JP5270695B2 - 伸縮性光信号伝送ケーブル - Google Patents
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Description
電気信号を用いたものは取り扱いやすく汎用的である反面、高速伝送には限界があり、電磁波障害にも弱いという欠点がある。光信号は、高速伝送ができ電磁波障害も受けないという利点がある。光信号を伝送する媒体として光ファイバケーブルが用いられるが、一般に剛直で取り扱い性が悪い。このため、固定された配線として用いられることが多い。この欠点を改善したものとして、光ファイバカールコードがある(以下、特許文献1参照)。
しかし、カールコードは、外径が大きく、カール部分がひっかかりやすく、水平にすると垂れ下がりやすい、といった問題を抱えており、取り扱い性を十分に向上させたと言える物ではない。
これらの問題を解決するために、形態変形追随性があり、変形時に、ひっかかったり、からまったりすることが無く、変形時においても光信号が伝送でき、繰り返し伸長で使用できるストレート形状で伸縮性がある、光ファイバケーブルが求められている。
すなわち、本発明は下記の発明を提供する。
[4]光ファイバの残留トルク率が70%以下である、前記「1」〜「3」のいずれかに記載の伸縮性光信号伝送ケーブル。
100×(L0−Lk)/Lk[%]
{式中、L0は、光ファイバの全長であり、そしてLkは、抗伸張糸状体の全長である。}で定義される値まで伸張した時の、該糸状体合計の破断強度が10000cN以上である、前記[1]〜[12]のいずれかに記載の伸縮性光信号伝送ケーブル。
光ファイバ 直径 : d(mm)。
光ファイバ捲回径 : D(mm)。最小をDmin、最大をDmaxで表す。
光ファイバ捲回外径 : Do(mm)。
光ファイバ捲回ピッチ: P(mm)。最小をPmin、最大をPmaxで表す。
光ファイバ曲げ直径 : R(mm)。最小をRmin、最大をRmax、平均をRave、限界曲げ直径をReで表す。
伝送ロス : L(dB)。伸張時伝送ロスをLsで表す。
伸張時伝送性 : I。
荷重 : T(cN)。
伸張率 : E(%)。
なお、光ファイバの少なくとも一部は弾性円筒体の表層内部に存在してもよい。
また、弾性円筒体は内部に空隙を有していることが好ましい。空隙は、伸縮性を阻害せず、光ファイバの捲回径を大きくできるため、伸縮性を高める効果がある。空隙を形成する方法は、例えば、弾性長繊維の周囲に絶縁繊維を配置する方法、弾性長繊維または、弾性長繊維の周囲に絶縁繊維を配置した糸状体を編み組みする方法、弾性長繊維を発泡させる方法、弾性長繊維を中空にする方法、またはこれらを組み合わせた方法などがある。弾性チューブまたはコイルバネから形成した場合は当然中空になる。
ポリウレタン系弾性長繊維は、伸びが大きく、耐久性にもすぐれるため本発明の弾性長繊維として最適である。
合成ゴム系弾性長繊維は、耐久性に優れる。シリコンゴムは、伸び、耐久性双方良好で、好ましく用いられる。また、フッ素ゴムは、伸びは小さいが、耐久性および不燃性に優れる。用途に応じて、公知の合成ゴム系弾性長繊維を用いることができる。
弾性長繊維は、モノフィラメントでもマルチフィラメントでもよい。
弾性長繊維をあらかじめ、双糸もしくは多子撚りとしたもの、または、弾性長繊維を芯にしてその回りに別の弾性長繊維を捲回したものとすることで、弾性円筒体と伝送体部との一体化(伸縮した場合に伝送体部がずれないようにすること)を容易にすることもできる。
コイルバネ単独では、その周囲に導体線を捲回できないため、あらかじめコイルバネの周囲に絶縁繊維の編み組み等を形成することで弾性円筒体を得ることができる。
コイル直径Cdと伸線(コイルを形成する線材のこと)直径Sdが24>Cd/Sd>4であることが好ましい。Cd/Sdが24以上の場合は、安定な形態のバネが得られず、変形しやすく好ましくない。好ましくはCd/Sdが、16以下である。一方、Cd/Sdが4以下では、コイルを形成することが困難となると同時に、伸縮性が発現しにくい。Cd/Sdは、好ましくは6以上である。
コイルのピッチ間隔は1/2Cd以下であることが望ましい。これ以上の間隔であってもコイル状のバネを形成することはできるが、コイル外周への絶縁繊維の編み組み等の形成が困難となる。さらに、伸縮性が低下するとともに、外力により変形しやすくなるので好ましくない。コイルのピッチ間隔は、好ましくは1/10Cd以下である。
ピッチ間隔をほぼゼロとしたものは、伸縮性を最も高くすることができ、バネそのものがからまりにくく、巻き取ったバネを引き出しやすいという特徴があり、外力による変形にも強いという利点があり、好ましい。
コイルバネの材料は、公知の伸線から任意に選ぶことができる。線材の材料は、ピアノ線、硬鋼線、ステンレス鋼線、オイルテンパー線、燐青銅線、ベリウム銅線および洋白線などがある。耐食性および耐熱性に優れ、かつ入手しやすい点から、ステンレス鋼線が望ましい。
また、弾性チューブの中に光ファイバを埋め込むこともできる。例えば、ステンレス棒に光ファイバを捲回し、これをゴムラテックス中に浸漬または塗布した後、公知の方法(例えば、加硫処理、熱処理および乾燥処理等)を行った後、内部のステンレス棒を抜き去る等することにより、弾性チューブの中に光ファイバを埋め込むことができる。
弾性円筒体の20%伸長荷重は2000cN以下であることが好ましい。より好ましくは1000cN以下、さらに好ましくは500cN以下である。
弾性円筒体の直径は、30mm以下、好ましくは20mm以下、より好ましくは10mm以下である。直径が30mm以上となると、太く、重くなり、実用上好ましくない。
弾性円筒体の20%伸長応力は1〜500cN/mm2、より好ましくは1〜200cN/mm2、さらに好ましくは5〜100cN/mm2となるように設計する。
以上のような範囲に設計することで、良好な伸縮性を得ることができる。
信号線を構成する光ファイバは裸線を単独で用いることもできるが、表面に傷がつくと伝送性が低下する。単芯の光ファイバを用いることもできるが、屈曲性が欠しい。
プラスチック光ファイバにおいては、細線の集合線で構成されるマルチコアタイプの光ファイバを用いることが好ましい。また、ガラス光ファイバにおいては、コアの周辺に複数の空気孔を持つホーリ型が好ましい。
マルチコアを構成する細線の単線直径は0.1mm以下であることが好ましく、より好ましくは0.08mm以下であり、さらに好ましくは0.05mm以下である。細線化することにより、柔軟性を高めることができる。あまり細すぎると製造が困難となるため、0.001mm以上が好ましい。
例えば、身体装着用のケーブルとしては、1m程度の長さが求められ、近距離での伝送となるため、透過性が低くても伝送できる。このため、マルチコア(例えば37本)のプラスチック光ファイバで、直径が1mm以下のものを用いることで、捲回径を小さくすることができ、コンパクトで伸縮性に富み、繰り返し使用においても断線しにくい、伸縮性光信号伝送ケーブルを得ることができる。
直径が細く、曲げ半径の小さいものが、コンパクトで伸縮性に富み、形態変形追随性が良く、繰り返し伸縮に対して強く、変形しても伝送性の変化が小さいという利点がある。
あらかじめ、撥水加工や難燃加工を施した繊維を用いることもできる。
2本以上の光ファイバを用い、または後述するように1本以上の導体線と共に用いて、所謂多芯光ファイバケーブルまたは電気光複合ケーブルとすることもできる。
伸縮性に富むケーブルとするため、導体線は螺旋状に捲回されていることが好ましい。
螺旋状を得るためには、例えばカバーリングマシーンにより1方向に捲回したものや、S/Zの双方向に捲回することができる。
導体線と光ファイバは、同一円周上に捲回することも、同心円状に、多層に捲回することもできる。
同一円周上に捲回する場合は、並列に捲回されていることが好ましい。
汎用性が高いケーブルとして、信号ラインと電源ラインを併せ持つものが好まれる。例えば光信号ライン1本、電源ライン1本、グランドライン1本の合計3本とすることで、光通信による信号伝送と、電源供給を併せ持つ伸縮性光信号伝送ケーブルを得ることができる。導体線を信号ラインとして併用することもできる。信号ラインは、最低1本が必要となる。好ましくは2本である。2本の信号ラインにより、汎用の差動信号の伝送を行うこともできる。電力供給用に2本の導体線、高周波伝送用に2本の導体線、光ファイバを1〜2本含むことで、電力、高周波信号、光信号の全てを同時に伝送することもできる。
拘束糸状体には、公知の糸状体を任意に用いることができる。例えば、マルチフィラメント、モノフィラメント、または、紡績糸を用いることができる。細く、柔らかく、拘束力が強く(高強度)、安価という観点からは、ポリエステル繊維、ナイロン繊維が挙げられる。誘電率が低いという観点からはフッ素繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維が挙げられる。難燃性の観点からは、塩化ビニル繊維、サラン繊維、ガラス繊維を挙げることができる。伸縮性の観点からは、ポリウレタン繊維または、ポリウレタン繊維の外部を他の絶縁繊維で被覆したもの等を挙げることができる。その他、絹、レーヨン繊維、キュプラ繊維、コットン紡績糸を用いることもできる。しかし、これらに限定されるものではなく、公知の繊維を任意に用いることができる。
図3に示すように、カバーリングマシーンにより光ファイバの外側に拘束糸状体を捲回する場合は、捲回速度を高める(スピンドル回転数を上げる)ことで、捲回張力(バルーニング張力)が増し、拘束力を高めることができる。
当該糸条体は、光ファイバより細いものが好ましい。太い糸状態を用いると、光ファイバそのものが、変形せざるをえなくなり、伸縮しにくくなる。
捲回する糸に荷重をかけることで、捲回張力を高めることができ、拘束力を増すことができる。荷重は捲回状態を見ながら調整することが好ましい。荷重が小さすぎると互いの拘束力が小さくなり、伸張により光ファイバの捲回ピッチが変動することがある。荷重を強くしすぎると、光ファイバそのものを側面から強く締め付けることになり、伝送性が低下することがある。
一般に光ファイバは剛直であり、上記のように捲回して、拘束糸状体で拘束しても、伸縮により、撚りを解く力が生じ、捲回状態が乱れやすい。
このため、光ファイバの残留トルク率は70%以下であることが好ましい。より好ましくは、50%以下であり、さらに好ましくは30%以下である。残留トルク率とは、10ターン光ファイバを解いて、取り出し、室温下で10分間放置後のターン数をNとし 次式で求めた値をいう:
残留トルク率=100*(10−N)/10 (%)
残留トルクを減少させるためには、光ファイバを捲回した後に、熱処理を施すことが好ましい。
熱処理により光ファイバの捲回による歪を除去することができ、残留トルクを低減することができる。
残留トルクが低減することにより、形態が安定化し、繰り返し伸縮しやすくなり、かつ、繰り返し伸縮後も、もとの形態に戻りやすくなる。これにより、繰り返し伸縮による光ファイバの捲回状態の乱れを防ぐことができ、実用性が向上する。
高温で長時間処理すると、伝送性が低下する。さらに、弾性体の伸縮性が損なわれることがある。一方、低温では、歪除去の効果が乏しい。
温度は40℃以上で熱処理を行うことが好ましい。より好ましくは、60℃以上さらに好ましくは80℃以上である。
時間は、温度との関係で任意に設定される。1秒以上、好ましくは10秒以上より好ましくは、1分以上所定温度に保持することで、安定した熱処理を施すことができる。高温下に長時間保持すると、光ファイバの透過性が低下することがあるため、透過性の低減が50%以下の範囲で設定することが好ましい。より好ましくは30%以下、さらに好ましくは10%以下である。プラスチック光ファイバの場合、温度は150℃以下が好ましい。さらに好ましくは120℃以下である。ガラス光ファイバの場合、温度は200℃以下が好ましい。また、高温下で長時間保持すると伸縮性が低下することもある。弾性体として弾性長繊維を用いる場合は、例えばシリコンゴムでは180℃以下が好ましく、ポリウレタン系弾性長繊維では150℃以下が好ましく、天然ゴム系では130℃以下が好ましい。また、コイルバネの周囲を編み組みしたものを弾性体として用いる場合は温度を200℃以下とすることが好ましい。例えば、弾性体として、ポリウレタン弾性長繊維を用い、光ファイバとしてプラスチック光ファイバを用いる場合は80〜100℃下で、5分〜15分程度処理することにより、伝送性の低下がほとんど無く、残留トルク率を70%以下にすることができる。
ガラス製光ファイバを用いる場合は、残留トルク率低減のために、より高温が求められることがあるが、このような場合は、弾性体として耐熱性の高い、シリコンゴムや、コイルバネを用いることにより、伸縮性を損なうことなく、光ファイバの透過性を保持しながら、残留トルクを低減することができる。
図5は、本発明でいう曲げ直径を説明する図である。図5において、Aは本発明の伸縮性光信号伝送ケーブルの模式図であり、Bはそのケーブルを長さ方向に切断して展開した図である。これらの図から分かるように、曲げ直径Rとは光ファイバの捲回角度θを考慮した捲回直径である。
Rが50mmを越えると外径が大きくなりすぎるか、または、伸縮性が損なわれ易い。より好ましくは30mm以下、さらに好ましくは20mm以下、特に好ましくは10mm以下である。
曲げ直径Rの下限は、光ファイバの限界曲げ直径Re以上であることが好ましい。より好ましくは2Re以上であり、さらに好ましくは3Re以上である。なお、光ファイバの限界曲げ直径Reの求め方は後述する。
撥水性の絶縁繊維は、誘電率の高い水の浸入を防ぐ効果があり、好ましい。具体的には、フッ素繊維や、ポリプロピレン繊維などの撥水性の絶縁繊維を用いることも、ポリエステル繊維や、ナイロン繊維に撥水加工を施して用いることもできる。撥水加工剤は、公知の加工剤から任意に選定することができる。具体的にはフッ素系、シリコン系の撥水加工剤等を挙げることができる。
また、難燃加工を行うこともできる。外部被覆用のポリエステルまたはナイロンの染色時に、臭素系やリン酸エステル系の加工剤(本剤に限定するものではない)を用いて難燃加工を行うことができる。難燃加工を付与することも、伸縮性光信号伝送ケーブルを難燃加工することもできる。使用する繊維をあらかじめ難燃加工しておくことが好ましい。
繊維は、伸縮伝送ケーブルの用途や想定される使用条件に合わせて、公知の繊維から任意に選ぶことができる。繊維は生糸のままでも良いが、意匠性や劣化防止の観点から原着糸や先染め糸を用いることもできる。仕上げ加工により、柔軟性や摩擦性の向上を図ることもできる。さらに、難燃加工、撥油加工、防汚加工、抗菌加工、制菌加工および消臭加工など、公知の繊維の加工を施すことにより、実用時の取り扱い性を向上させることもできる。
さらに、人との接触による触感を重視する場合は、キュプラ、アセテート、コットンおよびレーヨンなどのセルロース系繊維や、絹または繊度の細い合成繊維を用いることができる。
弾性樹脂は、様々な弾性の絶縁樹脂から任意に選ぶことができ、伸縮性光伝送ケーブルの用途及び同時に使用する他の繊維との相性を考慮しながら、選定することができる。
考慮すべき性能として、伝送性、伸縮性、耐磨耗性、耐熱性および耐薬品性などが挙げられる。
伸縮性に優れるものとしては、所謂天然ゴム系の弾性樹脂、スチレンブタジエン系の弾性樹脂、シリコン系弾性樹脂が挙げられる。
耐磨耗性、耐熱性、耐薬品性に優れるものとしては合成ゴム系弾性体が挙げられ、フッ素系ゴム、シリコーン系ゴム、エチレン・プロピレン系ゴム、クロロプレン系ゴムおよびブチル系ゴムが好ましい。
伸縮伝送ケーブルは小さい力で伸縮させることを望むケースが多いが、弾性樹脂のみでの被覆の場合は、弾性樹脂の厚みが厚くなる傾向があり、伸縮させる力が大きくなりやすい。このような場合は、厚みの薄い弾性樹脂と、絶縁繊維による編組を組み合わせることで、被覆性と伸縮性を両立させることができる。
弾性樹脂として、所謂ゴムチューブで被覆することもできる。ゴムチューブは一般に摩擦性が悪いため、これを補うために、さらに外部を繊維被覆することもできる。
例えば数kgの電子機器に本発明の伸縮性光信号伝送ケーブルを接続した状態で、電子機器を誤って落下した場合、急激な荷重がケーブルにかかることがある。このような場合でも、上記のように設計することで、光ファイバに過大な荷重が及ぶことを防ぐことができ、伸縮性光信号伝送ケーブルの伝送性の低下や、伸縮性の低下を防ぐことができる。
また、伸張した芯部の弾性円筒体に抗伸張糸状体を沿わせる場合は、伸張倍率を1.1倍以上とし、抗伸張糸状体を捲回することなく沿わせ、その周囲に光ファイバを捲回することにより実現することができる。
捲回角度をコントロールすることにより抗伸張糸状体を配置する場合は、外部被覆を兼ねることもでき、複数本を用いることにより、合計破断強度を10000cN以上にすることもできる。高強度繊維に加え、ポリエステル繊維や、ナイロン繊維、アクリル繊維、レーヨン繊維、キュプラ繊維、ポリラクトロン繊維、コットン、シルクなどの公知の繊維を用いることができる。
導体線は、弛緩状態における伸縮性光信号伝送ケーブル1m当たり、導体線の電気抵抗は100Ω/m以下であることが好ましい。より好ましくは10Ω/m以下である。特に好ましくは5Ω/m以下である。
信号線を構成する導体線として細線を単独で用いることもできるが、電気抵抗が大きくなると、伝送性が低下する。このため、細線を2本以上集合して1つの導体線として用いることが好ましい。集合本数の上限は特に無いが、柔軟性と、電気抵抗を勘案して任意に決めることができる。集合本数を増やすと生産性が低下するため、10000本以下が好ましい。より好ましくは1000本以下である。
絶縁材は、絶縁性、伝送性および柔軟性を加味して選択される。絶縁材は、公知の絶縁材料から任意に選ぶことができる。伝送性の観点からは、誘電率の低い素材が好ましく、フッ素系およびポリオレフィン系等の絶縁材が挙げられる。柔軟性の点からは、塩化ビニール系およびゴム系等の絶縁材が挙げられる。
絶縁性の繊維の集合体により、導体線を覆うことにより、空気を含んだ絶縁層を形成することもできる。絶縁性の繊維は特に限定されるものでは無いが、安価で、強度が強く、取り扱い性に優れるものとして、ポリエステル繊維およびナイロン繊維が挙げられる。送性を高めるために、誘電率の低いフッ素繊維、ポリプロピレン繊維を用いることもできる。
水分の影響を受けにくくするために、撥水加工を施した繊維を用いることもできる。
(1)弾性円筒体を供給する機構、
(2)弾性円筒体を把持し、一定速度でフィードする機構(好ましくはニップせずに把持して一定速度でフィードする機構、例えば複数のV溝を有する2連のロールのV溝に8の字掛けに沿わせて把持し、フィードする機構)、
(3)弾性円筒体を把持し、一定速度で巻き取る機構(好ましくはニップせずに把持して一定速度で巻き取る機構、例えば複数のV溝を有する2連のロールのV溝に8の字掛けに沿わせて把持し、巻き取る機構か、または、V溝を持った直径の大きなドラムのV溝に複数回巻き付けて巻き取る機構)、
(4)弾性円筒体を伸張した状態で、少なくとも1本以上の光ファイバを含む伝送線を弾性円筒体に並列に捲回する機構(例えば光ファイバまたは糸状体を巻いたボビンを把持された弾性円筒体の周囲を旋回させる機構、把持された弾性円筒体を回転させて光ファイバまたは糸状体を弾性円筒体の周囲に捲回する機構、または、光ファイバまたは糸状体を巻いた複数の中空ボビンを直列に配置し、弾性円筒体を中空ボビンの中空部を通過させつつ、中空ボビンを回転させる機構)、
(5)弾性円筒体を伸張した状態で、拘束糸状体を光ファイバの捲回方向と逆方向に弾性円筒体に並列に捲回する機構、特に好ましくは、弾性円筒体を伸張した状態で、光ファイバの捲回方向と逆方向に光ファイバの内側と外側を交互に通って拘束糸状体を捲回する機構(例えば、光ファイバを巻いた1本以上のボビンと絶縁性糸状体を巻いた1本以上のボビンが、前後または上下に移動し、相互に逆方向に弾性円筒体の回りを旋回する機構)。
本発明で用いた評価方法は以下の通りであった。
伸縮性光信号伝送ケーブルに20cm間隔で印をつける。その外側を手で持ち印の位置が、22cmになるまで引き伸ばしたのち、弛緩して長さを測定する。下記基準で区別し、22cmまで引き伸ばすことができ、かつ弛緩後21cm未満に回復したもの(A)を10%以上の伸縮性があると判断した:
A:22cmまで伸張させることができ、弛緩させると21cm未満に回復したもの、
B:22cmまで伸張させることができないか、または、22cmまで伸張させることができたが、弛緩しても21cm未満に回復しないもの。
光ファイバ捲回後、弛緩状態で、ノギスにより3箇所の捲回外径を測定し、その平均値を求めDoとした。また、光ファイバの外径をノギスにより3箇所測定し平均値を求めdとし、次式:
D=Do−d
により捲回径D(mm)を求めた。
同一光ファイバの任意のピッチの距離を、定規をあて測定し、ピッチ間隔P(mm)とした。
次式:
R=(√(P2+(πD)2)/π
により求めた。
長さ1mの光ファイバをオプトパワーメータ(Photom 205A クレイテクノス株式会社製)につなぎ、曲げ前の光出力を検出し、この値を基準にする。
次ぎに、所定の直径の鉄心に、光ファイバを隙間がないように、10回巻きつけ、ビニールテープで固定し、オプトパワーメータにより、基準対比の伝送ロスを測定する。伝送ロスが、3dB未満の場合、鉄心を細いものに変え、再度伝送ロスを測定する。
鉄心直径が5mm以上の場合は1mm刻み、5mm未満2mm以上の場合は0.5mm刻み、2mm未満は0.2mm刻みで、太いものから細いものへ変更してゆき、3〜5dBの伝送ロスを示した直径又は、最初に破断した直径のいずれか大きい方の直径をDeとした。このDeに光ファイバの直径dを加えた値をReとした。
標準状態(温度20℃、相対湿度65%)に試料を2時間以上静置した後、標準状態下でテンシロン万能試験機((株)エーアンドディ社製)を用い、試料を把持長100mm、引張り速度100mm/minで引張り、20%伸張時の荷重T20(cN)を求めた。
標準状態(温度20℃、相対湿度65%)に試料を2時間以上静置した後、標準状態下でテンシロン万能試験機((株)エーアンドディ社製)を用い、試料を把持長100mm、引張り速度100mm/minで引張り、所定伸張率伸張後リターンし、荷重がゼロになる距離(Amm(伸張ゼロ位置から当該位置までの距離))を求め、次式:
回復率(%)=((100−A)/100)×100
により、回復率を求めた。回復性は下記基準により、判定した:
A:回復率≧80%
B:80%>回復率≧50%
C:50%>回復率。
10%刻みで上記伸張回復率を測定し80%未満となった伸張率(E80)を求め、下記式:
伸張限界=0.8×E80
により伸張限界を求めた。
標準状態(温度20℃、相対湿度65%)に試料を2時間以上静置した後、標準状態下でテンシロン万能試験機((株)エーアンドディ社製)を用い、試料を把持長100mm、引張り速度100mm/minで引張り、30%まで伸張した時点で停止させ、次のデータを採取した。
1)伸長時捲回径 Dx(mm):ノギスより光ファイバの捲回外径を測定し、上記(2)と同様にして捲回径を求めた。
2)伸長時ピッチPx(mm):定規をあて、ピッチ間隔を測定した。
3)伸長時曲げ直径Rx(mm):捲回径とピッチより(4)と同様にして、曲げ直径を求めた。
図6に示すデマッチャー試験機((株)大栄科学精機製作所製)のチャック部(21)およびチャック部(22)を試料(20)の長さ20cmにセットした。あらかじめコネクターを両端に装着した50cmの試料の中央部をチャック部(21)およびチャック部(22)にセットし、ピッチ間隔を測定してピッチ間ばらつきPr1を求めた。次に、図6に示すようにチャック部(21)およびチャック部(22)の中間に直径1.27cmのステンレス棒(23)を配置した。この状態でオプトパワーメーター(photom205A、光源650nm)に両端を接続し、出力P1を測定した。
次に、チャック部(22)の可動位置を試料の伸張時である26cmに設定し、室温で、初期伸張11%および引っ張り時伸張40%で100回/minで10万回伸縮を繰り返した後、初期伸張位置で停止させ、出力P2を測定した。次に、ステンレス棒を取り外し、光ファイバのピッチ間隔のばらつきPr2を測定した。耐繰り返し伸縮性を下記基準によって評価した。
ピッチ間隔のばらつき 伝送性の低下
(Pr2−Pr1) 伝送ロス(dB)
A 0.1以下 かつ 3dB以下
B 0.1より大きく0.5以下 または 3dBより大きく10dB以下
C 0.5より大 または 10dBより大
なお、伝送ロス(dB)は下式:
伝送ロス(dB)=10×(Log(P2/P1))
によって求めた。
把持長100mmで試料の両端を把持し、一方を右に135°回転し、他方を左に135°回転する捩りを1分間に175回繰り返す捩り試験を10分間行なった後、形体異常(ピッチの偏り、光ファイバの飛び出し)を目視によって観察し、捩り試験前後での伝送性の低下を上記(10)と同様の方法で測定し、耐捩り性を次の基準で評価した。
耐捩り性 形体異常 伝送性の低下
A : 無し かつ 3dB以下
B : 無し かつ 3dBより大きく10dB以下
C : 有り または 10dBより大
長さ50cmの試料の一端に荷重5kgを結びつけ、他端を100cmの高さに固定し、荷重を取りつけた側を自由落下させた。落下後の状態を観察し、耐落下性を下記基準によって評価した。
A:光ファイバの断線が無く、長さの伸びが10%未満。
B:光ファイバの断線が無く、長さの伸びが10%以上。
C:光ファイバが断線。
弛緩状態で、あらかじめ両端にコネクターを取りつけた長さ1mの試料の中央200mmの両側に印を取りつけた(ビニールテープを巻く)。この状態で、両端のコネクターをオプトパワーメータ(photom205A(グレイテクノス株式会社製)、光源 650nm 310−065CF(グレイテクノス株式会社製))に取り付け、W/dBmボタンを押し、出力P0(μW)を測定した。
次ぎに、印部を手で持ち、210mm、220mm・・・と10mm刻みで伸ばし、出力Ps10、Ps20、・・・を測定する。伸張限界まで伸張した後、10mm刻みで縮めながら、・・・、Pr20、Pr10の出力を測定する。伸縮時伝送性Iを下式:
I=(Pmax−Pmin)/Pave
{式中、Pmax:最大出力、Pmin:最小出力、Pave:平均出力。なお、Pave=(Ps10+Ps20+・・・+Pr20+Pr10)/測定点数である。}によって求め、下記基準によって伸縮時伝送性を評価した。
A : 0<I≦0.3
B : 0.3<I≦3
C : 3<I
測定装置:オプトパワーメータ:photom205A(グレイテクノス(株)製)
光源:650nm 310−065CF(グレイテクノス株式会社製)
コネクタアダプタ:180−HTL
測定方法:カットバック法
(弛緩時長さL1(m)の伸縮性光信号伝送ケーブルを測定装置に装着し、出力P1を測定した。次ぎに光源からL2(m)のところで該ケーブルを切断し、測定装置に装着し、出力P2を測定した。次式:
伝送ロス(dB/m)=10×(Log(P2/P1))/(L1−L2))
により伝送ロスを求めた。
弛緩状態において、長さ1mの試料を切り取り、その両端の導体線の先端を約5mm引き出し、先端約3mmをハンダ浴に浸漬し細線間の導通を高めた後、ミリオームハイテスター3540(日置電機(株))により電気抵抗(Ω)を測定した。
(16)残留トルク率
標標準状態(温度20℃、相対湿度65%)に試料を2時間以上静置した後、試料より10ターン(1ターンは1ピッチのことをいう)の光ファイバを切り出し、光ファイバを引き伸ばすこと無く、捲回を解き、標準状態下に静置した。
10分後、ターンの数(N)を測定し、次式より残留トルク率を求めた:
残留トルク率=100*(10−N)/10 (%)
1)弾性円筒体の作製
940dtexのポリウレタン弾性長繊維(旭化成せんい(株)製、商品名:ロイカ)を芯にして、伸張倍率を4.2倍下で、230dtexのウーリーナイロン(黒染め糸)を700T/Mの下撚りおよび500T/Mの上撚りで捲回し、ダブルカバー糸を得た。得られたダブルカバー糸を製紐用ボビンに巻き取り、当該ボビン4本を、8本打ち製紐機((有)桜井鉄工製)のS方向に2本、Z方向に2本、均等に配置して組み紐を作製し、直径1.8mmの弾性円筒体(A)を得た。
上記弾性円筒体を、特殊製紐機((1)弾性円筒体を芯部として供給する機構、(2)弾性円筒体を、複数のV溝を有する2連のロールのV溝に8の字掛けに沿わせて把持し、フィードする機構、(3)弾性円筒体を、複数のV溝を有する2連のロールのV溝に8の字掛けに沿わせて把持し、巻き取る機構、(4)弾性円筒体を伸張した状態で、光ファイバを弾性円筒体に並列に捲回する機構、および(5)弾性円筒体を伸張した状態で、光ファイバの捲回方向と逆方向に光ファイバの内側と外側を交互に通って糸状体を捲回する機構を備えた特殊製紐機)により、2.0倍伸張下で、弾性円筒体に光ファイバ(ルミナスTM 品名 SMCN-400P-6 旭化成エレクトロニクス(株)社製、直径0.4mm、0.05〜0.06mmφ×37本)1本とエステルウーリー(330dtex)3本をS方向に、エステルウーリー(330dtex)4本をZ方向に、相互に内側と外側通して捲回して本発明の伸縮性光信号伝送ケーブルを得た。得られた伸縮性光信号伝送ケーブルの構成および評価結果を、以下の表1に示す。
特殊カバーリングマシーン(有限会社カタオカテクノ社製型式SP−D−400:(1)弾性円筒体を芯部として供給する機構、(2)弾性円筒体を、複数のV溝を有する2連のロールのV溝に8の字掛けに沿わせて把持し、フィードする機構、(3)弾性円筒体を、複数のV溝を有する2連のロールのV溝に8の字掛けに沿わせて把持し、巻き取る機構、(4)弾性円筒体を伸張した状態で、光ファイバを弾性円筒体に並列に捲回する機構、および(5)弾性円筒体を伸張した状態で、光ファイバの捲回方向と逆方向に拘束糸状体を捲回する機構を備えたカバーリング装置)の下段に光ファイバを前巻きしたボビンをセットした。弾性円筒体Bを芯部として、当該特殊カバーリングマシーンを用いて、当該芯部を3倍に伸張しつつ、光ファイバを下撚りZ方向に160T/Mで捲回した。次いで、弛緩率70%で連続的に紙管に巻き取り、紙管に巻かれた状態のまま、熱風乾燥機に入れ、85℃、5分間熱処理を行った。放冷後、紙管から取り外し、本発明の伸縮性光信号伝送ケーブルを得た。得られた伸縮性光信号伝送ケーブルの構成および評価結果を、以下の表1に併せて示す。
実施例6と同様に、弾性円筒体Bを芯にして光ファイバ下撚りZ方向に130T/M、上撚りS方向に、エステルウーリー330dtexを170T/Mで捲回した。次いで、これを、弛緩率70%で連続的に紙管に巻き取り、紙管に巻かれた状態のまま、熱風乾燥機に入れ、85℃、5分間熱処理を行った。放冷後、これを、紙管から取り外し、本発明の伸縮性光信号伝送ケーブルを得た。
熱処理前後の残留トルク率を調べた結果、熱処理前は70%、熱処理後は20%であった。このことから、残留トルク率を大幅に下げるためには熱処理が有効であることが分かる。
実施例1に記載の特殊製紐機を用いて、実施例2で得られた伸縮性光信号伝送ケーブルを芯部にし、1.2倍伸張下で、エステルウーリー300dtexにて、90T/m(m当り捲回数90回)で外部被覆を行い、外部被覆層を持った伸縮性光信号伝送ケーブルを得た。当該ケーブルを100mmきり出し、分解し、光ファイバとエステルウーリーの長さを調べた。光ファイバは171mm、エステルウーリーは155mmであった。なお、該エステルウーリー1本の10%(100×(171−155)/155)伸張時の荷重は1800Nであった。従って、16本の合計荷重は28800Nであった。
弾性円筒体Bを、実施例1に記載の特殊製紐機を用いて、1.6倍伸張し、該伸張状態の芯部へアラミド繊維(ケブラーType961 440dtex)を3本沿わせて、給糸し、弾性円筒体とアラミド繊維を合わせて芯部とし、該芯部の周囲に、実施例1と同様にして、光ファイバおよびエステル繊維を捲回し本発明の伸縮性光信号伝送ケーブルを得た。該ケーブルを100mm切り出し、分解し、光ファイバとアラミド繊維の長さを調べた。光ファイバは174mm、アラミド繊維は151mmであった。アラミド繊維は光ファイバより9%短いことが分かる。なお、該アラミド繊維は破断伸度5%で、破断荷重は8300cNであった。3本の5%破断荷重は24900cNであった。従って、光ファイバに伸張荷重が及ぶ前に、アラミド繊維に伸張荷重がかかり、抗伸張効果を発揮していることが分かる。
実施例7〜9の試料の耐落下伸張性の評価結果を、以下の表2に示す。
所定の弾性円筒体を芯部にして、実施例1に記載の特殊製紐機を用いて1.6倍伸長下で、所定本数の光ファイバとエステルウーリー330dtexを均等にS方向に、エステルウーリー330dtex4本を均等にZ方向に、交互に上、下を通って捲回し、本発明の伸縮性光信号伝送ケーブルを得た。
得られた伸縮性光信号伝送ケーブルの評価結果を、以下の表3に示す。
所定の弾性円筒体を芯部にして、実施例1に記載の特殊製紐機を用いて1.6倍伸長下で、所定本数の光ファイバと所定本数の導体線((有)竜野電線製2USTC(30μ*90本)、所定本数のエステルウーリー330dtexを光ファイバ、導体腺、エステルウーリー、導体線の順にS方向に、エステルウーリー4本をZ方向に、交互に上下を通って捲回し、本発明の伸縮性光信号伝送ケーブルを得た。光信号と電力及び電気信号を同時に供給できる伸縮性光信号伝送ケーブルが得られた。
得られた伸縮性光信号伝送ケーブルの評価結果を、以下の表4に示す。
2 光ファイバ
3 光ファイバ
4 拘束糸状体
20 試料
21 チャック部
22 チャック部
Claims (12)
- 弾性円筒体を伸張する機能と、その周囲に複数の伝送線を並列に捲回する機能と、伝送線の捲回方向と逆方向に糸状体を捲回する機能を有する装置により、伸張した状態の弾性円筒体に少なくとも1本以上の光ファイバを捲回し、該光ファイバと反対方向に拘束糸状体を該光ファイバの外側に捲回することを特徴とする、10%以上の伸縮性を有し、光伝送ロスが弛緩状態において20dB/m未満である伸縮性光信号伝送ケーブルであって、10%以上の伸縮性を有する弾性円筒体および該弾性円筒体の周囲に捲回された少なくとも1本の光ファイバを含み、該光ファイバの曲げ直径Rが限界曲げ直径Re以上であり、光ファイバの外側に光ファイバと逆方向に捲回されている拘束糸状体をさらに含むことを特徴とする伸縮性光信号伝送ケーブルの製造方法。
- 光ファイバの残留トルク率が70%以下である、請求項1に記載の方法。
- 限界伸張までの任意の伸張状態において、Rmin>Reであり、かつ、曲げ直径のばらつきRr(Rr=Rmax−Rmin)が0≦Rr≦Raveである、請求項1又は2に記載の方法。
- 光ファイバの捲回径が0.5〜30mmであり、光ファイバの捲回ピッチが0.5〜50mmである、請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。
- 少なくとも1本の導体線をさらに含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。
- 少なくとも1本以上の導体線がさらに捲回されている、請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
- 少なくとも1本以上の光ファイバと、少なくとも1本以上の導体線とが、同心円状に捲回されている、請求項6に記載の方法。
- 少なくとも1本以上の光ファイバと、少なくとも1本以上の導体線とが、同一円周上に、かつ、並列に、捲回されている、請求項6に記載の方法。
- 光ファイバの外周に繊維からなる外部被覆層をさらに有する、請求項1〜8のいずれか1項に記載の方法。
- 光ファイバの外周にゴム弾性を持つ樹脂からなる外部被覆層をさらに有する、請求項1〜9のいずれか1項に記載の方法。
- 全長が光ファイバよりも短い抗伸張糸状体を1本以上含み、該糸状体を、下記式:
100×(L0−Lk)/Lk[%]
{式中、L0は、光ファイバの全長であり、そしてLkは、抗伸張糸状体の全長である。}で定義される値まで伸張した時の、該糸状体合計の破断強度が10000cN以上である、請求項1〜10のいずれか1項に記載の方法。 - 20%伸張荷重が5000cN未満であり、かつ、20%伸張回復率が80%以上である、請求項1〜11のいずれか1項に記載の方法。
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