JP5610683B2 - 光ファイバケーブルを顧客の建物に設置する方法 - Google Patents

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Description

本発明は、光ファイバケーブルに関する。
(この背景の部分は従来技術を構成することもあり、構成しないこともある)
屋内で使用するための従来式光ファイバケーブルは、外径900ミクロンをもつ、タイトにバッファされた光ファイバをしばしば使用するST、SCまたはLCコネクタのような標準シングルファイバコネクタに対して便利な終端を提供するのが一般的である。しかし、空間および設置労力を削減するためにマルチファイバコネクタが、ますます普及して来ている。これらのコネクタはマルチファイバ「MT」フェルールを使用する。「MT」型フェルールをもつ12ファイバのマルチファイバコネクタは、2つの従来式SC接続または3つの従来式LC接続のために通常必要とする同じ空間で12本の250ミクロンファイバを接続するために使用することができる。市販のマルチファイバコネクタにはUS Conec(www.usconec.com)からのMTP(登録商標)コネクタ、およびFurukawa America(http://www.furukawaamerica.com/resource/MPO 0305.pdf)またはTyco Electronics(www.tycoelectronics.com)からのMPOコネクタなどがある。
これらのタイプのマルチファイバコネクタは平型光リボンで動作するように設計されている。しかし、ケーブルで平型リボンを使用すると現場では望ましくないケーブル性能、例えば現場におけるケーブルの取扱いおよび経路指定が難しくなることに繋がることもある。平型ケーブルは捩れやキンク(kink)を起こしがちである。一方、平型リボンを丸型ケーブル内に配置する場合、平型リボンを強固な丸型の構造内に適合させるためにはケーブルは相当に大きくかさばったものでなくてはならない。例えば、250ミクロンのファイバを使用して作られている12ファイバのリボンは、一般的に3.1mmの幅であり、そのリボンを覆ってジャケットおよび補強を配置すると直径が5mmを超える丸型ケーブルになり、これは大きなケーブルで望ましくない。
リボンケーブルに伴うこれらの問題に対処するために、一部のマルチファイバコネクタ供給者は、リボン形状ではない、色が付けられた、ルーズな250ミクロンのファイバを使用する小型で丸型の屋内光ケーブルを提供している。色が付けられた250ミクロンのファイバは外部プラントケーブルでしばしば使用されるファイバのタイプに似ている。個々の250ミクロンファイバは、実質上円形である形状に非常にきつく詰め込むことができ、したがってこれらのファイバを小さな丸型ケーブルに詰め込むことが可能である。
この種のケーブルの商品例には、AFL Telecommunicationsによる「Premise Microcore」ケーブル(http://www.afltele.com/resource%20center/specifications/fiberopticcable/pdfs/Subunitized Premise MicroCore.pdf)およびCorningの「MIC250」ケーブルなどがある。AFLの12ファイバケーブルは、直径が4.5mm、Corningのケーブルは直径が4.4mmである。これら両方のケーブルは、ファイバの数がより多いケーブルに対するサブユニットとして使用することができ、AFLの設計は72の数のファイバを有することができ、一方Corningの設計は24のファイバを伴って提供される。
しかし、MTフェルールを使用するマルチファイバコネクタは、フラットリボンを受けるように設計されており、したがってマルチファイバコネクタをもつ丸型ルーズファイバケーブルに対しては特別な調整が行われる。例えば、ルーズファイバは、MTタイプのマルチファイバフェルールと共に使用する前にリボン化されることもある。リボン化のための市販キットは、例えばUS Conec.から入手可能である。工場でのリボン化では、個々のファイバが小さな丸型ケーブルの端部から取り出され、紫外線硬化樹脂または設計された粘着テープを使用して短い「リボン」に形成される。ファイバがリボン化された後、それらはマルチファイバコネクタで終端することができる。この取組みは、コネクタ化に余分な時間を必要とするが、そのサイズが少なくされ、現場設置のための取扱いが改善された終端されたマルチファイバジャンパを提供する。
米国特許第4,956,198号 米国特許第5,139,872号 米国特許第5,352,712号 http://www.furukawaamerica.com/resource/MPO 0305.pdf http://www.afltele.com/resource%20center/specifications/fiberopticcable/pdfs/Subunitized Premise MicroCore.pdf
しかし、今述べた丸型ケーブルの設計にはいくつかの欠点がある。
1.貧弱なファイバマネジメント。
色が付けられた250ミクロンのファイバがアラミドヤーン(aramid yarn)の補強を伴ってケーブル内部に緩く配置されている。ケーブルジャケットを開くと、ファイバが不規則に束ねられており、アラミドヤーンのストランドと不規則に交じり合っている。リボン化工程で作業員は、アラミドヤーンを切りまたは折り返してファイバを露出させ、次いでリボン化のために必要な順番でファイバを抽出する。これは面倒な工程である。さらに、ケーブルが延ばされたり、曲げられたりするとファイバは自由に捩れ、位置を変える。
2.貧弱なファイバの保護。
ファイバは、リボン化工程の最中に破損されやすい。これらケーブルの設計では、ケーブルが開かれたときにファイバに対する機械的な保護がほとんど存在せず、リボン化のためにアラミドヤーンを除去し、ファイバを1本1本順序付けするときには確実にどのファイバをも傷つけないように作業員は非常に注意をしなければならない。
3.貧弱な圧砕保護。
これらケーブルの中空コアおよびベアファイバ構成は、圧砕荷重がファイバに直接伝わることを意味する。圧砕されるとファイバは互いに押し付け合うことがある。さらに、ファイバの互いに対する束なりが再配置され得る。これらの結果は、最大の減衰および/またはファイバの破損をもたらすことがあり、多くの屋内用途に対してこれらケーブルの適合性を制限している。これらのケーブルは、比較的無害な環境に設置されている場合、フレーム間の相互接続用途に対しては妥当であるが高架または床下のラダーラック内、あるいは部屋相互の接続のための配線内の設置に対しては十分に強固ではないこともある。
この問題に対処するために、本発明者らはアクリル樹脂の2層の光ファイババッファ容器を備える屋内設置のための新しいケーブル構造を提案する。バッファ容器は、ファイバを保護し、ファイバへの応力伝達を最小にする柔軟に形を変えるアクリレートの内側層、および圧砕抵抗をもたらす硬い強靭なアクリレートの外側層を備える。その2層光ファイババッファ容器は補強層で包まれ外側保護ジャケット内に収められている。好ましい実施形態では2層光ファイババッファ容器は2重の補強層および2重のジャケットを有する。
図1を参照すると、本発明の12ファイバの実施形態が、柔らかなアクリレート母材12に収められ、埋め込まれた12本の光ファイバ11と共に示されている。図の構成要素は縮尺通りには描かれていない。柔らかなアクリレート母材を取り囲み、これを収めているのは比較的硬いアクリレートの容器層13である。光ファイバ、アクリレート母材、およびアクリレート容器層は、一緒になって丸型の2層光ファイババッファ容器を構成している。この実施形態では光ファイババッファ容器は12本の光ファイバを含むが、2〜24本の光ファイバを含むことができる。4〜12本の光ファイバをもつ光ファイババッファ容器が商業上で最も一般的であると期待することができる。
光ファイババッファ容器の2層アクリレート構造は、柔らかな内側層および硬い外側層を伴って光ファイバへの曲げおよび圧砕力の伝達を最小にするように機能し、したがって信号の減衰を最小にしている。あるいは、光ファイババッファ容器は楕円形の断面積を有することもある。
母材という用語は、母材材料の断面をもつ本体を意味するものとし、その母材材料内にその他の本体(光ファイバ)が埋め込まれる。容器とは、他の本体または層を取り囲み、かつそれらに接触する層を意味するものとする。
柔らかいアクリレート母材および硬いアクリレート容器は紫外線硬化アクリレートであることが好ましい。その他のポリマーで代用できる。紫外線硬化樹脂は、ケーブルの全体としての耐火性を向上させるために難燃剤を含むことができる。
あるいは、ポリマー製の層が2層光ファイババッファ容器を覆って突き出していることもあり、NFPA262プレナム耐火性標準(NFPA262 Plenum fire standard)に適合することが必要であるケーブルのように特に要求の厳しい用途で有用のこともある。突き出ている難燃性コーティングは、PVC、低煙PVC、PVDE、FEP、PTFE、配合フルオロポリマーブレンド、低煙性のハロゲンを出さないポリオレフィンベースの樹脂、難燃性熱可塑エラストマー、および難燃性ナイロンで作られていることもある。具体例は、Dow Chemicalのハロゲンを出さないDFDE−1638−NT EXP2樹脂、およびDyneon SOLEF 32008/0009PVDFである。
光ファイババッファ容器は、ポリアラミドが好ましいが、ガラスヤーンを使用できる補強ヤーンのラップ14で覆われている。ヤーンは真っ直ぐに延ばされてよく、またはらせん状に捩られてよい。屋内/屋外用途に対しアラミドヤーンは、水がケーブルの長さに沿って浸入するのを防止することができる給水膨張可能な仕上げ材でコートされることもある。水の浸入を制限するためにテープ、ヤーン、または粉などその他の水遮断への備えも使用されることもある。
外側難燃性ポリマージャケット15はバッファ容器および補強ヤーンの周りに形成される。適切なジャケットポリマーは、PVC、低煙PVC、PVDE、FEP、PTFE、配合フルオロポリマーブレンド、低煙性のハロゲンを出さないポリオレフィンベースの樹脂、難燃性熱可塑エラストマー、および難燃性ナイロンである。ケーブルを屋内/屋外用途に対して使用可能にするためにジャケットポリマーは紫外線安定剤を含むこともある。
2層アクリレートバッファ容器で紫外線硬化アクリレートを使用する利点は、紫外線硬化コーティングを塗布するのに使用されるケーブリング作業が迅速で費用効率が高いためである。高いケーブリング速度における2層アクリレートバッファ容器の生産を下記に説明する。使用される方法は、コーティング材料をプレポリマーとして塗布し、そのプレポリマーを紫外線光を使用して硬化させるものである。2層アクリレートコーティングは前後してまたは同時に(2区画を有するデュアルダイ塗布器を使用して)塗布される。前後に塗布する方法では、第1のコーティング層が塗布、硬化され、第2のコーティング層が硬化した第1の層を覆って塗布され硬化される。同時2重コーティングの仕組みでは両方のコーティンがプレポリマーの状態で塗布され、同時に硬化される。紫外線硬化ポリアクリレートプレポリマーは、紫外線硬化をもたらす放射線、つまり一般的に200〜400nmの範囲の波長に対して十分に透明であり、高い引延ばし速度で完全な硬化を可能にする。その他の透明コーティング材料、例えばアルキル置換シリコーンおよびシルセスキオキサン、脂肪族ポリアクリレート、ポリメタアクリレートおよびビニールエーテルも紫外線硬化コーティングとして使用されてきた。例えば、S.A.Shama、E.S.Poklacki及びJ.M.Zimmermanの「Ultraviolet−curable cationic vinyl ether polyurethane coating compositions」(米国特許第4,956,198号(1990年))、S.C.Lapin及びA.C.Levyの「Vinyl ether based optical fiber coatings」(米国特許第5,139,872号(1992年))、並びにP.J.Shustackの「Ultraviolet radiation curable coating for optical fibers」(米国特許第5,352,712号(1994年))を参照されたい。紫外線硬化材料を使用するコーティング技術は十分に開発されている。硬化に可視光線、つまり400〜600nmの範囲の光を使用するコーティングも使用されることがある。好ましいコーティング材料は紫外線光開始剤を加えた、アクリレートまたはウレタンアクリレートである。
本発明のケーブルの光ファイババッファ容器で使用するために適切なコーティング材料の例は、

例1 内側層:DSM Desotech DU−1002
外側層:DSM Desotech 850−975
例2 内側層:DSM Desotech DU−0001
外側層:DSM Desotech 850−975
例3 内側層:DSM Desotech DU−1003
外側層:DSM Desotech 850−975

である。
内側層および外側層材料は様々な方途で特徴付けることができる。前述の全般的な説明から内側層の係数が外側層の係数より小さくなければならないことが明らかである。ASTM D882標準測定法を使用した内側層に対する引張り係数は0.1〜50MPaの範囲、好ましくは0.5〜10MPaの範囲が推奨されている。外側層に対する適切な範囲は100MPa〜2000MPa、好ましくは200MPa〜1000MPaの範囲である。
層材料はガラス移転温度を使用して特徴付けることもできる。内側層のTgは20℃より低く、外側層のTgは40℃より高いことが推奨されている。本説明の目的にとってガラス移転温度Tgは移転曲線の中間の点である。
アラミド層のための適切なアラミドヤーンは、Teijin Twaron BVから入手可能であり、1610 dTex タイプ2200 Twaronヤーンとして特定される。このヤーンは、真っ直ぐにまたは捩れて延ばされてよい。
ケーブルの寸法は主として2重のアクリレートサブユニットのサイズによって決定される。前述の、12ファイバのバッファ容器の一般的な直径は1.425mmである。ほとんどの実施形態で、2〜12ファイバのためのバッファ容器の直径は2mmより小さくなろう。補強ヤーン層および外側ジャケットは、一般的にケーブルの直径に1.5〜2.5mmを加える。外側ジャケットは、例えば0.254〜0.635mm(10〜25ミル)のこともある。ケーブルの全体直径は4mmより小さいことが好ましい。プレナム耐火性等級(plenum fire rating)を必要とする適用例で使用するための好ましい実施形態ではDyneon SOLEF 32008/0009の0.635mm(25ミル)厚さのジャケットを使用することができ、最終的なケーブルの外径は3.4mmになる。
2つ以上の光ファイババッファ容器をもつ光ファイバケーブルが、ケーブルを比較的小さく小型にしておく一方でファイバの数を増やす魅力的な代替設計を提供する。任意の数の、例えば2〜8つのバッファ容器を単一のジャケットに組み合わせることができる。図2に示すように6つの光ファイババッファ容器21をもつケーブルで効率的なパッキングが得られる。この設計は、中央に強度部材22を有し、アラミドヤーン層23および外側ジャケット24内部でバッファ容器を構成するのを助成している。あるいは、中央空間が他の光ファイババッファ容器で占められることもある。上記のように、個々の光ファイバは、色分けされることもあり、リボン化または接合するために光ファイバを識別し、編成するのをさらに助成している。図2に示す実施形態では、光ファイバを編成するのをさらに助成するためにケーブルジャケットも色分けされることもある。
その他の光ファイバケーブル設計の以前に説明した3つの短所に戻って参照すると、今述べたケーブルの対応する利点は、下記のとおりである。
1.改良されたファイバマネジメント。
ファイバは、捩れ、混合またはキンクを防止する強固なバッファ容器内部に収容されている。容器は強固なユニットであるのでアラミドヤーンをバッファ容器から剥ぎ取るのに便利である。ファイバの順番および相対位置は、2層アクリレートバッファ容器が製造されるときに固定される。個々のファイバは、同様の丸型アクリレートユニットにアクセスするための知られている技術を使用してリボン化のために露出させることができる。ファイバは、バッファ容器内で一緒に結合されているのでリボン化が容易である。個々の光ファイバは、識別およびリボン化を助長するために色分けされることがある。
2.改良されたファイバ保護。
ファイバは、使用環境で紫外線アクリレートの硬い層および柔らかな層によって緩衝されている。これが、ケーブルを皮むきし、取り扱う際のファイバ破損に対する機械的な保護を提供する。
3.圧砕保護の改良。
光ファイババッファ容器はその強固な構造ゆえに圧砕抵抗を向上させる。硬い外側層および柔らかな内側層は、圧砕荷重に対する流体静力学的な抵抗をもたらし、柔らかな内側層は圧砕エネルギーを分散させるように作用する。
さらに、光ファイババッファ容器の小型のサイズは、競合するケーブル設計の中で一般的に見られるものより小さなケーブルの製造を可能にする。例えば、本発明のケーブル設計は、3.3mm以下の外径をもつ立上りケーブル/ハロゲンを出さないケーブル、および3.7mm以下の外径をもつプレナム認定ケーブル(plenum−rated cable)の生産を可能にする。
本発明の光ファイバケーブルは、主として屋内、つまり保護された環境での設置に適合していることが前記されている。ケーブル設計は、特にその用途に対して一義的である。しかしその設計は屋外使用、例えば2棟の隣接する建物を連結するのにケーブルが使用されることもある構内環境での使用のために容易に変更することができる。前記の「屋内/屋外」へ言及することは、屋内か屋外の用途、ならびに単一のケーブルが部分的に屋内および部分的に屋外のこともある用途を伝えることを意味する。ケーブルが建物に入り込む場所で通常見られる連結コネクタを省略することができるので、後者は設置上の利点をもたらす。
前記のケーブル設計は、屋外設置のために圧砕抵抗、強度および強固さをさらに向上させるためにさらに変更することができる。そのような変更設計が図3に示されているが、これは基本的には図1のケーブルであり、そのケーブルに第2のポリマーラップ31および第2のジャケット32が加えられている。ラップ31は、ラップ14のもの、つまりガラスヤーンを使用することができるがポリアラミドが好ましい補強テープまたはヤーンのラップと同様である。テープまたはヤーンは真っ直ぐ延ばされてよく、またはらせん状に捩られてよい。一般的な屋外用途ではアラミドヤーンは、水がケーブルの長さに沿って浸入するのを防止することができる給水膨張可能な仕上げ材でコートされることもある。水の浸入を制限するためにテープ、ヤーン、または粉などその他の水遮断への備えも使用されることもある。ポリマーラップという用語は、ケーブル全長に沿って巻きつけられるまたはひも状にされる任意の細長いポリマー材料を述べるものとする。その材料はテープ、ヤーン、網、またはその他の適切なものから選択される。
第2のポリマージャケット32はジャケット15と同様であり、容器としてラップ31の周りに形成される。ジャケット15の場合のようにジャケット32のための適切なポリマーは、PVC、低煙PVC、PVDF、FEP、PTFE、配合フルオロポリマーブレンド、低煙性のハロゲンを出さないポリオレフィンベースの樹脂、難燃性熱可塑エラストマー、および難燃性ナイロンである。屋外使用だけが意図されたケーブルに対しては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロン、およびその他の当技術分野で知られている適切な材料のような非難燃性、耐紫外線のジャケットを使用することができる。ジャケット32は、紫外線安定剤を含むことがあり、その場合内側ジャケット15に紫外線安定剤を添加することが不必要になることもある。
第2の強度層および第2のジャケットはケーブルに引張り強度を追加し、ダクト内の長い引回しまたは立上り設置に対して、あるいは、22.9または25.4メートル以上(75または100フィート以上)の無支持区間に対してケーブルが使用されることもある架空設置に対してさえもケーブルを適切なものしている。
上記説明からバッファ容器は、光ファイバのサブアセンブリとして別個に用意され、次いで保護ヤーンおよび保護ジャケット内でケーブル化されるという意味のケーブルサブユニットを備えることが明白である。バッファ容器サブユニットと第1のポリマーラップおよび第1のジャケットとの組合せについても同様であり得る。これらは図3のより大きなケーブル設計のサブユニットも備えることもある。必要ならば第2のポリマーラップおよび第2のジャケットは、今述べたサブユニットから外側ジャケットを剥ぎ取るための便利な手段を備えることもできる。例えば、リップコードをポリマーラップに組み込ませることができる。あるいは、道具を使用して外側ジャケットを「リングカット(ring−cut)」し、次いでジャケットを外套の長さに沿って区分に切り裂くことができる(いわゆる「ルーズチューブ(loose tube)」光ファイバケーブルでバッファチューブに入るために普通に使用される実務である)。これにより2重ジャケットケーブルを屋外に設置することが可能となるが、その2重ジャケットのケーブルは、屋内を走らせるために容易により小さな軽量なケーブルに換装することができる。その換装はケーブルを終端させることなく行うことができる。一般的な従来技術による設置は、ケーブルジャンクションボックスおよび光ファイバ接合を伴って屋外ケーブルを屋内ケーブルに付着させる。これらは図3のケーブルを使用すれば不要であり、つまり光ファイババッファ容器は、ケーブル設置の屋内部分からケーブル設置の屋外部分を通して連続することができる。
当業者にとっては紫外線硬化アクリル樹脂は、ケーブルの完成品で識別することができる光開始剤を含むことが明白であろう。本発明の実施に際しては適切な任意の光開始剤を使用することができる。
詳細な説明を終えるに当たって、当業者にとっては本発明の原理を実質的に逸脱することなく多くの変形および改変を好ましい実施形態に行うことができることが明らかであろうことに留意されたい。すべてのそのような変形および改変、ならびに均等物は、特許請求の範囲に述べられる本発明の範囲内にあるものとして、本明細書に含まれることが意図される。
2層の光ファイババッファ容器、アラミドヤーン層および外側ジャケットを示す本発明のケーブル設計の概略図である。 複数の2層光ファイババッファ容器が一緒にケーブル化されている、ファイバの数がより大きなケーブル概略図である。 2重ジャケット構造をもつ、本発明によるケーブルの実施形態を示す、図1の概略図と同様な概略図である。

Claims (2)

  1. 光ファイバケーブルを顧客の建物に設置する方法であって、前記光ファイバケーブルは、
    (a)光ファイババッファ容器を備え、前記光ファイババッファ容器は、
    (i)第1の引張り係数を有するポリマー母材内に収められた少なくとも2つの光ファイバと、
    (ii)前記ポリマー母材を収め、前記第1の係数より大きい第2の引張り係数を有するポリマー容器層とを備え、前記ポリマー容器層は円形の断面を有し、前記ポリマー母材の前記係数が0.1〜50MPaの範囲にあり、さらに、
    (b)光ファイババッファ容器を取り囲む第1のポリマーラップ強度層と、
    (c)前記第1のポリマーラップ強度層を取り囲み、円形断面を有するポリマー材料から基本的に構成される第1のケーブルジャケットと、
    (d)前記第1のケーブルジャケットを取り囲む第2のポリマーラップ強度層と、
    (e)前記第2のポリマーラップ強度層を取り囲み、円形の断面を有する第2のケーブルジャケットとを備え、
    前記第2のポリマーラップ強度層(d)および前記第2のケーブルジャケット(e)の一部は前記光ファイババッファ容器(a)、前記第1のポリマーラップ強度層(b)および前記第1のケーブルジャケット(c)から剥ぎ取られて、(a)〜(e)からなるケーブル部分および(a)〜(c)からなるケーブル部分が形成され、さらに、前記(a)〜(e)からなるケーブル部分は前記顧客の建物の屋外に設置され、前記(a)〜(c)からなるケーブル部分は前記顧客の建物の屋内に設置されることを特徴とする方法。
  2. 前記光ファイババッファ容器が、屋内に設置された前記光ファイバケーブルと屋外に設置された光ファイバケーブルの前記部分の間で連続である、請求項に記載の方法。
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