JP5306614B2 - 光ファイバケーブル - Google Patents

Description

本発明は、光ファイバケーブルに関する。特に、優れたハンドリング性と機械特性を有するとともに、小さな径に曲げた場合の抗張力体の折れや端末における光ファイバ心線の突き出しを抑制することが可能な光ファイバケーブルに関する。

近年、光加入者線路網の構築が急速に進んでおり、様々な光ファイバケーブルが使用されている。従来から、幹線光ファイバケーブルから各家庭などの宅内に引き込むための引き込み用光ファイバケーブルとしてドロップ光ファイバケーブルが使用されている。また、各家庭などの宅内や構内での取り回しにはインドア光ファイバケーブルが使用されている。

これら光ファイバケーブルとしては、ガラス光ファイバに軟質層（一次被覆層）、該軟質層上に施された硬質層（二次被覆層）とを有する外径が約０．２４ｍｍの光ファイバ心線、あるいは識別の目的でこの硬質層上に施される着色層とを有する外径が約０．２５ｍｍの光ファイバ心線とこの光ファイバ心線を挟むように位置決めされた一対の抗張力体とをポリ塩化ビニルやポリエチレン等からなるシースで一体的に被覆したものが一般的である。

尚、光ファイバインドアケーブルとしては、光ファイバ心線と、該光ファイバ心線の中心とほぼ同一平面上にその中心が位置するように、かつ光ファイバ心線の両側に位置決めされた一対の抗張力体に、ポリ塩化ビニルやポリエチレン等からなるシースを施したものが一般的である。一方、光ファイバドロップケーブルとしては、光ファイバ心線と抗張力体に加え、前記抗張力体、光ファイバ心線の各中心とその中心がほぼ同一平面上に来るように支持線を配置し、これらにシースを一体的に被覆したものが一般的である。

抗張力体は、光ファイバケーブルが引っ張られたり、温度変化などで延び縮みしたりする際に、光ファイバ心線にその張力が伝わらないようにする等の目的で光ファイバケーブルに実装されている。抗張力体としては、一般的には、断面が円形であり外径が０．４〜０．５ｍｍの鋼線、ガラスＦＲＰ、アラミド繊維ＦＲＰ等が使用されている。

ところで、ドロップ光ファイバケーブルやインドア光ファイバケーブルは、支柱中や宅内、地中などで配管内に収納されて布設されている場合があるが、布設時に配管内で小さな径に曲げられる場合がある。また、壁面に沿わせて布設する際には壁面のコーナーで小さな径に曲げられるなど小さな径に曲げられる機会が多い。そのため、小さな径に曲げた際、折れが生じない抗張力体を有する光ファイバケーブルが提案されている。

例えば、特許文献１では、材質がガラスＦＲＰ、ＰＥＴであり、かつ、抗張力体の長手方向に対して垂直な断面形状が矩形である抗張力体を有した光ファイバケーブルが提案されている。
特開２００５−４９６５８号公報

光ファイバ心線に抗張力体を添えた光ファイバケーブルにおいては、その高い引張強度と小径曲げ時の折れにくさからアラミド繊維ＦＲＰの抗張力体が用いられることが多くなってきている。

アラミド繊維ＦＲＰ製の抗張力体は、例えば、引張弾性率が約３０，０００Ｎ/ｍｍ^２、圧縮弾性率が約１４，０００Ｎ/ｍｍ^２というように、引張弾性率が圧縮弾性率よりも大きい。

このように引張弾性率が圧縮弾性率よりも大きい、ということは相対的に引っ張り難く圧縮し易いことを意味している。

引っ張り難く圧縮し易いアラミド繊維ＦＲＰ製の抗張力体を有する光ファイバケーブルを曲げた場合、各抗張力体内における曲げの中心は、抗張力体の中心よりも曲げの外側に移動する、という特徴がある。

図４は、光ファイバ心線の圧縮歪の発生を説明するための図である。図４の（ａ）は、引張剛性と圧縮剛性とが等しい材料の場合の歪中立面を示す図であり、図４の（ｂ）は、引張剛性が圧縮剛性よりも大きい材料の場合の歪中立面を示す図である。また、図４の（ｃ）は、ドロップ光ファイバケーブルの支持線部を除いた本体部またはインドア光ファイバケーブルの長手方向に対して垂直な断面における歪中立面を示す図である。

ここで、歪中立面は、材料を曲げたとき、引張剛性と圧縮剛性とがつりあう、曲げ半径方向に垂直な面である。即ち、歪中立面よりも曲げ内面側に圧縮剛性が働き、歪中立面よりも曲げ外面側に引張剛性が働く。

金属等の引張剛性と圧縮剛性とが等しい材料においては、図４（ａ）に示すように、材料を曲げないときの材料中心面が、材料を曲げたときの歪中立面と一致する。一方、引張剛性が圧縮剛性よりも大きい繊維等の材料においては、図４（ｂ）に示すように、材料を曲げないときの材料中心面よりも曲げ外面側に歪中立面が位置する。即ち、材料中心面には圧縮歪がかかる。

これを図４の（ｃ）に示すアラミド繊維等のＦＲＰロッドからなる抗張力体を使用した光ファイバケーブルに当てはめると、光ファイバケーブルの長手方向に対して垂直な断面において、光ファイバケーブルを曲げた場合、曲げ半径方向をｘ方向としたとき、光ファイバケーブルの歪中立面は、抗張力体の材料中心面よりも曲げ外面側に位置し、光ファイバケーブル断面の中心に位置する光ファイバ心線には圧縮歪がかかることになる。

このような理由により、光ファイバケーブルを曲げた状態で、即ち、光ファイバ心線に圧縮歪がかかった状態で長時間保持すると、光ファイバ心線に加えられている圧縮歪を緩和しようとシースから光ファイバ心線が突き出してしまう問題が生じる。この場合、突き出した光ファイバ心線は逃げ場を失ってコネクタ内、あるいはこの光ファイバ接続部を収納する収納箱内で局所的に曲げ半径の小さな曲げを起こして、曲げ損失を増加させたり、最悪の場合、破断する可能性も否定できない。

一方、鋼線の抗張力体を使用した場合、上述したような圧縮歪の発生、即ち、光ファイバ心線の突き出しの発生は無いが、曲げ剛性が強いためハンドリング性がよくないという問題点があった。また、光ファイバケーブルは屋外から宅内に直接引き込まれてため、落雷が起きたときに光ファイバケーブルの中に金属部材が使用されていると落雷によるサージ電流が宅内まで伝わり、光機器に損傷を与える恐れがあった。

また、特許文献１のように、矩形のガラスＦＲＰ等の抗張力体を使用した場合、衝撃や側圧等の外力による光ファイバケーブルに対する機械特性が劣化するという問題点があった。

本発明は、以上のような問題点を解決するためになされたもので、優れたハンドリング性と機械特性を有するとともに、小さな径に曲げた場合の抗張力体の折れや端末における光ファイバ心線の突き出しを抑制することが可能な光ファイバケーブルを提供することを目的とする。

上述した従来の問題点を解決すべく下記の発明を提供する。
本発明の第１の態様にかかる光ファイバケーブルは、光ファイバ心線と抗張力体とを一体とした光ファイバケーブルであって、
前記光ファイバ心線は、ガラス光ファイバと、前記ガラス光ファイバの上に施された一次被覆層と、前記一次被覆層の上に施された二次被覆層と、を有し、
前記抗張力体は、
前記光ファイバ心線の長手方向に対して垂直な前記抗張力体の断面形状が、当該抗張力体の曲げ半径方向が短辺となる矩形または概ね矩形であり、かつ、前記抗張力体の材質がアラミド繊維ＦＲＰであり、
更に、前記抗張力体の断面形状の前記短辺の長さが、前記光ファイバ心線の前記二次被覆層外側までの外径以上であり、かつ、前記光ファイバ心線の前記二次被覆層外側までの外径が約０．２４ｍｍであり、前記抗張力体の断面形状の前記短辺の長さが０．２４５〜０．３５ｍｍであることを特徴とする。

これにより、光ファイバケーブルを曲げたときの光ファイバ心線にかかる圧縮歪を抑制することで、光ファイバ心線の突き出しを抑制することができるとともに、抗張力特性を満足させることができる。

また、抗張力体の座屈を抑制できるとともに、曲げ半径方向に対する衝撃や側圧等の外力による光ファイバケーブルに対する機械特性の基準条件を満たすことができる。

本発明によれば、曲げ半径方向に対する衝撃や側圧等の外力による光ファイバケーブルに対する機械特性の基準条件を満たすとともに、光ファイバケーブルを曲げたときの光ファイバ心線にかかる圧縮歪を抑制することで、光ファイバ心線の突き出しを抑制することができる。
また、抗張力特性を満足させつつ、抗張力体の座屈を抑制できる。

この発明の一実施態様を、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施態様は説明のためのものであり、本発明の範囲を制限するものではない。従って、当業者であればこれらの各要素もしくは全要素をこれと同等なもので置換した実施態様を採用することが可能であるが、これらの実施態様も本発明の範囲に含まれる。

図１は、本発明を適用可能な光ファイバケーブルの長手方向に垂直な断面概略図を示した一例である。

図１に示すように、光ファイバケーブル１としてドロップ光ファイバケーブルを例に挙げて説明する。光ファイバケーブル１は、内部に光ファイバ心線５と２本の抗張力体３ａ、３ｂとを実装した本体部７と、被覆材２により本体部７と連結され、支持線８を実装した支持線部６とから構成されている。

本体部７は、被覆材２により、本体部７の長手方向に垂直な断面形状は、光ファイバケーブル１の曲げ半径方向であるｘ方向が短径、ｙ方向が長径となる概ね楕円の形状に形成されている。ここで、被覆材２として、ポリ塩化ビニルやポリエチレン等が用いられている。また、本体部７の断面の中心または概ね中心位置（以下、ケーブル中心と呼ぶ）が光ファイバ心線５の中心となるように光ファイバ心線５が配置さている。

また、ケーブル中心を通り、ｙ方向に平行な線（以下、ケーブル中心線と呼ぶ）上に、光ファイバ心線５を間に置く形で２本の抗張力体３ａ、３ｂが配置されている。２本の抗張力体３ａ、３ｂの長手方向に垂直な断面形状はともに、ｘ方向が短辺、ｙ方向が長辺となる概ね矩形の形状である。ここで、短辺の長さをＡ、長辺の長さをＢとする。また、Ａは、光ファイバ心線５の外径以上である。また、２本の抗張力体３ａ、３ｂの材料はアラミド繊維ＦＲＰである。

また、本体部７は、長手方向に沿ってノッチ４が形成され、布設時などに特殊な工具を使用することなく、本体部７をノッチ４から作業者の手で容易に切り裂くことができ、本体部７の内部の光ファイバ心線５を容易に取り出すことが可能な構成となっている。

上述したような光ファイバケーブル１において、抗張力体３ａ、３ｂの形状は、ケーブルの曲げ半径方向を短辺とした矩形とした方が、同じ断面積の円に比べて、光ファイバケーブル１を曲げたときの光ファイバ心線に加えられる歪が小さくなる。これは、曲げ半径方向の外径または辺の大きさが大きくなるほど、抗張力体に作用する引張歪と圧縮歪の差が大きくなり、歪中立面のシフト量が小さくなるためである。

従って、抗張力体３ａ、３ｂの形状をケーブルの曲げ半径方向を短辺とした矩形とした上述したような光ファイバケーブル１を利用し、抗張力体３ａ、３ｂの断面積を稼ぐことにより抗張力特性を満足させるとともに、光ファイバケーブル１を曲げたときの光ファイバ心線５にかかる圧縮歪を抑制し、光ファイバ心線５の突き出しを抑制することができる。

また、上述したような光ファイバケーブル１において、抗張力体３ａ、３ｂとしてアラミド繊維ＦＲＰを使用することにより、曲げ内面側の繊維は座屈するだけで折れることがないので、小さな曲げ半径の曲げに対しても、光ファイバケーブル１の折れを防止することができる。

また、上述したような光ファイバケーブル１において、ｘ方向に対する衝撃や側圧等の外力による光ファイバケーブル１に対する機械特性も、抗張力体３ａ、３ｂのｘ方向の長さが光ファイバ心線５の外径以上であることから、光ファイバ心線５に対する外力の影響を抑制し、基準条件を満足することができる。

特に、光ファイバケーブル１のサイズにおいて、本体部７の短径は１．０〜３．５ｍｍ、長径は２．０〜６．０ｍｍ程度、支持線部６の外径は２．０〜５．０ｍｍであり、光ファイバ心線５の外径が０．２５ｍｍであるとき、抗張力体３ａ、３ｂの短辺の長さＡは、０．２５〜０．３５ｍｍとすることにより、上述したような優れたハンドリング性と機械特性を有するとともに、小さな径に曲げた場合の抗張力体の折れや端末における光ファイバ心線の突き出しを抑制することができる。

上述した光ファイバケーブル１は、光ファイバ心線５が１本のドロップ光ファイバケーブルであったが、図２に示すような、光ファイバ心線５が複数本のドロップ光ファイバケーブル（多芯ケーブル）１１であっても良い。図２の符号は図１と同様である。

また、上述した光ファイバケーブル１は、ドロップ光ファイバケーブルであったが、図３に示すようなインドア光ファイバケーブル１２であっても良い。図３のインドア光ファイバケーブル１２は、ドロップ光ファイバケーブル１または多芯ケーブル１１の本体部７と同様である。

次に、本発明の好適ないくつかの実施例を説明する。

本実施例１では、図１の光ファイバケーブル１のサイズにおいて、本体部７の短径は１．０〜３．５ｍｍ、長径は２．０〜６．０ｍｍ程度、支持線部６の外径は２．０〜５．０ｍｍである。また、光ファイバ心線５は着色層を有しており、着色層を除いた場合の外径が０．２４３ｍｍであり、着色層も含む外径が０．２５ｍｍである。このときの、抗張力体３ａ、３ｂの短辺の長さＡの違い及び抗張力体３ａ、３ｂの材料の違いによる、曲げ特性及びケーブル機械特性について調査した。

アラミド繊維ＦＲＰの抗張力体３ａ、３ｂの短辺の寸法Ａを０．１０ｍｍ、０．２４５ｍｍ及び０．３５ｍｍにしたときの曲げ特性及びケーブル機械特性の結果を実施例１として表１に記載した。また、比較例として、ガラス繊維ＦＲＰの抗張力体３ａ、３ｂの短辺の寸法Ａを０．１５ｍｍ、０．２０ｍｍ、０．２４ｍｍ及び０．２８ｍｍにしたときの曲げ特性及びケーブル機械特性の結果も表１に記載した。

ここで、抗張力体３ａ、３ｂの長辺の寸法Ｂは、全て０．６３ｍｍである。また、曲げ特性は、曲げ半径が２ｍｍの時の折れの有無を測定した結果である。曲げ特性の結果は、折れが無かったときを「○」で表し、折れがあったときを「×」で表している。

また、ケーブル機械特性は、ｘ方向からの２４０ｋｇｆ／２５ｍｍの側圧荷重を１分間印加したときのロス増加量を測定した側圧試験の結果と、打撃面直径Φ２０の６００ｇ荷重をｘ方向に１ｍの高さから落下させたときのロス増加量を測定した衝撃試験の結果とを示している。

側圧試験及び衝撃試験の結果におけるロス増加の有無は、ロス増加量が０．１ｄＢ以下のときにロス増加を無しとして「○」で表し、０．１ｄＢより大きいときにロス増加を有りとして「×」で表している。またカッコ内は、ロス増加量を示している。

表１から判るように、アラミド繊維ＦＲＰの抗張力体３ａ、３ｂを利用した実施例１では、寸法Ａが０．１０ｍｍであるとき、曲げ半径が２ｍｍの時の折れは無かったが、側圧試験及び衝撃試験の結果、ともに、ロス増加があった。寸法Ａが０．２４５ｍｍ及び０．３５ｍｍであるとき、曲げ半径が２ｍｍの時の折れも無く、また、側圧試験及び衝撃試験の結果もともに、ロス増加はなかった。

一方、ガラス繊維ＦＲＰの抗張力体繊維ＦＲＰを利用した比較例では、寸法Ａが０．１５ｍｍ、０．２０ｍｍ及び０．２４ｍｍであるとき、曲げ半径が２ｍｍの時の折れは無かったが、側圧試験及び衝撃試験の結果、ともに、ロス増加があった。寸法Ａが０．２８ｍｍであるとき、側圧試験及び衝撃試験の結果はともに、ロス増加が無かったが、曲げ半径が２ｍｍの時の折れがあった。

上述の結果より、抗張力体３ａ、３ｂにアラミド繊維ＦＲＰを使用することにより、曲げ内面側の繊維は座屈するだけで折れることがないので、小さな曲げ半径の曲げに対しても、光ファイバケーブル１の折れを防止できることがわかった。また、ｘ方向に対する衝撃や側圧等の外力による光ファイバケーブル１に対する機械特性も、抗張力体３ａ、３ｂのｘ方向の長さを着色層を施す前の光ファイバ心線５の外径より大きくすることにより、外力を抗張力体３ａ、３ｂにより押さえ、光ファイバ心線５に対する外力の影響を抑制し、基準条件を満足するできることがわかった。

しかしながら、抗張力体３ａ、３ｂにガラス繊維ＦＲＰを使用した場合、曲率半径２．０（ｍｍ）までＦＲＰを曲げる必要が生じた場合（たとえば、支持線部６と本体部７とを切り離す際など）、ＦＲＰを折れないようにするためには、外径を０．２４ｍｍ以下にする必要があるが、外径が着色層を施す前の光ファイバ心線５の外径０．２４３ｍｍより小さくなるため、外力による光ファイバケーブル１に対する機械特性が極端に悪化する。従って、ガラス繊維を使用している限り、ＦＲＰの曲げとケーブルの機械特性を両立することは不可能であることがわかった。

本実施例２では、図１の光ファイバケーブル１のサイズにおいて、本体部７の短径は１．０〜３．５ｍｍ、長径は２．０〜６．０ｍｍ程度、支持線部６の外径は２．０〜５．０ｍｍである。また、光ファイバ心線５は着色層を有しており、着色層を除いた場合の外径が０．２４３ｍｍであり、着色層も含む外径が０．２５ｍｍである。このときの、抗張力体３ａ、３ｂの寸法及び形状の違いによる、圧縮歪、光ファイバ突き出し量及びケーブルの伸びについて調査した。

アラミド繊維ＦＲＰの抗張力体３ａ、３ｂの形状及び寸法が外径が０．１ｍｍの円形である「０．１（円形）」、短辺の寸法Ａが０．２４５ｍｍで長辺の寸法Ｂが０．８ｍｍの矩形である「０．２４５×０．８（矩形）」、外径が０．３ｍｍの円形である「０．３（円形）」、短辺の寸法Ａが０．３５ｍｍで長辺の寸法Ｂが０．５７ｍｍの矩形である「０．３５×０．５７（矩形）」、外径が０．３５ｍｍの円形である「０．３５（円形）」、外径が０．４０ｍｍの円形である「０．４０（円形）」、及び、短辺の寸法Ａが０．４０ｍｍで長辺の寸法Ｂが０．５ｍｍの矩形である「０．４０×０．５（矩形）」の７つのサンプルに対して、圧縮歪、光ファイバ突き出し量及びケーブルの伸びを測定した結果を表２に記載した。

ここで、圧縮歪は、曲げ直径を３５ｍｍとなるように光ファイバケーブル１を曲げたときに、光ファイバ心線５に発生する圧縮歪による光ファイバ心線５の圧縮率をしたものである。また、光ファイバ突き出し量は、８５℃で３０日間エージングした時の光ファイバケーブル１の端末における光ファイバ心線５の突き出し量をしたものである。また、ＦＲＰ断面積は、抗張力体の長手方向に対して垂直な面上の断面積であり、ケーブルの伸びは、光ファイバケーブル１の本体部７に３５Ｎの張力を印加したときの光ファイバケーブル１の本体部７の伸び率を示したものである。

表２から判るように、抗張力体の断面形状が同じ円形同士で比較すると抗張力体３ａ、３ｂの外径が大きくなるにつれて、光ファイバ心線５に発生する圧縮歪は大きくなった。そのため、８５℃で３０日間エージングした時の光ファイバ突き出し量も大きくなっている。また、光ファイバケーブル１の端末に取り付けられる外被把持コネクタの構造上、光ファイバ突き出し量が０．３ｍｍを超えると、コネクタ内部に発生する曲げロスが許容ロス０．３ｄＢを超えることが知られている。そのため、光ファイバ突き出し量は０．３ｍｍ以下に抑える必要がある。すなわち抗張力体の断面形状が円形の場合は、抗張力体３ａ、３ｂの外径を０．３５ｍｍ以下にしなければならない。

また、抗張力体３ａ、３ｂの断面積が小さいと、光ファイバケーブル１の本体部７に３５Ｎの張力を印加したときの光ファイバケーブル１の本体部７の伸び率が大きくなった。また、伸び率が、０．３％未満である場合に光ファイバケーブルの製品保証期間である２０年の間、歪がかかった状態で保持された場合においても許容破断率４．７×１０^−３以下の破断確率を満足することが知られており、伸び率が０．３％未満であることが、光ファイバケーブル１の伸び特性を満足するための条件であるため、抗張力体３ａ、３ｂの断面積は０．１２ｍｍ^２以上となるようにしなければならない。すなわち、抗張力体の断面形状が円形の場合は、抗張力体３ａ、３ｂの外径を０．４０ｍｍ以上にしなければならず、突き出し量と伸び率の両方を満足できる外径が存在しない。

一方、抗張力体の断面形状を矩形とした場合は、抗張力体３ａ、３ｂの短辺の寸法Ａを０．２４５〜０．３５ｍｍとすることで、突き出し量と伸び率の両方を満足させることができる。

以上の結果より、曲率半径２．０に曲げても折れず、かつ光ファイバケーブル１の機械特性、及び光ファイバ突き出し量を満足するためには、抗張力体３ａ、３ｂの材質をアラミド繊維とし、その外径は０．２４５〜０．３５ｍｍの範囲内にある必要があるが、円形の場合、抗張力体３ａ、３ｂに必要な引張剛性を達成することはできない。そのため、矩形にすることにより外径寸法Ａを変化させることなく断面積を増やすことが可能となり、必要な引張剛性を確保することができることがわかった。

なお、実施例１、および実施例２において、光ファイバ心線として着色層を有し、外径が０．２５ｍｍの光ファイバ心線を用いたが、光ファイバ心線として着色層を施していない外径が約０．２４ｍｍの光ファイバ心線を用いても同様の結果が得られる。

これは、着色層は識別のために施すものであり、非常に薄い層であることから、光ファイバ心線の特性に与える影響が非常に小さいことによる。

したがって、抗張力体の短辺を着色層を施す前の光ファイバ心線の外径より大きくすることで、光ファイバ心線に対する外力の影響を抑制できる。

本発明を適用可能な光ファイバケーブル１の長手方向に垂直な断面概略図を示した一例である。 本発明を適用可能な他の光ファイバケーブル１１の長手方向に垂直な断面概略図を示した一例である。 本発明を適用可能な他の光ファイバケーブル１２の長手方向に垂直な断面概略図を示した一例である。 光ファイバ心線の圧縮歪の発生を説明するための図である。

符号の説明

１、１１、１２ 光ファイバケーブル
２ 被覆材
３ａ、３ｂ 抗張力体
４ ノッチ
５ 光ファイバ心線
６ 支持線部
７ 本体部

Claims (1)

1. 光ファイバ心線と抗張力体とを一体とした光ファイバケーブルであって、
   前記光ファイバ心線は、ガラス光ファイバと、前記ガラス光ファイバの上に施された一次被覆層と、前記一次被覆層の上に施された二次被覆層と、を有し、
   前記抗張力体は、
   前記光ファイバ心線の長手方向に対して垂直な前記抗張力体の断面形状が、当該抗張力体の曲げ半径方向が短辺となる矩形または概ね矩形であり、かつ、前記抗張力体の材質がアラミド繊維ＦＲＰであり、
   更に、前記抗張力体の断面形状の前記短辺の長さが、前記光ファイバ心線の前記二次被覆層外側までの外径以上であり、かつ、前記光ファイバ心線の前記二次被覆層外側までの外径が約０．２４ｍｍであり、前記抗張力体の断面形状の前記短辺の長さが０．２４５〜０．３５ｍｍであることを特徴とする光ファイバケーブル。

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