JP5048461B2 - 光ファイバコードおよび光ファイバコード配線方法 - Google Patents

Description

本発明は、通信用の光ファイバを家屋内で自由に配線するための光ファイバコードおよびその配線法に関するものである。

国内では、近年光ファイバを用いた公衆通信が普及し、家の中の光ファイバ配線が一般的になった。

図８は、光インドアケーブルとよばれる光ファイバコードの断面図である。１は光ファイバ心線で、石英ガラスを素材とする光ファイバ1-1を合成樹脂で被覆したものであり、光ファイバの種類としてはシングルモードファイバが一般的である。ただし、通常のシングルモードファイバでは、きつい曲げを加えると、光が漏れだして損失となるため、その曲げ半径には制限があった。最近まで曲げ半径の許容値は３０ｍｍが普通であった。補強材３'には、鋼線、あるいはアラミド繊維をエポキシ樹脂で固めた線材が適用されている。これらを保護部材２'となるポリエチレンで一括被覆して製造されている。

従来、室内の出隅（エッジ）や入隅をまたぐ配線では、光ファイバコード（宅内配線に用いるものは、インドアケーブルとも呼ばれる）を壁面や柱から浮かして、曲げ半径が大きくなるように配線する必要があった。このような配線形態は、美観的な問題のほか、光ファイバコードを引っかけて破損させやすいという問題があった。

近年、曲げても損失が生じにくいシングルモードファイバが普及し、曲げ半径の許容値を１５ｍｍや１０mmにできることから、出隅・入隅での浮かしを小さくして配線できるようになった。その技術の例は、たとえば下の非特許文献１に、図８の構造で、心線を２心にしたものが記載されている。

最近では、ホールアシスト型ファイバと呼ばれる光ファイバ（簡単にホーリーファイバとも呼ばれる。）が開発されており、これを適用すれば、曲げ半径が５ｍｍ以下でも損失が生じないことから、出隅・入隅への密着配線がしやすくなった。このホールアシスト型ファイバの断面構造を図９に示す。コア1-1-2の周りのクラッド部1-1-1に空孔1-1-3を形成して光の閉じ込めを強化したものである。ただし、図８のような構造は、補強材の剛性が大きすぎてきつい曲げ配線に適さないため、丸形断面のルース型コードがこのファイバには採用されている。この技術は、下に示す特許文献１に記されている。

最近米国コーニング社からnanoStructures^TM fiberと呼ばれる光ファイバが最近発表されている。この光ファイバの説明は、たとえば下の非特許文献２に記載されている。

特開2005-345805「光ファイバコード」 寺沢ほか、"小径曲げ対応型アクセス用シングルモード光ファイバ"、SEIテクニカルレビュー、第１６３号、２００３年９月 米国雑誌FORTUNE,August,6, 2007の記事"Bend It Like Corning"(http://www.corning.com/docs/corporate/media_center/69738_E_Print_R1.pdf)

このように、曲げによる光損失が生じにくい光ファイバが開発されたが、ガラスを素材とする光ファイバは、きつい曲がりを加えたまま放置すると、表面にある微細傷が成長して長期的には破断してしまうため、許容できる曲げ半径には限界がある。ホールアシスト型ファイバについては、曲げ損失は問題ないが、この機械的な強度が曲げ半径を小さくする際の制約となる。したがって、９０度の出隅（エッジ）に密着して配線するには、光ファイバを実質的にエッジ表面から離して曲げ半径を大きくすることが必要であり、前述の特許文献１に代表される光ファイバコードにおいては、外径を大きくすることでそれを可能にしている。しかし、３〜５mm程度の太さは、円形断面でもあることもあって固定しにくく、壁や柱への固定配線には美観上不都合であった。

また家屋内で部屋をまたぐ光配線は、壁に貫通穴を設けて通すとか、天井に穴を開けて天井裏経由で配線するとかの方法をとらざるを得ず、美観の上でも、作業性においても不都合であったため、これまで極力避けられてきた。

ドアやふすま、窓を経由した配線ができれば、部屋をまたぐのは簡単になるが、それには光ファイバコードが薄いことと出隅への密着配線が可能であることが必要であり、これを両立させる技術はなかった。
サッシ窓や室内のドア、引き戸を経由する配線は、出隅・入隅が連続しており、隙間も狭いので光ファイバが逃げる空間がない。図１０に、サッシドアの断面構造の例を示す。書き込んだ括弧付き数字は寸法を表し、単位はmmである。したがって、そこに挟み込むファイバには、図中に示したようにきつい曲がりが生じるため、これまでどのような光ファイバを使っても配線が困難と考えられていた。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、これまで困難だったドアや引き戸、窓を通す光配線が可能で美観も損なわない光ファイバコードを実現することを目的とする。

この目的を達成するために、本発明では、光ファイバにはホールアシスト型ファイバを採用して薄いテープ形状にするとともに、その配線方法においては、この光ファイバを出隅の稜線に直交させずに特定値以下の角度をもって交差させる方法をとるものである。具体的構造としては、曲げ形状の保持と側圧対策のために、光ファイバの両側には塑性変形しやすい金属線を配置して熱可塑性樹脂で一括被覆し、この被覆表面の一部にノッチを形成する。このノッチにより、金属線が位置する部位を除去しやすくなり、配線の方向を自由に変えられる。

光ファイバ心線の位置する部位の被覆表面を凹ませることにより光ファイバへの応力を緩和することにより、金属線を省くか、あるいは一括被覆の樹脂よりも弾性率の高い合成樹脂の線材で代用することも可能である。

以上説明したように、本発明は、これまで困難だった窓や室内ドアを通る光配線を可能にするものであり、しかもその配線作業が容易に実施できるようにするものであるから、宅内光配線を前提とする今後の光ブロードバンドサービスの一層の普及に大きく貢献することができる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の原理を示す図である。図中の左上は、出隅（エッジ）の形状をモデル化して示している。鋭いエッジも、拡大すればその先端は丸みを帯びているため、円柱で近似できる。このとき、その曲率半径ｒのエッジ先端に、光ファイバを稜線からθの角度で傾けて沿わせたとき、光ファイバ自体の曲率半径ρは次式で求められる。

ただし、t₁はエッジ表面から光ファイバ中心軸までの距離である。光ファイバは被覆されているため、t₁は有限の大きさを持つ。被覆が全く無い極限条件では、t₁はファイバ半径となる。光ファイバをこのエッジの稜線に直角に沿わせたとき（θ=90°）、曲げ半径はr+ t₁となる。

図２に示すグラフでは、光ファイバをエッジの稜線に斜めに沿わせたときの光ファイバの曲げ半径を計算した結果である。横軸のθは図１に示したように、稜線となす角度である。図中、r + t₁が0.25 mm、0.5 mm、1.0 mmの場合について示した。これから、θが小さくなると、光ファイバの曲げ半径が著しく大きくなることがわかる。したがって、エッジがシャープな場合であっても、θを小さくして光ファイバを配線することにより、長期的な信頼性が保たれることになる。これが本発明の原理である。なお、r + t₁が大きくなるほど光ファイバの曲げ半径が大きくなるので、破断しにくくなる。

なお、外径125μｍのホーリーファイバの場合、許容曲げ半径は2.5mm程度、外径80μｍのホーリーファイバでは許容曲げ半径は1.6mm程度であるので、それらを図中に破線で示している。きつい曲げが加わった光ファイバの機械的長期信頼性については、たとえば下の文献に詳細な記載がある。

Masao Tachikura, "Improved theoretical estimation of mechanical reliability of optical fibers", Proceedings of SPIE, Volume 5623, January, 2005.
つぎに、θのとるべき値について説明する。光ファイバの外径をdとすれば、許容曲げ半径ρ_minは、概略、ρ_min＝20d で表現できる。したがって、θは下式を満足するように設定すればよい。

また、きつい曲げ状態を保持することも一般的には容易ではないため、塑性変形しやすい金属、たとえば銅、アルミニウム、黄銅などを、補強材に採用する。これにより、曲げ形状が保持されることになる。また、この補強材を光ファイバ心線径よりも太くしておくことにより、外側から力が加わった場合にも、光ファイバ心線にその力が働かないように保護することができる。

以下、図面をもとに本発明の実施例を具体的に説明する。

図３は、本発明の実施例の断面図である。ホールアシスト型ファイバの光ファイバ心線１を、その両側に配置した補強材３とともに熱可塑性樹脂被覆２で一体化した構造である。上下対称の形状にしている。

補強材は、図では断面形状が丸になっているが、矩形でも構わない。補強材の役割は、上面からの外圧や衝撃から心線を保護すること、および、屈曲配線形状を保持しやすくすることである。したがって補強材は、太さ（矩形断面の補強材では厚さ）が光ファイバ心線と同等以上で非圧縮性の材料が望ましい。屈曲配線を保持するという要求条件はこれまでの光コードや光ケーブルにはなかったものである。補強材を、銅線やアルミニウム線、ニッケル線、あるいはこれらの合金線（黄銅線、ニクロム線など）とすることにより、きつい曲げには塑性変形して形状を保つようになるため、配線がしやすくなる利点がある。この形状保持力は、補強材の太さを選定することにより適性化できる。なお、従来のように、塑性変形が生じにくい鋼線等を適用したりすると、配線しにくいばかりか、配線した後も真直に戻ろうとする力が持続するため、粘着面が剥離する危険がある。したがって、塑性が強い金属を適用することには大きなメリットがある。

この実施例は、出隅の稜線に対して斜めになるように固定する。その部分の固定には、たとえば両面接着テープや接着剤を適用できる。直線状に配線する部分では、コードの上から粘着テープや市販の固定用部材を被せて固定することもできる。

またこの実施例は、上面と下面にノッチ（切り欠き）が形成されている。このノッチで切り裂き、補強材を含む翼部の部位を局所的に切り離すと、紙面横方向に曲がりやすくなるため、配線方向を変えることができる。図４にその配線例を、ドアの場合について展開図で説明する。図４において、(a)はドアフレーム側の水平断面図、(b)は光ファイバコードを貼る面の展開図、(c)は光ファイバコード曲がり部の構造である。(c)に示したような形状にすることにより、(b)中に白抜きの矢印で示した曲がり箇所を作って配線できる。(b)中で縦の実線で示した稜線に斜めに交差させて配線すると、配線の高さ位置がずれてくるが、配線を曲げて方向を変えることにより、ドアをまたぐ配線の両端の高さを調整できる。図４(b)では同じ高さにしている。

なお、本発明の光ファイバコードは、ドアや窓等を通過させるだけの配線ではなく、部屋の中の壁配線にも使えるため、一本の光ファイバコードで宅内を配線することができる。

また、最も一般的な心線直径はφ０．９ｍｍなので、心線を含む部位の寸法をこのφ０．９ｍｍに近い寸法になるようにしておくことにより、多くの市販の現場組立型光コネクタを適用できる。もちろん、工場組立の通常のコネクタも取り付けられる。φ０．９ｍｍ心線の公差は通常±０．１ｍｍであるが、コネクタフェルールの挿入穴は余裕を持たせてあるので、心線を含む部位の光ファイバの直径を０．７５ｍｍ〜１．０５ｍｍにしておけばよい。

つぎに、本実施例を出隅に配線する際の、稜線となす角度θの決め方について説明する。

図５は、式(2)を用いて、光ファイバの外径dが125μｍの場合と80μｍの場合について、r + t₁に対するθの上限を計算した結果である。dは125μｍが一般的であるが、最近では80μｍという寸法を採用した製品も一部の商品に適用されている。

図３で示した実施例では、t₁は寸法Aの半分に相当するので、Aを0.9mmとすれば、t₁＝0.45 mmになる。次にｒであるが、工業製品では安全のため手の触れる角は丸めてあり、rは少なくとも0.3mmは確保されている。したがって、r + t₁の下限は0.75mmと見込まれる。このとき、図から読みとれるように、θの上限値は、光ファイバ外径がφ125μｍの場合に30°強、φ80μｍの場合に40°強である。したがって、配線の際のθを、光ファイバ外径が125μｍの場合には30°、80μｍの場合には40°を目安にすることにより、長期信頼性が保証することができる。

図6は、他の実施例の断面形状である。図６（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ図３に対応した他の実施例を示す。図6(a)は光ファイバ心線が位置する部位の被覆表面の片側を、隣接する金属線の位置する部位の熱可塑性樹脂表面よりも凹ました構造にしている。この面を上面、反対側をドア枠等への貼り合わせ面とすれば、上面にドア等がぶつかっても、両側の金属線の位置する部位にだけ衝撃を受けることになるので、光ファイバ心線は安全である。

図6(ｂ)はこの構造において、心線を２心テープ心線とした場合である。テープ心線とせず、単心線を単に２本並べた構造でもよい。端末には、２心のＭＴコネクタ、２心のMPOコネクタ、MT-RJコネクタが有効である。ノッチで区切られた心線を含む部位の形状寸法は、これらのコネクタに極力整合したものにすることによりコネクタプラグ取り付けの作業性を良くできる。

図6(ｃ)は、貼り合わせ面となる下面の幅を上面よりも広くした場合である。これにより粘着剤や接着剤の効き目が大きくなる。また側面が傾斜するため、手や他物体と擦れたときに引っかかりにくく、また照明下での影が目立たなくなる美観上の利点も生じる。

また、どのような構造であっても、美観を重視し、一括被覆の熱可塑性樹脂被覆材を透明の材質にして、目立たないようにすることが可能である。また、両面接着テープを下面にあらかじめ貼り付けた構造とし、接着固定の手間を省くことにしてもよい。

なお、これまでに述べた実施例では、ノッチを上面と下面の両方に設けてあるが、上方だけにして、貼り合わせ面のノッチを省いてもよい。その方が接触面積が大きくなるので接着性を高めることができる。

図７は両翼部の除去の作業例を示している。図７(a)のように、長手方向の２箇所で、両側面からニッパ等の工具でノッチのところまで切れ目６を入れる。しかる後、図７(b)のように手で翼部を片方から引き裂いて除去できる。最終形状は図７(ｃ)となる。
ノッチをガイドにして位置決めし一括に切り取る工具も容易に作製可能である。２０ｍｍ程度両翼を削除できれば十分であるので小型にできる。

なお、これまで本発明の実施例にあたっては、光ファイバはホールアシスト型ファイバと記述してきたが、最近米国コーニング社から非特許文献２に示すnanoStructures^TM fiberと呼ばれる光ファイバが最近発表されている。これも、コアの周りの空孔が微細で多数という違いや製造法の差異はあるが、原理上ホールアシスト型ファイバに含まれるものであり、本発明の実施例は、図９の構造のホールアシスト型ファイバだけでなく、上記の光ファイバを適用したものも含む。

本発明の原理の説明図。 本発明の効果を示す計算例を示す図。 本発明の実施例での構造説明図。 本発明の配線の実施例の説明図であり、(a)はドアフレーム側の水平断面図、(b)は光ファイバコードを貼る面の展開図、(c)は曲がり部の光ファイバコード構造図。 配線角度θの設計における計算例を示す図。 本発明の他の実施例の断面形状を示す図。 本発明の両翼部除去手順の説明図。 従来の宅内光ケーブルの構造を示す断面図。 代表的なホールアシスト型ファイバの構造を示す断面図。 サッシドアの断面構造の例を示す図。

符号の説明

１…光ファイバ心線、１―１…光ファイバ、１−１−１…クラッド部、１−１−２…コア、１−１−３…空孔、２…熱可塑性樹脂被覆材、３，３’…補強材、４…曲がり部、５…テープ心線被覆、６…切れ目。

Claims (7)

1. 厚さが１．５ｍｍ以下のテープ状の光ファイバコードであって、単心または２心のホールアシスト型ファイバの心線と、この両側に並行に配置され、外径または厚さが当該光ファイバ心線と同等以上でかつ塑性変形のしやすい金属線と、その外側を一括被覆する被覆熱可塑性樹脂によって構成され、光ファイバ心線と金属線の中間位置の熱可塑性樹脂表面には、両者を分離しやすくするためのノッチが、少なくとも片面に形成される光ファイバコードにおいて、
   前記ノッチが、任意室内の任意の箇所に該任意箇所の有する稜線に対して斜めに交差することで曲がりが形成された光ファイバ曲がり部に形成されるものであって、該光ファイバ曲がり部において前記金属線と被覆熱可塑性樹脂が除去されて、形成され、かつ曲がり箇所を形成すること
   を特徴とする光ファイバコード。
2. 請求項１記載の光ファイバコードにおいて、ノッチで区切られた光ファイバ心線の位置する部位の熱可塑性樹脂表面の少なくても片面が、隣接する金属線の位置する部位の熱可塑性樹脂表面よりも凹んでいることを特徴とする光ファイバコード。
3. 請求項２記載の光ファイバコードにおいて、金属線が省かれているか、被覆の熱可塑性樹脂よりも弾性率の大きな合成樹脂の線材が代わりに内蔵されることを特徴とする光ファイバコード。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の光ファイバコードにおいて、片方の面が反対面よりも幅広であることを特徴とする光ファイバコード。
5. 請求項１から４のいずれかに記載の光ファイバコードにおいて、内蔵する単心または複数心のホールアシスト型ファイバのクラッド直径が概ね８０μｍ以下であることを特徴とする光ファイバコード。
6. 請求項１から５のいずれかに記載の光ファイバコードの光ファイバコード配線方法において、
   前記光ファイバ曲がり部に、曲がり箇所の形成された３つのノッチが形成されて光ファイバコードが配線されることを特徴とする光ファイバコードの光ファイバコード配線方法。
7. 請求項６に記載の光ファイバコードの光ファイバコード配線方法において、出隅の稜線に対して次式を満足する角度θで固定的に配線することを特徴とする光ファイバコード配線方法。
   

   

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