JPS62222214A - 防水光フアイバケ−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】 産業上の利用分野 本発明はメンテナンスフリーな光ファイバケーブル、詳
細には、外被に損傷を生じたときに、外部よりの水の侵
入を局所的にとどめ、伝送媒体の特性劣化を防止する構
造を有する防水光ファイバケーブルに関するものである
。

従来の技術及び発明が解決しようとする問題点光ファイ
バケーブルが外被に損傷を受けかつ周囲に水が存在する
場合、ケーブル内部に水が侵入し、更にその長手方向に
逐次進行する（これを走水現象と呼ぶ）。この走水があ
る限度を゛超えると低温時にケーブル内部の水が凍結し
たときに光ファイバに力が加わって光損失を増加したり
光ファイバの強度低下、銅線では絶縁低下、更には内部
の金属材料の腐食等が生じ、長期的（１０〜２０年間）
にケーブルを使用することが出来なくなり大きな問題を
生ずる。

従来一般に使用されている光ファイバケーブルは第１０
図のような構造を有している。第１Ｏ図において１は光
フ・１イバ心線、２はユニット中心材、３はケーブルに
加わる張力を支えるテンションメンバ、４は外被、５は
非吸水性緩衝層、６は非吸水性コア押え巻テープ、７１
′ｉ光ユニツト、８は介在ひもを示す。このようなケー
ブルの外被に損傷が生じて浸水すると、５の非吸水性緩
衝層（ポリプロピレン等のひも状体が用いられる）、６
の非吸水性コア押え巻テープ（ポリエステルテープや不
織布が用いられる）の部分及び光ファイバ心線１とユニ
ット中心材２　ノ間ヤテンションメンパ３とユニット７
の間の空隙を水が走る。

（１）　　この対策として従来より一般的なものは、ケ
ーブル内の空隙部にポリブテン、ペトロラタム、グリー
ス等のシェリー状材料を充填し、走水を止める構造が知
られている。この構造は、走水防止特性は優れているが
、ケーブル製造時において充填を行うためその押出装置
が必要となるばかシでなく、押出速度が毎分５ｍ以下と
遅くなるため、製造時間の増大を招くという欠点があっ
た。また、このようなシェリ状材料はその粘性によって
走水防止効果を得ているが、ケーブル相互を接続する場
合など光７アイパ心線の周囲に付着したシェリー材料を
取除く作業が必要となる。

（２）第１０図の構造を有する光ファイバケーブルに、
ポリブテン系シェリーを充填すると、光ファイバを接続
するだめの前準備作業（ケーブル外被、コア押え巻の除
去、光ユニットの解体、光ファイバからシェリーの除去
）に約３０〜４０分裂する。これは、シェリーを充填し
ていないケーブルの前準備作業の約１５分に比べ２〜３
倍の時間である。

（３）　　これらの問題の生じない走水防止構造として
は、水を含むと吸水膨潤する材料をケーブル内空隙に充
填する方法が提案されている。

その材料としては、ポリアクリル酸系、カルボキシメチ
ルセルロース系、デンプン系等の粉末が知られており、
これらを粉末状態または不織布等のテープに塗布・接着
しケーブル内に充填している。この場合、粉末を直接充
填するとこの粉末はケーブル内に直接固定されていない
ため、ケーブル運搬時等の振動によりケーブル内で粉末
が移動し長期にわたって走水防止効果が得られず、また
接続作業等においても粉末の脱落が生じて作業性の劣化
や、光ファイバコネクタの端面に付着して機能劣化に結
び付き易い。また、粉末状態でケーブル内に充てんする
ことは製造上非常に難しく、製造速度が２〜３ｍ／分以
下にしなければならない。

このため、吸水材料はテープ状、ひも状であることが望
ましいが、吸水粉末を不織布などのテープに塗布した場
合、不織布（通常ポリエステル）が非吸水性であるため
、吸水テープ全体の吸水特性が悪化する欠点がある。

したがって実際のケーブル内に不織布に吸水粉末を塗布
したものだけで防水対策を行ったものはない。これは、
吸水粉末塗布形不織布をどの程度の量・ケーブル内に充
てんすれば防水効果が十分であるかどうか不明だからで
あった。

（４）　　カルボキシメチルセルロースをひも状または
不織布のテープ状に加工したものを充填した光ファイバ
ケーブルは吸水性能が優れている上にケーブル内に通常
使われているスプリントヤーンを用いた緩衝層５や押え
巻テープ６と置き換えることが可能なため、製造工程も
従来と変更する必要がなく走水防止効果を得ることが可
能である。しかしながら、このカルボキシメチルセルロ
ースは湿潤状態に置かれると容易に微生物に浸され走水
防止効果を失う特性を有している。更に、火災時等に高
温にさらされると容易に燃焼するという問題もある。

本発明の目的は、前記の諸問題を解決した走水防止特性
に優れ、製造性・作業性は非防水タイプの従来ケーブル
と同等でかつ微生物に対する耐性のある防水光ファイバ
ケーブルを得るにある。

問題点を解決するだめの手段 本発明は、テンシ冒ンメンバと光ファイバ心線と、該光
ファイバ心線の回りに配置する緩衝層と、前記全構成要
素を集合した光ファイバケーブルコアの押え巻きテープ
と外被とから構成される光ファイバケーブルにおいて、
中心テンンヨンメンバの周囲に吸水性テープを巻き、そ
の吸水性テープと前記緩衝層と前記コア押え巻きテープ
とをアクリル系高吸水材料から成る材料により構成した
構造とし、その吸水材料の充填量が、吸水材料を入れる
前のクープル内の空・隙に対する吸水材料が占める空間
の体積比Ｒ６゛（％）、吸水材料の重量比で表わした吸
水倍率をＭ（倍）としたとき、その積ＭＲｏが３００％
を超えるように設計するものである。さらに前記アクリ
ル系高吸水材料が繊維状に加工されたアクリロニトリル
とアクリル酸塩との共重合体であるか、又は前記アクリ
ル系高吸水材料がアクリル系高吸水繊維の周囲にポリエ
チレンオキサイド架橋重合体を付着して構成したもので
ある。

作用 前記構成による本発明のケーブルは水が浸入しても走水
長は１ｍ以下であり、難燃性を付与でき、腐敗による水
素発生を防止し、海水や金属イオンによる吸水倍率の低
下を防止できる。

実施例 本発明は、アクリル系高吸水材料は繊維状（単せんい）
に加工したものを紡績糸、あるいは不織布状（テープ状
）にするか、もしくは粉末状の材料を既存の合成プラス
チックからなる不織布内に閉じ込めてテープ状にするこ
とも共重合体にして他の性質を付加することもでき、一
方、湿潤状において微生物による腐食に対する耐性を有
する特性に着目したものであるっ以下先ず本発明の構成
要件を説明する。

（１）　　高吸水アクリル系繊維の充填量について説明
する。

ケーブル内の走水を防止するには、吸水性材料をケーブ
ル内に存在する空間（空隙量）に対し、ある所定の量だ
け充填する必要がある。以下にその所要量を求める手順
を示す。

第５図において９は光ケーブル内に存在する空隙（吸水
性材料ＩＯを入れる前の空隙）であり、１０はその空隙
内に充填された吸水性材料の断面を各々模式的に表して
いる。図において、空隙の体積はケーブル長１（ｍ当り
■ｏ（ｃｃ）とし、吸水性材料はケーブル長１ｃｍ当り
Ａ　（ｇ）充填されているものとする。このとき、この
ケーブル内の吸水性材料の充填率Ｒ０（％）を次式で定
義する。

ことに、ρは吸水性材料の密度（１／ｃｃ）を表わす。

次に、この材料が完全に水を吸収して膨潤したときの吸
水倍率Ｍを吸水後の重量と吸水前の重量の比で表わすこ
ととする。第５図に示す吸水性材料１０が自由な状態で
吸水したと仮定すると吸水後のケーブル単位長当りの体
積■１は、水の密度をρ。とすると、となる。

従って、空隙量と膨潤した材料の体積との比Ｒ１は となる。式（３）において密度ρは通常ｌに近く、かつ
ρ。＝１であるからＲ１は Ｒ１：ＭＢ２　　　　　　（％）（４）となる。式（４
）は吸水倍率Ｍと充填率Ｒ８の積が１００％のとき、ケ
ーブル内の空隙が膨潤した吸水性材料によってちょうど
埋められることを示している。しかし、現実にはケーブ
ル内の空隙に吸水性材料を均一に分散することは難しく
、更に吸水倍率Ｍは吸水性材料間に蓄えられた水分（厳
密には吸水されていない）の重量が含まれているだめ、
走水防止効果を得るためにはＲ１を１００％より大きく
する必要がある。この関係を明確にするため第６図に示
す測定系を用いて実験を行った。図において１１は一定
のガス圧を導入するための導入口であり、１２は耐圧容
器、１３は水または溶液、１４はバルブ、１５は吸水性
繊維、１６はその吸水性繊維を充填した透明パイプを示
す。

実験方法は吸水性繊維１５を充填したパイプ］６を、耐
圧容器１１にセットし、導入口１１より一定のガス圧を
加え、外部より走水長を測定して行う。第７図は、高吸
水性アクリル繊維を用いて走水長の測定を行った結果で
ある。

この実験では充填率Ｒｏを７〜２７％の範囲で変化させ
るとともに、この吸水繊維が金属イオン濃度により吸水
倍率が変化することを利用して吸水倍率Ｍの異なる条件
を実現している。

第７図より明らかなようにＭＲｏが２００％を超えると
走水防止効果が見られるようになり、３００％を超える
と充分に走水が止められることが分かる。更に金属イオ
ンの有無に拘らずＭＲｏのみで走水長が定まることも分
かる。以上の結果から、ケーブル内の走水を防止するた
めには、吸水倍率×充填率ＭＲｏを３００硲以上とすれ
ば良いことが分かる。この条件は、機械強度の強化等を
目的として、他の繊維（ポリエステル、ポリアミド、ポ
リアクリロニトリルｅｔｃ　）と吸水性繊維を混紡した
ものに対してももちろん適用可能である。

（２）吸水性繊維の安定性について説明する。

通信用光ファイバケーブルは、通常１０〜２０年の長期
にわたって使用され、その間伝送特性の安定性が要求さ
れる。従って、ケーブル内に水が侵入し、吸水性繊維が
膨潤した状態でも長期間充分安定でなければならない。

特に、マンホール内に溜っている水中には、無数の微生
物が存在し、腐敗による性能劣化が問題となる。第８図
には、土壌と水の混合液の上ずみ液中に各種吸水性材料
を浸漬したものを密閉容器に入れ、発生する水素ガスを
測定した結果を示している。図よりアクリル系吸水材料
を除く各材料は水素を発生する。

特に、アクリル系と同様にひも状、不織布状に加工可能
でかつ、ケーブル製造時の撚合せの容易なカルボキシメ
チルセルロースは著シい水素発生を示しておシ微生物腐
食が著しいことが分る。（Ｈ−ｋｏｇａ　ｅｔ、ａｌ、
Ｈｙｄｒｏｇｅｎｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　ｄｕｅ　ｔｏ
　ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｏｆｃａｒｂｏｘｙｍ
ｅｔｈｙｌ−ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ　ｉｎ　ｍｕｄｄｙ　
ｗａｔｅｒ。

Ｅｌｅｃｔｒｏｎ、Ｌｅｔ’ｔ、　＋ｖｏ１−２１＋Ｎ
ｏ、２０＋ｐ９０２　＋　１９８５）光ファイバケーブ
ル中に水素が存在すると、ケーブル内の光ファイバの伝
送損失が増加し、最悪の場合通信が不能となる。

〔野口他、水素による光ファイバ損失増加′と光ファイ
バケーブルの長期損失安定性、電子通信学会Ｖｏ１．Ｊ
６８−Ｂ、Ｎｏ、７．ｐ７９５．１９８５）そして、現
在一般に使用されている光ファイバケーブルの場合、水
素分圧の許容値は１０−３〜１０　”ａｔｍである。更
に、腐敗によって水素発生するだけでなく、粘性が著し
く低下し走行防止効果を失う。従って、光ファイバケー
ブルに使用する吸水性繊維は、このような水素発生を生
じないものでなければならない。第８図に示すようにア
クリル系高吸水材料は、この条件を満足する材料である
。

アクリル系高吸水材料は前記条件を満足するものであれ
ば何を用いても良い。しかし、ポリアクリル酸塩の粉末
、アクリルニトリルとアクリル酸塩との共重合体から成
る繊維が代表的なものである。

（３）吸水性繊維の難燃性について説明する。

本発明で用いる高吸水アクリル系繊維はアクリロニトリ
ルとアクリル酸塩を均一に分布させるとアクリル酸塩の
割合が多い程難燃性が高くなる。難燃性の指標としてＬ
ＯＩ（限界酸素指数：その材料が連続して燃焼するのに
必要とする最小限の酸素濃度）を用いると、アクリル酸
ナトリウムを３ｍｍｏｌ／ｇ含むアクリル系吸水繊維は
ＬＯＩが３０〜３３となる。これはアクリル酸塩が３ｍ
ｍｏｌ／ｇの割合で繊維外層部（繊維断面積の３０係）
に局在化しているものがＬＯｒ１９〜２１であるのに比
してはるかに難燃性が高い。また、カルボキシメチルセ
ルロース系の高吸水性繊維はＬＯＩ２４であり、難燃性
が高いとは言い難い。このようにアクリル系吸水性繊維
は、アクリロニトリルとアクリル酸塩との共重合の割合
を調整することによって難燃性を付与することもできる
。

（４）　　耐海水（耐金属イオン）改良高吸水アクリル
系繊維を説明する。

前記の高吸水アクリル系繊維は、海水や金属イオンを含
む溶液中では、吸水倍率が低下する。吸水倍率の低下は
、溶液に含まれるイオン濃度が１１００ｐｐを超えると
生ずる。従って、通常の地下水では問題はないが、温泉
地、海岸の近傍や工業用排水の混入するケーブル収容設
備（マンホール、管路等）では前記吸水繊維は適用が困
難である。

第１表　吸水繊維の吸水倍率 第１表には、純水中と人工海水（アクアマリン二へ州薬
品製）中での吸水倍率の測定結果を示したが、前記高吸
水アクリル系繊維は海水中では吸水倍率が約６．５であ
り、前記走水防止条件（ＭＢ２）３００％）を満足する
ためには充填率を６０％以上とする必要がある。このよ
うに充填率を高くするとケーブル内の緩衝、効果が不充
分となるため、光ファイバ心線を外力に対して強くする
等の対策が必要となり望ましくない、海水中においても
吸水倍率の低下しない吸水繊維としては、前記吸水アク
リル系繊維をポリエチレンオキサイド架橋重合体（ＰＥ
Ｏ吸水体）により覆った繊維がある。

第１表には、高吸水アクリル系繊維にＰＥＯ系吸水体を
１０重量係付着させた繊維からなる紡績系の吸水倍率も
合せて示したが、通常の吸水アクリル系繊維に比べ海水
中で吸水倍率は１５倍と大巾に改善されている。第９図
は第１表に示した２種類の繊維を用いて、第６図の実験
系で人工海水による走水特性を測定した結果である。図
から明らかなように、ＰＥＯ吸水体を付着した吸水繊維
は海水に対しても走水防止効果を有しているのに対して
通常の高吸水性繊維は効果の少ないことが分かる。これ
は、前者が吸水倍率Ｍ×充填率Ｒ６が６００％で後者が
２６０％であることからも当然の結果と言える。

第１の実施例 第１図は本発明の防水光ファイバケーブルの第１の実施
例の断面図を示す。

第１０図と異なるところは、高吸水アクリル系繊維７０
％と通常のアクリル繊維３０％を混紡した紡績糸（吸水
倍率Ｍ＝２０倍）を光ファイバ心線１の周囲に密に縦沿
えし吸水性緩衝層１７とし、吸水性コア押え巻テープ１
８は高吸水性アクリル系繊維からなる不織布を使用して
いることである。また新たにテンションメンバ周囲に吸
水性テープ１９として前述の不織布を巻いている。この
ケーブル内の充填率Ｒ６は約３０ｃｌ）である。更にユ
ニット中心材２の周囲には接着剤によシボリアクリル酸
メチルの粉末を塗布している。この塗布量はごくわずか
でも効果を有するため、ケーブル接続作業時の脱落等の
問題はほとんどない。この光ファイバケーブルの防水効
果を確認するために、１ｍ長のケーブルの片端に通常地
下に布設されたケーブルに加わる最大水圧と考えられる
ｌａｔｍの水圧を印・加する試験を行った。この結果２
４時間経過した後も他端からの水漏れの生じないことを
確認した。

第２の実施例 第２図は本発明の防水光ファイバケーブルの別の実施例
である。電磁誘導の影響を受けない全絶縁材からなるノ
ンメタル光ファイバケーブルの断面図を示す。図におい
てテンションメンバ３ｂはガラス繊維強化プラスチツク
（ＦＲＰ）３１ｂ及びその外周のポリエチレン被覆３２
から成っており、外被４はポリエチレンから成っている
。この場合も第１の実施例と同様にテンションメンバ３
ｂの周囲の吸水性テープ１９および吸水性コア押え巻テ
ープ１８として、高吸水アクリル系繊維から成る不織布
を用いるとともに、光ファイバと押え巻テープの間には
吸水性緩衝層１７として高吸水アクリル系繊維を７０％
含む紡績糸を配置した（充填率Ｒは約３５％である）。

このケーブルに対しても第１の実施例と同様に０．５ａ
ｔｍの水圧を印加し走水試験を行ったが２４時間後、で
１ｍ以内の走水長であシ充分な防水特性を示した。また
、テンションメンバのＦＲＰは、一般にはＥガラス繊維
とウレタンアクリレート系ビニルエステルから成るもの
（第２表の工）が一般的である。このＦＲＰは水中でひ
ずみを加えられたまま放置すると強度劣化を生じ破断に
到る。（桑原他、光ケーブルに用いるＦＲＰの破断寿命
推定法、電子通信学会論文誌の）、Ｖｏｌ、Ｊ６８−Ｂ
　、Ｎｏ、９　、　ｐ１０８１，１９８５）。

第２表にテンションメンバ用ＦＲＰの材質、第３表にＦ
Ｒ’Ｐ用のＥガラスとＴガラスの化学組成と特性、を示
す。

第２表　テンションメンバ　用ＦＲＰの材質第３表　Ｅ
ガラスとＴガラスの化学組成と特性本発明の防水光ファ
イバケーブルは、外被に損傷を受けだときには、内部に
若干水走りを生ずるため、その部分のＥＲＰは水中に置
かれた状態となる。従ってケーブルを曲げだ状態で固定
するときのように、ＦＲＰが曲げられたまま長期に置か
れるときは、ＦＲＰの材質として第２表の■及び■に示
したものを使用するのが望ましい。また、第２表の■の
ＦＲＰは弾性率が約６５００　Ｋｙ／ｘｙｎ　２と通常
のＦ’ＲＰに比べ１．３倍大きく、強度についても高性
能化が図れる。本実施例では、このＦＲＰ　（第２表■
）を使用している。

第３の実施例 第３図は本発明の別の実施例の断面図を示す。

第２の実施例と異なる点は、高吸水繊維として耐海水改
良形の繊維（海水中での吸水倍率Ｍ＝１５倍）の不織布
及び紡績糸を用いて、吸水性コア押え巻テープ１８Ａ１
テンシヨンメンバ周囲の吸水性テープ１９Ａ及び吸水性
緩衝層１７Ａとしていることである。吸水繊維の充填率
Ｒｏは約３５％であった。このケーブルに対して０．５
ａｔｍの圧力で人工海水を片端より圧入して水走り試験
を行ったが、２４時間後の走水長は１ｍ以下であった。

第４の実施例 第４図は更に別の実施例の断面図を示す。

図ハユニソト形の防水ノンメタル光ファイバケーブルで
ある。本実施例ではテンションメンバ３ｃとして高強度
ＦＲＰ　３　ｌ　ｂ（第２表■）を３本使用した構造と
なっている。また、第３実施例と同じく耐海水数良形高
吸水アクリル系繊維を吸水性緩衝層１７Ａ、吸水性コア
押え巻テープ１８Ａ１テンシヨンメンバ周囲の吸水性テ
ープ１９Ａとして使用している。吸水繊維の充填率は約
３０係であった。

本実施例ケーブルに対して、０．５ａｔｍの圧力で人工
海水を片端より圧入した結果、２４時間で１ｍ以下の走
水長であった。

以上の実施例においては、いずれも押え巻きテープ材料
として、アクリロニトリルとアクリル酸塩との共重合体
の高吸水性繊維を不織布状に加工したものを使用してい
るが、その代りに、ポリエステル等の通常のプラスチッ
ク繊維から成る不織布内にポリアクリル酸系等のアクリ
ル系高吸水粉末を封入したテープ材料も使用可能である
。

発明の効果 本発明の光ファイバケーブルは、前記の構成に基づき次
の効果を生ずる。

（１）外被に損傷を生じ水が侵入しても走水を一部区間
に限定することができる。

（２）微生物腐食も生じないため長期にわたって伝送損
失が安定である。

（３）粉末状の充填材を使用していないので、ケーブル
接続時等においても、光ファイバ端面を損傷することな
く、従来の非防水光ファイバケーブルと同様に作業可能
であると共に、ケーブル製造も容易に行うことができる
。

（４）高吸水性アクリル系材料にＰＥＯ吸収体を付着さ
せた材料を充填することで、海水、温泉水、工業用排水
等金属イオンを含む水が侵入した場合においても、走水
防止効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の防水光ファイバケーブルの第１の実施
例の断面図、第２図は本発明の第２の実施例の断面図、
第３図は本発明の第３の実°施例の断面図、第４図′は
本発明の第４の実施例の断面図、第５図はケーブル内の
空隙に充填された吸水性繊維を示す模式図、第６図は走
水特性の測定装置、第７図は充填率×吸水倍率ＭＲ８と
走水長との関係図、第８図は吸水性繊維の腐敗による泥
水浸漬日数と水素ガスの発生量との関係図、第９図は海
水中での水圧印加時間と走水長との関係図、第１０図は
従来の光ファイバケーブルの断面図、を示す。 １：光ファイバ心線　２：ユニット中心材３ａ１３ｂ＋
３Ｃ：ケーブルに加わる力を支えるテンシコンメンバ３
１ａ：鋼よす線 ３１ｂ：ＦＲＰ　　３２：ポリエチレン被覆４：外被　
５：非吸水性緩衝層　６：非吸水性コア押え巻テープ　
８：介在ひも １７：吸水性緩衝層　１７Ａ：耐海水数良形吸水性緩衝
層　１８：吸水性コア押え巻テープ　１８Ａ：耐海水数
良形吸水性コア押え巻テープ　１９：吸水性テープ　１
９Ａ：耐海水数良形吸水性テープ 第１図 第３図 う５２Ｋｒ阪−（と、−） 關　　　　　　４　　　　　　塾　　　　　　笥　　　
　　　）ｏ　　　　　　ｏ　　　　　　ｏ　　　　　　
　ｏ　　　　　　ｏ　　　　　　。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、テンションメンバと光ファイバ心線と、該光ファイ
   バ心線の回りに配置する緩衝層と、前記全構成要素を集
   合した光ファイバケーブルコアの押え巻きテープと外被
   とから構成される光ファイバケーブルにおいて、中心に
   あるテンションメンバの周囲に吸水性テープを巻き、該
   吸水性テープと前記緩衝層と前記コア押え巻きテープと
   をアクリル系高吸水材料から成る材料により構成し、前
   記アクリル系高吸水材料を入れる前のケーブル内の空隙
   に対する前記アクリル系高吸水材料が占める空間の体積
   比をＲ＿０（％）、前記アクリル系高吸水材料の重量比
   で表わした吸水倍率をＭ（倍）としたとき、その積ＭＲ
   ＿０が３００％を超えるよう構成したことを特徴とする
   防水光ファイバケーブル。 ２、アクリル系高吸水材料が繊維状に加工されたアクリ
   ロニトリルとアクリル酸塩との共重合体であることを特
   徴とする特許請求範囲第１項記載の防水光ファイバケー
   ブル。 ３、アクリル系高吸水材料がアクリル系高吸水繊維の周
   囲にポリエチレンオキサイド架橋重合体を付着して構成
   したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の防水
   光ファイバケーブル