JP5581841B2

JP5581841B2 - 光電気複合ケーブル

Info

Publication number: JP5581841B2
Application number: JP2010141378A
Authority: JP
Inventors: 達則林下; 宏和高橋
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2010-06-22
Filing date: 2010-06-22
Publication date: 2014-09-03
Anticipated expiration: 2030-06-22
Also published as: JP2012009153A

Description

本発明は、電線及び光ファイバを有する光電気複合ケーブルに関する。

医療機器、携帯端末、小型ビデオカメラ、パーソナルコンピュータまたはＰＤＡ（Personal Digital Assistant）等の電子機器において、機能のさらなる高度化に伴い高速通信が要求されている。このため、電線と光ファイバを組み合わせた光電気複合ケーブルを用いることが行われている。

光電気複合ケーブルとしては、光ファイバの外周に緩衝層を設け、その外周にシースを設け、このシースの外側に電線を配し、その外周に外被を設けたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、芯材の外周に間隔的に光ファイバが複数本配置され、その外側に芯材と光ファイバとを被覆する区画シートが設けられ、この区画シートの外側で光ファイバの間隔に相当する位置に電線が配置され、これらの外側に外被が設けられたものも知られている（例えば、特許文献２参照）。

実開昭６２−１３５３０９号公報実開昭６０−１０９２１６号公報

ところで、光電気複合ケーブルを構成する光ファイバは、過剰な曲げや捻じれによって伝送損失が増加するおそれがある。また、光電気複合ケーブルでは、曲げられた際に、外周に配置された電線から光ファイバが側圧を受けることがあり、この場合も伝送損失が増加するおそれがある。
このため、上記特許文献２のケーブルのように、単に区画シートを設けて光ファイバと電線との収容スペースを区分しただけでは、電線から光ファイバへの側圧を十分に抑えて伝送損失の増加を低減させることは困難であった。上記特許文献１のケーブルのように、シースを設けて光ファイバと電線との収容スペースを区分しても、ケーブルを小径（直径３０ｍｍ程度）に曲げた場合に電線から光ファイバへの側圧を十分に抑えて伝送損失の増加を低減させることは困難であった。

本発明の目的は、光ファイバに外力が付与されることを抑え、光ファイバの良好な伝送特性を維持することが可能な光電気複合ケーブルを提供することにある。

上記課題を解決することのできる本発明の光電気複合ケーブルは、外被の内側に複数本の光ファイバと複数本の電線とを有する光電気複合ケーブルであって、
前記複数本の電線が前記光ファイバの周囲に配置され、
前記複数本の光ファイバは、厚さが０．０５ｍｍ以上０．８ｍｍ以下のチューブ内に収容され、
前記チューブ内の中央部分に引張強度が２０００ＭＰａ以上の繊維からなるテンションメンバが配置され、前記複数本の光ファイバが前記チューブと前記テンションメンバとに挟まれて前記チューブの内周面に接触するように周方向へ配置され、
直径３０ｍｍのマンドレルに巻いた時に、前記光ファイバを伝播する８５０ｎｍの波長における光の伝送損失増加量が１ｄＢ／１０ターン以下であることを特徴とする。
また、本発明の光電気複合ケーブルは、外被の内側に複数本の光ファイバと複数本の電線とを有する光電気複合ケーブルであって、
前記複数本の電線が前記光ファイバの周囲に配置され、
前記複数本の光ファイバは、厚さが０．０５ｍｍ以上０．８ｍｍ以下のチューブ内に収容され、
前記チューブ内の中央部分に引張強度が２０００ＭＰａ以上の繊維からなるテンションメンバおよび前記テンションメンバより引張強度が低い繊維からなる介在が配置され、前記複数本の光ファイバが前記チューブと前記テンションメンバおよび前記介在とに挟まれて前記チューブの内周面に接触するように周方向へ配置され、
直径３０ｍｍのマンドレルに巻いた時に、前記光ファイバを伝播する８５０ｎｍの波長における光の伝送損失増加量が１ｄＢ／１０ターン以下であることを特徴とする。

本発明の光電気複合ケーブルにおいて、前記テンションメンバ及び前記介在が７５００デニール／ｍｍ ^２以上の収容密度で前記チューブ内に収容されていることが好ましい。

本発明の光電気複合ケーブルにおいて、５８００デニール／ｍｍ ^２以上の収容密度で前記テンションメンバが前記チューブ内に収容されていることが好ましい。

本発明の光電気複合ケーブルにおいて、前記チューブは、ショアＤ硬度が６５以上であることが好ましい。

本発明の光電気複合ケーブルによれば、光ファイバがチューブ内に内周面に接するように収容され、チューブ内においてチューブとテンションメンバで保持されているので、光ファイバ心線への電線からの過剰な側圧の付与及び過剰な曲げや捻じれの発生を防止することができる。また、チューブとテンションメンバとによって引張強度が向上され、光ファイバへの過剰な張力の付与も防止することができ、良好な伝送特性を維持することができる。

本発明に係る光電気複合ケーブルの実施形態の例を示す断面図である。

以下、本発明に係る光電気複合ケーブルの実施形態の例を、図面を参照して説明する。
図１に示すように、光電気複合ケーブル１１は、最外層である外被２０の内側に、光ファイバ心線（光ファイバ）１２と複数本の電線１５とを有する。光ファイバ心線１２は、複数本あり、光電気複合ケーブル１１の断面中央に配置された保護チューブ（チューブ）１３内に収容されている。

外被２０の内側であって保護チューブ１３の外側は、収容部１４とされており、この収容部１４には、複数本の電線１５が配置されている。電線１５としては、例えば、大径の絶縁ケーブル１５ａ、小径の絶縁ケーブル１５ｂ、一対の絶縁ケーブル１５ｃとドレイン線１５ｄとを有するツイストペアケーブル、あるいは、互いに撚り合わされた複数本の同軸ケーブル１５ｅなどがある。例えば、絶縁ケーブルとしては、錫メッキが施された軟銅線または銅合金線からなる素線を７本撚り合わせた導体を外被によって覆ったものであり、外被の材料としては、耐熱性、耐薬品性、非粘着性、自己潤滑性などに優れた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共重合体（ＰＦＡ）樹脂を用いるのが好ましい。収容部１４における各電線１５の隙間には、レーヨンやナイロンなどの繊維からなる介在を収容しても良い。また、収容部１４には電線以外の抗張力線（アラミド繊維などのテンションメンバ。鋼線は含まない。）を収容してもよい。また、収容部１４の周囲には、押さえ巻き１８、シールド層１９及び外被２０が順に設けられている。

保護チューブ１３内に収容された光ファイバ心線１２は、コアとクラッドからなる直径０．１２５ｍｍのガラスファイバの周囲に紫外線硬化型樹脂からなる被覆層を形成したものであり、被覆層の外径が０．２５ｍｍとされている。また、さらに被覆層を設けて外径０．９ｍｍの光ファイバ心線１２としたり、光ファイバ心線１２をさらに抗張力繊維及び被覆層で覆った光ファイバコードとしてもよい。

光ファイバ心線１２としては、コアがガラスから形成されクラッドが高硬度プラスチックから形成されて折れ曲がり（キンク）に強く破断しにくいハードプラスチッククラッドファイバ（Ｈ−ＰＣＦ）や、コア及びクラッドがプラスチックからなるプラスチックファイバであってもよい。

光電気複合ケーブル１１が、例えば、医療用のセンサコードであるＣＣＤコードのようにあまり小さな径に曲げることなく用いられる場合は、ガラスファイバが使用可能であり、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）ケーブルやＨＤＭＩ（High-Definition Multimedia Interface）ケーブルのように小さな径に曲げられることがある場合は、ハードプラスチッククラッドファイバを用いるのが好ましい。

保護チューブ１３の内部には、複数本（本実施形態では８本）の光ファイバ心線１２が、極力隙間なく保護チューブ１３の内周面に接するように収容されている。これらの光ファイバ心線１２は、保護チューブ１３内において撚ることなく軸方向へ真直ぐに収容するのが好ましい。細かなピッチで光ファイバ心線を撚ると局所的に光ファイバ心線が曲がって伝送損失が増加するおそれがある。
また、この保護チューブ１３内の中央部分の隙間には、テンションメンバ２５が配置されている。これにより、光ファイバ心線１２は、保護チューブ１３内において、テンションメンバ２５と保護チューブ１３とによって挟まれた状態に収容される。

このテンションメンバ２５としては、引張強度が２０００ＭＰａ以上の繊維が用いられ、例えば、２９２０ＭＰａ以上の引張強度を有するアラミド繊維が用いられる。
このテンションメンバ２５は、保護チューブ１３の隙間に、５８００デニール／ｍｍ^２以上の収容密度で収容されている。

また、この保護チューブ１３内の隙間には、テンションメンバ２５より引張強度が低い介在２６をテンションメンバ２５とともに収容しても良い。この介在２６は、引張強度が２０００ＭＰａ未満の繊維であり、例えば、ナイロン繊維などが用いられる。
この介在２６をテンションメンバ２５とともに保護チューブ１３内の隙間へ収容する場合、隙間に対するテンションメンバ２５及び介在２６の収容密度は７５００デニール／ｍｍ^２以上とするのが好ましい。

例えば、内径０．９ｍｍの保護チューブ１３内に、直径０．２５ｍｍの８本の光ファイバ心線１２を収容した場合、保護チューブ１３の隙間は、０．２４３ｍｍ^２となる。この保護チューブ１３の隙間へ１４２０デニールのテンションメンバ２５を収容すると、保護チューブ１３の隙間におけるテンションメンバ２５の収容密度は、５８４３デニール／ｍｍ^２となる。さらに、この保護チューブ１３の隙間へ４２０デニールの介在２６を入れて、合計１８４０デニールのテンションメンバ２５と介在２６を保護チューブ１３の隙間へ収容すると、７５７２デニール／ｍｍ^２となる。

この保護チューブ１３としては、外力から光ファイバ心線１２を保護するために、ある程度硬く、しかも、電線１５等からの側圧を吸収する緩衝材としての機能を有することが望ましい。そのため、保護チューブ１３としては、そのショアＤ硬度が６５以上とされ、また、保護チューブ１３の厚さは０．０５ｍｍ以上であることが好ましい。保護チューブ１３があまり厚いとケーブル外径が大きくなるので、実用的には０．８ｍｍ程度までの厚さがよい。
このような性質の保護チューブ１３の材料としては、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）樹脂を用いるのが好ましい。なお、この保護チューブ１３の材料としては、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）を用いることもできる。

この保護チューブ１３は、光ファイバ心線１２、テンションメンバ２５及び介在２６を所定の断面形状に配列してその周囲に樹脂を押出被覆することによって、これらの光ファイバ心線１２、テンションメンバ２５及び介在２６を覆うように形成される。

押さえ巻１８としては、耐熱性、耐摩耗性などに優れたポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂から形成された樹脂テープが用いられる。なお、この押さえ巻１８としては、紙テープやポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂の樹脂テープを用いても良い。

シールド層１９は、外径数十μｍ（例えば、外径０．０３ｍｍまたは０．０４ｍｍ程度）の錫メッキされた銅合金線を編組したもので、約０．１ｍｍの厚さとされている。なお、シールド層１９としては、銅合金線を横巻きしても良く、また、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂から形成された樹脂テープに銅箔やアルミニウム箔が形成された金属樹脂テープを巻いたものでも良い。

外被２０は、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）やポリオレフィン系樹脂等から形成されている。非ハロゲンのポリオレフィン系樹脂としては、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、ポリエチレン（ＰＥ）、スチレンエチレンブチレンスチレンブロック共重合体（ＳＥＢＳ）などのエラストマの混合物がある。また、ポリエチレン（ＰＥ）に、耐候材、酸化防止剤、老化防止剤を添加したものでも良い。なお、このポリエチレン（ＰＥ）を用いた外被２０としては、難燃剤を含まない非難燃性のものでも良い。外被２０は、厚さが約０．２５ｍｍであり、外径は数ｍｍ、例えば７．０ｍｍである。

このように構成された光電気複合ケーブル１１によれば、光ファイバ心線１２が保護チューブ１３内に収容され、また、保護チューブ１３内において内周面に接するように保護チューブ１３とテンションメンバ２５で保持されているので、光ファイバ心線１２への電線１５等からの過剰な側圧の付与及び過剰な曲げや捻じれの発生を防止することができる。また、テンションメンバ２５によって引張強度が向上され、光ファイバ心線１２への過剰な張力の付与も防止することができる。
このように、光ファイバ心線１２に外力が付与されることを極力抑え、良好な伝送特性を維持することができる。

特に、保護チューブ１３内の隙間に、５８００デニール／ｍｍ^２以上の収容密度でテンションメンバ２５が収容されているので、保護チューブ１３内の光ファイバ心線１２をテンションメンバ２５によって確実に補強することができる。

また、保護チューブ１３内の隙間に、テンションメンバ２５とともに介在２６を収容し、隙間に対するテンションメンバ２５及び介在２６の収容密度を７５００デニール／ｍｍ^２以上とすることにより、保護チューブ１３内の光ファイバ心線１２をさらに確実に補強することができる。

また、保護チューブ１３として、ショアＤ硬度が６５以上であり、厚さが０．０５ｍｍ以上であるものを用いることにより、保護チューブ１３による補強の強化を図りつつ、周囲の電線１５からの側圧を吸収し、内部の光ファイバ心線１２に側圧が付与されることを防止することができる。

なお、上記の実施形態では、８本の光ファイバ心線１２を保護チューブ１３に収容した形態について説明したが、光ファイバ心線１２の本数は８本に限定されない。光ファイバ心線１２が５本以上であれば、全ての光ファイバ心線１２が保護チューブ１３に内接するように配置すると保護チューブ１３の中央部分に隙間ができる。隙間があると光ファイバ心線１２が図１に示す断面で見て保護チューブ１３内で位置が変わってケーブルの曲げ以上の曲げが加わって伝送損失が大きくなるおそれがある。保護チューブ１３内部の隙間にテンションメンバ２５を入れることで、光ファイバ心線１２が保護チューブ１３とテンションメンバ２５で挟まれて位置が固定され、必要以上に曲げられて伝送損失が増加することを抑制できる。また、ケーブルの曲げ等による張力もテンションメンバ２５が引き受けて光ファイバ心線１２に過剰な張力がかかることもなく、この点でも光ファイバ心線１２の伝送損失の増加を抑制できる。
光ファイバ心線１２を光電気複合ケーブル１１の断面中央に配置した例を示したが、光ファイバ心線１２の位置は、光電気複合ケーブル１１の断面中央からやや偏った位置に配置されていても良い。

電線１５の本数、太さ及び種類は上記実施形態に限定されない。

各種の光電気複合ケーブルを作製し、それぞれの光電気複合ケーブルの光ファイバ心線の伝送損失を挿入損失法によって評価した。

（１）評価方法
長さＬが５０ｍの光電気複合ケーブルの両端にコネクタを接続し、一方のコネクタをパワーメータに接続し、他方のコネクタを送光装置に接続する。送光装置から光を送り、光ファイバ心線からの出射パワーＰｏを測定波長８５０ｎｍでパワーメータで測定する。この測定した出射パワーＰｏ、光ファイバ心線へ入射した入射パワーＰｉ及び光電気複合ケーブルの長さＬから、コネクタでの損失を含む光ファイバ心線の伝送損失αを次式から求める。
α＝（Ｐｉ−Ｐｏ）／Ｌ

上記の挿入損失法によって、光電気複合ケーブルを真直ぐにした状態で光ファイバ心線のコネクタでの損失を含む伝送損失α１を求め、次に、光電気複合ケーブルの中間部分を直径３０ｍｍのマンドレルに１０回（ターン）巻き付けた状態として光ファイバ心線のコネクタでの損失を含む伝送損失α２を求める。

光電気複合ケーブルを巻いた状態の伝送損失α２と光電気複合ケーブルを真直ぐにした状態の伝送損失α１との差（α２−α１）を伝送損失増加量とし、この伝送損失増加量が１ｄＢ／１０ターン以下である場合を合格（〇）、１ｄＢ／１０ターンを超える場合を不合格（×）とした。伝送損失増加量が０．２ｄＢ／１０ターン以下である場合を◎とした。

（２）評価対象の光電気複合ケーブル
保護チューブ内にコア及びクラッドがガラスで外径０．２５ｍｍの光ファイバ心線を８本収容し、保護チューブと外被との間に、上記の実施形態と同様に電線を収容させた外径７．０ｍｍの実施例１〜３及び比較例１の光電気複合ケーブルを作製した。実施例１〜３及び比較例１では、保護チューブ及びその内部構造を異なるものとした。

（実施例１）
ショアＤ硬度６５、内径０．９ｍｍ、厚さ０．６ｍｍのテトラフルオロエチレン−エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）樹脂製の保護チューブに、８本の光ファイバ心線を、内周面に接触するように周方向へ配置して収容した。保護チューブ内の隙間に、１４２０デニールのアラミド繊維からなるテンションメンバ及び４２０デニールのナイロン繊維からなる介在を収容した。

（実施例２）
ショアＤ硬度６５、内径０．９ｍｍ、厚さ０．０５ｍｍのテトラフルオロエチレン−エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）樹脂製の保護チューブに、８本の光ファイバ心線を、内周面に接触するように周方向へ配置して収容した。保護チューブ内の隙間に、１４２０デニールのアラミド繊維からなるテンションメンバを収容した。

（実施例３）
ショアＤ硬度５０、内径０．９ｍｍ、厚さ０．６ｍｍのポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）製の保護チューブに、８本の光ファイバ心線を、内周面に接触するように周方向へ配置して収容した。保護チューブ内の隙間に、１４２０デニールのアラミド繊維からなるテンションメンバを収容した。

（比較例１）
ショアＤ硬度５０、内径０．９ｍｍ、厚さ０．６ｍｍのポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）製の保護チューブに、外径０．２５ｍｍの８本の光ファイバ心線を、内周面に接触するように周方向へ配置して収容した。保護チューブ内の隙間には、テンションメンバまたは介在の何れも収容しない。

（３）評価結果
表１に示すように、保護チューブ内にアラミド繊維からなるテンションメンバを収容した実施例１〜３では、何れも光ファイバ心線の伝送損失増加量が１ｄＢ／１０ターン以下となって合格（光ファイバ心線のロス：〇または◎）であった。これに対して、保護チューブ内にテンションメンバまたは介在のいずれも収容しない比較例１では、光ファイバ心線の伝送損失増加量が１ｄＢ／１０ターンを超えて不合格（光ファイバ心線ロス：×）となった。

実施例１と実施例２とを比較して、介在を入れることで曲げによる伝送損失増加量がさらに減少することがわかる。
実施例２と実施例３とを比較して、保護チューブのショアＤ硬度を６５以上とすることで保護チューブの厚さを０．０５ｍｍまで薄くできることがわかる。

このように、実施例１〜３では、保護チューブとテンションメンバとで保護チューブ内の光ファイバ心線が保護され、光ファイバ心線への電線等からの過剰な側圧の付与及び過剰な曲げや捻じれの発生が防止され、また、テンションメンバによって引張強度が向上されて光ファイバ心線への過剰な張力の付与も防止されるため、巻いた状態でも伝送損失が増加しないことが判った。

これに対して、比較例１では、光ファイバ心線が保護チューブ内に収容されて保護されているものの、光ファイバ心線への電線等からの過剰な側圧の付与及び過剰な曲げや捻じれの発生を十分に防止できず、また、光ファイバ心線へ過剰な張力が付与されるため、伝送損失が増加することが判った。

１１：光電気複合ケーブル、１２：光ファイバ心線（光ファイバ）、１３：保護チューブ（チューブ）、１５：電線、２０：外被、２５：テンションメンバ、２６：介在

Claims

外被の内側に複数本の光ファイバと複数本の電線とを有する光電気複合ケーブルであって、
前記複数本の電線が前記光ファイバの周囲に配置され、
前記複数本の光ファイバは、厚さが０．０５ｍｍ以上０．８ｍｍ以下のチューブ内に収容され、
前記チューブ内の中央部分に引張強度が２０００ＭＰａ以上の繊維からなるテンションメンバが配置され、前記複数本の光ファイバが前記チューブと前記テンションメンバとに挟まれて前記チューブの内周面に接触するように周方向へ配置され、
直径３０ｍｍのマンドレルに巻いた時に、前記光ファイバを伝播する８５０ｎｍの波長における光の伝送損失増加量が１ｄＢ／１０ターン以下であることを特徴とする光電気複合ケーブル。
外被の内側に複数本の光ファイバと複数本の電線とを有する光電気複合ケーブルであって、
前記複数本の電線が前記光ファイバの周囲に配置され、
前記複数本の光ファイバは、厚さが０．０５ｍｍ以上０．８ｍｍ以下のチューブ内に収容され、
前記チューブ内の中央部分に引張強度が２０００ＭＰａ以上の繊維からなるテンションメンバおよび前記テンションメンバより引張強度が低い繊維からなる介在が配置され、前記複数本の光ファイバが前記チューブと前記テンションメンバおよび前記介在とに挟まれて前記チューブの内周面に接触するように周方向へ配置され、
直径３０ｍｍのマンドレルに巻いた時に、前記光ファイバを伝播する８５０ｎｍの波長における光の伝送損失増加量が１ｄＢ／１０ターン以下であることを特徴とする光電気複合ケーブル。
請求項２に記載の光電気複合ケーブルであって、
前記テンションメンバ及び前記介在が７５００デニール／ｍｍ ^２以上の収容密度で前記チューブ内に収容されていることを特徴とする光電気複合ケーブル。
請求項１から３のいずれか一項に記載の光電気複合ケーブルであって、
５８００デニール／ｍｍ ^２以上の収容密度で前記テンションメンバが前記チューブ内に収容されていることを特徴とする光電気複合ケーブル。
請求項１から４の何れか一項に記載の光電気複合ケーブルであって、
前記チューブは、ショアＤ硬度が６５以上であることを特徴とする光電気複合ケーブル。