JP4927795B2

JP4927795B2 - 光ファイバケーブル

Info

Publication number: JP4927795B2
Application number: JP2008203071A
Authority: JP
Inventors: 栄治今田; 雅進新垣; 成且鉄谷; 大治榑松; 智也山本
Original assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2008-08-06
Filing date: 2008-08-06
Publication date: 2012-05-09
Anticipated expiration: 2028-08-06
Also published as: JP2010039275A

Description

本発明は、光ファイバをスロットロッドの溝内に収納した光ファイバケーブルに関する。

スロットロッドを利用した光ファイバケーブルには色々の種類があり、一般的な光ファイバケーブル用スロットロッドの断面の一例を図２に示している。この図に示されるスロットロッド３は、その外周に溝４が形成され、中心部には抗張力体２が設けられているものであり、溝４に光ファイバを入納する。そして、スロットロッドの外周面に押え巻および外被（シース）を施すことにより光ファイバケーブルを構成するものである。

光ファイバケーブル内に収納する光ファイバ心線数を増加する要望に応えるため、スロットロッドの溝を大きくして溝に収納可能な光ファイバ心線数を増加させる手段が採られ、必然的に、スロットロッド３が太くなる傾向にある。スロットロッド３が太くなると、光ファイバケーブルの可撓性が低下することから、この可撓性の低下を阻止するため、スロットロッドを構成する樹脂を発泡体とする場合もある。
しかしながら、近年は逆に光ファイバケーブルを細径化して、導入管路中にできるだけ多数の光ファイバケーブルを布設し、光通信・伝送能力を増大することが要求されてきている。
このように光ファイバケーブル自体を細径化するためには、当然にそのスロットロッドを細径化することが必要となる。
しかしスロットロッドを細径化するとリブが薄くなり、側圧や衝撃によりリブが折れやすくなる。この耐リブ折れ性を向上させるためには、スロットロッドを形成する材料としてより曲げ弾性率が大きい材料を用いることが有利であるというのが従来の考え方であった（特許文献１参照）。しかしながら、本発明者らの研究により、この耐リブ折れ性は曲げ弾性率の向上と相関性が無い場合があることが判明した。
特開平０７−２１８７８５号公報

本発明は、強度を強くし耐リブ折れ性の向上したスロットロッドを用いることで、より一層の細径化を可能にした光ファイバケーブルを提供することを目的とする。

本発明者らは、前記目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、スロットロッドにおいてスロットリブは構造上リブ側面と溝部の直交部分に応力が集中するため、この部分を起点に破壊が開始され、そして直交部分を中心にスロットロッドが引き裂かれていく状態となること、そしてその結果スロットロッド材料の引裂強さを特定の値以上にすることにより上記問題が解決されることを見い出した。本発明はこの知見に基づきなされたものである。
すなわち、本発明は、
（１）スロットロッドと、光ファイバ心線と、外被とを有してなり、前記スロットロッド材料の引裂強さが２００Ｎ／ｍｍ以上であり、前記スロットロッド材料の引裂強さ（Ｎ／ｍｍ）と前記スロットロッドの外周に形成された光ファイバ心線を収納する各溝間のリブにおける溝底間のリブ厚さｔ（ｍｍ）とを掛け合わせた値が１８０（Ｎ）以上であることを特徴とする光ファイバケーブル。
(２)前記スロットロッドのリブ厚さが０．６ｍｍ以上、０．９ｍｍ以下であることを特徴とする(１)に記載の光ファイバケーブル、
及び
(３)前記スロットロッド材料が少なくとも熱可塑性樹脂を含んでなることを特徴とする(１)または(２)に記載の光ファイバケーブル。

本発明の光ファイバケーブルは、耐リブ折れ性（側圧強度、耐衝撃性）を向上させたスロットロッドを用いることにより、一層の細径化を可能にする。

本発明に用いられるスロットロッドの材料としてはポリエチレンを含む熱可塑性樹脂が好ましく、全熱可塑性樹脂成分がポリエチレンであることがコスト面や特性面などの観点からさらに好ましいが、ポリエチレン以外にポリプロピレン等のポリエチレンと相溶性が良い熱可塑性樹脂成分を適宜配合したり、或いはポリプロピレン樹脂などの熱可塑性樹脂を単独で用いたりしても良い。

本発明に用いられる熱可塑性樹脂としては、好ましくはＨＤＰＥ（高密度ポリエチレン）、ＭＤＰＥ（中密度ポリエチレン）、ＬＤＰＥ（低密度ポリエチレン）、ＬＬＤＰＥ（直鎖状低密度ポリエチレン）、ＶＬＤＰＥ（超低密度ポリエチレン）、エチレンとα−オレフィンとの共重合体やポリプロピレン樹脂などが挙げられる。
また上記熱可塑性樹脂には必要に応じ一般的に使用されている各種の添加剤、例えば、酸化防止剤、金属不活性剤、難燃（助）剤、充填剤、滑剤等を本発明の目的を損なわない範囲で含有してもよい。

次に、本発明の光ファイバケーブルの好ましい実施の態様について、図面を参照しながら詳細に説明をする。
図１は本発明の光ファイバケーブルの好ましい一例のケーブル構造を示す構造図である。以下、図１において前記図２と同符号は同じものを示す。図１において、光ファイバケーブル１は、中心に抗張力体２を備えたスロットロッド３、スロットロッド３の溝４内に積層して収納された光ファイバテープ心線５、溝４に収納された光ファイバテープ心線５を押さえるためにスロットロッド３の外周に巻かれた押え巻（プラスチックテープ）６、および押え巻６の外側を覆う外被７からなる。同図において溝４、４間のリブ８の基部の厚さを、リブ厚さｔと表示する。溝４の個数は本実施形態においては５個としたが、これに限定されるものではない。抗張力体２は、通常単鋼線や撚り鋼線であるが、抗張力繊維を収束したものや収束した抗張力繊維をマトリックス樹脂で含浸して固化させたＦＲＰロッドなども用いることができる。スロットロッド３はポリエチレンからなる熱可塑性樹脂を含有する樹脂組成物からなり、外被７は例えばポリエチレン製（非難燃性樹脂や難燃性を付与した熱可塑性樹脂）である。図１において説明の便宜上、１つの溝４にのみ光ファイバテープ心線５を図示しているが、他の溝４にも同様に光ファイバテープ心線５が収納されている。

本発明に用いられる、樹脂組成物より作製されるスロットロッド材料は、引裂強さが２００Ｎ／ｍｍ以上である。引裂強さが小さすぎると、ケーブル布設時に加わる外力（側圧や衝撃など）でスロットロッドのリブ倒れが発生して、溝内に収納されている光ファイバ心線に伝送損失増加を発生させてしまったり、場合によっては光ファイバ心線を断心させてしまったりするなどの問題が生じる。
スロットロッド材料の引裂強さは、ポリマー（熱可塑性樹脂材料）の密度や結晶性ポリマーの結晶化度などの複数の要因の組み合わせにより決まるが、たとえば密度の大きなポリエチレン（例えば、高密度ポリエチレン樹脂中で密度が大きなものを単独で、または、加工性やスロットロッドの表面性を考慮して、密度などの異なるものをブレンドしたもの）や、ポリプロピレン単独やポリプロピレンと前記ポリエチレン樹脂をブレンドしたものなどを用いることにより大きくできる。
また、本発明の光ファイバケーブルに用いられるスロットロッドのリブ厚さは、ケーブルの細径化の観点から０．９ｍｍ以下であることが好ましく、さらに耐リブ折れ性の観点から０．６ｍｍ以上、０．９ｍｍ以下であることがより好ましい。
本発明で用いられるスロットロッドの溝の軌跡は限定されるものではなく、溝が螺旋状に形成されているＳ撚り又はＺ撚りであっても、溝が螺旋状に形成され交互に配置されているＳＺ撚りであってもよい。

さらに、本発明の光ファイバケーブルのスロットロッド材料の引裂強さ（Ｎ／ｍｍ）とスロットロッドのリブ厚さ（ｔ）の積が１８０Ｎ以上であることが好ましい。これを満たすように上記の引裂強さとリブ厚さの関係を逆比例の相関関係に設定する。この相関関係については次のように考える。側圧特性や耐衝撃性試験を行った場合、内部に一様な応力が加わるような構造の部品であれば、材料の曲げ弾性率と耐破壊性に相関性があると考えられる。しかしながらスロットロッドのリブは構造上、リブ側面と溝部の直交部分に応力が集中するため、ここを起点に破壊が開始される。そして、これは直交部分を中心にスロットロッドが引き裂かれていく状態であり、引裂強さが大きいスロットロッド材料の方がリブに折れや過度な変形が生じ難くなる。特にスロットロッドを細径化した場合、このことが更に顕著に現れる。
また、本発明においては、スロットロッド材料として上記したように引裂強さが所定値以上であるポリエチレンなどの熱可塑性樹脂組成物を用いることにより、従来よりリブ厚さを小さく設定できるため、一層の細径化が可能となる。

本発明の光ファイバケーブルで用いられる光ファイバの心線数やスロットロッドの溝の形状、数は特に限定するものではないが、例えば、スロットロッドには、Ｕ字型や台形状の溝が５〜１５個形成される。本発明のスロットロッドは、溝を形成後のリブの強度が高いので、リブの厚さをより薄く設定できることから溝数をより多く設けることができる。溝に収納される光ファイバ心線の形態も特に限定されず、単体の光ファイバ心線であっても、複数本の光ファイバ心線を並べて一体化した光ファイバテープ心線であってもよい。また、複数の光ファイバテープ心線を積層した積層体や、複数本の光ファイバ心線を撚り合わせた光ファイバ撚り線などであってもよい。

以下、実施例に基づいて本発明をさらに詳細に説明する。なお、本発明はこれらに限定されるものではない。

［実験例１〜８］
○曲げ弾性率
表１に示す各組成物を用いて熱プレス成形にて、厚さ４ｍｍの平滑なシートを作成し、ＪＩＳＫ７１７１に基づいて曲げ弾性率の比較評価を実施した。
○引裂強さ
表１に示す各組成物を用いて熱プレス成形にて、厚さ２ｍｍの平滑なシートを作成し、ＪＩＳＫ６２５２に基づいて切り込みなしアングル形試験片の引裂強さ（引張速度は５００ｍｍ／分）を測定した。
○耐リブ折れ性（リブ強度）
リブ強度測定用としては、図３（ａ）、（ｂ）に示すスロットロッドの模擬リブ成型が可能な熱プレス成形金型を用いて、模擬スロットロッドリブを成型した。成型条件としては、表１に示す各組成物を金型内に充填し、充填した金型をプレス成形温度２１０℃に１０分間放置して、充填した組成物を溶融状態とし、次いで充填した組成物に十分な圧力を１０分間負荷し、その後金型を５℃／分の速度で室温度まで冷却することで、図３の（ａ）、（ｂ）に示す模擬スロットロッドリブを形成した。尚、リブ厚さの調整としては、狙い設計厚さに調整されたスぺーサー２１を、図３（ｂ）に示す部位に相当する位置の金型側に適宜セットすることで形成することが可能である。尚、本発明では、熱プレス成形金型を用いているが、インジェクション成型や切削加工での模擬スロットロッドリブを成型することも可能であるが、コスト面などを考慮すると熱プレス金型成形を推奨する。
上記の模擬スロットロッドリブ成型品を、表１に示すリブ厚さで成型して熱可塑性樹脂の機械的強さを耐リブ折れ性試験で比較評価した。評価方法の詳細を図４に示す。リブ成型品１０の端部１１を金属板１２とＬ字型の金属板１３の間に挟んでネジ１４で固定する。試験機の加圧部材１５の加圧面の縁１５ａを底面からの距離１．４ｍｍの位置に合わせてリブ１６の側面１６ａの垂直方向に荷重を加える。このとき加圧部材１５の加圧面とリブ１６の側面１６ａの接触面積は４４ｍｍ^２、加圧部材１５の下降速度は２ｍｍ／分とした。そして、リブ１６が降伏した時の強度（Ｎ/ｍｍ^２）をリブ強度として測定した。
尚、各成分としては、下記のものを使用した。
（１）高密度ポリエチレン１
密度：９５６ｋｇ／ｍ^３
ＭＦＲ：０．１３ｇ／１０ｍｉｎ
融点：１３４℃
（２）高密度ポリエチレン２
密度：９５６ｋｇ／ｍ^３
ＭＦＲ：０．１４ｇ／１０ｍｉｎ
融点：１３３℃
（３）高密度ポリエチレン３
密度：９５０ｋｇ／ｍ^３
ＭＦＲ：０．３ｇ／１０ｍｉｎ
融点：１３１℃
（４）ポリプロピレン（押出成形グレード）
密度：９１０ｋｇ／ｍ^３
ＭＦＲ：１．２ｇ／１０ｍｉｎ
（５）水酸化マグネシウム
末端にビニル基を有するシランカップリング剤表面処理水酸化マグネシウム
各材料の配合量および、評価結果を表１に示す。

表１の実験結果より、曲げ弾性率とリブ強度に相関関係が成り立たないことが判る。しかし、本発明の引裂強さとリブ強度には、相関関係が成り立つ。

［実施例、比較例］
上記の実験結果を実証するため、図１の構造を有するスロットロッドを下記表２に示す各組成物を用いて押出成形した。なお、リブ厚さが０．９ｍｍのスロットロッドにおいては、外径１３．５ｍｍとし、リブ厚さが０．６ｍｍのスロットロッドにおいては、外径１３．０ｍｍとし、中心テンションメンバには２．６ｍｍの単鋼線を用いた。また、スロットロッドには５つの溝を形成し、５つの溝の寸法は、それぞれ深さ４．０ｍｍ、幅２．７ｍｍとし、スロットロッドの撚りピッチは５００ｍｍの一方向のＺ撚りとした。
なお、実験１、３、５で用いた材料を用いて実施例１〜３のスロットロッドをそれぞれ作製し、実験６、８で用いた材料を用いて比較例１、２のスロットロッドをそれぞれ作製した。

次いで、成形したスロットロッドの溝内に８心テープ状の光ファイバ心線を１つの溝につき１０枚積層した状態で収納し、次いで、光ファイバ心線を収納したスロットロッドの外周を厚さ０．１２５ｍｍのプラスチック製の押さえ巻きテープを、１／２ラップで押さえ巻きを施し、図１に示す４００心光ファイバケーブル１の外被を施さないスロットロッドコアを形成した。
なお、８心テープ状の光ファイバ心線は、ＩＴＵ−Ｔ（ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＴｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＵｎｉｏｎＴｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＳｔａｎｄａｒｄＳｅｃｔｏｒ）Ｇ．６５２準拠の外径２５０ミクロンの光ファイバを８心平行に並べて一括被覆した、厚さ０．３ｍｍ、幅２．１ｍｍのものを用いた。
得られた４００心光ファイバケーブルのスロットロッドコアに対して、以下の評価を行った。結果を表２に示す。
○側圧特性
ＩＥＣ６０７９４−１に従って、スロットロッドコアの上から５０ｍｍ平板にて１０００Ｎの荷重を１分間加えた際の測定波長１５５０ｎｍでの損失変動を測定した。損失変動が０．１ｄＢ以上では、情報の伝送エラーを発生させるおそれがあることから不合格（×と表示）とし、損失変動が０．１dB未満を合格（○と表示）とした。また、スロットロッドコアの押さえ巻きテープ、光ファイバテープ心線を除去後にリブ折れなどの異常が発生しているものを不合格（×と表示）とし、リブ折れなどの異常が発生していないものを合格（○と表示）とした。

○耐衝撃性
ＩＥＣ６０７９４−１に従ってスロットロッドコアの上に直径２５ｍｍ、１ｋｇのおもりを１ｍの高さから落下させた際の測定波長１５５０ｎｍでの損失変動を測定した。損失変動が０．１ｄＢ以上では、情報の伝送エラーを発生させるおそれがあることから不合格（×と表示）とし、損失変動が０．１dB未満を合格（○と表示）とした。また、スロットロッドコアの押さえ巻きテープ、光テープ心線を除去後にリブ折れなどの異常が発生しているものを不合格（×と表示）とし、リブ折れなどの異常が発生していないものを合格（○と表示）とした。

表２と表１の結果を対比すると、本発明の効果が実証されている。すなわち、スロットロッド材料の曲げ弾性率とスロットロッドリブ強度に相関性が無いことが表１で明らかである。しかし、本発明であるスロットロッド材料の引裂強さが２００Ｎ／ｍｍ以上であれば、リブ厚さを０．９ｍｍ以下としても機械特性を十分に満足することが実証された。すなわち、本発明の範疇でスロットロッド材料を選択することで、スロットロッドのリブ厚さを０．６ｍｍ以上０．９ｍｍ以下の薄肉の設計が可能となり、設計したスロットロッドコアに外被（シース）を施した細径な光ファイバケーブルを得ることができる。なお、側圧特性、耐衝撃特性はスロットロッドコアの状態で十分に満足できているため、シース厚さには依存しない。

本発明によれば、先ず熱可塑性樹脂としての機械的強さ（曲げ弾性率、引裂強さ、引裂強さとリブ厚さとの関係）を簡易的に把握することが可能となるため、最終的に設計しようとするスロットロッドを構成する材料（組成物を含む）種を的確に選定できる。また、実際のスロットロッドを押出成形しなくてもスロットロッドを構成する材料種を的確に選定できることから、開発までの時間短縮が可能となり、開発コストも安価となる。

本発明の光ファイバケーブルの一例のケーブル構造を示す構造図である。一般的な光ファイバケーブル用スロットロッドの具体例を示す説明図である。（ａ）実験例において、模擬スロットロッドの耐リブ折れ性測定に使用される模擬スロットロッドの一態様を示したものである。（ｂ）実験例において、模擬スロットロッドの耐リブ折れ性測定に使用される模擬スロットロッドの一態様を示した側面図である。実験例において、模擬スロットロッドの耐リブ折れ性測定装置へのセット方法の詳細を示した側面図である。

符号の説明

１光ファイバケーブル
２抗張力体
３スロットロッド
４溝
５光ファイバテープ心線
６押え巻
７外被

Claims

スロットロッドと、光ファイバ心線と、外被とを有してなり、前記スロットロッド材料の引裂強さが２００Ｎ／ｍｍ以上であり、
前記スロットロッド材料の引裂強さ（Ｎ／ｍｍ）と前記スロットロッドの外周に形成された光ファイバ心線を収納する各溝間のリブにおける溝底間のリブ厚さｔ（ｍｍ）とを掛け合わせた値が１８０（Ｎ）以上であることを特徴とする光ファイバケーブル。
前記スロットロッドのリブ厚さが０．６ｍｍ以上、０．９ｍｍ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ケーブル。
前記スロットロッド材料が少なくとも熱可塑性樹脂を含んでなることを特徴とする前記請求項１または２に記載の光ファイバケーブル。