JPH11133278A - 光ファイバ芯線及び光ファイバコード - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 許容曲げ半径を小さくし、引張り強度を大き
くすることが可能な光ファイバ芯線を提供する。 【解決手段】 光ファイバ芯線５の中心部には信号伝送
光ファイバ素線１が配置され、その周囲にダミー石英フ
ァイバ素線２ａ〜２ｆが信号伝送光ファイバ素線１を包
むように巻き付けられて撚合されている。光ファイバ芯
線５の周囲には緩衝層３が配置され、その周囲に２次被
覆４が配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光ファイバ芯線及び
光ファイバコードに関し、特に許容曲げ半径が小さい光
ファイバコードに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の光ファイバコードとして
は、ＪＩＳＣ６８３０に示されるようなものがある。こ
の光ファイバコードは電気での伝送に比較して低損失で
長距離間を大容量のデータを、体積的に少ない配線容量
で、かつ電磁波ノイズの影響を受けずに伝送するため、
光伝送機器間の接続や内部配線等に使用されている。

【０００３】石英系の光ファイバコードは、図８に示す
ように、中心部から光ファイバ芯線３６、抗張力体３
７、外皮３８の順に同心円状に構成されている。また、
光ファイバ芯線３６は、図７に示すように、中心部から
光ファイバ素線のコア３１、光ファイバ素線のクラッド
３２、１次被覆３３、緩衝層３４、２次被覆３５の順に
同心円状に構成されている。

【０００４】コア３１及びクラッド３２は高純度の石英
が主材料で、コア３１は微量の不純物を含ませること
で、その周囲のクラッド３２よりも誘電率を高くし、コ
ア３１の中に入った光が外に漏れないようにしている。
これらコア３１とクラッド３２とを併せたものが光ファ
イバ素線である。

【０００５】１次被覆３３は、例えばシリコン樹脂材料
を使用して被覆し、光ファイバ素線と緩衝層３４との間
のつなぎの機能を果たし、薄く形成されている。緩衝層
３４は、例えば１次被覆３３のシリコン樹脂材料よりも
小さなヤング率のシリコン樹脂材料を使用して被覆し、
光ファイバ芯線３６及び光ファイバコードの曲げやねじ
れ等の外部からの応力が光ファイバ素線に加わるのを緩
和している。そのため、緩衝層３４は１次被覆３３より
も厚く形成されている。２次被覆３５は、例えばポリア
ミド系の樹脂材料を使用して被覆し、機械的損傷から保
護する機能を有している。２次被覆３５までの構成が、
光ファイバ芯線３６である。

【０００６】光ファイバ芯線３６に、例えば有機系の補
強繊維材料を使用して被覆し、抗張力体３７を形成して
いる。抗張力体３７は、特に光ファイバコードの引張り
強度の向上を目的に形成されている。外皮３８は、例え
ばＰＶＣ（Ｐｏｉｙｖｉｎｙｌｃｈｌｏｒｉｄｅ：ポリ
塩化ビニル）を使用して被覆し、機械的損傷からの保護
と難燃性とを持たせるために形成されている。外皮３８
までの構成で光ファイバコードが形成されている。

【０００７】コア３１内に光信号を伝送する際、光ファ
イバコード及び光ファイバ芯線３６には外部からその使
用環境に応じて、曲げやねじれ、及び引張り張力等が加
わる。上記の構成で光ファイバ素線に加わる応力が破壊
応力に達しないように、許容曲げ半径を所定値以下にす
る等の方法で使用している。例えば、光ファイバ素線径
が１２５μｍで、光ファイバ芯線３６の径が０．９ｍｍ
の場合、曲げ半径は２５ｍｍ以下とすることができな
い。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の光ファ
イバコードでは、１本の光ファイバコードまたは芯線が
１本の光ファイバ素線で構成されているので、許容曲げ
半径が比較的大きくなり、光伝送装置内の光／電気変換
器及び電気／光変換器を小型のプリント基板に搭載して
高密度実装する際、光／電気変換器及び電気／光変換器
から出る光ファイバを収納することができなくなる。

【０００９】すなわち、光ファイバコードでは許容曲げ
半径が光ファイバ素線の太さに応じて決まるが、できる
だけ細くすれば、曲げによって発生する光ファイバ素線
内の応力を小さくすることができ、許容曲げ半径を小さ
くすることができる。

【００１０】しかしながら、光ファイバ素線の断面積に
比例して引張り破壊強度が落ちる。光ファイバ素線に破
壊強度以上の力が加わると、光ファイバ素線が破断し、
光信号の伝送に致命的な故障を引起こすこととなるた
め、光ファイバ素線の太さは一定値以下にすることがで
きず、許容曲げ半径も比較的大きくなる。

【００１１】また、光ファイバコードは光ファイバ素線
が破断しやすい構造であることであり、引張り強度が低
い。これは光ファイバコードの中心部に光ファイバ素線
が直線的に通っているため、引張り応力に対して、光フ
ァイバ素線周囲の各構造体で緩和吸収しているが、光フ
ァイバ素線の伸びの弾性限界内の変位量で光ファイバ素
線周囲の各構造体が応力を緩和吸収する必要があるため
である。

【００１２】本発明の目的は、上記の問題点を解消し、
許容曲げ半径を小さくすることができ、引張り強度を大
きくすることができる光ファイバコード及び光ファイバ
芯線を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明による光ファイバ
芯線は、信号を伝送する信号伝送光ファイバ素線と、前
記信号伝送光ファイバ素線を包むように配設されかつ互
いに撚り合せてなる複数本の光ファイバ素線と、前記複
数本の光ファイバ素線を被覆する有機系材料の被覆部材
とを備えている。

【００１４】本発明による他の光ファイバ芯線は、信号
を伝送する信号伝送光ファイバ素線と、前記信号伝送光
ファイバ素線に撚り合される複数本の光ファイバ素線
と、前記信号伝送光ファイバ素線及び前記複数本の光フ
ァイバ素線を被覆する有機系材料の被覆部材とを備えて
いる。

【００１５】本発明による光ファイバコードは、信号を
伝送する信号伝送光ファイバ素線と、前記信号伝送光フ
ァイバ素線を包むように配設されかつ互いに撚り合せて
なる複数本の光ファイバ素線と、前記複数本の光ファイ
バ素線を被覆する有機系材料の被覆部材とを含む光ファ
イバ芯線と、前記有機系材料の被覆部材を被覆しかつ引
張り強度を与える抗張力体と、前記抗張力体を被覆しか
つ少なくとも機械的損傷から保護する外皮とを備えてい
る。

【００１６】本発明による他の光ファイバコードは、信
号を伝送する信号伝送光ファイバ素線と、前記信号伝送
光ファイバ素線に撚り合される複数本の光ファイバ素線
と、前記信号伝送光ファイバ素線及び前記複数本の光フ
ァイバ素線を被覆する有機系材料の被覆部材とを含む光
ファイバ芯線と、前記有機系材料の被覆部材を被覆しか
つ引張り強度を与える抗張力体と、前記抗張力体を被覆
しかつ少なくとも機械的損傷から保護する外皮とを備え
ている。

【００１７】すなわち、本発明の光ファイバコード及び
光ファイバ芯線は、複数本の光ファイバ素線を撚合した
ものを使用している。これによって、光ファイバコード
及び光ファイバ芯線は実使用上耐える必要のある引張り
強度に対して、複数本の素線に応力を分散することがで
きるため、１本当りの光ファイバ素線の直径を小さくす
ることができる。逆に言うと、光ファイバ素線の直径を
小さくしても十分引張り張力に対して耐え得る。

【００１８】光ファイバ素線を細くできたことで、単位
素線あたりの限界曲げ半径は小さくできる。応力が破壊
限界応力に達する時の曲げ半径を限界曲げ半径と定義し
ている。破壊限界応力は物質固有のものであり、この値
を超えると破壊される。

【００１９】光ファイバ素線を曲げた時、素線中央部に
は応力の発生がないが、曲げの外周部には引張り応力が
発生し、曲げの内周部には圧縮応力が発生する。素線の
直径を小さくすることで、同じ曲げ半径の場合、外周部
と内周部との間の応力が小さくなり、限界曲げ半径を小
さくすることができる。

【００２０】複数本を束ねて素線部とし、その周囲構造
を形成しただけの場合、曲げた時には１本のファイバの
時と同じように、束ねた素線部の中の曲げの外周部の素
線に引張り応力が集中し、同様に曲げの内周部の素線に
圧縮応力が集中することになるので、光ファイバコード
または光ファイバ芯線として許容曲げ半径を小さくする
ことができない。

【００２１】そこで、複数本の素線を撚合して束ねる
と、曲げの外周部及び内周部に発生する応力が複数本の
素線に分散され、光ファイバコードまたは光ファイバ芯
線の曲げ半径を、素線の限界曲げ半径を限度として、小
さくすることができる。

【００２２】また、複数本を撚合した個々の素線は光フ
ァイバコードまたは光ファイバ芯線の長さ方向に対して
曲線的に、例えば進行方向に対して螺旋を描いて伸びて
いるので、引張り方向及び圧縮方向の応力に対して、あ
たかもバネのように働き、応力の緩衝要因にもなってい
る。

【００２３】

【発明の実施の形態】次に、本発明の一実施例について
図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施例によ
る光ファイバ芯線の切断面を示す斜視図である。図にお
いて、光ファイバ芯線５の中心部には信号伝送光ファイ
バ素線１が配置され、その周囲にダミー石英ファイバ素
線２ａ〜２ｆが配置されている。また、光ファイバ芯線
５の周囲には緩衝層３が配置され、その周囲に２次被覆
４が配置されている。

【００２４】図２は図１の信号伝送光ファイバ素線１及
びダミー石英ファイバ素線２ａ〜２ｆのみを取出した状
態を示す斜視図である。図において、信号伝送光ファイ
バ素線１の周囲にはダミー石英ファイバ素線２ａ〜２ｆ
が、信号伝送光ファイバ素線１を包むように巻き付けら
れて撚合されている。

【００２５】図３は図１の信号伝送光ファイバ素線１の
構成を示す斜視図であり、図４は図１のダミー石英ファ
イバ素線２ａ〜２ｆの構成を示す斜視図である。これら
の図において、信号伝送光ファイバ素線１は石英を主材
料とするコア１１及びクラッド１２と、コア１１及びク
ラッド１２の周囲に形成された１次被覆１３とから構成
されている（図３参照）。

【００２６】また、ダミー石英ファイバ素線２ａ〜２ｆ
は石英２１と、石英２１の周囲に形成された１次被覆２
２とから構成されている。１次被覆１３，２２は信号伝
送光ファイバ素線１とダミー石英ファイバ素線２ａ〜２
ｆとが擦れあう時、クラッド１２及び石英２１の部分の
機械的保護と、緩衝層３の構成材料の密着を助ける機能
とを有する。

【００２７】緩衝層３は熱膨張係数が信号伝送光ファイ
バ素線１及びダミー石英ファイバ素線２ａ〜２ｆにでき
るだけ近い値で、かつヤング率ができるだけ小さい樹脂
材料を使用して構成している。緩衝層３は光ファイバ芯
線５の外部から加わる応力を信号伝送光ファイバ素線１
部分に伝えないためのものであり、できるだけ厚く構成
されている。２次被覆４は光ファイバ芯線５を光伝送装
置等で使用する際の機械的保護等の機能を持たすため
に、樹脂材料を使用して形成されている。

【００２８】光信号は信号伝送光ファイバ素線１を通し
て伝送される。曲げに対しては信号伝送光ファイバ素線
１及びダミー石英ファイバ素線２ａ〜２ｆの直径に応じ
て決定される限界曲げ半径を限度として曲げることがで
きるように、ダミー石英ファイバ素線２ａ〜２ｆを撚合
することで、曲げ時の応力分散を行っている。

【００２９】実使用での信頼性を考慮した使用可能曲げ
半径は、信号伝送光ファイバ素線１及びダミー石英ファ
イバ素線２ａ〜２ｆの直径の要因の他に、撚合の繰返し
周期による構造上有する信号伝送光ファイバ素線１の曲
げ半径の要因、１次被覆１３，２２や緩衝層３、及び２
次被覆４等から信号伝送光ファイバ素線１に加えられる
応力の要因、破壊応力に対する安全率の設定等の複数の
要因を考慮して決定される。

【００３０】また、引張り及び圧縮の応力は複数本の信
号伝送光ファイバ素線１及びダミー石英ファイバ素線２
ａ〜２ｆに分割できており、１本あたりの太さを細くし
ても信号伝送光ファイバ素線１の破断のリスクを回避す
ることができる。

【００３１】上記の光ファイバ芯線５は直径０．９ｍｍ
であり、信号伝送光ファイバ素線１は５０μｍに構成さ
れている。信号伝送光ファイバ素線１のコア１１の直径
は１０μｍで、クラッド１２の直径（コア１１を含め
て）は４５μｍである。

【００３２】コア１１及びクラッド１２は共に高純度の
石英材料からなっており、コア１１には微量のバリウム
等の金属材料を含ませ、クラッド１２よりも誘電率を高
くしている。１次被覆１３としては平均２．５μｍのシ
リコン系樹脂を塗布している。

【００３３】ダミー石英ファイバ素線２ａ〜２ｆは特に
高純度の石英である必要はないが、信号伝送光ファイバ
素線１と同じ熱膨張係数、破壊応力値、ヤング率をもつ
直径４５μｍの石英線に、１次被覆２２としては平均
２．５μｍのシリコン系樹脂を塗布したものである。

【００３４】ダミー石英ファイバ素線２ａ〜２ｆは信号
伝送光ファイバ素線１を流用して使用してもよい。信号
伝送光ファイバ素線１とダミー石英ファイバ素線２ａ〜
２ｆは同じ太さのものを使用しているので、撚合しやす
くするためにダミー石英ファイバ素線２ａ〜２ｆを６本
の構成としている。

【００３５】撚合の方法は中心の信号伝送光ファイバ素
線１の周りを６本のダミー石英ファイバ素線２ａ〜２ｆ
が撚り周期２０ｍｍで形成されている。中心の信号伝送
光ファイバ素線１は光ファイバ芯線５の長さ方向に対し
て直線的に伸びているが、曲げ時の中心の応力が最小に
なるため、中心に来る信号伝送光ファイバ素線１は撚り
合わせしなくとも曲げ応力は集中せず、破断は起こらな
い。

【００３６】本発明の一実施例による光ファイバ芯線５
の製造時、各信号伝送光ファイバ素線１には曲げ応力だ
けでダミー石英ファイバ素線２ａ〜２ｆを撚り合わせる
ことで、ダミー石英ファイバ素線２ａ〜２ｆにねじれの
応力が加わらないように撚合して製造している。この撚
合したダミー石英ファイバ素線２ａ〜２ｆの周囲に約２
００μｍの厚さで緩衝層３をシリコン樹脂で形成してい
る。

【００３７】このシリコン樹脂は１次被覆１３のシリコ
ン樹脂よりも低いヤング率で、熱膨張係数は石英とでき
るだけ近い値の材料を使用している。外皮４はポリアミ
ド樹脂を約２００μｍ塗布している。

【００３８】４５μｍの信号伝送光ファイバ素線１の場
合、許容曲げ半径は９ｍｍである。撚り周期２０ｍｍ
で、緩衝層３の応力の影響等から本発明の一実施例によ
る光ファイバ芯線５は１０ｍｍの許容曲げ半径を持つ。

【００３９】本発明の一実施例の信号伝送光ファイバ素
線１と同等の直径１２５μｍの光ファイバ素線を１本で
構成すると、許容曲げ半径は２５ｍｍである。このよう
に、本発明の一実施例では従来よりも６０％許容曲げ半
径を縮めることができる。

【００４０】引張り応力及び圧縮応力に関しては、１本
の信号伝送光ファイバ素線１と６本のダミー石英ファイ
バ素線２ａ〜２ｆとに均等に分散される構造であるた
め、信号伝送光ファイバ素線１及びダミー石英ファイバ
素線２ａ〜２ｆの断面積の合計に依存する。

【００４１】各々４５μｍの信号伝送光ファイバ素線１
及びダミー石英ファイバ素線２ａ〜２ｆの合計の断面積
と１２５μｍの光ファイバ素線１本の断面積とでは、後
者が約１０％大きいだけの差で、光伝送装置内の高密度
実装部分等の用途では十分許容される。

【００４２】図５は本発明の他の実施例による光ファイ
バ芯線の切断面を示す斜視図であり、図６は本発明の他
の実施例による光ファイバ芯線の撚合状態を示す図であ
る。これらの図において、本発明の他の実施例による光
ファイバ芯線５は１本の信号伝送光ファイバ素線１と２
本のダミー石英ファイバ素線２ａ，２ｂとから構成され
ており、信号伝送光ファイバ素線１とダミー石英ファイ
バ素線２ａ，２ｂとが常に他の２本の間を通るような形
で撚り合わされている（図６参照）。

【００４３】本発明の他の実施例による光ファイバ芯線
５の撚合せ方法で信号伝送光ファイバ素線１及びダミー
石英ファイバ素線２ａ，２ｂ各々の曲げ半径の大きさ、
信号伝送光ファイバ素線１及びダミー石英ファイバ素線
２ａ，２ｂ各々の製造性の違いがでる。

【００４４】この場合、組合せる光ファイバ素線の太
さ、本数に応じて最適な撚合せ方法の選択が光ファイバ
芯線５の特性及び製造性を決める重要な要因の一つにな
る。複数本の光ファイバ素線を撚合せる構造上の違いを
設けない場合、信号伝送光ファイバ素線１とダミー石英
ファイバ素線２ａ，２ｂとを区別するために識別マーク
（例えば、色等）を付ける。

【００４５】本発明の他の実施例による特有の効果は、
光ファイバ芯線５の製造時、光ファイバの複数の撚合せ
体が外部からの保持力なしに、安定して存在することが
できるため、緩衝層３の製造が容易なことである。ま
た、全ての光ファイバ素線が光ファイバ芯線５の長さ方
向に対して、曲線的に構成されており、撚り方に隙間を
持たせることで、光ファイバ芯線５の長さ方向に対して
伸びの余裕を持たせることができる。そのため、緩衝層
３の材料定数選定で引張り強度的に強い光ファイバ芯線
５を作ることができる。

【００４６】このように、許容曲げ半径の小さい信号伝
送光ファイバ素線１及びダミー石英ファイバ素線２ａ〜
２ｆを複数本撚合して使用することで、信号伝送光ファ
イバ素線１及びダミー石英ファイバ素線２ａ〜２ｆ各々
に加わる各種の応力を均等に分散することができるの
で、許容曲げ半径の小さい光ファイバコードまたは光フ
ァイバ芯線５を提供することができる。

【００４７】また、信号伝送光ファイバ素線１及びダミ
ー石英ファイバ素線２ａ，２ｂに隙間を持たせて撚合す
ることで、撚合した信号伝送光ファイバ素線１及びダミ
ー石英ファイバ素線２ａ，２ｂが長さ方向に対して多少
伸ばせることとなり、光ファイバ芯線５の緩衝層３のヤ
ング率とこの伸び量の積との値の分だけ従来の光ファイ
バよりも引張り強度を増やすことができるので、引張り
強度の高い光ファイバ芯線５を提供することができる。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、信
号を伝送する信号伝送光ファイバ素線と、信号伝送光フ
ァイバ素線を包むように配設されかつ互いに撚り合せて
なる複数本の光ファイバ素線と、複数本の光ファイバ素
線を被覆する有機系材料の被覆部材とを光ファイバ芯線
に備えることによって、許容曲げ半径を小さくすること
ができ、引張り強度を大きくすることができるという効
果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による光ファイバ芯線の切断
面を示す斜視図である。

【図２】図１の信号伝送光ファイバ素線及びダミー石英
ファイバ素線のみを取出した状態を示す斜視図である。

【図３】図１の信号伝送光ファイバ素線の構成を示す斜
視図である。

【図４】図１のダミー石英ファイバ素線の構成を示す斜
視図である。

【図５】本発明の他の実施例による光ファイバ芯線の切
断面を示す斜視図である。

【図６】本発明の他の実施例による光ファイバ芯線の撚
合状態を示す図である。

【図７】従来例による光ファイバ芯線の構成を示す斜視
図である。

【図８】従来例による石英系の光ファイバコードの構成
を示す斜視図である。

【符号の説明】

１ 信号伝送光ファイバ素線 ２ａ〜２ｆ ダミー石英ファイバ素線 ３ 緩衝層 ４ ２次被覆 ５ 光ファイバ芯線 １１ コア １２ クラッド １３，２２ １次被覆 ２１ 石英

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 信号を伝送する信号伝送光ファイバ素線
   と、前記信号伝送光ファイバ素線を包むように配設され
   かつ互いに撚り合せてなる複数本の光ファイバ素線と、
   前記複数本の光ファイバ素線を被覆する有機系材料の被
   覆部材とを有することを特徴とする光ファイバ芯線。
2. 【請求項２】 前記信号伝送光ファイバ素線は、石英を
   主材料とすることを特徴とする請求項１記載の光ファイ
   バ芯線。
3. 【請求項３】 前記複数本の光ファイバ素線は、前記信
   号の伝送が不可のダミー石英線からなることを特徴とす
   る請求項１または請求項２記載の光ファイバ芯線。
4. 【請求項４】 信号を伝送する信号伝送光ファイバ素線
   と、前記信号伝送光ファイバ素線に撚り合される複数本
   の光ファイバ素線と、前記信号伝送光ファイバ素線及び
   前記複数本の光ファイバ素線を被覆する有機系材料の被
   覆部材とを有することを特徴とする光ファイバ芯線。
5. 【請求項５】 前記信号伝送光ファイバ素線は、石英を
   主材料とすることを特徴とする請求項４記載の光ファイ
   バ芯線。
6. 【請求項６】 前記複数本の光ファイバ素線は、前記信
   号の伝送が不可のダミー石英線からなることを特徴とす
   る請求項４または請求項５記載の光ファイバ芯線。
7. 【請求項７】 信号を伝送する信号伝送光ファイバ素線
   と、前記信号伝送光ファイバ素線を包むように配設され
   かつ互いに撚り合せてなる複数本の光ファイバ素線と、
   前記複数本の光ファイバ素線を被覆する有機系材料の被
   覆部材とを含む光ファイバ芯線と、 前記有機系材料の被覆部材を被覆しかつ引張り強度を与
   える抗張力体と、 前記抗張力体を被覆しかつ少なくとも機械的損傷から保
   護する外皮とを有することを特徴とする光ファイバコー
   ド。
8. 【請求項８】 前記信号伝送光ファイバ素線は、石英を
   主材料とすることを特徴とする請求項７記載の光ファイ
   バコード。
9. 【請求項９】 前記複数本の光ファイバ素線は、前記信
   号の伝送が不可のダミー石英線からなることを特徴とす
   る請求項７または請求項８記載の光ファイバコード。
10. 【請求項１０】 信号を伝送する信号伝送光ファイバ素
    線と、前記信号伝送光ファイバ素線に撚り合される複数
    本の光ファイバ素線と、前記信号伝送光ファイバ素線及
    び前記複数本の光ファイバ素線を被覆する有機系材料の
    被覆部材とを含む光ファイバ芯線と、 前記有機系材料の被覆部材を被覆しかつ引張り強度を与
    える抗張力体と、 前記抗張力体を被覆しかつ少なくとも機械的損傷から保
    護する外皮とを有することを特徴とする光ファイバコー
    ド。
11. 【請求項１１】 前記信号伝送光ファイバ素線は、石英
    を主材料とすることを特徴とする請求項１０記載の光フ
    ァイバコード。
12. 【請求項１２】 前記複数本の光ファイバ素線は、前記
    信号の伝送が不可のダミー石英線からなることを特徴と
    する請求項１０または請求項１１記載の光ファイバコー
    ド。