JP5589663B2 - 光電気複合ケーブル - Google Patents

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。特に、外周に配置する電線が撚り線であると、その撚り線の外周は長手方向に沿って凹凸を繰り返し有する形状であるため、ケーブルが曲げられた際に光ファイバが局所的に曲げられたり側圧が大きくなったりしてしまう。
この場合、光ファイバを収容するシース等を硬くしたり、シース内に抗張力体などの補強部材を設けることにより、過剰な曲げや捻じれの抑制が可能であるが、ケーブルの柔軟性が低下して配線の作業性が低下したり、ケーブルの大径化を招いてしまう。そのため、ケーブルを細径化して狭いスペース等へ円滑に配線することが困難となる。

本発明の目的は、ケーブルを大径化させず、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しつつ狭いスペース等へ円滑に配線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、
前記光ファイバは、チューブの内側に収容され、
前記チューブは、弾性率が３００ＭＰａ以上の樹脂から形成されて厚さが０．１ｍｍ以上であり、
前記複数本の電線は、互いに対角位置に配置された単独電線及び２本一組の対電線から構成され、前記対電線は、前記チューブの外周面に並列に縦添えされ、
前記チューブの外周側における前記単独電線と前記対電線との間には、介在が設けられてい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、複数本の前記単独電線が、前記チューブの外周面に並列に縦添え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よれば、光ファイバが、３００ＭＰａ以上の弾性率を有する樹脂から形成されて０．１ｍｍ以上の厚さを有するチューブの内側に収容され、チューブの外周側において撚られていない単独電線及び２本一組の対電線を配置させているので、ケーブルの柔軟性を低下させたりケーブルを大径化させたりすることなく、光ファイバ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、対電線をチューブの外周面に並列に縦添えしているので、対電線を撚り合わせて配置した場合と比較して、ケーブルの小径化を図ることができる。つまり、本発明のケーブルを細径のものとしながら、光ファイバの良好な伝送特性を維持しつつ狭いスペース等へ円滑に配線することができる。
しかも、単独電線及び対電線を対角位置に配置し、これらの単独電線及び対電線の間に介在を設けることにより、内部の質量のバランスが良好に保たれ、ケーブルの捩れがなくなる。

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。 参考例に係る光電気複合ケーブル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、複数本設けられ、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、電力線として用いられる複数本の単独電線１５ａ、及び、例えば、差動伝送用の信号線として用いられる２本一組の対電線１５ｂがある。単独電線１５ａと対電線１５ｂとは、互いに対角位置である光電気複合ケーブル１１の中心に対して逆の位置に配置されている。対電線１５ｂは、撚られることなく、保護チューブ１３の外周面に並列に縦添えされている。また、それぞれの単独電線１５ａも保護チューブ１３の外周面に並列に縦添えされている。

これらの単独電線１５ａ及び対電線１５ｂは、何れも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複数本撚り合わせた導体を外被によって覆った絶縁ケーブルであり、例えば、ＡＷＧ（American Wire Gauge）の規格によるＡＷＧ２０〜４６程度のケーブルである。絶縁ケーブルの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）樹脂等のフッ素樹脂を用いるのが好ましい。また、絶縁ケーブルの外被としては、ポリエチレン（ＰＥ）樹脂やポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）樹脂を用いても良い。

また、保護チューブ１３の外周側の収容部１４には、単独電線１５ａと対電線１５ｂとの間に、複数本の介在１６が収容されている。これらの介在１６としては、例えば、レーヨンやナイロンなどの繊維を紐状にしたものを用いるのが好ましい。
上記のように電線１５及び介在１６が収容された収容部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光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、コア径が０．０５〜１．０ｍｍ（例えば０．０８ｍｍ）、クラッドの外径が０．１２５ｍｍとされ、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の内側には、２本の光ファイバ心線１２が収容されている。この保護チューブ１３の内側には、光ファイバ心線１２だけを収容しても良いが、光ファイバ心線１２とともに抗張力線や介在を収容して強度を高めても良い。保護チューブ１３の内部には、３本以上の光ファイバ心線１２を収容する場合もあり、また、１本の光ファイバ心線１２を収容する場合もある。複数本の光ファイバ心線１２を保護チューブ１３に収容する場合、光ファイバ心線１２は、撚ることなく縦添えするのが好ましい。

保護チューブ１３としては、外力から光ファイバ心線１２を保護しつつ電線１５等からの側圧を良好に吸収する緩衝材としての機能を有する必要がある。このため、この保護チューブ１３は、弾性率が３００ＭＰａ以上の樹脂から形成され、厚さが０．１ｍｍ以上とされている。本例では、保護チューブ１３は、内径が約０．５５ｍｍ、外径が約１．０５ｍｍとされ、厚さが約０．２５ｍｍとされている。
このような保護チューブ１３の材料としては、機械的強度に優れた樹脂材料である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く、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂を使用してもよい。
この保護チューブ１３は、配列させた光ファイバ心線１２の周囲に樹脂を押出被覆することによって、光ファイバ心線１２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線または銅合金線を編組したもので、約０．１ｍｍの厚さに形成されている。なお、シールド層１９としては、銅線また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ても良い。

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、耐候剤、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０．１〜０．５ｍｍ（例えば約０．２５ｍｍ）であり、外径は数ｍｍ〜十数ｍｍ（例えば３．０ｍｍ）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、３００ＭＰａ以上の弾性率を有する樹脂から形成されて０．１ｍｍ以上の厚さを有する保護チューブ１３内に収容されているので、光ファイバ心線１２への側圧を保護チューブ１３により保護して小さく抑えることができる。また、保護チューブ１３の外周側において単独電線１５ａ及び２本一組の対電線１５ｂを撚らずに並列に配置させているので、光電気複合ケーブル１１の柔軟性を低下させたり光電気複合ケーブル１１を大径化させたりすることもなく、単独電線１５ａ及び対電線１５ｂから光ファイバ心線１２への過剰な側圧の付与、及び光ファイバ心線１２の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、対電線１５ｂを保護チューブ１３の外周面に並列に縦添えしているので、対電線１５ｂを撚り合わせて配置した場合と比較して、小径化を図ることができる。つまり、光電気複合ケーブル１１を大径化させず、光ファイバ心線１２に外力が付与されることを抑え、光ファイバ心線１２の良好な伝送特性を維持しつつ狭いスペース等へ円滑に配線することができる。
なお、本実施形態の光電気複合ケーブル１１のように、対電線１５ｂを撚り合わせずに縦添えすると、電気信号が雑音として互いに影響を受け易くなるが、収容部１４の周囲をシールド層１９によって覆っているので、互いの電気信号による影響を抑えることができる。

また、単独電線１５ａ及び対電線１５ｂを対角位置に配置し、これらの単独電線１５ａ及び対電線１５ｂの間に介在１６を設けたので、内部の質量のバランスを良好に保ちながら引張強度を高め、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。

そして、このように、バランス良く単独電線１５ａ及び対電線１５ｂを配置させているので、光電気複合ケーブル１１の端末部分において、単独電線１５ａ、対電線１５ｂ及び介在１６を周方向の一箇所へ束ねる際にも、単独電線１５ａ及び対電線１５ｂの捻じれを極力抑えて作業性を向上させることができる。また、バランス良く単独電線１５ａ及び対電線１５ｂを配置させたことにより、外被２０を押出して光電気複合ケーブル１１を製造する際にも、光ファイバ心線１２を収容する保護チューブ１３、単独電線１５ａ、対電線１５ｂ及び介在１６からなる集合コアの捻じれを最小限に抑えることができ、生産性を向上させることができる。

また、互いに隣接する対電線１５ｂだけでなく、単独電線１５ａ同士も隣接させて収容部１４へ収容しているので、光電気複合ケーブル１１の端末において、対電線１５ｂ及び単独電線１５ａを結線する際の作業性を向上させることができる。

上記の光電気複合ケーブル１１において、光ファイバ心線１２は、保護チューブ１３の内周面との間に１０μｍ以上のクリアランスを設けることが好ましく、また、光ファイバ心線１２と保護チューブ１３との間の摩擦係数を０．５以下とするのが好ましい。このようにすると、光電気複合ケーブル１１を曲げたときに、光ファイバ心線１２を長手方向に適度に移動させることができ、局所的に蛇行することもなく伝送損失の増加を防ぐことができる。例えば、光ファイバ心線１２の被覆層及び保護チューブ１３のそれぞれの材質を、フッ素系樹脂であるテトラフルオロエチレン−エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）樹脂とすると、光ファイバ心線１２と保護チューブ１３との間の摩擦係数を０．１程度とすることができ、保護チューブ１３内において光ファイバ心線１２が長手方向へ移動し易くなり、伝送損失の増加を防ぐことができる。

なお、上記の実施形態では、２本の光ファイバ心線１２を保護チューブ１３に収容しているが、前述したように、光ファイバ心線１２の本数は２本に限定されない。また、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の断面中央に対して偏った位置に配置されていても良い。また、電線１５及び介在１６の本数、太さ及び種類は上記実施形態に限定されない。

図２に示すケーブル１１Ａは、収容部１４の２本の電線１５ａ及び対電線１５ｂをそれぞれ撚り合わせた構造の光電気複合ケーブルの断面構造である。このケーブル１１Ａでは、２本の電線１５ａ及び対電線１５ｂをそれぞれ撚り合わせていることから、光ファイバ心線１２を収容した保護チューブ１３に対して２本の電線１５ａ及び対電線１５ｂが一列に配列される部分が生じることがある。なお、保護チューブ１３に対して２本の電線１５ａまたは対電線１５ｂの何れかが一列に配列される場合もある。

したがって、このケーブルでは、保護チューブ１３に対して２本の単独電線１５ａ及び対電線１５ｂがそれぞれ撚られているので電線同士が大きな側圧を受けやすく保護チューブ１３も単独電線１５ａまたは対電線１５ｂから側圧を受けやすい。撚られた電線１５は１本の電線だけがチューブに接するのでチューブにかかる圧力は大きくなる。つまり、このケーブルでは、光ファイバ心線１２での伝送損失が増加してしまう。また、２本の単独電線１５ａ及び対電線１５ｂの両方または何れか一方が撚られていると、その分だけケーブルの外径が大きくなってしまい、狭いスペース等への配線が困難となってしまう。特に、保護チューブ１３に対して２本の単独電線１５ａ及び対電線１５ｂの両方または何れか一方が一列に配列される箇所では、ケーブルの外径が大きくなってしまう。

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２ｍ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でパワーメータによって測定する。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４ｍｍ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１ｄＢｍ／１０ターン以下である場合を合格（〇）、１ｄＢｍ／１０ターンを超える場合を不合格（×）とした。

（２）評価対象の光電気複合ケーブル
（実施例１）
実施例１として、上記実施形態と同様に、保護チューブの内側に、コア径０．０８ｍｍ、クラッド径０．１２５ｍｍ、外径０．２５ｍｍのハードプラスチッククラッドファイバ（Ｈ−ＰＣＦ）の光ファイバ心線を２本収容し、保護チューブと外被との間に、２本の単独電線及び２本一組の対電線を縦添えして収容させた外径３．０ｍｍのＵＳＢケーブル用の光複合ケーブルを作製した。保護チューブとしては、弾性率３００ＭＰａ、厚さ０．２０ｍｍのエチレン−テトラフルオロエチレンコポリマ（ＥＴＦＥ）樹脂製のものを用いた。単独電線と対電線との間にはナイロンの介在を入れ、それぞれの電線がケーブル断面で見て周方向にずれないようにした。

（比較例１）
比較例１として、保護チューブの内側に、コア径０．０８ｍｍ、クラッド径０．１２５ｍｍ、外径０．２５ｍｍのハードプラスチッククラッドファイバ（Ｈ−ＰＣＦ）の光ファイバ心線を２本収容し、保護チューブと外被との間に、２本の単独電線及び２本一組の対電線を収容させた外径４．０ｍｍのＵＳＢケーブル用の光複合ケーブルを作製した。比較例１では、図２に示したケーブルと同様に、２本の単独電線及び対電線をそれぞれ撚り合わせて収容した。したがって、比較例１のケーブルでは、光ファイバ心線を収容した保護チューブに対して２本の単独電線及び対電線が一列に配列されることがある。なお、保護チューブに対して２本の単独電線または対電線のいずれかが一列に配列される場合もある。保護チューブとしては、弾性率３００ＭＰａ、厚さ０．２０ｍｍのポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂製のものを用いた。

（比較例２）
比較例２として、保護チューブの内側に、コア径０．０８ｍｍ、クラッド径０．１２５ｍｍ、外径０．２５ｍｍのハードプラスチッククラッドファイバ（Ｈ−ＰＣＦ）の光ファイバ心線を２本収容し、保護チューブと外被との間に、上記の実施例１と同様に２本の単独電線及び２本一組の対電線を縦添えして収容させた外径３．０ｍｍのＵＳＢケーブル用の光複合ケーブルを作製した。保護チューブとしては、弾性率１００ＭＰａ、厚さ０．２０ｍｍのポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）樹脂製のものを用いた。

（比較例３）
比較例３として、保護チューブの内側に、コア径０．０８ｍｍ、クラッド径０．１２５ｍｍ、外径０．２５ｍｍのハードプラスチッククラッドファイバ（Ｈ−ＰＣＦ）の光ファイバ心線を２本収容し、保護チューブと外被との間に、上記の実施例１と同様に２本の単独電線及び２本一組の対電線を縦添えして収容させた外径３．０ｍｍのＵＳＢケーブル用の光複合ケーブルを作製した。保護チューブとしては、弾性率３００ＭＰａ、厚さ０．０５ｍｍのポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂製のものを用いた。

（３）評価結果
表１に示すように、実施例１では、光ファイバ心線の伝送損失増加量が１ｄＢｍ／１０ターン以下となって合格（光ファイバ心線ロス：〇）であった。これに対して、比較例１〜３では、光ファイバ心線の伝送損失増加量が１ｄＢｍ／１０ターンを超えて不合格（光ファイバ心線ロス：×）となった。

このように、実施例１では、光ファイバ心線が、３００ＭＰａの弾性率を有し０．２０ｍｍの厚さに形成された保護チューブの内側に収容され、保護チューブの外周側において単独電線及び２本一組の対電線を縦添えしていることから、光ファイバ心線が確実に保護され、介在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、３００ＭＰａの弾性率を有し、０．２０ｍｍの厚さに形成された保護チューブの内側に収容されているものの、単独電線及び対電線が撚られているため、電線から光ファイバ心線へ大きな側圧が付与され、過剰な曲げや捻じれの発生を十分に防止できず、また、介在もないことから光ファイバ心線へ過剰な張力が付与され、伝送損失が増加することが判った。

比較例２では、実施例１と内部構造は同じであるが、光ファイバ心線を収容する保護チューブの弾性率が３００ＭＰａ未満の１００ＭＰａであるため、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、伝送損失が増加することが判った。

比較例３では、実施例１と内部構造は同じであるが、光ファイバ心線を収容する保護チューブの厚さが０．１ｍｍ未満の０．０５ｍｍであるため、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、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、１５ａ：単独電線、１５ｂ：対電線、１６：介在、２０：外被

Claims (2)

1. 外被の内側に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、
   前記光ファイバは、チューブの内側に収容され、
   前記チューブは、弾性率が３００ＭＰａ以上の樹脂から形成されて厚さが０．１ｍｍ以上であり、
   前記複数本の電線は、互いに対角位置に配置された単独電線及び２本一組の対電線から構成され、前記対電線は、前記チューブの外周面に並列に縦添えされ、
   前記チューブの外周側における前記単独電線と前記対電線との間には、介在物が設けられていることを特徴とする光電気複合ケーブル。
2. 請求項１に記載の光電気複合ケーブルであって、
   複数本の前記単独電線が、前記チューブの外周面に並列に縦添えされていることを特徴とする光電気複合ケーブル。

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