(57)【要約】  屋内設置のための新たなケーブル設計が記述され、そのケーブルはアクリル樹脂の２層光ファイバーバッファ収容体を備える。バッファ収容体は、ファイバーを保護し、ファイバーへの応力移転を最小化するアクリル樹脂柔軟内層と、圧潰抵抗力を与える硬質の強化アクリル樹脂外層とを有する。２層光ファイバーバッファ収容体は補強糸を巻き付けられ、外側保護ジャケット内に収容される。保護ジャケットは相対的に厚く、硬質であり、０．７ｍｍ〜３．０ｍｍの厚さを有し、２４０ＭＰａより高い弾性率を有する。【選択図】図１
2016509266.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバーケーブルであって、
（ａ）少なくとも１つの光ファイバーバッファ収容体であって、該収容体は、
ｉ．ポリマーマトリックス内に収容される少なくとも２つの５０ミクロンマルチモード光ファイバーであって、前記ポリマーマトリックスは０．５ＭＰａ〜１０ＭＰａの範囲内の弾性率を有するＵＶ硬化性アクリル樹脂を含む、少なくとも２つの５０ミクロンマルチモード光ファイバーと、
ｉｉ．ＵＶ硬化性アクリル樹脂ポリマー収容体であって、２００ＭＰａ〜１０００ＭＰａの範囲内の弾性率で前記ポリマーマトリックスを収容し、該アクリル樹脂ポリマー収容体及び前記ポリマーマトリックスは円形の断面と、
を有する、少なくとも１つの光ファイバーバッファ収容体と、
（ｂ）前記光ファイバーバッファ収容体を包囲する糸ラップ強度層と、
（ｃ）前記糸ラップ強度層を包囲するケーブルジャケットであって、該ケーブルジャケットは、
ｉ．円形の断面、
ｉｉ．０．７ｍｍ〜３．０ｍｍの厚さ、
ｉｉｉ．２４０ＭＰａより大きい弾性率、
を有するポリマー材料から実質的になる、ケーブルジャケットと、
（ｄ）１つ又は複数の業界防火標準規格を満たすのに十分な難燃剤と、
を備える、光ファイバーケーブル。
【請求項２】
前記光ファイバーケーブルは２つ以上の収容体を備える、請求項１に記載の光ファイバーケーブル。
【請求項３】
前記光ファイバーケーブルは２〜１２の収容体を備える、請求項２に記載の光ファイバーケーブル。
【請求項４】
前記ポリマー収容体のガラス転移温度は４０℃より高い、請求項２に記載の光ファイバーケーブル。
【請求項５】
前記糸ラップはポリアラミド糸である、請求項２に記載の光ファイバーケーブル。
【請求項６】
前記ケーブルジャケットの前記弾性率は３００ＭＰａ〜５００ＭＰａの範囲内にある、請求項２に記載の光ファイバーケーブル。
【請求項７】
前記厚さは１．０ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲内にある、請求項２に記載の光ファイバーケーブル。
【請求項８】
制約（ｄ）の前記標準規格は、全国防火協会ＮＦＰＡ２６２−２０１１標準規格である、請求項２に記載の光ファイバーケーブル。
【請求項９】
制約（ｄ）の前記標準規格は、ＮＦＰＡ２６２−２０１１、ＩＥＣ６０３３２−３−２４、ＩＥＣ６１０３４−２、ＥＮ５０３９９のクラスＤ、クラスＣ及びクラスＢ２から実質的になる群から選択される、請求項２に記載の光ファイバーケーブル。
【請求項１０】
前記光ファイバーケーブルは、無ハロゲンケーブルである、請求項２に記載の光ファイバーケーブル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はマルチモード光ファイバーケーブルに関する。
【背景技術】
【０００２】
（この背景技術の部分は従来技術を構成する場合もあるし、構成しない場合もある）
銅線電気通信ケーブルから光ファイバーケーブルに移行し始めてから、これまでに数十年たった。その移行において、明らかに最も大きな変化は、ガラス光ファイバーがケーブルにかかる応力に対して影響を受けやすいことである。銅の電気的な伝送特性は、機械的な力に対して相対的に影響を受けにくい。対照的に、光ファイバーの光伝送特性は、光ファイバーケーブルにかかる機械的な応力によって著しく影響を及ぼされる。種々のこれらの影響及び種々の原因がある。これにより、光ファイバーケーブル設計は、概念的には簡単であるものの、実用面では非常に複雑になる。
【０００３】
何年にもわたって、６２．５ミクロンのコアサイズ及び１２５ミクロンの全体寸法を有する標準的なマルチモード光ファイバー（ＭＭＦ）が製造されてきた。現在、５０ミクロンマルチモード光ファイバー（５０−ＭＭＦ）が、その拡張された帯域幅、及び従来のマルチモードファイバーが延在する距離より長い可能性がある伝送距離に起因して普及しつつある。２倍の距離にわたって概ね３倍の帯域幅を提供するので、５０−ＭＭＦファイバーは、建物内接続を含む、新たな構内の適用形態のために推奨される。
【０００４】
しかしながら、シングルモードファイバー及び６２．５ＭＭＦに比べて、５０−ＭＭＦは、機械的な応力によって引き起こされるファイバーマイクロベンディング及びマクロベンディングから生じる信号減衰に対してはるかに影響を受けやすい。結果として、最近の研究によれば、５０−ＭＭＦ光ファイバーケーブルの中には、標準化された機械的な認定試験において著しい信号減衰を示す可能性があるものもあり、その一方で、旧式のＳＭＦケーブルはそれらの試験において最小の信号減衰を示すことがわかっている。
【０００５】
この問題は、ファイバーの充填密度を高めながら光ファイバーケーブルを小型化するというエンドユーザーの需要によって更に悪化する。これまで、５０−ＭＭＦを用いる屋内配線ケーブルは、個々のファイバーに機械的な保護を与えるために、個々のファイバーにわたるタイトバッファコーティングを利用する。一般的なタイトバッファの直径は、９００ミクロン及び６００ミクロンを含む。タイトバッファ型ファイバーを利用する配線又は幹線ケーブルは、大きく、嵩張る傾向があり、エンドユーザーに課題を突き付ける。第一に、機器上、又は棚若しくはトレイ内の接続点又は相互接続点にこれらの太いケーブルを直接引くのは、エンドユーザーにとって多くの場合に困難である。エンドユーザーは多くの場合に、太いバッファ型ファイバー配線ケーブルから、より細い可撓性の相互接続ケーブルに移行しなければならない。しかしながら、これは、設置のコストを上昇させ、設置を複雑にする。第二に、大きなデータセンター又はストレージエリアネットワークでは、機器を相互接続するのに、多くの場合に、数多くの配線ケーブルが必要とされる。太い配線ケーブルを使用することは、天井又は床下のケーブルトレイ内の限られた空間を埋め尽くし、冷却用空気の流れを制限する可能性がある。相互接続点まで直接引くことができる、５０−ＭＭＦを用いるコンパクトで、高密度の配線ケーブルに対するエンドユーザーの需要がある。
【発明の概要】
【０００６】
これらの問題に対処するために、本発明者らは屋内設置用の新たな５０−ＭＭＦケーブル設計を提案する。そのケーブルは、熱硬化性アクリル樹脂内に複数の５０−ＭＭＦファイバーを収容し、組み合わせられるときに、国際的な業界標準規格を満たすために必要とされる伝送性能を回復する機械的特性を有する他の層と組み合わせられる２層光ファイバーバッファ収容体を備える。バッファ収容体は、ファイバーを保護し、ファイバーへの応力転移を最小化する柔軟アクリル内層と、堅牢性及び圧潰抵抗力を提供する硬質の強化アクリル外層とを備える。２層光ファイバーバッファ収容体は補強層を巻き付けられ、外側保護ジャケット内に収容される。防火に関する業界要件を満たすために、ケーブルに難燃剤が追加される。これらも、上記で説明された機械的な相互作用に影響を及ぼす。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】２層光ファイバーバッファ収容体、アラミド糸層及び外側ジャケットを示す、本発明のケーブル設計の概略図である。
【図２】複数の２層光ファイバーバッファ収容体が互いにケーブル接続される（cabled together）、より太いファイバーカウントケーブルの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
上記で言及されたように、光ファイバーケーブル設計は、概念的には簡単であるものの、実用面では非常に複雑になる。複雑になる主な理由は、光ファイバーケーブルの外側境界に加えられる機械的な力と、ケーブル内に深く埋め込まれている場合があるガラス光ファイバーとの間に介在する数多くの要因である。発生元からケーブルを通して光ファイバーに移転される力を追跡する際に、数多くの材料境界が横断される。例えば、米国特許第７，７２０，３３８号において記述され、特許請求される光ファイバーケーブル設計、すなわち、ＡｃｃｕＰａｃｋ（商標）としてOFS Fitel, LLCによって提供される非常に成功を収めた市販のシングルモードファイバー製品では、力は、それぞれが異なる機械的特性を有する、６つの材料層を画定する７つの境界を横切る。これらの境界のうちの幾つかは予測することができ、既存の確立されたモデルに従うが、多くは予測することができない。任意の１つ又は複数の層の変化の影響は、複雑で、不測の結果を有する場合があることは直観的に理解することができる。結果として、最新の光ファイバーケーブル設計は、コストがかかり、高額の実験的研究と組み合わせて、高性能の機械設計ツールを使用する道をたどる。この背景は、既知の光ファイバーケーブル設計における光ファイバーの寸法に関する一見すると簡単な変更の結果としてなぜ性能が劣化する場合があるか、及びその劣化を解決することがなぜ明白な問題でないかを部分的に説明する。
【０００９】
上記で参照され、説明されたケーブル設計は、光ファイバーがシングルモードであるときに、極めて良好に動作する。しかしながら、５０−ＭＭＦが代わりに用いられるとき、ケーブル性能は劣化する。この劣化の理由が調査され、外側ジャケットの特性が、以前に考えられていたより、ケーブルの機械的特性及び光学的特性に関して大きく影響を及ぼすことがわかった。ケーブル内深くの光ファイバーの伝送特性に影響を及ぼすとして上記で説明された７つの境界及び６つの材料層のうち、ケーブルジャケットが最も遠く離れている。それゆえ、ケーブルジャケットは光ファイバーに及ぼす影響が最小であると予想された。しかしながら、実験的研究は異なることを実証した。
【００１０】
設計が複雑なのは、数多くの設計パラメータのうちのいずれか１つの変更は、ケーブル全体に対する機械的な応力プロファイルを予測するためにモデル化することができるが、結局、これらは最良の推定値にすぎないことを分かっており、必ずしも正確であるとは限らないためである。予測が正確であれば、ケーブル設計のためのアルゴリズムを書くことができ、業界は、市販の製品を特徴付けるものとしてそれらを受け入れるだろう。しかし、業界は、多層ケーブル設計が複雑であること、及び設計変更の結果を正確に予測することはできないことを認識している。これは、業界標準規格に従ってケーブル設計が許容可能であることを製造業者が示すことができる前提として、国際的な業界ケーブル標準規格によって、実験的に測定された性能データが要求されるほどである。
【００１１】
図１を参照すると、本発明の１２本の５０−ＭＭＦファイバーの実施形態が示されており、１２本の５０−ＭＭＦ光ファイバー１１が軟質のアクリルマトリックス１２内に収容され、埋め込まれている。図内の要素は縮尺どおりに描かれていない。軟質のアクリルマトリックスを包囲し、収容するのは、相対的に硬質のアクリル収容層１３である。５０−ＭＭＦ光ファイバー、アクリルマトリックス及びアクリル収容層は、合わせて、円筒状の２層光ファイバーバッファ収容体を構成する。この実施形態では、光ファイバーバッファ収容体は、１２本の５０−ＭＭＦ光ファイバーを含むが、２本〜２４本の光ファイバーを含むことができる。４本〜１２本の５０−ＭＭＦ光ファイバーを備える光ファイバーバッファ収容体が、商用で実用化する際に最も一般的であると予想することができる。
【００１２】
軟質の内側層及び硬質の外側層を備える、光ファイバーバッファ収容体の２層アクリル構成は、曲げ力及び圧潰力が光ファイバーに移転するのを最小化するように機能し、それゆえ、信号減衰を最小化するように機能する。代替的には、光ファイバーバッファ収容体は、長円形の断面を有することができる。
【００１３】
マトリックスと言う用語は、他の物体（光ファイバー）が埋め込まれるマトリックス材料の断面を有する物体を意味することを意図している。収容体は、別の物体又は層を包囲し、かつ接触する層を意味することを意図している。
【００１４】
軟質のアクリルマトリックス及び硬質のアクリル収容体はＵＶ硬化アクリル樹脂であることが好ましい。他のポリマーを代わりに用いることもできる。ＵＶ硬化樹脂は、ケーブルの全体的な耐火性を改善するために難燃剤を含むことができる。アクリル樹脂は透明とすることができるか、又は色分けすることができる。色分け、又は他の適切なマーキングは、ファイバーのタイプ、すなわち５０−ＭＭ及び難燃剤特性を示すことができる。
【００１５】
代替的には、２層光ファイバーバッファ収容体上に難燃剤ポリマー層を押し出し成形することができる。これは、ＮＦＰＡ２６２−２０１１プレナム耐火標準規格を満たすために、特に厳しい適用形態において有用な場合がある。押し出し成形された難燃性コーティングは、ＰＶＣ、低煙ＰＶＣ、ＰＶＤＦ、ＦＥＰ、ＰＴＦＥ、配合フルオロポリマーブレンド、低煙ゼロハロゲンポリオレフィン系樹脂、難燃性熱可塑性エラストマー及び難燃性ナイロンから形成することができる。具体的な例は、Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  ＤＦＤＥ−１６３８−ＮＴ  ＥＸＰ２無ハロゲン樹脂、及び３Ｍ  Ｄｙｎｅｏｎ３１５０８／０００９ＰＶＤＦである。
【００１６】
ＮＦＰＡ２６２−２０１１防火標準規格は、業界全体を通して用いられる厳格な難燃性試験である。全国防火協会から入手することができる。その試験は簡単であり、簡潔にするために詳細はここでは繰り返さない。この標準規格は、本明細書において記述されるケーブル設計全体に当てはまる。業界における他の防火標準規格、例えば、ＩＥＣ６０３３２−３−２４火炎拡散試験及びＩＥＣ６１０３４−２排煙試験も用いられる。一般的には、国際難燃性標準規格は、ＥＮ５０３９９防火試験のクラスＤ、クラスＣ又はクラスＢ２と呼ばれる場合がある。本明細書において説明されるケーブル設計は、適切な難燃性及び／又は煙抑制性によって、これらの標準規格を満たすように設計される。一般的な規定として、これらは防火標準規格と呼ばれる。
【００１７】
幾つかの業界の適用形態では、光ファイバーケーブルが、ハロゲン含有材料を含まないという要件もある。これらは無ハロゲンケーブルと呼ばれる。本明細書における教示は、一般的な意味において、無ハロゲンケーブルに当てはまる。
【００１８】
光ファイバーバッファ収容体は、補強糸、好ましくはポリアラミドのラップ１４で覆われるが、ガラス糸を用いることもできる。糸は直線的に延在することができるか、又はらせん状に巻き付けることができる。外側難燃性ポリマージャケット１５が、バッファ収容体及び補強糸の周囲に形成される。適切なジャケットポリマーは、ＰＶＣ、低煙ＰＶＣ、ＰＶＤＦ、ＦＥＰ、ＰＴＦＥ、配合フルオロポリマーブレンド、低煙ゼロハロゲンポリオレフィン系樹脂、難燃性熱可塑性エラストマー及び難燃性ナイロンである。ジャケットポリマーは、露出した環境においてケーブルを使用できるようにするためにＵＶ安定剤を含むことができる。
【００１９】
２層アクリルバッファ収容体においてＵＶ硬化性アクリル樹脂を使用する利点は、ＵＶ硬化性コーティングを塗布するために用いられる配線作業が迅速で、コスト効率が良いことである。以下の説明は、高い配線速度における２層アクリルバッファ収容体の作製を示す。その方法は、プレポリマーとしてコーティング材料を塗布し、ＵＶ光を用いてプレポリマーを硬化させるために用いられる。２層アクリル樹脂コーティングは、順次に、又は同時に（２区画デュアルダイアプリケーターを用いて）塗布される。順次方法は、「ウエットオンドライ」と呼ばれる場合があり、第１のコーティング層を塗布し、硬化させた後に、硬化した第１の層上に第２のコーティング層を塗布し、硬化させる。同時デュアルコーティング構成は、「ウエットオンウエット」と呼ばれる場合があり、両方のコーティングをプレポリマー状態において塗布し、同時に硬化させる。ＵＶ硬化性ポリアクリレートプレポリマーは、高い延伸速度において完全に硬化できるようにするために、ＵＶ硬化用放射、すなわち、通常２００ｎｍ〜４００ｎｍの範囲内の波長に対して十分に透過的である。アルキル置換シリコーン、シルセスキオキサン、脂肪族ポリアクリレート（aliphatic polyacrylate）、ポリメタクリレート及びビニルエーテルのような他の透過性コーティング材料もＵＶ硬化性コーティングとして使用されてきた。例えば、S. A. Shama、E. S. Poklacki、J. M. Zimmerman「Ultraviolet-curable cationic vinyl ether polyurethane coating compositions」と題する米国特許第４，９５６，１９８号（１９９０）、S. C. Lapin、A. C. Levy「Vinyl ether based optical fiber coatings」と題する米国特許第５，１３９，８７２号（１９９２）、P. J. Shustack「Ultraviolet radiation-curable coatings for optical fibers」と題する米国特許第５，３５２，７１２号（１９９４）を参照されたい。ＵＶ硬化性材料を用いるコーティング技術は十分に開発されている。硬化のために可視光、すなわち、４００ｎｍ〜６００ｎｍの範囲内の光を用いるコーティングも使用することができる。好ましいコーティング材料は、ＵＶ光開始剤を添加された、アクリル樹脂又はウレタンアクリル樹脂である。
【００２０】
本発明のケーブルの光ファイバーバッファ収容体において使用するのに適したコーティング材料の例は以下の通りである。
内層                        外層
例１      DSM  Desotech  DU-1002      DSM  Desotech  850-975
例２      DSM  Desotech  DU-0001      DSM  Desotech  850-975
例３      DSM  Desotech  DU-1003      DSM  Desotech  850-975
【００２１】
内層及び外層の材料は種々の方法において特徴付けることができる。上記の全体的な説明から、内層の弾性率は外層の弾性率より低くすべきであることは明らかである。ＡＳＴＭ  Ｄ８８２標準規格測定法を用いるとき、内層のための推奨される引張弾性率は０．１ＭＰａ〜５０ＭＰａの範囲内にあり、０．５ＭＰａ〜１０ＭＰａであることが好ましい。外層のために適した範囲は、１００ＭＰａ〜２０００ＭＰａであり、２００ＭＰａ〜１０００ＭＰａであることが好ましい。
【００２２】
層材料はガラス転移温度を用いて特徴付けることもできる。内層のＴｇは２０℃未満であり、０℃未満であることが好ましく、外層のＴｇは４０℃より高いことが推奨される。この説明の目的上、ガラス転移温度Ｔｇは、転移曲線の中央にある点である。また、Ｔｇは一般的に、動的機械分析（ＤＭＡ）プロットにおけるタンデルタ曲線のピークと定義することもできる。
【００２３】
アラミド層に適したアラミド糸は、１６１０ｄＴｅｘ  Ｔｙｐｅ２２００  Ｔｗａｒｏｎ  ｙａｒｎと称して、Teijin Twaron BVから市販される。糸は直線的に延在することができるか、又は巻き付けることができる。
【００２４】
ケーブル寸法は２層アクリルサブユニットのサイズによって概ね決定される。上記の１２ファイバーバッファ収容体の通常の直径は１．４２５ｍｍである。大部分の実施形態において、２〜１２ファイバーの場合のバッファ収容体直径は２ｍｍ未満になる。補強糸層及び外側ジャケットは通常、ケーブル径に２ｍｍ〜３ｍｍを加える。
【００２５】
外側ジャケットの厚さは、例えば、０．７ｍｍ〜３．０ｍｍ、好ましくは１．０ｍｍ〜２．０ｍｍとすることができる。外側ジャケットの弾性率は２４０ＭＰａより大きく、幾つかの好ましい実施形態では、３００ＭＰａ〜５００ＭＰａである。この弾性率範囲は、指定されたばかりの厚さ範囲とともに、本明細書において説明される性能標準規格を満たすために推奨される。実効的なジャケットの一例は、Ｄｙｎｅｏｎ  ＳＯＬＥＦ３１５０８／０００９の１．０６ｍｍ厚ジャケットである。別の好ましい実施形態では、ジャケットはＰｏｌｙＯｎｅ  ＥＣＣＯＨ５７００低煙ゼロハロゲンである。
【００２６】
２つ以上の複数のファイバーバッファ収容体を備える光ファイバーケーブルは、魅力的な代替の設計を提供し、その設計によれば、依然として比較的小型で、コンパクトでありながら、ファイバー数が増加する。任意の数、例えば、２〜１２のバッファ収容体を単一のジャケット内で組み合わせることができる。効率的な充填は、図２に示されるように、１つのケーブル内に６つの光ファイバーバッファ収容体２１を備えることによって得られる。この設計は、アラミド糸層２３及び外側ジャケット２４内でバッファ収容体を編成するのを助ける中央強度部材２２を有する。代替的には、中央空間は、別の光ファイバーバッファ収容体によって占有される場合がある。上記で言及されたように、個々の光ファイバーは、リボン接続するために、又はコネクタ接続するために、又はスプライシングするために、色分けして光ファイバーを識別し、編成するのを助けることができる。図２に示される実施形態では、光ファイバーを編成するのを更に助けるためにケーブルジャケットも色分けすることができる。
【００２７】
図１において表される実施形態と同様に、外側ジャケットの厚さは、例えば、０．７ｍｍ〜３．０ｍｍ、好ましくは１．０ｍｍ〜２．０ｍｍである。再び、ケーブル設計が、本明細書において説明される性能標準規格を満たすことができるように、下限値の０．７ｍｍ又は１．０ｍｍが期待される。実効的なジャケットの一例は、Ｄｙｎｅｏｎ  ＳＯＬＥＦ３１５０８／０００９の１．０ｍｍ〜２．０ｍｍ厚ジャケットである。
【００２８】
光ファイバーバッファ収容体がコンパクトなサイズであることにより、競合的なケーブル設計において一般的に見られるケーブルより、小型のケーブルを製造できるようになる。例えば、本発明のケーブル設計によれば、５ｍｍ以下のＯＤを有する１２ファイバーの４つの収容体を備えるケーブルを製造できるようになる。
【００２９】
ＵＶ硬化アクリル樹脂が、最終的なケーブル製品において識別することができる光開始剤を含むことは当業者には明らかであろう。本発明を実施する際に、任意の適切な光開始剤を用いることができる。
【００３０】
上記で言及されたように、図２とともに説明されたケーブルは、ケーブルにおいて５０−ＭＭＦが用いられるときに、業界標準規格を満たすように設計される。北米ＩＣＥＡ−Ｓ−５９６標準規格及びＴｅｌｃｏｒｄｉａ  ＧＲ−４０９標準規格に従う上述のケーブルの性能試験は、以下の表内の値を示す。
【００３１】
【表１】
2016509266.tif 000003
【００３２】
本発明の材料及びケーブル設計に関連する更なる詳細は、米国特許第７，７２０，３３８号及び国際出願ＰＣＴ／ＵＳ１２／４８５１７号の両方において確認することができ、そのいずれも参照することにより本明細書の一部をなす。
【００３３】
詳述された説明を終了させるにあたって、本発明の原理から実質的に逸脱することなく、好ましい実施形態に対して数多くの変形及び変更を加えることができることは当業者には明らかであることに留意されたい。全てのそのような変形形態、変更形態及び均等形態が、特許請求の範囲において記載されるような、本発明の範囲内にあるものとして本明細書に含まれることを意図している。
【図１】
2016509266.tif 000004
【図２】
2016509266.tif 000005
【国際調査報告】
2016509266.tif 000006