特許 7495267 光ファイバケーブル及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-05-27

(45)【発行日】2024-06-04

(54)【発明の名称】光ファイバケーブル及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   G02B 6/44 20060101AFI20240528BHJP

【ＦＩ】

G02B6/44 376

G02B6/44 366

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2020074050

(22)【出願日】2020-04-17

(65)【公開番号】P2021170096

(43)【公開日】2021-10-28

【審査請求日】2022-12-22

(73)【特許権者】

【識別番号】000005290

【氏名又は名称】古河電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100096091

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 誠一

(72)【発明者】

【氏名】安冨 徹也

【審査官】林 祥恵

(56)【参考文献】

【文献】特開２００４－２８７２２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－００９９２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－２５７７５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０８０７４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－１７４２９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－２４１６７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－０１１０１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／０１４０６７０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００９－０５３６８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－０４２４８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】実公平６－２５３２７（ＪＰ，Ｙ２）

【文献】特開２０１１－１０２４４９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ６／４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の光ファイバ心線からなるコアと、
断面において、前記コアの両側方に設けられるテンションメンバと、
前記テンションメンバおよび前記光ファイバ心線を覆うように設けられる略円形の外被と、
を具備し、
前記コアは、複数の光ファイバユニットが撚り合わせられて形成され、押さえ巻きを介して外被内に収納され、
前記テンションメンバの圧縮弾性率が引張弾性率の１／２以下であり、
前記テンションメンバと前記外被との密着力が３０Ｎ／１０ｍｍ以上４２Ｎ／１０ｍｍ以下であり、
前記テンションメンバが、ガラスＦＲＰ又はアラミドＦＲＰであることを特徴とする光
ファイバケーブル。

【請求項2】

前記テンションメンバと前記外被との密着力が４０Ｎ／１０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１記載の光ファイバケーブル。

【請求項3】

前記テンションメンバはあらかじめ前記外被と同様の樹脂で被覆されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光ファイバケーブル。

【請求項4】

前記押さえ巻きが縦添え巻きで設けられていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の光ファイバケーブル。

【請求項5】

前記光ファイバユニットは、複数の光ファイバ心線が撚り合わせられて形成されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の光ファイバケーブル。

【請求項6】

前記光ファイバ心線は長手方向に対して間欠的に接着された間欠接着型光ファイバテープ心線であることを特徴とする請求項５記載の光ファイバケーブル。

【請求項7】

請求項３記載の光ファイバケーブルの製造方法であって、
あらかじめ樹脂で被覆されたテンションメンバとコアとを前記樹脂と同様の樹脂である外被で押し出し被覆することを特徴とする光ファイバケーブルの製造方法。

【請求項8】

あらかじめ樹脂で被覆された前記テンションメンバを押し出し前に予熱することを特徴とする請求項７記載の光ファイバケーブルの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、曲げ性に優れる光ファイバケーブルに関するものである。

【背景技術】

【0002】

光ファイバケーブルとしては、多数の光ファイバ心線およびテンションメンバが外被で被覆されたものが用いられている。

【0003】

このような、光ファイバケーブルとしては、例えば、光ファイバ心線からなるコアの両側に引張り及び圧縮に対する耐力を有するテンションメンバ（抗張力体）が配置され、テンションメンバの材質として、金属線（鋼線など）、抗張力繊維（アラミド繊維など）、ＦＲＰなどが適用可能な光ファイバケーブルがある（例えば特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０２０－０４２１７５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１のような光ファイバケーブルは、通常、必要に応じて分岐され、引き落とし用ケーブルに接続されて建物等に引き込まれる。なお、以下、特許文献１のような、長距離伝送やデータセンター間などの大量の情報を高密度に伝送するため一般的な超多心（例えば２００心以上）のスロットケーブル又はスロットレスケーブルを単に光ファイバケーブルとし、これと区別するため、引き落とし用途の光ファイバケーブル（例えば断面が略矩形であって、外被にノッチが形成される光ファイバケーブル）をドロップケーブルと称する。

【0006】

ドロップケーブルと異なり、通常は、このような光ファイバケーブルは屋外で使用され、引き込み用途で使われることはなかった。したがって、落雷の影響でサージ電流が屋外から建物内に流れるような場面は想定されておらず、光ファイバケーブル自体が非誘導である必要はない。このため、テンションメンバには従来から鋼線も適用可能であった。

【0007】

しかし、近年、電力線と近接される場所にも本ケーブルの適用が検討され、非誘導であることの要求が高まり、本ケーブルのテンションメンバにガラスＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒ－Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）やアラミドＦＲＰを使用する必要に迫られてきた。

【0008】

特許文献１のように、スロットレスケーブルにおいては、ケーブルコアの中心から離れた位置に少なくとも２本のテンションメンバが配置されている。このため、光ファイバケーブルを曲げることができるのは、２本のテンションメンバを結ぶ線を曲げの中心とした方向に限定される。これに対し、２本のテンションメンバを結ぶ線を曲げの中心としない方向に光ファイバケーブルを曲げようとすると、光ファイバケーブルが回転し、結果的には２本のテンションメンバを結ぶ線を曲げの中心とした方向に光ファイバケーブルが曲がる。

【0009】

しかし、フィールドで光ファイバケーブルが敷設される際には、光ファイバケーブルの曲げや回転が阻害され、光ファイバケーブルが曲がらない方向に曲げられる場合がある。この場合には、テンションメンバには強い圧縮力が付与される場合があるが、従来の鋼線であれば、このような場合にも十分に耐えることができる。

【0010】

一方、ガラスＦＲＰやアラミドＦＲＰなどは、鋼線と異なり、引張弾性率に対し圧縮弾性率が低く、圧縮された際の耐力が低い。このため、上述したように、本来曲げられない方向に曲げられることにより、テンションメンバが座屈し、折れてしまうという課題があった。

【0011】

これに対し、テンションメンバを太くして強度を得ようとすると、光ファイバケーブルの径が太くなるとともに、光ファイバケーブルの可撓性が悪化するという問題がある。

【0012】

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、鋼線以外のテンションメンバを用いた場合でも、テンションメンバの座屈等を抑制することが可能な光ファイバケーブルを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0013】

前述した目的を達するために第１の発明は、複数の光ファイバ心線からなるコアと、断面において、前記コアの両側方に設けられるテンションメンバと、前記テンションメンバおよび前記光ファイバ心線を覆うように設けられる略円形の外被と、を具備し、前記コアは、複数の光ファイバユニットが撚り合わせられて形成され、押さえ巻きを介して外被内に収納され、前記テンションメンバの圧縮弾性率が引張弾性率の１／２以下であり、前記テンションメンバと前記外被との密着力が３０Ｎ／１０ｍｍ以上４２Ｎ／１０ｍｍ以下であり、前記テンションメンバが、ガラスＦＲＰ又はアラミドＦＲＰであることを特徴とする光ファイバケーブルである。

【0014】

前記テンションメンバと前記外被との密着力が４０Ｎ／１０ｍｍ以上であることが望ましい。

【0015】

前記テンションメンバはあらかじめ前記外被と同様の樹脂で被覆されていることが望ましい。
前記押さえ巻きが縦添え巻きで設けられていることが望ましい。
前記光ファイバユニットは、複数の光ファイバ心線が撚り合わせられて形成されることが望ましい。
前記光ファイバ心線は長手方向に対して間欠的に接着された間欠接着型光ファイバテープ心線であってもよい。
第２の発明は、第１の発明にかかる光ファイバの製造方法であって、あらかじめ樹脂で被覆されたテンションメンバとコアとを前記樹脂と同様の樹脂である外被で押し出し被覆することを特徴とする光ファイバケーブルの製造方法である。
あらかじめ樹脂で被覆された前記テンションメンバを押し出し前に予熱してもよい。

【0016】

本発明によれば、圧縮弾性率が引張弾性率の１／２以下のテンションメンバを用いた際に、テンションメンバと外被との密着力が所定以上であるため、テンションメンバの圧縮時の座屈の発生を抑制することができる。

【0017】

特に、テンションメンバが、ガラスＦＲＰ又はアラミドＦＲＰ等の場合に、本発明は特に有効である。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、鋼線以外のテンションメンバを用いた場合でも、テンションメンバの座屈等を抑制することが可能な光ファイバケーブルを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】光ファイバケーブル１の断面図。

【図2】テンションメンバ９の圧縮強度の測定方法を示す図。

【図3】テンションメンバ９と外被１３との密着力を測定する方法を示す図。

【図4】（ａ）は、光ファイバケーブル１の曲げ試験方法を示す図、（ｂ）は（ａ）のＣ部の拡大断面図。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。図１は、光ファイバケーブル１の断面図である。光ファイバケーブル１は、スロットを用いないスロットレス型ケーブルであり、コア４、テンションメンバ９、外被１３等により構成される。

【0021】

コア４は、複数の光ファイバユニット５が撚り合わせられて形成される。また、光ファイバユニット５は、複数の光ファイバ心線３が撚り合わせられて形成される。なお、光ファイバ心線３は、例えば、長手方向に対して間欠的に接着された、間欠接着型の光ファイバテープ心線である。

【0022】

図１に示すように、複数の光ファイバユニット５の外周には、押さえ巻き７が設けられる。押さえ巻き７は、テープ状の部材や不織布等であり、例えば縦添え巻きによって複数の光ファイバユニット５の外周を一括して覆うように配置される。すなわち、押さえ巻き７の長手方向が光ファイバケーブル１の軸方向と略一致し、押さえ巻き７の幅方向が光ファイバケーブル１の周方向となるように複数の光ファイバユニット５の外周に縦添え巻きされる。なお、押さえ巻き７は必ずしも必須ではなく、また、押さえ巻き７を含めてコア４と呼ぶ場合がある。

【0023】

光ファイバケーブル１の長手方向に垂直な断面図において、コア４の両側方にはテンションメンバ９が設けられる。すなわち、一対のテンションメンバ９がコア４を挟んで対向する位置に設けられる。テンションメンバ９の詳細については後述する。また、テンションメンバ９の対向方向と略直交する方向に、コア４を挟んで対向するように引き裂き紐１１が設けられる。

【0024】

コア４の外周には、外被１３が設けられる。テンションメンバ９および引き裂き紐１１は、外被１３に埋設される。すなわち、コア４（複数の光ファイバ心線３）及びテンションメンバ９等を覆うように外被１３が設けられる。外被１３の外形は略円形である。外被１３は、例えばポリオレフィン系の樹脂である。

【0025】

次に、テンションメンバ９について説明する。テンションメンバ９は、光ファイバケーブル１の張力を負担する。テンションメンバ９は、例えば、アラミド繊維、ガラス繊維等による繊維補強プラスチック（ＦＲＰ）等が使用できる。このようなＦＲＰは、引張弾性率に対して、圧縮弾性率が小さい。例えば、テンションメンバ９の圧縮弾性率は、引張弾性率の１／２以下である。

【0026】

なお、テンションメンバ９の引張弾性率はＪＩＳ Ｋ７１６１によって測定することができる。一方、テンションメンバ９の圧縮弾性率は、図２に示す方法で測定される。まず、テンションメンバ９を切断して２０本束ねた状態で、上下端部をエポキシ樹脂１５で固めたサンプルを作る。樹脂１５間の距離は１５ｍｍ（例えば、テンションメンバ９の束の外径と略同じ）とする。このサンプルを、インストロン社製の試験機で圧縮させた際（図中Ａ）の荷重と変位量から、圧縮弾性率を測定することができる。

【0027】

また、テンションメンバ９と外被１３との密着力は３０Ｎ／１０ｍｍ以上であることが望ましく、より好ましくは、４０Ｎ／１０ｍｍ以上である。なお、テンションメンバ９と外被１３の密着力は、図３に示す方法で測定することができる。まず、外被１３の一部を残した状態で、テンションメンバ９の外周の外被１３を除去する。残した外被１３の長さ（テンションメンバ９の長さ方向の長さ）は１０ｍｍとする。

【0028】

その後、孔を有するダイス１７にテンションメンバ９を挿通する。ダイス１７の孔のサイズは、テンションメンバ９が抵抗なく通過できる程度にテンションメンバ９の外径よりもわずかに大きく、テンションメンバ９の外周に残した外被１３のサイズよりも小さい。例えば、２ｍｍφのテンションメンバ９に対して、孔の内径は２．３ｍｍ程度とする。

【0029】

外被１３の付いたテンションメンバ９をダイス１７に通した状態から、５０ｍｍ／分の速度でテンションメンバ９を引き抜く（図中矢印Ｂ）。これにより、ダイス１７によって外被１３をテンションメンバ９から引き剥がすことができる。この際の最大応力をテンションメンバ９と外被１３との密着力とする。

【0030】

ここで、テンションメンバ９と外被１３との密着力が低いと、光ファイバケーブル１を曲げた際、内部のテンションメンバ９が曲がると、テンションメンバ９と外被１３とが剥がれるおそれがある。この際、一方のテンションメンバ９に圧縮力がかかるように光ファイバケーブル１が曲げられると、テンションメンバ９と外被１３とが剥がれているため、外被１３によるテンションメンバ９の外周からの拘束力が小さくなる。このため、テンションメンバ９が座屈する恐れがある。

【0031】

しかし、テンションメンバ９と外被１３との密着力が高く、テンションメンバ９と外被１３とが密着していると、テンションメンバ９に曲げ力がかかった際にも、外被１３によるテンションメンバ９の外周からの拘束力が高く、これによりテンションメンバ９の座屈が抑制される。本実施形態のように、特に、テンションメンバ９に、引張弾性率に対して圧縮弾性率が低いＦＲＰなどの材質を適用する場合においては効果的である。

【0032】

次に、光ファイバケーブル１の製造方法について説明する。光ファイバケーブル１は、通常の光ファイバケーブルと略同様の製造方法で製造することが可能であるが、前述したように、テンションメンバ９と外被１３との密着力を高める必要がある。特に、ガラスやアラミド繊維を熱硬化性樹脂で固めたＦＲＰは、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）などの外被１３との密着力を上げにくい。

【0033】

このため、テンションメンバに用いられるＦＲＰ素線の外周に、あらかじめ外被１３と同様の樹脂で被覆しておくことが望ましい。この樹脂が被覆されたテンションメンバ９を用いて外被１３を押し出すことで、テンションメンバ９と外被１３との密着力を上げることができる。この際、押し出し温度を通常よりも上げることが望ましい。例えば、通常、直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）の外被１３を押し出す場合、押し出し温度は１８０程度であるが、２００度程度とすることが望ましい。

【0034】

さらに、テンションメンバ９と外被１３との密着力を上げるため、押出前に、テンションメンバ９を予熱することが望ましい。例えば、通常だと常温のテンションメンバ９を用いるが、６０℃程度（例えば４０℃以上押し出し温度以下）に予熱しておくことで、外被押出時の密着力を高めることができる。

【0035】

さらに、外被１３を押出被覆後の冷却までの時間を長くすることが望ましい。例えば、通常の押出被覆後、冷却水槽までの距離は１００ｍｍ程度であるが、この距離を５００ｍｍ程度と長くすることで、テンションメンバ９と外被１３との融着時間を確保して、テンションメンバ９と外被１３との密着力を上げることができる。これらを組みわせることで、より確実にテンションメンバ９と外被１３との密着力が高い光ファイバケーブル１を得ることができる。

【0036】

以上説明したように、本実施形態によれば、テンションメンバ９と外被１３との密着力が高いため、テンションメンバ９の圧縮弾性率が引張弾性率、鋼線と比較して小さい場合でも、曲げた際のテンションメンバ９の座屈を抑制することができる。

【実施例】

【0037】

テンションメンバの構成を変化させて、光ファイバケーブルの曲げ試験を行った。評価に供した光ファイバケーブル、概ね図１に示す断面形態である。まず、直径２５０ｕｍの光ファイバ８本を間欠的に接着し、８心の光ファイバテープ心線を作成した。また、それを１０本撚り合わせ、２ｍｍ幅のプラスチックテープを巻付けた８０心の光ファイバユニットを構成した。

【0038】

この８０心の光ファイバユニットを２５本サプライし、撚り合わせた上で、吸水性不織布を縦添えし、フォーミング治具で丸めた上に、ナイロン製の押え糸を巻付け、２０００心のコアを作成した。こうして作成したコアと、φ２．０ｍｍのＦＲＰを使用したテンションメンバと、外被を切裂く切裂き紐を外被材にて円筒状にシースしケーブルを作成した。外被材はＬＬＤＰＥとした。外被厚は３．０ｍｍとした。

【0039】

なお、密着力の調整は以下のように行った。実施例１～４については、外被を押し出す前にＦＲＰ素線の外周を０．１５ｍｍ厚のＬＤＰＥで被覆して、ＦＲＰの熱硬化性樹脂とポリエチレンを予め密着させた。また、テンションメンバの予熱等の有無、押出温度や押出後の冷却までの時間を調整することで、密着力の異なるサンプルを作成した。一方、比較例１、２は、従来の条件で製造した。

【0040】

それぞれの光ファイバケーブルに対して、テンションメンバの引張弾性率を、ＪＩＳ Ｋ ７１６１に則った方法で測定し、圧縮弾性率は図２に示す方法で測定した。また、得られた引張弾性率と圧縮弾性率の比を算出した。また、テンションメンバと外被との密着力を図３に示す方法で測定した。

【0041】

光ファイバケーブルの曲げ試験は、（１）捻回なしの曲げ試験、（２）捻回ありの曲げ試験の２種類の試験を行った。図４（ａ）は、曲げ試験の方法を示す図である。

【0042】

光ファイバケーブル１をφ５００ｍｍのマンドレル１９にあて、光ファイバケーブル１を９０度の角度に曲げた。この際、マンドレル１９に当てた場所から両側３０ｃｍの位置で光ファイバケーブル１を把持し、光ファイバケーブル１が回転しないように手で補助した。

【0043】

図４（ｂ）は、図４（ａ）のＣ部の拡大断面図である。テンションメンバ９がマンドレル１９側に来るように配置して、光ファイバケーブル１の曲げ方向としては、テンションメンバ９の併設方向とした。すなわち、通常であれば光ファイバケーブル１の曲がる方向と垂直な方向を曲げ方向とした。

【0044】

このようにして曲げた後、外被１３の破損の有無によって、テンションメンバ９の座屈や破損の有無を判断した。すなわち、テンションメンバ９の座屈等が生じると、これに伴い、テンションメンバ９の周囲の外被１３が破損するため、これによりテンションメンバ９の座屈の有無を判断した。なお、外被１３としては、曲げの内側の外被１３の割れ（図中Ｄであって曲げ内側のテンションメンバのコア４側の外被１３）と、曲げの外側の外被１３の割れ（図中Ｅであって曲げ外側のテンションメンバの外周側の外被１３）を確認した。

【0045】

上記の試験を、（１）捻回せずに行った場合と、（２）１８０度／ｍの捻回を与えた状態で行った場合とで評価した。なお、捻回を行った場合には、テンションメンバ９がちょうどマンドレル１９上に位置するようにして、曲げ試験を行った。捻回を行うことで、テンションメンバ９に捻じりが加わるため、より厳しい条件での評価となる。結果を表１に示す。

【0046】

【表1】

【0047】

表１に示すように、テンションメンバ９が、ガラスＦＲＰの場合には、圧縮弾性率／引張弾性率は、０．４８であり、アラミドＦＲＰの場合には、圧縮弾性率／引張弾性率は、０．４３であった。

【0048】

実施例１は、テンションメンバ９と外被との密着力は３０Ｎ／１０ｍであった。実施例１は、（１）の曲げ試験においては、外被１３の割れは確認されなかった。また、実施例２は、実施例１に対して、押出温度を上げ、さらに冷却までの時間を長くすることで、テンションメンバ９と外被１３との密着力が４１Ｎ／１０ｍとなった。実施例２は、（１）の曲げ試験に加え、（２）の曲げ試験でも外被の割れは確認されなかった。

【0049】

実施例３は、実施例１と略同様の条件で製造したが、テンションメンバをアラミドＦＲＰと変えたものであるが、実施例１と同様の結果となった。同様に、実施例４は、実施例４と略同様の条件で製造したが、テンションメンバをアラミドＦＲＰと変えたものであるが、実施例２と同様の結果となった。

【0050】

一方、従来の製造方法で製造した比較例１、２は、テンションメンバ９と外被との密着力は３０Ｎ／１０ｍ未満であり、（１）、（２）の曲げ試験のいずれも外被の割れが確認された。

【0051】

以上より、テンションメンバ９と外被との密着力は３０Ｎ／１０ｍ以上であれば、（１）の曲げ試験における割れの発生を抑制することができ、テンションメンバ９と外被との密着力は４０Ｎ／１０ｍ以上であれば、（１）の曲げ試験に加え、（２）の曲げ試験における割れの発生を抑制することができた。

【0052】

以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

【符号の説明】

【0053】

１………光ファイバケーブル
３………光ファイバ心線
４………コア
５………光ファイバユニット
７………押さえ巻き
９………テンションメンバ
１１………引き裂き紐
１３………外被
１５………樹脂
１７………ダイス
１９………マンドレル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】