JP4927684B2 - 細径多心ケーブルに適した光ファイバ素線、光ファイバテープ心線及び光ケーブル - Google Patents

Description

本発明は、スロットロッドなどの収容体に収容して光ケーブルを構成するのに好適な光ファイバ素線及びこれを用いた光ファイバテープ心線と光ケーブルに関する。

光ファイバケーブルは収容心線数が１０００心を超えるものが敷設運用されているが、さらに加入者が増えるにつれ、増設が必要となり、管路も限界に達してしまうため、ケーブルの細径高密度化が必要となっている。このような光ケーブルは、いわゆるスロット型のもので、スロットロッドの外周面に形成された複数の螺旋状のスロット溝内に、光ファイバテープ心線（以下、テープ心線と略記する）が複数枚重ねられた状態で収容されている。スロットロッドはポリエチレンなどのプラスチックからなる長尺体で、その中心には金属撚線や繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）ロッドなどからなるテンションメンバが設けられている。また、スロットロッドの周上にはポリエステルテープなどのテープを巻回したテープ巻回層が設けられ、この上にポリエチレンなどからなるシースが被覆されている。

テープ心線は、光ファイバ素線を複数本平行に並べて紫外線硬化性樹脂などからなる一括被覆層にて被覆してなるものである。
通常、光ファイバ素線はコア及びクラッドからなるガラスファイバの上に軟質一次被覆層と硬質二次被覆層からなる外径２５０μｍのものが用いられる。ところで光ケーブルを構成する際に、スロットロッドに収容できるテープ心線の数を極めて多くするため、テープ心線の一括被覆層の厚さは薄くなっているが、それでもケーブルの細径化によりスロットは浅く、狭くならざるを得ない状況である。

このようなケーブルを曲げると、テープ心線はスロット内を自由に動くことが難しくなり、局所的に固定されるため、長手方向に圧縮の力を受けた部分は座屈して、複雑に曲がる。更に、低温でケーブルが収縮するとスロット壁面からの側圧が増して、テープ心線の端部に位置する光ファイバ素線は長手方向に圧縮されてガラスファイバが座屈してマイクロベンドを引き起こし、伝送損失増加に至ってしまうという問題があった。特にテープ心線を構成する光ファイバ素線が８本以上の幅広の場合にこの傾向は大きい。このような伝送損失増加を防ぐ方法として例えば特許文献１には二次硬質被覆層のヤング率を高くする方法や、特許文献２及び特許文献３にはテープ心線の両端の一括被覆層を厚くしてガラスファイバに伝わる側圧を弱める方法が提示されているが、これらの方法では側面からの圧力を減少させることはできるが、細径化されたケーブルを曲げた状態でのスロット中での長手方法の圧縮によるマイクロベンドを防ぐには十分でないというのが現状であった。

また、光ファイバ素線を曲げたとき、ガラスファイバへ伝わる応力を低減するために、特許文献４にはガラスファイバと被覆の引抜力を下げる方法や、特許文献５には一次被覆層と二次被覆層の間に密着力の低い層を設け、二次被覆層との間の引抜力を下げる方法が提案されている。一方、特許文献６には被覆除去力の観点からは引抜力の上限が決まるが、このように層間の密着力を下げた場合には、水浸時に界面に剥離が生じ、この部分に水が溜まることによりマイクロベントを惹き起こしてしまうことから、引抜力の下限を高くする方法が提案されている。このように、引抜力はむやみに下げることはできず、引抜力を下げて伝送損失の増加を防ぐことは長期信頼性の観点から困難であった。

特開平０６−１０９９５５号公報 特開平０５−０１９１５０号公報 特開平０８−２６２２９２号公報 特開２００１−１９４５６５号公報 特開２００２−２４３９９６号公報 特開平０９−００５５８７号公報

よって、この発明における課題は、長期信頼性を確保するとともに、細径化された光ケーブルを曲げた場合でも、伝送損失が増大するのを防止することにある。

かかる課題は、テープ心線を構成する光ファイバ素線のガラスファイバと被覆の間に０．３Ｎ／ｍｍの引抜力を加えたときの応力の緩和開始時間を１．５分以内に短くすることで解決される。

以下、本発明を図面に基いて詳しく説明する。図１Ａは本発明の一実施例である多心ケーブルの断面図である。この多心ケーブルに用いるテープ心線２は図２に示すように複数本（この例では８本）並列配置した光ファイバ素線２-１を一括被覆層２-２で覆って構成されている。各光ファイバ素線２-１は図３に示すように直径１２５μｍの光ファイバ本体２-１-１を一次軟質被覆層２-１-２で覆ったうえで、さらに、二次硬質被覆層２-１-３で覆って構成されている。光ファイバ本体２-１-１は一般的なシングルモード型である。

本実施例の光ファイバ本体２-１-１を覆う一次被覆体２-１-２は、ポリエーテルウレタンアクリレートをオリゴマーとして、これに種類を変えた単官能アクリレートモノマー及びビニルモノマー、更に光開始剤を添加して、硬化フィルムのヤング率を０．５〜２．０ＭＰａに調整し、またシランカップリング剤及び密着性モノマー（アクリルアミド）の量を変化させてガラスファイバとの密着性を調整した樹脂から構成されている。ここで、シランカップリング剤の量は従来配合されている量を中として、これよりも少ない量と多い量に調整している。また、二次被覆体２-１-３は硬化フィルムのヤング率が５５０〜８５０ＭＰａの紫外線硬化型樹脂から構成されている。一次被覆の外径は１８５〜１９５μｍで、二次被覆の外径は約２４５μｍになっている。実際に作成した光ファイバの被覆層のヤング率は製造条件に影響されるため、シートを作成して測定するのではなく、実際に製造した光ファイバから実測する必要がある。

光ファイバ一次被覆のヤング率の測定方法は、切り込みを入れた６ｍｍ長の被覆をエポキシ系接着剤で固定して、ガラスファイバを引張った時の、応力と歪の関係を求め、せん断弾性率から換算した。通常０．５〜１．５ＭＰａのヤング率のものが用いられている。また、二次被覆のヤング率は、光ファイバからガラスファイバを引抜き、筒状になった試料を、引張試験機を用いて２５ｍｍ間隔のチャックで固定して、１ｍｍ／分の速度で引張ったときの２．５％シーカントモデュラスをヤング率とした。通常４００〜１０００ＭＰａのものが用いられている。

引抜応力の測定に際しては、まず、光ファイバ素線２-１を約２００ｍｍの長さに切断したものを用意し、図４（ａ）に示すように端部から約２０ｍｍの位置で被覆に切り込みを入れて切り込み部９を形成し、切り込み部９のガラスファイバを露出させる。次に、図４(ａ)に示されるようにサンドペーパーを長方形に切った台紙７の端部に光ファイバ素線の端部２０ｍｍの部分を、接着剤８を用いて接着し固定する。このとき切り込み部９に接着剤８が回り込まない程度に接着剤８と切り込み部９の間隔をあける。接着剤８には、硬化した際に容易に変形しないもの、具体的には、ゼリー状アロンアルファ（東亞合成株式会社製）などを用いる。次いで、図４（ｂ）に示されるように、被覆切り込み部９から１０ｍｍの位置で接着剤８及び光ファイバ２-１を切断する。

台紙７と光ファイバ２-１の台紙７と接着していない片端を引張試験装置でチャッキングする。この時、被覆の切り込み部９と光ファイバ２−１のチャッキングの距離が１００ｍｍになるようにする。そして、引抜速度５ｍｍ/ｍｉｎで、光ファイバ２−１を引張ることで図４（ｂ）に斜線で示す接着部分から切り込み部９までのガラスファイバを引っ張る。そして、応力が３Ｎ（単位長さあたりの応力が０．３Ｎ／ｍｍ）となったときチャックの移動を止め、応力の緩和を追跡する。応力は初期には緩やかに低下するが、その後急激に減衰する。この急激な減衰が開始する時間を正確に決めることが難しいので、初期値の９０％に相当する２．７Ｎに達する時間を緩和開始時間とする。実施例の応力緩和曲線を図５に、緩和開始時間を表１に示す。ここで、緩和開始時間は６回の繰り返しの平均である。

次に上記実施例の光ファイバ素線に厚さ約５μｍの着色層を施したものを８本平行に並べ、一括被覆した厚さ３２０μｍ、幅２．１０ｍｍの８心テープ心線を作成した。更に、この８心テープ心線を用いて、図１に示すような外径が１４．６ｍｍで溝の螺旋ピッチが６００ｍｍ、深さが４．０ｍｍからなる５溝のＳ型スロットを用いた４００心ケーブルを作成した。各溝のテープ心線の枚数は１０枚で構成されている。尚、このケーブルはスロットの径が小さく、溝の深さが浅く、上下のスペースが８０μｍ以下になるため、ケーブルを曲げた時にテープ心線が摩擦により長手方向に移動出来なくなった際に、曲げの内側でテープ心線が弛み、その可動領域(ウインドウ)を超えて壁面に当たるためにテープ心線が座屈し、光ファイバ素線を長手方向に圧縮してマイクロベンドを引き起こすことにより、伝送損失増加を生じ易い構造である。このケーブル１０００ｍ長を胴径１４００ｍｍのドラムに巻き取り、ヒートサイクル槽に入れて、−３０℃〜７０℃のヒートサイクル試験を３サイクル行い、各心線の伝送損失を波長１．５５μｍで測定した。伝送損失の変化の一例を図６に、伝送損失増加分の最大値を求めた結果を表１に示す。尚、図６において太線は温度変化を、細線は伝送損失の変化を示す。伝送損失増加を示したのは、溝の最深部のテープ心線の両端のファイバのみであり、図６の例のように低温と高温側で増加を示すが、最大となったのは１サイクル目の−３０℃に到達した時点であり、その後は緩和する傾向を示した。

表１及び図７の結果から明らかなように、緩和開始時間が１．５分以下の光ファイバ素線（実施例１〜５）においては、ケーブルのヒートサイクル試験での伝送損失増加が０．１ｄＢ／ｋｍ以下に収まっている。一方、緩和開始時間が１．５分以上の光ファイバ素線（比較例１〜３）では著しく損失が増加していることから、緩和開始時間を１．５分以下に短くすることによって、伝送損失の増加が抑え得ることが確認された。実施例５のように一次被覆層の弾性率が低いと伝送損失増加は低くなる傾向であるが、比較例３のように、一次被覆層の弾性率が低くても、緩和開始時間が長いと伝送損失も緩和しないことが判る。本発明は実施例の400心のケーブルに限定されるものではなく、図１Ｂに示す1000心を超える多心ケーブルの細径化にも適用することができる。図１Ｂにおけるケーブル１において、スロットロッド３の中心にテンションメンバ４を有し、そのスロット内にテープ心線２が収容されている。スロットロッド３の周上にテープ巻回層６が設けられ、更にその上にシース層５で被覆されている。

以上説明したように、この発明の光ファイバ素線は、０．３Ｎ／ｍｍの引抜応力をかけたときの緩和開始時間が１．５分以下になるように調整したものである。またこの発明のテープ心線は上記光ファイバ素線を複数本並べて、一括被覆したものであり、さらにこの発明のケーブルは、上記テープ心線を複数枚重ねて収容体に収容してなるものである。したがって本発明によれば、ケーブルを曲げたとき、さらに低温下で収縮したときに発生する長手方向の圧縮応力を緩和させることにより、テープ心線の両側に位置する光ファイバ素線が座屈してマイクロベンドによる伝送損失が増加するのを防止することができる。よって、光ケーブルにおけるスロットのスペースを狭くすることによる高密度化を達成することができる。尚、この緩和開始時間はシランカップリング剤または密着性（極性）モノマーの配合量を減らすことにより短く調整することができるが、シランカップリング剤を極端に減らすと一次被覆層との化学的結合が減少するため、高湿度下での剥離を惹き起こす恐れがあることから、密着性モノマーを減らす方が望ましい。

本発明の光ケーブルの一実施例（４００心ケーブル）を示す概略断面図である。 本発明の光ケーブルの他の実施例（１０００心ケーブル）を示す概略断面図である。 本発明の光ファイバテープ心線の一実施例を示す断面図である。 本発明にかかる光ファイバ心線の概略断面図である。5の着色層の無いものを光ファイバ素線と呼ぶ。 引き抜き試験用試料の概略図である。 引き抜き試験における応力の時間推移の例を示すグラフである。 ケーブルのヒートサイクル試験における伝送損失増加の例を示すグラフである。 応力緩和開始時間とケーブルのロス増最大値の関係を示すグラフである。

符号の説明

１．光ケーブル
２．光ファイバテープ心線
２-１．光ファイバ素線
２-１-１．ガラスファイバ
２-１-２．一次被覆層
２-１-３．二次被覆層
２-１-４．着色層
２-２．一括被覆層
３．スロットロッド
４．テンションメンバ
５．シース
６．押さえテープ
７．台紙
８．接着剤
ａ．引き抜き試験長

Claims (5)

1. ガラスファイバの外周表面に、内側から少なくとも軟質一次被覆層、硬質二次被覆層が被覆されてなる光ファイバ素線において、ガラスファイバと被覆の間に０．３Ｎ／ｍｍの引抜力を加えたときの応力の緩和開始時間が０．９８分以下になることを特徴とする光ファイバ素線。
   
2. 前記光ファイバ素線から測定した前記軟質一次被覆層の弾性率が０．２７ＭＰａ以上１．００ＭＰａ以下であることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ素線。
   
3. 請求項１記載の光ファイバ素線に着色層を施した後、複数本平行に並べて一括被覆したことを特徴とする光ファイバテープ心線。
   
4. 請求項３記載の光ファイバテープ心線を複数枚重ねて収容体に収容してなることを特徴とする光ファイバケーブル。
   
5. ガラスファイバの外周表面に、内側から少なくとも軟質一次被覆層、硬質二次被覆層が被覆されてなる光ファイバ素線の製造方法において、
   ガラスファイバと被覆の間に０．３Ｎ／ｍｍの引抜力を加えたときの応力の緩和開始時間が０．９８分以下になるように調整する工程を有することを特徴とする光ファイバ素線の製造方法。

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