JPH0713687B2 - 光ファイバケーブル - Google Patents

光ファイバケーブル

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JPH0713687B2
JPH0713687B2 JP62236814A JP23681487A JPH0713687B2 JP H0713687 B2 JPH0713687 B2 JP H0713687B2 JP 62236814 A JP62236814 A JP 62236814A JP 23681487 A JP23681487 A JP 23681487A JP H0713687 B2 JPH0713687 B2 JP H0713687B2
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fiber cable
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groove
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邦 林
佳延 北山
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/44Mechanical structures for providing tensile strength and external protection for fibres, e.g. optical transmission cables
    • G02B6/4401Optical cables
    • G02B6/4407Optical cables with internal fluted support member

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光フアイバケーブルに関し、とくに外周に方向
が周期的に反転するらせん状溝を有する溝付スペーサの
溝内に光フアイバを収納した構造の光フアイバケーブル
の改良に関するものである。
〔従来の技術〕
従来のらせん状溝付スペーサの溝に光フアイバを一方向
に撚り合わせて収納する構造の光フアイバケーブルに対
し、光フアイバケーブルの製造性をより改善できる構造
として、たとえば特開昭52−126238号公報に開示されて
いるように、光フアイバを、適宜間隔ごとにらせんの向
きが反転しているらせん状溝付スペーサの溝内に収納し
た構造の光フアイバケーブルが提案されている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上述のらせんの向きが反転しているらせん状溝付スペー
サの溝内に光フアイバを収納する構造の光フアイバケー
ブルは、製造性の改善はなされているが、一方、光フア
イバケーブルの曲げによる伝送損失の増加が大きく、さ
らにその伝送損失の増加が光フアイバケーブルの曲げ方
向にも依存するという従来の一方向に撚り合わせた構造
の光フアイバケーブルになかつた問題ば生じている。た
とえば、外径9mmφのらせん方向が360°ごとに反転する
溝付スペーサの溝内に光フアイバを収納した構造の光フ
アイバケーブルを半径100mmに曲げると、溝内に収納さ
れている光フアイバに生じる歪が1%もあることが理論
および実験から判明した。この1%の歪は、既に通常の
光フアイバ製造時のスクリーニングレベルの0.7%を超
えており、光の伝送損失および光フアイバの寿命の点か
らも許容されない値になつている。しかし、この種の光
フアイバケーブルが、なぜ曲げ特性の面で劣るのかにつ
いての原因は現在未解決の状態である。またこの種の光
フアイバケーブルをどの方向に曲げても、光フアイバに
生じる歪が最小になる反転角度についての検討・設計も
未解決の状態である。なおここで反転角度とは、方向が
適宜間隔で反転するらせん状溝付スペーサの溝が、一つ
の反転位置から次の反転位置に至るまでの溝付スペーサ
円周方向の回転角度であり、第2図に、溝付スペーサに
相当する中心部材1における反転の始点、たとえばF1か
ら終点、すなわち次の反転に移る点F2に至る中心部材1
の円周方向の回転角度を意味する。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は従来の未解決の問題を解決し、最適反転角度を
備えた光フアイバケーブルを提供するもので、外周に周
期的に方向が反転するらせん状溝を有する溝付きスペー
サの溝内に光ファイバを収納した構造の光ファイバケー
ブルにおいて、前記らせん状溝のらせん方向が、溝付き
スペーサ円周上の一点を中心に該円周方向の回転角度
(/2)の所で該溝の回転方向が反転して前記中心点を
通り回転角度(−/2)の所に達した後再び回転方向が
反転して前記中心点に戻ることを繰り返す溝付きスペー
サの反転角度が、 230°≦≦330° であることを特徴としている。
〔作用〕
本発明の構成による作用を以下に説明する。第3図は周
期的に撚り方向を反転させた構造の光フアイバケーブル
の構造概要を示す図である。3は溝付スペーサに相当す
る中心部材で、4はらせん状溝に方向を反転しながら収
納された状態の光フアイバで、またらせん状溝をも示
す。第3図のA点を中心に平面上に展開した図が第4図
である。なお第3図および第4図は、光フアイバ4,2が
タイト構造になつているとしてモデル化した表示図であ
る。
第3図に示す座標系において、たとえば中心部材3をx-
z平面上で、かつxの正方向に曲げ中心をもつように曲
げたとき、第4図について見ると、光フアイバ2のB-A
およびA-D部分に縮み歪を生じ、光フアイバ2のC-Bおよ
びD-C部分に伸び歪を生じる。もし第2図に示す反転角
度を180°以下にすると、光フアイバ全体に縮み歪を
生じる。すなわち、通常この種の構造の光フアイバケー
ブルで反転角度を180°以下にしない理由はこのため
である。
従来、この種の構造の光フアイバケーブルに通常採用さ
れている反転角度が360°の場合について以下に詳述す
る理論考案を試みた。その結果、上述した第3図の場合
と同様に同一方向に曲げたとき、光フアイバが自由に動
き得る状態でも、光フアイバに生じる歪、すなわち伸び
歪と縮み歪の差は、実質的になお無視できない程度残さ
れることが明らかになつた。したがつて従来のこの種の
構造の光フアイバケーブルの曲げ特性の劣つている原因
が解明された。
発明者らはこの種の構造の光フアイバケーブルが曲げら
れたとき、光フアイバに生ずる伸び歪と縮み歪が同量に
なるような反転角度をまず理論的に検討した。
第3図に示すモデルにもとづいて、図中の光フアイバの
F1点からF2点の間の形状は次の(1)式で表わすことが
できる。
なお(1)式で、aは第3図で示すOA間の距離、θはx-
y平面内の動径がx軸となす角度、は反転角度、Pは
らせんのピツチである。(1)式から光フアイバのF1点
からF2点までの間の線長LOを求めることができる。
次に光フアイバケーブルをモデル化した中心部材3を、
x軸となす角度がαとなる方向に半径Rで曲げたとき、
詳細な計算過程について省略するが、(1)式は次の
(2)式に誘導される。
(2)式から、中心部材3をx軸となす角度がαとなる
方向に半径Rで曲げたときの光フアイバ4のF1点からF2
点までの間の線長LFを求めることができる。
また次の(3)式から光フアイバ4のF1点からF2点まで
の歪みε(%)を計算することができる。
ここで歪εは第3図に示すように光フアイバ4の半ピツ
チ分、すなわちP/2における歪で、この歪が零になるよ
うな反転角度が最も望ましいことになる。
計算の一例として、たとえばP=400mm,a=4mm,R=100m
mおよびR=300mmとして(3)式のεと反転角度との関
係を求めた結果を第5図に示す。第5図中の実線部分は
曲げ半径R=100mmの場合の計算結果で、点線部分は曲
げ半径R=300mmの場合の計算結果である。第5図の縦
軸は、第3図に示す光フアイバ4のF1点からF2点までの
歪み、すなわち伸び歪と縮み歪との差で、横軸は第2図
に示した反転角度である。また第5図において、計算
結果を示す歪特性それぞれの端部に、短かい実線の上に
示した数値は、第6図の光フアイバケーブルの曲げ方式
を定義する図に示した曲げ方向を表わす角度を示すもの
である。
第5図の結果から、上述した条件で光フアイバをどの方
向に曲げても曲げ半径にかかわらず、光フアイバに生ず
る総歪が零になる反転角度は275°近傍にあることが解
る。
次に、以下の実験により第5図の計算結果を実証した例
を示す。外径9mmφ、反転ピツチ400mm、反転角度が180
°,250°,275°,310°,360°の5種のらせん状溝付スペ
ーサそれぞれを1本づつ用意し、それら溝付スペーサの
溝内に光フアイバ素線をタイトに収納し、光フアイバの
両端を溝付スペーサに固定して、位相法、すなわち光フ
アイバの一端から光を入射し、他端における受信光の位
相変化を検出することにより光フアイバの伸びを測定す
る方法により、第5図に示す光フアイバの歪みが最も大
きく生じる方向に曲げたときの光フアイバの歪を測定し
た。
第7図に実験結果を示す。実線で示したのが曲げ半径R
=100mmの結果で、点線で示したのが曲げ半径R=300mm
の結果である。第7図から、実験による実測結果が、第
5図に示した理論計算の結果にほとんど一致しているこ
とが解る。
通常、光フアイバケーブルは長期的な使用環境におい
て、光フアイバケーブルの直径の20乃至30倍の値を半径
とする曲げが許容されている。また短期的な使用環境の
場合において、光フアイバケーブルの直径の約10倍の値
を半径とする曲げが許容される。そこで、光フアイバの
伝送損失および寿命の観点から、長期的な場合、光フア
イバの歪みが0.2%以下に、また短期的な場合は光フア
イバの通常のスクリーニングレベル、すなわち強度保証
レベルを0.7%以下に抑えることが必要である。
今、計算モデルの光フアイバケーブルの外径は10mmφと
しているので、その外径の30倍の曲げ半径Rは300mmで
あり、10倍の曲げ半径Rは100mmである。従つて第5図
の計算結果および第7図の実験結果から、上述した使用
環境における光フアイバの総歪の許容範囲である、長期
的な場合の0.2%以下、短期的な場合の0.7%以下の許容
範囲を満たす反転角度は、240°から310°までの間の範
囲が好適であることが解る。さらに、光フアイバを溝付
スペーサの溝内に集合・収納するとき、通常0.1%程度
の余長をもたせられるので、反転角度を230°から330°
までの範囲に広げても、光フアイバの歪を許容範囲内に
抑えられることが判明した。
また、光ケーブルの外径を変えたとき、らせんピツチを
適切に選ぶことにより、上述した結果を適用できるもの
である。
上記の結果を検証するために、発明者らは数式演算によ
り理論検証を行つた。以下にその内容を説明する。
第3図に示した撚り方向を反転させた構造の光フアイバ
ケーブル構造概要図において、まずx-z平面上に曲げた
場合を考えるとき、(1)式で表わされる三次元の空間
曲線がx-z平面上の曲げによつて歪を生じる要因は、そ
の曲線のz成分であると考えればよいので、第8図の曲
げ歪みを説明する図から、曲げる前の任意の点における
z方向の微小線分dzを半径Rで曲げたときの線分の長さ
は(R+x)dξとなる。ただし、そのとき中心線の長
さは変らないので Rdξ=dz ……(4) の関係が成立つ。したがつて の関係が誘導される。
(5)式から半径Rで曲げたときのdzに対する伸び(x
が負であれば縮み)d△lzは次の(6)式で与えられ
る。
計算を進めるうえで、(1)式に示す変数θを以下の関
数で示される変数tに変換する。
(7)式を(1)式に代入し、さらに(6)式に代入す
ると、第3図に示すF1点からF2点までの伸びの和は次の
(8)式で表わすことができる。
(8)式の積分値が零になるような反転角は最適反転
角であることは明らかである。
任意のx軸となす角度がαとなる方向(第6図に示す)
に半径Rで曲げたとき、詳細な計算過程については省略
するが、同じく第3図に示すF1点からF2点までの伸びの
和は次の(9)式で表わすことができる。
(9)式からα=0、すなわちx-z平面上に曲げたとき
は(8)式と同じになることが解る。
そこで の積分式で計算すると、 の(10)式で示す結果が得られた。ただし は0次のベツセル(Bessel)函数である。
の1次零点を求めると、 が得られる。を角度で表わすと、=275°となる。
以上の理論検証により、最適反転角が、その反転らせん
のピツチP,半径R,および曲げ半径によらず360°以下の
範囲内では275°であることは証明された。以下具体的
実施例について説明する。
〔実施例〕
第1図に、本発明によるらせん状溝のらせん方向が周期
的に反転する溝付スペーサに光フアイバを収納した構造
の試作製造した光フアイバケーブルの断面を示す。溝付
スペーサ6は、反転角度が280°、らせんのピツチP
が400mm、外径が9mmφの4条の溝を刻設したものであ
る。この溝付スペーサ6の溝内に光フアイバユニツト7
を1本づつ収納し、さらに押え巻8を施した外周にLAP
シース5を被覆した構造の光フアイバケーブルである。
なお9は中心抗張力体である。
試作した本発明による光フアイバケーブルを半径100mm
に曲げたとき、光フアイバに生じる歪は0.2%以下であ
つた。また半径300mmに曲げたとき、光フアイバに生じ
る歪は0.1%以下であつた。
〔発明の効果〕
以上述べたように、本発明による光フアイバケーブル
は、外周に周期的に方向が反転するらせん状溝を有する
溝付スペーサの溝内に光フアイバを収納した構造の光フ
アイバケーブルにおいて、らせん状溝のらせん方向の最
適反転角度を、230°≦≦330°の範囲に設定するこ
とにより、従来の一方向に撚り合わせた光フアイバケー
ブルと比べて集合価格を大幅に低減したうえに、従来の
この種のらせん方向の反転しているらせん状溝付スペー
サの溝内に光フアイバを収納した構造の光フアイバケー
ブルにおいて問題となつた、光フアイバケーブルの曲げ
方向に依存する伝送損失の増加も解決され、その効果が
大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の光フアイバケーブル断面構造図、 第2図は反転角度を定義する図、 第3図は撚り方向を反転させた構造の光フアイバケーブ
ルの構造概要図、 第4図は第3図の平面上に展開した図、 第5図は反転角度と光フアイバの歪との関係の理論計算
結果、 第6図はケーブルの曲げ方向を定義する図、 第7図は反転角度と光フアイバの歪との関係の実験結
果、 第8図は曲げ歪みを説明する図である。 1,3…中心部材 2,4…光フアイバ 5…LAPシース 6…溝付スペーサ 7…光フアイバユニツト 8…押え巻 9…中心抗張力体

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】外周に周期的に方向が反転するらせん状溝
    を有する溝付きスペーサの溝内に光ファイバを収納した
    構造の光ファイバケーブルにおいて、前記らせん状溝の
    らせん方向が、溝付きスペーサ円周上の一点を中心に該
    円周方向の回転角度(/2)の所で該溝の回転方向が反
    転して前記中心点を通り回転角度(−/2)の所に達し
    た後再び回転方向が反転して前記中心点に戻ることを繰
    り返す溝付きスペーサの反転角度が、 230°≦≦330° であることを特徴とする光ファイバケーブル。
JP62236814A 1987-01-16 1987-09-21 光ファイバケーブル Expired - Lifetime JPH0713687B2 (ja)

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