(57)【要約】【課題】ケーブル外径を大きくすることなく浸水時におけるシースの破損を防止でき、コスト面でも問題がない光ファイバケーブルを提供する。【解決手段】ケーブルコアの外周に吸水テープ層が形成され、その外周にシースが設けられた光ファイバケーブル。シース内部に純水が浸水したときのシース内面の最大応力σが次の式（１）に示す関係を満たす。  σ＝ｐ（Ｄ−ｔ）／２ｔ  ＜  シース材の降伏点強度  ・・・（１）（ただし、Ｄ：シース外径、ｔ：シース厚さ、ｐ：シースの内面側の圧力）【選択図】図１
2011018036.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーブルコアの外周に吸水テープ層が形成され、その外周にシースが設けられた光ファイバケーブルであって、
シース内面側に純水が浸水したときのシース内面の最大応力σが次の式（１）に示す関係を満たすことを特徴とする光ファイバケーブル。
σ＝ｐ（Ｄ−ｔ）／２ｔ  ＜  シース材の降伏点強度  ・・・（１）
（ただし、Ｄ：シースの外径、ｔ：シース厚さ、ｐ：シースの内面側の圧力）
【請求項２】
ケーブルコアの外周に吸水テープ層が形成され、その外周にシースが設けられ、前記シースの内面側に引き裂き紐が設けられた光ファイバケーブルであって、
前記シースの内面には、前記引き裂き紐によって凹部が形成されており、
シース内面側に純水が浸水したときのシース内面の最大応力σ’が次の式（２）、（３）に示す関係を満たすことを特徴とする光ファイバケーブル。
σ’＝Ｋ・ｐ（Ｄ−ｔ）／２ｔ  ＜  シース材の降伏点強度  ・・・（２）
Ｋ≒５０×ｄ／ｔ  ・・・（３）
（ただし、Ｄ：シースの外径、ｔ：シース厚さ、ｐ：シースの内面側の圧力、ｄ：前記凹部の深さ）
【請求項３】
前記引き裂き紐は、撚りが入っていない繊維からなることを特徴とする請求項２に記載の光ファイバケーブル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバケーブル、特に、耐久性に優れた光ファイバケーブルに関する。
【背景技術】
【０００２】
防水性を高めた光ファイバケーブルの一例を、図１を利用して説明する。
ここに示す光ファイバケーブル１は、スロットコア２に形成されたスロット溝３に光ファイバテープ心線の集合体４が収容され、スロットコア２の外周に吸水テープ層５が形成され、その外周にシース６が設けられた構成である。
吸水テープ層５を構成する吸水テープとしては、例えば基布に、高吸水性樹脂からなる吸水性パウダーを付着させたものが使用できる。吸水性パウダーは、浸水時に膨潤してケーブル内の空隙を埋め、浸水の拡大を防ぐ機能を有する。
【０００３】
しかしながら、吸水性パウダーの膨潤はケーブル内の圧力を高めるため、内圧上昇によるシース７の破損を防ぐことが必要となる。
シース破損を防止するには、シースの強度を高めることが有効である。
シース強度を高めるにはシースを厚く形成することが考えられるが、シースを厚くすればケーブル外径が大きくなり、コストアップや取り扱い性の問題が生じる。また、近年では細径のケーブルが要望されることも多いため、シースを厚く形成することは問題が多い。
【０００４】
管状体の耐久性向上技術としては、特許文献１〜３に示すものがあるが、これらを光ファイバケーブルに適用するには次のような問題がある。
特許文献１には、耐久性に優れたパイプ材料が提案されているが、この材料はシース材料には不向きである。特許文献２には、高い耐久性を示す管状体用の樹脂材料が挙げられているが、この材料をシースに採用すると、ケーブル外径が大きくなりすぎ、コスト面でも不利となる。特許文献３には、パイプの補強構造が示されているが、これもケーブル外径およびコストの点で問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１０９５２１号公報
【特許文献２】特開平６−３２８５７７号公報
【特許文献３】特公平１−５９４７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、ケーブル外径を大きくすることなく浸水時におけるシースの破損を防止でき、コスト面でも問題がない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】
【０００７】
本発明の請求項１にかかる光ファイバケーブルは、ケーブルコアの外周に吸水テープ層が形成され、その外周にシースが設けられた光ファイバケーブルであって、シース内面側に純水が浸水したときのシース内面の最大応力σが次の式（１）に示す関係を満たす光ファイバケーブルである。
σ＝ｐ（Ｄ−ｔ）／２ｔ  ＜  シース材の降伏点強度  ・・・（１）
（ただし、Ｄ：シースの外径、ｔ：シース厚さ、ｐ：シースの内面側の圧力）
本発明の請求項２にかかる光ファイバケーブルは、ケーブルコアの外周に吸水テープ層が形成され、その外周にシースが設けられ、前記シースの内面側に引き裂き紐が設けられた光ファイバケーブルであって、前記シースの内面には、前記引き裂き紐によって凹部が形成されており、シース内面側に純水が浸水したときのシース内面の最大応力σ’が次の式（２）、（３）に示す関係を満たす光ファイバケーブルである。
σ’＝Ｋ・ｐ（Ｄ−ｔ）／２ｔ  ＜  シース材の降伏点強度  ・・・（２）
Ｋ≒５０×ｄ／ｔ  ・・・（３）
（ただし、Ｄ：シースの外径、ｔ：シース厚さ、ｐ：シースの内面側の圧力、ｄ：前記凹部の深さ）
本発明の請求項３にかかる光ファイバケーブルは、請求項２において、前記引き裂き紐が、撚りが入っていない繊維からなる光ファイバケーブルである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、浸水時におけるシース内面の最大応力とシース材料の強度との関係式に基づいた設計を行うことによって、浸水による圧力上昇に対する十分な強度をシースに与え、浸水時におけるシースの破損を確実に防止できる。
また、上記関係式に基づいて、外径を大きくすることなくシース破損を防止する設計が可能となる。
さらに、上記関係式を基準として、これを満たす範囲でシース材料を選定すればよいため、コストを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の例である光ファイバケーブルを示す断面図である。
【図２】試験装置を示す模式図である。
【図３】光ファイバケーブルの構成を示す模式図である。
【図４】本発明の第２の例である光ファイバケーブルを示す断面図である。
【図５】試験結果を示すグラフである。
【図６】シースの応力分布についてのＦＥＭ（有限要素法）による解析結果を示す図である。
【図７】図６の要部拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１の例である光ファイバケーブル１を示す断面図である。
ここに示す光ファイバケーブル１は、スロットコア２（ケーブルコア）に形成されたスロット溝３に光ファイバテープ心線の集合体４が収容され、スロットコア２の外周に吸水テープ層５が形成され、その外周にシース６が設けられた構成である。
【００１１】
吸水テープ層５を構成する吸水テープとしては、例えばポリエステル等からなる基布に、高吸水性樹脂からなる吸水性パウダーを付着させたものを用いることができる。デンプン系，ポリアクリル酸系などの高吸水性樹脂からなるテープを用いてもよい。高吸水性樹脂からなるパウダーおよびテープは、浸水時に膨潤してケーブル内の空隙を埋め、浸水の拡大を防ぐ機能を有する。
シース６の材料には、ポリエチレン、ポリ塩化ビニルなどの樹脂を使用できる。シース６は、材料の選択や可塑剤等の添加剤によりその物性を設定できる。
【００１２】
管状体の内圧（内面側の圧力）は、内半径、外半径、外径の変位量、および管状体の引張弾性率で表すことができる。
このため、図２に示すように、光ファイバケーブル１を切断して得られた試験体８を水槽９内の水に浸漬したときのシース６の内圧ｐ（シース６の内面側における圧力）は、図３に示すシース６の各寸法および物性（内半径ａ、外半径ｂ、内圧印加時の外半径の変位量ｕ、およびシース６の引張弾性率Ｅ（ＪＩＳ  Ｋ７１６１準拠））に基づいて、式（４）を用いて推定できる。
内圧印加時の変位量は、あらかじめ寸法を測定した試験体８（長さ３０ｃｍ）を、水槽９内の水（温度８０℃）に２０００時間浸漬させた後に測定した試験体８の外径を用いて算出できる。
【００１３】
【数１】
2011018036.tif 000003
【００１４】
なお、一般的な光ファイバケーブルを水に浸漬させることにより高められたシースの内圧は、０．０４〜０．１ＭＰａ程度となる。
【００１５】
本発明者は、肉薄円筒のフープ応力モデルをもとに、シース内部に純水が浸水したときのシース内面の最大応力σ（ＭＰａ）が、式（５）で表すことができることを見出した。
σ＝ｐ（Ｄ−ｔ）／２ｔ  ・・・（５）
（ｐ：内圧、Ｄ：シース外径、ｔ：シース厚さ）
【００１６】
式（５）より、シース内面の最大応力は、内圧が高くなるほど、またシース６が薄いほど大きくなり、これによってシース割れが起きやすくなることがわかる。
このことから、次に示す式（６）を満たすようなシース材料を選択することによって、浸水による圧力上昇に対する十分な強度をシース６に与え、浸水時におけるシース６の破損を確実に防止できることがわかる。
【００１７】
σ＝ｐ（Ｄ−ｔ）／２ｔ  ＜  シース材の降伏点強度  ・・・（６）
（Ｄ：シース外径、ｔ：シース厚さ、ｐ：内圧）
【００１８】
式（６）に基づけば、外径Ｄ（ｍｍ）を大きくすることなくシース６に強度を与え、破損を防止する設計が可能となる。
また、式（６）を基準として、これを満たす範囲でシース材料を選定すればよいため、材料選択の幅が広くなり、コストを抑えることができる。
【００１９】
図４は、本発明の光ファイバケーブルの第２の例を示すもので、引き裂き紐７が設けられていること以外は、図１に示す第１の例と同じ構成である。
引き裂き紐７はシース６の内面側に設けられ、スロットコア２の長手方向に縦添えされている。
シース６の内面には、引き裂き紐７によって、引き裂き紐７の外面形状に即した内面形状を有する凹部である引き裂き紐痕１０が形成されている。
引き裂き紐７は、中間後分岐などの目的でシース６を長手方向に切断することを可能とするものである。引き裂き紐７としては、アラミド繊維、ＰＢＯ繊維などが使用できる。
【００２０】
本発明者の検討の結果、シース６内面に形成された引き裂き紐痕１０がシース割れに大きく影響することがわかった。すなわち、内圧が大きくなると、引き裂き紐痕１０に応力が集中することにより、式（５）に示す応力σの値が小さくてもシース割れが起きることがわかった。
【００２１】
引き裂き紐痕１０における応力集中を考慮に入れると、シース内面の最大応力σ’は、式（７）で表すことができる。
【００２２】
σ’＝Ｋ・ｐ（Ｄ−ｔ）／２ｔ  ・・・（７）
（Ｄ：シース外径、ｔ：シース厚さ、ｐ：内圧、Ｋ：応力集中係数）
【００２３】
すなわち、シース６内面に引き裂き紐痕１０がある場合には、引き裂き紐痕１０に応力集中が生じるため、シース割れが発生しない条件は以下の通りとなる。
σ’＝Ｋ・ｐ（Ｄ−ｔ）／２ｔ  ＜  シース材の降伏点強度  ・・・（８）
【００２４】
本発明者は、ＦＥＭ（有限要素法）によって、シース内面に凹部が形成されている場合の応力集中を評価したところ、上記式（７）における応力集中係数Ｋは、次の式（９）で近似できることを見出した。
【００２５】
Ｋ≒５０×ｄ／ｔ  ・・・（９）
（ｄ：引き裂き紐痕の深さ、ｔ：シース厚さ）
【００２６】
従って、上記式（８）、（９）を満たすようなシース材料を選択することによって、引き裂き紐痕１０がある場合においても、浸水による圧力上昇に対する十分な強度をシース６に与え、浸水時におけるシース６の破損を確実に防止できる。
すなわち、式（８）、（９）に基づけば、外径Ｄを大きくすることなくシース６に強度を与え、破損を防止する設計が可能となる。
また、式（８）、（９）を基準として、これを満たす範囲でシース材料を選定すればよいため、材料選択の幅が広くなり、コストを抑えることができる。
【００２７】
図６および図７は、引き裂き紐痕１０を有するシース６に内面６ａ側から圧力（フープ応力）を加えるモデルにおいて、シース６の応力分布についてのＦＥＭ（有限要素法）による解析結果を示す図である。図６は、引き裂き紐痕１０を含むシース６断面の４分割部分の図であり、図７は、図６の要部を拡大した図である。
図６および図７においては、内圧印加時に生じた応力が大きいほど濃く、応力が小さいほど薄く表示されている。
【００２８】
引き裂き紐７に撚り入り繊維を用いると、ほつれを生じさせずにシース６の引き裂きを行うことができるが、引き裂き紐７の形状が崩れないため、シース６内面に形成される引き裂き紐痕１０が深く形成される。
一方、撚りのない繊維からなる引き裂き紐７は、シース６形成時に厚さが小さくなる（扁平化する）ため、引き裂き紐痕１０は浅く形成される。
例えば、一般に使用されるアラミド繊維からなる撚り入り繊維で形成した引き裂き紐７を使用した場合には、引き裂き紐痕１０は深さ０．２ｍｍ程度の断面半円状の凹部となるのに対し、ＰＢＯ繊維からなる撚りのない繊維で形成した引き裂き紐７を用いた場合には、引き裂き紐痕１０は深さ０．１ｍｍ程度の断面円弧状の凹部となる。
【００２９】
このため、撚りのない繊維からなる引き裂き紐７を用いることによって、引き裂き紐痕を浅くし、応力集中係数Ｋを小さくできることから（式（９）参照）、シース割れの危険を低減できることがわかる。
なお、撚りが入っていない引き裂き紐７を用いる場合には、シース６を引き裂く際のほつれによって引き裂き紐７の強度が低下することが懸念されるが、強度の高い繊維を用いることによって、引き裂き紐としての機能を確保することができる。
【実施例】
【００３０】
（実施例１）
図４に示す構造の光ファイバケーブル１（スロットコア２の外径１９ｍｍ）を用いて次の検証試験を行った。
表１に示すように、吸水テープとしては、純水に浸漬させたときの上記内圧ｐが約０．０８ＭＰａとなる吸水テープＡと、純水に浸漬させたときの上記内圧ｐが約０．０４ＭＰａとなる吸水テープＢのうちいずれかを使用した。なお、吸水テープＡ、Ｂは、いずれも海水における水走り試験で走水長４０ｍ以下となるものである。
【００３１】
引き裂き紐７としては、アラミド繊維からなる撚り入りの引き裂き紐Ａと、引き裂き紐Ａより高強度のＰＢＯ繊維からなる、撚りが入っていない引き裂き紐Ｂのうちいずれかを使用した。
引き裂き紐Ａを用いた場合には引き裂き紐痕１０の深さｄは０．２ｍｍとなった。引き裂き紐Ｂを用いた場合は引き裂き紐痕１０の深さｄは０．１ｍｍとなった。
シース６には、引張降伏強度（８０℃）（降伏点強度：ＪＩＳ  Ｋ  ７１１３準拠）が異なる４種類の樹脂Ａ〜Ｄのうちいずれかを使用した。シース６の厚さｔは、光ファイバケーブルとして十分な機械的強度を得ることを指標として、１．２ｍｍ、１．７ｍｍ、２．０ｍｍのうちいずれかとした。
【００３２】
図２に示すように、光ファイバケーブル１を切断して得られた試験体８（長さ３０ｃｍ）を温度８０℃の純水に浸漬した。浸漬時間は２０００時間とし、シース割れの有無を調べた。結果を表１および図５に示す。
表１では、シース割れが発生しなかった場合を○とし、発生した場合を×とした。Ｋは式（９）（Ｋ＝５０×ｄ／ｔ）に基づいて算出した。σ’は式（７）に基づいて算出した。
図５におけるＬ１は「σ’＝シース材の降伏点強度」を示すラインである。
【００３３】
【表１】
2011018036.tif 000004
【００３４】
表１および図５より、シース内面の最大応力σ’が上記式（８）、（９）に示す関係を満たす場合、すなわち「σ’＜シース材の降伏点強度」であるときにはシース割れが起こらず、この関係が満たされない場合にはシース割れが起きたことがわかる。
【００３５】
（実施例２）
図１に示すように、引き裂き紐７がないこと以外は実施例１と同様の構成の光ファイバケーブル１を用いて、実施例１と同様の検証試験を行った結果を表２に示す。
シース６には、引張降伏強度（８０℃）（降伏点強度：ＪＩＳ  Ｋ  ７１１３準拠）が異なる７種類の樹脂Ａ〜Ｇのうちいずれかを使用した。シース６の厚さｔは、光ファイバケーブルとして十分な機械的強度を得ることを指標として、０．５〜２．０ｍｍの範囲で選択した。σは式（５）に基づいて算出した。
【００３６】
【表２】
2011018036.tif 000005
【００３７】
表２より、シース内面の最大応力σが上記式（６）に示す関係を満たす場合、すなわち「σ＜シース材の降伏点強度」であるときにはシース割れが起こらず、この関係が満たされない場合にはシース割れが起きたことがわかる。
【符号の説明】
【００３８】
１  光ファイバケーブル
２  スロットコア（ケーブルコア）
５  吸水テープ層
６  シース
７  引き裂き紐
１０  引き裂き紐痕（凹部）
【図１】
2011018036.tif 000006
【図２】
2011018036.tif 000007
【図３】
2011018036.tif 000008
【図４】
2011018036.tif 000009
【図５】
2011018036.tif 000010
【図６】
2011018036.tif 000011
【図７】
2011018036.tif 000012