WO2023162680A1 - 光ファイバテープ心線およびスロットレス型光ケーブル - Google Patents

Abstract

マイクロベンドロスを抑制することができかつ布設作業後における光ファイバテープ心線の移動（位置ずれ）を防止することを課題とする。本願には、複数本の単心被覆光ファイバ（２）が１心毎に連結された状態で長さ方向と幅方向とに間欠的に連結または分離された光ファイバテープ心線（１）が開示されている。光ファイバテープ心線（１）では、連結部（４）の断面の厚さをａと、連結部（４）の断面の外径をｂと、連結部（４）の長手方向の長さをＡと、分離部（６）の長手方向の長さをＢとした場合に、下記条件式［１］［２］を満たしている。　１０ｍｍ≦ａ／ｂ＊Ａ≦３５ｍｍ　…　［１］　４０ｍｍ≦Ｂ≦１２５ｍｍ　…　［２］

Description

光ファイバテープ心線およびスロットレス型光ケーブル

　本発明は光ファイバテープ心線およびスロットレス型光ケーブルに関する。

　近年、ＩｏＴ（Internet of Things）の普及や５Ｇ商用の本格化、自動車の自動運転などにより、データトラフィックが飛躍的に増加しており、それを支える高速大容量光ファイバ通信網の整備・構築に関して、世界的に需要が高まってきている。
　なかでも、欧米諸国における情報通信用ケーブルは、地下埋設のダクトに布設されることが多く、ダクト内の布設スペースに物理的な制約をうける。欧米諸国の高速大容量な光ファイバ通信網の整備・構築を経済的に実現させるには、既存ダクトを用いたまま従来ケーブルよりも光ファイバ心線が高密度なケーブルを導入することで布設コストを低減させることが強く求められている。

　特許文献１には当該高密度な光ケーブルの一例として、間欠連結型光ファイバテープ心線を用いた光ケーブルが開示されている。
　特許文献１の技術では特に、連結部の長手方向の長さ、異なる光ファイバ心線間の非連結部が長手方向で重なる部分の長さ、非連結部の長手方向の長さなどを一定に制御し、光ファイバの伝送特性の悪化を抑えつつ光ファイバテープ心線の融着接続時の不具合の発生を防止しようとしている（段落００２６－００２７、実施例、図１など参照）。

特許第６６５７９７６号公報

　ところで、当該高密度な光ケーブルでは、光ファイバテープ心線は高密度に集線されケーブル化される場合、折りたたまれるように変形実装される。この変形は間欠構造の非連結部の長さによって連結部同士の重なり（Overlap）および非連結部のねじり（Twist）が変化する。光ファイバテープ心線のケーブル内におけるこれらの変形は光ファイバのマイクロベンドロスに大きく影響することが分かっている。「マイクロベンドロス」とは、光ファイバ素線が受ける微小な圧力等のストレスによる光損失をいう。
　一方で当該高密度な光ケーブルは布設される場合、一定の長さで切断され外被などが除去され、露出した光ファイバテープ心線が機器に接続される。かかる布設作業後においては、光ファイバテープ心線が振動などの物理的衝撃を受けると、光ファイバテープ心線が移動して光ファイバに引張、座屈などの悪影響を与えることがある。これを防止するために光ケーブルに対する光ファイバテープ心線の引抜力が一定程度要求される。

　したがって本発明の主な目的は、マイクロベンドロスを抑制することができかつ布設作業後における光ファイバテープ心線の移動（位置ずれ）を防止することができる光ファイバテープ心線およびこれを用いたスロットレス型光ケーブルを提供することにある。

　上記課題を解決するため本発明の一態様によれば、
　複数本の単心被覆光ファイバが１心毎または２心毎に連結された状態で長さ方向と幅方向とに間欠的に連結または分離された光ファイバテープ心線において、
　連結部の断面の厚さをａと、連結部の断面の外径をｂと、連結部の長手方向の長さをＡと、分離部の長手方向の長さをＢとした場合に、下記条件式（１）（２）を満たしていることを特徴とする光ファイバテープ心線が提供される。
　　　１０ｍｍ≦ａ／ｂ＊Ａ≦３５ｍｍ　…　（１）
　　　４０ｍｍ≦Ｂ≦１２５ｍｍ　…　（２）

　本発明の他の態様によれば、
　上記の光ファイバテープ心線と、
　複数の前記光ファイバテープ心線を固定する押巻きと、
　前記押巻きを被覆する外被と、
　前記外被中に設置されたテンションメンバと
　前記外被中に設置され前記外被を引き裂くためのリップコードと、
　を備えることを特徴とするスロットレス型光ケーブルが提供される。

　本発明によれば、マイクロベンドロスを抑制することができかつ布設作業後における光ファイバテープ心線の移動（位置ずれ）を防止することができる。

光ファイバテープ心線の概略構成を示す平面図である。 図１のＸ－Ｘ線の断面図である。 光ファイバテープ心線の製造装置の概略構成を示す斜視図である。 変形例にかかる光ファイバテープ心線の製造装置の概略構成を示す図である。 変形例にかかる分離ダイスの回転刃の概略構成を示す側面図である。 変形例にかかる分離ダイスの回転刃の概略構成を示す側面図である。 変形例にかかる分離ダイスの回転刃の概略構成を示す側面図である。 変形例にかかる回転刃の回転の様子を概略的に示す側面図である。 スロットレス型光ケーブルの概略構成を示す断面図である。

　以下、本発明の好ましい実施形態にかかる光ファイバテープ心線およびスロットレス型光ケーブルについて説明する。本明細書では、数値範囲を示す「～」の記載に関し下限値および上限値はその数値範囲に含まれる。

［光ファイバテープ心線］
　図１は光ファイバテープ心線１の概略構成を示す平面図である。
　図１に示すとおり、光ファイバテープ心線１は複数本の単心被覆光ファイバ２を有し（図１では４本）、互いに隣り合う単心被覆光ファイバ２同士がその長さ方向および幅方向に間欠的に連結または分離し、連結部４および分離部６が分散して配置されている。ここでは複数の単心被覆光ファイバ２が１心毎に独立し連結しているが２心毎にまとまって連結してもよい。
　図２は光ファイバテープ心線１の概略構成を示す断面図である。
　図２に示すとおり、単心被覆光ファイバ２は光ファイバ素線２ａが１次被覆層２ｂおよび２次被覆層２ｃで順に被覆された構成を有している。光ファイバテープ心線１は各単心被覆光ファイバ２がテープ層８（テープ状の樹脂）によって一体的に被覆された構成を有しており、テープ層８に対し連結部４および分離部６が形成されている。
　テープ層８は光硬化型樹脂で構成されている。当該光硬化型樹脂は２５℃での粘度が４．７～８．８Ｐａ・ｓであり、好ましくはエポキシアクリレート系光硬化型樹脂またはウレタンアクリレート系光硬化型樹脂である。

　図１に示すとおり、光ファイバテープ心線１には、単心被覆光ファイバ間が連結した連結部４と、単心被覆光ファイバ間が分離した分離部６とが、間欠的に形成されている。分離部６には、分離部６同士を幅方向に視た場合に、互いに隣り合う分離部６同士が重複する非連結部５が形成されている。

　かかる光ファイバテープ心線１では、連結部４の断面の厚さをａ（ｍｍ）と、連結部４の断面の外径をｂ（ｍｍ）と、連結部４の長手方向の長さをＡ（ｍｍ）と、分離部６の長手方向の長さをＢ（ｍｍ）と、分離部同士を幅方向に視て互いに隣り合う分離部同士が重複する非連結部５の長手方向の長さをＣ（ｍｍ）と、連結部４の長手方向における周期間隔をＰ（ｍｍ）とした場合に、下記条件式（１）（２）を満たしており、好ましくは下記条件式（３）（４）を満たしており、より好ましくは下記条件式（３）（４）（５）（６）を満たしている。
　　　１０ｍｍ≦ａ／ｂ＊Ａ≦３５ｍｍ　…　（１）
　　　４０ｍｍ≦Ｂ≦１２５ｍｍ　…　（２）
　　　１０ｍｍ≦ａ／ｂ＊Ａ≦３１ｍｍ　…　（３）
　　　４０ｍｍ≦Ｂ≦１００ｍｍ　…　（４）
　　　Ｂ≧ＡでかつＣ≧１０ｍｍ　…　（５）
　　　Ｐ≦１５０ｍｍ　…　（６）

　連結部４の断面の「厚さａ」は任意に５部位を選択しその測定値の平均値である。
　連結部４の断面の「外径ｂ」は任意に５部位を選択し、キーエンス社製マイクロスコープで計測した近似円直径の平均値である。

　以上の光ファイバテープ心線１によれば、ａ／ｂ＊Ａの値および分離部の長さＢの値が一定に制御され、マイクロベンドロスを抑制しかつ光ファイバテープ心線の移動（位置ずれ）を防止することができる（下記実施例参照）。

［光ファイバテープ心線の製造装置および製造方法］
（１）光ファイバテープ心線の製造装置
　図３は光ファイバテープ心線の製造装置１０の概略構成を示す図である。
　図３に示すとおり、光ファイバテープ心線の製造装置１０では主に、単心被覆光ファイバ２の搬送方向Ａに沿ってテープダイス２０、分離ダイス３０および２つの光照射装置４０、５０がこの順に設置され、単心被覆光ファイバ２がこれらダイスおよび装置間をこの順に通過するようになっている。

　テープダイス２０は複数本の単心被覆光ファイバ２の周囲を光硬化型樹脂で一括被覆する汎用的なダイスであり、これを通過する複数本の単心被覆光ファイバ２に対し未硬化の光硬化型樹脂をテープ状に塗布しテープ層８を形成するようになっている。

　分離ダイス３０には上下に昇降自在な複数本の分離ニードル３２、３４、３６が設置されている（図３では３本）。各分離ニードル３２、３４、３６は単心被覆光ファイバ２間の上方に配置されており、中央部の分離ニードル３４と両側部の分離ニードル３２、３６とが未硬化の光硬化型樹脂に対し交互に昇降し、間欠的に分離部６および連結部４を形成するようになっている。
　分離ダイス３０には余分な光硬化型樹脂を吸引するための樹脂吸引装置３８が設置されている。樹脂吸引装置３８は分離ニードル３２、３４、３６の下降により堰き止められた余分な光硬化型樹脂を吸引するようになっている。

　上流側の光照射装置４０は未硬化の光硬化型樹脂に対し光を照射するものであり、当該光硬化型樹脂を半硬化させるようになっている。「半硬化」とは樹脂が完全硬化していない状態、つまり樹脂が光エネルギーにより部分的に架橋された状態にあることをいう。
　下流側の光照射装置５０は半硬化の光硬化型樹脂に対し光をさらに照射するものであり、当該光硬化型樹脂を完全硬化させるようになっている。「完全硬化」とは樹脂が完全または完全に近い状態まで硬化している状態、つまり樹脂が光エネルギーにより完全または完全に近い状態まで架橋された状態にあることをいう。
　上流側の光照射装置４０と下流側の光照射装置５０とでは、上流側の光照射装置４０は積算照射量が少なく、下流側の光照射装置５０は積算照射量が多い。

（２）光ファイバテープ心線の製造方法
　複数本の単心被覆光ファイバ２を搬送方向Ａに沿って搬送させた状態で（搬送速度は好ましくは６０～３００ｍ／分である。）、はじめに、複数本の単心被覆光ファイバ２に対しテープダイス２０で未硬化の光硬化型樹脂をテープ状に塗布し、テープ層８を形成する。
　その後、当該テープ層８に対し分離ダイス３０の分離ニードル３２、３４、３６を昇降させ、テープ層８に対し分離部６および連結部４を形成する。
　その後、テープ層８に対し光照射装置４０で光を照射し未硬化の光硬化型樹脂を半硬化させ、最終的に光照射装置５０でさらに光を照射し半硬化の光硬化型樹脂を完全硬化させる。これら工程の処理中はテープダイス２０の温度を分離ダイス３０の温度より高く設定する。

［変形例］
　図３の分離ダイス３０に代えて図４の分離ダイス６０が適用されてもよい。
　図４の分離ダイス６０では単心被覆光ファイバ２の出口面に対し複数枚の回転刃６２、６４、６６が設置されている（図４では３枚）。各回転刃６２、６４、６６は単心被覆光ファイバ２の搬送に追従して回転するようになっており、回転軸が一致している。
　図５Ａに示すとおり中央部の回転刃６４には切欠部６４ａが形成され、図５Ｂに示すとおり両側部の回転刃６２、６６にも切欠部６２ａ、６６ａが形成されている。図５Ｃに示すとおり中央部の回転刃６４の切欠部６４ａと両側部の回転刃６２、６６の切欠部６２ａ、６６ａとでは位相がずれている。
　図６に示すとおり、各回転刃６２、６４、６６は単心被覆光ファイバ２の搬送に追従して回転すると、中央部の回転刃６４の切欠部６４ａと両側部の回転刃６２、６６の切欠部６２ａ、６６ａとで位相がずれたまま各回転刃６２、６４、６６が回転し、分離部６と連結部４とが交互に形成されるようになっている。

［スロットレス型光ケーブル］
　図７は光ファイバテープ心線１を使用したスロットレス型光ケーブル７０の概略構成を示す断面図である。
　スロットレス型光ケーブル７０では、複数枚の光ファイバテープ心線１が束ねられ撚り合されており、これが押巻き７２で固定されている。たとえば４心の光ファイバテープ心線１が５枚ずつ束ねられてこれが１０本撚り合され、当該撚体が押巻き７２で固定される。押巻き７２は好ましくは吸水性の不織布が使用され、具体的には不織布上に吸水性ポリマーが張り合わされたものが使用される。
　押巻き７２にはポリエチレン樹脂などが押し出され、押巻き７２は外被７４で被覆されている。外被７４には上下にテンションメンバ７６が１本ずつ設置され、その左右には外被７４を引き裂くためのリップコード７８も１本ずつ設置されている。

　以上のスロットレス型光ケーブル７０によれば、テンションメンバ７６が図７中の上下に設置されているため、左右方向の可とう性が担保され、ダクト内に敷設する際の作業性を向上させることができる。リップコード７８も図７中の左右対称（１８０度対角）の位置に設置されているため、外被７４を２等分に剥離しやすく、ケーブル端末を処理する際や中間分岐させる際の作業性を向上させることができる。

（１）サンプルの作製
（１．１）光ファイバテープ心線サンプル
　はじめに、外径１２５μｍの石英ガラス系ＳＭ光ファイバ上に、２３℃におけるヤング率が約５ＭＰａのウレタンアクリレート系光硬化型樹脂からなる１次被覆、および２３℃におけるヤング率が約７００ＭＰａのウレタンアクリレート系光硬化型樹脂からなる２次被覆を施した外径２５０μｍの単心被覆光ファイバを準備した。
　その後、図３と同様の製造装置を使用し、単心被覆光ファイバを４本整列させながら、ウレタンアクリレート系光硬化型樹脂（２５℃での硬化前粘度が５．２±０．５Ｐａ・ｓで、硬化後のヤング率が５５０ＭＰａである。）を塗布し、連結部の断面の厚さａ、連結部の断面の外径ｂ、連結部の長手方向の長さＡ、分離部の長手方向の長さＢ、非連結部の長手方向の長さＣおよび連結部の長手方向における周期間隔Ｐの各パラメータを変動させた光ファイバテープ心線のサンプル１－１１を製造した。

（１．２）スロットレス型光ケーブルサンプル
　光ファイバテープ心線のサンプル１－１１を使用し、図７のスロットレス型光ケーブルのサンプル１－１１を製造した。詳しくは４心の光ファイバテープ心線のサンプルを５枚準備し、これらをバンドルテープで束ねて２０心ユニットを構成した。その後２０心ユニットを１０本撚り合わせ、押巻きとして吸水性の不織布で固定し、テンションメンバおよびリップコードを縦添えした状態でポリエチレンを押し出し被覆して外被で被覆し、２００心のスロットレス型光ケーブルのサンプル１－１１を製造した。

（２）サンプルの評価
（２．１）マイクロベンドロスの測定
　１２，０００ｍの光ファイバテープ心線サンプルを巻き張力３００ｇｆでボビンに巻いた状態で、一端部をボビンから繰り出し励振機を介してＯＴＤＲ装置（Optical Time Domain Reflectmeter、横河電機製AQ7280）に接続し、光ファイバ内に入射した光がレーリー散乱等によって戻ってくる現象を利用して光損失を測定した（測定波長は１，５５０ｎｍとした）。
　測定結果を表１に示す。表１中、「○」は測定値が０．２５ｄＢ／ｋｍ以内を示し、「△」は測定値が０．２５ｄＢ／ｋｍ超で０．２８ｄＢ／ｋｍ以内を示し、「×」は測定値が０．２８ｄＢ／ｋｍ超を示す。

（２．２）引抜力の測定
　スロットレス型光ケーブルサンプルを１２ｍで切断し、その切断片の一方の端部（Ａ端）から１ｍぶんの外被、押巻き、テンションメンバおよびリップコードをそれぞれ除去し、１ｍぶんの光ファイバテープ心線を露出させた。併せて当該切断片の他方の端部（Ｂ端）からは１ｍぶんの外被、押巻きおよびリップコードをそれぞれ除去し、１ｍぶんの光ファイバテープ心線およびテンションメンバをそれぞれ露出させた。
　その後、Ａ端の光ファイバテープ心線をすべてマンドレルに巻き付け固定した。Ｂ端のテンションメンバのみをチャックで把持し固定し、外被際の光ファイバテープ心線にマーキングした。
　その後、５０ｍｍ／分でＢ端を引っ張り、Ｂ端の光ファイバテープ心線が動き始めたときの張力を引抜力としこれを測定した。ただし、引っ張りの条件は３６０Ｎ／分以下とした。
　測定結果を表１に示す。表１中、「○」は測定値が１７Ｎ以上を示し、「×」は測定値が１７Ｎ未満を示し、当該閾値が光ファイバテープ心線の移動（位置ずれ）の有無を判別する指標となる。

（３）まとめ
　表１に示すとおり、サンプル１では引抜力が小さかった。これはａ／ｂ＊Ａの値が小さく、連結部のケーブル内径（押巻きの内部）における占有率が低いことによる。
　サンプル２、９ではマイクロベンドロスが大きかった。これは分離部の長さＢの値が小さく、単位長さ当たりの連結部の出現頻度があがり、ボビンに巻いた状態で重なり合う光ファイバ素線同士で側圧荷重がかかりやすいことによる。
　サンプル１１では引抜力が小さかった。これは分離部の長さＢが大きく、単位長さ当たりの連結部の出現頻度が低下することによる。
　これに対しサンプル３－８、１０では、マイクロベンドロスおよび引抜力の両方の結果が良好であった。マイクロベンドロスを抑制しかつ光ファイバテープ心線の移動（位置ずれ）を防止するには、ａ／ｂ＊Ａの値および分離部の長さＢの値を一定に制御することが有用であることがわかった。

　本出願は、２０２２年２月２４日出願の特願２０２２－０２６８４０号に基づく優先権を主張する。当該出願明細書および図面に記載された内容は、すべて本願明細書に援用される。

　本発明は光ファイバテープ心線およびスロットレス型光ケーブルにかかり、特にマイクロベンドロスを抑制しかつ布設作業後における光ファイバテープ心線の移動（位置ずれ）を防止するのに有用である。

　１　光ファイバテープ心線
　２　単心被覆光ファイバ
　４　連結部
　５　非連結部
　６　分離部
　８　テープ層
　１０　光ファイバテープ心線の製造装置
　２０　テープダイス
　３０　分離ダイス
　３２、３４、３６　分離ニードル
　３８　樹脂吸引装置
　４０　（上流側の）光照射装置
　５０　（下流側の）光照射装置
　６０　分離ダイス
　６２、６４、６６　回転刃
　６２ａ、６４ａ、６６ａ　切欠部
　７０　スロットレス型光ケーブル
　７２　押巻き
　７４　外被
　７６　テンションメンバ
　７８　リップコード
 

Claims (3)

1. 　複数本の単心被覆光ファイバが１心毎または２心毎に連結された状態で長さ方向と幅方向とに間欠的に連結または分離された光ファイバテープ心線において、
   　連結部の断面の厚さをａと、連結部の断面の外径をｂと、連結部の長手方向の長さをＡと、分離部の長手方向の長さをＢとした場合に、下記条件式（１）（２）を満たしていることを特徴とする光ファイバテープ心線。
   　　　１０ｍｍ≦ａ／ｂ＊Ａ≦３５ｍｍ　…　（１）
   　　　４０ｍｍ≦Ｂ≦１２５ｍｍ　…　（２）
2. 　請求項１に記載の光ファイバテープ心線において、
   　下記条件式（３）（４）を満たしていることを特徴とする光ファイバテープ心線。
   　　　１０ｍｍ≦ａ／ｂ＊Ａ≦３１ｍｍ　…　（３）
   　　　４０ｍｍ≦Ｂ≦１００ｍｍ　…　（４）
3. 　請求項１または２に記載の光ファイバテープ心線と、
   　複数の前記光ファイバテープ心線を固定する押巻きと、
   　前記押巻きを被覆する外被と、
   　前記外被中に設置されたテンションメンバと、
   　前記外被中に設置され前記外被を引き裂くためのリップコードと、
   　を備えることを特徴とするスロットレス型光ケーブル。
    

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