JP6598813B2

JP6598813B2 - 光ファイバケーブル

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Publication number: JP6598813B2
Application number: JP2017064569A
Authority: JP
Inventors: 豊星野
Original assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Current assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Priority date: 2017-03-29
Filing date: 2017-03-29
Publication date: 2019-10-30
Anticipated expiration: 2037-03-29
Also published as: JP2018169431A

Description

本発明は、防水性を有する光ファイバケーブルに関する。

従来、スロットロッドを使用せず、光ファイバ心線と２本のテンションメンバを外被で被覆した光ファイバケーブルが提案されている。このようなものとして、例えば、光ファイバ心線の外周に、緩衝材としてのヤーン（ポリエステル繊維、アラミド繊維、ポリプロピレン繊維など）が充填され、その外周がシースで被覆された光ファイバケーブルがある（例えば、特許文献１参照）。また、光ファイバ心線の外周に、押さえ巻きテープを縦添えし、その外周がシースで被覆された光ファイバケーブルもある（例えば、特許文献２参照）。

近年、このような光ファイバケーブルが地下区間にも敷設される機会が増えており、ケーブル内に水や海水が浸水した場合に、浸水箇所からケーブルに沿って遠くまで走水することを防ぐ防水特性が求められている。このような防水特性を有するものとして、吸水性のパウダーを不織布に付着させたものや水膨張性の繊維からなる紐状部材を光ファイバ心線に撚り合わせた光ファイバケーブルが提案されている（例えば、特許文献３参照）。

特開２００６−３３７５８１号公報特開２００１−３４３５７１号公報特開２０１３−８８５４２号公報

しかしながら、防水特性を有する上記従来の光ファイバケーブルは、光ファイバ心線と吸水性布や吸水性紐が撚り合わされているので、光ファイバを取り出す際に、吸水性布や吸水性紐を切断する必要があり、誤って光ファイバを切断するおそれがあり、取り扱い性が悪かった。また、吸水性布や吸水性紐が存在することで光ファイバケーブルの外径が太くなるという問題があった。

本発明は、防水特性に優れ、取り扱いが容易な光ファイバケーブルを提供することをその目的とする。

本発明は、光ファイバ心線又は光ファイバテープ心線からなる光ファイバユニットと、複数の前記光ファイバユニットの外周に巻き付けられ、内側に吸水性材料を有する押さえ部材と、前記複数の光ファイバユニットと前記押さえ部材とを被覆する外被とを備えた光ファイバケーブルであって、前記押さえ部材の内径をｄ[mm]、前記押さえ部材の内側の空隙率をＳ[%]、前記押さえ部材の吸水性材料による10分間の吸水後の厚さ増加量をｈ[mm]としたとき、以下の式が成り立つことを特徴とする。
１＜[d ² −(d−2h) ² ]／(d ² ×S/100)＜２

また、上記光ファイバケーブルは、前記外被の内部に設けられたテンションメンバを備える構成としても良い。

また、上記光ファイバケーブルは、前記外被の内側に設けられた引き裂き紐を備える構成としても良い。

また、上記光ファイバテープ心線は、前記複数の光ファイバ心線を、長手方向に間欠的に連結された間欠テープ心線で構成しても良い。

本発明によれば、ケーブル内への浸水時に走水を効果的に抑制しつつも、光ファイバ心線を容易に取り出すことが可能となる。

発明の実施形態たる光ファイバケーブルの長手方向に垂直な断面を示す断面図である。ケーブルコアを構成する光ファイバテープ心線の平面図である。押さえ部材の各部の寸法を示すケーブル長手方向から見た説明図である。押さえ部材の吸水後の厚さ増加量を測定する測定装置の断面図である。光ファイバケーブルの防水性の比較試験に用いた試験装置の断面図である。光ファイバケーブルの防水性の比較試験の結果を示す説明図である。

［発明の実施形態の概要］
本発明の実施形態としての光ファイバケーブル１０について図１〜図４に基づいて説明する。図１は、光ファイバケーブル１０のケーブル長手方向（以下、ケーブル長手方向という）に対して垂直な断面（以下、ケーブル断面という）を示す断面図である。

光ファイバケーブル１０は、スロットを用いないスロットレス型のケーブルである。この光ファイバケーブル１０は、複数の光ファイバ心線２１と、当該複数の光ファイバ心線２１の外周に巻き付けられた押さえ部材３０と、複数の光ファイバ心線２１と押さえ部材３０からなるケーブルコアを被覆する外被４０と、外被４０の内部に設けられた二本のテンションメンバ５１と、外被４０の内部に設けられた二本の引き裂き紐５２とを備えている。

［光ファイバ心線］
光ファイバ心線２１は、光ファイバの周囲に一又は複数の被覆層を有する一般的な光ファイバ素線である。複数の光ファイバ心線２１は、各々が単心の状態でケーブルコアを構成してもよいが、ここでは、複数の光ファイバ心線２１が束状に連結された連結体としての光ファイバテープ心線２０がさらに複数束ねられた状態でケーブルコアを構成する場合を例示する。

各光ファイバテープ心線２０は、図２に示すように、複数（ここでは８心を例示）の光ファイバ心線２１を並列に配置して、隣り合う二本の光ファイバ心線２１を接着剤により連結する連結部２３がケーブル長手方向について間欠的に設けられている（８心間欠テープ心線）。各光ファイバテープ心線２０は、上記連結構造を採ることにより、ケーブル長手方向から見た光ファイバ心線２１の連結形状の変形が容易である。したがって、複数の光ファイバテープ心線２０を必要に応じてバンドル等で束ねてユニット化し、このようにユニット化した複数の光ファイバユニット２２の全体を押さえ部材３０で巻いてケーブルコアを構成する場合に、各々の光ファイバテープ心線２０が適度に変形して、全体的に略円形にすることができる。なお、本実施形態では光ファイバテープ心線を例に説明したが、テープ化されていない光ファイバ心線を束ねてユニット化してもよい。また、バンドル等で束ねなくとも、一定の集合体として折りたたまれた１本の光ファイバテープ心線を光ファイバユニット２２とみなすこともできる。

［押さえ部材］
一又は複数の光ファイバテープ心線２０は必要に応じて束ねられ、光ファイバユニット２２となる。そのように用意された複数の光ファイバユニット２２の全体の外周には、押さえ部材３０が設けられる。押さえ部材３０は、縦添え巻きによって複数の光ファイバユニット２２の束を一括して覆うように設けられている。即ち、押さえ部材３０の長手方向がケーブル長手方向に平行となり、押さえ部材３０の幅方向が光ファイバケーブル１０の周方向に沿うように複数の光ファイバユニット２２の束の外周に縦添え巻きされる。

押さえ部材３０の内側面には、吸水性材料の塗布により吸水層が形成されている。この吸水性材料は、吸水により膨張する水膨張性の材料であり、例えば、ポリアクリル酸塩系パウダー、カルボキシメチルセルロース系パウダー等が好適である。押さえ部材としては、ポリエステル不織布などが用いられる。

［外被］
外被４０は、複数の光ファイバユニット２２の束と押さえ部材３０からなるケーブルコアを被覆して保護する機能を有する。外被４０は、ケーブル断面の形状が円形であり、同様に円形のケーブルコアをその中心に配置している。外被４０は、光ファイバケーブル１０をコンクリート、土中、水中に布設可能とするために耐アルカリ性と耐水性を有することが望ましい。そのため、外被４０の材質としては、ポリエチレン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、フッ素樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエチレンテレフタレート系樹脂、塩化ビニル系樹脂、ＡＢＳ樹脂やこれ材料を含んだエラストマー系樹脂が望ましい。

［テンションメンバ］
二本のテンションメンバ５１は、光ファイバケーブル１０に平行かつ全長に渡って外被４０に埋設されている。そして、各テンションメンバ５１は、ケーブル断面において、ケーブルコアの両側で、光ファイバケーブル１０の直径方向の両端部近傍となる位置に個別に配置されている。これらのテンションメンバ５１は、光ファイバケーブル１０の引張強度を高めて複数の光ファイバ心線２１を保護するために設けられている。このため、各テンションメンバ５１は、外被４０に密着した状態で埋設され、鋼線、ＦＲＰ(Fiber Reinforced Plastics)、高分子モノフィラメント等の抗張力材料のものが使用されている。

［引き裂き紐］
二本の引き裂き紐５２は、光ファイバケーブル１０に平行かつ全長に渡って外被４０に埋設されている。各引き裂き紐５２は、ケーブル断面において、ケーブルコアの両側であって二本のテンションメンバ５１に直交する配置で、光ファイバケーブル１０の直径方向の両側に個別に配置されている。各引き裂き紐５２は、ケーブルコアの押さえ部材３０の外周面のすぐ近くに配置され、光ファイバケーブル１０の端部から延びた各引き裂き紐５２を光ファイバケーブル１０の直径方向外側に引っ張ることで、外被４０を引き裂いて、ケーブルコアの取り出しを容易とする。なお、引き裂き紐５２は外被４０を引き裂くことが可能な程度の引張強度があれば良く、例えば、ポリエステル撚り紐からなる。

［押さえ部材の吸水性とその寸法との関係］
前述した押さえ部材３０は、その内径をｄ[mm]、押さえ部材３０の内側（複数の光ファイバテープ心線２０の束）の空隙率をＳ[%]、押さえ部材３０の吸水性材料による10分間の吸水後の厚さ増加量をｈ[mm]としたとき、以下の関係式(1)が成り立つようになっている。
d²−(d−2h)² ＞ d²×S/100 …(1)

上式(1)の意義を図３に基づいて説明する。図３は押さえ部材３０をケーブル長手方向から見た説明図である。図３において、円Ｃ１は押さえ部材３０の吸水性材料が吸水していない乾燥状態における内周を示しており、円Ｃ２は押さえ部材３０の吸水性材料が10分間吸水して厚さがｈ[mm]増加した状態における内周を示している。なお、吸水性材料が吸水を行うのに十分な時間として10分後の厚さを測定しているものである。

円Ｃ１の面積と円Ｃ２の面積の差は、押さえ部材３０の吸水性材料が10分間吸水して膨らんだ場合の面積増加量ｇを示しており、当該面積増加量ｇは次式(2)となる。
g=πd²/4−π(d−2h)²/4 …(2)

一方、押さえ部材３０の内側の空隙率Ｓ[%]とは、押さえ部材３０の内側の面積に対する押さえ部材３０が巻かれた複数の光ファイバテープ心線２０の束の隙間面積の割合である。押さえ部材３０の内側の面積は、押さえ部材３０の吸水性材料が吸水していない乾燥状態における内周である円Ｃ１の面積（＝πd²/4）である。円Ｃ１の面積に空隙率Ｓを乗じた値は、複数の光ファイバテープ心線２０の束の全ての光ファイバ心線２１を隙間なく最大限に圧縮したときの収縮面積に相当する。この収縮面積ΔＳは次式(3)となる。
ΔS＝πd²/4×S/100 …(3)

関係式(1)の左辺にπ/4を乗じると式(2)の面積増加量ｇと一致し、関係式(1)の右辺にπ/4を乗じると式(3)の収縮面積ΔＳに一致する。したがって、関係式(1)は、押さえ部材３０の吸水性材料が10分間に吸水して膨らんだ場合の面積増加量ｇが、複数の光ファイバテープ心線２０の束を最大限に圧縮したときの収縮面積ΔＳよりも大きくなることを示している。

つまり、光ファイバケーブル１０が浸水した場合に、吸水した押さえ部材３０の吸水性材料が、複数の光ファイバテープ心線２０の束の全ての光ファイバ心線２１の隙間を埋め尽くす以上の断面積増加を生じるキャパシティを持っていることを示している。したがって、これにより、光ファイバケーブル１０の浸水時に、押さえ部材３０の吸水性材料が隙間を埋めて、浸水箇所より遠方への走水を効果的に抑えることができる。

なお、押さえ部材３０の内側の空隙率Ｓ[%]は、具体的には、次の計算で求めることができる。
Ｓ＝{１−（全ての光ファイバ心線２１及び全ての連結部２３等の断面積）／（押さえ部材３０内周の断面積（＝円Ｃ１の面積））｝×１００

［押さえ部材の吸水性材料による吸水後の厚さ増加量の測定方法］
押さえ部材３０の吸水性材料による吸水後の厚さ増加量ｈの測定方法の一例を図４に示す。押さえ部材３０と同じ材質の試料Ｔを用意して、測定装置２００を用いて押さえ部材３０の吸水性材料による10分間の吸水後の厚さ増加量ｈを測定する。試料Ｔは、シート状であり、片面に厚さ均一の吸水性材料の層が形成されている。

(1)まず、φ79[mm]の円形に試料Ｔを切り、φ80[mm]の円形に切られた二枚のティッシュＰの間に挟む。
(2)そして、二枚のティッシュＰに挟まれた試料Ｔを吸水性材料の層が上になるようにして測定装置２００の下型２１０の円形の凹部内に入れる。さらに、上下に貫通する複数の小孔２２１が空いた上蓋２２０を二枚のティッシュＰに挟まれた試料Ｔの上に載せる。上蓋２２０は、直径1.5[mm]×60個の小孔２２１が試料側の平坦面全体に規則的に分布している。上蓋２２０の質量は97[g]である。
(3)さらに、上蓋２２０の上面に上から測定子２３１が当接するようにダイヤルゲージ２３０をセットし、ダイヤルゲージ２３０の本体２３２を固定する。
(4)次に、ダイヤルゲージ２３０のゼロ調整を行ってから、人工海水50~60[ml]を上蓋２２０の上から下型２１０の円形の凹部内に注ぐ。人工海水は下記のものを使用する。
人工海水：NaCl 24.5[g]、MgCl₂ 11.1[g]、H₂O 1000[ml]
水温：23[℃]
(5)人工海水を加えてから10分後の上蓋２２０の高さ増加量を、押さえ部材３０の吸水性材料による吸水後の厚さ増加量として、ダイヤルゲージ２３０により測定する。

なお、上記測定方法において、測定装置２００の各部の寸法及び重量、試料Ｔの寸法、形状、ティッシュＰの使用の有無等は一例であって、適宜、変更可能である。また、上記測定方法では、試料Ｔを人工海水に浸しているが、これに限定されず、光ファイバケーブル１０の使用環境に応じて変更可能である。例えば、光ファイバケーブル１０の使用環境により、海水の浸水が想定される場合には人工海水（天然海水でもよい）で測定を行い、真水の浸水が想定される場合には真水で測定することが望ましい。また、水温も一例であり、光ファイバケーブル１０の使用環境の温度に合わせることが望ましい。

［発明の実施形態の技術的効果］
以上のように、光ファイバケーブル１０では、押さえ部材３０の内径ｄと押さえ部材３０の内側の空隙率Ｓと押さえ部材３０の吸水性材料による10分間の吸水後の厚さ増加量ｈとが、前述した関係式(1)が成り立つように構成されている。このため、光ファイバケーブル１０に浸水が生じた場合に、押さえ部材３０の吸水性材料は、ケーブルコアの各光ファイバ心線の隙間を十分に埋めることができる程度に断面積増加を生じるので、浸水箇所からの走水を効果的に抑制し、防水性の向上を図ることが可能である。

さらに、押さえ部材３０が複数の光ファイバ心線２１の外側に巻かれているので、押さえ部材３０のみを容易に切断して光ファイバ心線２１を取り出すことができ、取り扱い性の高い光ファイバケーブル１０を提供することが可能である。

また、押さえ部材３０が複数の光ファイバ心線２１の外側に巻かれているので、光ファイバ心線２１に吸水性材料からなるヤーンや紐状体を撚り合わせる場合に比べて、ケーブルコアの小径化を図ることが可能となる。

また、光ファイバケーブル１０は、外被４０の内部に設けられたテンションメンバ５１を備えているので、光ファイバケーブル１０の引張強度を高めることができ、光ファイバ心線２１の保護を図ることが可能となる。

また、光ファイバケーブル１０は、外被４０の内側に設けられた引き裂き紐５２を備えているので、光ファイバ心線２１の取り出しの際に、外被４０を容易にひき裂くことができ、取り扱い性の向上を図ることが可能となる。

また、光ファイバケーブル１０は、複数の光ファイバ心線２１が束状に連結された光ファイバテープ心線２０を有するので、複数の光ファイバテープ心線２０を揃えやすく、ケーブルコアを容易に形成することが可能となる。

また、光ファイバケーブル１０は、複数の光ファイバ心線２１が長手方向に間欠的に連結されたテープ状の光ファイバテープ心線２０を有するので、複数の光ファイバテープ心線２０を束ねてケーブルコアとする場合に光ファイバ心線２１同士の隙間を低減することができる。従って、光ファイバ心線２１は、押さえ部材３０の吸水性材料と共に効果的に走水を抑え、防水特性の向上を図ることが可能となる。

［実施例］
図１とほぼ同じ構造の光ファイバケーブルであって、関係式(1)の条件を満たすものと満たさないものからなる複数の試験体１〜１１について、防水特性の比較試験を行った。なお、試験体は、四本の光ファイバ心線を並列に配置してケーブル長手方向について間欠的に連結した光ファイバテープ心線を複数束ねて押さえ部材を縦添え巻きしたケーブルコアを備え、外径1.8[mm]の鋼線をテンションメンバとする光ファイバケーブルを使用している。また、各試験体は、光ファイバテープ心線の使用本数を変更することで、押さえ部材の内径ｄ、空隙率Ｓの調整を行っている。

図５は比較試験に使用した試験装置３００を示す。この試験装置３００は円筒状の中空容器であり、上端が開口し、下端には光ファイバケーブルの一端部を挿入する取り付け口３０１が設けられている。両端部の端面を露出させた試験体としての光ファイバケーブルを水平に向けて、その一端部を取り付け口３０１に挿入し、当該取り付け口３０１の周囲には図示しないシール加工を施し、試験装置３００の内部には液体を注水した。液体は、前述した人工海水と同じものを使用した。また、光ファイバケーブルの中心から試験装置３００内の人工海水の液面までの高さである水頭長は1[m]とした。なお、光ファイバケーブルとしての試験体は、いずれも生じ得る走水長よりも十分に長いものを使用した（例えば、100[m]）。

図６は比較試験に使用した光ファイバケーブル１０Ａのそれぞれの試験体の押さえ部材の内径ｄ、押さえ部材の内側の空隙率Ｓ、押さえ部材の吸水性材料による10分間の吸水後の厚さ増加量ｈの実測値と、関係式(1)の左辺と右辺のそれぞれの値と、上記試験で浸水した人工海水の到達距離である走水長と、防水特性の良否とを示している。防水特性は、走水長が30[m]未満を〇と、30[m]以上を×とした。

関係式(1)の左辺と右辺の数値の大小から分かるように、試験体１，３，４，６，７，９，１１は関係式(1)の条件を満たしている。そして、良否判定では、関係式(1)の条件を満たす試験体１，３，４，６，７，９，１１がいずれも走水長が30[m]未満となり、関係式(1)の条件を満たさない試験体２，５，８，１０は走水長が30[m]以上となった。したがって、関係式(1)の条件を満たす光ファイバケーブルが、防水特性が向上するという結果が得られた。

［その他］
上記実施形態では、発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されている場合を例示したが、本発明の範囲を上記実施形態及び図示の例に限定するものではない。例えば、押さえ部材３０は、片面に吸水性材料を塗布したものを例示したが、吸水性材料の層を形成することができれば塗布以外の方法を利用しても良い。また、粉体の吸収性材料を押さえ部材３０の片面に吹き付けて層を形成してもよい。

また、前述したが複数の光ファイバ心線２１は、連結されていない単心状態でケーブルコアを構成してもよい。また、光ファイバ心線２１を連結した連結体として光ファイバテープ心線２０を例示したが、連結体はテープ状でなくともよい。また、光ファイバテープ心線２０は、各光ファイバ心線２１がケーブル長手方向に間欠的に連結されている構造を例示したが、このような連結構造でなくともよい。

１０，１０Ａ光ファイバケーブル
２０光ファイバテープ心線
２１光ファイバ心線
２２光ファイバユニット
２３連結部
３０押さえ部材
４０外被
５１テンションメンバ
５２引き裂き紐
２００測定装置
３００試験装置
Ｃ１円
Ｃ２円
ｄ内径
ｇ面積増加量
ｈ吸水後の厚さ増加量
Ｓ空隙率
Ｔ試料
ΔＳ収縮面積

Claims

光ファイバ心線又は光ファイバテープ心線からなる光ファイバユニットと、
複数の前記光ファイバユニットの外周に巻き付けられ、内側に吸水性材料を有する押さえ部材と、
前記複数の光ファイバユニットと前記押さえ部材とを被覆する外被とを備えた光ファイバケーブルであって、
前記押さえ部材の内径をｄ[mm]、
前記押さえ部材の内側の空隙率をＳ[%]、
前記押さえ部材の吸水性材料による10分間の吸水後の厚さ増加量をｈ[mm]としたとき、以下の式が成り立つことを特徴とする光ファイバケーブル。
１＜[d ² −(d−2h) ² ]／(d ² ×S/100)＜２
前記外被の内部に設けられたテンションメンバを備えることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバケーブル。
前記外被の内側に設けられた引き裂き紐を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の光ファイバケーブル。
前記光ファイバテープ心線は、長手方向に間欠的に連結された間欠テープ心線であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光ファイバケーブル。