JPS60257414A - ル−ズ形より集合光ケ−ブル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は光通信用ケーブルであって、機械的強度にすぐ
れ、かつ細径な光ケーブルの構造に関するものである。

（従来技術） 従来の光ケーブルの基本構成は、１心もしくは複数心の
光ガラスファイバをプラスデックで被覆し、これをさら
に集合して光ケーブル心とし、これに外被を施したもの
が一般的である。この中でも被覆ファイバをルーズにバ
イブ内に収容したルーズ形光ケーブルが提案されている
。この構造を第１図に示す。第１図において、１は被覆
ファイバ、２はパイプ、８はパイプ内のクリヤランスで
空気または粘性の小さい液体が用いられる。４は中心の
テンションメシバ、５はポリエチレン樹脂、６は外被で
ある。被覆ファイバ］は単心のファイバを円形に被覆し
たもの、または複数心のファイバをテープ状に被覆した
もの等その形状は任意であるが、パイプ２の内径より小
さい寸法形状でパイプ内でルーズに動くことが特徴であ
る。

・１′　張力が第１図に示したケーブルに作用すると、
被覆ファイバ１はケーブル中央に移動しケーブル伸びを
吸収する。このためファイバには張力が作用せず、安定
な強度を有する光ケーブルを実現していた。これらの内
容は次の文献に詳しく記載されている。〔Ｐ、Ｒ，Ｂａ
ｒｋ　ｅｔ、　ａｌ、　”　５ｔｒｅｓｓ−３ｔｒａｉ
ｎｂｅｂａｖｉｏ’ｒ　ｏｆ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｆｉｂ
ｅｒ　ｃａｂｌｅｓ、’　２８ｔｈＩｎｔｅｒｎａｔ：
Ｌｏｎａｌ　Ｗｉｖｅ　＆　ｃａｂｌｅ　Ｓｙｍｐｏｓ
ｉｕｍ、　ＮｅｗＪｅｒｓｅｙ、　ｐ８８５　（１９７
９）　）しかしごのクリアランスの飢は、ファイバにひ
ずみが作用しないように定める重要な量であるにもかか
わらず、明確な規定がなかった。例えば前記文献には、
１関前後のクリアランスが設けられているが、この根拠
は不明である。したがって与えられた張力が大きい場合
は、パイプ２の内のクリアランスを越え、ファイバにひ
ずみが作用する恐れがある。したがってルーズ形の特長
であるケーブルに外力が作用してもファイバひずみが生
じないという特長が損なわれる欠点がある。ざらにファ
イバひずみが生じないようにするには、クリアランスの
値のみならず、パイプをより合わせたピッチにも依存す
るが１．この点は従来技術では全く不明であった。

さらにケーブルを屋外に布設すると温度変化を受けるが
、この場合、ファイバにひずみを小さく抑えるルーズ形
の構造も全く不明である。

したがってファイバにひずみが生じないという目的で提
案されたルーズ形光ケーブルであるが、使用条件によっ
てはファイバひずみが生じ、破断を招く恐れがあるとい
う重大な欠点があった。

（発明の目的） 本発明はこれらの欠点を除去するため、パイプ内に被覆
ファイバをルーズに収容するクリアランス量Ｃを、パイ
プのよりピッチｐと関係すけ、最適な構造としたもので
、その目的は、定められた外力条件内でファイバにひず
みを小さくする光ケーブルを明確に実現することにある
。

（発明の構成および作用） まず、ケーブル内のファイバひずみを表わす式を導出す
る。第２図に示すように、ファイバ１がパイプ２の内で
クリアランスＣをもって挿入されており、ツマイブ２は
ケーブル中心軸（２軸）の周囲にらせん半径ｒ１ピッチ
ｐでより合わされている。以後、このルーズ形ケーブル
モデルを考える。

このとき１ピッチ当りのファイバの長さＬｌは次式で表
わさせる。

Ｌｉ　”　（ｐ”　（２πｒ）２）１Ａｒ１）このケー
ブルの２方向にケーブルひずみｔ。を加えると、パイプ
２の内のファイバ１はケーブル中心に移動し、バイブ内
壁に密着する。この状態を越えてケーブルひずみε。を
加えるとファイバにひずみが生じる。このときの１ピツ
チ当Ｉ）のファイバの長さＪＪｔは、式（１）で、ｐを
（１４４ｏ）ｐで、ｒを（ｒ−ｃ　）で↑Ａき換えて得
られる。すなわちＬｌ；　＝　（（（１”。）ｐ）”＋
（２π（ｒ−（ｉ））”）’　（２）となる。ファイバ
にひずみが生じない限界のケーブルひずみε。。は、Ｌ
４．　＝Ｌｔ　＋ε。＝　’ｃｃとしてｔ。。＝　（１
＋ｃ（２ｒ−ｃ）（２π／ｐ）２）３’Ｌｉ　（ａ）＝
　ｃ（２ｒ−ｃ）（２ｙｒ／ｐ）　／２　（４）となる
。式（４）の導出には、ｒ（ｐ、Ｃ（ｐなる近似を使っ
た。したがって、ケーブルひずみε。

に対し、ルーズ形バイブ内のファイバひずみεｔは次式
で表わせる。

次に第２図のケーブルが高温にさらされたとき、ケーブ
ル内ファイバのびずみεＴの計算式を導出する。ケーブ
ルが温度膨張によりε。Ｔ伸び、パイプ内ファイバがパ
イプの内壁に密着しているとき、■ピッチ当りのコア、
イバの長すＬＴは次式で表わせる。

ＬＩＴ　＝　（（（１＋ε（＋Ｔ）Ｐ）”（２π（ｒ−
０））２）′Ａ（６）ｊ　温度Ｔにおけるケーブルの熱
膨張率８゜Ｔは、α。

をケーブルの線膨張係数として ε。Ｔ−α。（Ｔ−Ｔｏ） ＝（ΣＥ１Ａ、αｉ／Ｘ；　Ｅ１Ａ４　）（Ｔ−Ｔｏ　
）　（’Ｉ）１　１ で表わせる。ここでＴｏは基準の室温で、例えば２０℃
である。

Ｅ、Ａ、αはそれぞれヤング率、断面積、線膨張率を表
わし、添字１はケーブル内の構成材料を表わす。一方、
ファイバがパイプの内壁に密着するまでは、自由に熱膨
張し、１ピンチ当りのファイバの長さＬＴｏは ＬＴｏ　”　”ｉ（”ｆＴ） ＝　（ｐ２＋（２７ｒｒ）”）３′２（１＋４ｆＴ）　
（ａ）ここで”　ｆ’ｌ’はパイプ内の被覆ファイバの
熱膨張率で、その線膨張率をαでとすれば次式で表わせ
る。

εｆＴ　”α（（Ｔ−Ｔｏ）　（９））ケーブルの熱膨
張によってファイバひずみが生じない限界の温度Ｔ。は
ＬＴ０＝１、Ｔ、Ｔ＝Ｔｏとして得られる。その結果は Ｔｏｍ　ｃ（２ｒ７ｃ）（２π、／ｐ）　”／２　（α
。−αｆ）＋Ｔｏ　α０）幻ε。ｃ／（α。−αｆ）　
＋　Ｔ　ｏ　Ｏ］）となる。本式の導出にも近似ｒ＋ｃ
＜＜ｐを用い、弐〇ηの導出には式（４）を用いた。結
局、温度変化に伴うパイプ内のファイバに誘起されるひ
ずみａＴは 以上の式を確認するため、第３図（ａ）、Φ）に示すル
ーズ形光ケーブルを製造し、そのファイバひずみを測定
した。第８図（ｂ）に示すように、ファイバ１をシリコ
ーン７で被覆した素線５心を一列に並べ、ナイロン８で
被覆した光フアイバテープ９を用い、第８図（ａ）に示
すように、パイプ２の中に４テ°−ブ挿入した。このパ
イプ２をテンションメンバ４の周囲により合わせ押え巻
きｌＯと外被６を施しである。このケーブルについて次
の表１に示す２種類の構造を製造した０ 表１　試作ケーブルのパラメータ まず、ケーブルＡに対しケーブルの長さ１０ｍで、引張
り試験を行った。測定結果をＯ印で、第４図に計算結果
と合わせて示す。ファイバひずみの測定は波長０．８５
μｍのＬＤ光を５００　ＭＨｚで変調した信号をファイ
バ中に伝搬させファイバの伸びによる位相変化を測定し
てめた。第４図から計算結果は、測定値をよく表現して
いることがわかる。

また限界のケーブルひずみε。。は、近似式（４）もよ
く測定結果を表わしていることがわかる。

゛　次にケーブルＢに対しケーブルの長さ３００ｍで、
ひずみの温度特性を測定した。また同様にテープ嘔体の
ひずみも測定した。その測定結果をケーブルについては
Ｏ印で、単体については・印で、第５図に計算結果と合
わせて示した。ケーブルに対する測定結果は、温度Ｔ。

以下では、テープ単体の特性とほぼ一致し、自由な熱膨
張をしていることを示している。Ｔ、Ｊｌの温度ではケ
ーブルのひずみはテープ単体より大きな測定値を示して
おり、計算結果ともよく一致している。すなわち、ケー
ブル内のファイバひずみは明確な限界の温度Ｔ。を示し
ている。

本発明は以上の研究結果に基づいてなされたちだ光ケー
ブルを提供することが目的である。

考慮している条件は張力と温度変化であるが、張力はケ
ーブルを管路内に布設するときが主で、１′　作用する
時間も短く、また作用張力を調節し得る。

一方、温度変化は、外気温度変化に伴う・もので、こ゛
れを調節することは、通常困鑓である。特に架空ケーブ
ルでは避は難い。また使用環境では、たえず高温状態は
めぐってくるもので、ケーブル寿命を２０年とすれば、
この期間作用する。したがって高温でのひずみをまず考
える。高温でファイバに生じるひずみを小さくするには
、ケーブルの許容最高温度Ｔ　よりＴ。を大きくしてお
くこと、ａＸ すなわち式ＣＬ、）から Ｔｏへε。。／（α。−αｆ）十Ｔ０〉ＴＩ］ｌａｘを
得る。変形して　□ ’ｃｃ　＞　（α。−αｆ　）　（Ｔｍａｘ−Ｔｏ　）
　α→となる。例として第５図に示した実験結果からα
　”　２　Ｘ　ｉｏ−’７”ｃ　ｌαｆ＝　Ｉ　Ｘ　Ｎ
ｏ−’／　’Ｃ、またＴｍａｘ＝６０°Ｃ１常温Ｔ。＝
　２０°Ｃとすれば、式θ→からε。。：＞０．０４％
　α→ 一方、式（４）から次式を得る。

この式から、よりの半径ｒと６゜０を与えれば、クリア
ランスＣとピッチｐの関係がめられる。

式（１１から式０→を満たず領域をめれシ、第６図が得
られる。例とした１ｒ　＝’　７　ｍｍは第３図に示し
た構造に対応し、ｒ＝４ａｍは第７図に示したｉｏｏ心
（テープ９、パイプ２等の寸法は第３図に示した値と同
じ）ケーブルに対応する。

また、より合わせたケーブルは布設後」げられるが、こ
れによるひずみを考慮する必要がある。

半径ｒ１ピッチｐで、より合わせられたファイバを半径
Ｒで曲げると、そのファイバの最小曲率半径ρは、次式
で与えられる。（勝山他、電子通信学会論文誌Ｊａｅ−
Ｂ、、屋２゜、　ｐ２０１　、１９８３）ｌ　ｒ＋（１
）／２π）２／Ｒ ρｍｉｎ　ｒ”　＋　（１）／２π）２゛この曲げによ
るファイバ表面のひずみεｂはとなる。ここで、Ｄはフ
ァイバの外径である例として光ケーブルの許容曲げ半径
Ｒは２００　ａｍ　（同上論文誌）で、Ｄ　＝　０．１
２５　ａｍ、曲げによる許容ひずみεｂ＜０．０３５％
（満永他、電子通信学会論文誌Ｊ　６６−　Ｂ　＊　Ａ
　８．　ｒ　ｐｌ　０５１゜１９８８　）とすれば、式
ａ→から第６図に示す領域を得る。

以上から第６図には、式αつおよび式ｏＱから得られた
領域を示しである。クリアランスＣの設定には１側根度
の誤差を含むとすれば、安全設計として、第６図に示し
た各領域内の破線の範囲を定め、このほぼ中央（Ｏ印）
を選べば、最適値として、ｐ　＝　５５　ｍｇ　、　、
ｃ　＝　１　ａｍ　（ｒ　＝＝　４１１Ｉ＠　）　、　
Ｉ）　＝　７　ｇ　。

鰭、　Ｃ＝Ｑ、９ｍ（ｒ＝７闘）が得られる。このよう
にこの設定には、ケーブル径を小さくするために、第６
図の最小値付近の値をその偏差分を考慮して選ぶのが適
切である。

以上のように高温でのファイバの伸びひずみおよびケー
ブル曲げによるファイバひずみを許容値以下にする、よ
りピッチｐとクリアランスＣの設計を示した。この条件
で設計されたケーブルに対し張力を作用させれば、常温
では式（４）で定まるε。。までファイバひずみは生じ
ない。さらにケーブルにひずみε。を加えれば、式（５
）で定まるファイバひずみが生じる。

以上の説明では、より半径ｒは与えられた数字としたが
、これはパイプ外径と集合するパイプ数を定めれば、幾
何学的に決まる値であり、本発明の内容と本質的な関係
はもたない。

以上説明したように、本発明のルーズ形より集合ケーブ
ルは、高温でファイバに誘起される伸びひずみおよびケ
ーブルを曲げたときのファイバひずみを小さく押えるよ
うに、パイプ内クリアランスとパイプのよりピッチを定
め、その値で実現した光ケーブルであるので、布設後の
光ケーブル内のファイバに生じるひずみが小さく、シた
がってファイバの破断率が小さく、長期的に安定する利
点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の光ケーブルの断面図、 第２図はより合せたルーズ形光ケーブル内ひずみ計算式
を導出するためのモデル図、 第８図（ａ）は確認実験のため試作した光ケーブルの断
面図、 第８ｆＸＪ（ｂ）は第８図（ａ）のファイバテープの詳
細を示す拡大断面図、 第４図はケーブルＡの引張り試験によるひずみ測定結果
と計算結果の比較図、 第５図はケーブルＢの温度変化によるファイバひずみの
測定結果と計算結果の比較図、第６図は本発明により最
適なりリアランスＣとよりピッチｐを定めるために計算
した例を示す図、第７図は本発明の一実施例を示すケー
ブルの断面図である。 １・・・ファイバ　２・・・パイプ ３・・・空隙　４・・・テンションメンバ５・・・ポリ
エチレン樹脂　６・・・外被７・・・シリコーン　８・
・・ナイロン“９・・・ファイバテープ　１０・・・押
え巻き。 特許出願人　日本電信電話公社 第１図 第２図 第３図 （ａ） （ｂ） 第４図 ケーブル９才とと　（％） 第５図 ｓＰ度Ｔ　（’Ｃ） 第６図 よりピッ＋　ｐ（１） 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｌ　光フアイバ単心もしくは複数心を被覆した復習ファ
   イバの１本または複数本を該被覆ファイバの横断面の最
   大寸法より大きい内径を有するパイプ内に収容したユニ
   ットを中心材の周囲に、より合わせ外被を施したルーズ
   形より集合光ケーブルにおいて、該被覆ファイバと該光
   ケーブルの線膨張係数をそれぞれαｆ″；α。とじ、光
   ケーブルの許容最高温度をＴｍａｘ’光ケーブルの製造
   時の室温をＴ。とじて式６式％） で定まる定数ε。。をめ、該パイプのより合わせのピッ
   チをｐｌより合わせ中心からパイプ中心までの距離、す
   なわちより合わせ半径をｒ１パイプ内の被覆ファイバと
   パイプ内径とのクリアランスをＣとして、式 から決まるｐとＣの領域をめ、かつＲを光ケーブルの許
   容曲げ半径、εｂをファイバの許容曲げひずみ、Ｄをフ
   ァイバの外径とし、式 で定まるｐの領域を定めて、その重なる領域のほぼ最小
   となるピッチｐおよびＣの値の組み合わせを決定し、該
   値を有するパイプ構造と、より合わせピッチを有するこ
   とを特徴とするルーズ形より集合光ケーブル。 ｌ　ｇｂ＝　０．０８５％、　Ｒ＝　２ｏｏ闘であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のルーズ形よ
   り集合光ケーブル。