JP4324147B2 - 低温乾式ルースチューブ光ファイバケーブル - Google Patents

Description

本発明は光ファイバケーブルの構造、特に低温での使用に適した乾式水密（water blocking）ルースチューブケーブルに関する。

光ファイバケーブルの内部に水が浸入すると、特に氷結温度あるいはそれより低い温度環境でケーブルの性能を著しく低下させる。ケーブル全長にわたって内部に水が通ると、ケーブル端部のコネクタ、および／あるいは端末装置に悪影響を及ぼす。
水分が存在すると、光ファイバケーブル内部のガラスファイバは、水分によって表面欠陥がより悪化するためにその理論的な最大張力限界以下で応力がかかったとしても破断する傾向がある。したがって、ケーブル中の長尺のガラスファイバはわずか約０．５％の伸び応力を受けると破断することもある。

以上の観点から、光ファイバケーブルはケーブル内部への水の通過を低減、あるいは遮断し、ケーブル敷設、および使用中に内部のファイバに伝わる応力を最小限にするように構成されている。例えば、米国特許Ｎｏ．４，９０９，５９２（１９９０年３月２０日）、およびＮｏ．５，６３０，００３（１９９７年５月１３日）を参照のこと。２つの特許は、超吸水性の組成物を含む、あるいは被覆されたテープあるいは糸（ヤーン）がケーブル内部の光ファイバに近接して配置されたケーブル配列について開示している。

テープ、あるいは糸は水と接触すると膨潤して、ケーブル内部に水が引き続いて通過することを物理的に低減、あるいは遮断する。水を遮断する他の方法には石油ベースの、あるいはジェリー風のしばしば“充填”化合物と呼ばれる、充填材の使用などがある。しかしながら、これらの材料は接続作業を行うためにケーブルの一端を開いたとき、洗浄剤、あるいは溶剤によって除去しなければならない。そのような溶剤の使用は識別のために個々のファイバにつけられた色素、あるいはその他の印も一緒に除去してしまうこともある。したがって、ケーブル内部のべたべたした充填化合物を溶かすための特別な洗浄剤を使わずに接続が出来る、完全に乾いた水密のケーブル構造が最も望まれている。

上に述べた米国特許Ｎｏ．５，６３０，００３はいわゆるルースチューブ光ファイバケーブルに関わるもので、ケーブル内部の複数本の柔軟な緩衝管それぞれが、管の長手方向に伸びる１組の光ファイバを含んでいる。ルースチューブ光ファイバケーブルでは、強くて柔軟な中心部の棒がケーブルに加えられた引張り負荷に耐えるように、つまり強度部材として作用する。同時に、棒はファイバを包含する緩衝管それぞれが螺旋状に巻きつけられる形成体として機能する。一般に棒は、例えば、ガラス繊維強化ポリエステル（ＧＲＰ）で作られ、ポリエチレン（ＰＥ）層で被覆される。中心部の棒にガラスを使用することでケーブルが電気導体として作用することを防止し、雷、あるいは他の潜在的に損傷を引き起こす可能性のある電源との意図しない接触によるケーブルへの影響を最小限にする。

‘００３米国特許のケーブルにおいて、吸水性繊維からなる数多くの撚り糸、あるいは糸状体がそれぞれの緩衝管の通路に配されている。また、吸水性組成物（例えば、ＯＦＳファイテル（Ｆｉｔｅｌ）ＵＳＡのドライブロック（ＤｒｙＢｌｏｃｋ(登録商標））を含侵させた乾燥した長細片がケーブルの内側と緩衝管壁の外側との間にできる空隙を埋めるように配されている。‘００３米国特許で開示されているものと類似のケーブルは“フォルテックスＤＴ（ＦｏｒｔｅｘＤＴ）”の商標でＯＦＳから入手可能である。

上に述べた乾式ルースチューブ光ファイバケーブル構成は、水吸収体（例えば、被覆した糸）がケーブルの製造中にそれぞれの緩衝管の通路中に配される必要がある。したがって、水吸収体は緩衝管と物理的に相性がよいだけでなく、吸収体が膨潤して管の通路内の水の移動を遮断する前後いずれにおいても管内の光ファイバの伝送特性に大きく影響してはならない。

光ファイバケーブルに使われる乾燥した吸水性物質は、一般に性状が粒状物である。そのような粒状物が糸に被覆され、その被覆された糸が緩衝管の通路内に配されると、同じ通路内でファイバと直接接触するようになる。そのような接触は非常に低い温度でファイバに曲げ損失を生起し、許容限度を越えるファイバの減衰をもたらす。

光ファイバケーブルは種々の工業標準に合致するように作られ、そのひとつがテルコディア（Ｔｅｌｃｏｒｄｉａ(登録商標)）ＧＲ２０、第２版（１９９８年発行）（“テルコディア標準”（Ｔｅｌｃｏｒｄｉａ ｓｔａｎｄａｒｄ））である。参考として引用するこの標準は、ケーブルが−４０℃から＋７０℃の温度範囲にわたって規定の特性パラメータが保持されることを要求している。知られている限りにおいて、−６０℃まで繰り返し冷却されるときに、水の浸入、ファイバの減衰、引っ張り強さについて規定のパラメータを保持可能な乾式ルースチューブ光ファイバケーブルは商業的には製造されていない。それにもかかわらず、−６０℃位の低温で敷設される領域に大きなケーブル市場が存在する。

米国特許第４，９０９，５９２号（１９９０年３月２０日） 米国特許第５，６３０，００３号（１９９７年５月１３日）

本発明は、低温状態においてケーブル内部に水が浸入することにより生ずる伝送損失の増加や引っ張り強さの劣化といったケーブル特性の低下を克服可能な乾式水密ルースチューブ光ファイバケーブルの構造およびその製造方法を提供することを課題とする。

前記の課題を解決するべく、本発明は、各々が１本あるいは複数の光ファイバと各々の緩衝管の通路に配されたある長さの糸を含むように大きさを設定された通路を持つ１乃至複数の柔軟性のある緩衝管を含む低温乾式ルースチューブ光ファイバケーブルである。その糸は約１５００デニールを越えない太さであって、かつ吸水性材料の粒状体で被覆されている。該材料粒状体の寸法は０から約１６０μｍを超えない範囲に分布している。

本発明の別の側面によれば、低温乾式ルースチューブ光ファイバケーブルは外装、中心部の棒材、および外装と棒材の間に配された複数の柔軟な緩衝管を有している。それぞれの緩衝管は、１本あるいは複数の光ファイバを内包するに足る寸法の通路を有し、ある長さの糸がそれぞれの緩衝管の通路に配されている。その糸は約１５００デニールを越えない太さであって、かつ吸水性材料の粒状体で被覆されている。該粒状体の寸法は、０から約１６０μｍを超えない範囲に分布している。

本発明によれば、低温状態においてケーブル内部に水が浸入することにより生ずる伝送損失の増加や引っ張り強さの劣化といったケーブル特性の低下を克服可能な乾式水密ルースチューブ光ファイバケーブルの構造およびその製造方法が得られる。

本発明のよりよい理解のために、添付の図、および添付の請求の範囲とにより以下に説明する。なお、これらの図面中の構成要素は必ずしも寸法通りではない。

図１はルースチューブ光ファイバケーブル１０の一端の透視図である。図２は図１のケーブル１０の長手方向に直角にとった拡大断面である。図示するように、ケーブル１０は、例えば、中、あるいは高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、ＥＶＡ、あるいはＰＶＣなどで作られる外装１２を有する。中心部の棒材１４はケーブル１０の長軸にほぼ沿って走り、その部材は敷設中、あるいは使用中にケーブルにかかるかもしれない張力を吸収する。先に述べたように、棒材１４は敷設中にケーブル１０に求められる曲げを許容し、ケーブルが通る所望の経路を形成するに十分な柔軟性を有するガラスエポキシ材で作られていてもよい。棒材１４は一般に既知の方法によりポリエチレン、ポリプロピレン、ＥＶＡ、ＰＶＣ、あるいは他のポリマで被覆、あるいは覆われる。棒材１４は鋼で作られていてもよい。

複数の緩衝管、例えば、１６ａから１６ｆまでの６つの緩衝管が棒材１４の周囲に円形の層になるようにケーブル外装１２の内周面と棒材のとの間に配置される。図２を参照のこと。それぞれの管１６ａ−１６ｆは好ましくは圧縮に耐えられる柔軟で強靭な材料で作られる。適切な材料のひとつはポリプロピレン、あるいはＨＤＰＥのようなポリオレフィンである。緩衝管の好ましい寸法は、これに限定されるものではないが、外径（ＯＤ）が約２．５ｍｍ（０．０９８インチ）、内径が約１．７ｍｍ（０．０６７インチ）である。

それぞれの緩衝管は複数の光伝送ファイバ１８を内包する。図２に示す実施例においてはそれぞれの緩衝管はその通路に６本のファイバを内包する。しかしながら、１本から１２本のファイバが任意の１本の通路に内包されてもよい。ケーブル１０の全てのファイバの中から特定のファイバ１８を識別するために、おのおのの管は異なる色で着色、あるいは他の管と区別する印をつけてもよい。また、各々の管のファイバセットの中で特定のファイバを識別するために、各々のファイバを異なる色に着色する、あるいは同じ組の他のファイバと区別する他の方法を有してもよい。

図２の実施例において、ケーブル１０は中心の棒材１４のまわりにひとつの円形の層状に対称的に配列された６つの緩衝管１６ａから１６ｆを有する。ケーブルがより多くのファイバ本数を有する必要があれば、追加の緩衝管を同じ層に配列、あるいは図３に示すように緩衝管の第１の層の上の第２の円形の層に配列してもよい。あるいは所望の幾何学的ケーブル形状を保持するために複数の緩衝管が充填棒として知られる“ダミー”の管で置き換えられてもよい。それは、所望の幾何学的形状を実現するために必要な緩衝管の数よりも少ない数の管ですべての本数のファイバを通せるときに充填棒が使われるということである。

図３は、第１の層に６つの緩衝管１１６ａ−１１６ｆを、第１の層の周囲に配された第２の層に１２の緩衝管１３０ａ−１３０ｌを含み、その結果、軸になっている棒材１１４と同軸になっている１８の緩衝管構成を示す。図３において、図１、２と同一、あるいは似ているケーブル要素は（１００だけ増えた）同一の参照番号で識別されている。

図２において、例えば、ＯＦＳファイテル（Ｆｉｔｅｌ）ＵＳＡから市販されているドライブロック（ＤｒｙＢｌｏｃｋ(登録商標)）水遮断材料のような乾燥した、吸水性材料からなる柔軟な長細片２０が中心の棒材１４と外装１２の内側との間の空間、あるいは隙間を埋めるように緩衝管１６ａ−１６ｆの周囲に配されている。また、ケーブルの自由端で外装を容易に除去し、図１に示すように緩衝管を露出させるために引き裂き紐２２が外装１２の内側表面近くに延びている。必要であれば、ケーブル１０は、外装１２の内面に接して、例えば、波付けした鋼の鎧装管を加えて鎧装してもよく、また、所望であればケーブルの内側の鎧装管と緩衝管の間に、例えばポリエチレンの内側被覆をかけてもよい。

また、より糸、あるいは糸２４が緩衝管１６ａ−１６ｆそれぞれの通路を通って延びている。好ましくは、ケーブル１０の長手方向に沿ってそれぞれの緩衝管の断面のどこにも糸２４の断面が１つしかない。つまり、ある特定の緩衝管に糸２４がない（例えば、糸が切れている）短い部分があるとしても、それぞれの緩衝管の通路のある任意の面内には糸２４が１本だけあることが好ましい。

糸２４のデニールを約１５００より大きくないように限定し、サイズ分布が０から約１６０μｍの間にある粒状体の吸水性材料で糸を被覆することにより、ケーブル１０は繰り返し−６０℃の低温にさらしたとき、水の浸入、ファイバの減衰、および引っ張り強さに関してテルコディア標準に合致することが見出されている。粒状体サイズは、例えば、技術的によく知られた方法である走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）の助けを借りて測定してもよい。

適合する吸水性材料は、例えば、部分的にＮａと置換され、互いに軽く架橋されて３次元網を形成するアクリル酸鎖を構成するポリマ（高分子化合物）を含む。上に述べたように、本発明において使われる吸水性材料の粒状体は０から１６０μｍの範囲にサイズが分布している。さらに、平均の粒状体サイズは好ましくは約６０μｍであって、粒状体の９８%はサイズが１０６μｍを越えず、粒状体の２％だけがサイズが１０６から１６０μｍの間にある。被覆された糸の直径は、２５０デニールあるいは１５００デニールであれ、好ましくは約０．０１５インチ（約０．３８１ミリメートル）を越えない。また、糸２４は関連した緩衝管の終端を開き、内包されたファイバを処理できるよう引き裂き紐として機能するように配されてもよい。

以下の実施例に使われている被覆がされていない２５０デニールの低収縮性のポリエステル糸は、ＦＬ−Ｐ２５０ＬＳ／スウェルコート（Ｓｗｅｌｌｃｏａｔ(登録商標)）−３の型名でペンシルベニア、ハットフィールドのファイバ−ライン社（Ｆｉｂｅｒ−Ｌｉｎｅ Ｉｎｃ．）から販売されている適切な吸水性被覆をすることで利用可能である。定義により、“ｘ”デニールの糸は長さ９，０００ｍあたりの重量が“ｘ”グラムである。

図４は管の中に光ファイバ１８と１本の糸２４を含む図１、あるいは図３のケーブルの緩衝管のひとつの開放端を示す。技術的に知られているように、ファイバ１８の余長（余分なファイバ長、ＥＦＬ）部はケーブルの取り扱い中あるいは施工中に、張力が管壁に伝えられた時にファイバが折れたり破断したりしないように、緩衝管通路の中に納められる。ファイバを内包する緩衝管は、通常、反転振動撚り（ＲＯＬ）型に中心の棒材１４にらせん状に巻きつけられる。つまり、管は所定のピッチで部材１４の周りに巻きつけられ、かつ巻き方向（時計回り（ＣＷ）、あるいは反時計回り（ＣＣＷ））は棒材の長さ方向に沿って所定の間隔で反転させられる。図４に示すファイバの余長がないと、ファイバ１８は管が棒材１４に巻きつけられたとき緩衝管内で過剰に応力がかかることもある。
以下に好ましい実施例を示す。

試験は、図３に示す２層管構成で作られた乾式ルースチューブケーブルの試料３つについて行われた。図５の表によって、それぞれの試料ケーブルに含まれる８つの管すべてについて２つの層のそれぞれにある４つの試験用緩衝管を識別できる。充填棒は、第１の層の２本の管の部分および第２の層の８本の管の部分に使われた。各層の試験用緩衝管は色、つまり、ＢＬ（青）、ＯＲ（橙）、ＧＲ（緑）、およびＢＲ（茶）によって識別される。各層の管ＢＬ、およびＯＲのそれぞれには上に述べたように吸水性材料で被覆された１５００デニールの糸１本を内包した。管ＧＲ、およびＢＲのそれぞれは２５０デニールの糸１本を内包し、その糸は上に述べた吸水性材料で被覆された。被覆された糸に加えて、それぞれの管には１２本の光ファイバを内包した。管の寸法は内径１．７ｍｍ、外径２．５ｍｍであった。

試料ケーブルの特性は、（ａ）２４時間、水深１ｍでの浸水、（ｂ）ファイバの減衰の変化、（ｃ）６００ポンドのケーブル張力に応じたファイバ歪、に対するテルコディア標準規格を用いて評価された。しかし、試験室の温度は、テルコディア標準によって規定された−４０℃ではなく、−６０℃まで繰り返し下げられた。

図６は３つの試料ケーブルに対する２４時間浸水試験の結果を示す。それぞれの試料の数値はそれぞれの層の対応する緩衝管を通って浸水した長さの測定値をｃｍで表している。図６からわかるように、それぞれの層の緩衝管ＢＬとＯＲ、つまり被覆した１５００デニールの糸を内包する管、は、試験した試料ケーブルの長手方向に沿った半分の距離（５０ｃｍ）より短い場所で完全に水の通過を遮断していた。試料ケーブル３の第１（内）層の緩衝管ＯＲの最大浸水長さが４９．５３ｃｍであることに注目のこと。

緩衝管ＧＲ、およびＢＲは被覆した２５０デニールの糸を内包していて、いくつかの場合に管の全長（１００ｃｍ）にわたって水の浸入を示した。いずれの場合にも、２４時間の試験の後、試験した試料ケーブルのいずれの下端でも水の滴りは見られなかったので適用されるテルコディア標準をパスしている。

図７は上に述べた試料ケーブルと同じ緩衝管構成の長さ１ｋｍの試料ケーブルについて実施された温度サイクル試験の結果を示す。ケーブルは温度２３℃の試験槽の中に置かれ、使用されている緩衝管内の１２本のファイバそれぞれに対して伝送損失（ｄＢ）が基準値として測定された。それから試験槽の温度が−４０℃に下げられ、再びそれぞれのファイバの伝送損失が測定された。それぞれの緩衝管の中の１２本のファイバについて伝送損失の平均変化（平均ΔｄＢ）、および伝送損失の最大変化(最大ΔｄＢ)が計算され、図７の表の第１の温度列に示されている。

さらに、試験槽の温度＋７０、−４０、＋７０、および−６０℃で平均ΔｄＢ、および最大ΔｄＢが計算された。図７の表の対応する列を参照のこと。テルコディア標準は平均ΔｄＢに対して０．０５より大きくないこと、最大ΔｄＢに対してそれぞれの管のファイバの１０％が０．１５であることを規定している。図７はすべてのファイバについて最大ΔｄＢが０．１５より小さく、平均ΔｄＢがほぼすべての場合に０．０５より小さいことを示している。

図８は試料ケーブルの第１層（内側）の緩衝管それぞれの中で選択した光ファイバ（Ｂｌ）の引張り性能を示している。図９は試料ケーブルの第２層（外側）の緩衝管それぞれの中で選択した光ファイバ（Ｂｌ）の引張り性能を示すグラフである。テルコディア標準は個々のファイバの歪を施工時の推奨負荷（試験中のケーブルについては６００ポンド）における許容歪の６０％より大きくならないよう制限している。図８、９にプロットされた結果は、本発明の乾式ルースチューブケーブル構成がファイバの歪の点で標準に適合することを示している。

これまで述べたことは単に実施が可能な本発明の好ましい実施例の数例を示すが、本発明の精神と範囲から逸脱することなく種々の改良、変更が行われ得るものであり、またそのような改良、変更は以下に添付する請求の範囲内に含まれるものであることを当業者は理解するべきである。

ルースチューブ光ファイバケーブルの一端の透視図。 中心部棒材の周囲に配された複数の緩衝管を示す図１のケーブルの拡大断面図。 中心部棒材の周囲に同心の２層の緩衝管を持つルースチューブ光ファイバケーブルの断面図。 緩衝管の内部に複数の光ファイバと吸水材を被覆した糸を通した緩衝管の一端を示す透視図。 おのおのの管に吸水材を被覆した糸が入っている図３のケーブルの緩衝管の１つについて示した表。 本発明により製造した光ファイバケーブル３本の試料について浸水試験を行った結果を示す表。 本発明によるケーブルの試料を＋７０℃から−６０℃の範囲で温度サイクル試験を行ったときのファイバ減衰の測定値を示す表 図３に示すケーブルの内側の層の緩衝管内のファイバの引張り特性を示すグラフ。 図３に示すケーブルの外側の層の緩衝管内のファイバの引張り特性を示すグラフ。

符号の説明

１０ 光ファイバケーブル
１２ 外装
１４ 中心部の棒材
１６ 緩衝管
１８ 光ファイバ
２０ 長細片
２２ 引き裂き紐
２４ 糸
１１６ 第１の層の緩衝管
１３０ 第２の層の緩衝管
１１４ 棒材

Claims (11)

1. 低温乾式ルースチューブ光ファイバケーブルであって、
   １または複数の光ファイバを内包する大きさの通路を有する１または複数の緩衝管と、
   前記緩衝管の各々の通路内に配された１条の糸とを含み、
   前記糸は、おおよそ１５００よりも大きくないデニールを有し、１６０μｍ未満の範囲のサイズを有する吸水性材料の粒状体により被覆されていることを特徴とするケーブル。
2. 前記吸水性材料の粒状体の平均サイズがおおよそ６０μｍであることを特徴とする請求項１に記載のケーブル。
3. 前記吸水性材料のおおよそ９８％の粒状体のサイズが１０６μｍを越えず、かつおおよそ２％の粒状体のサイズが１０６から１６０μｍの範囲であることを特徴とする請求項１に記載のケーブル。
4. １本の前記被覆された糸が前記緩衝管の各々の通路の任意の面内に存在することを特徴とする請求項１に記載のケーブル。
5. 前記被覆された糸の直径がおおよそ０．３８１ｍｍよりも大きくないことを特徴とする請求項１に記載のケーブル。
6. 前記緩衝管の内径がおおよそ１．７ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載のケーブル。
7. 低温乾式ルースチューブ光ファイバケーブルであって、
   外装と、
   中心部の棒材と、
   前記外装と前記中心部の棒材との間に配され、１または複数の光ファイバを内包する寸法の通路を有する１または複数の緩衝管と、
   前記緩衝管の各々の通路内に配された一条の糸とを含み、前記糸は、おおよそ１５００よりも大きくないデニールを有し、吸水性材料の粒状体により被覆されており、そして、
   前記吸水性材料の粒状体は、１６０μｍ未満の範囲のサイズを有することを特徴とするケーブル。
8. 前記糸に被覆された前記吸水性材料の粒状体の平均サイズがおおよそ６０μｍであることを特徴とする請求項７に記載のケーブル。
9. １本の前記被覆された糸が前記緩衝管の各々の通路の任意の面内に存在することを特徴とする請求項７に記載のケーブル。
10. 前記被覆された糸の直径がおおよそ０．３８１ｍｍよりも大きくないことを特徴とする請求項７に記載のケーブル。
11. 前記緩衝管の内径がおおよそ１．７ｍｍであることを特徴とする請求項７に記載のケーブル。

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