JPS6143682B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、送信用ケーブルのような光学透過手
段用の光学要素に関し、ここで光学要素とは周囲
に密着して設けた薄膜保護層を有してもよいガラ
ス又は樹脂よりなる光学繊維と、この繊維の周囲
に同軸的に密着して形成された断面がほ円形の被
覆部とからなるタイプのものである。更に本発明
はかかる光学要素を備えた光学透過装置に関す
る。

この種光学繊維を有する通信用ケーブルとして
は、たとえば西ドイツ特許公開第2528991号及び
第2505621号明細書に示されている通り、繊維が
第１のジヤケツト内に可動状態にて収納され、こ
の第１のジヤケツトは第２のジヤケツトに可動状
態にて収納されたものが知られている。

更に、繊維を撚合したもの、或いは２本のプラ
スチツク製バンドの間に繊維を波状に付着せしめ
支持ワイヤーの周囲に巻きつけるものが知られて
いる（米国特許第3937559号参照）。また中心部の
補強部材の周囲の柔かい支持層の周りに繊維を螺
旋状に巻き付けたものも知られている（米国特許
第3863218号参照）。

西ドイツ特許公開第2519050号明細書は、高強
度の部材を所定の形状にして束ね、光学繊維を張
力無しに配置し、上記高強度部材の解放後に繊維
の過剰長さを得て破断点伸びを改善することを示
している。

西ドイツ特許公開第2419798号明細書によれば
繊維自体が高屈折率の芯材と低屈折率のジヤケツ
トより成るタイプの光学繊維が示されており、こ
の繊維は外装が少なくとも１個の別の外装によつ
て囲繞され、上記別の外装は内側の外装よりも、
或いは芯材と外装との結合よりも熱膨張率が低い
特性を備えているものである。

従来においては、かかる繊維の製造中に外装内
に圧縮応力が形成され得るものとして利点があつ
た。しかしながら、この場合の「外装」は繊維の
１部分を構成し、従つて所謂被覆はない。繊維群
に関しては、上記第１の（内側の）外装の上に、
下側の層よりも熱膨張率の小さい別の外装を設け
る。この外側の外装は圧縮応力を受け、従つて下
側の層は引張り応力を受けることになる。

それ自体としては張力を受けない外装内に収納
された流状の芯材を備えた特殊な繊維において
は、この外装は熱膨張率のより大きな別の外装を
有しており、従つてこの別の外装は引張り応力を
受け、また内側の外装は圧縮応力を受けることに
なる。しかしながら、かかる被覆された繊維は張
力や曲げに対して極めて過敏あつて、これが為に
熱膨張率の低い更に別の外装を要すると記載され
ている。従つて、第１及び第３の外装が圧縮応力
を受け、第２の外装が引張り応力を受けることに
なる。

別言すれば、上記従来技術によれば、外側の外
装に一定の圧縮応力が加わるようにすることが強
度を向上させることであるとして述べられてい
る。

特開昭50−125754号は２層のポリマー被覆を施
すことによつて破断点引張強さ、破断点伸び及び
最小曲げ径のような機械的特性を改善することを
示している。

かかる従来のケーブルの共通の目的は、引張り
及び曲げに際して機械的な衝撃が光学繊維に影響
を及ぼすのを防ぎ、特に有害な衝撃引張を防ぐこ
とにある。

本発明の目的は、引張り、曲げ、ねじり及び振
動のような機械的衝撃を受けた場合も光学透過能
力に支障をきたすことなく、光学繊維の損傷、劣
化、破壊を従来以上に高い精度防止し得る構成を
提供せんとするものである。この点について、１
或いはそれ以上の欠陥によつてもしその光導通路
がどのように小さな部分でもそれが狭められ或い
は折り曲げられたりすれば正常な繊維の光学透過
能力が劣化或いは破壊されることに留意しなけれ
ばならない。このような、ミリ単位の欠陥を微少
亀裂或いは微少曲がりと称している。光学繊維は
及ぼす引張り力は、それが大きくなればなる程亀
裂が生じる可能性は大となること明らかである。
従来の光学透過繊維を有する通信用ケーブルにお
いては、光学繊維における引張り応力の危険性の
除去とサイズを小さくすることに注意が払われて
来た。

本発明は従来の思想とは全く異なり、各繊維に
予め決められた収縮傾向を有する所望厚の被覆を
密着させることによつて少なからず圧縮応力を形
成し、これによつて驚くべき種々の改良がなし得
たものである。

すなわち本発明の光学要素の周辺に密着し形成
した薄膜保護層を有してもよい光学繊維と実質的
に上記繊維と同軸上に密着して形成した被覆部と
を備えた光学透過装置用光学要素において、該被
覆部はその被覆工程中若しくは被覆工程中の縮約
傾向が全長に亘つて上記繊維に作用して軸方向圧
縮力が繊維の実際の短縮とそれに対応する上記繊
維の破断点伸びの増加とをもたらすように該被覆
部を光学繊維に密着させた光学透過装置用光学要
素である。ここで「実際の短縮」とは、前記特開
公50−125754号に記載されるような接着層を用い
るときに予想されるような、無視し得る程度の短
縮を越えて測定可能となつた短縮を意味するもの
である。

本発明によれば、以下に詳述する通り何の外力
も加わらない場合において繊維の最初の長さの少
なくとも1.5‰程度の短縮が好ましい。このよう
に光学繊維に発生した圧縮応力は可能な限りかな
り大きな量をすべきであり、繊維の破断点引張り
応力の少なくとも10分の１程度となることが好ま
しい。

前記西ドイツ特許公開第2419798号に示された
方法は、被覆光学繊維自体に圧縮応力を及ぼすと
いう点で全く反対であつて、この為逆に被覆自体
が引張り応力を受けることになる。

使用される被覆材は、ポリエチレン、ポリプロ
プレン或いはそれらの共重合体、ポリビニルクロ
ライド、或いはポリアミド１１又は１２のような
ポリアミドであつて、特に付着が強いという点で
後者が好ましいようである。しかし、上記重合体
材料に限定されるものではなく其の他の重合体や
共重合体も使用し得る。

要すれば、被覆部は補強材（たとえば繊維）の
ような付加的材料を有してもよい。かかる繊維に
応力を加え次いで解放する際、これらの繊維は被
覆の収縮傾向に貢献し得る。その他の付加的材料
としては有機又は無機の充填材、任意に配列され
た繊維、架橋剤、願料、染料等がある。

繊維と被覆との間に充分に強力な接着が存する
ことが非常に重要である為、もし被覆材が必要な
接着を有しないときは、光学繊維と周囲の被覆部
とに接着する中間層を形成してもよい。このよう
に、普通の接着力を有する従来周知の種々のポリ
マー物質も被覆材として用いることが出来る。

上記圧縮を施した場合、繊維が極めて満足すべ
き光学的能力を有するに到つたことは驚嘆に値す
る。従来のこの種ケーブルにおいては、たとえば
被覆を行つて繊維と被覆との間にクリヤランスを
形成し或いはシリコンオイルのような潤滑材を用
いて相互の滑動を可能とし、被覆と繊維との単な
る部分的な接着を防ぐことによつて上記のような
圧縮力の発生を防止することに努力が払われてき
た。

本発明の光学要素を複数個外装内に収納してた
とえば通信用ケーブルを形成する場合、複数の繊
維を従来と同様直線状に或いは撚り糸状にして配
設し得る。かかる要素を含んだ完成されたケーブ
ルは衝撃引張りに対して極めて大きな耐久力を有
するものである。ケーブルの衝撃引張りは取扱い
中、或いは設置時に生じてその結果ケーブルを長
くする。その際次のことが生じる。

ａ まず、上記撚り糸状にしたものが直線状とな
る。

ｂ 次い光学要素の圧縮力がゼロになるまで光学
要素が伸長する。

ｃ その、光学繊維が伸長し、 ｄ しかる後、光学繊維に破損が生じる。

従つて材質として適切なものを選べば、前記短
縮が加わるので光学繊維の破断点伸びよりも飛躍
的に大きな破断点伸びがこの要素に得られる。

通常は、ケーブルに前記した衝撃引張りをケー
ブルの透過要素の劣化を起すことなく吸収する機
能を有する強化部材を備えることが必要である。

このような強化部材は本発明においては飛躍的
な破断点伸びが得られる為に、従来のものに較べ
て簡単に、しかも経済的に富む物質によつて形成
し得るものである。

更に本発明においては、光学繊維が単に被覆部
に保持または接着されている従来の光学要素と違
つて、光学要素中の繊維にその全長に亘つて均一
に分布する圧縮力が加わつているため、光学要素
において繊維が大きな局部的な力を受ける場所に
生じる微少曲がりという危険性を少なくし得ると
いつた従来技術には見られない顕著な利点があ
る。更に、現存する微少亀裂をおさえ且つかかる
微少亀裂の発生を防止するという効果も見逃せな
い本発明の効果である。

以下、図面に示す実施例について説明する。

保護層（図示せず）を被覆した光学繊維１の周
囲に、被覆された光学繊維に対して好適な密着性
を有する物質よりなる被覆２を形成する。第１図
の下方に要素の断面における引張り応力の分布を
示す。繊維内に生じた圧縮応力によつて達成され
る改善点というのは、要素自体及び要素を含んだ
ケーブルが増加する伸長及びこの結果生ずる更に
活発な曲げに対して充分に耐え得るということで
ある。圧縮応力によつて生ずる繊維の相対的短縮
をεとすれば、繊維は曲げ半径Ｒ＝ｒ／εに曝さ
れる。ここでｒは繊維のどの断面部分にも引張り
応力が加わらない状態における繊維の半径であ
る。

通常、光学繊維は、透過損失を増加させること
なく10cm程度の曲げ半径を呈する。従つて繊維の
半径ｒを0.5mmとすれば、圧縮応力を維持する為
には少なくとも元の長さの0.5‰の相対的短縮
（ε＝ｒ／Ｒ）が必要となる。

被覆形成後にこの被覆に、たとえば特別な熱処
理によつて収縮傾向を付与し、それによつて繊維
が好ましい圧縮応力を受けるようにすることが可
能である。繊維と被覆との間に滑動が生じること
なく充分に強力な密着性を持たせるために、たと
えば押出方法によつて繊維の周りに被覆を形成す
ることができる。

被覆の短縮をもたらす処理としてはたとえば押
出処理に引続く適当な徐冷からなる。これはプラ
スチツク材の熱的に条件付けされた収縮中に、密
着を維持することを確実にするものである。場合
によつては、押出し成型の際にポリマー被覆物質
に高度の分子配向を与える押出成型の後で分子に
一層ランダムな配向を与えることによつて前記短
縮が達成される。第４図及び以下に示すように、
一層ランダムな分子配向はたとえば前記の熱処理
によつ達成される。

繊維の相対的短縮度をεと置けば、 ε＝ε′・Ｅ_２Ａ_２／Ｅ_１Ａ_１＋Ｅ_２Ａ_２ ここでε′は収縮仕上処理中繊維と被覆とが互
いに作用しないという想定のもとでの収縮仕上処
理における繊維と被覆との相対的短縮の差であ
る。更にE₁は繊維のヤング率、E₂は被覆物質の
ヤング率、A₁は繊維の断面積、A₂は被覆の断面
積である。

第２図はE₂A₂とE₁A₁との比率に対するεの依
存性を示すものである。これから明らかなよう
に、E₂とA₂の値が大きい場合は繊維の相対的短
縮εは、被覆と繊維との相対的短縮差ε′に近づ
くことになる。

本発明の光学要素は通信用ケーブル等の透過装
置に用いることが出来る。その具体的な例を第３
図に示す。この図において、光学要素１，２はプ
ラスチツクの外装１０内の空間９に配置してあ
る。この外装１０は従来と同様その周囲に補強用
ワイヤー１１が設けてある。

第４図は本発明における繊維の特性に圧縮力を
もたらす為に行う光学要素の処理工程を例示した
ものである。この工程は次の通りである。即ち、
この時点では実質的な圧縮傾向を呈さない要素２
０をコイル２１から容器２２に収納するかして、
延伸装置２３で延伸して装置２４を介して熱処理
される。次いで要素２０は延伸装置２３と接続さ
れた別の延伸装置２５に通して装置２４内の要素
２０の処理が衝撃引張りなしに行われる。このよ
うにして得られた要素は所望の縮約傾向を呈し最
後に容器２６に収納され、又は巻き取り装置２７
に巻き取られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による光学要素の１部の断面図
であり、その下方に要素の断面における引張り応
力の分布を示す図である。第２図は繊維と被覆と
の弾性率と断面積とに対する繊維の長手方向の圧
縮を示すグラフである。第３図は第１図に示す光
学要素を用いた通信用ケーブルの断面図、第４図
は必要な収縮を得る為の光学要素の処理工程の１
例を示す。 １……光学要素、２……被覆、９……プラスチ
ツク外装内の空間、１０……プラスチツク外装、
１１……補強ワイヤ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 光学繊維と該繊維の周囲に同軸的に密着して
   形成された断面が実質的に円形の被覆部とからな
   る光学透過装置用光学要素において、該被覆部の
   形成に関連して引起される被覆部の収縮傾向が該
   繊維の全長に亘つて軸方向圧縮力を及ぼし、この
   圧縮力が繊維の実際の短縮とそれに対応する繊維
   の破断点延びの増加とをもたらすような繊維との
   密着性が該被覆部に付与されてり、おり、かつ前
   記の短縮は、他の外力が光学要素に加わらないと
   きの繊維の最初の長さの少なくとも0.5‰である
   ことを特徴とする光学透過装置用光学要素。 ２ 該光学繊維は保護層を有している特許請求の
   範囲第１項記載の光学透過装置用光学要素。 ３ 収縮による繊維の圧縮応力は、繊維の破断点
   引張り応力の少なくとも10分の１程度である特許
   請求の範囲第１項記載の光学透過装置用光学要
   素。 ４ 該被覆部は、重合体材料からなる特許請求の
   範囲第１項記載の光学透過装置用光学要素。 ５ 該被覆部は、ポリエチレン、ポリプロピレ
   ン、エチレン−プロピレン共重合体、ポリビニル
   クロライド、あるいはポリアミドからなる特許請
   求の範囲第４項記載の光学透過装置用光学要素。 ６ 該被覆部は、被覆部の収縮傾向に貢献しうる
   補強材を含むものである特許請求の範囲第４項記
   載の光学透過装置用光学要素。 ７ 前記密着性は、該光学繊維とその周辺の被覆
   部の両方に接着する中間層によつてもたらされ若
   しくは保持される特許請求の範囲第１項記載の光
   学透過装置用光学要素。 ８ 該被覆部の収縮傾向は、押出したのち除冷す
   ることによつてもたらされる特許請求の範囲第１
   項記載の光学透過装置用光学要素。 ９ 該被覆部の収縮傾向は、高度の分子配向を生
   ぜしめる条件で押出したのち、一層ランダムな分
   子配向を生ぜしめる処理をすることによつてもた
   らされる特許請求の範囲第１項記載の光学透過装
   置用光学要素。 １０ 一層ランダムな分子配向を生ぜしめる前記
   処理は熱処理ある特許請求の範囲第９項記載の光
   学透過装置用光学要素。