JP5813529B2 - 光ファイバケーブル及び光ファイバケーブルの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、光ファイバケーブル及び光ファイバケーブルの製造方法に関する。

光ファイバケーブルとして、中心に抗張力体（テンションメンバ）が内蔵され、抗張力体の周囲に光ファイバを撚り合わせた構造が知られている。また、中心に光ファイバを配置し、光ファイバを被覆したシース（外被）に抗張力体を埋設した構造が知られている。

このような光ファイバケーブルにおいて、抗張力体の高い剛性のため、ケーブルの可撓性が悪いという問題がある。また、抗張力体の無い構造とすると、環境温度が低下したときにシースの収縮によりシース内の光ファイバに曲げが加わり、伝送損失が増加するという問題があった。

この問題を解決するため、光ファイバを自らの剛性により曲がり難くし、低温時における損失増加を抑制する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。また、低温時のシースの収縮の影響を回避するため、シースに負の線膨張係数を持つ材料を用いることが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。

特開平１１−３１１７３０号公報 特開昭６２−１１８３１３号公報

しかしながら、特許文献１では、最外層のシースが厚くなるにつれ、最外層のシースの低温時における収縮による影響が無視できなくなり、低温時の損失温度特性が劣化するという問題がある。また、特許文献２では、シースに使用可能な材料が制限され、更には材料費が高価であるといった問題が残る。

本発明の目的は、可撓性に優れ、且つ低温時のシースの収縮に起因する光ファイバの曲げによる損失を抑制することができる光ファイバケーブル及び光ファイバケーブルの製造方法を提供することである。

本発明の一態様によれば、複数本の光ファイバと、複数本の光ファイバの周囲を直接被覆する内層シースと、内層シースの周囲を被覆する抗張力繊維からなる抗張力層と、抗張力層の周囲を被覆し、ケーブル長手方向の圧縮歪みが付与されている外層シースとを備える光ファイバケーブルが提供される。

本発明の他の態様によれば、複数本の光ファイバと、複数本の光ファイバの周囲を直接被覆する内層シースとを有する内層ケーブルの周囲に、抗張力繊維からなる抗張力層を形成するステップと、抗張力層の周囲を被覆する外層シースを形成するステップと、内層ケーブル、抗張力層及び外層シースを冷却するステップと、内層ケーブル、抗張力層及び外層シースを第１の速度で引き取るステップと、冷却するステップと引き取るステップとの間において、内層ケーブル及抗張力層を第１の速度で走行させながら、外層シースを第１の速度よりも速い第２の速度で走行させることにより、外層シースにケーブル長手方向の圧縮歪みを付与するステップとを含む光ファイバケーブルの製造方法が提供される。

本発明の他の態様において、外層シースにケーブル長手方向の圧縮歪みを付与するステップは、中間キャラピラを用いて外層シースを第２の速度で走行させても良い。

本発明の他の態様において、第２の速度は、第１の速度の１．１倍〜１．５倍であっても良い。

本発明によれば、可撓性に優れ、且つ低温時のシースの収縮に起因する光ファイバの曲げによる損失を抑制することができる光ファイバケーブル及び光ファイバケーブルの製造方法を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る光ファイバケーブルの一例を示すケーブル長手方向に対して垂直方向の断面図である。 本発明の実施の形態に係る光ファイバケーブルの一例を示すケーブル長手方向に沿った断面図である。 本発明の実施の形態に係る光ファイバケーブルの製造システムの一例を示す概略図である。 本発明の実施の形態に係る光ファイバケーブルの製造方法の一例を説明するための光ファイバケーブルのケーブル長手方向に沿った断面図である。 本発明の実施の形態の第１の実施例に係る光ファイバケーブルの損失温度特性の測定結果を表す表（その１）である。 本発明の実施の形態の第１の実施例に係る光ファイバケーブルの損失温度特性の測定結果を表す表（その２）である。 本発明の実施の形態の第２の実施例に係る光ファイバケーブルの一例を示すケーブル長手方向に対して垂直方向の断面図である。 本発明の実施の形態の第２の実施例に係る光ファイバケーブルの損失温度特性の測定結果を表す表（その１）である。 本発明の実施の形態の第２の実施例に係る光ファイバケーブルの損失温度特性の測定結果を表す表（その２）である。

次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。

また、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。

（光ファイバケーブルの構造）
本発明の実施の形態に係る光ファイバケーブルは、図１に示すように、複数本の光ファイバ１１と、複数本の光ファイバ１１の周囲を直接被覆する内層シース（第１の外被）１２と、内層シース１２の周囲を被覆する抗張力繊維からなる抗張力層１３と、抗張力層１３の周囲を被覆し、ケーブル長手方向の圧縮歪みが付与されている外層シース（第２の外被）１４とを備える。複数本の光ファイバ１１及び内層シース１２により内層ケーブル（光ファイバユニット）１０が構成されている。

光ファイバ１１としては、光ファイバ素線、光ファイバ心線又は光ファイバテープ心線等が採用可能である。本発明の実施の形態において、光ファイバ１１の本数及び光ファイバ１１の種類は特に限定されない。

抗張力層１３を構成する抗張力繊維としては、ケブラー（登録商標）等のポリ−ｐ−フェニレンテレフタラミド繊維等のアラミド繊維や、ガラス繊維、カーボン繊維等が使用可能である。抗張力繊維の太さは、アラミド繊維を用いた場合には３０００〜５００００デニール程度、ガラス繊維を用いた場合には２万〜３０万デニール程度、カーボン繊維を用いた場合には２万〜３０万デニール程度である。

内層シース１２及び外層シース１４のそれぞれは円形の断面形状を有する。内層シース１２の厚さは０．５ｍｍ程度、外層シース１４の厚さは０．３ｍｍ〜１．２ｍｍ程度である。内層シース１２及び外層シース１４の材料としては、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ナイロン（登録商標）等が使用可能である。

本発明の実施の形態に係る光ファイバケーブルは、例えば−１０℃以下程度の低温環境下におかれた場合、内層シース１２及び外層シース１４が収縮する。このとき、内層シース１２の収縮については、光ファイバ１１の周囲に内層シース１２を直接施しているので、光ファイバ１１の剛性により内層シース１２のケーブル長手方向の収縮を抑制することができ、損失増加を抑制することができる。

また、外層シース１４の収縮については、仮に外層シース１４にケーブル長手方向の圧縮歪みが付与されていない場合には、収縮後の外層シース１４と内層ケーブル１０との線長差が大きくなる。このため、図２に示すように、外層シース１４内で内層ケーブル１０が蛇行し、光ファイバ１１に曲げＲが発生し、損失が増加する。

これに対して、本発明の実施の形態によれば、光ファイバケーブルの製造時に、外層シース１４にケーブル長手方向の圧縮歪みが予め付与されているので、低温時における外層シース１４のケーブル長手方向の収縮量を緩和・抑制することができ、収縮後の外層シース１４と内層ケーブル１０との線長差を小さくすることができる。この結果、外層シース１４内の内層ケーブル１０の蛇行が抑制され、光ファイバ１１の曲げＲを所望の許容曲げ以内に抑制することができ、損失増加を抑制することが可能となる。

更に、本発明の実施の形態に係る光ファイバケーブルによれば、抗張力層１３として抗張力繊維を用いているので、鋼線等からなるテンションメンバを用いた場合よりも可撓性に優れている。

なお、光ファイバ１１の許容曲げの程度は光ファイバ１１の種類や用途等により適宜設定可能である。また、外層シース１４の収縮量は、光ファイバ１１の曲げが許容曲げ以内に収まるように、外層シース１４に付与する圧縮歪みの量を調整することにより制御可能である。

（光ファイバケーブルの製造システム）
本発明の実施の形態に係る光ファイバケーブルは、例えば図３に示すような製造システムにより製造可能である。本発明の実施の形態に係る光ファイバケーブルの製造システムは、送り出し装置（ボビン）１、押出機２、冷却装置３、中間キャタピラ４、ガイドコロ（ガイドプーリー）５、引き取り装置６、ガイドコロ（ガイドプーリー）７、張力制御ダンサ８、及び巻き取り装置（ボビン）９を備える。

送り出し装置１及び巻き取り装置９は、図示を省略したモータにより一定速度でそれぞれ回転駆動される。冷却装置３としては、水槽等が使用可能である。中間キャタピラ４は、複数のプーリ４１ａ，４１ｂと、複数のプーリ４１ａ，４１ｂでそれぞれ回転駆動される平形ベルト４２ａ，４２ｂの対を有する。引き取り装置６は、図示を省略したモータにより回転駆動される引き取りプーリ６１、及び引き取りプーリ６１と対向するベルトラップ６２を備える。

（光ファイバケーブルの製造方法）
次に、本発明の実施の形態に係る光ファイバケーブルの製造方法の一例を説明する。なお、以下に示す光ファイバケーブルの製造方法は一例であり、これに特に限定されるものではない。

（イ）図示を省略した押出機を用いて、図１に示すように複数本の光ファイバ１１の周囲を直接被覆するように内層シース１２を形成し、内層ケーブル１０を作製する。作製した内層ケーブル１０は図３に示すように送り出し装置１に巻き付けておく。なお、内層ケーブル１０を送り出し装置１に巻き付けておく代わりに、押出機２の前段に内層ケーブル１０を作製するための図示を省略した押出機等を配置して、インラインで内層ケーブル１０を作製しても良い。

（ロ）送り出し装置１を回転駆動して内層ケーブル１０を送り出し、内層ケーブル１０を第１の速度で走行させる。第１の速度は例えば４ｍ／ｍｉｎ〜１０ｍ／ｍｉｎ程度であり、ここでは６ｍ／ｍｉｎとする。

（ハ）図示を省略した繰り出し機を用いて抗張力繊維１３を繰り出し、内層ケーブル１０をコアとして内層ケーブル１０の周囲に抗張力繊維１３を集合させながら、押出機２に搬入する。押出機２を用いて押出成形により、抗張力繊維からなる抗張力層１３の周囲を樹脂で被覆し、外層シース１４を形成する。

（ニ）内層ケーブル１０、抗張力層１３及び外層シース１４を、冷却装置３を用いて冷却することにより、外層シース１４が固化する。

（ホ）冷却装置３と引き取り装置６の間において、中間キャタピラ４を用いて、図４に示すように外層シース１４の線速を加速させ、第１の速度Ｖ１より速い第２の速度Ｖ２で走行させる。第２の速度Ｖ２は、第１の速度Ｖ１より例えば１．１倍〜１．５倍程度速く、例えば４．４ｍ／ｍｉｎ〜１５ｍ／ｍｉｎ程度である。一方、内層ケーブル１０及び抗張力層１３の線速は第１の速度Ｖ１を維持する。

（ヘ）引き取り装置６は、内層ケーブル１０、抗張力層１３及び外層シース１４を一括して第１の速度Ｖ１で引き取る。引き取り装置６による引き取りの第１の速度Ｖ１よりも速い第２の速度Ｖ２で中間キャタピラ４から外層シース１４が送り込まれるため、外層シース１４にケーブル長手方向の圧縮歪みが付与される。外層シース１４に付与される圧縮歪みの大きさは、外層シース１４の種類等に応じて適宜設定され、第２の速度Ｖ２を調整することにより制御可能である。なお、押出機２は、外層シース１４の線速に追従して樹脂を押し出す。

（ト）引き取り装置６により引き取られた後、内層ケーブル１０、抗張力層１３及び圧縮歪みが付与された外層シース１４により構成される光ファイバケーブルは、張力制御ダンサ８により張力を制御されて、巻き取り装置９で巻き取られる。

本発明の実施の形態に係る光ファイバケーブルの製造方法によれば、抗張力繊維からなる抗張力層１３を形成することで、可撓性に優れた光ファイバケーブルを実現可能となる。

更に、中間キャタピラ４を用いて外層シース１４を加速させ、引き取り装置６による引き取りの第１の速度Ｖ１よりも速い第２の速度Ｖ２で送り込むことにより、外層シース１４にケーブル長手方向の圧縮歪みを付与することができる。この結果、低温時の外層シース１４の収縮に起因する光ファイバ１１の曲げによる損失を抑制することができる光ファイバケーブルを実現可能となる。

（第１の実施例）
本発明の実施の形態の第１の実施例及び第１の比較例に係る光ファイバケーブルについて説明する。

まず、第１の比較例として、図１に示した光ファイバ１１として着色光ファイバ心線１６本を一方向に撚ったものに内層シース１２を直接施し、内層ケーブル１０を形成した。内層シース１２の厚さは、０．３ｍｍ、０．７ｍｍの２水準とした。内層ケーブル１０の周囲に抗張力層１３として１４２０デニールのケブラー（登録商標）を６本撚り合わせながら、外層シース１４を形成した。外層シース１４の厚さは０．３ｍｍ、０．５ｍｍ、０．７ｍｍ、１．０ｍｍ、１．２ｍｍの５水準とした。第１の比較例としては、中間キャタピラ４を用いずに、外層シース１４にケーブル長手方向の圧縮歪みを付与しないものを試作した。

一方、第１の実施例として、内層シース１２の厚さが０．３ｍｍ、０．７ｍｍの２水準のそれぞれについて、外層シース１４の厚さを０．７ｍｍ、１．０ｍｍ、１．２ｍｍの３水準で試作した。外層シース１４の厚さが０．３ｍｍ、０．５ｍｍの条件については、第１の比較例に係る光ファイバケーブルが良好な損失温度特性であったため試作しなかった（損失温度特性の測定結果については後述する。）。第１の実施例として、第１の速度Ｖ１を６ｍ／ｍｉｎとし、第２の速度Ｖ２を第１の速度Ｖ１の１．１倍（６．６ｍ／ｍｉｎ）及び１．２倍（７．２ｍ／ｍｉｎ）の２水準とし、外層シース１４にケーブル長手方向の圧縮歪みを付与した。

第１の比較例及び第１の実施例に係る光ファイバケーブルについて、−１０℃と５５℃で３サイクルの損失温度特性の測定を行った。各温度での保持時間を６時間以上とし、ケーブル長は５００ｍ、ケーブル形状は直径３００ｍｍの束状態とした。

図５及び図６に、内層シース１２の厚さが０．３ｍｍ、０．７ｍｍの場合で分けて測定結果を示す。図５及び図６中の数値は、１．５５μｍにおける初期の値の損失に対して、３サイクル目、−１０℃における損失の増加量（１６心中の最大値）を示している。損失の変動量が０．０１ｄＢ／ｋｍ未満の場合を「＜０．０１」と記載し、損失の変動量が１．０ｄＢ／ｋｍより大きい場合を「＞１．０」と記載した。

図５及び図６において、第１の比較例に係る光ファイバケーブルでは、内層シース１２の厚さが０．３ｍｍ、０．７ｍｍのいずれの場合でも、外層シース１４の厚さが０．３ｍｍ、０．５ｍｍの場合には損失の変動量が０．０１ｄＢ／ｋｍ未満であり、良好な損失特性であるが、外層シース１４が厚くなるにつれて損失が増加しているのが分かる。

一方、第１の実施例に係る光ファイバケーブルの中間キャタピラ４の第２の速度Ｖ２が１．１倍の条件では、第１の比較例に係る光ファイバケーブルよりも損失が低減されており、中間キャタピラ４の第２の速度Ｖ２が１．２倍の条件では、更に損失が低減されていることが分かる。

（第２の実施例）
本発明の実施の形態の第２の実施例及び第２の比較例に係る光ファイバケーブルとして、図７に示すように、４枚の間欠固定４心テープ心線１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄを一方向に撚り、内層シース１２で被覆して内層ケーブル１０とし、その周囲に抗張力層１３及び外層シース１４を形成したものをそれぞれ試作した。図７において間欠固定４心テープ心線１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの各纏まりを一点鎖線で示す。

間欠固定４心テープ心線１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄを使用することにより、一体型のテープ心線と比較して端末部の取り扱いが容易になる。また、一体型のテープ心線と異なり曲げ方向が制約されないため、ケーブル内に高密度に実装することができる。間欠固定４心テープ心線１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄを使用した点以外は、第１の比較例及び第１の実施例と同様の条件で試作した。

第２の比較例及び第２の実施例に係る光ファイバケーブルに対して、第１の実施例と同様の条件で損失温度特性の測定を行った。図８及び図９に測定結果を示す。図８及び図９において、第２の比較例に係る光ファイバケーブルでは、内層シース１２の厚さが０．３ｍｍ、０．７ｍｍのいずれの場合でも、外層シース１４の厚さが０．３ｍｍ、０．５ｍｍの場合には損失の変動量が０．０１ｄＢ／ｋｍ未満であり、良好な損失特性であるが、外層シース１４が厚くなるにつれて損失が増加しているのが分かる。

一方、第２の実施例に係る光ファイバケーブルの中間キャタピラ４の第２の速度Ｖ２が１．１倍の条件では、第２の比較例に係る光ファイバケーブルよりも損失が低減されており、中間キャタピラ４の第２の速度Ｖ２が１．２倍の条件では、更に損失が低減されていることが分かる。

（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

１…送り出し装置
２…押出機
３…冷却装置
４…中間キャタピラ
５，７…ガイドコロ（ガイドプーリー）
６…引き取り装置
８…張力制御ダンサ
９…巻き取り装置
１０…内層ケーブル（光ファイバユニット）
１１…光ファイバ
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ…間欠固定４心テープ心線
１２…内層シース
１３…抗張力層（抗張力繊維）
１４…外層シース
４１ａ，４１ｂ…プーリ
４２ａ，４２ｂ…平形ベルト
６１…引き取りプーリ
６２…ベルトラップ

Claims (4)

1. 複数本の光ファイバと、
   前記複数本の光ファイバの周囲を直接押出被覆する内層シースと、
   前記内層シースの周囲を被覆する抗張力繊維からなる抗張力層と、
   前記抗張力層の周囲を押出被覆し、ケーブル長手方向の圧縮歪みが付与されている外層シースと、
   を備えることを特徴とする光ファイバケーブル。
2. 複数本の光ファイバと、前記複数本の光ファイバの周囲を直接押出被覆する内層シースとを有する内層ケーブルの周囲に、抗張力繊維からなる抗張力層を形成するステップと、
   前記抗張力層の周囲を押出被覆する外層シースを形成するステップと、
   前記内層ケーブル、前記抗張力層及び前記外層シースを冷却するステップと、
   前記内層ケーブル、前記抗張力層及び前記外層シースを第１の速度で引き取るステップと、
   前記冷却するステップと前記引き取るステップとの間において、前記内層ケーブル及び前記抗張力層を前記第１の速度で走行させながら、前記外層シースを前記第１の速度よりも速い第２の速度で走行させることにより、前記外層シースにケーブル長手方向の圧縮歪みを付与するステップと、
   を含むことを特徴とする光ファイバケーブルの製造方法。
3. 前記外層シースにケーブル長手方向の圧縮歪みを付与するステップは、中間キャラピラを用いて前記外層シースを前記第２の速度で走行させることを特徴とする請求項２に記載の光ファイバケーブルの製造方法。
4. 前記第２の速度は、前記第１の速度の１．１倍〜１．５倍であることを特徴とする請求項２又は３に記載の光ファイバケーブルの製造方法。

Images