JP2022544424A - 光ファイバケーブル - Google Patents

Abstract

光ファイバケーブルは、シースと、シース内に収容されたコアと、横断面視においてコアを間に挟むようにシースに埋設された少なくとも２本の抗張力体と、を備える。シースの外周面には周方向に交互に配置された複数の凸部および複数の凹部が形成されている。横断面視において、２本の抗張力体が対向する方向を第１方向とするとき、シースのうち、コアから第１方向における外側に向かう部分にのみ抗張力体が埋設されている。

Description

本発明は、光ファイバケーブルに関する。
本願は、２０１９年１２月１１日に日本に出願された特願２０１９－２２３８１３号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

特許文献１には、シースと、シース内に収容されたコアと、を備える光ファイバケーブルが開示されている。シースの表面には凹部および凸部が交互に形成されており、これにより、ケーブル通路とシースとの摩擦を小さくしている。
特許文献１において、コアはいわゆるスロット型であり、複数のスロットが形成されたロッドを有している。ロッドの中央部には貫通孔が形成されており、貫通孔の内側に、光ファイバを張力から保護するための抗張力体が配置されている。
この種の光ファイバケーブルでは、光ファイバの実装密度を高めるため、ロッドを省くとともに、抗張力体をシースに埋設する場合がある。

日本国特開２０００－１２１８９３号公報

特許文献１の光ファイバケーブルにおいて、抗張力体をシースに埋設する場合、凹部と抗張力体との位置が近いとシースの厚みが過度に小さくなる。また、抗張力体の直径が大きいほどシースの厚みが小さくなる。このため、抗張力体の数を増やすとともに、各凸部の内側に線径の小さい抗張力体を配置することが考えられる。しかしながら、各凸部の内側に抗張力体を配置すると、コアを複数の抗張力体が取り囲む構造となり、光ファイバケーブルの許容可能な曲げ径が大きくなる。

本発明はこのような事情を考慮してなされ、シースの表面に凹部および凸部が交互に形成された光ファイバケーブルにおいて、シースに抗張力体を埋設しつつ、許容可能な曲げ径を小さくすることを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る光ファイバケーブルは、シースと、複数の光ファイバを有し、前記シース内に収容されたコアと、前記シース内に、横断面視において前記コアを間に挟むように前記シースに埋設された少なくとも２本の抗張力体と、を備え、前記シースの外周面には周方向に交互に配置された複数の凹部および複数の凸部が形成され、横断面視において、前記２本の抗張力体が対向する方向を第１方向とするとき、前記シースのうち、前記コアから前記第１方向における外側に向かう部分にのみ抗張力体が埋設されている。

本発明の上記態様によれば、シースの表面に凹部および凸部が交互に形成された光ファイバケーブルにおいて、シースに抗張力体を埋設しつつ、許容可能な曲げ径を小さくすることができる。

本実施形態に係る光ファイバケーブルの横断面図である。 試験例２に係る光ファイバケーブルの横断面図である。 試験例３に係る光ファイバケーブルの横断面図である。 耐座屈性試験について説明する図である。 キンク試験について説明する図である。 圧送試験について説明する図である。 本実施形態の変形例に係る光ファイバケーブルの横断面図である。

以下、本実施形態の光ファイバケーブルについて図面に基づいて説明する。
図１に示すように、光ファイバケーブル１は、シース１０と、シース１０内に収容されたコア２０と、シース１０に埋設された複数の抗張力体３０および複数のリップコード４０と、を備えている。本実施形態の光ファイバケーブル１は、４本の抗張力体３０と、２本のリップコード４０と、を備えている。

コア２０は、複数の光ファイバユニット２１と、これらの光ファイバユニット２１を包む押さえ巻き２２と、を有している。光ファイバユニット２１はそれぞれ、複数の光ファイバ２１ａと、これらの光ファイバ２１ａを束ねる結束材２１ｂとを有している。

（方向定義）
本実施形態では、コア２０の中心軸線を中心軸線Ｏという。また、光ファイバケーブル１の長手方向（コア２０の長手方向）を単に長手方向という。長手方向に直交する断面を横断面という。横断面視（図１）において、中心軸線Ｏに交差する方向を径方向といい、中心軸線Ｏ周りに周回する方向を周方向という。
本実施形態では、合計で４本の抗張力体３０が、コア２０を間に挟むように配置されている。横断面視において、抗張力体３０によってコア２０が挟まれる方向を第１方向Ｘといい、第１方向Ｘに直交する方向を第２方向Ｙという。第１方向Ｘにおける一方側を＋Ｘ側といい、他方側を－Ｘ側という。第２方向Ｙにおける一方側を＋Ｙ側といい、他方側を－Ｙ側という。

４本の抗張力体３０は、第１方向Ｘにおいてコア２０を間に挟むように配置されている。図１に示すように、横断面視において、２本の抗張力体３０がコア２０の＋Ｘ側に位置し、残り２本の抗張力体３０がコア２０の－Ｘ側に位置している。なお、抗張力体３０の数は適宜変更可能であり、例えば２本であってもよい。抗張力体３０の数が２本の場合、コア２０の＋Ｘ側に１本の抗張力体３０を配置し、コア２０の－Ｘ側に残り１本の抗張力体３０を配置する。同様に、抗張力体３０の数が６本以上の偶数の場合、半数の抗張力体３０をコア２０の＋Ｘ側に配置し、残りの半数の抗張力体３０をコア２０の－Ｘ側に配置する。

シース１０のうち、第１方向Ｘにおける位置がコア２０と一致している部分には、抗張力体３０が配置されていない。言い換えると、シース１０のうち、コア２０から第１方向Ｘにおける外側（＋Ｘ側または－Ｘ側）に向かう部分にのみ抗張力体３０が埋設されており、コア２０の＋Ｙ側および－Ｙ側には、抗張力体３０が配置されていない。その理由は後述するが、抗張力体３０の数を変更した場合も、シース１０のうちコア２０から第１方向Ｘにおける外側に向かう部分にのみ抗張力体３０を埋設することが好ましい。

抗張力体３０の材質としては、例えば金属線（鋼線など）、抗張力繊維（アラミド繊維など）、およびＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics)などを用いることができる。ＦＲＰの具体例としては、ガラス繊維を用いたＧＦＲＰ、ケプラ繊維を用いたＫＦＲＰ、ＰＢＯ（ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール：poly-paraphenylenebenzobisoxazole）を用いたＰＢＯ－ＦＲＰなどを用いることができる。

リップコード４０は、第２方向Ｙにおいてコア２０を間に挟むように配置されている。１本のリップコード４０がコア２０の＋Ｙ側に位置し、残り１本のリップコード４０がコア２０の－Ｙ側に位置している。各リップコード４０は、径方向外側からコア２０に接するように配置されている。なお、リップコード４０の数は適宜変更可能であり、１本であってもよいし、３以上の複数本であってもよい。

リップコード４０としては、ＰＰ（ポリプロピレン）やポリエステルなどの繊維を撚り合わせた糸（ヤーン）を用いることができる。抗張力体３０は光ファイバ２１ａを張力から保護する役割を有する一方で、リップコード４０はシース１０を引き裂く役割を有している。このため、リップコード４０と抗張力体３０とでは材質が異なっている。具体的には、抗張力体３０の引張弾性係数はリップコード４０よりも大きい。また、リップコード４０の方が抗張力体３０よりも可撓性に富んでいる。

本実施形態の光ファイバユニット２１は、いわゆる間欠接着型テープ心線であり、複数の光ファイバ２１ａを長手方向に直交する方向に引っ張ると、網目状（蜘蛛の巣状）に広がるように互いに接着されている。詳しくは、ある一つの光ファイバ２１ａが、その両隣の光ファイバ２１ａに対して長手方向で異なる位置においてそれぞれ接着されており、かつ、隣接する光ファイバ２１ａ同士は、長手方向で一定の間隔をあけて互いに接着されている。

複数の光ファイバユニット２１は、中心軸線Ｏを中心として、互いに撚り合わされている。撚り合わせの態様は、螺旋状であってもよいし、ＳＺ状であってもよい。
なお、光ファイバユニット２１の態様は間欠接着型テープ心線に限られず、適宜変更してもよい。例えば、光ファイバユニット２１は、複数の光ファイバ２１ａを単に結束材２１ｂで束ねたものであってもよい。

押さえ巻き２２は、複数の光ファイバユニット２１を包んでおり、円筒状に形成されている。押さえ巻き２２の周方向における両端部（第１端部および第２端部）は、互いに重ねられており、ラップ部２２ａを形成している。押さえ巻き２２のうち、ラップ部２２ａを除く部分を非ラップ部２２ｂという。非ラップ部２２ｂは、ラップ部２２ａを形成する第１端部と第２端部との間に位置している。

押さえ巻き２２がラップ部２２ａを有しているため、押さえ巻き２２の内側の構成部材とシース１０とが接触することを抑制できる。これにより、シース１０を押出成形する際に、軟化したシース１０内に光ファイバ２１ａが取り込まれて、光ファイバ２１ａの光ファイバケーブルに対する余長率が不安定になることを抑制できる。また、押さえ巻き２２とシース１０との間に光ファイバ２１ａが挟まれて伝送損失が増大することも抑制できる。

押さえ巻き２２の材質としては、不織布やプラスチック製のテープ部材などを用いることができる。押さえ巻き２２をプラスチックで形成する場合、材質としてはポリエチレンテレフタラート、ポリエステルなどを用いることができる。また、押さえ巻き２２として、上記の不織布やテープ部材に吸水性を付与した、吸水テープを用いてもよい。この場合、光ファイバケーブル１の防水性能を高めることができる。プラスチック製のテープ部材を押さえ巻き２２として用いる場合、このテープ部材の表面に吸水パウダーを塗布することで、吸水性を付与してもよい。

シース１０は、中心軸線Ｏを中心とした円筒状に形成されている。シース１０の材質としては、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、エチレンエチルアクリレート共重合体（ＥＥＡ）、エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、エチレンプロピレン共重合体（ＥＰ）などのポリオレフィン（ＰＯ）樹脂、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）などを用いることができる。

シース１０の外周面には、複数の凹部１２および凸部１１が形成されている。凹部１２および凸部１１は、周方向に交互に配置されている。このように、シース１０の外周面には凹凸形状が形成されている。凹部１２および凸部１１は、長手方向に沿って延びている。凸部１１は径方向外側に向けて突出する曲面状に形成され、凹部１２は径方向内側に向けて窪む曲面状に形成されている。さらに、横断面視において、凸部１１と凹部１２との接続部は曲線状となっている。このように、凸部１１と凹部１２とが曲線状に連続して形成されていることで、凸部１１に周方向の力が作用したとしても、凹部１２に応力が集中しにくくなっている。したがって、凹部１２に亀裂などが生じることが抑制されており、シース１０の強度が高められている。

図１に示す直線Ｌは、横断面視において、中心軸線Ｏと抗張力体３０の中心とを結ぶ直線である。横断面視において、抗張力体３０は凸部１１の内側に位置しており、直線Ｌ上に、当該抗張力体３０の径方向外側に位置する凸部１１の頂部が位置している。本明細書における「頂部」とは、凸部１１のうち、径方向外側に向けて湾曲した部分である。図１には１つの抗張力体３０に対応する直線Ｌのみを表示しているが、他の３つの抗張力体３０についても、当該抗張力体３０と中心軸線Ｏとを結ぶ直線上に、当該抗張力体３０の径方向外側に位置する凸部１１の頂部が位置している。

シース１０の＋Ｙ側の端部および－Ｙ側の端部には、平坦面１４と、平坦面１４から径方向外側に突出する印部１３と、が形成されている。印部１３の周方向における位置は、リップコード４０の位置と一致している。すなわち、リップコード４０は印部１３とコア２０との間に位置している。印部１３は、リップコード４０の位置を表示する目印である。印部１３の近傍からシース１０に切り込みを入れてリップコード４０の一部を取り出し、リップコード４０を長手方向に引っ張ることで、シース１０を切り裂くことができる。これにより、シース１０からコア２０を取り出す作業が容易となる。

横断面視において、平坦面１４は第１方向Ｘに沿って延びている。印部１３は、平坦面１４の第１方向Ｘにおける中央部に形成されている。図１の円弧Ｃは、複数の凸部１１に外接する外接円であり、以下では外接円Ｃという。横断面視において、印部１３の径方向における外端は、円弧Ｃ上に位置している。

なお、印部１３の径方向における外端は、外接円Ｃの外側または外接円Ｃの内側に位置していてもよい。ただし、印部１３の一部が外接円Ｃの外側に位置している場合、光ファイバケーブル１をマイクロダクト内に敷設する際に、印部１３とマイクロダクトの内面との間の摩擦が大きくなる。したがって、印部１３の径方向における外端は外接円Ｃ上または外接円Ｃよりも内側に位置していることが、より好ましい。

本実施形態のように、凸部１１とは異なる形状の印部１３を形成することで、使用者に対して触感によってリップコード４０の位置を認識させることができる。ただし、印部１３の形態は適宜変更可能である。例えば、図１における平坦面１４および印部１３に代えて凸部１１を配置し、当該凸部１１の頂部に着色することで印部を形成してもよい。この場合も、着色によって形成された印部により、リップコード４０の位置を表示することができる。

以上説明したように、本実施形態の光ファイバケーブル１は、シース１０と、シース１０内に収容されたコア２０と、横断面視においてコア２０を挟むようにシース１０内に埋設された少なくとも２本の抗張力体３０と、を備えている。また、シース１０の外周面には周方向に交互に配置された複数の凸部１１および複数の凹部１２が形成されている。これにより、光ファイバケーブル１をマイクロダクト内に敷設する際に、シース１０とマイクロダクトの内面との接触面積および接触に伴う抵抗力が小さくなり、スムーズに光ファイバケーブル１を敷設することができる。さらに、抗張力体３０がシース１０内に埋設されているため、抗張力体３０をコア２０内に配置する場合と比較して、光ファイバ２１ａの実装密度を高めることができる。

また、横断面視において、コア２０の中心（中心軸線Ｏ）と、１本の抗張力体３０の中心とを結ぶ直線Ｌ上に、当該抗張力体３０の径方向外側に位置する凸部１１の頂部が位置している。これにより、抗張力体３０の周囲のシース１０の厚みが小さくなりにくい。従って、シース１０の強度を確保することができる。なお、複数の抗張力体３０のうち少なくとも１本の抗張力体３０の中心と、中心軸線Ｏとを結ぶ直線上に、当該抗張力体３０の径方向外側に位置する凸部１１の頂部が位置していれば、少なくとも当該抗張力体３０の周囲のシース１０について強度を確保することができる。

また、シース１０には径方向外側に向けて突出する印部１３が形成され、リップコード４０は印部１３とコア２０との間に位置している。横断面視において、印部１３の径方向における外端を、複数の凸部１１に外接する外接円Ｃ上または外接円Ｃの内側に位置させることで、光ファイバケーブル１をマイクロダクト内に敷設する際に、印部１３とマイクロダクトとが強く摩擦することを抑制できる。
さらに、印部１３は凸部１１と異なる形状であるため、触感によって、使用者はリップコード４０の位置を認識することができる。

以下、具体的な実施例を用いて、上記実施形態を説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されない。

本実施例では、下記表１に示す試験例１～３の光ファイバケーブルを作成した。

試験例１の光ファイバケーブル１は、前記実施形態と同様であり、図１に示すような横断面形状を有している。試験例２の光ファイバケーブル１００Ａは、図２に示すような横断面形状を有しており、各凸部１１の内側に抗張力体３０が配置されている。試験例３の光ファイバケーブル１００Ｂは、図３に示すような横断面形状を有しており、シース１０に凸部１１および凹部１２が形成されていない。試験例１～３の光ファイバケーブルの外径は表１の「ケーブル外径（Ｄ）」に示す通りである。試験例１～３の単位長さあたりの重量、抗張力体３０の数、抗張力体３０の材質、抗張力体３０の直径は表１に示す通りである。

表１の「座屈荷重」の欄には、耐座屈性試験の結果が表示されている。耐座屈性試験の詳細について図４を用いて説明する。耐座屈性試験では、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、マイクロダクトを模した直線状の管Ｐと、ロードセルＲと、を用いた。管Ｐの内径は２０ｍｍであり、長さは６００ｍｍである。管Ｐの内部に、試験例１～３の光ファイバケーブルのサンプルＳを収容した。サンプルＳの下端が固定された状態で、サンプルＳの上端をロードセルＲによって２００ｍｍ／ｍｉｎの速度で押し込んだ。図４（ｂ）に示すように、サンプルＳが管Ｐ内で座屈し、ロードセルＲの押し込み量が５０ｍｍとなった時点における荷重Ｆ（Ｎ）を、表１の「座屈荷重」の欄に示した。

表１に示すように、試験例１の座屈荷重は７００Ｎであり、試験例２の座屈荷重は３７０Ｎである。このように、試験例１では、座屈させるまでに試験例２の約２倍の力を要した。試験例１の光ファイバケーブル１が座屈しにくいのは、曲げの方向性があるためである。光ファイバケーブル１が曲がりやすい方向（抗張力体３０の伸長が少ない方向）に曲がり、結果として抗張力体３０にかかる応力が小さいためでると考えられる。一方、試験例２の光ファイバケーブル１００Ａは曲げの方向性が無く、光ファイバケーブル１００Ａが曲がると抗張力体３０にすぐに応力がかかる。このような相違から、試験例１の光ファイバケーブル１は試験例２の光ファイバケーブル１００Ａよりも座屈しにくいと考えられる。

表１の「キンク径ｄ」の欄には、IEC60794-1-21 Method E10に準拠したキンク試験の結果が表示されている。キンク試験の詳細について、図５（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。まず、図５（ａ）に示すように、充分な長さのサンプルＳを用いて、ループを作る。そして、サンプルＳの両端部を、図５（ａ）の矢印に示す方向に引っ張る。これにより、ループは小さくなっていき、図５（ｂ）に示すような状態となる。サンプルＳにキンクが生じた時点における、サンプルＳのループ部の長さ（図５（ｂ）の破線の長さ）を測定した。ループ部の長さを円周率で割った値を、「キンク径ｄ」として、表１に示した。

なお、キンク径ｄは各試験例のケーブル外径Ｄの倍数で示している。本明細書において「キンクが生じる」とは、シース１０に割れ、潰れ、瘤などが生じ、曲げを解消しても光ファイバケーブルの外観が元に戻らないことを指す。キンク径ｄが大きいほど、当該光ファイバケーブルの許容可能な曲げ径が大きく、曲率半径の小さいマイクロダクトに敷設しにくいことを意味する。

表１に示すように、試験例１のキンク径ｄは９Ｄであり、試験例２のキンク径ｄは１４Ｄである。このように、試験例１の光ファイバケーブル１は、試験例２の光ファイバケーブル１００Ａよりもキンクが生じにくいことが確認された。この差異は、抗張力体３０の配置の違いによるものであると考えられる。試験例２の光ファイバケーブル１００Ａでは、抗張力体３０がコア２０を取り囲むように配置されている。このため、光ファイバケーブル１００Ａをどの方向に曲げようとしても、曲げ部分の内側および外側にそれぞれ抗張力体３０が位置する。これにより、曲げの内側に位置する抗張力体３０は強く圧縮され、曲げの外側に位置する抗張力体３０は強く引っ張られる。その結果、曲げの内側または外側に位置するシース１０に割れ、潰れ、瘤などが生じやすく、キンク径ｄが大きくなる。

一方、試験例１の光ファイバケーブル１では、シース１０のうちコア２０から第１方向Ｘにおける外側に向かう部分にのみ抗張力体３０が埋設されている。言い換えると、コア２０の＋Ｙ側および－Ｙ側には抗張力体３０が配置されていない。このため、光ファイバケーブル１を第２方向Ｙに曲げる場合には、抗張力体３０に強い圧縮力や引張力が作用しにくい。その結果、シース１０に割れ、潰れ、瘤などが生じにくく、キンク径ｄを小さくすることができた。

表１の「圧送試験」の欄には、図６に示すトラックＴに試験例１～３のサンプルＳを圧送した結果を示している。トラックＴは、マイクロダクトを８の字を複数回描くように敷設することで構成した。図６に示すように、トラックＴの８の字の２つの輪が並列する方向に直交する方向の幅は１８．３３ｍであり、８の字のトラックの一周あたりの長さが１２５ｍとなるようにマイクロダクトが敷設されている。なお、マイクロダクトを８の字状に複数回敷設することで、トラックＴの総長を２０００ｍとした。このトラックＴに、圧送機を用いてサンプルＳを圧送させたとき、圧送可能であった距離を表１に示している。

表１に示すように、試験例１、試験例２の光ファイバケーブルについては、２０００ｍ以上圧送可能であった。試験例３の光ファイバケーブルについては、１８０ｍだけ圧送可能であった。

このように、試験例１、２の光ファイバケーブルは、試験例３の光ファイバケーブルと比較して、マイクロダクト内をより圧送しやすいことが確認された。この理由は、シース１０の表面に凸部１１および凹部１２が形成されていることで、マイクロダクトとシース１０との接触面積および接触に伴う抵抗力が低下したためであると考えられる。

以上説明したように、本実施形態の光ファイバケーブル１では、シース１０のうちコア２０から第１方向Ｘにおける外側に向かう部分にのみ抗張力体３０を埋設することで、曲げによるキンクが生じにくくなっている。これにより、シース１０の表面に凸部１１および凹部１２が交互に形成され、かつシース１０に抗張力体３０が埋設された光ファイバケーブル１において、許容可能な曲げ径（キンク径ｄ）を小さくして、より取り扱いやすくすることが可能となる。

なお、本発明の技術的範囲は前記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

例えば、図１の例では、各凸部１１の周方向における幅は互いに等しく、１つの凸部１１の内側に１つの抗張力体３０が配置されていた。しかしながら、図７に示すように、シース１０に形成された複数の凸部１１の周方向における幅が不均一であってもよい。

また、図７に示すように、１つの凸部１１の内側に複数（２つまたはそれ以上）の抗張力体３０が配置されていてもよい。この場合、抗張力体３０の周囲のシース１０の肉厚を大きくして、シース１０の強度をより大きくすることができる。さらに、抗張力体３０の径方向外側に位置する凸部１１に径方向内側に向けた外力が作用したとき、当該外力を複数の抗張力体３０で分散して受けることができる。したがって、抗張力体３０との境界部分においてシース１０に割れなどが生じることを抑制できる。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した実施形態や変形例を適宜組み合わせてもよい。

１…光ファイバケーブル １０…シース １１…凸部 １２…凹部 １３…印部 ２０…コア ２１ａ…光ファイバ ３０…抗張力体 ４０…リップコード Ｃ…外接円 Ｌ…直線

Claims (4)

1. シースと、
   複数の光ファイバを有し、前記シース内に収容されたコアと、
   横断面視において前記コアを間に挟むように前記シースに埋設された少なくとも２本の抗張力体と、を備え、
   前記シースの外周面には周方向に交互に配置された複数の凹部および複数の凸部が形成され、
   横断面視において、前記２本の抗張力体が対向する方向を第１方向とするとき、前記シースのうち、前記コアから前記第１方向における外側に向かう部分にのみ抗張力体が埋設されている、光ファイバケーブル。
2. 横断面視において、前記コアの中心と前記２本の抗張力体のうちの１本の抗張力体の中心とを結ぶ直線上に、前記複数の凸部のうち前記１本の抗張力体の径方向外側に位置する凸部の頂部が位置している、請求項１に記載の光ファイバケーブル。
3. 前記シース内に埋設されたリップコードをさらに備え、
   前記シースには、径方向外側に向けて突出する印部が形成され、
   前記リップコードは、前記印部と前記コアとの間に位置し、
   横断面視において、前記印部の径方向における外端は、複数の前記凸部に外接する外接円上または前記外接円の内側に位置している、請求項１または２に記載の光ファイバケーブル。
4. 横断面視において、１つの前記凸部の内側に複数の前記抗張力体が位置している、請求項１から３のいずれか１項に記載の光ファイバケーブル。

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