JP2005148373A - Ｆｒｐ製抗張力体およびドロップ光ファイバケーブル - Google Patents

Abstract

【課題】 大きな曲げ直径で容易に折損することがないＦＲＰ製抗張力体の提供
【解決手段】 ケーブル１は、光ファイバ心線２と、被覆抗張力体３と、メッセンジャーワイヤー４とを備えている。被覆抗張力体３は、繊維強化熱硬化性樹脂製の抗張力体５を、熱可塑性樹脂製の被覆層６で被覆した偏平な角形断面に形成されていて、一対の被覆抗張力体３が、光ファイバ心線２の上下に所定の間隔を置いて、これを挟むようにして、同軸上に配置されている。抗張力体５の補強繊維としては、例えばアラミド繊維、ポリアリレート繊維、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール（ＰＢＯ）繊維等の中から、引張弾性率が３６０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であり、かつ破断時における伸度が３．５％以上であるものを適宜選択する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光ファイバ心線と抗張力体とを熱可塑性樹脂によって一括被覆した光ファイバケーブル、とりわけ軽量で細径化が可能で曲げ半径の小さい、すなわち敷設性に優れた、ノンメタリック型のドロップ光ファイバケーブルに好適なＦＲＰ製抗張力体およびこれを用いたドロップ光ファイバケーブルに関する。

情報化社会が到来し、インターネット等の伝送情報容量の増大化に伴ない、ビル、住宅等加入者へも光ファイバケーブルを敷設するＦＴＴＨ化が急激に進展している。

ＦＴＴＨ用ドロップ光ファイバケーブルとして、抗張力体に金属線を使用したものが提案されている。（特許文献１参照）しかし、抗張力体に金属線を使用すると、雷サージに対応するために、アースが必要となる。

アースを取るには、工事に手間を要し、それに伴なう工事費の負担を要することとなって、各家庭への普及の障害となる。そこで、アース工事が不要となるノンメタリックの抗張力体を採用したノンメタリック型のドロップ光ファイバケーブルが求められていた。

この種の光ファイバケーブルに用いるノンメタリック型の抗張力体としては、繊維強化合成樹脂（ＦＲＰ）製線状物が上げられるが、金属線抗張力体に替えて、単に、ＦＲＰ線を使用したのでは、本体被覆の熱可塑性樹脂との接着が難しく、接着が不十分な場合、熱履歴による光伝送損失の増大や、断線などの異常を招来し、ドロップ光ファイバケーブルとして充分に機能することができない。

この場合、硬化したＦＲＰ線の外周に接着剤を塗布するか、あるいは、接着性樹脂を被覆することで、接着力を強化することも可能であるが、工数、材料費の増加に伴なうコスト増を招き、得策でないし、ＦＲＰとの接着が強固過ぎると、接続工事の際、成端キャビネットへ引止めるための被覆部の剥離に難渋する。

ところで、本出願人は、先に、ＦＲＰ界面と熱可塑性樹脂被覆とがアンカー接着した熱可塑性樹脂被覆繊維強化合成樹脂製棒状物の製造方法を開示している。（特許文献２参照）

この製造方法は、補強繊維束に未硬化の熱硬化性樹脂を含浸させてなる未硬化状補強芯部を、溶融した熱可塑性樹脂で被覆し、その後、直ちに該熱可塑性樹脂の被覆層を冷却固化した後、これを加圧高温蒸気の硬化槽に導いて、補強芯部と該被覆層の界面部分を軟化、流動状態で接触させつつ該熱硬化性樹脂を加熱硬化させ、引続いて、被覆熱可塑性樹脂を冷却して繊維強化熱硬化性樹脂（ＦＲＰ）からなる芯部界面と被覆熱可塑性樹脂とをアンカー接着するものである。

しかしながら、このような製造方法によって得られる棒状物を、ドロップ光ファイバケーブルの抗張力体に用いる場合には、以下に説明する技術的な課題があった。

上述した公報に開示されている製造方法によれば、例えば、ガラス繊維を補強繊維とし、熱硬化性樹脂に不飽和ポリエステルを用い、ポリエチレンで被覆した場合には、棒状物は、１０６ｋｇ／ｃｍ^２（１０ＭＰａ）程度の接着強度が得られるが、被覆表面が必ずしも平滑でなく、均一で細い径のものが得難いという問題があった。

そこで、本出願人は、光ファイバ心線と繊維強化熱硬化性樹脂製（以下ＦＲＰという場合がある。）抗張力体とを熱可塑性樹脂によって一括被覆したドロップ光ファイバケーブルにおいて、とりわけ軽量で細径化が可能で、ドロップワイヤーとして好適な特性を備えたノンメタリック型のドロップ光ファイバケーブルを開発し、特願２００２−３２６５１３号でこれを提案している。

ところが、その後の検討によると、この出願にかかる発明にも以下に説明する技術的な課題があった。
特開２００１−３３７２５５号公報 特公昭６３−２７７２号公報

すなわち、ＦＲＰ製の抗張力体は、金属製のものと比較して大きな曲げ直径で容易に折損しやすいという技術的な課題があった。折損に至る曲げ直径を小さくするには、ＦＲＰ直径を小さくすればよいが、補強繊維が同一の場合、抗張力が減少することが問題となる。

この場合、抗張力についてのみの改善は、補強繊維を高強度・高弾性率タイプに置換することで解決できるが、環境温度の変化による本体を構成する樹脂の収縮を抑制する機能（抗収縮）も要求されるため、本体樹脂との接触面積を下げる（抗収縮性が機能しにくくなる）手段として、細径化は好ましくなく、従来とほぼ同径で、かつ曲げ半径の小さいＦＲＰ製抗張力体の必要性が要請されていた。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、大きな曲げ直径で容易に折損することがないＦＲＰ製抗張力体およびドロップ光ファイバケーブル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、補強繊維を熱硬化性樹脂で結着したＦＲＰ製抗張力体において、前記補強繊維の引張弾性率が３６０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であり、かつ、破断時における伸度が３．５％以上となるようにした。

前記熱硬化性樹脂は、ビニルエステル樹脂で構成することができる。
前記ＦＲＰ製抗張力体に、熱可塑性樹脂製の被覆層を施した被覆抗張力体と、光ファイバ心線と前記被覆抗張力体とを一括して熱可塑性樹脂で被覆する本体被覆部とを有するドロップ光ファイバケーブルであって、前記被覆層の外周と前記本体被覆部とが相互に融合接着し、前記被覆層の内周と前記抗張力体の外周とをアンカー接着させるようにした。
前記熱可塑性樹脂被覆層は、ＬＬＤＰＥで構成することができる。

本発明にかかるＦＲＰ製抗張力体によれば、要求される抗張力、抗圧縮性を低下させることなく曲げ半径の小さいＦＲＰ製抗張力体を得ることができ、このＦＲＰ製抗張力体を用いることにより、敷設性に優れたドロップ光ファイバケーブルを得ることができる。

以下、本発明の好適な実施の形態について、添付図面に基づいて詳細に説明する。

図１および図２は、本発明にかかるＦＲＰ製抗張力体および同抗張力体を用いたドロップ光ファイバケーブルの一実施例を示している。これらの図に示したドロップ光ファイバケーブル１は、光ファイバ心線２と、被覆抗張力体３と、メッセンジャーワイヤー４とを備えている。

被覆抗張力体３は、繊維強化熱硬化性樹脂製の抗張力体５を、熱可塑性樹脂製の被覆層６で被覆した偏平な角形断面に形成されていて、一対の被覆抗張力体３が、光ファイバ心線２の上下方向に所定の間隔を置いて、これを挟むようにして、同軸上に配置されている。

メッセンジャーワイヤー４は、一方の被覆抗張力体３の上下に配置されていて、光ファイバ心線２、被覆抗張力体３およびメッセンジャーワイヤー４は、熱可塑性樹脂製の本体被覆部７により一括被覆した構成を備えている。本体被覆部７には、光ファイバ心線２の両側に位置対応して、一対のノッチ８が対向するように形成されている。また、メッセンジャーワイヤー４は、それ以外の部分と分離できるように、細幅部９で連結されている。

以上このように構成されたドロップ光ファイバケーブル１は、メッセンジャーワイヤー４を用いて電柱間に架設され、加入者宅に引き込む際には、まず、図２に示すように、細幅部９を切断して、メッセンジャーワイヤー４を分離し、次に、ノッチ８の部分から分断して、光ファイバ心線２を取り出して、加入者側と心線２を接続することになる。

本実施例の場合、被覆抗張力体３は、繊維強化熱硬化性樹脂製（以下ＦＲＰと称す。）の抗張力体５に熱可塑性樹脂製の被覆層６を施したものである。

この場合、抗張力体５の補強繊維としては、例えばアラミド繊維、ポリアリレート繊維、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール（ＰＢＯ）繊維等の中から、引張弾性率が３６０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であり、かつ破断時における伸度が３．５％以上であるものを適宜選択する。

また、この場合、引張弾性率が３６０ｃＮ／ｄｔｅｘ以下では、光ファイバ心線２を保護するための抗張力が十分に得られず、その役割を果たすことができない。

また、破断時における伸度が３．５％以下では、ＦＲＰが曲がり難くなり、ドロップ光ファイバケーブル化した際の曲げ半径を小さくすることが困難になる。

すなわち、連続使用許容曲げ半径が大きくなってしまい、敷設時に大きな曲げ半径で敷設せざるを得なくなる。（間接的に言うと、最小曲げ直径が小さい方が敷設時の曲げ半径｛直径｝を小さくできる）より好ましい引張弾性率は、４８０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上である。

使用する補強繊維としては、構成する単繊維径が１０〜１５μｍで、複数のヤーンを合撚していない所謂マルチフィラメント状のものが望ましく５００〜３５００ｄｔｅｘが使用される。

この場合、番手の大きいもの、つまり３５００ｄｔｅｘを超える補強繊維を用いた場合、ＦＲＰとした際の真円度に悪影響を及ぼし、後の熱可塑性樹脂による薄肉被覆成形工程において、均一な被覆を行うことが難しくなる。

また、単糸の引きそろえが悪くなり、ＦＲＰ化した際に引張性能が不十分となるおそれがある。一方、５００ｄｔｅｘ以下のヤーンも市販されているが、工程が煩雑となる上、コスト上昇につながり経済的でない。

また、本発明の補強繊維の結着に使用できる熱硬化性樹脂は、テレフタル酸系又はイソフタル酸系の不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂（エポキシアクリレート樹脂など）またはエポキシ樹脂等が一般的であり、これらに硬化用触媒等を添加して使用されるが、とりわけビニルエステル樹脂（エポキシアクリレート樹脂など）が耐熱性等の物性の点から好ましい。

未硬化状補強芯部の被覆層６に用いる熱可塑性樹脂は、本体被覆部７の熱可塑性樹脂と相溶性のある樹脂から選択され、本体被覆部７に難燃性樹脂を使用する場合は、該樹脂との相溶性向上のため、接着性樹脂を使用するか、あるいは、接着性樹脂のマスターバッチを添加することが望ましく、さらに本体被覆部の色にあわせて着色用マスターバッチを添加して着色しておいても良い。

また、被覆層６に用いる熱可塑性樹脂は、本体被覆部７の難燃化に合せて難燃性付与のための各種変性を施したものであっても良い。さらに、被覆層６に用いる熱可塑性樹脂は、ＦＲＰ部とのアンカー接着構造を得るため、熱硬化性樹脂の加熱硬化時に少なくとも内周が、溶融状ないし軟化状態を呈することが望ましく、硬化温度１１０〜１５０℃の範囲に融点または軟化点を有する、ポリオレフィン系樹脂がより好適である。

また、ＦＲＰ部は、ガラスヤーンを補強繊維とする場合、耐曲げ性や細径化の点から外径が０．９ｍｍ以下の繊維強化熱硬化性樹脂硬化物とすることが望ましく（より好ましくは０．６ｍｍ以下）、同じく細径化の点、及び被覆層６に難燃性を付与しない場合であって、難燃性が本体樹脂に求められる場合は、必要以上の被覆厚みは、難燃性の阻害要因となるため、被覆層６は、０．３ｍｍ以下にすることが望ましい。

さらに、被覆層６の厚みは、整径前の被覆厚みは、０．０８ｍｍ以上が望ましく、細径化の目的で表面層を整径することによって、０．０７から０．２ｍｍ程度の厚みとすることがより望ましい。

整径前の被覆厚みの薄膜化のためには、薄膜成形性の良い樹脂が望ましく、例えば、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）等が好適である。

本発明のＦＲＰ製被覆抗張力体３の形状は、特に限定されないが、楕円や矩形等の偏平断面に形成し、特に、ドロップ光ファイバケーブル１を敷設するにあたり、曲げる方向（図１においては、上下方向）に対して、ＦＲＰ製抗張力体３の厚みを小さく配置（図１，２参照）することにより、曲げ半径をより小さくでき、敷設性をより高めることができる。

図４は、本発明にかかるＦＲＰ製抗張力体および同抗張力体を用いたドロップ光ファイバケーブルの他の実施例を示しており、上記実施例と同一もしくは相当する部分には、同一数字を付してその説明和省略するとともに、以下にその特徴点についてのみ詳述する。

同図に示したドロップ光ファイバケーブル１ａは、光ファイバ心線２ａと、被覆抗張力体３ａ（３ｂ）と、メッセンジャーワイヤー４ａとを備えている。

被覆抗張力体３ａ（３ｂ）は、繊維強化熱硬化性樹脂製の抗張力体５ａを、熱可塑性樹脂製の被覆層６ａで被覆した円形断面に形成されていて、一対の被覆抗張力体３ａ（３ｂ）が、光ファイバ心線２ａの上下に所定の間隔を置いて、これを挟むようにして、同軸上に配置されている。

メッセンジャーワイヤー４ａは、一方の被覆抗張力体３ａ（３ｂ）の上下に配置されていて、光ファイバ心線２ａ、被覆抗張力体３ａ（３ｂ）およびメッセンジャーワイヤー４ａは、熱可塑性樹脂製の本体被覆部７ａにより一括被覆した構成を備えている。本体被覆部７ａには、光ファイバ心線２ａの両側に位置対応して、一対のノッチ８ａが対向するように形成されている。

また、メッセンジャーワイヤー４ａは、それ以外の部分と分離できるように、細幅部９ａで連結されており、このような構成は、上記実施例と実質的に同一になっている。

抗張力体５ａの補強繊維としては、例えば、アラミド繊維、ポリアリレート繊維、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール（ＰＢＯ）繊維等の中から、引張弾性率が３６０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であり、かつ破断時における伸度が３．５％以上であるものを適宜選択する。このように構成した実施例でも上記実施例と同等の作用効果が得られる。

以下に、本発明の具体例について説明するが、本発明は上記実施例ないしは下記具体例に限定されるものではない。

具体例１

ビニルエステル樹脂（ジャパンコンポジット社製：エスターＨ８１００）に熱硬化性触媒（化薬アクゾ社製、カドックスＢ−ＣＨ５０：４部、カヤブチルＢ：１部）を添加した樹脂含浸槽中に、破断伸度４．６％、引張弾性率５２０ｃＮ／ｄｔｅｘのパラ系アラミド繊維（帝人製：テクノーラ Ｔ２４０、単糸径１２μｍ、１６７０ｄｔｅｘ）のマルチフィラメント１本を、ガイドを介して導き、引き続いて、内径を段階的に小さくした絞りノズルに導いて、未硬化状樹脂を絞り成形し、外径が０．５ｍｍの細径棒状物を得、これを溶融押出機のクロスヘッドダイ（２００℃）に通して、黒色マスターバッチを添加したＭＩ＝２．４、密度０．９２１ｇ／ｃｍ^３、３０μｍのキャストフィルムによる１％モジュラスが１７０ＭＰａであるＬＬＤＰＥ樹脂（日本ユニカー社製：ＴＵＦ２０６０）により、被覆厚み０．２５ｍｍで環状に被覆し、直ちに冷却水槽に導いて、表面の被覆部を冷却固化した。

引き続いて、この被覆未硬化線状物を入口及び出口に加圧シール部を設けた長さ１８ｍの加圧蒸気硬化槽に１５ｍ／ｍｉｎの速度で導いて蒸気圧３２．５Ｐａ（１４５℃）で硬化し、引き続いて、２１０℃〜２５０℃に段階的に加熱された内径１．０ｍｍおよび０．８ｍｍの整径ダイスを備えた整径器に導いて被覆外周面を整径し、被覆外径が０．８ｍｍの円形断面の被覆抗張力体３ａを得、ボビンに連続状に巻き取った。引続いて、ボビンを４０℃の恒温室中で４０時間乾燥熱処理（二次熱処理）を行った。

この被覆抗張力体３ａは、ＦＲＰ部の補強繊維含有率が、６１．５ＶＯＬ％であり、最小曲げ直径（被覆抗張力体をループ状にして、ループが小さくなるように曲げてゆき、曲げ破壊が起こる直前のループ直径）は、６ｍｍであった。

具体例２

補強繊維に破断伸度３．６％、引張弾性率４９０ｃＮ／ｄｔｅｘのパラ系アラミド繊維（東レ・デュポン製：ケブラー２９、単糸径１２μｍ、１６７０ｄｔｅｘ）のマルチフィラメントを１本使用した以外は、具体例１と同様な方法で円形断面の被覆抗張力体３ｂを得た。

この被覆抗張力体３ｂは、ＦＲＰ部の補強繊維含有率が、５８．９ＶＯＬ％であり、最小曲げ直径（被覆抗張力体をループ状にして、ループが小さくなるように曲げてゆき、曲げ破壊が起こる直前のループ直径）は５ｍｍであった。

具体例１および２で得られた被覆抗張力体３ａ，３ｂについて、それぞれ８０℃の熱間での２４時間耐熱曲げ直径テストを行ったところ、３０ｍｍをクリアし、サンプル長１０００ｍｍで−３０℃−８０℃のヒートサイクルテストを３回繰り返し、被覆抗張力体３ａ，３ｂの被覆層６ａ，６ｂとＦＲＰ製抗張力体５ａ，５ｂとの接着状況を見たが、双方とも被覆層の収縮は、殆ど発生せず良好な結果を示した。

次に、メッセンジャーワイヤー４ａとして、φ１．２ｍｍのブルーイング単鋼線１本、具体例１で得られた被覆抗張力体３ａ２本、光ファイバ心線２ａとしてφ０．２５ｍｍシングルモードファイバ１本をクロスヘッドダイに導き、本体被覆部７ａの形成樹脂として難燃ＰＥ（日本ユニカー製：ＮＵＣ９７３９）を用い、図３に示すような形状の口金で押し出し被覆し、直ちに６０℃に温調された温水冷却槽にて１次冷却を行い、ついで水冷槽にて２次冷却し、図４に示すような断面構造のドロップケーブル１ａを得た。

得られたドロップケーブル１ａの敷設性を確認するため、図５に示すように、壁コーナー部にｒ＝１５ｍｍ（直径３０ｍｍ）で敷設したところ、ＦＲＰが折損する等の問題は発生せず、良好な結果を示した。

比較例１

補強繊維に破断伸度３．３％、引張弾性率６７０ｃＮ／ｄｔｅｘのパラ系アラミド繊維（東レ・デュポン製：ケブラー１２９、単糸径１２μｍ、１６７０ｄｔｅｘ）のマルチフィラメントを１本使用した以外は、具体例１と同様な方法で、被覆抗張力体を得た。

この被覆抗張力体は、ＦＲＰ部の補強繊維含有率が、５８．９ＶＯＬ％であり、最小曲げ直径（被覆抗張力体をループ状にして、ループが小さくなるように曲げてゆき、曲げ破壊が起こる直前のループ直径）は８ｍｍであった。

比較例２

補強繊維に破断伸度２．４％、引張弾性率７８０ｃＮ／ｄｔｅｘのパラ系アラミド繊維（東レ・デュポン製：ケブラー４９、単糸径１２μｍ、１５８０ｄｔｅｘ）のマルチフィラメントを１本使用した以外は、具体例１と同様な方法で被覆抗張力体を得た。

この被覆抗張力体は、ＦＲＰ部の補強繊維含有率が、５５．８ＶＯＬ％であり、最小曲げ直径（被覆抗張力体をループ状にして、ループが小さくなるように曲げてゆき、曲げ破壊が起こる直前のループ直径）は１０．５ｍｍであった。

比較例３

補強繊維に破断伸度４．０％、引張弾性率２５０ｃＮ／ｄｔｅｘのガラスヤーン（日東グラスファイバー製：ＥＣＥ２２５−１／０ １．０Ｚ Ｒ４１ Ｔ、２２．５ｔｅｘ／本）を１４本使用した以外は、具体例１と同様な方法で被覆抗張力体を得た。

この被覆抗張力体は、ＦＲＰ部の補強繊維含有率が、６３．２ＶＯＬ％であり、最小曲げ直径（被覆抗張力体をループ状にして、ループが小さくなるように曲げてゆき、曲げ破壊が起こる直前のループ直径）は１１ｍｍであった。

本発明にかかるＦＲＰ製抗張力体によれば、要求される抗張力、抗圧縮性を低下させることなく曲げ半径の小さいＦＲＰ製抗張力体を得ることができ、このＦＲＰ製抗張力体を用いることにより、敷設性に優れたドロップ光ファイバが得られるので、加入者住宅に敷設する際に有効に活用することができる。

本発明にかかるＦＲＰ製抗張力体および同抗張力体を用いたドロップ光ファイバケーブルの一例を示す断面図である。 図１に示したドロップ光ファイバケーブルを敷設する際の説明図である。 図１に示したドロップ光ファイバケーブルの本体被覆部を形成する際に用いる口金の説明図である。 本発明にかかるＦＲＰ製抗張力体および同抗張力体を用いたドロップ光ファイバケーブルの他の例を示す断面図である。 本発明にかかるドロップ光ファイバケーブルの曲げ敷設性を確認する際の説明図である。

符号の説明

１，１ａ ドロップ光ファイバケーブル
２，２ａ 光ファイバ心線
３，３ａ 被覆抗張力体
４，４ａ メッセンジャーワイヤー
５，５ａ 抗張力体
６，６ａ 被覆層
７，７ａ 本体被覆部

Claims (4)

1. 補強繊維を熱硬化性樹脂で結着したＦＲＰ製抗張力体において、
   前記補強繊維の引張弾性率が３６０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であり、かつ、破断時における伸度が３．５％以上であることを特徴とするＦＲＰ製抗張力体。
2. 前記熱硬化性樹脂は、ビニルエステル樹脂であることを特徴とする請求項１記載のＦＲＰ製抗張力体。
3. 請求項１ないしは請求項２に記載のＦＲＰ製抗張力体に、熱可塑性樹脂製の被覆層を施した被覆抗張力体と、光ファイバ心線と前記被覆抗張力体とを一括して熱可塑性樹脂で被覆する本体被覆部とを有するドロップ光ファイバケーブルであって、
   前記被覆層の外周と前記本体被覆部とが相互に融合接着し、前記被覆層の内周と前記抗張力体の外周とがアンカー接着していることを特徴とするドロップ光ファイバケーブル。
4. 前記熱可塑性樹脂被覆層は、ＬＬＤＰＥであることを特徴とする請求項３記載のドロップ光ファイバケーブル。

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