JP5117312B2 - スロットロッドおよびスロット型光ケーブル - Google Patents

Description

本発明は、スロットロッドおよびスロット型光ケーブルに関する。

スロット型光ケーブルは、軸方向に沿って延在し断面でみて放射状の位置に複数形成された条溝（以下、収納溝という）を有するスロットロッドと、各収納溝内に収容された光ファイバと、光ファイバが収容されたスロットロッドの外周部に巻かれる押え巻きと、押え巻きが巻かれたスロットロッド全体を収容するシース等からなる。光ファイバは、たとえば、複数本の光ファイバを樹脂で一体化してテープ状に形成したテープ心線として収容される。

スロットロッドの収納溝の形状としては、スロットロッドの長手方向に一方向の螺旋状に形成されたＳ型と、所定の長さで螺旋方向が反転するＳＺ型の２種類がある。

スロット型光ケーブルの強度を上げるために、スロットロッドの材料のヤング率を向上させること（例えば特許文献１参照）、スロットロッドの内部に低弾性率の層を設けること（例えば、特許文献２参照）、スロットロッドの内部に発泡層を設けること（例えば、特許文献３、４参照）等が提案されている。
特開平８−２６２２９４号公報 特開２００７−１１２３６号公報 特許第３３７３６９２号公報 特許第３９７６４０４号公報

ところで、近年では、ケーブルに対する細径化の要求が高い。しかし、収納溝の大きさをそのままにしてスロットロッドを細径化すると、強度を確保することができない。

スロットロッドの材料の強度を上げることや、隣接する収納溝間の隔壁（以下、リブという）の厚さを大きくすることでスロットロッドの強度を上げることもできる。しかし、衝撃時の動荷重に耐えるためには、材料の強度を数倍にすることや、リブを例えば５割増し等に厚くする必要があり、細径化と衝撃特性とを両立することは困難であった。

本発明の課題は、スロット型光ケーブルの細径化を図りながら、衝撃特性を改善することである。

以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、スロットロッドであって、外周部に収納溝が形成され、光ファイバを前記収納溝内に収容して、スロット型光ケーブルを構成するスロットロッドであって、前記スロットロッドは、外周部に前記収納溝が形成された外層と、前記外層の内側に設けられた内層と、を有し、前記内層は、０．４％圧縮時の応力が３．１〜１０ＭＰａである材料からなり、前記内層の０．４％圧縮時の応力と前記外層の０．４％圧縮時の応力との比が０．０９〜０．２９であり、前記内層の径方向の厚さの２倍と前記スロットロッドの直径との比が０．２０〜０．４０である、ことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、スロット型光ケーブルであって、請求項１に記載のスロットロッドを備えたことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のスロット型光ケーブルであって、前記光ファイバは、複数本の光ファイバを一括被覆してなるテープ心線として、前記収納溝内に収容されていることを特徴とする。

本発明によれば、スロット型光ケーブルの細径化を図りながら、衝撃特性を改善することができる。

以下、本発明について詳細に説明する。
図１は本発明の実施形態に係るスロット型光ケーブル１を示す断面図である。スロット型光ケーブル１は、スロットロッド１０と、テープ心線２０と、押え巻き３０と、シース４０等から概略構成される。

スロットロッド１０は、図１に示すように、中心部に設けられたテンションメンバ１１と、テンションメンバ１１の外周部に設けられた内層１２と、内層１２の外側に設けられた外層１３とからなる。

張力を負担するテンションメンバ１１が軸方向に設けられている。テンションメンバ１１は例えば鋼線であり、図１では７本を撚り合わせた鋼線が用いられている。

内層１２は外層１３よりも圧縮応力が小さい材料からなり、外層１３に作用する衝撃力を緩衝する効果を有する。内層１２は、０．４％圧縮時の応力が３．１〜１０ＭＰａである材料からなり、３．１〜６．２ＭＰａである材料からなることがさらに好ましい。３．１ＭＰａよりも小さいと、スロットロッド１０全体の強度が低くなりすぎてしまい、衝撃試験時のリブ１４の開きが大きくなる。一方、１０ＭＰａよりも大きいと、外層１３に作用する衝撃力を緩衝する効果が充分でなく、衝撃試験時のリブ１４の変形が大きくなる。また、内層１２が、０．４％圧縮時の応力が３．１〜６．２ＭＰａである材料からなる場合は、特に衝撃試験時のリブ１４の変形を小さく抑えることができ、好ましい。
このような材料としては、例えば発泡させたＨＤＰＥ（高密度ポリエチレン）や、発泡させたＬＬＤＰＥ（直鎖状低密度ポリエチレン）、熱可塑性エラストマー樹脂などを用いることができる。

ここで、０．４％圧縮時の応力は、スロットロッドの該当する層から長さ５０ｍｍ×幅３ｍｍ×厚さ１ｍｍの寸法で評価サンプルを切り出し、圧縮試験機（島津製作所製オートグラフ）で１ｍｍ／ｍｉｎの速度で圧縮した時に測定される寸法変化と応力のデータから、初期寸法に対する寸法変化から寸法変化率を算出し、寸法変化率が０．４％圧縮時の応力値を得た。

尚、上記サンプルの寸法は一例であって、寸法を変えて測定をしても応力の値は単位面積当たりに換算されるので、同様の結果が得られる。また、該当する層からの評価サンプルの採取が不可能な場合は、スロットロッドを製造する時と同様の条件で該当する層の丸棒を押し出したものでも良く、発泡された材料でなければ少量の材料片を集めて溶融して再結晶化したものでも評価サンプルとして使用できる。

また、０．４％圧縮時の応力は、材料の密度やヤング率など複数の要因の組み合わせにより決まるが、たとえば、発泡させたＨＤＰＥやＬＬＤＰＥの発泡率を低くしたり、ＨＤＰＥやＬＬＤＰＥよりも密度やヤング率または硬度が高い材料（例えばエンジニアリングプラスチックなど）を用いることで大きくすることができる。

外層１３の外周部には、スロットロッド１０の周方向に間隔を空けて軸方向に延在する収納溝１５が設けられており、図１では１３本の収納溝１５が設けられている。この隣接する収納溝１５間の隔壁がリブ１４である。収納溝１５には、複数枚積層されたテープ心線２０がそれぞれ収容される。

外層１３の材料としては、内層１２よりも圧縮応力が大きい材料を用いることができ、例えば無発泡のＨＤＰＥを用いることができる。外層１３と内層１２とは、０．４％圧縮時の応力比（内層１２の応力／外層１３の応力）が０．０９〜０．２９となることが好ましい。応力比が０．２９よりも大きいと、外層１３に作用する衝撃力を緩衝する効果が充分でなく、衝撃試験時のリブ１４の変形が大きくなる。一方、応力比が０．０９よりも小さいと、スロットロッド１０全体の強度が低くなりすぎてしまい、衝撃試験時のリブ１４の開きが大きくなる。

外層１３は、スロットロッド１０の直径に対する内層１２の厚さ比率（内層１２厚さ×２／スロットロッド１０の直径）が、０．２０〜０．４０となるような厚さであることが好ましい。厚さ比率が０．２０よりも小さいと、外層１３に作用する衝撃力を緩衝する効果が充分でない。一方、厚さ比率が０．４０よりも大きいと、収納溝１５の深さを充分に確保することができない。また、スロットロッド１０全体の強度が低くなりすぎてしまう。

ここで、内層の厚さは、以下のように定義される。
テンションメンバが１本で構成されている場合はその外周から、複数本で構成されている場合は外側に接するように描かれた仮想円の外周から外層を構成している部分までの距離を内層の厚さとする。

また、テンションメンバと内層の間を密着力を高めるために、０．４％圧縮時の応力が３．１〜１０ＭＰａでない材料からなる接着層を設ける場合がある。この場合、内層の厚さは接着層の外周から外層を構成している部分までの距離とする。

テープ心線２０は、複数本の光ファイバ２１を一列に配列して被覆材２２により一括被覆してテープ状に形成されている。被覆材２２としては、例えばＵＶ硬化樹脂等を用いることができる。
なお、図１においては、８本の光ファイバ２１が一列に配列され、被覆材２２により一括被覆してなる。

複数枚のテープ心線２０は、スロットロッド１０の径方向に積層された状態で収納溝１５に収容されている。なお、図１においては、１０枚のテープ心線２０が積層されている。
収納溝１５にテープ心線２０が収容された状態で、スロットロッド１０の外周部に押え巻き３０が重ね巻きされ、押え巻き３０の外周部にシース４０が設けられる。

次に、本発明における内層１２の応力や外層１３との応力比、内層１２のスロットロッド１０における厚さ比率について、実施例を挙げてさらに詳細に説明する。

スロット型光ケーブル１について、以下の条件で有限要素法による動解析衝撃シミュレーションを行った。
鉄板を水平に配置し、その上にスロット型光ケーブル１を軸方向が水平方向となるように載せた状態で、鉛直方向から円筒直径２０ｍｍの１ｋｇの鉄棒を高さ１ｍから落とすことを仮定して速度１５．９４ｋｍ／ｈ（４４２．９ｍｍ／ｓｅｃ）で衝突させたときに光ファイバ２１に作用する応力（相対値）を計算した。

なお、以下の実施例、比較例において、いずれもスロットロッド１０の径φを２０ｍｍ、収納溝１５の深さｈを３．３ｍｍ、収納溝１５の最大幅ｗ１を２．７ｍｍ、収納溝１５の最小幅ｗ２を２．３ｍｍ、リブ１４の根元厚さｄを１．０ｍｍとした（図１参照）。ここで、収納溝１５の幅は、スロットロッド１０の中心側で最も小さく、スロットロッド１０の外側ほど大きい。また、リブ１４の厚さ（隣接する収納溝１５間の距離）は、スロットロッド１０の中心側（根元）で最も小さく、スロットロッド１０の外側ほど大きい。

また、テープ心線２０に用いる光ファイバ２１は、１．３μｍ帯に零分散波長を持つ標準シングルモード光ファイバとし、テープ心線は幅２．１ｍｍ、厚さ０．３ｍｍとした。さらに、スロットロッド１０の外層の材料は、いずれも０．４％圧縮時の応力が３４．９ＭＰａとなるＨＤＰＥを用いた。シース４０は厚さ１．７ｍｍのＬＬＤＰＥとした。
スロットロッドの内層の材料、圧縮応力、厚さは、以下の通りとした。

〔実施例１〕
内層１２の材料として、４０％発泡させたＨＤＰＥを用いた。０．４％圧縮時の応力は４．４ＭＰａであり、厚さは３ｍｍとした。応力比は０．１３であり、内層厚さ比率（内層厚さ×２／スロットロッドの直径）は０．３０である。
〔実施例２〕
内層１２の材料として、３０％発泡させたＬＬＤＰＥを用いた。０．４％圧縮時の応力は３．１ＭＰａであり、厚さは３ｍｍとした。応力比は０．０９であり、内層厚さ比率は０．３０である。
〔実施例３〕
内層１２の材料として、３０％発泡させたＬＬＤＰＥを用いた。０．４％圧縮時の応力は３．１ＭＰａであり、厚さは２ｍｍとした。応力比は０．０９であり、内層厚さ比率は０．２０である。
〔実施例４〕
内層１２の材料として、２５％発泡させたＨＤＰＥを用いた。０．４％圧縮時の応力は１０ＭＰａであり、厚さは４ｍｍとした。応力比は０．２９であり、内層厚さ比率は０．４０である。

〔比較例１〕
内層１２の材料として、無発泡のＬＬＤＰＥを用いた。０．４％圧縮時の応力は１４．６ＭＰａであり、厚さは３ｍｍとした。応力比は０．４２であり、内層厚さ比率は０．３０である。
〔比較例２〕
内層１２の材料として、４０％発泡させたＬＬＤＰＥを用いた。０．４％圧縮時の応力は１．９ＭＰａであり、厚さは３ｍｍとした。応力比は０．０５であり、内層厚さ比率は０．３０である。
〔比較例３〕
内層１２の材料として、無発泡のＬＬＤＰＥを用いた。０．４％圧縮時の応力は１４．６ＭＰａであり、厚さは２ｍｍとした。応力比は０．４２であり、内層厚さ比率は０．２０である。

上記の実施例、比較例について、上部の収納溝１５、及び斜め上部の収納溝１５に収容された光ファイバ２１に作用する応力を計算し、損失変動、リブ変形、リブ開きを求めた。
ここで、上部とは、スロットロッド１０の中心から鉛直方向に伸びた軸に対して、収納溝１５の底部の中心位置が０〜２２．５°未満の範囲にあるものを示し、斜め上部とは、スロットロッド１０の中心から鉛直方向に伸びた軸に対して、収納溝１５の底部の中心位置が２２．５〜６７．５５°の範囲にあるものを示す。すなわち、本実施形態例では、上部の収納溝１５は、衝撃が加わる箇所に最も近い収納溝１５であり、斜め上部の収納溝１５は、その次に衝撃が加わる箇所に近いスロット１５である。

＜結果＞
結果を表１に示す。なお、光ファイバ２１に作用する応力は相対値である。
リブの変形については、衝撃試験の前後におけるリブ高さの変化率が５％未満であれば「小」、５〜１０％であれば「中」、１０％よりも大きければ「大」とした。
リブの開きについては、衝撃試験の前後における収納溝１５の外幅の変化率が１０％未満であれば「小」、１０〜２０％であれば「中」、２０％よりも大きければ「大」とした。

実施例１では、光ファイバ２１に作用する応力は、上部で０．０４３、斜め上部で０．０４０であった。
実施例２では、光ファイバ２１に作用する応力は、上部で０．０３７、斜め上部で０．０４２であった。
実施例３では、光ファイバ２１に作用する応力は、上部で０．０４３、斜め上部で０．０４０であった。
実施例４では、光ファイバ２１に作用する応力は、上部で０．０４５、斜め上部で０．０３９であった。

比較例１では、光ファイバ２１に作用する応力は、上部で０．０５５、斜め上部で０．０３１であった。
比較例２では、光ファイバ２１に作用する応力は、上部で０．０３０、斜め上部で０．０５２であった。
比較例３では、光ファイバ２１に作用する応力は、上部で０．０５６、斜め上部で０．０３４であった。

実施例１〜４では、上部、斜め上部のいずれにおいても、最大の応力が０．０４５以下に抑えられたのに対し、比較例１〜３では０．０５２〜０．０５６とより大きな値であった。なお、表１にも示されるように最大の応力を０．０４５以下とすることにより、光ファイバの損失変動を０．０１dＢ未満に抑えることができる。

損失変動（ｄＢ）は、実施例１〜４では０．０１未満であったのに対し、比較例１〜３では０．０５よりも大きな値であった。
リブの変形は、実施例１〜３では小、実施例４では中、比較例１では大、比較例２では小、比較例３では大となった。
リブの開きは、実施例１〜３では中、実施例４では小、比較例１では小、比較例２では大、比較例３では小となった。
なお、損失変動が０．０１dＢ未満は、ほぼ伝送損失の測定限界であり、損失変動がほとんどないことを意味している。

また、実施例１及び比較例３の条件において、衝撃試験後の断面形状を計算するとともに、上部の収納溝１５及び斜め上部の収納溝１５に収容された光ファイバ２１の相当ひずみの時間変化を計算した。

図２は実施例１の条件における、衝撃試験後の断面形状の計算結果を示す図であり、図３は比較例３の条件における、衝撃試験後の断面形状の計算結果を示す図である。なお、図２、図３においては、押え巻き３０を省略している。
図２に示すように、実施例１の条件では、内層の変形は大きいが、リブの変形が小さく、また光ファイバ２１もほとんど変形していないことがわかる。
これに対して、比較例３の条件では、図３に示すように、内層の変形が小さく、リブの変形が大きいため、光ファイバ２１の変形が大きいことがわかる。

図４は、実施例１及び比較例３における、上部の収納溝１５に収容された光ファイバ２１（図２及び図３のＡ領域）の相当ひずみの時間変化を示すグラフである。また、図５は、実施例１及び比較例３における、斜め上部の収納溝１５に収容された光ファイバ２１（図２及び図３のＢ領域）の相当ひずみの時間変化を示すグラフである。図４、図５に示すように、実施例１では、比較例３よりもひずみが安定するまでに時間がかかるものの、ひずみのピーク値を小さく抑えることができる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の改良並びに設計の変更を行ってもよい。たとえば、上記実施形態例においては、内層および外層がそれぞれ一層からなる例を示したが、内層および外層は複数層からなるものであってもよい。

本発明の実施形態に係るスロット型光ケーブル１を示す断面図である。 実施例１の条件における、衝撃試験後の断面形状の計算結果を示す図である。 比較例３の条件における、衝撃試験後の断面形状の計算結果を示す図である。 実施例１及び比較例３における、上部の収納溝１５に収容された光ファイバ２１の相当ひずみの時間変化を示すグラフである。 実施例１及び比較例３における、斜め上部の収納溝１５に収容された光ファイバ２１の相当ひずみの時間変化を示すグラフである。

符号の説明

１ スロット型光ケーブル
１０ スロットロッド
１１ テンションメンバ
１２ 内層
１３ 外層
１４ リブ
１５ 収納溝
２０ テープ心線
２１ 光ファイバ
２２ 被覆材
３０ 押え巻き
４０ シース

Claims (3)

1. 外周部に収納溝が形成され、光ファイバを前記収納溝内に収容して、スロット型光ケーブルを構成するスロットロッドであって、
   前記スロットロッドは、外周部に前記収納溝が形成された外層と、前記外層の内側に設けられた内層と、を有し、
   前記内層は、０．４％圧縮時の応力が３．１〜１０ＭＰａである材料からなり、
   前記内層の０．４％圧縮時の応力と前記外層の０．４％圧縮時の応力との比が０．０９〜０．２９であり、
   前記内層の径方向の厚さの２倍と前記スロットロッドの直径との比が０．２０〜０．４０である、
   ことを特徴とするスロットロッド。
2. 請求項１に記載のスロットロッドを備えたことを特徴とするスロット型光ケーブル。
3. 前記光ファイバは、複数本の光ファイバを一括被覆してなるテープ心線として、前記収納溝内に収容されていることを特徴とする請求項２に記載のスロット型光ケーブル。

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