JP5532387B2 - 光電気複合ケーブル - Google Patents

Description

本発明は、光ファイバの周囲に電線を配置した光電気複合ケーブルに係り、光ファイバにかかる側圧による損失増加を抑制する光電気複合ケーブルに関する。

近年、電子機器の処理速度の高速化に伴い、電子機器間の配線の高速信号線化が進んでいる。しかし、このような状況にあっても、電子機器間においては、低速信号を送受信するための低速信号線や、電子機器に電力を供給するための電力線も依然として必要であることから、ツイストペア線に代表される高速信号線と、低速信号線や電力線とが複合された電気ケーブルが使用されてきた。

そして、現在では、信号の高速化をさらに進めるため、高速信号線として、光ファイバからなる高速信号線を用いて、それと電線からなる低速信号線や電力線とが複合された光電気複合ケーブルが使用されるに至っている。

このような光電気複合ケーブルの先行技術文献としては、特許文献１、２がある。

特開２００２−２３１０７２号公報 特開平９−１４５９７４号公報

このような光電気複合ケーブルは、特に民生品用途などにおいては、配線を見えづらくしたり、壁に配線し易くしたりするために、細径化することが求められている。そして、光電気複合ケーブルを細径化する方法としては、従来、以下の方法が採られている。

まず、通常よりも径の細い光ファイバを用いることにより、光電気複合ケーブルを細径化することは可能である。しかし、光ファイバの径を細くすると、光ファイバの径を細くする前と細くした後とでコアの径が同じ場合には、光ファイバの径を細くした後の方が光ファイバの径を細くする前よりもクラッドの厚みが薄くなり、それに伴い、光ファイバにかかる側圧による損失増加が生じ易くなるという問題が生じる。

また、光電気複合ケーブルにおいて外周を覆うシースの厚みを薄くすることによっても、光電気複合ケーブルを細径化することは可能である。しかし、このようにして光電気複合ケーブルを細径化すると、シースによる側圧吸収効果が低減し、それに伴い、光ファイバにかかる側圧による損失増加が生じ易くなるという問題が生じる。

このように、光電気複合ケーブルを細径化することと、光ファイバにかかる側圧による損失増加を抑制することは相反し、これらを同時に満たすことは非常に困難である。

ところで、従来は、（光ファイバの周囲に電線を配置した）光電気複合ケーブルにおいて、光ファイバにかかる側圧による損失増加を抑制するために、光電気複合ケーブルにおいて外周を覆うシースの厚みを厚くしたり、光ファイバのクラッド材の厚みを厚くしたりすることが行われていた。しかし、シースの厚みを厚くした場合にも、クラッド材の厚みを厚くした場合にも、光電気複合ケーブルの外径が太くなるが、これは、上述の光電気複合ケーブルの細径化の要求に反するものであり好ましくない。

そこで、本発明の目的は、従来とは異なる構造により、光ファイバの側圧による損失増加を抑制した光電気複合ケーブルを提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、光ファイバの周囲が複数の被覆電線で覆われ、該複数の被覆電線の周囲がシースで覆われ、上記シースの外側から径方向に外力が加わったとき、上記被覆電線が径方向内側に移動可能であり、上記被覆電線の本数が奇数本である。

上記光ファイバが複数であってもよい。

上記被覆電線の被覆が上記シースよりも柔軟であってもよい。

上記被覆電線が発泡電線であってもよい。

上記光ファイバと上記複数の被覆電線との間に抗張力繊維が充填されてもよい。

本発明によれば、光電気複合ケーブルにおいて、従来とは異なる構造により、光ファイバの側圧による損失増加を抑制することができる。

本発明の一実施形態を示す光電気複合ケーブルの断面図である。 本発明の光電気複合ケーブルに用いる光ファイバアレイの断面図である。 光ファイバの曲げ直径対破断率特性図である。 光ファイバの曲げ直径対曲げ損失特性図である。 試料に側圧を印加する試験の方法を示す図である。

以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１に示されるように、本発明に係る光電気複合ケーブル１は、光ファイバ２の周囲が複数の被覆電線３で覆われ、複数の被覆電線３の周囲がシース４で覆われたものである。

本実施形態では、光ファイバ２が複数本設けられるが、本発明は光ファイバ２は１本でも任意の複数本でもよい。本実施形態では、４本の光ファイバ２を隙間無く平行一列に並べて一体化した光ファイバアレイが用いられる。

光ファイバ２は、一般の光ファイバでもよいが、本実施形態では、一般の光ファイバに比べて断面積が１／４程度の外径が細い細径化光ファイバである。

被覆電線３は、導体心線５の周囲が被覆６で覆われたものである。被覆６は、導体心線５を電気的に絶縁して覆うだけでなく、光ファイバ２に側圧がかからないようにする目的があるので、柔軟なものが用いられる。被覆電線３の被覆６がシース４よりも柔軟であるのが好ましい。言い換えると、シース４は固く、被覆６は柔軟であるのが好ましい。具体的には、シース４が塩化ビニル等の固い樹脂からなるのに対して、被覆６はシース４よりも柔軟な樹脂からなる。本実施形態では、被覆電線３は、被覆６が発泡により柔軟にされた樹脂からなる発泡電線である。

本実施形態では、被覆電線３が細径化電線である。

本実施形態では、被覆電線３が７本設けられるが、本発明は被覆電線３は複数本あればよく、奇数本が好ましい。その中でも特に、被覆電線３は５本、７本、９本が好ましい。

本実施形態では、光ファイバ２と複数の被覆電線３との間にケブラー（登録商標）等の抗張力繊維７が充填される。

図２に示されるように、光ファイバ２の周囲には、４本の光ファイバ２の直径の和の長さよりも大きい長さを長径ｄｌとし、１本の光ファイバ２の直径よりも大きい長さを短径ｄｓとする楕円形にＵＶ硬化樹脂の被覆８が設けられる。光ファイバ２の直径が８０μｍのとき、楕円形は長径ｄｌ＝０．６ｍｍ、短径ｄｓ＝０．２ｍｍであり、光ファイバ２の直径が１２５μｍのとき、楕円形は長径ｄｌ＝０．７ｍｍ、短径ｄｓ＝０．２ｍｍである。

次に、本発明の光電気複合ケーブル１の作用効果を説明する。

本発明の光電気複合ケーブル１は、光ファイバ２の周囲が複数の被覆電線３で覆われ、複数の被覆電線３の周囲がシース４で覆われている。光電気複合ケーブル１が踏まれるなどして狭い箇所に集中して外力が加わると、外力を受けた被覆電線３では、その外力は被覆電線３の被覆６に吸収される。このため、被覆電線３が光電気複合ケーブル１の径方向内側に陥没するような変形は免れ、光ファイバ２には、側圧がかからない。特に、被覆電線３の被覆６が発泡により柔軟に形成されていると、この効果は顕著である。

本発明の光電気複合ケーブル１は、前述のように外力が被覆電線３の被覆６に吸収される構造であるため、光ファイバ２を覆う被覆は必要としない。特に、光ファイバアレイを用いた場合、４本の光ファイバ２が図示のように隙間無く平行一列となっている。この形状は、図示しない光ファイバ用コネクタの規格に合わせるためである。このような形状の光ファイバアレイは、本発明のように複数の被覆電線３で覆うのが好ましい。

本発明の光電気複合ケーブル１は、被覆電線３が奇数本設けられている。全ての被覆電線３の外径が均一であり、全ての被覆電線３が同心円上に周方向等間隔で配置されるとすると、複数の被覆電線３の内側には、１本の被覆電線３による山と被覆電線３と被覆電線３の間の谷とが交互に形成される。被覆電線３が偶数本であれば、径方向には山と山が対向するが、被覆電線３が奇数本であれば、径方向には山と谷が対向する。

光電気複合ケーブル１のシース４の外側から径方向に外力が加わって、ある１本の被覆電線３が光電気複合ケーブル１の径方向内側に陥没したとする。このとき、この被覆電線３が内側に突き出る山の反対側は、被覆電線３と被覆電線３の間の谷となる。このため、力が分散して光ファイバ２にかかる側圧が低減される。特に、被覆電線３の本数が５本〜９本のようにあまり多くないとき、山と谷による力の分散効果が大である。

本発明の光電気複合ケーブル１は、光ファイバ２と複数の被覆電線３との間に抗張力繊維７が充填されている。抗張力繊維７は、被覆電線３からかかってくる側圧を分散する。この分散効果により、光ファイバ２には、側圧がかからない。さらに、抗張力繊維７は、光ファイバ２の引っ張り強度を増強する働きがある。

本発明の光電気複合ケーブル１は、被覆電線３が発泡電線であることにより、被覆６の誘電率が充実な被覆を用いた場合に比して低い。このため、高速伝送に有利である。特に、被覆電線３に細径化電線を用いて光電気複合ケーブル１の細径化を図る場合、被覆電線３相互間の距離が近付いて被覆電線３間の静電容量が増加するため電気的な伝送特性に影響が及ぶ。その点、本発明は、被覆６の誘電率が低いことにより、被覆電線３間の静電容量を減少させることができる。

本発明の光電気複合ケーブル１は、被覆電線３が発泡電線であることにより、被覆６の重量が充実な被覆を用いた場合に比して軽い。このため、光電気複合ケーブル１の軽量化に寄与する。

［実施例１］
ここでは、光ファイバ２の径を小さくすると破断率が低下することを確認する。

試料＃１として、直径１２５μｍの光ファイバ単体、試料＃２として、直径８０μｍの光ファイバ単体を用い、各試料＃１，＃２における曲げ直径（Bend Diameter）と破断率（Failure Probabilility）との関係を調べる。試料＃１，＃２とも、コア／クラッド屈折率差Δｎ＝１．０％である。

図３に示されるように、光ファイバ径が太い試料＃１の場合、曲げ直径が５ｍｍ以上での破断率は小さいが、曲げ直径が５ｍｍのところで破断率が急激に増加する。光ファイバ径が細い試料＃２の場合、曲げ直径が４．５ｍｍ以上での破断率が小さく、曲げ直径が３．５ｍｍのところから破断率が急激に増加する。

これより、光ファイバ２の径を小さくすると曲げ直径が小さいときの破断率が低下することがわかる。

［実施例２］
ここでは、コア／クラッド屈折率差を大きくすると曲げ損失が低下することを確認する。

試料＃３として、コア／クラッド屈折率差Δｎ＝１．０％の光ファイバ単体、試料＃４として、コア／クラッド屈折率差Δｎ＝２．０％の光ファイバ単体を用い、各試料＃３，＃４における曲げ直径（Bend Diameter）と曲げ損失との関係を調べる。試料＃３，＃４とも、光ファイバ径＝１２５μｍである。なお、屈折率差を１．０％から２．０％に上げる方法としては、コアに添加するドーパントを増量する方法がある。

図４に示されるように、コア／クラッド屈折率差が小さい試料＃３よりも、コア／クラッド屈折率差が大きい試料＃４のほうが同じ曲げ直径における曲げ損失が小さい。

これより、光ファイバ２のコア／クラッド屈折率差を大きくすると曲げ損失が低下することがわかる。

［実施例３］
ここでは、被覆６について材料と側圧損失との関係を調べる。

試料＃５として、光ファイバ単体を用いる。試料＃６として、被覆６が塩化ビニル樹脂（厚さ０．２ｍｍ）の光電気複合ケーブル１、試料＃７として、被覆６が電子照射架橋発泡ポリエチレン（厚さ０．２ｍｍ、発泡度７０％）の光電気複合ケーブル１を用い、各試料＃５〜７の側圧損失を測定する。

なお、試料＃６，＃７は、光ファイバ２の本数；２本、光ファイバ２のコア径；５０μｍ、被覆電線３の本数；７本、導体心線５の径；０．２ｍｍ、シース４の材料；塩化ビニル樹脂、シース４の厚み；０．５ｍｍ、抗張力繊維；ケブラー（登録商標）である。

また、ポリエチレン樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体等のポリエチレン系樹脂を原材料とする発泡体のうち、架橋処理を施し、発泡させたものを架橋発泡ポリエチレンという。そして、当該架橋発泡ポリエチレンの中で、電子線を上記原材料に照射することにより、架橋処理を施したものを、電子照射架橋発泡ポリエチレンという。

各試料＃５〜７の側圧損失の測定は、図５に示すように試料を所定の半径Ｒの曲面を有する治具で試料に側圧を印加して行う。試料＃５の側圧損失が１．０（ｄＢ）となるような側圧を試料＃６，＃７に印加し、試料＃６，＃７の側圧損失を測定する。

表１に示すように、試料＃６では側圧損失が０．３ｄＢ、試料＃７では側圧損失が０．１ｄＢと、側圧損失が小さくなっており、本発明の光電気複合ケーブル１では光ファイバ２に側圧がかかり難いことが分かる。

１ 光電気複合ケーブル
２ 光ファイバ
３ 被覆電線
４ シース
５ 導体心線
６ 被覆
７ 抗張力繊維

Claims (3)

1. 一列に並べられた複数の光ファイバの周囲が複数の被覆電線で覆われ、
   該複数の被覆電線の周囲がシースで覆われ、
   上記光ファイバと上記複数の被覆電線との間に抗張力繊維が充填され、
   上記シースの外側から径方向に外力が加わったとき、上記被覆電線が径方向内側に移動し、
   上記被覆電線の本数が奇数本であることを特徴とする光電気複合ケーブル。
2. 上記被覆電線の被覆が上記シースよりも柔軟であることを特徴とする請求項１記載の光電気複合ケーブル。
3. 上記被覆電線が発泡電線であることを特徴とする請求項１又は２記載の光電気複合ケーブル。

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