(57)【要約】【課題】カールコード全長で２ｄＢ以下の低損失化を実現することができる光ファイバカールコードを提供する。【解決手段】ホーリー光ファイバ１０など曲げ特性に優れた、ガラスクラッド外径が約１２５μｍの石英系シングルモード光ファイバを単心あるいは複数心の内蔵した光ファイバコード２０を、コード中心での巻き直径８ｍｍ〜２５ｍｍで螺旋状に成形したものである。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
曲げ特性に優れた石英系シングルモード光ファイバを単心あるいは複数心内蔵した光ファイバコードを、コード中心での巻き直径８ｍｍ〜２５ｍｍで螺旋状に成形したことを特徴とする光ファイバカールコード。
【請求項２】
曲げ特性に優れた、ガラスクラッド外径が１２５μｍ未満の石英系シングルモード光ファイバを単心あるいは複数心内蔵した光ファイバコードを、コード中心での巻き直径の下限が以下の範囲内であり、
（コード中心での巻き直径）／（クラッド外径）≧６４
上限が２５ｍｍ以下であることを特徴とする光ファイバカールコード。
【請求項３】
光ファイバコードに内蔵する光ファイバが、コアの周囲に複数の空孔を有するホーリー光ファイバである請求項１又は２記載の光ファイバカールコード。
【請求項４】
光ファイバコードの外皮層の材料に予め難燃剤が混合されていることを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の光ファイバカールコード。
【請求項５】
ホーリー光ファイバ等の石英系シングルモード光ファイバの外周に繊維層入り外皮層で被覆して光ファイバコードを形成し、このファイバコードを丸棒に螺旋状に巻き付けた後、その両端を固定し、これを熱処理或いは架橋処理して螺旋状に成形した請求項１〜４いずれかに記載の光ファイバカールコード。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、石英系シングルモード光ファイバによる光ファイバコードを螺旋状に成形した光ファイバカールコードに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
メタル心線によるカールコードは伸縮性があり、収縮時の収納性に優れることから、旧来型の電話器（受話器が有線で本体と連結されているもの）のコードを始めとして広く使用されている。
【０００３】
光ファイバによるカールコードも、以前から実施されている。
【０００４】
非特許文献１，２、特許文献１に見られるように、従来は、光ファイバとして石英系あるいはプラスチック系の短波長帯用マルチモードファイバを用いるのが主流であった。
【０００５】
カールコードの製造方法は、巻き芯に光ファイバコードを巻き付けた状態で高温加熱して、加熱変形によりカール形状を保持するものである。石英系光ファイバにおいては、ファイバ被覆およびコード被覆に加熱変形を与え、プラスチックファイバにおいてはファイバ自身も含めて変形を与えることにより、カール形状を保持している。
【０００６】
コード心線をメタルから光ファイバに置き換えるにあたり問題となるのが、光ファイバを曲げたり、捩った場合に発生する光伝送損失の増加である。すなわち、曲げ直径（カール径）が小さく、あるいは捩り量が大きくなると伝送損失が大きくなる。カールコードの場合、伸ばされるとコードの曲率半径は小さくなるが、捩り量が大きくなる。
【０００７】
特許文献２では、これらの状況を鑑みて、伸縮時に生ずる光ファイバの捩れの変化による伝送損失の変化を、曲げ径の変化による伝送損失の変化によって打ち消すように、製造時、光ファイバコードに予め捻りを付与しながらを巻き芯に巻き付けることが示されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１０−３０１９号公報
【特許文献２】
特公平６−３４９１号公報
【非特許文献１】
昭和６０年度電子情報通信学会総合全国大会，２１１６、「光カールコードの開発」、太宰他、ｐ．９−１０６
【非特許文献２】
昭和６０年度電子情報通信学会総合全国大会，２１１７、「光カールコードの試作検討」、小林他、ｐ．９−１０７
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、小さいカール径（直径２５ｍｍ未満）で、波長１．３〜１．５５μｍ帯での伝送損失低減は困難である。
【００１０】
例えば、シングルモード光ファイバ（ＳＭＦ）を内蔵した外被直径２ｍｍの光ファイバコードを用いて、カール直径２５ｍｍ、長さ２５ｃｍの光ファイバカールコードを製作する場合、必要なコード長は約１０ｍである。
【００１１】
光ファイバの曲げ損失特性は、コアの比屈折率差、コア径、屈折率分布の形状によって異なる。
【００１２】
数種類のＳＭＦの曲げ特性の実測値を図５に示す。
【００１３】
図５は、横軸を曲げ直径（ｍｍ）とし、縦軸を曲げ損失（ｄＢ／ｍ、＠１．５５μｍ）とし、ＳＭＦを、直径１５、２０、２５、３０ｍｍのマンドレルに１ｍ巻き付けた際に発生した１．５５μｍ帯での損失を示したものである。
【００１４】
この図５のＳＭＦ曲げ特性において、曲げ損失が最低のＳＭＦ（ひし形印）でも、直径２５ｍｍ曲げにおいて、１ｍあたり０．３５ｄＢの損失が発生している。
【００１５】
従って、１０ｍのカールコードでは約３．５ｄＢの損失が発生することになり、光ファイバコードの実用上の伝送損失を１〜２ｄＢとすると、それを超えてしまう。
【００１６】
この図５のＳＭＦの曲げ特性の実測値より、通常のＳＭＦを用いた光ファイバカールコードでは、カール直径２５ｍｍ未満で低損失化を実現することが極めて困難であった。
【００１７】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、カールコード全長で２ｄＢ以下の低損失化を実現することができる光ファイバカールコードを提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、曲げ特性に優れた石英系シングルモード光ファイバを単心あるいは複数心内蔵した光ファイバコードを、コード中心での巻き直径８ｍｍ〜２５ｍｍで螺旋状に成形した光ファイバカールコードである。
【００１９】
請求項２の発明は、曲げ特性に優れた、ガラスクラッド外径が１２５μｍ未満の石英系シングルモード光ファイバを単心あるいは複数心内蔵した光ファイバコードを、コード中心での巻き直径の下限が以下の範囲内であり、
（コード中心での巻き直径）／（クラッド外径）≧６４
上限が２５ｍｍ以下である光ファイバカールコードである。
【００２０】
請求項３の発明は、光ファイバコードに内蔵する光ファイバが、コアの周囲に複数の空孔を有するホーリー光ファイバである請求項１又は２記載の光ファイバカールコードである。
【００２１】
請求項４の発明は、光ファイバコードの外被層の材料に予め難燃剤が混合されていることを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の光ファイバカールコードである。
【００２２】
請求項５の発明は、ホーリー光ファイバ等の石英系シングルモード光ファイバの外周に繊維層入り外皮層で被覆して光ファイバコードを形成し、このファイバコードを丸棒に螺旋状に巻き付けた後、その両端を固定し、これを熱処理或いは架橋処理して螺旋状に成形した請求項１〜４いずれかに記載の光ファイバカールコードである。
【００２３】
本発明は、ホーリー光ファイバ等のように、光ファイバカールコード用として曲げ特性に優れた（曲げによる伝送損失増加が少ない）光ファイバを適用したことにあり、それによって従来のＳＭＦでは成し得なかった小カール径で低損失な光ファイバカールコードを実現可能となる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２５】
先ず、光ファイバカールコード用として曲げ特性に優れた石英系シングルモード光ファイバの一例として、ホーリー光ファイバ（ＨＦ）を用いたカールコードのＨＦの構造を図１により説明する。
【００２６】
図１は６穴タイプの断面構造である。
【００２７】
図１において、ホーリー光ファイバ１０のクラッド１１の外径は、１２５μｍ、中心のコア１２は通常のＳＭＦ同様にゲルマニュームが添加されており、コア外径約９μｍ、周囲の純粋石英クラッドに対する比屈折率差は０．３５％である。
【００２８】
コア１２の周囲には内径８μｍの空孔１３が円周方向に関して６個等間隔に光ファイバ全長にわたって形成されている。なお、空孔１３の数は６個に限らず、例えば４個、あるいは６個以上でもよい。
【００２９】
本ファイバの特長は、コア１０の周囲の空孔１３の屈折率が約１であり、実効的な比屈折率差が通常のＳＭＦよりはるかに大きいことから、コア１０への光の閉じ込め効果が高いため、曲げ特性は格段に向上する。
【００３０】
ＨＦの曲げ特性をＳＭＦと比較して図５に示した。
【００３１】
図５に示すように、ＨＦの曲げ特性は、曲げ直径２５ｍｍで、ほとんど損失増加はなく、曲げ直径２０ｍｍで、０．００３ｄＢ／ｍ、曲げ直径１５ｍｍで、０．０２ｄＢ／ｍであり、通常のＳＭＦ光ファイバより格段に損失増加が無いのが分かった。
【００３２】
次に、このＨＦを用いた光ファイバコードの断面構造を図２に示す。
【００３３】
ＵＶ被覆層１４を施したホーリー光ファイバ１０（外径０．２５ｍｍ）に、外径０．９ｍｍとなるようにナイロン被覆層１５を施した。さらにナイロン心線を合計約４０００デニルのケブラー繊維等の繊維層１６で囲繞して外径１．５ｍｍとし、さらに、難燃剤入りハイトレル（東レデュポン社製）の外皮層１６を被覆して、外径２ｍｍの光ファイバコード１７を作製した。
【００３４】
光ファイバコード１７は宅内で使用されることを前提として、外皮層１６に無機リン系の難燃剤を重量比で約２５％配合した。この結果ＪＩＳ  Ｃ３００５に準拠した６０°傾斜難燃試験をクリアした。
【００３５】
長さ１０ｍの光ファイバコード１７を、直径１０ｍｍ、長さ６００ｍｍのステンレス製丸棒に、螺旋状に巻き付けた後、両端末部を固定し、さらにこれを、１００℃のオーブンに３０分間投入して、熱処理を行い、光ファイバコード１７のパーマネント加工を施した。
【００３６】
その後、丸棒から光ファイバコード１７を取り外して図４に示すような光ファイバカールコード２０を得た。
【００３７】
この光ファイバカールコード２０は、コード外径ｄは２ｍｍであり、丸棒に巻き付け時の外径は１４ｍｍであるが、丸棒から取り外した後の外径は１８ｍｍに拡大した。なお、光ファイバカールコード２０のコード中心での巻き直径Ｄは、光ファイバコード１７の一方の断面中心から他方の断面中心までの距離、即ち、光ファイバカールコード２０の外径から光ファイバコード１７の外径を差し引いた値であり、本実施形態における光ファイバカールコード２０のコード中心での巻き直径Ｄは１８ｍｍ−２ｍｍ＝１６ｍｍである。
【００３８】
この図４の状態でのカールコード２０の波長１．５５μｍの伝送損失をカットバック法によって測定したところ、測定誤差も含め０．０１ｄＢ以下であった。
また、図４には示していないが、実用に際しては、両端に各種コネクタ（図示せず）を取り付けるようにする。
【００３９】
次に、光ファイバカールコードの最適なコード中心での巻き直径について詳しく説明する。
【００４０】
コード中心での巻き直径の上限を２５ｍｍ以下とする根拠は、通常のＳＭＦを約１０ｍ用いた光ファイバカールコードでは、コード中心での巻き直径２５ｍｍ未満で２ｄＢ未満の低損失化を実現することが不可能であり、従来の通常のＳＭＦ光ファイバでは得られなかったコード中心での巻き直径であることから、上限値とした。
【００４１】
コード中心での巻き直径の下限を８ｍｍ以上、あるいは（コード中心での巻き直径）／（クラッド径）≧６４とする根拠は、光ファイバの寿命からである。
【００４２】
石英系光ファイバは、ガラス表面の引張応力による静疲労によって、強度が劣化し破断に至る。その破断に至るまでの時間すなわちファイバ寿命は以下の推定式により表される（出典  満永他：“スクリーニング試験による光ファイバ強度試験法“  電子情報通信学会論文誌、Ｊ６６−Ｂ、Ｎｏ．７）。
【００４３】
【数１】
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【００４４】
数１は、光ファイバに引張りが付与された場合、すなわち断面に均等な引張応力が作用した場合の寿命推定式である。
【００４５】
一方、カールコード中の光ファイバは曲げ応力を受けて、特にカール外面では引張応力を受けることになる。
【００４６】
この状態を捩りのない単純曲げと仮定すると、最外面の最大引張応力が全断面に分布した単純引張り時に比べεｒが約２０％低減することが示されている（出典  立蔵他：“任意応力条件における光ファイバ信頼性推定法“  電子情報通信学会論文誌Ｃ、Ｊ７１−Ｃ、Ｎｏ．２）。
【００４７】
以上の条件でクラッド外径１２５μｍのファイバを用いた１０ｍの光ファイバカールコードの寿命を推定した。
【００４８】
光ファイバは２％プルーフ歪み（εｐ）とし、コード中心での巻き直径６〜１２ｍｍで保持した際の破断確率０．１％のカールファイバの寿命特性を図４に示す。
【００４９】
図４は、光ファイバが破断に至る時間（秒）に対する曲げ直径の関係を示したものである。
【００５０】
図４の寿命特性曲線ａによれば、カールコードの目標寿命を１０年とした時、コード中心での巻き直径８ｍｍでの寿命は、１０．７年であり、目標寿命を上回ることができる。
【００５１】
従って、コード中心での巻き直径の下限をクラッド外径１２５μｍの光ファイバを用いた場合８ｍｍとした。ここで、クラッドの曲率の限界を求めると、
（コード中心での巻き直径）／（クラッド外径）＝８（ｍｍ）／０．１２５（ｍｍ）＝６４  となる。
【００５２】
従って、クラッド径φ１２５μｍ未満のファイバでは等価の
（コード中心の巻き直径）／（クラッド外径）≧６４  とした。
【００５３】
本発明はＨＦ心線を用いた光ファイバコードに限定されるものではなく、たとえば比屈折率差を通常のＳＭＦより大きく、またコア径を小さくして曲げ特性を向上させた特殊なＳＭＦ心線を用いた光ファイバコードも適用できる。
【００５４】
光ファイバ心線の被覆構造に関しても、ＵＶ＋ナイロン被覆に限定されるものではなく、ＵＶ単体での被覆あるいはシリコーン被覆でも差し支えない。
【００５５】
また、クラッド径φ１２５μｍ以外にも、クラッド径φ１２５μｍ未満のファイバにも適用でき、特にカール径を小さくしたい場合は長寿命化に有利である。
【００５６】
また、コードを螺旋状に成形する方法は、上記した熱処理による方法の他に、ポリエチレン系の被覆材については電子線架橋やシラン架橋、ゴム系の被覆材についてはイオウ架橋を適用するなど、被覆材を架橋する方法等で成形することも可能である。
【００５７】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、以下に示すごとく優れた効果を発揮するものである。
（１）  コード中心での巻き直径２５ｍｍ以下の小径かつ低損失な石英系シングルモード光ファイバによるカールコードが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光ファイバカールコードに用いるクラッド外径１２５μｍの６穴タイプＨＦの詳細構造を示す図である。
【図２】本発明の光ファイバコードの一実施の形態を示す断面図である。
【図３】本発明の光ファイバカールコードの一実施の形態を示す外観図である。
【図４】本発明において、光ファイバ破断時間と曲げ直径の関係を示す図である。
【図５】通常ＳＭＦおよび６穴タイプＨＦの曲げ特性を示す図である。
【符号の説明】
１０  ホーリー光ファイバ
１１  クラッド
１２  コア
１３  空孔
２０  光ファイバカールコード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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