JP4185473B2 - 光ファイバコード - Google Patents

Description

本発明は、光ファイバ心線に被覆層を施してなる光ファイバコードに係り、一般の光コネクタが使用でき、しかもその取付が容易な光ファイバコードに関する。

ＦＴＴＨの普及に伴い、光ファイバコードがこれまでの限られた場所ではなく、一般の住宅内配線にも使用されるようになった。このため、配線工事や取り扱い時に発生する光ファイバコードの小曲がりによる光伝送損失増加や断線を防止する信頼性の高い光ファイバコードが望まれている。

図８に示されるように、背景技術の光ファイバコード８１は、光ファイバ素線８２にポリアミド樹脂等の保護被覆層８３を施した光ファイバ心線８４を抗張力繊維層８５で包囲し、その抗張力繊維層８５の外周にポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）等の被覆層８６を施したものである。光ファイバコード８１は、そのコード端末に光コネクタを取り付けた状態で機器間の接続などに使用される。

特許文献１には、樹脂やゴム等の伸縮性を有する材料からなる外層に光ファイバ心線が隙間を開けて挿入された構造により、光ファイバ素線に急激な引張力や曲げ力が加わらないようにすることが開示されている。

特許文献２には、光ファイバ心線に熱可塑性樹脂からなる被覆層を直接被覆し、光ファイバ素線のガラスクラッド径を被覆層外径の７％以下とすることにより、光ファイバ素線に局所的な曲げ力が加わって断線することを防止することが開示されている。

特開２０００−２２１３７１号公報 特開２００４−２１１１０号公報

図８のような光ファイバ心線８４に抗張力繊維層８５と樹脂被覆層８６を施しただけの光ファイバコード８１は、引張力や曲げ力に対する耐性が特に優れているわけではないので、取り扱いに当たって、光伝送損失の増加や光ファイバ素線８２の断線を招かぬように注意が必要であった。

特許文献１の光ファイバコードは、その取り扱い性の問題点を解決しているが、構造材料が多く、構造が複雑であるため、製造が容易でない、及びコストが高いという問題を有する。

特許文献２の光ファイバコードは、取り扱い性もよく、製造も容易である。しかし、この光ファイバコードには次の２つの問題点がある。

（１）抗張力繊維層を有さない。

（２）被覆層の外径が光コネクタに適合するサイズである３．０（ｍｍ）を越えてしまう。

一般に、光ファイバコードの端末に取り付ける光コネクタは、光ファイバコードに抗張力繊維が含まれていることを前提として設計されている。抗張力繊維を光コネクタのハウジングに係止することにより、ハウジングに力が加わっても光コネクタ中のフェルールやガラスファイバ（光ファイバ素線）に張力が及ばず、ガラスファイバの断線を防止することができる。ところが、抗張力繊維層を有さない光ファイバコードには、このような一般の光コネクタを取り付けることができない。

また、一般に、光ファイバコードに取り付ける光コネクタは、光ファイバコードの外径が３．０（ｍｍ）以下であることを前提として設計されている。被覆層の外径が３．０（ｍｍ）を越えている光ファイバコードは、このような一般の光コネクタに取り付けることができない。従って、専用のサイズの大きい光コネクタを使うことになるが、このような専用光コネクタは当然、コストが高くなる。

このように、光ファイバコードは、引張力や曲げ力に対する耐性が優れていることに加え、既存の光コネクタが適用できることや取り付け性が良いこと、また、低コストであることが望まれている。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、一般の光コネクタが使用でき、しかもその取付が容易な光ファイバコードを提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、光ファイバ心線の外周に抗張力繊維層を有し、その抗張力繊維層の外周に外径が３．０（ｍｍ）以下の内層被覆層を有し、その内層被覆層の外周に外径が３．０（ｍｍ）以上の外層被覆層を有し、上記抗張力繊維層における抗張力繊維の占積率が５０％未満であり、上記外層被覆層の外径をＤ（ｍｍ）とし、上記内層被覆層と上記外層被覆層を合わせた被覆層厚をｔ（ｍｍ）とし、上記光ファイバ心線の外径をｄ（ｍｍ）、上記光ファイバ心線におけるクラッドの外径をΦ＝０．１２５（ｍｍ）としたとき、
２Ｄ−２ｔ−ｄ≧３６Φ
であり、上記外層被覆層は、引張り弾性率が１００％モジュラス値で７．０（ＭＰａ）以下であるものである。

室温下における曲げ剛性が１０００（Ｎ・ｍｍ²）未満であってもよい。

上記内層被覆層と上記外層被覆層を合わせた被覆層の降伏点伸びがコード最小曲げ時の上記被覆層の伸び歪みｔ／（Ｄ−ｔ／２）以上であってもよい。

上記内層被覆層の融点が上記外層被覆層の融点以上であってもよい。

上記光ファイバ心線は、波長１．３１（μｍ）におけるモードフィールド径が９．０（μｍ）以下、かつ実効カットオフ波長が１２６０（ｎｍ）以下のシングルモード光ファイバを有してもよい。

上記光ファイバ心線は、コアの周囲に空孔を有するホーリー型光ファイバを有してもよい。

上記内層被覆層と上記外層被覆層との間に剥離助剤層を有してもよい。

上記外層被覆層が除去された部分の上記内層被覆層にチューブが被覆されていてもよい。

本発明は次の如き優れた効果を発揮する。

（１）内層被覆層外径が３．０（ｍｍ）以下なので一般の光コネクタが使用できる。

（２）外層被覆層を除去すれば内層被覆層が露出するので、光コネクタの取付が容易である。

以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１に示されるように、本発明に係る光ファイバコード１は、クラッド径１２５（μｍ）のガラスファイバ２に紫外線硬化樹脂３を被覆した外径０．５（ｍｍ）の光ファイバ心線４にアラミド繊維を縦添えして光ファイバ心線４の外周に抗張力繊維層５を形成し、その抗張力繊維層５の外周に難燃性の熱可塑性樹脂により光コネクタに適合するサイズである外径３．０（ｍｍ）以下の内層被覆層６を形成し、その内層被覆層６の外周に難燃性の熱可塑性樹脂により光コネクタ取付時には除去される外径３．０（ｍｍ）以上の外層被覆層７を形成したものである。ここでは、内層被覆層６は内径１．０（ｍｍ）、外径２．０（ｍｍ）であり、外層被覆層７は外径４．０（ｍｍ）である。この光ファイバコード１の室温下における曲げ剛性は４００（Ｎ・ｍｍ²）である。

内層被覆層６と外層被覆層７の熱可塑性樹脂は同一材料であるが、内層被覆層６の外面には外層被覆層７の除去を容易にするための剥離助剤層（図示せず）としてタルクを塗布するとよい。また、内層被覆層６の材料の融点を外層被覆層７の材料の融点と同等かそれ以上としてもよい。これにより、被覆を施す際に発生する内層被覆層６と外層被覆層７の溶着（密着）を防ぐことができる。

抗張力繊維層５としては、従来の光ファイバコードと同様に約１５００（デニル）のアラミド繊維を用いた。デニルは、長さ９ｋｍ当たりの繊維の重量（グラム）を表す。このときのアラミド繊維の占有率（占積率）は約２０％である。本発明は、抗張力繊維層５における抗張力繊維の占積率（空間を占める割合）が５０％未満であればよい。抗張力繊維にはケブラ繊維を用いてもよい。

さて、図１の光ファイバコード１は、内層被覆層６の外径が２．０（ｍｍ）であるから、光コネクタのブーツには従来からある汎用品をそのまま使用することができる。すなわち、端末において外層被覆層７を除去し、内層被覆層６を露出させると、内層被覆層６の外径が３．０（ｍｍ）以下であることから、既存の光コネクタを取り付けることができる。

また、図１の光ファイバコード１は、内層被覆層６の内側に抗張力繊維層５が設けられているため、既存の光コネクタを取り付けるだけで従来通りのコネクタ引張り強度（取付強度）を確保することができる。

図１の光ファイバコード１は、外層被覆層７の外径Ｄが４．０（ｍｍ）であり、内層被覆層６と外層被覆層７を合わせた被覆厚ｔが１．５（ｍｍ）となっている。光ファイバ心線４の外径ｄは０．５（ｍｍ）、クラッドの外径Φは１２５（μｍ）である。１８０°屈曲させたときの光ファイバコードの様態を図２に示す。

図２は曲げが表れている断面を見たものである。図示のように、曲げの内側になっている被覆層８は１８０°屈曲している。光ファイバ心線４は被覆層８で囲まれた空間Ｓ内で最も大きな曲率半径を保持しようとするので、空間Ｓを粗に占めている抗張力繊維層５の繊維（図２では図示省略）をかき分けて内層被覆層６の内壁まで達する。このとき、光ファイバ心線４の中心軸の曲げ半径ＲはＤ−ｔ−ｄ／２となり、曲げ直径２Ｒは２Ｄ−２ｔ−ｄである。このとき、
２Ｄ−２ｔ−ｄ≧３６Φ
の関係が成り立っている。

図１の光ファイバコード１を図２のように屈曲させたとき、曲げ直径２Ｒ＝４．５（ｍｍ）である。このときガラスファイバ２に加わる歪みは２．８％である。上式の関係が成り立っているとき、曲げ歪みは２．８％以下とすることができる。従来の光ファイバに対するのと同じスクリーニング歪みを加えることにより、仮にこの屈曲状態が２０年間保持されたとしても断線する確率は１０^-5以下であることが分かる（ＪＩＳ ｃ６８２１スクリーニング試験方法）。

また、図２のように屈曲させたとき、内層被覆層と外層被覆層を合わせた被覆層８に加わる歪みは、ｔ／（Ｄ−ｔ／２）である。よって、被覆層８の降伏点伸びがｔ／（Ｄ−ｔ／２）以上であることが望ましい。これにより、最小曲げ後に発生する被覆材料の塑性変形を防止できる。

図１の光ファイバコード１を図２のように屈曲させたとき、光ファイバ心線４に加わる最小曲げ直径２Ｒは４．５（ｍｍ）である。曲げ直径２Ｒが４．５（ｍｍ）のもとでは、通常のシングルモードファイバでは、曲げ部分で放射損失が発生してしまう。そこで、ガラスファイバ２に、曲げ損失特性が極めて優れるホーリー型光ファイバを使用すると、曲げ損失の発生を回避することができる。

外層被覆層７の引張り弾性率１００％モジュラス値を７．０（ＭＰａ）以下にしておけば、取り扱い時における十分な可撓性を確保することができる。

図１の光ファイバコード１の端末は図３のように処理するとよい。

図３に示されるように、光ファイバコード１は、外層被覆層の一部（端末付近）が除去されている。この外層被覆層除去部分に露出した内層被覆層にチューブ９が被覆されている。すなわち、光コネクタ１０の装着箇所から外層被覆層が残っている箇所の直前まではスパイラルチューブ１１が装着してあり、外層被覆層と内層被覆層との段差ができている箇所には、この箇所における局所的な曲がりを防ぐために、熱収縮チューブ１２がスパイラルチューブ１１と外層被覆層７とを覆うように設けてある。これらのチューブ９により、内層被覆層が露出した光ファイバコードの局所的な曲がりを防いだり、外傷を防いだりするなどの機械的補強の効果が得られる。

光ファイバコード１の実際の使用時の曲げ状態は図４のようになる。機器のパッチパネル（あるいは壁のパッチパネル）１３に光コネクタ１０が挿入され、光ファイバコード１は、光コネクタ１０の長さとスパイラルチューブ１１の曲げシロぶんだけ突き出して曲げられ、熱収縮チューブ１２及び外層被覆層７がある部分は機器や壁に沿わせて配線されている。このように、外層被覆層除去部分は外層被覆層７がある部分に比べて可撓性が増す。これにより、図示のような使用時に光コネクタ１０の構成部品に加わる機械的ストレスを低減させることができる。

次に、光ファイバコード１の曲げと破断との関係を説明する。

図５は、ガラスファイバの曲げ直径を４．５（ｍｍ）としたときの、１ターン（光ファイバを一周巻き付けること）での２０年後におけるガラスファイバ２の破断確率を示したものである。横軸は曲げ歪（％）、縦軸は累積破断確率である。

図５のグラフには３つの曲線がプロットされている。これらの曲線から分かるように、歪みが２．８％以下であれば累積破断確率が１０^-5以下に抑えられる。歪みが２．８％以下にするには、外層被覆層７の外径Ｄがクラッドの外径Φの３６倍以上であればよい。なお、本発明では、外径Ｄの光ファイバコード１を折り曲げると、光ファイバ心線４が抗張力繊維層５を移動することにより、光ファイバ心線４の曲率半径はＤ−ｔ−ｄ／２となるので、２Ｄ−２ｔ−ｄ＞３６Φという関係があればよいことになる。

次に、抗張力繊維層５における抗張力繊維の占積率について説明する。

光ファイバコード１が屈曲を受けた場合、図２で説明したように、抗張力繊維層５における抗張力繊維の占積率が５０％未満であれば、光ファイバ心線４は空間内で最も大きな曲率半径を保持しようとするので、空間Ｓ内の抗張力繊維層の繊維をかき分けて内層被覆層の内壁まで達することができる。空間Ｓが存在しない充実型の光ファイバコードでは、光ファイバ心線４が移動できる空間が存在しないため光ファイバ心線４は曲率半径を大きく保持させようとすることができない。つまり、本発明の光ファイバコード１は充実型の光ファイバコードに比べて光ファイバ心線４の最小曲げ半径が大きくなる。一方、抗張力繊維層５における抗張力繊維の占積率が５０％以上であると、空間Ｓ内での光ファイバ心線４の移動が困難であり、最小曲げ半径は充実型の光ファイバコードと同等に外層被覆層７の外径Ｄの１／２となってしまう。よって、抗張力繊維層５における抗張力繊維の占積率は５０％未満とするのがよい。

次に、室温下での曲げ剛性について説明する。

図１の光ファイバコード１について、被覆層８（内層被覆層６と外層被覆層７）の材料と外径を異ならせて４種類の光ファイバコードを試作し、それぞれについて室温下での曲げ剛性を測定すると共にハンドリング（取り扱い）の容易さを試した。その結果は表１に示すとおりである。すなわち、材料が難燃ポリエチレンで外径が５（ｍｍ）の場合、曲げ剛性は１０１３（Ｎ・ｍｍ²）となる。このように曲げ剛性が１０００（Ｎ・ｍｍ²）を超えるサンプルでは剛性が高すぎてハンドリングが容易でなかった。よって、室内での配線を考慮すると曲げ剛性が１０００（Ｎ・ｍｍ²）未満であることが望ましい。

次に、光ファイバ心線４中に用いるガラスファイバ２について検討する。

各種ガラスファイバ（光ファイバ素線）の曲げ損失特性を図６に示す。通常ＳＭＦと書かれたグラフは通常のシングルモードファイバの曲げ損失特性、耐曲げ損失型ＳＭＦと書かれたグラフは耐曲げ損失型シングルモードファイバの曲げ損失特性、ＨＦと書かれたグラフはホーリー型ファイバの曲げ損失特性を表している。

図示のように、いずれのガラスファイバも曲げ直径が小さくなると曲げ損失が大きくなる性質を有する。その中で、通常のシングルモードファイバと曲げに強い小径コア・高比屈折率差タイプの耐曲げ損失型シングルモードファイバあるいはホーリー型ファイバを比べると、曲げ損失に大きな差があることがわかる。従って、本発明の光ファイバコード１に耐曲げ損失型シングルモードファイバあるいはホーリー型ファイバを用いれば、取り扱い時に光ファイバコード１に小曲がりが加わっても伝送損失増加を抑えることができる。例えば、波長１．３１（μｍ）におけるモードフィールド径が９．０（μｍ）以下、実効カットオフ波長が１．２６（μｍ）以下である耐曲げ損失型シングルモードファイバを使用することにより、誤って光ファイバコード１に小曲がりが加わっても実用上問題となるような大きな伝送損失の増加を防ぐことができる。また、曲げ損失特性が極めて優れるホーリー型ファイバを使用すれば、コード曲げ時に発生する伝送損失の増加をさらに抑えることができる。

以下に、本発明の他の実施の形態を述べる。

図１の形態では、ガラスファイバ２に紫外線硬化樹脂３を被覆した外径０．５（ｍｍ）の光ファイバ心線４を使用したが、これに限らず、ガラスファイバに紫外線硬化樹脂を被覆した外径０．２５（ｍｍ）の光ファイバ心線や、ガラスファイバにポリアミドを被覆した光ファイバ心線を用いてもよい。

図１の形態では、光ファイバ心線４を１本とし、その周囲に抗張力繊維層５を形成したが、光ファイバ心線は１本でなく、２本以上としてもよい。また、断面円形の光ファイバ心線４の代わりにテープ型光ファイバ心線を用いてもよい。例えば、図７に示した光ファイバコード７１は、２本のガラスファイバを一括した２心テープ型光ファイバ心線７２の外周に抗張力繊維層７３を有し、その抗張力繊維層７３の外周に外径が３．０（ｍｍ）以下の内層被覆層７４を有し、その内層被覆層７４の外周に外径が３．０（ｍｍ）以上の外層被覆層７５を有するものである。このように２心テープ型光ファイバ心線７２の場合でも内層被覆層７４の外径リミットは同じである。

図１の形態では、被覆を内層被覆層６と外層被覆層７の２層にしたが、被覆の層数は３以上であってもよい。この場合、外径が従来の光コネクタに適合する層があれば、取付は容易になる。

図３の形態では、外層被覆層の一部が除去された部分にチューブ９を被覆したが、このチューブは座屈防止と補強の目的で設けた。従って、チューブ９の代わりにテープ巻きを施したり、ボールチェーンなどの小曲がり防止用部材を取り付けてもよい。

図１の形態では、ガラスファイバ２に耐曲げ損失型シングルモードファイバあるいはホーリー型ファイバを用いたが、コード小曲がりによる一時的な伝送損失の増加が問題とならない用途への適用に当たっては、通常のシングルモードファイバやマルチモードファイバを使用しても問題はない。

本発明の一実施形態を示す光ファイバコードの断面図である。 図１の光ファイバコードを屈曲させたときの側断面図である。 本発明の一実施形態を示す光ファイバコードの側面図である。 本発明の一実施形態を示す光ファイバコードの側面図である。 曲げ歪みに対する累積破断確率の特性図である。 曲げ直径に対する曲げ損失の特性図である。 本発明の一実施形態を示す光ファイバコードの断面図である。 背景技術の光ファイバコードの断面図である。

符号の説明

１ 光ファイバコード
２ ガラスファイバ（光ファイバ素線）
３ 紫外線硬化樹脂
４ 光ファイバ心線
５ 抗張力繊維層
６ 内層被覆層
７ 外層被覆層
８ 被覆層
９ チューブ
１０ 光コネクタ
１１ スパイラルチューブ
１２ 熱収縮チューブ

Claims (8)

1. 光ファイバ心線の外周に抗張力繊維層を有し、その抗張力繊維層の外周に外径が３．０（ｍｍ）以下の内層被覆層を有し、その内層被覆層の外周に外径が３．０（ｍｍ）以上の外層被覆層を有し、
   上記抗張力繊維層における抗張力繊維の占積率が５０％未満であり、
   上記外層被覆層の外径をＤ（ｍｍ）とし、上記内層被覆層と上記外層被覆層を合わせた被覆層厚をｔ（ｍｍ）とし、上記光ファイバ心線の外径をｄ（ｍｍ）、上記光ファイバ心線におけるクラッドの外径をΦ＝０．１２５（ｍｍ）としたとき、
   ２Ｄ−２ｔ−ｄ≧３６Φ
   であり、
   上記外層被覆層は、引張り弾性率が１００％モジュラス値で７．０（ＭＰａ）以下であることを特徴とする光ファイバコード。
2. 室温下における曲げ剛性が１０００（Ｎ・ｍｍ²）未満であることを特徴とする請求項１記載の光ファイバコード。
3. 上記内層被覆層と上記外層被覆層を合わせた被覆層の降伏点伸びがコード最小曲げ時の上記被覆層の伸び歪みｔ／（Ｄ−ｔ／２）以上であることを特徴とする請求項１又は２記載の光ファイバコード。
4. 上記内層被覆層の融点が上記外層被覆層の融点以上であることを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の光ファイバコード。
5. 上記光ファイバ心線は、波長１．３１（μｍ）におけるモードフィールド径が９．０（μｍ）以下、かつ実効カットオフ波長が１２６０（ｎｍ）以下のシングルモード光ファイバを有することを特徴とする請求項１〜４いずれか記載の光ファイバコード。
6. 上記光ファイバ心線は、コアの周囲に空孔を有するホーリー型光ファイバを有することを特徴とする請求項１〜５いずれか記載の光ファイバコード。
7. 上記内層被覆層と上記外層被覆層との間に剥離助剤層を有することを特徴とする請求項１〜６いずれか記載の光ファイバコード。
8. 上記外層被覆層が除去された部分の上記内層被覆層にチューブが被覆されていることを特徴とする請求項１〜７いずれか記載の光ファイバコード。

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