JPS61240212A - 樹脂充填形光フアイバケ−ブル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は防水の効果を有する樹脂充填形光ファイバケー
ブルの構造に関するものである。

（従来の技術） 光ファイバは多くの優れた特徴を有していて、新しい伝
送媒体として有望である。しかし最近の研究によって、
光ケーブルの内部に水が浸入した場合、光ファイバの伝
送特性において特定の波長に損失ピークが生ずることが
明らかにされた（内田直也＊　”　Ｉｎｆｒａｒｅｄ　
Ｌｏｓｓ　Ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｉｎ　ａ　５ｌｌｌＯａ
ｏｐｔｉｃａｌ　Ｆｉｂｅｒ　ｄｕｅ　ｔｏ　Ｃｈｅｍ
ｉｃａｌ　Ｒｅａｃｔｉｏｎ　Ｏｆａｙａｒｏｇｅｎ”
、第９回ＥＯＯ０、１９８３年）。また水の存在によっ
て光７アイパの機械的強度が劣化するという報告もある
（坂ロ茂樹他、′光７アイ　　　・バ用石英ガラスの疲
労特性”電気通信研究所　研究実用化報告、　ＶＯＬ、
３２　、４１２　、１９８８年）。　　　□このような
理由から、光ケーブルの内部に防水用樹脂を充填して、
伝送特性および機械特性を維持する樹脂充填形光ケーブ
ルの開発が行われてきた。

しかし従来の樹脂充填形光ファイバケーブルは、光ケー
ブルの叩圧特性、しごき特性、温度特性を重点的に考慮
した光ファイバケーブルであって、曲げ特性については
全く考慮されていない構造であった。樹脂充填形光ファ
イバケーブルは、ケーブル内に樹脂が充填されているの
で、被覆付き光ファイバ等のケーブル構成要素が不完全
ながら−、体化されている。この結果、樹脂を充填しな
いケーブルでは、ケーブルが曲げられても被覆付き光フ
ァイバが撚られていることによって、光ファイバの引張
り側の伸びひずみと、光ファイバの圧縮側の圧縮ひずみ
が相殺されるのに反し、樹脂充填形光ファイバケーブル
では、その相殺効果が不十分であって、大きい伸びひず
みが残留する危険性がある。例えば極端な場合には、最
大１％以上の伸びひずみにも達する。通常、光ファイバ
の伸びひずみは０．８％以下に抑制しなければならない
が、このように大きい伸びひずみが生ずることは、光フ
ァイバの信頼性上極めて重大な問題である。

前記のように、樹脂充填形光ファイバケーブルを曲げた
ときに光ファイバの伸びひずみが生ずることは、大きな
問題であるに６もかかわらず、設計要因として全く考慮
されていなかった。この理由は、樹脂充填形光ファイバ
ケーブルを曲げたときの光ファイバ伸びひずみの推定方
法および計測方法がなかったことによる。発明者らは、
光ファイバ繍びひずみの計測方法をすでに発明しく特願
昭、５９−２２４１９９．″光ケーブルの曲げによる光
ファイバひずみの測定装置および測定方法、′この測定
方法は光フアイバ伸縮量測定器を用いて、測定対象の光
ケーブルの中に撚りピッチｐで撚られて集合されている
光ファイバの伸縮量をモニタしながら、光ケーブル曲げ
装置によって該光ケーブルを一定の曲率半径Ｒをもって
０度の曲げ角度から少なくとも１８０ｐ／（πＲ）度の
曲げ角度まで徐々に曲げることによって、光ファイバの
伸縮量の最大値と最小値を測定し、該最大値と最小値軸
間・π／２を乗することによって、光ファイバの最大ひ
ずみを求めることを特徴とする光ケーブルの曲げによる
光ファイバひずみの測定方法である。）、これを用いて
、まず従来の樹脂充填形光ファイバケーブルの曲がりに
よるひずみを測定した。その結果について以下に説明す
る。

第２図は従来の樹脂充填形光ファイバケーブルの断面構
造図であって、１はテンションメンバ、２ａ、２ｂ、２
Ｃ，−−−，２１は被覆付き光ファイバ、８は樹脂、４
は外被である。テンションメンバ１の周囲に被覆付き光
７アイパ２ａ、２ｂ。

２０、・・・、２１がピッチ８００■で撚り合わされて
いる。そしてそれらを包むように樹脂８が充填され、そ
の周囲に外被４が施されている。この光ファイバケーブ
ルを曲げたときの光ファイバの最大ひずみを特願昭５９
−２２４１９９の手法を用いて測定した。第８図は測定
結果を示す図であり、横軸は光ファイバケーブルの曲率
半径、縦軸は光ファイバの最大ひずみである。図中Ｏ印
は、測定結果を示している。また図中の曲線は、光ファ
イバケーブルの構成要素が完全一体であって、伸びと圧
縮との相殺が全くないと仮定したときの最大伸びひずみ
の計算結果を示している。この図かられかるように、２
００１１＠の曲率半径では、最大１％の伸びひずみが生
ずる。この理由は、計算結果との比較かられかるように
、光ケーブル構成要素が充填樹脂８によって、一体化さ
れているからである。従ってこの構造の樹脂充填形光フ
ァイバケーブルは、光ファイバのひずみの面で、実用上
問題が大きいと言える。

（発明が解決しようとする問題点） ケーブルを曲げたときに生ずる光ファイバのひずみが０
．２５％以下の樹脂充填形光ファイバケーブルを実現す
ることにある。

（問題点を解決するための手段］ 本発明は前述の欠点を除去するため、樹脂充填形光ファ
イバケーブルの構造パラメータを規定し、最大ひずみを
制限した。以下図面により本発明の詳細な説明する。

構造パラメータを規定するには、光ケーブルの曲がりに
よる光ファイバひずみの発生機構について知っていなけ
ればならない。そこでまず、光ケーブルの曲がりによる
光ファイバひずみについて説明する。第２図および第３
図を用いて説明した従来の樹脂充填形光ファイバケーブ
ルは、光ファイバケーブル構成要素が完全一体であるの
で、大きい光ファイバひずみが生じたものである。従っ
て光ファイバひずみを抑制するため、ケーブル構成要素
の完全一体化を避ける、すなわち被覆付き光ファイバが
軸方向に移動可能であって、伸びと圧縮とが相殺できる
構造とする必要がある。そこで被覆付き光ファイバの軸
方向の移動の大小を表現する尺度として、充填樹脂の被
覆付き光ファイバに対する拘束力Ｋ　（’！／■）を導
入する。

Ｆ Ｋ＝　？ｒＦ　　　　　　　　　　　　（１）ただし、
Ｘは被覆付き光ファイバの長さく謳）、Ｆはそれを樹脂
中で移動させるに要する張力（Ｐ９］である。Ｋは実験
的に求めることができる。

被覆付き光ファイバのひずみが８゜（ＸＩで分布してい
て、 が満たされていると仮定すると、光ファイバは軸方向に
移動し、最終的に ｄ“（ｘ　）　　　　Ｋ　　　　　　　　　（ｓ）’　
］■−’　＝π を満たすよりなε（Ｘｌとなる。ただし、Ｅは被覆付き
光ファイバの実効的ヤング率（Ｊ９／Ｍ”）、直は実効
的断面積し−）である。式（８）を基にして。

樹脂充填形光ファイバケーブルの曲がりによる光フアイ
バ最大ひずみを’ｍａＸを求めると、近似的に次式とな
る。

−ｐＫ（４） ｍａｘ　　４ＥＡ ただし、ｐは撚りピッチ（雛〕である。式（４）かられ
かるように、’ｍａＸはＫｓｐｓＥ、Ａに依存し、曲率
半径には依存しない。

ひずみ設計上、安全な値として”　ｍａｘ≦０．２５呪
と規定すると、 ヱ４≦ｏ　、　０１　　　　　　　　　　　　（５）Ａ となる。この式が光ファイバひずみを制限するためのケ
ーブル構造の規定表現式である。

ここで、拘束係数Ｋについて詳細に説明しておく　。

樹脂の中に埋められた被覆付き光ファイバを移動させる
に要する力Ｆは、表面積Ｓに比例すると考えられる。そ
こで、異なる表面積を有する被覆付き光ファイバをポリ
ブテン系シェリー中に埋め、その引抜き力Ｆを測定した
。第４図はその測定結果を示している。横軸は被覆付き
光ファイバの表面積Ｓ１縦軸は被覆付き光ファイバをポ
リブテン系シェリー中から引き抜くのに要する力Ｆを示
している。なお被覆付き光ファイバの形状はテープ状で
４種である。

また試料長は２８０ｆｉである。第４図かられかるよう
に、ＦはＳに比例する。またその比例係数Ｇは温度に依
存することがわかる。Ｃは材料にも依存する。

Ｆ　＝　０−　Ｓ　　　　　　　　　　　（６）Ｃをよ
り一般的に表現するために、樹脂のちょう度ｄと比例係
数Ｇとの関係を求めた。その結果を第５図に示す。

なおちょう度の測定方法は、ＪＩＳＫ−２２２０によっ
て定められていて、概路次のとおりである。

定められた円筒状容器に樹脂を採取する。この樹脂の上
面を平坦にした後、約１００ｇの円錐（先端角度９００
）を樹脂の中に侵入させ、その侵入深さを測定する。侵
入深さをもってちょう度を表わす。

第５図の結果、Ｃとｄは次式で関係づけられる。

Ｑ＝２００ｄ″″２＠５　　　　　　　　　（７）式（
６）　ｌ　（））により次式となる。

Ｆ　＝２ｏｏｄ　　　Ｓ　　　　　　　　　（８）式（
１）　、　（８）から結局、 Ｋ＝２００ｄ−”・Ｊ！旦 ｄｘ　　　　　　　　（９） となる。

ｄｓ／ｄｘは被覆付き光ファイバの断面における周囲長
φに等しいから、 Ｋ　＝　２００ｄ−φ　　　　　　　　（１ｏ）の関係
が成立する。このように、拘束力には樹脂のちょう度ｄ
と、被覆付き光ファイバの断面における周凹長φによっ
て表わされることが明らかになった。

式（５）と弐α０）より、’ｍａＸ≦０．２５％と規定
するには、 の関係を満たす必要がある。ここで、被覆付き光ファイ
バの形態として、後述の実施例で述べるような光フアイ
バテープを考え、φ＝　４．ｇｇ　ｔｓ　。

ＥＡ＝４７３１１９とすると式０１）は、ｐ≦５．８　
Ｘ　１０　　ｄ　　　　　　　　（ロ）と書き換えられ
る。

また光ケーブルを曲げたときに、光フアイバ自体が曲が
ることによる最大光ファイバひずみεｂはで午えられる
。（勝山豊他、゛ユニット形光ケーブルの曲げ特性およ
び許容曲げ半径゛、を子通信学会論文誌、Ｊ６６−Ｂ　
、　ｐ、２０．１９８ｉ９年）ただし、ａは光ファイバ
の半径、ｒは被覆付き光ファイバの撚り半径、Ｒはケー
ブルの曲率半径である。許容されるｇｂを０．０５％と
し、ｒ　＝　３．５　ｍ　、　Ｒ＝２００１１１１と仮
定すると、Ｐ＞２１０ｍとなる。

一方、光ケーブル内に充填される樹脂のちょう度が４０
０を超えると、ケーブル内から流れ出す可能性があるの
で、ｄ＜４００が制限条件として与えられる。また撚り
ビッタｐは最大ＩＱＱＱｍとするのが一般的である。

以上のよりなｐとｄに対する制限条件を整理した結果を
第６図に示す。同図の斜線の範囲であれば、製造上、取
り扱い上、ひずみ特性上、優れた光ケーブルを得ること
ができる。

第１図は本発明の一実施例図であって、（ａ）は樹脂充
填形光ファイバケーブル、（ｂ）は５心光フアイバテー
プを示している。第１図において４は外被、５は溝付き
ロッド、６は鋼撚り線、７ａ。

７ｂ、・・・、７ｅは積層された４枚の光フアイバテー
プ、８はグリース、９は押え巻き、ｌＱａ、１０１）。

・・・、１０ｅは光ファイバ、１１はプラスチック被覆
である。溝付きロッド５には断面形状がＵ字形の溝がら
せん状に設けられている。また溝付きロッド５の中心に
はテンションメンバとして作用する鋼撚り線６が設けら
れている。Ｕ字形溝には光フアイバテープ７ａ、７ｂ、
・・・、７ｅが収容されており、空間部分はグリース８
によって満たされている。このようにしてできた光フア
イバ集合体の周囲に押え巻き９および外被４が設けられ
、ケーブルとして作用する。７ａ、７ｂ、・・・、７ｅ
は、第１図（ｂ）に示した５心光フアイバテープ７が４
枚積層されて成っている。７は５心の光ファイバ（１０
ａ、１０ｂ、−−・、１ｏｅ）とそれを取り巻くプラス
チック被Ｗ１．１１とから構成されている。

溝のらせんピッチは４０口鱈である。グリースのちよう
度は約３００である。光フアイバテープの実効的ＥＡは
次式によって求められる。

ＥＡ　＝　！　ＥｉＡｉ　　　　　　　　　　　（１→
使用した光フアイバテープについて、ＥＡの値を計算す
ると、４７３１Ｃ９である。従ってこのケーブルの定数
（らせんピッチ、ちょう度、ＥＡ）は第６図の斜線の範
囲内にあるので、ケーブルの曲・かりによる光ファイバ
ひずみは、十分小さく問題がないと推定される。実際、
この実施例の光ファイバケーブルについて、特願昭５９
−２２４１９９の測定手法を用いて、曲がりによる光フ
ァイバひずみを測定したところ”ｔ　’ｍａｘは約０．
１％以下であり、問題はなかった。

別の実施例として、グリース８の代替としてシリコーン
系オイル（ｄ〜３００）を用いて、第１図と類似の光フ
ァイバケーブルを試作した。このケーブルについて曲が
りによる光ファイバひずみを測定したところεｍａｘは
測定誤差範囲内（約０．０４％）であり、全く問題かな
いことを確認できた。

以上の実施例の説明では、第１図に示すように、溝に光
フアイバテープを収容した構造について説明したが、ケ
ーブル構造定数が式（５）を満足すれば、光フアイバテ
ープの代わりに１心ごとに被覆を施した光ファイバを収
容した構造であってもよい。

また溝に光ファイバを収容する構造でなく、プラスチッ
クまたはアルミニウム等によるチューブの中に光ファイ
バを収容する構造であってもさしつかえない。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明による樹脂充填形光ファイ
バケーブルは、光ケーブルの撚りピッチ、樹脂のちょう
度が適切な値に選定されているので、ケーブルを曲げた
ときに生ずる光ファイバひずみを０．２５％以下に制限
できるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示し、（ａ）は樹脂充填形光
ファイバケーブルの斜視図、（ｂ）は５心光フアイバテ
ープの斜視図、 第２図は従来の樹脂充填形光ファイバケーブルの構造を
示す断面図、 第３図は従来の樹脂充填形光ファイバケーブルの曲がり
による光ファイバひずみを示す図、第４図は被覆付き光
ファイバの表面積Ｓと引抜き力Ｆとの関係を示す図、 第５図はちょう度ｄと比例係数Ｃとの関係を示す図、 第６図は撚りピッチｐとちょう度ｄに対する制限条件を
示す図である。 １・・・テンションメンバ ２ａ、２ｂ、・・・、・２１・・・被覆付き光ファイバ
３・・・樹脂　　　　　　　４・・・外被５・・・溝付
きロッド　　　６・・・鋼撚り線７・・・５心光フアイ
バテープ ７ａ、　７ｂ　、　７０　、７ｄ　、　７ｅ　・・・積
層された４枚の光ファ１′バテープ８、・、グリース　
　　　　９−押え巻き１ｏａ、ｌｏｂ、ｌｏｃ、ｌｏｄ
、１ｏｅ−・・光７アイパ１１・・・プラスチック被覆 第１図 （ｂ） 第４図 表面ｎ　Ｓ　ｔｍｍす 光ファイへ°ｎ最人νずメ（’ｌ） 第５図 １５ｚ；）ｌ’！　ｄ 第６図 りよう膚ｄ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数本の被覆付き光ファイバを撚り合わせて集合し
   、それらの周囲に外被を施し、かつ内部に樹脂を充填し
   て成る光ファイバケーブルであつて、被覆付き光ファイ
   バの撚りピッチをＰ（ｍｍ）、ＪＩＳ−Ｋ２２２０によ
   つて測定した樹脂のちよう度をｄとするときに、 ２１０≦ｐ≦１０００、ｄ≦４００であり、かつｐ≦５
   ．８×１０＾−＾３ｄ＾２＾．＾５の関係を満足してい
   ることを特徴とする樹脂充填形光ファイバケーブル。