＭＰａ以上の高分子材料を用いれば産卵傷の平均深さを０．２５ｍｍ以下に抑えることが可能である。

特に降伏点時の応力が１２ＭＰａより小さい領域では産卵損傷も急激に深くなる傾向が見られることから、降伏点時の応力を１２ＭＰａ以上とすることで、セミの産卵管が光ファイバ心線に到達する頻度を効果的に低減できる。
なお、高分子材料として熱可塑性樹脂を用いた場合、降伏点時の応力は、結晶ポリオレフィンの配合量を大きくすることによって大きくすることができる。
また、心線取り出し作業性の観点からは、降伏点時の応力が２０ＭＰａ以下の高分子材料を用いることが好ましい。

また、シース３を形成する高分子材料は、０．３％モデュラスが５０ＭＰａ以上であることが好ましい。
セミの産卵時において、産卵管が突き刺さったときの力が内部の光ファイバ心線まで作用し、光ファイバ心線が曲げられることによりロス変動が発生する。
このロス変動は、産卵時に一時的に光ファイバ心線の伝送損失が増加するものであるが、変動が大きい（１ｄＢを超える）場合は光瞬断に達する可能性があり、また元の伝送損失に戻らない場合もある。なお、ロス変動が一時的にでも０．２ｄＢを超えると通信障害などの問題が生じることがある。
なお、ここでいう０．３％モデュラスとは、ＪＩＳＫ７１１３に規定されるものであり、２３℃における０．３％伸びたときの引張り弾性率を意味する。

図１に示す光ファイバケーブル１０を用いて、０．３％モデュラスとセミの産卵時のロス変動の関係調べた。
図３に示すように長さ３ｍの光ファイバケーブル１０をクマゼミを収容した幅２００ｍｍ、奥行き２００ｍｍ、高さ３００ｍｍの容器２１内にはわせ、光ファイバケーブルの両端にそれぞれ波長１５５０ｎｍの光源２２と、ＯＥ変換器２３／デジタルオシロスコープ２４を接続し、産卵時に発生するロス変動を調べた。測定間隔は１ｍｓｅｃとした。結果を図４に示す。

図４に示すように、高分子材料の０．３％モデュラスが小さいとロス変動は大きくなる。これは、０．３％モデュラスが小さい高分子材料ほど、光ファイバ心線が曲げられやすいためと考えられる。０．３％モデュラスを５０ＭＰａ以上とすることで、セミの産卵時のロス変動を０．２ｄＢ以下に抑えることができ、０．３％モデュラスを９０ＭＰａ以上とすることで、セミの産卵時のロス変動を０．１ｄＢ以下に抑えることができる。
特に０．３％モデュラスが５０ＭＰａより小さい領域ではセミの産卵時のロス変動が急激に大きくなることから、０．３％モデュラスを５０ＭＰａ以上とすることで、セミの産卵時のロス変動を効果的に低減できる。
なお、高分子材料として熱可塑性樹脂を用いた場合、０．３％モデュラスは、たとえば、ベースポリエチレンに配合するポリプロピレンの配合比や難燃材として添加する水酸化マグネシウムの添加量を増加させることによって大きくすることができる。
また、支持線を取り外した状態での固定曲げ配線のしやすさの観点からは、０．３％モデュラスが８００ＭＰａ以下の高分子材料を用いることが好ましい。

また、シース３を形成する高分子材料は、引張強度が５ＭＰａ以上２０ＭＰａ以下であることが好ましい。
引張強度を２０ＭＰａ以下とすることで、常温環境下だけでなく−２０℃程度の低温環境下においても光ファイバケーブルから光ファイバ心線を容易に取り出すことができ、さらに、引張強度を５ＭＰａ以上とすることで、光ファイバケーブルを敷設する際にシースが損傷してしまう等の問題が生じにくい。
なお、ここでいう引張強度とは、２３℃におけるＪＩＳＫ７１１３に規定される「引張応力」を意味する。
高分子材料として熱可塑性樹脂を用いた場合、引張強度は、たとえば、ベースポリエチレンに配合するポリプロピレンの配合比や難燃材として添加する水酸化マグネシウムの添加量を変化させることによって調整することができる。

また、シース３を形成する高分子材料は、ショアＤ硬度が３０以上６２以下であることが好ましい。
ショアＤ硬度を６２以下とすることで、常温環境下だけでなく−２０℃程度の低温環境下においても光ファイバケーブルにニッパなどで切り込みを入れたときに亀裂が伝わりにくい。したがって、低温環境下においても良好な支持線の分離作業ができる。さらに、ショアＤ硬度を３０以上とすることで、光ファイバケーブルを敷設する際にシースが損傷してしまう等の問題が生じにくい。
なお、ここでいうショアＤ硬度とは、ＪＩＳＫ７２１５タイプＤに規定されるものであり、２３℃におけるものである。
なお、高分子材料として熱可塑性樹脂を用いた場合、ショアＤ硬度は、たとえば、ベースポリエチレンに配合するポリプロピレンの配合比を変えることで変化させることによって調整することができる。

［実施例］
ベースとなるポリオレフィン材料の種類（密度）や配合する樹脂や難燃材の種類・配合量を調整することで、降伏点時の応力、０．３％モデュラス、引張強度、ショアＤを変化させた熱可塑性樹脂を用いてシース３を形成し、図１と同様の光ファイバケーブル１０を製造した。これらを用いて、産卵傷の平均深さ、産卵時のロス変動、−２０℃環境下での取り出し性、常温下での取り出し性、−２０℃環境下での支持線分離性、常温下での支持線分離性を評価した。

なお、産卵傷の平均深さ、産卵時のロス変動の評価方法は、前述した方法と同様である。また、引張強度の測定は、２３℃においてＪＩＳＫ７１１３準拠の方法で２号ダンベルを用いて行った。
−２０℃環境下での取り出し性、常温下での取り出し性は、光ファイバケーブル１０の支持線部を取りケーブル本体部のみの状態とし、端末よりニッパで１０ｍｍ切り込みを入れる。その後光ファイバケーブルを手で左右に切り裂いたとき、問題なく切り裂けた場合を○、１０ｍｍの切り込みでは裂くのが非常に困難で、切り込みを１００ｍｍ入れれば裂ける場合を△、切り込みを１００ｍｍ入れても切り裂けない場合を×とした。

−２０℃環境下での支持線分離性、常温下での支持線分離性は、光ファイバケーブル１０の連結部９にニッパで切り込みを入れ支持線部を分離したとき、問題なく支持線部を分離できたものを○、亀裂が生じるが、ケーブル本体部には亀裂が及ばなかったものを△、亀裂がケーブル本体部まで及んだものを×とした。
結果を表１に示す。

表１に示すように降伏点時の応力が１２ＭＰａ以上であれば、産卵傷の平均深さが０．３ｍｍ以下であり、セミの産卵管が光ファイバ心線に到達する頻度を低減できた。
また、０．３％モデュラスを５０ＭＰａ以上とすることで、セミの産卵行動によるロス変動を０．２ｄＢ以下に抑えることができた。
さらに、引張強度を２０ＭＰａ以下、常温環境下だけでなく−２０℃程度の低温環境下においても光ファイバケーブルから光ファイバ心線を容易に取り出すことができた。
また、ショアＤ硬度を６２以下とすることで、良好な支持線部の分離性が得られた。

図５は、本発明の光ファイバケーブル１０の別の実施形態例を示す横断面図である。図５に示す光ファイバケーブル３０は、図１に示したものと異なり、光ファイバ心線１と一対のテンションメンバ２、２を覆うように内層シース３１が施され、その外周に外層シース３２が施されている。内層シース３１は一般的にシースに用いられる難燃ポリオレフィン等の熱可塑性樹脂からなり、外層シース３２は、降伏点時の応力が１２ＭＰａ以上である高分子材料からなる。このような光ファイバケーブル３０においても外層シース３２により、セミの産卵行動等に伴って発生する光ファイバの断線の可能性をより低減させることができる。

図６は、本発明の光ファイバケーブル１０の別の実施形態例を示す横断面図である。図６に示す光ファイバケーブル４０は、図１に示したものと異なり、光ファイバ心線１と一対のテンションメンバ２、２を覆うように内層シース４１が施され、その外周に外層シース４２が施されている。外層シース４２は一般的にシースに用いられる難燃ポリオレフィン等の熱可塑性樹脂からなり、内層シース４１は、降伏点時の応力が１２ＭＰａ以上である高分子材料からなる。このような光ファイバケーブル４０においても内層シース４１により、セミの産卵行動等に伴って発生する光ファイバの断線の可能性をより低減させることができる。また、外層シース４２が一般的に用いられている難燃ポリオレフィンからなるため、従来の光ファイバケーブルと同様に取り扱うことができ、敷設や配線が容易である。

図７は、本発明の光ファイバケーブル１０の別の実施形態例を示す横断面図である。図７に示す光ファイバケーブル５０は、図１に示したものと異なり、光ファイバ心線１のみを覆うように内層シース５１が施され、その外周に外層シース５２が施されている。外層シース５２は一般的にシースに用いられる難燃ポリオレフィン等の熱可塑性樹脂からなり、内層シース５１は、降伏点時の応力が１２ＭＰａ以上である高分子材料からなる。このような光ファイバケーブル５０においても内層シース５１により、セミの産卵行動等に伴って発生する光ファイバの断線の可能性をより低減させることができる。また、外層シース５２が一般的に用いられている難燃ポリオレフィンからなるため、従来の光ファイバケーブルと同様に取り扱うことができ、敷設や配線が容易である。

図８は、本発明の光ファイバケーブル１０の別の実施形態例を示す横断面図である。図８に示す光ファイバケーブル６０の特徴は、図１に示したものと異なり、光ファイバ心線１とテンションメンバ３とによって形成される平面に略直角する方向（図８、上下方向）に、光ファイバ心線１から所定間隔を有して光ファイバ心線１を挟むように、ケーブル長手方向に並行配置された断面長方形の内層シース６１，６１と、光ファイバ心線１と一対のテンションメンバ２、２と、内層シース６１，６１とを覆うよう施された外層シース６２からなる。このような光ファイバケーブル６０においても内層シース６１により、セミの産卵行動等に伴って発生する光ファイバの断線の可能性をより低減させることができる。また、外層シース６２が一般的に用いられている難燃ポリオレフィンからなるため、従来の光ファイバケーブルと同様に取り扱うことができ、敷設や配線が容易である。

本発明に係る光ファイバケーブルの一実施形態例を示す横断面図である。本発明に係る光ファイバケーブルの降伏点時の応力とセミの産卵行動に伴う産卵傷の深さの関係を示す図である。本発明に係る光ファイバケーブルのセミの産卵時のロス変動を調べる方法を示す模式図である。本発明に係る光ファイバケーブルの０．３％モデュラスとセミの産卵時のロス変動の関係を示す図である。本発明に係る光ファイバケーブルの別の一実施形態例を示す横断面図である。本発明に係る光ファイバケーブルの別の一実施形態例を示す横断面図である。本発明に係る光ファイバケーブルの別の一実施形態例を示す横断面図である。本発明に係る光ファイバケーブルの別の一実施形態例を示す横断面図である。

符号の説明

１光ファイバ心線
２テンションメンバ
３シース
４切欠
５支持線
９連結部
１０光ファイバケーブル
３１、４１、５１、６１内層シース
３２、４２、５２、６２外層シース

Claims

光ファイバ心線と、該光ファイバ心線の片側または両側に前記光ファイバ心線と平行に配置されたテンションメンバと、前記光ファイバ心線と前記テンションメンバとを一体的に被覆するシースと、を有する光ファイバケーブルにおいて、少なくとも前記シースの表面と前記光ファイバ心線との間であって、前記テンションメンバがない部分には、降伏点時の応力が１２ＭＰａ以上であり、かつショアＤ硬度が３０以上６２以下である高分子材料があることを特徴とする光ファイバケーブル。
前記高分子材料は、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、紫外線硬化型樹脂のいずれかからなることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバケーブル。
前記高分子材料は０．３％モデュラスが５０ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の光ファイバケーブル。
前記高分子材料は引張強度が５ＭＰａ以上２０ＭＰａ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１に記載の光ファイバケーブル。