JPH0786580B2 - 光ファイバケーブルの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は海底遠距離通信ケーブルに利用する。特に、一
つのユニット内に複数本の光ファイバを収容する光ファ
イバケーブルの製造方法に関する。

〔概 要〕 本発明は、海底ケーブルとして用いられる光ファイバケ
ーブルを製造する方法において、 複数の光ファイバにより構成されたケーブルコアが中心
に配置されるように熱可塑性ポリマの管をケーブルコア
の外径に比べて大きな内径となるように押出成形し、こ
の管を絞り金型を通過させながら長手方向に引いて延伸
させることにより、その分子を長手方向に配向させてそ
の抗張力強度を強化するとともにケーブルコアのまわり
に空間が残るように管の内径を小さくし、この管内に耐
水性充填物質の前駆体を導入して硬化架橋させることに
よりケーブルコアと熱可塑性ポリマの管との間の空間を
完全に充填させることにより、 耐水性に優れ、軽量で取り扱いが容易な新しい構造の光
ファイバケーブルを製造する。

〔従来の技術〕

遠距離通信および光ファイバに関連する技術の最近の発
展により、信号を、再生または増幅することなしに非常
に長い距離にわたって伝送することが可能になった。19
84年の中頃の技術レベルでは、再生中継器なしに140km
の信号伝送が可能である。この距離は、島と島との間の
通話、例えばイングランド地方の南西部とチャネル諸島
との通話で使用するに十分である。この距離をさらに延
長するため、今後もなお技術の改善が行われると考えら
れる。

従来の海底光ファイバケーブルの例として、西ドイツ国
公開公報DE32,01,981号には、複雑な構造の管部材を備
えた耐熱性ケーブルが開示されている。この例では、光
ファイバを管状部材の内部に収容し、これを例えばシリ
コンゴムで包んでいる。また、英国特許第GB 2,099,17
9号明細書および図面には、金属で補強されたケーブル
が開示されている。このケーブルは皮膚層が設けられ、
所定のピッチで互いに撚り合わされたガラスファイバを
収容する。各々のガラスファイバは例えばシリコン樹脂
に埋め込まれている。英国特許第GB1,461,540号明細書
および図面には、繊維で補強された材料の管の内部にケ
ーブルを収容した例が開示されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

再生中継器の必要なしに信号伝送の可能な距離が延長さ
れることにより、海底光ファイバケーブル技術の基本的
な変化が可能となる。本発明は、基本的に新しい構造、
特に海底遠距離通信ケーブルに適する新しい構造の光フ
ァイバケーブルを製造するための方法を提供することを
目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の複数の光ファイバにより構成されたケーブルコ
アが中心に配置されるように熱可塑性ポリマの管を押出
成形する工程と、この管内に耐水性充填物質の前駆体を
導入して硬化架橋させることによりケーブルコアと熱可
塑性ポリマの管との間の空間を完全に充填させる工程と
を含む光ファイバケーブルの製造方法において、押出成
形する工程では熱可塑性ポリマの管をケーブルコアの外
径に比べて大きな内径で形成し、この内径の大きな熱可
塑性ポリマの管の分子長手方向に配向させてその抗張力
強度を強化するとともにケーブルコアのまわりに空間が
残るように管の内径を小さくするため、熱可塑性ポリマ
の管を絞り金型を通過させながら長手方向に引いて延伸
させる引抜成形工程を含むことを特徴とする。

充填させる工程における前駆体の導入は絞り金型を通過
する位置またはその近傍で行うことがよい。引抜成形工
程で延伸させる割合は1:8ないし1:16がよい。

熱可塑性ポリマとしては例えばポリエチレンを用いる。

〔作用〕

押出成形した熱可塑性ポリマの管をさらに引抜成形す
る。これにより、光ファイバを収容する管状の熱可塑性
ポリマの引っ張り強度を高めることができ、他の抗張力
体を必要とすることなく、海底ケーブルの布設に十分に
耐える引っ張り強度が得られる。抗張力体として熱可塑
性ポリマを用いるこができるので、光ファイバケーブル
を軽量化でき、特に海水と同程度の密度のケーブルを得
ることができる。

抗張力管内に充填物質を充填すると、光ファイバケーブ
ル全体に実質的に周囲圧力、例えば布設前には大気圧、
布設後には水圧が加わっても変形しない構造にできる。
この構造により光ファイバケーブルの体積を小さくで
き、水圧下で陥没する空隙を生じない。

各々の光ファイバを直接に充填物質に埋め込むことが望
ましい。従来から、光ファイバの表面に、シリコンエラ
ストマ等の保護材料による皮膜を施すものであるが、こ
の皮膜の働きを充填物質で代用することができる。ま
た、皮膜に用いられている材料を充填物質として利用す
ることができる。さらに、充填物質により、光ファイバ
を抗張力体の中心に配置することができる。

充填物質には、光ファイバーケブルが水中で偶発的な損
傷を受けた場合に、内部の光ファイバを保護する働きが
ある。抗張力体が損傷しても、充填物質により海水が内
部に浸入することがなく、浸水が広い範囲に広がること
がない。

本発明により製造される光ファイバケーブルは、構造的
に全体の平均密度を小さくすことができる。その値とし
ては、0.9ないし4gcm^-3の範囲が望ましく、さらには0.9
ないし1.5gcm^-3の範囲がより望ましい。このような密度
では、海水中における水ファイバケーブルの重量と浮力
とがほぼ等しく、海水中で軽量である。

最近の技術では、ケーブルを海底に埋設することが可能
であり、海水より比重のわずかに小さいケーブルでも、
ケーブルを海底に固定することができる。したがって、
本発明の光ファイバケーブルを布設する場合に、その比
重が海水より大きくても小さくても大きい問題は生じな
い。

このケーブルは海水中で軽量であるため、従来の形状の
大きい光ファイバケーブルに比較して発生する負荷が実
質的に小さい。このため、使用状況によって、例えば島
間で使用する場合には、光ファイバケーブルの破壊張力
が10kg重程度と小さくてもよい。しかし、海底ケーブル
として使用する場合には、多くの場合、少なくとも100k
g重、さらには500kg重以上の破壊張力が望ましい。破壊
張力が3000kg重の場合には、ほとんどすべての海底ケー
ブルで利用できる。実際には、1000kg重の破壊張力があ
ればほとんどの海底ケーブルで利用でき、さらに強度が
必要な海底ケーブルでは、2000kg重の破壊張力があれば
十分である。

本発明の光ファイバケーブルの引張り強度は実質的に抗
張力体により得られる。光ファイバおよび充填物質によ
り構成される光ファイバコアには実質的には引張り応力
が生じない。

本発明の光ファイバケーブルは、光ファイバ、抗張力体
および充填物質に加えて、キングフィラメント、クラッ
ディングおよび金属線等を含んでもよい。

キングフィラメントは、光ファイバケーブルに含まれる
ガラスファイバパッケージの機械的安定性を確保するた
めに用いられる。光ファイバケーブルは通常は６本の光
ファイバを含み、これらは互いに六角形に接するように
配置される。安定性を増加させるために、特に光ファイ
バケーブルを組立てるときに、光ファイバを付加的なフ
ィラメントのまわりに配置する。このフィラメントを通
常「キングフィラメント」と呼び、特に金属フィラメン
トの場合に「キングワイヤ」と呼ぶ。本発明の光ファイ
バケーブルの場合には、キングフィラメントとして、ポ
リエチレン等のプラスチック、または望ましくはガラ
ス、例えば７本めの光ファイバを用いる。

クラッディングは、特に布設やその他の取り扱いのとき
に、光ファイバケーブルを保護するための耐摩耗外層で
ある。クラッディングの材料として、耐摩耗熱可塑性プ
ラスチックを、完成品の光ファイバケーブルに押出成形
することが便利である。クラッディングを用いることに
より、損傷をクラッデンィングで止めることができ、損
傷による遠距離通信の性能への影響を削減する。

金属線は、海底中に光ファイバケーブルを布設するとき
に必要となる。布設した光ファイバケーブルの位置を調
査するため、この金属線に適当な電気信号を入力し、こ
の電気信号に対する応答を水中電磁検出器で検出するこ
とができる。また、本発明の光ファイバケーブルを非常
に長い距離で用いる場合には、再生中継器や増幅器等が
必要となり、これらに電力を供給する必要が生じる。こ
の電力を供給するために、上記の金属線を用いることが
できる。

金属線を抗張力体とクラッディングとの間に配置するこ
とが便利である。金属線の目的は電気信号または電力を
供給するためのものであるが、これらに加えて、例えば
引張り強度を増加させ、平均密度を増加させる。金属線
は、張力を伝達するために真っ直ぐに配置される。従来
のケーブルでは、このような金属線が螺旋状に設けられ
ている。このような従来例の場合には、ケーブルに許容
できない「ひねり」が生じることを防ぐために、張力に
対する複雑な平衡構造を設ける必要があった。本発明の
光ファイバケーブルに用いる金属線は、「ひねり」を生
じることがなく、単に強度に少し寄与するだけである。

本発明の光ファイバケーブルは、簡単な構造で、適当な
強度、耐圧力および水遮断を実現できる。本発明の光フ
ァイバケーブルの構成要素のいくつかは従来技術で開示
されたケーブルに似ているが、本発明のケーブルは新規
な構造である。例えば、本発明の管状の抗張力体は、西
ドイツ国公開公報DE32,01,981号に開示された光ファイ
バケーブルの管部材と比較すると、構造が非常に簡単で
しかもその目的が異なる。また、本発明の光ファイバケ
ーブルに収容される光ファイバは、英国特許第GB2,099,
179号明細書および図面に開示された光ファイバケーブ
ルと異なり、金属で補強する必要がなく、ガラスファイ
バを撚り合わせる必要もない。さらに、本発明で用いる
管状の抗張力体の材料は、英国特許第GB1,461,540号明
細書および図面に開示されたものと異なり、配向により
強度が高められたポリマである。

〔実施例〕

第１図は本発明により製造される光ファイバケーブルの
断面構造図である。

この光ファイバケーブルは、管状の抗張力体10を含む。
この抗張力体10の外径は１ないし2cmの範囲である。抗
張力体10は、長さ方向に配向したポリエチレンで形成さ
れている。

抗張力体10の内側には、キングフィラメント12を取り囲
む６本のガラス製光ファイバ11が収容されている。キン
グフィラメント12として、本実施例では光ファイバ11と
同等の光ファイバを用いる。抗張力体10の内側にはま
た、シリコンエラストマ等の充填物質を含み、光ファイ
バ11およびキングフィラメント12の間の空隙を完全に充
填している。光ファイバ11およびキングフィラメント12
は、その直径が典型的には125μｍで、それぞれが光通
信信号を伝達する経路となる。

個々の光ファイバをシリコンエラストマで皮膜すること
は従来から行われている。これのシリコンエラストマ
は、充填物質として用いるに非常に適している。

第２図および第３図は別の構造の光ファイバケーブルの
それぞれ縦断面構造図および横断面構造図を示す。この
実施例は、第１図に示した光ファイバケーブルを耐摩耗
クラッディング15により覆ったものである。二つの真っ
直ぐな金属線13、14を、耐摩耗クラッディング15と抗張
力体10との間に配置し、この光ファイバケーブルを海底
に布設するときに、一方の端、すなわち海岸から金属線
13、14の一方または双方に位置信号を供給する。光ファ
イバケーブルが一個所で破損しても、両端から位置信号
を供給することによりその位置を検出することができ
る。また、必要な場合には、ケーブルに電力を供給する
ために金属線13、14を用いることができる。

これらのケーブルを付設するには、海底に溝を掘って埋
設する。

次に、このような光ファイバケーブルを製造する方法に
ついて説明する。この方法は二つの別個の工程を含む。
第一の工程では、（別々の）光ファイバを充填物質に埋
め込み、光ファイバおよび充填物質で構成されるケーブ
ルコアを形成する。第二の工程では、抗張力体10をケー
ブルコアのまわりに引抜成形する。第二の工程はさらに
以下の三つの工程を含む。すなわち、 （１） ケーブルコアのまわりに、クロスヘッド押出に
より管を成形する。この管の内径は、次の工程で延伸さ
れたときに縮小することを考慮して、ケーブルコアより
十分に大きくしておく。

（２） 英国特許第GB2,060,469B号明細書および図面に
開示された延伸方法により、上記の工程で成形した管を
配向させ、管状の抗張力体を製造する。抗張力体の内径
は、延伸の後にもケーブルコアのまわりに空間が残るよ
うに選択し、延伸によりケーブルコアが圧迫されないよ
うにする。

（３） ケーブルコアと抗張力体との間にエラストマの
前駆体を導入し、これを硬化架橋させて空間を充填する
充填物質を形成する。

これらの工程について第４図および第５図を参照してさ
らに説明する。

ここでは、充填物質として、「SYLGARD」の商品名で市
販されているシリコンエラストマを用いた例を説明す
る。この「SYLGARD」は、光ファイバの皮膜に広く使用
されているものであり、加熱により架橋されてゴム状の
固体となる粘性液体である。

また、光ファイバとして、直径125μｍの市販のガラス
ファイバを７本用いる。それぞれの光ファイバの表面に
は、「SYLGARD」のシースが設けられている。これらの
シースはファイバを製造するときに設けられたものであ
り、色による識別を行うために着色されている。シース
を含めた光ファイバの直径は250μｍである。この７本
のシース付き光ファイバを、第２図に示した配列で接触
するように配置する。７本の光ファイバを束ねたファイ
バ束の直径は約750μｍである。

第４図はケーブルコアを形成する工程を示す図である。

一定の引張り条件で７個のリールから７本の光ファイバ
を繰り出し、ファイバ束40を形成する。これに関する部
分は図示していない。このファイバ束40を、鉛直円筒バ
ス41内の粘性のある前駆体42に通過させる。この前駆体
42として、本実施例では「SYLGARD」を用いる。前駆体4
2の液面は、適当な手段（図示せず）により一定のレベ
ルに保持される。鉛直円筒バス41の底には金型43が取り
付けられている。金型43の直径は1mmである。液体の前
駆体42は、シース付き光ファイバ間の隙間を満たし、フ
ァイバ束40の動きにより金43を通って落下する。前駆体
は粘性があるので、金型43の形状により直径1mmのフィ
ラメントに成形できる。金型43から出たフィラメントを
ヒータ44により加熱し、前駆体を硬化させて固体のエラ
ストマを得る。硬化速度が流速より速く、７本の光ファ
イバを含み、外径が1mmの固体エラストマで被われたケ
ーブルコアが得られる。ケーブルコアの外側の約125μ
ｍの厚さの層は固体エラストマだけで構成され、光ファ
イバはケーブルコアの中心の直径約750μｍの部分にだ
けこのケーブルコアの軸と平衡に配置されている。上述
の皮膜工程を繰り返して、さらに外側に「SYLGARD」層
を形成することもできる。これにより、ケーブルコアの
直径を2mmまたは必要に応じてこれより太くすることも
できる。

一般に手に入れることのできる光ファイバの長さは2.2k
mであるが、必要な場合にはこれを連結する。これによ
り長尺のケーブルコアを製造することができる。

第５図は抗張力体として用いるポリエチレン管をケーブ
ルコアのまわりに引抜成形する方法を示す。

第５図に示すように、ケーブルコア50を、クロスヘッド
押出装置51の中心に通過させ、ケーブルコア50のまわり
にポリエチレン管52を成形する。押し出されたポリエチ
レン管52は、冷却器53により水または大気で約100℃に
冷やされ、熱処理オーブン54に導かれる。熱処理オーブ
ン54は、ポリエチレン管52およびケーブルコア50の温度
を約２分間にわたって108℃ないし112℃に昇温する。こ
の温度はポリエチレン管52の原料の成分に依存する。熱
処理オーブン54の終端には絞り金型55が設けられてい
る。絞り金型55の温度は本実施例の場合は100℃である
が、この温度も、ポリエチレン管52の原料の成分に依存
して、適当な温度に制御することが必要である。この絞
り金型55を通して、引き取り機56によりポリエチレン管
52を引き出す。すなわち、引き抜き成形を行う。引き出
し速度は、クロスヘッド押出装置51による押し出し速度
の８倍ないし16倍である。これにより、ポリエチレン管
52が1:8ないし1:16の比で延伸されて配向する。

このような速度による絞り成形では、一般的に、ケーブ
ルコア50とポリエチレン管52の壁との間に小さな環状の
空隙が残る。この空隙を「SYLGARD」で満たす必要があ
る。このため、絞り金型55まで伸びる毛管57を用い、ホ
ッパー58から「SYLGARD」前駆体を供給する。ホッパー5
8に蓄えられた前駆体は、圧力が加えられており、毛管5
7を経由して一定速度で上記の環状の空隙に注入され
る。ポリエチレン管52に残っている熱により前駆体を硬
化し、ケーブルコア50のゴム系固体との間に架橋を形成
し、環状の空隙を充填する。絞り成形後のポリエチレン
管52の直径は10ないし20mmの範囲である。

以上の製造方法は以下の利点がある。

（１） 一つのケーブルコアにあらかじめ複数（この場
合は７本）の光ファイバを収容することにより、それ以
降の工程が単純化される。

（２） 一本の芯線のまわりにクロスヘッド押出成形で
管を形成する方法は、プラスチックの成形方法として十
分に確立されている。ケーブルコアを導入する管の内径
が大きいので、製造工程が単純である。

（３） 延伸配向については、英国特許第GB2,060,469B
号明細書および図面に開示されている。引き抜き成形後
にも小さい空隙を残すことにより工程が簡単になる。

（４） 前駆体の導入は、延伸配向工程の後に残った空
隙を満たす方法として単純である。

上述の光ファイバケーブルに用いるポリマとしては、 （ａ） ブリティッシュ・ペトロリアム社から「006−6
0」のコード番号で提供される中程度の分子量のエチレ
ンポリマ、 （ｂ） ブリティッシュ・ペトロリアム社から「002−4
7」のコード番号で提供される重量平均分子量150000、
数平均分子量22000のエチレン・コポリマ、 および、 （ｃ） インペリアル・ケミカル・インタストリイズ社
から「GSE 108」のコード番号で提供されるメルトフロ
ーインデックスが0.8のポリエチレン・ホモポリマ の三種類を用いた。

これらの材料を用いて製造した光ファイバケーブルは、
海水中で重量と浮力とがほぼ等しい。

（ｂ） のエチレン・コポリマを用いた光ファイバケー
ブルで以下のパラメータを得た。

外径 15mm ポリエチレン管の内径 1mm 破壊負荷 約2000kg重 １％の応力変形に対するヤング率 8Gpa 必要な場合には、この光ファイバケーブルに耐摩耗クラ
ッディングおよび導電部材を設けてもよい。

外側の管の絞り（引き抜き）速度は、1:8ないし1:16の
範囲に限定されるものではない。特に、より高速の絞り
速度で引き抜き成形を行う場合には、外側のポリエチレ
ン管をケーブルコアに密着させて絞り、ケーブルコアの
エラストマとの間の空隙も除去しても本発明を同様に実
施できる。この場合には前駆体を導入する必要がない。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の光ファイバーケブルの製
造方法は、熱可塑性ポリマを抗張力体として用い、軽量
で取り扱いが容易な光ファイバケーブルを製造できる。
したがって、この方法により製造された光ファイバケー
ブルは海水中の取り扱いが容易であり、しかも布設時に
光ファイバケーブル自体の重さにより生じる張力が小さ
い。また、構造的に耐水性に優れている。このため、本
発明により製造される光ファイバケーブルを海底ケーブ
ルとして用いて大きな効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明により製造される光ファイバケーブルの
一例を示す縦断面構造図。 第２図は本発明により製造される光ファイバケーブルの
第二の例を示す縦断面構造図。 第３図はこの光ファイバケーブルの横断面構造図。 第４図はケーブルコアの製造方法を示す図。 第５図は管状の抗張力体の製造方法を示す図。 10……抗張力体、11……光ファイバ、12……キングフィ
ラメント、13、14……金属線、15……耐摩耗クラッディ
ング、40……ファイバ束、41……鉛直円筒バス、42……
前駆体、43……金型、44……ヒータ、50……ケーブルコ
ア、51……クロスヘッド押出装置、52……ポリエチレン
管、53……冷却器、54……熱処理オーブン、55……絞り
金型、56……引き取り機、57……毛管、58……ホッパ
ー。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭55−118004（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−32109（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−95304（ＪＰ，Ａ) プラスチック加工技術便覧編集委員会編 「プラスチック加工技術便覧（新版）」第 ３版（昭和51年９月20日発行）日刊工業新 聞社 第168〜169頁

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の光ファイバにより構成されたケーブ
   ルコアが中心に配置されるように熱可塑性ポリマの管を
   押出成形する工程と、 この管内に耐水性充填物質の前駆体を導入して硬化架橋
   させることにより前記ケーブルコアと前記熱可塑性ポリ
   マの管との間の空間を完全に充填させる工程とを含む光
   ファイバケーブルの製造方法において、 前記押出成形する工程では前記熱可塑性ポリマの管を前
   記ケーブルコアの外径に比べて大きな内径で形成し、 この内径の大きな熱可塑性ポリマの管の分子を長手方向
   に配向させてその抗張力強度を強化するとともに前記ケ
   ーブルコアのまわりに空間が残るように管の内径を小さ
   くするため、前記熱可塑性ポリマの管を絞り金型を通過
   させながら長手方向に引いて延伸させる引抜成形工程を
   含む ことを特徴とする光ファイバケーブルの製造方法。
2. 【請求項２】前記充填させる工程における前駆体の導入
   は前記絞り金型を通過する位置またはその近傍で行う特
   許請求の範囲（１）項に記載の光ファイバケーブルの製
   造方法。
3. 【請求項３】引抜成形工程で延伸させる割合は1:8ない
   し1:16である特許請求の範囲第（１）項に記載の光ファ
   イバケーブルの製造方法。