JP3596511B2

JP3596511B2 - 光ファイバケーブル

Info

Publication number: JP3596511B2
Application number: JP2001320071A
Authority: JP
Inventors: 至坂部; 伸宏赤坂; 雅義山野
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2001-10-18
Filing date: 2001-10-18
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2021-10-18
Also published as: JP2003121710A; US20030081918A1; CN1242287C; US6654527B2; CN1412589A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に屋内配線に用いられる光通信用の光ファイバケーブルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
屋内配線に用いられる光ファイバケーブルは、一般的に複数の光ファイバ心線のまわりに抗張力繊維を配し、その外周にプラスチックからなる外被を施した構造となっている。このプラスチックの外被は、主に加工時の残留歪が緩和することによって経時的に収縮する。外被の収縮が大きい場合には、内部の光ファイバ心線に応力がかかり、光ファイバの伝送特性に影響を及ぼす場合がある。
【０００３】
そこで、外被の収縮を抑えるために、外被の中に抗収縮体を埋め込んだ構造が検討されている。また近年、複数の光ファイバを一括して接続する多心コネクタの普及に伴い、光ファイバ心線を複数本並列に配しテープ状に一体化したテープ心線を内蔵した光ファイバケーブルが適用されている。特許公報第２７９３６２１号では、光ファイバ心線を複数本並列に配しテープ状に一体化したテープ心線を抗張力繊維で包囲し、その外周に抗収縮性を有すると考えられる抗張力体を埋め込んだ外被で被覆した構造のものが開示されている。この抗張力体は、外被の収縮を抑える働きを有する抗収縮体として利用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の光ファイバケーブルでは、外被に外被の収縮を抑えるための抗収縮体を埋め込んだ場合、ケーブルの剛性が高くなり曲げにくくなるという問題があった。
【０００５】
また、屋内配線に用いられる光ファイバケーブルは、難燃性が要求されるため、外被にはポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）などの難燃性の高い材料が一般的に用いられる。このような材料は、一般的に抗収縮体との接着性が悪く、外被と抗収縮体との間にすべりが生じるので、抗収縮体が十分な剛性を有していても、外被の収縮を抑えることができない場合があった。
【０００６】
外被と抗収縮体の接着力を上げる手段として、抗収縮体の外周に外被と接着性の良い接着剤を被覆する方法がある。この場合、接着剤層によって、外被の厚みか増してしまう問題があった。また、外被と接着性が良くかつ難燃性の高い材料を選定することは困難なため、接着剤層によって、難燃性が悪くなるという問題があった。
【０００７】
本発明は、外被の収縮を抑えることができ、かつ適度な剛性を持ち、曲げやすく、難燃性に優れた光ファイバケーブルを提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の問題点を解決するために、本発明は、抗張力繊維で包囲された少なくとも一本の光ファイバ心線の外周にプラスチックからなる外被を有し、外被の収縮を抑えるための抗収縮体を少なくとも一本該外被中に埋め込んだ光ファイバケーブルにおいて、１ｍ長に切断した該光ファイバケーブルから、光ファイバ心線および抗張力繊維を抜き取った外被を１１０℃で２時間曝した後の収縮率が０．５％以下で、かつ、３０ｃｍ長に切断した該光ファイバケーブルを曲率半径５０ｍｍのマンドレルに巻き付け８５℃で２時間曝した後に該光ファイバケーブルをマンドレルから外したときのケーブルを曲率半径が１００ｍｍ以上で、さらに、３０ｃｍ長の片持ち梁での、該光ファイバケーブル端の撓み量が、曲げ癖を増す方向および曲げ癖を低減する方向の平均で５０ｍｍ以上であるようにしている。
【０００９】
さらに、Ｅをヤング率、Ｉを断面二次モーメントとしてケーブルの曲げ剛性を（ＥＩ）ｃ、ケーブルの単位長当たりの質量をＭｃとするとき、（ＥＩ）ｃ／Ｍｃ≦８×１０^６（ｍｍ^３）の関係を有し、かつ、全抗収縮体のヤング率Ｅと断面積Ｓの積和を（ＥＳ）ｔ、抗収縮体を含むケーブル外被全体のヤング率Ｅと断面積Ｓの積和を（ＥＳ）ｊとして（ＥＳ）ｔ／（ＥＳ）ｊ≧０．７の関係を有することが好ましい。
【００１０】
抗収縮体には接着剤が焼付塗布されていること、更にその接着剤の厚さが５０μｍ以下であることが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図２は、本発明の光ファイバケーブルの一実施例を示す断面図である。紫外線硬化型樹脂からなる被覆を施した光ファイバ心線１を複数本並列に配し、紫外線硬化型樹脂によりテープ状に一体化したテープ心線２のまわりをアラミド繊維からなる抗張力繊維３で包囲し、その両側縁部にそれぞれ抗収縮体５を配し、その外周を外被４で被覆し一体化している。
【００１４】
図１に、本発明の別の実施形態を示す断面図を示した。紫外線硬化型樹脂からなる被覆を施した光ファイバ心線１を複数本並列に配し、紫外線硬化型樹脂によりテープ状に一体化したテープ心線２のまわりをアラミド繊維からなる抗張力繊維３で包囲し、その両側縁部にそれぞれ抗収縮体５を配し、その外周を外被４で被覆し一体化した。抗収縮体５の外周には、接着剤層６が設けられている。
【００１５】
図３に、本発明の更に別の実施形態を示す断面図を示した。紫外線硬化型樹脂からなる被覆を施した光ファイバ心線１を複数本並列に配し、紫外線硬化型樹脂によりテープ状に一体化したテープ心線２のまわりをアラミド繊維からなる抗張力繊維３で断面ほぼ円形に包囲し、その両側縁部にそれぞれ抗収縮体５を２本づつ配し、その外周を外被４で被覆し一体化した。このように本発明は断面が円形のケーブルにも適用でき、抗収縮体５を片側に複数本づつ配置しても良い。
【００１６】
図２に示す光ファイバケーブルの抗収縮体５のサイズを種々変えて短尺のケーブルを試作して、抗収縮体５のサイズとケーブルの特性の関係を調査した。最初に熱収縮に関する調査を行った。この試験方法の詳細は次の通りである。
（１）光ファイバケーブルから、光ファイバ心線とアラミド繊維を引き抜いて外被のみにする。
（２）外被を１．１ｍに切断し、１ｍの標点目印を付ける。
（３）このサンプルを、タルクを敷き詰めた容器の上に置き、１１０℃で２時間曝す。
（４）このサンプルを２３℃に１時間放置し、標点間の長さを測定し収縮率を算出する。
【００１７】
この試験結果を整理して、抗収縮体を含むケーブル外被全体のヤング率Ｅと断面積Ｓの積和（ＥＳ）ｊに対する全抗収縮体のヤング率Ｅと断面積Ｓの積和（ＥＳ）ｔの比率が大きいほど、上記収縮率は小さくなることが判明した。この関係を示すグラフを図４に示す。実験に用いたケーブルは、ＰＶＣ外被中に埋め込む抗収縮体としてガラス繊維で強化したプラスチック（Ｇ−ＦＲＰ）を用い、そのサイズは、同図に示す通りである。この図から、ケーブル全体が抗収縮性を持つほど熱収縮が小さくなり、収縮率を０．５％以下にするには（ＥＳ）ｔ／（ＥＳ）ｊを０．７以上にすれば良いことが判った。例えば、抗収縮体５の直径が０．２１ｍｍφの場合は、収縮率が０．５％以下となるが、抗収縮体５の直径が０．１ｍｍφの場合は、収縮率が約１％となる。つまり、抗収縮体５のサイズがある程度大きい場合に、外被４が経時的に収縮しようとする応力に対して、抗収縮体５が打ち勝ち、収縮を抑えることができる。外被の収縮が有害な問題を引き起こさないためには、収縮率が０．５％以下であることが必要である。
【００１８】
次に、抗収縮体５のサイズと、曲げ癖の付きにくさの関係を調査した。
この試験方法の詳細は次の通りである。
（１）光ファイバケーブル３０ｃｍを曲率半径５０ｍｍのマンドレルに巻き付け、ガラステープで固定する。
（２）８５℃に２時間曝す。
（３）巻き付けたケーブルをマンドレルから外す。
（４）ケーブルを垂直に垂らし、下端部の曲率半径を測定する。
【００１９】
この試験結果を整理して、Ｅをヤング率、Ｉを断面二次モーメントとしてケーブル全体についてのこれらの積和つまりケーブルの曲げ剛性を（ＥＩ）ｃ、全抗収縮体についてのこれらの積和つまり全抗収縮体の曲げ剛性を（ＥＩ）ｔとしたとき、比（ＥＩ）ｔ／（ＥＩ）ｃが大きいほど、上記曲率半径が大きくなることが判明した。この関係を示すグラフを図５に示す。実験に用いたケーブルは、図４の場合と同じであり、各種抗収縮体のサイズは、図５に示す通りである。この図から、全抗収縮体の曲げ剛性がケーブル全体の曲げ剛性を支配するようになるにつれ曲率半径が大きくなり、曲率半径を１００ｍｍ以上にするには上記比（ＥＩ）ｔ／（ＥＩ）ｃを０．１以上にすれば良いことが判った。曲率半径が１００ｍｍ以上であれば曲げ癖が付きにくいと判断した。
【００２０】
さらに、このケーブルサンプルの、片持ち梁での撓み量を測定した。ケーブルは製造の都合上巻き取られるが、この時曲げを受けて多少の不可避的な曲げ癖が与えられる。この試験方法の詳細は次の通りである。
（１）ケーブル端から３０ｃｍのところに印を付ける。
（２）曲げ癖を増す方向に片持ち梁試験を行い、ケーブル端の撓み量を測定する。
（３）曲げ癖を低減する方向に片持ち梁試験を行い、ケーブル端の撓み量を測定する。
（４）両測定値の平均をとる。
【００２１】
この試験結果を整理して、Ｅをヤング率、Ｉを断面二次モーメントとしてケーブルの曲げ剛性を（ＥＩ）ｃ、ケーブルの単位長当たりの質量をＭｃとするとき、これらの比（ＥＩ）ｃ／Ｍｃが小さいほど撓み量が大きくなることが判明した。この関係を示すグラフを図６に示す。実験に用いたケーブルは、図４の場合と同じであり、各種抗収縮体のサイズは、図６に示す通りである。この図から、ケーブル重量に対する、ケーブル全体の曲げ剛性が小さいほど撓み量が大きくなり、撓み量を５０ｍｍ以上にするには上記比（ＥＩ）ｃ／Ｍｃを８×１０^６（ｍｍ^３）以下にすれば良いことが判った。撓み量が５０ｍｍ以上であれば、しなやかにケーブルを曲げることができるため、作業性に優れる特性を有するということができる。
【００２２】
本発明の光ファイバケーブルで使用し得る材料を具体的に説明する。抗収縮体５としては、鋼線、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）、ポリエステル紐などが用いられる。特にガラス繊維で強化したプラスチック（Ｇ−ＦＲＰ）が、適度の圧縮強度と剛性があり好適である。Ｇ−ＦＲＰからなる抗収縮体５の外径は、外被４への収納性を考慮するとできるだけ小さいことが望ましいが、外被４の収縮に耐え得る強度を持つ必要があるので、直径が０．２ｍｍ以上は必要で、また、適度の可撓性が望まれるので０．９ｍｍ以下が好ましい。この範囲からサイズを選び、抗収縮体を含む部分の外被厚が、抗収縮体を含まない部分の外被厚に０．２ｍｍを加えた値以下にすることが望ましい。
【００２３】
外被４としては、ＰＶＣ、ポリエチレン、フッ素樹脂、ポリエステルエラストマーなどの熱可塑性樹脂が用いられる。屋内配線に用いられる場合は、難燃性が重視されるため、ＰＶＣがよく用いられている。
【００２４】
図１に示したケーブルの接着剤層６は、あらかじめ抗収縮体５の外周に塗布された後、１００〜３００℃の温度で処理し硬化する。接着剤としては、ベンゼン、トルエン、キシレンなどの溶剤中に溶解させた、アクリル樹脂、エチレン酢酸ビニル樹脂、ニトリルゴムなどが好適である。
【００２５】
接着剤の塗布は、抗収縮体５が通る貫通孔を有するダイスに、硬化前の接着剤を充満させ、抗収縮体を一定の速度で通すことによって行うことができる。接着剤が塗布された抗収縮体５は、高温炉中を通過しリールに巻き取られる。高温炉中で１００〜３００℃の温度で加熱することによって、接着剤中の溶剤が揮散し、薄肉の接着剤層６を形成することができる。
【００２６】
接着剤層６の厚さとしては、５０μｍ以下が好ましい。５０μｍより厚い場合は、光ファイバケーブルの燃焼試験を実施した際に、接着剤層６の部分が燃えやすく、十分な難燃性を有することができない。
【００２７】
十分な難燃性を有し、かつ外被４と抗収縮体５が十分な密着力を持つためには、外被４にはＰＶＣを用い、接着剤層６には溶剤に分散させたアクリル系接着剤を焼き付け塗布したものを用いることが好ましい。ＰＶＣは十分な難燃性を有しており、アクリル系接着剤との接着性が比較的良い。また溶剤に分散させたアクリル系接着剤は、溶剤の揮散によって薄肉の被覆層を形成することが可能であるため、材料自体の難燃性が低くても、光ファイバケーブル全体の難燃性に及ぼす影響は低い。抗収縮体５はＧ−ＦＲＰが好ましい。プラスチックの部分でアクリル系接着剤と十分な接着力を持つことができ、ガラス繊維の充填密度を上げることによって、難燃性を向上させることができる。
【００２８】
本発明の光ファイバケーブルは、ＵＬ（ＵｎｄｅｒｔｗｒｉｔｅｒｓＬａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ）規格に基づく燃焼試験であるＵＬ１６６６ライザー試験および、ＵＬ９１０プレナム試験において、自己消火性を有し、規格をクリアすることができる。
【００２９】
【実施例】
図１に示した光ファイバケーブルについて長尺の試作を行った。紫外線硬化型樹脂を被覆したシングルモード型の光ファイバ心線１を１２本並列に並べ、紫外線硬化型樹脂によって被覆し一体化してテープ心線２を得た。このテープ心線２の外周をアラミド繊維からなる抗張力繊維３で包囲し、その両側縁に、外径０．４ｍｍのＧ−ＦＲＰからなる抗収縮体５を配した。抗収縮体５の外周には、あらかじめアクリル系接着剤からなる接着剤層６を形成しておいた。さらに抗張力繊維３で包囲したテープ心線２と接着剤層６を形成した２本の抗収縮体５の外周にＰＶＣからなる外被４を押出成形により成形して一体化し、図１の光ファイバケーブルを得た。外形寸法は、４．８ｍｍ×２．４ｍｍで、外被厚は０．５ｍｍである。
【００３０】
外被４のＰＶＣは、アプコ社製の商品名Ｒ２００Ｒを用いた。接着剤層６は、トルエン中に溶解したアクリル系樹脂をＧ−ＦＲＰからなる抗収縮体５の外周にダイスを用いて塗布し、２００℃の高温炉中を通して、トルエンを揮散させ形成した。接着剤層６の厚さは１０μｍとした。
【００３１】
抗収縮体を含むケーブル外被全体のヤング率Ｅと断面積Ｓの積和（ＥＳ）ｊに対する全抗収縮体のヤング率Ｅと断面積Ｓの積和（ＥＳ）ｔの比率が大きいほど、上記収縮率は小さくなる。実施例のケーブルでは（ＥＳ）ｔ／（ＥＳ）ｊの値は、０．９であり、図４から０．５％以下の収縮率が予想される。また、実施例のケーブルでは、ケーブル重量に対して、ケーブル全体の曲げ剛性が十分に小さく、更に、ケーブル全体の曲げ剛性に占める全抗収縮体の曲げ剛性の割合が十分に大きいので可撓性に優れていることが期待される。
【００３２】
この光ファイバケーブルから１５０ｃｍ長の外被４を取り出し、１１０℃の温度で２時間処理した。処理前後での外被４の長さを測定し、その収縮率を求めたところ、約０．１％と十分に小さい値であった。またこの光ファイバケーブルは、予想した通り、曲げやすく可撓性に優れているが、曲げ癖が付きにくいことも確認できた。
【００３３】
この光ファイバケーブルについて、ＵＬ１６６６ライザー試験による燃焼試験を実施したところ、最大火災高さ１８０ｃｍ、最高温度２１８℃であり、規格値の最大火災高さ３６０ｃｍ以下、最高温度４５４℃以下を満足した。また、ＵＬ９１０プレナム試験による燃焼試験も規格値を満足することができる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明の光ファイバケーブルは、抗張力繊維で包囲された光ファイバ心線の両側縁にそれぞれ抗収縮体を配し、その外周にプラスチックからなる外被を被覆し一体化した光ファイバケーブルにおいて、抗収縮体を含むケーブル外被全体のヤング率Ｅと断面積Ｓの積和（ＥＳ）ｊに対する全抗収縮体のヤング率Ｅと断面積Ｓの積和（ＥＳ）ｔの比率を閾値より大きくしたので、外被の収縮を抑えることができ、かつケーブル重量に対して、ケーブル全体の曲げ剛性が十分に小さく、更に、ケーブル全体の曲げ剛性に占める全抗収縮体の曲げ剛性の割合が十分に大きいので、適度な剛性を持ち曲げやすい。また、抗収縮体の外周に薄肉の接着剤を焼き付け塗布しているので、難燃性に優れている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光ファイバケーブルの一実施例を示す断面図である。
【図２】本発明の光ファイバケーブルの、別の態様の一実施例を示す断面図である。
【図３】本発明の光ファイバケーブルの、更に別の態様の一実施例を示す断面図である。
【図４】外被の収縮率と材料物性値の関係を示す実験グラフである。
【図５】ケーブルのマンドレル巻き付けにより残留する曲げ癖と、材料物性値の関係を示す実験グラフである。
【図６】ケーブルの撓み量と材料物性値の関係を示す実験グラフである。
【符号の説明】
１光ファイバ心線
２テープ心線
３抗張力繊維
４外被
５抗収縮体
６接着剤層

Claims

抗張力繊維で包囲された少なくとも一本の光ファイバ心線の外周にプラスチックからなる外被を有し、外被の収縮を抑えるための抗収縮体を少なくとも一本該外被中に埋め込んだ光ファイバケーブルにおいて、１ｍ長に切断した該光ファイバケーブルから、光ファイバ心線および抗張力繊維を抜き取った外被を１１０℃で２時間曝した後の収縮率が０．５％以下で、かつ、３０ｃｍ長に切断した該光ファイバケーブルを曲率半径５０ｍｍのマンドレルに巻き付け８５℃で２時間曝した後に該光ファイバケーブルをマンドレルから外したときのケーブルの曲率半径が１００ｍｍ以上で、さらに、３０ｃｍ長の片持ち梁での、該光ファイバケーブル端の撓み量が、曲げ癖を増す方向および曲げ癖を低減する方向の平均で５０ｍｍ以上であり、Ｅをヤング率、Ｉを断面二次モーメントとしてケーブルの曲げ剛性を（ＥＩ） c 、ケーブルの単位長当たりの質量をＭｃとするとき、（ＥＩ） c ／Ｍｃ≦８×１０ ^６（ｍｍ ^３）の関係を有することを特徴とする光ファイバケーブル。
請求項１に記載の光ファイバケーブルであって、全抗収縮体のヤング率Ｅと断面積Ｓの積和を（ＥＳ）ｔ、抗収縮体を含むケーブル外被全体のヤング率Ｅと断面積Ｓの積和を（ＥＳ）ｊとして、（ＥＳ）ｔ／（ＥＳ）ｊ≧０．７の関係を有することを特徴とする光ファイバケーブル。
請求項１または２に記載の光ファイバケーブルであって、前記抗収縮体に接着剤が焼付塗布され、前記接着剤の厚さが５０μｍ以下であることを特徴とする光ファイバケーブル。