JP2000517470A - プレナムケーブル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ＵＬ９１０の燃焼／発煙試験を含むカテゴリー５の必要条件に合格するプレナムケーブルを提供する。そのケーブルは、絶縁導線の少なくとも４つのツイストペアを含み、絶縁導線のペアの１つの絶縁材は難燃性添加剤の入っていない発泡ポリオレフィンであり、および絶縁導線の他の３つのツイストペアの絶縁材はフルオロポリマーである。そのケーブルのツイストペア間のスキューは３０ナノ秒以下である。

Description

【発明の詳細な説明】 プレナムケーブル 発明の分野 本発明はカテゴリー５のプレナムケーブルに関する。 発明の背景 絶縁導線の外被を施されたツイストペアから作られたカテゴリー５のプレナム ケーブルは、１００ＭＨｚで１０ｍ当たり２２ｄＢ以下およびごく最近では４０ ０ＭＨｚで１００ｍ当たり４８．５ｄＢ以下の減衰を有し、ケーブル１００ｍ当 たり５０ナノ秒未満のツイストペア間のスキューを有し、且つＵＬ９１０の燃焼 ／発煙試験に合格するケーブルというNational Electric Code（ＮＥＣ）の必要 条件を有するなど、ＥＩＡ／ＴＩＡの規格５６８Ａによって定められた多くの電 気的必要条件を満足させなければならない。スキューは、電気信号が所定の長さ のツイストペアを伝わる時間の差であり、その導線の絶縁材の誘電率およびその ツイストペアを作っているねじりの程度の影響を受ける。普通は、各ツイストペ アを形成している導線のねじりを、ツイストペア間の漏話が最小になるように変 化させることが望ましい。そのねじりが短くなればなるほど、例えば２回転／イ ンチ（２．５４ｃｍ）になると、スキューを試験する長さに対する信号経路が長 くなり、信号がこのツイストペアの長さを伝わる時間が少し長くなる。逆に、そ のねじりが緩くなればなるほど、例えば２回転／１．５インチ（３．８１ｃｍ） になると、信号経路は短くなる。そのねじりの緩さまたは堅さは、しばしばその ねじりの撚り（lay）と称される。例えば、「長い撚り」は緩いねじりを言うの に使われる。誘電率は、導線上にある特定の絶縁材の特性であり、ナノ秒で表さ れるスキューに関係している。例えば、２つの異なるツイストペアについて、誘 電率の差が大きくなると、そのツイストペア間のスキューも大きくなる。 導線の複数のツイストペアから成るケーブルにおける導線に対する絶縁材の工 業標準は、フルオロポリマー、特にテトラフルオロエチレン／ヘキサフルオロプ ロピレンコポリマー（ＦＥＰ）およびテトラフルオロエチレン／パーフルオロ（ ア ルキルビニルエーテル）コポリマー（ＰＦＡ）である。他のポリマーの絶縁材で は合格しないのに、これらのフルオロポリマーの絶縁材はＵＬ９１０の燃焼／発 煙試験（ならびに他のカテゴリー５の試験）に合格する。 米国特許第５，５１４，８３７号には、絶縁導線の多数のツイストペアから作 られているプレナムケーブルが開示されており、それは、導線のツイストペアの 少なくとも１つをフルオロポリマーで絶縁し、および別のツイストペアの少なく とも１つを難燃性の発泡ポリオレフィンで絶縁して、ツイストペア間のスキュー が、＋または−０．２５の誘電率の範囲により特徴づけられるケーブル、すなわ ち、そのスキューが、プレナムケーブルのツイストペアの最も遅い信号伝達およ び最も速い信号伝達に関して誘電率範囲が０．５以内に入るケーブルを提供する ものである。ポリオレフィン絶縁材は、通常、約２．３の誘電率を示し、一方、 フルオロポリマー絶縁材は、通常、約１．９３から１．９８の誘電率を示す。ポ リオレフィン絶縁材は、通常、導線に対してしっかり固定されているが、フルオ ロポリマー絶縁材は導線に対して少し緩くなる傾向がある。これらの絶縁材が前 記特許第５，５１４，８３７号の同じプレナムケーブルにおいて混合されている ときの、そのスキューはそのポリオレフィンの発泡の結果であり、それが誘電率 をフルオロポリマーの誘電率に近くなるように低下させる。その結果として得ら れたケーブルがＵＬ９１０試験に合格する能力は、難燃性添加剤を含んでいるポ リオレフィンによって達成される。この点に関しては、前記特許はポリオレフィ ンに使用するための塩素化難燃剤を開示しているが、非塩素化で、かつ金属化合 物と難燃性膨張剤との混合物からなる複合系を好んでいる。 プレナムケーブルからの信号によって運転されている複雑な設備の増加を容易 にするには、スキューをもっと小さくすることさえ望ましい。 発明の概要 絶縁導線の少なくとも４つのツイストペアを具えるカテゴリー５のプレナムケ ーブルは、３つのツイストペアの絶縁材だけがフルオロポリマーであり、および その４つのうちの残りのツイストペアの絶縁材は難燃性添加剤の入っていない発 泡ポリオレフィンを含有するとき、ＵＬ９１０の燃焼／発煙試験に合格し、お よび他のカテゴリー５の必要条件を満足させることができるということが分かっ てきた。そのケーブルのツイストペア間のスキューは３０ナノ秒以下であり、そ して本発明によれば、ツイストペア間に実質的にはスキューがないようにプレナ ムケーブルを設計することができる。ＥＩＡ／ＴＩＡの規格５６８Ａに従ってケ ーブルの長さ１００ｍで測定した、そのケーブルのツイストペアの一番遅い信号 伝達時間と一番速い信号伝達時間との間の時間遅れで表されるこのスキューは、 誘電率の間の差として表される約０．２５（総範囲）のスキューに一致する。 そのケーブルも外被が施されているが、３０ｍｉｌ（０．７６２ｍｍ）の厚さ の難燃性ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）ではなく、慣用の外被の厚さ、例えば、１６ ｍｉｌ（０．４０６ｍｍ）の厚さの難燃性ＰＶＣで外被が施されている。言い換 えれば、一層厚い外被は、それ自身がこの試験に合格しないであろうポリオレフ ィンがたとえ存在しても、ＵＬ９１０の燃焼／発煙試験に合格することが必要と されない。驚くべきことに、本発明のケーブルは、２０ｍｉｌ（０．５０８ｍｍ ）を超える外被の厚さを必要とすることなしにそのＵＬ試験に合格する。ＦＥＰ またはエチレン／クロロトリフルオロエチレンコポリマー（ＥＣＴＦＥ）などの フルオロポリマーで外被を施す場合には、外被の厚さをもっと薄くすることがで きる。 発泡ポリオレフィン絶縁材から難燃性添加剤を除くと誘電率に影響する。難燃 性添加剤は誘電率を大きくする。そのことは、ポリオレフィンは一層高い気孔率 へと発泡されなければならないということを意味し、そしてそれはＵＬ試験に曝 されるポリオレフィンが少なくなるということを意味する。本発明においてポリ オレフィンから難燃性添加剤を除くことは、そのポリオレフィンが、その添加剤 がある場合より少なく発泡されるということを意味する。驚くべきことには、そ の結果として発泡絶縁材に存在するポリオレフィンの量が増えても、やはりプレ ナムケーブルをＵＬ試験に合格させることができ、同様にカテゴリー５の等級に 対する残りの必要条件を満足させることもできる。 プレナムケーブルを作っているツイストペアに存在するねじりが変化するため に、そのツイストペアの１つが最も緩いねじりを有するようになり（最も長い撚 り）、そのために残りのツイストペアに比べて、信号伝達速度の減少が最小にな る。このツイストペアの絶縁材の誘電率が増加すると、他のツイストペアに比べ て、信号伝達速度が遅くなってスキューが減少するという効果がある。最も長い 撚りのツイストペアが、発泡ポリオレフィンで絶縁されているペアであることが 好ましい。驚くべきことに、その結果として、フルオロポリマーで絶縁したワイ ヤの誘電率に見合うだけ気孔率を犠牲にすると（減少させると）、プレナムケー ブルをＵＬ試験に合格させることができる。 図面の簡単な説明 図１は、絶縁導線の４つのツイストペアが存在する本発明のプレナムケーブル の１つの実施例の横断面図である。 図２は、図１に示された実施例を改良した絶縁導線の１つのツイストペアの横 断面図である。 図３は、絶縁導線の２つのツイストペアであり、（ａ）はツイストペアを作っ ている２本の絶縁導線の強いねじり（堅い撚り）を示しており、（ｂ）は一層緩 いねじり（長い撚り）を例示している。 発明の詳細な説明 外被２０の中の絶縁導線２、４、６、８、１０、１２、１４および１６から成 るケーブル１を図１に示す。絶縁導線２と４、６と８、１０と１２、および１４ と１６はツイストペアのケーブルであり、そしてこれらのツイストペアのそれぞ れが一緒に束ねられ、外被２０の中に含まれる４つのツイストペアの束を形成し ている。ここで使う「導線」という言葉はケーブルの金属の電流を運ぶ部分を指 す。そのような絶縁導線を一次導線（primary）と呼ぶことが多い。図１で、各 ツイストペアの導線は３０で表されている。外被を施されたツイストペアケーブ ルの束は４つより多いツイストペア、例えば、４つのツイストペアの６つの束お よびそのケーブルの中心になる他の１つのツイストペアがある２５のツイストペ アを含むことができる。この中心のツイストペアを、発泡ポリオレフィンで絶縁 した導線とすることもできるが、フルオロポリマーで絶縁した導線とすることが 好ましく、そしてそれもやはり本発明のプレナムケーブルを構成する。 本発明によると、絶縁電線のツイストペアの１つの絶縁材は難燃性添加剤を含 まない発泡ポリオレフィンであり、残りのツイストペアはフルオロポリマーで絶 縁される。図１では、その発泡ポリオレフィンのツイストペアは、絶縁導線２と ４から成るものであり、そして６と８、１０と１２、１４と１６のツイストペア は全てフルオロポリマーで絶縁されている。 図３は、各ツイストペアを作っている絶縁導線のねじりの程度の違いを示して いる。図３（ａ）は、発泡ポリオレフィンで絶縁した導線に対する好ましい長い 撚りのねじりを示す。従って、図３（ａ）の導線は図１の発泡ポリオレフィンで 絶縁した導線と同じ番号付けがしてある。図３（ｂ）は、フルオロポリマーで絶 縁された導線６と８とのツイストペアに対する強いねじりを表している。 本発明で使用されるポリマーはよく知られたものである。それらのポリマーは 、導線上に絶縁材を形成したりまたはツイストペアの束に外被を形成するために 溶融押出しできるように溶融加工可能である。そのポリマーは、絶縁材または外 被に必要な特性を提供するに十分な分子量も有しており、好ましくは少なくとも １０Ｍｐａの引張り強さおよび少なくとも１５０％の破断時伸びを示す。 フルオロポリマーに関しては、ＦＥＰおよびＰＦＡが好ましいフルオロポリマ ーであり、これらはパーフルオロポリマーである。一般的には、ＦＥＰコポリマ ーは５から２５重量％のヘキサフルオロプロピレンを含んでおり、そしてＰＦＡ ポリマーは２から２０重量％のパーフルオロ（アルキルビニルエーテル）を含ん でいる。ＰＦＡコポリマーとしては１から８個の炭素原子を含んでいるアルキル 基のものが使用可能であるが、好ましいのはアルキル基が２または３個の炭素原 子を含んでいるコポリマーである。そのコポリマーは、押出し性または物理的特 性を改良するために、追加のコモノマーを少量含むこともできる。フルオロポリ マー絶縁材は、中実である（solid）、すなわち発泡していないものが好ましい が、発泡させることも可能である。 発泡した絶縁材を作るために使用されるポリオレフィンに関しては、広範なポ リオレフィンが使用できる。基本的にはポリエチレンおよびポリプロピレンであ り、エチレンおよびプロピレンのコポリマーおよび／または、例えば、４から８ 個の炭素原子を含む一層高いオレフィンとのコポリマーも含まれる。ポリオレ フィンの例には、エチレンと少量の１−ブテンまたは１−オクテンとのコポリマ ーである、密度が０．９０５から０．９２５ｇ／ｃｃのＬＬＤＰＥ系のポリエチ レンが含まれる。ポリオレフィンは酸化防止剤および加工助剤などの少量の添加 剤を含むことができる。それら添加剤は一般的に１重量％未満の量である。ポリ オレフィンは、タルクなどの発泡セル核剤を含むこともできるが、これらも一般 的に１重量％未満の量である。ポリオレフィンは単一のポリオレフィンでもよい し、異なるポリオレフィンの配合物であってもよい。 フルオロポリマーは導線上に慣用の方法で押出され、および絶縁導線はツイス トペアに形成され、そして慣用の方法で外被を施すために一緒に束ねられる。 ポリオレフィン絶縁材も導線に適用され、そして発泡ポリオレフィン絶縁材を 覆ってポリオレフィンの中実な外皮を有するための本発明における選択以外は、 慣用の方法で発泡される。図２は、絶縁導線４０および４２のツイストペアの横 断面図を示しており、そして導線が発泡ポリオレフィン絶縁材４４で覆われ、次 にポリオレフィンの中実皮４６で覆われている。中実皮は、ポリオレフィン絶縁 材を、発泡されているポリオレフィンの主体と一緒におよび中実である（発泡さ れていない）共押出しされた皮と一緒に、共押出しすることによって得ることが できる。中実皮は、所望の電気的性能を維持するように発泡ポリオレフィン絶縁 材に構造的に完全な状態を提供する。中実皮は、ポリオレフィン絶縁材中に存在 している追加のポリオレフィン樹脂も提供する。それはＵＬ試験の合格に反して 作用するが、驚くことに、本発明のこの実施例でさえその試験に合格している。 発泡ポリオレフィン絶縁材には、導線と接触しているポリオレフィンの薄い、例 えば、１ミル（０．０２５４ｍｍ）未満の中実な内皮を含むこともできる。ポリ オレフィンで絶縁された導線は、慣用の方法で、好ましくは、フルオロポリマー で絶縁されたツイストペアに存在するねじりに比べて最も長い撚りのねじりを使 用して、撚られそしてねじられてツイストペアを作る。そして、発泡ポリオレフ ィンで絶縁したツイストペアは、３×１の比（フルオロポリマーで絶縁されたツ イストペア／発泡ポリオレフィンで絶縁されたツイストペア）でフルオロポリマ ーで絶縁されたツイストペアに束ねられることになる。発泡ポリオレフィン絶縁 材の発泡の程度（気孔率）は慣用の手段、例えば、所与の押出し速度で溶融ポリ マー に添加される発泡剤の量でコントロールされ、従って、気孔率は、プレナムケー ブルに存在する残りのツイストペアに関しては、３０ナノ秒以下のスキューを提 供する効果がある。典型的に、中実のときのフルオロポリマー絶縁材の誘電率に 合わせるために、ポリオレフィン絶縁材の気孔率は１０から３０％である。 各絶縁導線の直径は３０から５０ミル（０．７６２から１．２７ｍｍ）であり 、そしてその導線は、一般的に、ＡＷＧ２４からＡＷＧ２２であり、それぞれ２ ０ミル（０．５１ｍｍ）および２５．３ミル（０．６４３ｍｍ）の直径を有する 。それにより、絶縁材は、一般的に５から１５ミル（０．１２７から０．３８１ ｍｍ）の厚さを有する。絶縁材は、６から８ミル（０．１５２から０．２０３ｍ ｍ）の厚さを有することが多い。好ましい実施例では、ポリオレフィンの中実皮 が被覆する発泡ポリオレフィン絶縁材が使用され、その皮の厚さは、一般的に、 ０．２から１．０ミル（０．００５０８から０．０２５４ｍｍ）である。 外被はツイストペアの束に慣用の方法で適用できる。好ましい外被は難燃性Ｐ ＶＣである。難燃性外被材を作るためにＰＶＣに用いる難燃剤の例としては、塩 素化ＰＶＣ、デカブロモジフェニルエーテルおよび三酸化モリブデンの配合物と 考えられているTechnor Apex 910およびGary 6921F1がある。外被の厚さをわず か８から１２ミル（０．２０３から０．３０５ｍｍ）にすることができ、かつ難 燃性添加剤を必要としないＦＥＰまたはＥＣＴＦＥなどのフルオロポリマーの外 被も好ましい。実施例１ 発泡ポリオレフィンで絶縁した導線のツイストペアを調製する。ポリオレフィ ンは、Union Carbide社から入手できるポリエチレンＤＧＤＬ３３４６であり、 ０．１重量％の核剤ＫＳ−８（Ｆ（ＣＦ₂）₈ＣＨ₂ＣＨ₂ＳＯ₃Ｋ）を有する。そ のポリオレフィンを、直径２０ミル（０．５０８ｍｍ）の銅のソリッドワイヤ上 に、次の条件、すなわち溶融温度２８５℃および押出し速度３０５ｍ／分で、発 泡ガスとして窒素を使用して押出す。発泡絶縁材の厚さは６．４ミル（０．１６ ２ｍｍ）であり、発泡体の気孔率は２９％である。発泡絶縁材は、厚さが０．７ ミル（０．０１７９ｍｍ）の同じポリオレフィンの中実な外皮を有しており、No kia- Maillefferの泡／皮クロスヘッドを使用して泡／皮の押出し発泡によって得られ る。ツイストペアを形成しているそのように絶縁された導線のペアのねじりは、 ０．６回転／インチ（１．５回転／ｃｍ）であり、そして泡／皮の絶縁材は誘電 率１．８５を示した。 各導線の絶縁材は、標準状態で測定したメルトフローレートが２２ｇ／１０分 のＦＥＰフルオロポリマーである絶縁導線の３つのツイストペアを形成した。発 泡ポリオレフィンで絶縁された導線に使用されたものと同じ導線を、ＦＥＰで絶 縁した導線に使用した。ＦＥＰ絶縁材の厚さは６．５ミル（０．１６５ｍｍ）で あり、そしてその３つのツイストペアは約０．３から０．６回転／インチ（０． ７６から１．５回転／ｃｍ）の範囲のねじりを有する。 ３×１プレナムケーブルは、上述のツイストペアから調製され、Technor Apex 910難燃剤を含有するＰＶＣである押出された外被を持ち、そしてその外被の厚 さは１５ミル（０．３８１ｍｍ）である。ＦＥＰで絶縁した導線のねじりの差は 、信号伝達時間の８．８ナノ秒の差に関係している。そして発泡ポリオレフィン で絶縁したツイストペアと最も遅いＦＥＰで絶縁したツイストペアとの間のスキ ューは１８．８ナノ秒であり、ポリオレフィンで絶縁したツイストペアが最も速 い信号伝達を有する。このことは、プレナムケーブルに対する誘電率において０ ．２２のスキューを表している。 このケーブルは、カテゴリー５等級に対するインピーダンス、構造的反射減衰 量および漏話の試験に合格し、同様に６０℃で実施されるときでさえも減衰試験 に合格した。そのケーブルは、ＵＬ９１０の燃焼／発煙試験にも合格し、炎の最 大距離は、許容距離が５フィート（１５２ｃｍ）であるのに、２．０から２．５ フィート（６１ｃｍ）、煙の最高光学濃度は、最大許容値が０．５であるのに０ ．４３から０．４４、および煙の平均光学濃度は、許容濃度が０．１５であるの に０．０６を示した。実施例２ その個々のツイストペアのポリオレフィン発泡絶縁材は誘電率１．９５で特徴 づけられることを除いて、実施例１の実験を繰り返した。この実験の結果は、３ ×１ケーブルのツイストペアは１．９２から１．９６、すなわち範囲がたった０ ．０４の誘電率であることを示した。このケーブルは、ＵＬの燃焼／発煙試験を 含むカテゴリー５等級に対して要求される電気試験に合格した。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．絶縁導線の少なくとも４つのツイストペアを具えるカテゴリー５等級のプレ ナムケーブルであって、各４つのツイストペアーのツイストペアーの１つの絶縁 材は難燃性添加剤の入っていない発泡ポリオレフィンを含有し、前記４つのツイ ストペアの残りのツイストペアの絶縁材はフルオロポリマーであり、前記ツイス トペアの誘電率が０．２５の範囲内であり、および前記ケーブルは厚さが２０ミ ル（０．５０８ｍｍ）以下である外被を有することを特徴とするケーブル。 ２．前記発泡ポリオレフィン絶縁材が中実のポリオレフィン外皮を有することを 特徴とする請求項１に記載のケーブル。 ３．前記ポリオレフィンがポリエチレンであることを特徴とする請求項１に記載 のケーブル。 ４．前記フルオロポリマーがテトラフルオロエチレン／ヘキサフルオロプロピレ ンコポリマーであることを特徴とする請求項１に記載のケーブル。 ５．前記外被が難燃性ポリ塩化ビニルであることを特徴とする請求項１に記載の ケーブル。 ６．前記外被がテトラフルオロエチレン／ヘキサフルオロプロピレンコポリマー またはクロロトリフルオロエチレン／エチレンコポリマーであることを特徴とす る請求項１に記載のケーブル。