KR101332961B1 - 신축성 광신호 전송 케이블 - Google Patents

Abstract

10% 이상의 신축성을 지니고, 광 전송 손실이 이완 상태에 있어서 20 dB/m 미만인 신축성 광신호 전송 케이블로서, 10% 이상의 신축성을 갖는 탄성 원통체 및 이 탄성 원통체의 주위에 권회된 적어도 1 라인의 광파이버를 포함하고, 이 광파이버의 굽힘 직경(R)이 한계 굽힘 직경(Re) 이상인 것을 특징으로 하는 신축성 광신호 전송 케이블이 제공된다. 본 발명에 따른 신축성 광신호 전송 케이블은, 형태 변형 추종성이 있어, 신축시에 있어서도 광신호가 전송될 수 있고, 반복 신축에 있어서도 사용할 수 있는 신축 광신호 전송 케이블이다.

Description

신축성 광신호 전송 케이블{EXTENSIBLE OPTICAL SIGNAL TRANSMISSION CABLE}

본 발명은, 신축성을 지니고 광신호 전송성이 우수한, 신축성 광신호 전송 케이블에 관한 것이다.

신호 전송 케이블에는, 소위 전기신호를 이용하는 것과 광신호를 이용하는 것이 있다.

전기신호를 이용한 것은 취급하기 쉬워 범용적인 반면, 고속 전송에는 한계가 있고, 전자파 장해에도 약하다고 하는 결점이 있다. 광신호는, 고속 전송을 할 수 있고 전자파 장해도 받지 않는다고 하는 이점이 있다. 광신호를 전송하는 매체로서 광파이버 케이블이 이용되지만, 일반적으로 강직(剛直)하여 취급성이 나쁘다. 이 때문에, 고정된 배선으로서 이용되는 경우가 많다. 이 결점을 개선한 것으로서 광파이버 컬코드가 있다(이하, 특허문헌 1 참조).

(특허문헌 1) 특허문헌 1 : 일본 특허 제4116935호 공보

그러나, 컬코드는, 외경이 크고, 컬 부분이 걸리기 쉽고, 수평으로 하면 아래로 늘어지기 쉽다고 하는 문제를 안고 있어, 취급성을 충분히 향상시켰다고 말할 수 있는 것이 아니다.

한편, 최근, 로봇이나 웨어러블(wearable) 전자기기의 발전이 현저하여, 카메라에 의해 얻은 화상(동화상)을 순식간에 연산기(컴퓨터)와 주고받게 할 것(즉 고속의 신호 전송)이 요구되는 케이스가 증가하고 있다. 특히, 웨어러블 전자기기에 있어서, 광파이버는 강직하여 동작에 추종하여 변형되지 않기 때문에, 신체에 피트된 배선으로 할 수가 없어, 착용감이 나쁘다고 하는 문제가 있다.

이들 문제를 해결하기 위해서, 형태 변형 추종성이 있어, 변형시에 걸리거나 얽히거나 하는 일이 없고, 변형시에도 광신호를 전송할 수 있으며, 반복 신장하여 사용할 수 있는 스트레이트 형상으로 신축성이 있는 광파이버 케이블이 요구되고 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 형태 변형 추종성이 있어, 변형시에도 광 전송을 할 수 있으며, 반복 사용할 수 있는 신축성 광파이버 케이블을 제공하는 것이다.

본 발명자들은, 다채로운 움직임에 추종하여 변형되고, 반복 사용에 강한 광 전송 케이블에 관해서 예의 연구한 결과, 10% 이상의 신축성을 지니고, 광 전송 손실이 이완 상태에 있어서 20 dB/m 미만인 신축성 광신호 전송 케이블로서, 10% 이상의 신축성을 갖는 탄성 원통체 및 이 탄성 원통체의 주위에 권회된 적어도 1 라인의 광파이버를 포함하고, 광파이버의 굽힘 직경(R)이 한계 굽힘 직경(Re) 이상인 것을 특징으로 하는 신축성 광신호 전송 케이블이 상기 과제를 해결할 수 있음을 알아내어, 본 발명을 완성시킨 것이다.

즉, 본 발명은 하기의 발명을 제공한다.

[1] 10% 이상의 신축성을 갖는 신축성 광신호 전송 케이블로서,

10% 이상의 신축성을 갖는 탄성 원통체와 상기 탄성 원통체의 주위에 권회된 적어도 1개의 광 파이버를 포함하고,

상기 광 파이버의 굽힘 직경(R)이 한계 굽힘 직경(Re) 이상이고,

상기 광 파이버의 굽힘 직경의 변동(Rr=Rmax-Rmin)이 0≤Rr≤Rave이며,

상기 광 파이버의 잔류 토크율이 30% 이하이고,

광 전송 손실이 이완 상태에서 10 dB/m 미만인 것인, 신축성 광신호 전송 케이블.

[2] 상기 광 파이버의 외측에 상기 광 파이버와 역방향으로 권회되어 있는 구속 사상체를 더 포함하는, 상기 [1]에 기재한 신축성 광신호 전송 케이블.

[3] 한계 신장까지의 임의의 신장 상태에 있어서, Rmin＞Re이며, 또한 0≤Rr≤Rave인, 상기 [1]에 기재한 신축성 광신호 전송 케이블.

[4] 광파이버의 권회 직경이 0.5∼30 mm이며, 광파이버의 권회 피치가 0.5∼50 mm인, 상기 [1]에 기재한 신축성 광신호 전송 케이블.

[5] 1 라인의 도체선을 더 포함하는, 상기 [1]에 기재한 신축성 광신호 전송 케이블.

[6] 1 라인 이상의 도체선이 더 권회되어 있는, 상기 [1]에 기재한 신축성 광신호 전송 케이블.

[7] 1 라인 이상의 광파이버와, 1 라인 이상의 도체선이, 동심원형으로 권회되어 있는, 상기 [6]에 기재한 신축성 광신호 전송 케이블.

[8] 1 라인 이상의 광파이버와, 1 라인 이상의 도체선이, 동일 원주 상에, 또한, 병렬로 권회되어 있는, 상기 [6]에 기재한 신축성 광신호 전송 케이블.

[9] 광파이버의 외주에 섬유로 이루어지는 외부 피복층을 더 갖는, 상기 [1]에 기재한 신축성 광신호 전송 케이블.

[10] 광파이버의 외주에 고무 탄성을 갖는 수지로 이루어지는 외부 피복층을 더 갖는, 상기 [1]에 기재한 신축성 광신호 전송 케이블.

[11] 전체 길이가 광파이버보다도 짧은 항신장 사상체를 1 라인 이상 포함하고, 이 사상체를, 식 : 100×(L₀-Lk)/Lk[%] {식 중, L₀은 광파이버의 전체 길이이며, 그리고 Lk는 항신장 사상체의 전체 길이임}로 정의되는 값까지 신장했을 때의, 그 사상체 합계의 파단 강도가 10000 cN 이상인, 상기 [1]에 기재한 신축성 광신호 전송 케이블.

[12] 20% 신장 하중이 5000 cN 미만이며, 또한, 20% 신장 회복율이 80% 이상인, 상기 [1]에 기재한 신축성 광신호 전송 케이블.

[13] 10% 이상의 신축성을 갖는 탄성 원통체의 주위에 적어도 1개의 광 파이버를 권회하고, 40 ℃ 이상 200 ℃ 이하의 열처리를 1초 이상 15분 이하로 행하는, 상기 [1] ~ [12] 중 어느 하나에 기재된 신축성 광신호 전송 케이블의 제조 방법.

본 발명의 신축성 광신호 전송 케이블은, 고속의 신호를 흐트러지게 하지 않고 감쇠하지 않고서 전파할 수 있으며, 또한 신축성을 지녀, 형태 변형 추종성이 있기 때문에, 로봇이나 웨어러블 전자기기용의 전송 케이블로서 유용하다.

도 1은 본 발명의 신축성 광신호 전송 케이블의 이완시의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 신축성 광신호 전송 케이블의 신장시의 모식도이다.
도 3은 본 발명의 신축성 광신호 전송 케이블의 구속 사상체의 권회 방법의 일례를 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 신축성 광신호 전송 케이블의 구속 사상체의 권회 방법의 다른 일례를 도시하는 도면이다.
도 5는 본 발명에 있어서의 굽힘 직경을 설명하는 도면이다.
도 6은 반복 신축성 측정 장치의 모식도이다.

본 발명에 관해서 이하 구체적으로 설명한다. 우선, 본 발명에서 이용하는 기호에 대해서 이하에 설명한다.

광파이버 직경 : d(mm).

광파이버 권회 직경 : D(mm). 최소를 Dmin, 최대를 Dmax로 나타낸다.

광파이버 권회 외경 : Do(mm).

광파이버 권회 피치 : P(mm). 최소를 Pmin, 최대를 Pmax로 나타낸다.

광파이버 굽힘 직경 : R(mm). 최소를 Rmin, 최대를 Rmax, 평균을 Rave, 한계 굽힘 직경을 Re로 나타낸다.

전송 손실 : L(dB). 신장시 전송 손실을 Ls로 나타낸다.

신장시 전송성 : I.

하중 : T(cN).

신장률 : E(%).

본 발명의 신축성 광신호 전송 케이블에 있어서, 반복 사용하더라도, 광신호가 흐트러지지 않고 또 감쇠하지 않고서 전파하기 위해서는, 신축하더라도 광파이버의 굽힘 직경이 전체 길이에 걸쳐 변화가 적을 것이 긴요하다. 또한, 신축성을 발현시키기 위해서는, 유연성이 높은 광파이버를 신축성이 있는 구조체와 일체화할 필요가 있다.

본 발명의 신축성 광신호 전송 케이블은 10% 이상의 신축성을 발현할 필요가 있다. 바람직하게는 20% 이상, 더욱 바람직하게는 30% 이상이다. 10% 미만인 경우, 변형 추종성이 부족하여, 상기 목적을 달성할 수 없다. 여기서 말하는 신축성이란, 소정 정도, 예컨대 10% 신장한 후, 이완함에 의한 회복률이 50% 이상인 것을 말한다.

본 발명의 신축성 광신호 전송 케이블은, 다관절 로봇이나, 신체에 장착하는 전자기기의 배선으로서 사용되기 위해서, 관절에 상당하는 부분을 경유하는 배선으로서 사용하는 것을 목적으로 하고 있다. 이 때문에, 길이는 1 m를 기준으로 한다. 또한, 고속의 신호 전송으로서, 광 전송 손실이 20 dB/m 미만일 필요가 있다. 이 이상인 경우는, 전송성이 나빠 광신호 전송에 알맞지 않다. 바람직하게는 10 dB/m 이하, 보다 바람직하게는 6 dB/m 이하, 특히 바람직하게는 3 dB/m 이하이다. 본 발명에서 말하는 전송 손실이란, 소위 컷백법(cut back method)으로 구한 값을 말한다.

본 발명의 신축성 광신호 전송 케이블은, 도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이, 10% 이상의 신축성을 갖는 탄성 원통체(1) 및 이 탄성 원통체의 주위에 동일 방향으로 권회되어 있는 적어도 1 라인의 광파이버 케이블(2 및 3)을 포함하는 전송체부를 포함한다. 또한, 전송체부의 외주에 외부 피복층을 갖는 것이 바람직하다(외부 피복층은 도시되어 있지 않음).

한편, 광파이버의 적어도 일부는 탄성 원통체의 표층 내부에 존재하더라도 좋다.

탄성 원통체는 탄성 장섬유, 탄성 튜브 또는 코일스프링 등으로 형성할 수 있다.

또한, 탄성 원통체는 내부에 공극(空隙)을 갖고 있는 것이 바람직하다. 공극은, 신축성을 저해하지 않고, 광파이버의 권회 직경을 크게 할 수 있기 때문에, 신축성을 높이는 효과가 있다. 공극을 형성하는 방법은, 예컨대, 탄성 장섬유의 주위에 절연 섬유를 배치하는 방법, 탄성 장섬유 또는 탄성 장섬유의 주위에 절연 섬유를 배치한 사상체를 편조하는 방법, 탄성 장섬유를 발포시키는 방법, 탄성 장섬유를 중공(中空)으로 하는 방법, 또는 이들을 조합시킨 방법 등이 있다. 탄성 튜브 또는 코일스프링으로 형성한 경우는 당연히 중공으로 된다.

탄성 원통체를 형성하기 위해서 이용하는 탄성 장섬유는 10% 이상의 신축성을 지닐 필요가 있다. 50% 이상의 신축성을 갖는 것이 바람직하다. 신축성이 50% 미만인 경우는, 신축 성능이 부족하여, 신축성 광신호 전송 케이블을 신축시킬 때의 하중이 커진다. 100% 이상의 신축성을 갖는 탄성 장섬유를 이용하는 것이 보다 바람직하고, 300% 이상인 것이 특히 바람직하다.

본 발명에서 이용하는 탄성 장섬유는, 상술한 정도의 신축성이 풍부한 것이면 되며, 폴리머의 종류는 특별히 한정되지 않는다. 예컨대, 폴리우레탄계 탄성 장섬유, 폴리올레핀계 탄성 장섬유, 폴리에스테르계 탄성 장섬유, 폴리아미드계 탄성 장섬유, 천연고무계 탄성 장섬유, 합성고무계 탄성 장섬유 및 천연고무와 합성고무의 복합 고무계 탄성 장섬유 등을 들 수 있다.

폴리우레탄계 탄성 장섬유는, 신장이 크고, 내구성도 뛰어나기 때문에 본 발명의 탄성 장섬유로서 최적이다.

천연고무계 장섬유는, 단면적당 응력이 다른 탄성 장섬유와 대비하여 작아, 저응력으로 신축하는 신축성 신호 전송 케이블을 얻기 쉽다고 하는 이점이 있다. 그러나, 열화되기 쉽기 때문에, 장기간에 걸쳐 신축성을 유지하기가 어렵다. 따라서, 단기 사용을 목적으로 하는 용도에 적합하다.

합성고무계 탄성 장섬유는 내구성이 우수하다. 실리콘 고무는 신장, 내구성 쌍방이 양호하여 바람직하게 이용된다. 또한, 불소 고무는, 신장은 작지만, 내구성 및 불연성이 우수하다. 용도에 따라서, 공지된 합성고무계 탄성 장섬유를 이용할 수 있다.

탄성 장섬유는 모노필라멘트라도 멀티필라멘트라도 좋다.

탄성 장섬유의 직경은 0.01∼30 mm의 범위가 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.02∼20 mm이다. 더욱 바람직하게는 0.03∼10 mm이다. 직경이 0.01 mm 이하인 경우, 신축성을 얻을 수 없고, 직경이 30 mm를 넘으면, 신장시키는 데에 큰 힘이 필요하게 된다.

탄성 장섬유를 미리 쌍사 혹은 여러 가닥 꼬기로 한 것, 또는 탄성 장섬유를 심으로 하고 그 둘레에 별도의 탄성 장섬유를 권회한 것으로 함으로써, 탄성 원통체와 전송체부와의 일체화(신축한 경우에 전송체부가 틀어지지 않도록 하는 것)를 용이하게 할 수도 있다.

본 발명에 있어서 탄성 원통체를 형성하기 위해서 이용하는 코일스프링은, 금속 이외의 코일스프링이라도, 금속 코일스프링이라도 좋다. 금속의 코일스프링은 고온 하에서도 열화되지 않아, 고온 환경 하에서 사용되는 용도에 알맞다. 코일 형상의 스프링은, 코일링 머신의 선정과 선정된 코일링 머신의 조건 설정으로 임의로 설계할 수 있다.

코일스프링 단독으로는 그 주위에 도체선을 권회할 수 없기 때문에, 미리 코일스프링의 주위에 절연 섬유의 편조 등을 형성함으로써 탄성 원통체를 얻을 수 있다.

*코일 직경(Cd)과 신선(伸線))(코일을 형성하는 선재를 말함) 직경(Sd)이 24＞Cd/Sd＞4인 것이 바람직하다. Cd/Sd가 24 이상인 경우는, 안정적인 형태의 스프링을 얻을 수 없고, 변형되기 쉬워 바람직하지 못하다. 바람직하게는 Cd/Sd가 16 이하이다. 한편, Cd/Sd가 4 이하이면, 코일을 형성하기가 곤란하게 되는 동시에, 신축성이 발현되기 어렵다. Cd/Sd는 바람직하게는 6 이상이다.

신선의 직경(Sd)은 3 mm 이하인 것이 바람직하다. 3 mm 이상이 되면, 스프링이 무겁게 되어, 신축 응력도 코일 직경도 커지기 때문에 바람직하지 못하다. 한편, 신선의 직경이 0.01 mm 이하가 되면, 형성할 수 있는 스프링이 지나치게 약하여, 가로로 힘이 가해지면 변형되기 쉬워, 실용적이지 못하다.

코일의 피치 간격은 1/2 Cd 이하인 것이 바람직하다. 이 이상의 간격이라도 코일형의 스프링을 형성할 수는 있지만, 코일 외주에의 절연 섬유의 편조 등의 형성이 곤란하게 된다. 또한, 신축성이 저하되고, 외력에 의해 변형되기 쉽게 되기 때문에 바람직하지 못하다. 코일의 피치 간격은 바람직하게는 1/10 Cd 이하이다.

피치 간격을 거의 제로로 한 것은, 신축성을 가장 높게 할 수 있으며, 스프링 그 자체가 얽히기 어렵고, 권취한 스프링을 당겨 빼내기 쉽다고 하는 특징이 있으며, 외력에 의한 변형에도 강하다고 하는 이점이 있어, 바람직하다.

코일 직경은 0.02∼30 mm의 범위가 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.05∼20 mm이며, 더욱 바람직하게는 0.1∼10 mm이다. 외경이 0.02 mm 이하인 코일스프링은 제조가 곤란하며, 30 mm를 넘으면, 광파이버의 권회 직경이 지나치게 커져, 바람직하지 못하다.

코일스프링의 재료는 공지된 신선에서 임의로 선택할 수 있다. 선재의 재료는, 피아노선, 경강선, 스테인리스강선, 오일템퍼선, 인청동선, 베릴륨동선 및 양백선 등이 있다. 내식성 및 내열성이 우수하고, 또한 입수하기가 쉽다는 점에서, 스테인리스강선이 바람직하다.

탄성 튜브는, 내부에 공극을 갖고 있으며, 그대로로 탄성 원통체로서 이용하는 것도, 탄성 튜브의 외층에 섬유층을 형성하여 탄성 원통체로 하는 것도 가능하다. 광파이버와 탄성 튜브가 직접 접촉하면, 탄성 튜브에 흠이 가기 쉽기 때문에, 탄성 튜브의 외층에 섬유층을 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 탄성 튜브 속에 광파이버를 매립할 수도 있다. 예컨대, 스테인레스 막대에 광파이버를 권회하고, 이것을 고무라텍스 속에 침지 또는 도포한 후, 공지된 방법(예컨대, 가류처리, 열처리 및 건조처리 등)을 행한 후, 내부의 스테인레스 막대를 뽑아버리거나 함으로써, 탄성 튜브 속에 광파이버를 매립할 수 있다.

탄성 원통체의 신축성은 10% 이상 필요하며, 30% 이상이 바람직하고, 50% 이상이면 보다 바람직하다. 신축성이 30% 미만으로 낮은 경우에는, 전송체부 및 외부 피복층의 피복에 의해서 신장이 저하되어 신축성이 낮은 전송 케이블로 되는 경우가 있다.

탄성 원통체의 20% 신장 하중은 2000 cN 이하인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 1000 cN 이하, 더욱 바람직하게는 500 cN 이하이다.

탄성 원통체의 직경은, 30 mm 이하, 바람직하게는 20 mm 이하, 보다 바람직하게는 10 mm 이하이다. 직경이 30 mm 이상이 되면, 굵고, 무겁게 되어, 실용상 바람직하지 못하다.

탄성 원통체의 20% 신장 응력은 1∼500 cN/㎟, 보다 바람직하게는 1∼200 cN/㎟, 더욱 바람직하게는 5∼100 cN/㎟가 되도록 설계한다.

이상과 같은 범위로 설계함으로써, 양호한 신축성을 얻을 수 있다.

본 발명에서 이용되는 광파이버는, 전송성이 좋고, 유연한 광파이버가 바람직하다. 작은 굽힘 반경이라도 전송 손실이 작은 것으로서, 코어 주변에, 다수의 빈 구멍을 갖는 홀리(Holey)형이나, 다수의 세선으로 분할된, 멀티코어형이 알려져 있다. 본 발명에서는, 유리 광파이버로서는 홀리형이 바람직하게 이용되며, 플라스틱 광파이버로서는 멀티형이 바람직하게 이용된다.

유리 광파이버는, 투과성이 높고, 직경을 작게 할 수 있어 커넥터를 소형화할 수 있다고 하는 이점이 있다. 반면, 굽힘 반경이 비교적 크고, 파단되기 쉽다고 하는 결점이 있다. 한편 플라스틱 광파이버는, 부드럽고, 구부리기 쉽다고 하는 이점이 있다. 반면 투과성이 비교적 낮고, 직경이 굵게 되어, 커넥터 부분도 커지지 않으면 안된다고 하는 결점이 있다. 각각의 특징을 살려, 용도에 따라 구별지어 사용할 수 있다. 어느 경우도, 전송성과 유연성을 겸비한 것을 이용하는 것이 바람직하다.

신호선을 구성하는 광파이버는 나선을 단독으로 이용할 수도 있지만, 표면에 상처가 나면 전송성이 저하된다. 단심의 광파이버를 이용할 수도 있지만, 굴곡성이 부족하다.

플라스틱 광파이버에 있어서는, 세선의 집합선으로 구성되는 멀티코어 타입의 광파이버를 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 유리 광파이버에 있어서는, 코어의 주변에 복수의 공기 구멍을 갖는 홀리형이 바람직하다.

멀티코어의 멀티 라인수의 상한 및 홀리형의 공기 구멍 라인수의 상한은 특별히 없고, 유연성과 전송성을 감안하여 임의로 결정할 수 있다. 라인수를 늘리면 직경이 커지기 때문에, 10000 라인 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 1000 라인 이하이다.

멀티코어를 구성하는 세선의 단선 직경은 0.1 mm 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.08 mm 이하이며, 더욱 바람직하게는 0.05 mm 이하이다. 세선화함으로써, 유연성을 높일 수 있다. 너무 지나치게 가늘면 제조가 곤란하게 되기 때문에, 0.001 mm 이상이 바람직하다.

멀티코어를 작성하기 위해서는 여러 가지 방법이 알려져 있으며, 본 발명에서도 공지된 것 중 어느 방법을 이용하더라도 좋다.

예컨대, 신체 장착용의 케이블로서는, 1 m 정도의 길이가 요구되며, 근거리에서의 전송으로 되기 때문에, 투과성이 낮더라도 전송할 수 있다. 이 때문에, 멀티코어(예컨대 37 라인)의 플라스틱 광파이버로, 직경이 1 mm 이하인 것을 이용함으로써, 권회 직경을 작게 할 수 있어, 컴팩트하고 신축성이 풍부하며, 반복 사용에 있어서도 단선되기 어려운, 신축성 광신호 전송 케이블을 얻을 수 있다.

광파이버는 직경(d)(mm)이 3＞d＞0.1이며, 한계 굽힘 직경(Re)(mm)이 30＞Re＞0.5인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 2＞d＞0.1, 20＞Re＞0.5, 더욱 바람직하게는 1＞d＞0.1, 10＞Re＞0.5이다.

직경이 가늘고, 굽힘 반경이 작은 것이, 컴팩트하고 신축성이 풍부하여, 형태 변형 추종성이 좋고, 반복 신축에 대하여 강하며, 변형되더라도 전송성의 변화가 작다고 하는 이점이 있다.

섬유의 집합체에 의해 광파이버를 덮음으로써, 광파이버의 시스(sheath)를 보호할 수도 있다. 섬유는 특별히 한정되는 것은 아나지만, 저렴하고, 강도가 강하고, 취급성이 우수한 것으로서, 폴리에스테르 섬유 및 나일론 섬유를 들 수 있다. 불소 섬유, 사란 섬유와 같이 난연성이 우수한 섬유를 이용하는 것도, 아라미드 섬유, 폴리술폰산 섬유와 같이 고강도의 섬유를 이용하는 것도, 폴리프로필렌 섬유 등을 이용하는 것도 가능하다.

미리 발수 가공이나 난연 가공을 실시한 섬유를 이용할 수도 있다.

본 발명의 신축성 신호 전송 케이블은, 10% 이상의 신축성을 갖는 탄성 원통체의 주위에 1 라인 이상의 광파이버를 권회함으로써 얻을 수 있다.

2 라인 이상의 광파이버를 이용하거나, 또는 후술하는 바와 같이 1 라인 이상의 도체선과 함께 이용하여, 소위 다심 광파이버 케이블 또는 전기광 복합 케이블로 할 수도 있다.

전기광 복합 케이블을 얻기 위해서는, 도체선은, 이완시의 케이블 길이 대비 1.2배 이상의 길이가 포함될 필요가 있다. 이 미만인 경우는 케이블의 신축성을 저해한다.

신축성이 풍부한 케이블로 하기 위해서, 도체선은 나선형으로 권회되어 있는 것이 바람직하다.

나선형을 얻기 위해서는, 예컨대 커버링 머신에 의해 한 방향으로 권회한 것이나, S/Z의 양방향으로 권회할 수 있다.

도체선과 광파이버는, 동일 원주 상에 권회할 수도, 동심원형으로, 다층으로 권회할 수도 있다.

동일 원주 상에 권회하는 경우는, 병렬로 권회되고 있는 것이 바람직하다.

병렬이란, 전송선(광파이버 및 도체선)끼리가 크로스되어 서로 겹치는 일이 없고, 바람직하게는 부분적으로도 서로 겹치는 일이 없고, 동일 방향으로 권회되고 있는 상태를 말한다. 서로 겹치는 부분은, 반복 신축에 있어서의 단선의 원인이 되기 때문에, 바람직하지 못하다. 또한, 병렬로 권회함으로써, 컴팩트하고 신축성이 풍부한 신축성 광신호 전송 케이블을 얻기 쉽게 된다.

사용되는 광파이버는 1 라인 이상이 필요하다. 범용으로 이용되는 케이스로서는, 1 라인, 2 라인, 3 라인, 4 라인, 5∼10 라인 등이 있다. 상한은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 10 라인 이상으로 하면, 신축성이 저해되기 쉽다. 바람직하게는 8 라인 이내이다. 보다 바람직하게는 1 라인∼4 라인이다.

후술하는 바와 같이, 광파이버와 함께 도체선을 포함하는 경우는, 광파이버를 신호 라인으로 하고, 도체선을 전원 라인 및 또는 신호 라인으로 할 수 있다.

범용성이 높은 케이블로서, 신호 라인과 전원 라인을 더불어 갖는 것이 바람직하다. 예컨대 광신호 라인 1 라인, 전원 라인 1 라인, 그라운드 라인 1 라인의 합계 3 라인으로 함으로써, 광 통신에 의한 신호 전송과 전원 공급을 아울러 갖는 신축성 광신호 전송 케이블을 얻을 수 있다. 도체선을 신호 라인으로서 병용할 수도 있다. 신호 라인은 최저 1 라인이 필요하게 된다. 바람직하게는 2 라인이다. 2 라인의 신호 라인에 의해, 범용의 차동 신호를 전송할 수도 있다. 전력 공급용으로 2 라인의 도체선, 고주파 전송용으로 2 라인의 도체선, 광파이버를 1∼2 라인 포함함으로써, 전력, 고주파신호, 광신호 모두를 동시에 전송할 수도 있다.

광파이버, 후술하는 것과 같이 도체선도 이용하는 경우는, 광파이버 및 도체선은 권회 1주마다 1곳 이상, 구속 사상체로 구속되고 있는 것이 바람직하다. 비구속의 경우는, 신축에 의해 권회 피치가 치우쳐, 전송성 및 또는 신축성이 저하되기 쉽다.

구속 사상체에는 공지된 사상체를 임의로 이용할 수 있다. 예컨대, 멀티필라멘트, 모노필라멘트 또는 방적사를 이용할 수 있다. 가늘고, 부드럽고, 구속력이 강하고(고강도), 저렴하다는 관점에서는, 폴리에스테르 섬유, 나일론 섬유를 들 수 있다. 유전율이 낮다고 하는 관점에서는, 불소 섬유, 폴리에틸렌 섬유, 폴리프로필렌 섬유를 들 수 있다. 난연성의 관점에서는, 염화비닐 섬유, 사란 섬유, 유리 섬유를 들 수 있다. 신축성의 관점에서는, 폴리우레탄 섬유 또는 폴리우레탄 섬유의 외부를 다른 절연 섬유로 피복한 것 등을 들 수 있다. 기타, 견, 레이온 섬유, 큐프라 섬유, 코튼 방적사를 이용할 수도 있다. 그러나, 이들에 한정되는 것이 아니라, 공지된 섬유를 임의로 이용할 수 있다.

광파이버를 한 방향(예컨대 Z 방향)으로 권회하여, 그 위에서 사상체를 역방향(S 방향)으로 권회함으로써, 광파이버를 구속하여, 신축에 의한 어긋남을 방지할 수 있다.

도 3에 도시하는 바와 같이, 커버링 머신에 의해 광파이버의 외측에 구속 사상체를 권회하는 경우는, 권회 속도를 높임으로써(스핀들 회전수를 올림으로써), 권회 장력(벌루닝 장력)이 증가하여, 구속력을 높일 수 있다.

더욱 바람직하게는, 도 4에 도시하는 바와 같이, 광파이버와 역방향으로 광파이버의 내측(탄성 원통체측)과 외측을 지나 사상체를 권회하여 광파이버를 구속하는 것이다. 광파이버의 내측과 외측을 교대로 지나서, 광파이버와 역방향으로 구속 사상체를 권회함으로써, 반복 신축이나, 신축을 동반하는 굴곡 동작에 의해서도, 신장시와 이완시의 권회 피치의 변화가 적고, 또한 반복 신축에 의해서 권회 피치의 변화가 적은 신축성 광신호 전송 케이블을 얻을 수 있다. 복수 라인의 광파이버의 내측과 외측을 교대로 통과시키는 경우, 광파이버 1 라인씩 교대로 지나게 하더라도 좋고, 복수의 광파이버를 모아서 교대로 지나가게 하더라도 좋다.

상기 사상체는 광파이버보다 가는 것이 바람직하다. 굵은 사상체를 이용하면, 광파이버 그 자체가 변형하지 않을 수 없게 되어, 신축하기 어렵게 된다.

구속력을 높이기 위해서는, 1주에 1곳 이상, 바람직하게는 4곳 이상, 보다 바람직하게는 8곳 이상 구속점을 갖도록, 사상체를 광파이버의 내측과 외측을 교대로 지나서 권회하는 것이 바람직하다.

권회하는 실에 하중을 걺으로써, 권회 장력을 높일 수 있어, 구속력을 늘릴 수 있다. 하중은 권회 상태를 보면서 조정하는 것이 바람직하다. 하중이 지나치게 작으면 서로의 구속력이 작아져, 신장에 의해 광파이버의 권회 피치가 변동되는 경우가 있다. 하중을 지나치게 강하게 하면, 광파이버 그 자체를 측면에서부터 강하게 조이게 되어, 전송성이 저하되는 경우가 있다.

또한, 광파이버의 위치가 틀어지지 않도록, 구속 사상체를 개재시켜, 광파이버와 개재시킨 사상체를 하나로 하여, 또는 따로따로, 이들의 내측과 외측을 교대로 지나 상기 구속 사상체를 권회할 수도 있다. 이 개재물에 의해 광파이버의 피치를 제어할 수도 있다.

일반적으로 광파이버는 강직하여, 상기한 바와 같이 권회하여, 구속 사상체로 구속하더라도, 신축에 의해 꼬임을 푸는 힘이 생겨, 권회 상태가 흐트러지기 쉽다.

이 때문에, 광파이버의 잔류 토크율은 70% 이하인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 50% 이하이며, 더욱 바람직하게는 30% 이하이다. 잔류 토크율이란, 10 턴 광파이버를 풀어서, 빼내고, 실온 하에서 10분간 방치한 후의 턴수를 N으로 하여, 다음의 식으로 구한 값을 말한다 :

잔류 토크율=100*(10-N)/10 (%)

잔류 토크를 감소시키기 위해서는, 광파이버를 권회한 후에, 열처리를 하는 것이 바람직하다.

열처리에 의해 광파이버의 권회에 의한 왜곡을 제거할 수 있어, 잔류 토크를 저감할 수 있다.

잔류 토크가 저감함으로써, 형태가 안정되게 되어, 반복 신축하기 쉽게 되고, 또한 반복 신축한 후에도, 원래의 형태로 되돌아가기 쉽게 된다. 이에 따라, 반복 신축에 의해 광파이버의 권회 상태가 흐트러지는 것을 막을 수 있어, 실용성이 향상된다.

열처리 조건은, 광파이버의 잔류 토크 저감 효과와, 광파이버의 광투과성과 신축성을 고려하여 설정된다. 효과적인 온도는, 잔류 토크율, 광투과성, 신축성을 측정하여 결정할 수 있다.

고온에서 장시간 처리하면, 전송성이 저하된다. 또한, 탄성체의 신축성이 손상되는 경우가 있다. 한편, 저온에서는, 왜곡 제거 효과가 부족하다.

온도는 40℃ 이상에서 열처리를 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 60℃ 이상, 더욱 바람직하게는 80℃ 이상이다.

시간은 온도와의 관계로 임의로 설정된다. 1초 이상, 바람직하게는 10초 이상, 보다 바람직하게는 1분 이상 소정 온도에 유지함으로써, 안정된 열처리를 할 수 있다. 고온 하에 장시간 유지하면, 광파이버의 투과성이 저하되는 경우가 있기 때문에, 투과성의 저감이 50% 이하인 범위에서 설정하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 30% 이하, 더욱 바람직하게는 10% 이하이다. 플라스틱 광파이버의 경우, 온도는 150℃ 이하가 바람직하다. 더욱 바람직하게는 120℃ 이하이다. 유리 광파이버의 경우, 온도는 200℃ 이하가 바람직하다. 또한, 고온 하에서 장시간 유지하면 신축성이 저하되는 경우도 있다. 탄성체로서 탄성 장섬유를 이용하는 경우는, 예컨대 실리콘 고무로서는 180℃ 이하가 바람직하고, 폴리우레탄계 탄성 장섬유로서는 150℃ 이하가 바람직하고, 천연고무계라면 130℃ 이하가 바람직하다. 또한, 코일스프링의 주위를 편조한 것을 탄성체로서 이용하는 경우는, 온도를 200℃ 이하로 하는 것이 바람직하다. 예컨대, 탄성체로서 폴리우레탄 탄성 장섬유를 이용하고, 광파이버로서 플라스틱 광파이버를 이용하는 경우는, 80∼100℃ 하에서, 5분∼15분 정도 처리함으로써, 전송성의 저하가 거의 없고, 잔류 토크율을 70% 이하로 할 수 있다.

유리제 광파이버를 이용하는 경우는, 잔류 토크율 저감을 위해, 보다 고온이 요구되는 경우가 있는데, 이러한 경우는, 탄성체로서 내열성이 높은, 실리콘 고무나 코일스프링을 이용함으로써, 신축성을 손상시키는 일없이, 광파이버의 투과성을 유지하면서 잔류 토크를 저감할 수 있다.

본 발명의 신축성 광신호 전송 케이블은, 광파이버와 탄성 원통체가 접착하고 있더라도 좋다. 통상 접착제는 신축성이 부족하고, 탄성 원통체 전체를 피복하 도록 도포하면 탄성 원통체의 신축성을 잃기 쉽다. 이것을 막기 위해서, 탄성이 있는 폴리우레탄 등을 이용하여 접착하는 방법이나, 광파이버와 탄성 원통체의 접촉면만을 접착시키는 등의 방법이 있다.

광파이버는 동일 방향으로 일정한 피치로 권회되어 있는 것이 바람직하다. 길이 방향에서 피치가 변동되면, 광파이버의 굴곡률이 변동되어, 전송성이 저하되기 쉽게 된다. 또한, 신축에 의해 변형이 1곳에 집중하기 쉽게 되어, 광파이버가 다 늘어나는 부분과, 꺾여 구부러지는 부분이 발생하기 쉽게 된다.

권회되는 광파이버의 피치(P)(mm) 및 권회 직경(D)(mm)에 의해서 하기 식으로 나타내어지는 광파이버의 굽힘 직경(R)(mm)은 한계 굽힘 직경(Re) 이상이며, 신장 범위 중 어디에 있어서도, 50≥R≥Re의 범위를 일탈하지 않는 것이 바람직하다.

도 5는 본 발명에서 말하는 굽힘 직경을 설명하는 도면이다. 도 5에서, A는 본 발명의 신축성 광신호 전송 케이블의 모식도이며, B는 그 케이블을 길이 방향으로 절단하여 전개한 도면이다. 이들 도면으로부터 알 수 있는 것과 같이, 굽힘 직경(R)이란, 광파이버의 권회 각도(θ)를 고려한 권회 직경이다.

R이 50 mm를 넘으면 외경이 지나치게 커지거나 또는 신축성이 손상되기 쉽다. 보다 바람직하게는 30 mm 이하, 더욱 바람직하게는 20 mm 이하, 특히 바람직하게는 10 mm 이하이다.

굽힘 직경(R)의 하한은 광파이버의 한계 굽힘 직경(Re) 이상인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 2 Re 이상이며, 더욱 바람직하게는 3 Re 이상이다. 한편, 광파이버의 한계 굽힘 직경(Re)을 구하는 방법은 후술한다.

본 발명의 신축성 광 전송 케이블은, 신장 한계까지의 임의의 신장시에 있어서도, R이 Re 이상인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 2 Re 이상, 더욱 바람직하게는 3 Re 이상이다. 반복 신장에 의해서도, 이 범위를 일탈하지 않는 것이 바람직하다. 이 범위를 일탈하면 전송성이 저하되거나 또는 신축성을 잃게 된다. 한편, 본 발명에서 말하는 신장 한계란, 신장 회복률이 80% 미만으로 되는 신장률에 0.8을 곱한 값을 말한다.

이완 상태에서, 임의의 5곳 이상의 권회 상태를 관찰하여 요구한 평균 굽힘 직경(Rave)(mm)과 변동(Rr)(Rr=Rmax-Rmin)의 관계가 0≤Rr≤Rave인 것이 바람직하다. Rave를 넘은 변동이 있는 경우는, 반복 신장에 의해, 피치 간의 변동이 확대되어, 전송성 불량과 신축성 불량이 발생한다. 보다 바람직하게는 Rave의 1/2 이하, 더욱 바람직하게는 Rave의 1/3 이하이다.

본 발명의 신축성 광신호 전송 케이블은, 광파이버의 권회 피치(P)가 0.5∼50 mm인 것이 바람직하다. 0.5 mm 이하인 경우는, 권회되는 광파이버의 길이가 길어져, 전송성이 저하된다. 50 mm 이상인 경우는, 신축성이 부족하게 된다. 보다 바람직하게는, 권회 피치가 1∼20 mm이며, 더욱 바람직하게는 권회 피치가 2∼10 mm이다.

광파이버의 권회 직경은 Re∼30 mm가 바람직하다. 보다 바람직하게는 Re∼20 mm이며, 더욱 바람직하게는 Re∼10 mm이다. 30 mm 이상인 경우는, 완성된 외경이 지나치게 커지기 때문에 바람직하지 못하다. Re 이하인 경우는 전송이 곤란하게 된다.

근접하는 광파이버의 간격(도 1 및 도 2에 있어서의 t 및 t'), 후술하는 바와 같이 도체선을 포함하는 경우는 도체선도 포함시켜 근접하는 전송선(광파이버 및/또는 도체선)의 간격은, 0.01∼20 mm인 것이 바람직하다. 0.01 mm 미만인 경우는, 신축에 의해 광파이버의 시스를 상처 입히기 쉽고, 전송성이 저하될 위험성이 있다. 20 mm 이상인 경우는 신축성이 부족하게 된다. 보다 바람직하게는 0.1∼10 mm이며, 더욱 바람직하게는 0.1∼5 mm이다.

광파이버의 피치, 간격 및 권회 직경을 상기와 같은 범위로 하면, 컴팩트하고 신축성이 좋은 신축성 광신호 전송 케이블을 얻기 쉽고, 또한, 반복 신축에 있어서, 굽힘 직경(R)을 50≥R≥Re의 범위로 유지할 수 있어, 반복 사용에 알맞은 신축성 광신호 전송 케이블을 얻기가 쉽다.

본 발명의 신축성 광신호 전송 케이블은 외부 피복층을 갖고 있더라도 좋다. 외부 피복층을 지님으로써, 물리적인 자극이나 화학적인 자극으로부터 보호되어, 내구성이 향상된다. 외부 피복층은 섬유 또는 고무 탄성을 갖는 탄성 수지에 의해 형성하는 것이 바람직하다.

섬유에 의한 피복은 신축성을 저해하기 어렵고, 부드러운 신축성이 요구되는 용도에 알맞다. 섬유는, 도전성 섬유 또는 절연성 섬유를 이용할 수 있다. 후술하는 바와 같이, 도체선을 병용하는 경우는 절연성 섬유를 이용하는 것이 바람직하다. 도전성 섬유는, 외부 실드층 또는 정전기 대책용으로서 이용할 수도 있다.

발수성의 절연 섬유는, 유전율이 높은 물의 침입을 막는 효과가 있어, 바람직하다. 구체적으로는, 불소 섬유나 폴리프로필렌 섬유 등의 발수성의 절연 섬유를 이용하는 것도, 폴리에스테르 섬유나, 나일론 섬유에 발수 가공을 실시하여 이용하는 것도 가능하다. 발수 가공제는 공지된 가공제에서 임의로 선정할 수 있다. 구체적으로는 불소계, 실리콘계의 발수 가공제 등을 들 수 있다.

또한, 난연 가공을 실시할 수도 있다. 외부 피복용의 폴리에스테르 또는 나일론의 염색시에, 브롬계나 인산에스테르계의 가공제(본 제에 한정하는 것은 아님)를 이용하여 난연 가공을 할 수 있다. 난연 가공을 부여하는 것도, 신축성 광신호 전송 케이블을 난연 가공하는 것도 가능하다. 사용하는 섬유를 미리 난연 가공해 두는 것이 바람직하다.

섬유는 멀티필라멘트, 모노필라멘트 또는 방적사를 이용할 수 있다. 멀티필라멘트는, 피복성이 좋고, 보풀도 발생하기 어려워 바람직하다.

섬유는, 신축 전송 케이블의 용도나 상정되는 사용 조건에 맞춰, 공지된 섬유에서 임의로 선택할 수 있다. 섬유는 생사 그대로도 좋지만, 의장성이나 열화 방지의 관점에서 원착사나 선염사를 이용할 수도 있다. 마무리 가공에 의해, 유연성이나 마찰성의 향상을 도모할 수도 있다. 또한, 난연 가공, 발유 가공, 방오 가공, 항균 가공, 제균 가공 및 소취 가공 등, 공지된 섬유의 가공을 실시함으로써, 실용시의 취급성을 향상시킬 수도 있다.

내열성과 내마모성을 양립시키는 섬유로서는, 아리미드 섬유, 폴리술폰 섬유 및 불소 섬유를 들 수 있다. 내화성의 관점에서는, 유리 섬유, 내염화 아크릴 섬유, 불소 섬유 및 사란 섬유, 아마리드 섬유 등을 들 수 있다. 내마모성이나 강도의 관점에서는, 고강력 폴리에틸렌 섬유 및 폴리케톤 섬유가 부가된다. 비용과 내열성의 관점에서는, 폴리에스테르 섬유, 나일론 섬유 및 아크릴 섬유가 있다. 이들에, 난연성을 부여한 난연 폴리에스테르 섬유, 난연 나일론 섬유 및 난연 아크릴 섬유(모다크릴 섬유) 등도 적합하다. 마찰열에 의한 국부적인 열화에 대해서는, 비용융 섬유를 이용하는 것이 바람직하다. 그 예로서는, 아라미드 섬유, 폴리술폰 섬유, 코튼, 레이온, 큐프라, 울, 견 및 아크릴 섬유를 들 수 있다. 강도를 중시하는 경우는, 고강력 폴리에틸렌 섬유, 아라미드 섬유 및 폴리페닐렌설파이드 섬유를 들 수 있다. 마찰성을 중시하는 경우는, 불소 섬유, 나일론 섬유 및 폴리에스테르 섬유를 들 수 있다.

의장성을 중시하는 경우는, 발색이 좋은 아크릴 섬유를 이용할 수도 있다.

또한, 사람과의 접촉에 의한 촉감을 중시하는 경우는, 큐프라, 아세테이트, 코튼 및 레이온 등의 셀룰로오스계 섬유나, 견 또는 섬도가 가는 합성섬유를 이용할 수 있다.

탄성 수지에 의한 피복 또는 고무 튜브에 의한 피복은, 액체가 내부에 침입할 위험성이 있는 용도에 바람직하게 이용된다.

탄성 수지는 여러 가지 탄성의 절연 수지에서 임의로 선택할 수 있으며, 신축성 광 전송 케이블의 용도 및 동시에 사용하는 다른 섬유와의 상성을 고려하면서 선정할 수 있다.

고려하여야 할 성능으로서, 전송성, 신축성, 내마모성, 내열성 및 내약품성 등을 들 수 있다.

신축성이 우수한 것으로서는, 소위 천연고무계의 탄성 수지, 스티렌부타디엔계의 탄성 수지, 실리콘계 탄성 수지를 들 수 있다.

내마모성, 내열성, 내약품성이 우수한 것으로서는 합성고무계 탄성체를 들 수 있고, 불소계 고무, 실리콘계 고무, 에틸렌·프로필렌계 고무, 클로로프렌계 고무 및 부틸계 고무가 바람직하다.

외부 피복층은, 섬유에 의해 편조된 것과 탄성 수지를 조합할 수도 있다.

신축 전송 케이블은 작은 힘으로 신축시킬 것이 요망되는 경우가 많은데, 탄성 수지만으로 피복하는 경우는, 탄성 수지의 두께가 두껍게 되는 경향이 있어, 신축시키는 힘이 커지기 쉽다. 이러한 경우는, 두께가 얇은 탄성 수지와 절연 섬유에 의한 편조를 조합시킴으로써, 피복성과 신축성을 양립시킬 수 있다.

탄성 수지로서, 소위 고무 튜브로 피복할 수도 있다. 고무 튜브는 일반적으로 마찰성이 나쁘기 때문에, 이것을 보완하기 위해서, 외부를 더욱 섬유 피복할 수도 있다.

본 발명의 신축성 광신호 전송 케이블은 실드되어 있더라도 좋다. 실드는, 전자파의 방사 및 침입을 막을 목적으로 이용된다. 이 때문에, 도체선을 병용하는 경우에 바람직하게 이용된다. 실드의 방법은, 전기 전도성이 있는 유기 섬유 또는 전기 전도성이 좋은 금속 세선에 의해 편조하는 것, 전기 전도성이 좋은 테이프 형상물(예컨대 알루미늄박)을 권회하는 것 등에 의해 얻을 수 있다.

탄성 원통체의 주위에 광파이버를 권회한 후, 섬유에 의해, 피복층을 구성하여, 그 외주에 실드층을 형성한다. 실드층은 전기 전도성이 있는 유기 섬유 또는 전기 전도성이 좋은 금속 세선 또는 그 조합으로 편조함으로써 얻을 수 있다. 실드층을 보호할 목적에서, 실드층의 외층에 외부 피복층을 형성하는 것이 바람직하다.

전기 전도성이 있는 유기 섬유란, 비저항 1 Ω·cm 이하인 것을 말한다. 예컨대 도금 섬유나 도전성 필러를 충전한 섬유를 들 수 있다. 보다 구체적으로는 은 도금 섬유 등을 들 수 있다.

본 발명의 신축성 광신호 전송 케이블은, 과신장에 의한 광파이버의 단선을 막기 위해서, 전체 길이가 광파이버(광파이버 전체 길이 : L₀)보다도 짧은 항신장 사상체(항신장 사상체 전체 길이 : Lk)를 1 라인 이상 포함하는 것이 바람직하다. 그리고, 항신장 사상체를 100×(L₀-Lk)/Lk[%]까지 신장했을 때의, 항신장 사상체 합께의 파단 강도가 10000 cN 이상이 되도록 설계하는 것이 바람직하다.

예컨대 수 kg의 전자기기에 본 발명의 신축성 광신호 전송 케이블을 접속한 상태에서, 전자기기를 잘못해서 떨어트린 경우, 급격한 하중이 케이블에 걸리는 경우가 있다. 이러한 경우라도, 상기한 바와 같이 설계함으로써, 광파이버에 과대한 하중이 미치는 것을 막을 수 있어, 신축성 광신호 전송 케이블의 전송성의 저하나, 신축성의 저하를 막을 수 있다.

광파이버보다도 짧은 항신장 사상체는, 광파이버의 권회 각도보다도 작은 권회 각도로 외부 피복을 하거나, 또는 심부의 탄성 원통체에 광파이버보다도 작은 권회 각도로, 항신장 사상체를 권회하거나, 또는, 광파이버 권회시에, 신장된 심부의 탄성 원통체를 따르게 하여 항신장 사상체를 삽입하거나, 어느 한 방법에 의해, 본 발명의 신축성 광신호 전송 케이블에 포함시킬 수 있다. 또한, 그 조건을 선정함으로써, 광파이버보다도 짧게 설정할 수 있다. 예컨대, 권회를 설계하는 경우는, 피치 간격이 가상 삼각형의 바닥변으로 되고, 권회 직경에 원주율을 곱한 값이 가상 삼각형의 높이가 되고, 상기 가상 삼각형의 사변이 1 가상 삼각형 단위당 광파이버 길이가 된다. 권회된 광파이버의 가상 삼각형의 사변이, 권회된 항신장 사상체의 사변보다 목표 이상 짧아지도록 설계함으로써 실현할 수 있다.

또한, 신장된 심부의 탄성 원통체에 항신장 사상체를 따라가게 하는 경우는, 신장 배율을 1.1배 이상으로 하여, 항신장 사상체를 권회하지 않고서 따르게 하고, 그 주위에 광파이버를 권회함으로써 실현할 수 있다.

항신장 사상체는, 심부의 탄성 원통체를 따라가게 하는 경우는, 적은 라인수로 파단 하중을 실현하기 위해서 고강도 섬유를 이용하는 것이 바람직하다. 아라미드 섬유, 폴리케톤 섬유, PPS 섬유, 고강도 PE 섬유, 고강도 PP 섬유 등을 들 수 있다.

권회 각도를 컨트롤함으로써 항신장 사상체를 배치하는 경우는, 외부 피복을 겸할 수도 있으며, 복수 라인을 이용함으로써, 합계 파단 강도를 10000 cN 이상으로 할 수도 있다. 고강도 섬유에 더하여, 폴리에스테르 섬유나, 나일론 섬유, 아크릴 섬유, 레이온 섬유, 큐프라 섬유, 폴리락토론 섬유, 코튼, 실크 등의 공지된 섬유를 이용할 수 있다.

본 발명의 신축성 광신호 전송 케이블은, 광파이버 외에 도체선을 배치할 수도 있다.

도체선은, 이완 상태에 있어서의 신축성 광신호 전송 케이블 1 m당, 도체선의 전기 저항은 100 Ω/m 이하인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 10 Ω/m 이하이다. 특히 바람직하게는 5 Ω/m 이하이다.

본 발명에서 이용되는 도체선은, 도전성이 좋은 물질로 이루어지는 세선의 집합선인 것이 바람직하다. 금속 세선의 집합선은, 부드럽고, 단선되기 어렵기 때문에, 신축성 신호 전송 케이블의 신축성이나 내구성의 향상에 기여한다.

신호선을 구성하는 도체선로서 세선을 단독으로 이용할 수도 있는데, 전기 저항이 커지면, 전송성이 저하된다. 이 때문에, 세선을 2 라인 이상 집합하여 하나의 도체선으로서 이용하는 것이 바람직하다. 집합 라인수의 상한은 특별히 없지만, 유연성과 전기 저항을 감안하여 임의로 결정할 수 있다. 집합 라인수를 늘리면 생산성이 저하되기 때문에, 10000 라인 이하가 바람직하다. 보다 바람직하게는 1000 라인 이하이다.

도전성이 좋은 물질이란, 비저항이 1×10^-4 Ω·cm 이하인 전기 전도체를 말한다. 보다 바람직하게는 1×10^-5 Ω·cm 이하의 금속을 말한다. 구체적인 예로서는, 소위 구리(비저항이 0.2×10^-5 Ω·cm) 알루미(비저항이 0.3×10^-5 Ω·cm) 등을 들 수 있다.

구리선은 비교적 저렴하고 전기 저항이 낮고 세선화도 용이하기 때문에 바람직하다. 알루미늄선은 경량이므로, 구리선에 이어서 바람직하다. 구리선은 연동선 또는 주석구리 합금선이 일반적이지만, 강력을 높인 강력 구리 합금(예컨대, 무산소 구리에 철,인 및 인듐 등을 첨가한 것), 주석, 금, 은 또는 백금 등으로 도금하여 산화를 방지한 것, 전기 신호의 전송 특성을 향상시키기 위해서 금 그 밖의 원소로 표면 처리한 것 등을 이용할 수도 있지만, 이것에 한정되는 것은 아니다.

도체선을 구성하는 세선의 단선 직경은 0.1 mm 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.08 mm 이하이며, 더욱 바람직하게는 0.05 mm 이하이다. 세선화함으로써, 유연성을 높일 수 있다. 또한, 고주파 특유의 표피 효과에 대하여, 세선화에 의해, 표면적이 높아져 전송성을 높일 수 있다. 너무 지나치게 가늘면 가공시에 단선되기 쉽기 때문에, 0.01 mm 이상이 바람직하다.

세선을 집합시키기 위해서는 여러 가지 방법이 알려져 있으며, 본 발명에서도 공지된 어떠한 방법으로 집합시키더라도 좋다. 그러나, 스트레이트로 가지런히 맞추는 것만으로는 권회하기 어렵기 때문에, 연선(Stranded wire)으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 가요성을 발휘하기 위해서, 집합선을 절연 섬유로 권회한 것을 이용할 수도 있다.

본 발명에서 이용되는 도체선은, 세선 각각 또는 도체선으로서 절연되어 있는 것이 바람직하다. 절연층의 두께나 종류는 신축성 신호 전송 케이블의 용도에 따라 임의로 설계된다.

절연재는, 절연성, 전송성 및 유연성을 가미하여 선택된다. 절연재는, 공지된 절연 재료에서 임의로 선택할 수 있다. 전송성의 관점에서는, 유전율이 낮은 소재가 바람직하며, 불소계 및 폴리올레핀계 등의 절연재를 들 수 있다. 유연성의 점에서는, 염화비닐계 및 고무계 등의 절연재를 들 수 있다.

공기를 포함한 절연재를 이용할 수도 있다. 공기를 포함한 절연재를 얻기 위해서는, 상기 절연재를 발포시킨 것을 이용할 수도 있다. 공기는 유전율이 낮아, 유전율을 내리는 효과가 있다.

절연성 섬유의 집합체에 의해 도체선을 덮음으로써, 공기를 포함한 절연층을 형성할 수도 있다. 절연성의 섬유는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 저렴하고, 강도가 강하고, 취급성이 우수한 것으로서, 폴리에스테르 섬유 및 나일론 섬유를 들 수 있다. 전송성을 높이기 위해서, 유전율이 낮은 불소 섬유, 폴리프로필렌 섬유를 이용할 수도 있다.

수분의 영향을 받기 어렵게 하기 위해서, 발수 가공을 실시한 섬유를 이용할 수도 있다.

본 발명의 신축성 광신호 전송 케이블은, 광파이버 및 도체선의 각각의 사이에 공기를 보유할 수도 있다. 공기는, 절연성이 있어, 유전율이 낮은 매체이며, 전송성을 높이는 효과가 있다. 공기를 보유하게 하기 위해서, 절연 섬유로 이루어지는 사상체를 개재시키는 것도, 중공 튜브를 개재시키는 것도, 또한 전체를 발포성 수지로 덮는 것도 가능하다.

본 발명의 신축성 광신호 전송 케이블은, 신장 한계까지의 임의의 신장에 있어서 광신호의 전송 손실이 20 dB/m 이하인 것이 바람직하다. 이 범위를 넘으면, 신호 전송이 낮아, 신호 전송이 곤란하게 된다. 보다 바람직하게는 전송 손실이 10 dB/m 이하이다. 더욱 바람직하게는 6 dBm 이하, 특히 바람직하게는 3 dB/m 이하이다.

본 발명의 신축성 광신호 전송 케이블은, 신호 라인으로서 이용하는 광파이버는 한계 굽힘 직경이 작은 광파이버인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 유연하고, 파단하기 어려운 광파이버이다. 이러한 예로서, 유리 광파이버에 있어서는 홀리형, 플라스틱 광파이버에 있어서는 멀티코어형을 예시할 수 있다. 또한, 코어와 그리드의 재질에 의해 한계 굽힘 직경을 작게 하거나, 내변형성을 향상시킨 것을 이용할 수도 있다.

본 발명의 신축성 광신호 전송 케이블은 신장 회복률이 높은 것이 바람직하다. 20% 신장 후의 회복률(20% 신장 회복률)은 80% 이상이 바람직하다. 20% 신장한 후에 80% 이상 회복하지 않는 것은, 형태 변형 추종성이 저하된다. 보다 바람직하게는 30% 신장 후에 80% 이상 회복하는 것이다. 더욱 바람직하게는 40% 이상 신장한 후에 80% 이상 회복하는 것이다.

본 발명의 신축성 광신호 전송 케이블은 용이하게 신장하는 것이 바람직하다. 20% 신장 하중은 5000 cN 미만이 바람직하다. 보다 바람직하게는 2000 cN 미만, 더욱 바람직하게는 1000 cN 이하, 특히 바람직하게는 500 cN 이하이다. 5000 cN 이상인 것은, 신장시키기 위해서 큰 부하가 필요하게 되어 바람직하지 못하다.

본 발명의 신축성 신호 전송 케이블은, 사용시의 소정 신장을, 1만회 이상, 바람직하게는 10만회 이상, 보다 바람직하게는 20만회 이상 반복하더라도 단선되지 않고, 전송성의 저하가 적은 것이 바람직하다. 본 발명은, 내반복성(반복에 대한 내성)이 우수하고, 실용에 알맞은 신축성 광신호 전송 케이블을 제공하는 것이다.

본 발명의 신축성 신호 전송 케이블은, 탄성 원통체를 신장하는 기능과, 그 주위에 복수의 전송선을 병렬로 권회하는 기능과, 전송선의 권회 방향과 역방향으로 구속 사상체를 권회하는 기능을 갖는 장치에 의해, 신장된 상태의 탄성 원통체에 적어도 1 라인 이상의 광파이버를 권회하고, 이 광파이버와 반대 방향으로 구속 사상체를 상기 광파이버의 외측에 권회함으로써 제조할 수 있다.

보다 바람직하게는, 광파이버의 권회 방향과 역방향으로 구속 사상체를 권회하는 기능을, 구속 사상체를 광파이버의 내측(탄성 원통체측)과 외측을 교대로 지나서 권회할 수 있는 기능으로 하여, 1 라인 이상의 전송선을 병렬로 권회하고, 또한, 전송선과 반대 방향으로 1 라인 이상의 전송선의 내측과 외측을 교대로 지나서 구속 사상체를 권회하여, 전송선을 구속하는 구조로 하는 것이다. 상기 기능을 갖는 장치라면, 이용하는 장치는 특별히 한정되지 않는다.

상기 기능을 갖는 장치가 구비하는 주된 기구는 다음과 같다:

(1) 탄성 원통체를 공급하는 기구,

(2) 탄성 원통체를 파지하여, 일정 속도로 피드(feed)하는 기구(바람직하게는 니프(nip)하지 않고 파지하여 일정 속도로 피드하는 기구, 예컨대 복수의 V홈을 갖는 2연 롤의 V홈에 8자걸기를 따라 파지하여 피드하는 기구),

(3) 탄성 원통체를 파지하여, 일정 속도로 권취하는 기구(바람직하게는 니프하지 않고 파지하여 일정 속도로 권취하는 기구, 예컨대 복수의 V홈을 갖는 2연 롤의 V홈에 8자걸기를 따라 파지하여 권취하는 기구나, 또는 V홈을 지닌 직경이 큰 드럼의 V홈에 복수회 휘감아 권취하는 기구),

(4) 탄성 원통체를 신장한 상태에서, 적어도 1 라인 이상의 광파이버를 포함하는 전송선을 탄성 원통체에 병렬로 권회하는 기구(예컨대 광파이버 또는 사상체를 감은 보빈을 파지된 탄성 원통체의 주위를 선회시키는 기구, 파지된 탄성 원통체를 회전시켜 광파이버 또는 사상체를 탄성 원통체의 주위에 권회하는 기구, 또는 광파이버 또는 사상체를 감은 복수의 중공 보빈을 직렬로 배치하고, 탄성 원통체를 중공 보빈의 중공부를 통과시키면서, 중공 보빈을 회전시키는 기구),

(5) 탄성 원통체를 신장한 상태에서, 구속 사상체를 광파이버의 권회 방향과 역방향으로 탄성 원통체에 병렬로 권회하는 기구, 특히 바람직하게는, 탄성 원통체를 신장한 상태에서, 광파이버의 권회 방향과 역방향으로 광파이버의 내측과 외측을 교대로 지나서 구속 사상체를 권회하는 기구(예컨대, 광파이버를 감은 1 라인 이상의 보빈과 절연성 사상체를 감은 1 라인 이상의 보빈이 전후 또는 상하로 이동하여, 서로 역방향으로 탄성 원통체의 주위를 선회하는 기구).

실시예

이하에, 본 발명을 실시예 및 비교예에 기초하여 상세히 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예만 한정되는 것은 아니다.

본 발명에서 이용한 평가 방법은 다음과 같았다.

(1) 신축성

신축성 광신호 전송 케이블에 20 cm 간격으로 표시를 한다. 그 외측을 손으로 잡고서 표시의 위치가 22 cm가 될 때까지 잡아 늘린 후, 이완하여 길이를 측정한다. 하기 기준으로 구별하여, 22 cm까지 잡아늘릴 수 있고, 또 이완 후 21 cm 미만으로 회복된 것(A)을 10% 이상의 신축성이 있다고 판단했다 :

A : 22 cm까지 신장시킬 수 있고, 이완시키면 21 cm 미만으로 회복한 것,

B : 22 cm까지 신장시킬 수 없거나 또는 22 cm까지 신장시킬 수 있었지만, 이완하더라도 21 cm 미만으로 회복하지 않는 것.

(2) 권회 직경

광파이버 권회 후, 이완 상태에서, 노기스에 의해 3곳의 권회 외경을 측정하여, 그 평균치를 구해 Do로 했다. 또한, 광파이버의 외경을 노기스에 의해 3곳 측정하여 평균치를 구해 d로 하여, 다음 식 :

D=Do-d

에 의해 권회 직경(D)(mm)을 구했다.

(3) 피치 간격

동일 광파이버의 임의의 피치 거리를 자를 대고 측정하여, 피치 간격(P)(mm)으로 했다.

(4) 굽힘 직경(R)(mm)

다음 식 :

R=(√(P²+(πD)²)/π

에 의해 구했다.

(5) 한계 굽힘 직경(Re)

길이 1 m의 광파이버를 옵트파라미터(Photom 205A 클레이테크노스주식회사 제조)에 연결하여, 굽힘 전의 광 출력을 검출하여, 이 값을 기준으로 한다.

이어서, 소정 직경의 철심에, 광파이버를 간극이 없게, 10회 휘감고, 비닐테이프로 고정하여, 옵트파라미터에 의해 기준 대비 전송 손실을 측정한다. 전송 손실이 3 dB 미만인 경우, 철심을 가는 것으로 바꿔 재차 전송 손실을 측정한다.

철심 직경이 5 mm 이상인 경우는 1 mm 간격, 5 mm 미만 2 mm 이상인 경우는 0.5 mm 간격, 2 mm 미만은 0.2 mm 간격으로, 굵은 것부터 가는 것으로 바꿔 나가 3∼5 dB의 전송 손실을 보인 직경 또는 맨 처음 파단한 직경 중 어느 큰 쪽의 직경을 De로 했다. 이 De에 광파이버의 직경 d를 더한 값을 Re로 했다.

(6) 20% 신장 하중

표준 상태(온도 20℃, 상대습도 65%)에 시료를 2시간 이상 정치한 후, 표준 상태 하에서 텐실론만능시험기((주)에이앤드디사 제조)를 이용하여, 시료를 파지 길이 100 mm, 인장 속도 100 mm/min로 잡아당겨, 20% 신장시의 하중 T20(cN)을 구했다.

(7) 신장의 회복성

표준 상태(온도 20℃, 상대습도 65%)에 시료를 2시간 이상 정치한 후, 표준 상태 하에서 텐실론만능시험기((주)에이앤드디사 제조)를 이용하여, 시료를 파지 길이 100 mm, 인장 속도 100 mm/min로 잡아당겨, 소정 신장율 신장 후 리턴하여, 하중이 제로가 되는 거리(Amm(신장 제로 위치에서 그 위치까지의 거리))를 구하여, 다음 식 :

회복률(%)=((100-A)/100)×100

에 의해 회복율을 구했다. 회복성은 하기 기준에 의해 판정했다 :

A : 회복률≥80%

B : 80%＞회복률≥50%

C : 50%＞회복률

(8) 신장 한계

10% 간격으로 상기 신장 회복률을 측정하여 80% 미만이 된 신장률(E80)을 구하여, 하기 식 :

신장 한계=0.8×E80

에 의해 신장 한계를 구했다.

(9) 30% 신장시의 평가

표준 상태(온도 20℃, 상대습도 65%)에 시료를 2시간 이상 정치한 후, 표준 상태 하에서 텐실론만능시험기((주)에이앤드디사 제조)를 이용하여, 시료를 파지 길이 100 mm, 인장 속도 100 mm/min로 잡아당겨, 30%까지 신장한 시점에서 정지시켜, 다음의 데이터를 채취했다.

1) 신장시 권회 직경 Dx(mm) : 노기스로부터 광파이버의 권회 외경을 측정하여, 상기 (2)와 같은 식으로 권회 직경을 구했다.

2) 신장시 피치 Px(mm) : 자를 대고 피치 간격을 측정했다.

3) 신장시 굽힘 직경 Rx(mm) : 권회 직경과 피치 트위스트(4)와 같은 식으로 하여 굽힘 직경을 구했다.

(10) 내반복 신축성

도 6에 도시하는 데마쳐(De Mattie Type) 시험기((주)다이에가가쿠세이키세이사쿠쇼 제조)의 척부(21) 및 척부(22)를 시료(20)의 길이 20 cm에 셋트했다. 미리 커넥터를 양단에 장착한 50 cm 시료의 중앙부를 척부(21) 및 척부(22)에 셋트하고, 피치 간격을 측정하여 피치 간 변동(Pr1)을 구했다. 다음에, 도 6에 도시하는 것과 같이 척부(21) 및 척부(22)의 중간에 직경 1.27 cm의 스테인레스 막대(23)를 배치했다. 이 상태에서 옵트파라미터(photom 205A, 광원 650 nm)에 양단을 접속하여, 출력(P1)을 측정했다.

이어서, 척부(22)의 가동 위치를 시료의 신장시인 26 cm로 설정하여, 실온에서, 초기 신장 11% 및 인장시 신장 40%로 100회 /min로 10만회 신축을 반복한 후, 초기 신장 위치에서 정지시켜, 출력(P2)을 측정했다. 이어서, 스테인레스 막대를 제거하여, 광파이버의 피치 간격의 변동(Pr2)을 측정했다. 내반복 신축성을 하기 기준에 의해서 평가했다.

피치 간격의 변동 전송성의 저하

( Pr2 - Pr1 ) 전송 손실( dB )

A 0.1 이하 또한 3 dB 이하

B 0.1보다 크고 0.5 이하 또는 3 dB보다 크고 10 dB 이하

C 0.5보다 크다 또는 10 dB보다 크다

한편, 전송 손실(dB)은 하기 식 :

전송 손실(dB)=10×(Log(P2/P1))

에 의해서 구했다.

(11) 비틀림 내성

파지 길이 100 mm로 시료의 양단을 파지하여, 한 쪽을 우측으로 135° 회전하고, 다른 쪽을 좌측으로 135° 회전하는 비틀림을 1분간 175회 반복하는 비틀림 시험을 10분간 행한 후, 형체 이상(피치의 치우침, 광파이버의 튀어나옴)을 눈으로 확인하여 관찰하여, 비틀림 시험 전후에 있어서의 전송성의 저하를 상기 (10)과 같은 방법으로 측정하여, 비틀림 내성을 다음 기준으로 평가했다.

비틀림 내성 형체 이상 전송성의 저하

A : 없음 또한 3 dB 이하

B : 없음 또한 3 dB보다 크고 10 dB 이하

C : 있음 또는 10 dB보다 크다

(12) 내낙하 신장성

길이 50 cm의 시료의 일단에 하중 5 kg을 묶고, 타단을 100 cm의 높이에 고정하여, 하중을 부착한 쪽을 자유낙하시켰다. 낙하 후의 상태를 관찰하여, 내낙하성을 하기 기준에 의해서 평가했다.

A : 광파이버의 단선이 없고, 길이의 신장이 10% 미만.

B : 광파이버의 단선이 없고, 길이의 신장이 10% 이상.

C : 광파이버가 단선.

(13) 신축시 전송성

이완 상태에서, 미리 양단에 커넥터를 부착한 길이 1 m의 시료의 중앙 200 mm의 양측에 표시를 했다(비닐테이프를 감음). 이 상태에서, 양단의 커넥터를 옵트파라미터(photom 205A(그레이테크노스주식회사 제조), 광원 650 nm 310-065CF(그레이테크노스주식회사 제조))에 부착하고, W/dBm 버튼을 눌러, 출력(P0)(㎼)을 측정했다.

이어서, 표시부를 손으로 잡고, 210 mm, 220 mm …로 10 mm 간격으로 잡아 늘려, 출력(Ps10, Ps20, …)을 측정한다. 신장 한계까지 신장한 후, 10 mm 간격으로 줄이면서, …, Pr20, Pr10의 출력을 측정한다. 신축시 전송성(I)을 하기 식 :

I=(Pmax-Pmin)/Pave

{식 중, Pmax : 최대 출력, Pmin : 최소 출력, Pave : 평균 출력. 한편, Pave=(Ps10+Ps20+…+Pr20+Pr10)/측정 개수임}에 의해 구하여, 하기 기준에 의해서 신축시 전송성을 평가했다.

A : 0＜I≤0.3

B : 0.3＜I≤3

C : 3＜I

(14) 전송 손실(L(dB))

측정 장치 : 옵트파라미터 : photom 205A(그레이테크노스(주) 제조)

광원 : 650 nm 310-065CF(그레이테크노스(주) 제조)

커넥터 어댑터 : 180-HTL

측정 방법 : 컷백법

(이완시 길이 L1(m)의 신축성 광신호 전송 케이블을 측정 장치에 장착하여, 출력(P1)을 측정했다. 이어서 광원으로부터 L2(m)인 곳에서 그 케이블을 절단하고, 측정 장치에 장착하여, 출력(P2)을 측정했다. 다음 식 :

전송 손실(dB/m)=10×(Log(P2/P1))/(L1-L2))

에 의해 전송 손실을 구했다.

(15) 전기 저항

이완 상태에 있어서, 길이 1 m의 시료를 잘라내어, 그 양단의 도체선의 선단을 약 5 mm 빼내고, 선단 약 3 mm을 땜납욕에 침지하여 세선 간의 도통을 높인 후, 밀리오옴하이테스터 3540(히오키덴키(주))에 의해 전기 저항(Ω)을 측정했다.

(16) 잔류 토크율

표준 상태(온도 20℃, 상대습도 65%)에 시료를 2시간 이상 정치한 후, 시료로부터 10 턴(1 턴은 1 피치인 것을 말함)의 광파이버를 잘라내어, 광파이버를 잡아늘어트리는 일없이, 권회를 풀어, 표준 상태 하에 정치했다.

10분 후, 턴의 수(N)를 측정하여, 다음 식으로부터 잔류 토크율을 구했다 :

잔류 토크율=100*(10-N)/10 (%)

(실시예 1∼5 및 비교예 1)

1) 탄성 원통체의 제작

940 dtex의 폴리우레탄 탄성 장섬유(아사히가세이센이(주) 제조, 상품명 : 로이카)를 심으로 하고, 신장 배율을 4.2배 하에서, 230 dtex의 울리 나일론(흑염색사)을 700 T/M의 하부 꼬임 및 500 T/M의 상부 꼬임으로 권회하여, 더블커버사를 얻었다. 얻어진 더블커버사를 제유(製紐)용 보빈에 권취하여, 그 보빈 4 개를, 8라인치기 제유기(製紐機)((유)사쿠라이텟코 제조)의 S 방향으로 2개, Z 방향으로 2개 균등하게 배치하여 꼬임 끈(braided cord)을 제작하여, 직경 1.8 mm의 탄성 원통체(A)를 얻었다.

상기 탄성 원통체를 심부로 하고, 16라인치기 제유기로, 2.4배 신장 하에서, 울리 나일론 230 dtex를 이용하여 피복을 하여, 직경 2.4 mm의 탄성 원통체(B)를 얻었다. 상기 더블커버사 8 라인을, 8라인치기 제유기를 이용하여 편조하여, 탄성 원통체 중간체를 얻었다. 이 탄성 원통체 중간체를 심으로 하여, 16라인치기 제유기를 이용하여 2.4배 신장 하에서, 울리 나일론 230 dtex를 2 라인 가지런히 맞춰 권취한 보빈 16개를 이용하여 외부 피복을 하여, 직경 3.2 mm의 탄성 원통체(C)를 얻었다. 또한, 상기 탄성 원통체를 심부로 하고, 2.2배 신장 하에서, 울리 나일론 230 dtex를 3 라인 가지런히 맞춰 권취한 보빈 16개를 이용하여 외부 피복을 하여, 직경 4 mm의 탄성 원통체(D)를 얻었다. 천연고무(No8)를 심으로 하여, 32라인치기 제유기를 이용하여 3배 신장 하에서, 울리 나일론(230 dtex) 3 라인을 가지런히 맞춘 보빈을 이용하여 피복을 하여, 직경 5 mm의 탄성 원통체(E)를 얻었다.

2) 광파이버 권회

상기 탄성 원통체를, 특수 제유기((1) 탄성 원통체를 심부로서 공급하는 기구, (2) 탄성 원통체를, 복수의 V홈을 갖는 2연 롤의 V홈에 8자걸기를 따라 파지하여, 피드하는 기구, (3) 탄성 원통체를, 복수의 V홈을 갖는 2연 롤의 V홈에 8자걸기를 따라 파지하여, 권취하는 기구, (4) 탄성 원통체를 신장한 상태에서, 광파이버를 탄성 원통체에 병렬로 권회하는 기구, 및 (5) 탄성 원동체를 신장한 상태에서, 광파이버의 권회 방향과 역방향으로 광파이버의 내측과 외측을 교대로 지나서 사상체를 권회하는 기구를 갖춘 특수 제유기)에 의해, 2.0배 신장 하에서, 탄성 원통체에 광파이버(루미나스^TM 상품명 SMCN-400P-6, 아사히가세이엘렉트로닉스(주)사 제조, 직경 0.4 mm, 0.05∼0.06 mmφ×37 라인) 1 라인과 에스테르 울리(330 dtex) 3 라인을 S 방향으로, 에스테르 울리(330 dtex) 4 라인을 Z 방향으로, 서로 내측과 외측을 지나게 하여 권회하여 본 발명의 신축성 광신호 전송 케이블을 얻었다. 얻어진 신축성 광신호 전송 케이블의 구성 및 평가 결과를 이하의 표 1에 나타낸다.

(실시예 6)

특수 커버링 머신(유한회사가타오카테크노사 제조 형식 SP-D-400 : (1) 탄성 원통체를 심부로서 공급하는 기구, (2) 탄성 원통체를, 복수의 V홈을 갖는 2연 롤의 V홈에 8자걸기를 따라 파지하여, 피드하는 기구, (3) 탄성 원통체를, 복수의 V홈을 갖는 2연 롤의 V홈에 8자걸기를 따라 파지하여, 권취하는 기구, (4) 탄성 원통체를 신장한 상태에서, 광파이버를 탄성 원통체에 병렬로 권회하는 기구, 및 (5) 탄성 원통체를 신장한 상태에서, 광파이버의 권회 방향과 역방향으로 구속 사상체를 권회하는 기구를 갖춘 커버링 장치)의 하단에 광파이버를 앞감기한 보빈을 셋트했다. 탄성 원통체(B)를 심부로 하고, 상기 특수 커버링 머신을 이용하여, 상기 심부를 3배로 신장하면서, 광파이버를 하부 꼬임 Z 방향으로 160 T/M으로 권회했다. 이어서, 이완율 70%로 연속적으로 종이관에 권취하고, 종이관에 감긴 상태 그대로, 열풍건조기에 넣어, 85℃, 5분간 열처리를 했다. 방냉 후, 종이관으로부터 떼어내어, 본 발명의 신축성 광신호 전송 케이블을 얻었다. 얻어진 신축성 광신호 전송 케이블의 구성 및 평가 결과를 이하의 표 1에 아울러 나타낸다.

[표 1]

표 1로부터, 본 발명의 신축성 광 전송 케이블은, 반복 신축하여 사용할 수 있으며, 신축시에도 광신호 전송성이 전송할 수 있고, 비틀림에도 강한 광신호 전송 케이블임을 알 수 있다.

(실시예 7)

실시예 6과 마찬가지로, 탄성 원통체(B)를 심으로 하여 광파이버 하부 꼬임 Z 방향으로 130 T/M, 상부 꼬임 S 방향으로, 에스테르 울리 330 dtex를 170 T/M으로 권회했다. 이어서, 이것을, 이완율 70%로 연속적으로 종이관에 권취하고, 종이관에 감긴 상태 그대로, 열풍건조기에 넣어, 85℃, 5분간 열처리를 했다. 방냉 후, 이것을, 종이관으로부터 떼어내어, 본 발명의 신축성 광신호 전송 케이블을 얻었다.

열처리 전후의 잔류 토크율을 조사한 결과, 열처리 전은 70%, 열처리 후에는 20%였다. 이로부터, 잔류 토크율을 대폭 내리기 위해서는 열처리가 유효하다는 것을 알 수 있다.

(실시예 8)

실시예 1에 기재한 특수 제유기를 이용하여, 실시예 2에서 얻어진 신축성 광신호 전송 케이블을 심부로 하고, 1.2배 신장 하에서, 에스테르 울리 300 dtex로, 90 T/m(m당 권회수 90회)로 외부 피복을 하여, 외부 피복층을 갖은 신축성 광신호 전송 케이블을 얻었다. 이 케이블을 100 mm 잘라내고, 분해하여, 광파이버와 에스테르 울리의 길이를 조사했다. 광파이버는 171 mm, 에스테르 울리는 155 mm였다. 한편, 상기 에스테르 울리 1 라인의 10%(100×(171-155)/155) 신장시의 하중은 1800 N이었다. 따라서, 16 라인의 합계 하중은 28800 N이었다.

(실시예 9)

탄성 원통체(B)를, 실시예 1에 기재한 특수 제유기를 이용하여, 1.6배 신장하고, 이 신장 상태의 심부에 아라미드 섬유(케블라 Type961 440 dtex)를 3 라인 따라가게 하고, 급사하여, 탄성 원통체와 아라미드 섬유를 합쳐 심부로 하고, 이 심부의 주위에, 실시예 1과 같은 식으로 하여, 광파이버 및 에스테르 섬유를 권회하여 본 발명의 신축성 광신호 전송 케이블을 얻었다. 이 케이블을 100 mm 잘라내고, 분해하여, 광파이버와 아라미드 섬유의 길이를 조사했다. 광파이버는 174 mm, 아라미드 섬유는 151 mm였다. 아라미드 섬유는 광파이버보다 9% 짧은 것을 알 수 있다. 한편, 상기 아라미드 섬유는 파단 신도 5%이고, 파단 하중은 8300 cN이었다. 3 라인의 5% 파단 하중은 24900 cN이었다. 따라서, 광파이버에 신장 하중이 미치기 전에 아라미드 섬유에 신장 하중이 걸려, 항신장 효과를 발휘하고 있음을 알 수 있다.

실시예 7∼9의 시료의 내낙하 신장성의 평가 결과를 이하의 표 2에 나타낸다.

[표 2]

표 2로부터, 항신장 사상체를 지님으로써, 내낙하 신장성이 향상되어, 일시적인 급격한 힘에 의해서도 파단되지 않는 광파이버를 얻을 수 있음을 알 수 있다.

(실시예 10∼12)

소정의 탄성 원통체를 심부로 하고,실시예 1에 기재한 특수 제유기를 이용하여 1.6배 신장 하에서, 소정 라인수의 광파이버와 에스테르 울리 330 dtex를 균등하게 S 방향으로, 에스테르 울리 330 dtex 4 라인을 균등하게 Z 방향으로, 교대로 위, 아래를 지나 권회하여, 본 발명의 신축성 광신호 전송 케이블을 얻었다.

얻어진 신축성 광신호 전송 케이블의 평가 결과를 이하의 표 3에 나타낸다.

[표 3]

(실시예 13∼16)

소정의 탄성 원통체를 심부로 하고, 실시예 1에 기재한 특수 제유기를 이용하여 1.6배 신장 하에서, 소정 라인수의 광파이버와 소정 라인수의 도체선((유)다츠노덴센 제조 2USTC(30μ*90 라인), 소정 라인수의 에스테르 울리 330 dtex를 광파이버, 도체선, 에스테르 울리, 도체선의 순으로 S 방향으로, 에스테르 울리 4 라인을 Z 방향으로, 교대로 위아래를 지나 권회하여, 본 발명의 신축성 광신호 전송 케이블을 얻었다. 광신호와 전력 및 전기 신호를 동시에 공급할 수 있는 신축성 광신호 전송 케이블을 얻을 수 있었다.

얻어진 신축성 광신호 전송 케이블의 평가 결과를 이하의 표 4에 나타낸다.

[표 4]

(실시예 17)

실시예 2에서 얻어진 신축성 광신호 전송 케이블을 열풍건조기(80℃) 하에서 10분 열처리를 했다. 이 시료를 실온 하에서 18시간 방냉하여, 본 발명의 신축성 광신호 전송 케이블(실시예 17)을 얻었다. 실시예 17과 실시예 2의 샘플의 잔류 토크율을 측정한 바, 실시예 2에서는 50%, 실시예 17에서는 20%였다. 20% 신장 회복성은, 실시예 2에서는 92%이었지만, 실시예 17에서는 95%였다. 이로부터, 열처리에 의해 신장 회복성도 향상되는 것을 알 수 있다.

본 발명의 신축성 광신호 전송 케이블은, 로봇 분야를 비롯하여, 신체 장착 기기 및 의복 장착 기기 등의 구부리고 늘리는 등의 굴곡부를 갖는 장치의 신호 배선으로서 적합하며, 특히 휴마노이드형 로봇(내부 배선 및 외피 배선), 파워 어시스트 장치 및 웨어러블 전자기기 등에 적합하다. 기타, 각종 로봇(산업용 로봇, 가정용 로봇, 하비 로봇 등), 재활치료용 보조구, 바이탈 데이터 측정기기, 모션 캡쳐, 전자기기가 달린 방호복, 게임용 컨트롤러(인체 장착형을 포함함) 및 마이크로 헤드폰 등의 분야에 적합하게 이용할 수 있다.

1 : 탄성 원통체 2 : 광파이버
3 : 광파이버 4 : 구속 사상체
20 : 시료 21 : 척부
22 : 척부

Claims (13)

10% 이상의 신축성을 갖는 신축성 광신호 전송 케이블로서,
10% 이상의 신축성을 갖는 탄성 원통체와 상기 탄성 원통체의 주위에 권회된 적어도 1개의 광 파이버를 포함하고,
상기 탄성 원통체의 주위에 상기 광 파이버를 권회하고, 40 ℃ 이상 200 ℃ 이하의 열처리를 1초 이상 15분 이하로 행하여 얻어지며,
상기 광 파이버의 굽힘 직경(R)이 한계 굽힘 직경(Re) 이상이고,
상기 광 파이버의 굽힘 직경의 변동(Rr=Rmax-Rmin)이 0≤Rr≤Rave이며,
상기 광 파이버의 잔류 토크율이 30% 이하이고,
광 전송 손실이 이완 상태에서 10 dB/m 미만인 것인, 신축성 광신호 전송 케이블.

제1항에 있어서,
상기 광 파이버의 외측에 상기 광 파이버와 역방향으로 권회되어 있는 구속 사상체를 더 포함하는 신축성 광신호 전송 케이블.

제1항에 있어서, 한계 신장까지의 임의의 신장 상태에 있어서, Rmin＞Re이고, 또한 0≤Rr≤Rave인 것인 신축성 광신호 전송 케이블.

제1항에 있어서, 광파이버의 권회 직경이 0.5∼30 mm이며, 광파이버의 권회 피치가 0.5∼50 mm인 것인 신축성 광신호 전송 케이블.

제1항에 있어서, 1 라인 이상의 도체선을 더 포함하는 신축성 광신호 전송 케이블.

제1항에 있어서, 1 라인 이상의 도체선이 더 권회되어 있는 것인 신축성 광신호 전송 케이블.

제6항에 있어서, 1 라인 이상의 광파이버와, 1 라인 이상의 도체선이 동심원형으로 권회되어 있는 것인 신축성 광신호 전송 케이블.

제6항에 있어서, 1 라인 이상의 광파이버와, 1 라인 이상의 도체선이, 동일 원주 상에, 또한 병렬로 권회되어 있는 것인 신축성 광신호 전송 케이블.

제1항에 있어서, 신축성 광신호 전송 케이블의 외주에 섬유로 이루어지는 외부 피복층을 더 갖는 신축성 광신호 전송 케이블.

제1항에 있어서, 신축성 광신호 전송 케이블의 외주에 고무 탄성을 갖는 수지로 이루어지는 외부 피복층을 더 갖는 신축성 광신호 전송 케이블.

제1항에 있어서, 전체 길이가 광파이버보다도 짧은 항신장 사상체를 1 라인 이상 포함하고, 이 사상체를, 하기 식 :
100×(L₀-Lk)/Lk[%]
{식 중, L₀은 광파이버의 전체 길이이며, 그리고 Lk는 항신장 사상체의 전체 길이임}로 정의되는 값까지 신장했을 때의, 상기 사상체 합계의 파단 강도가 10000 cN 이상인 것인 신축성 광신호 전송 케이블.

제1항에 있어서, 20% 신장 하중이 5000 cN 미만이며, 또한, 20% 신장 회복률이 80% 이상인 것인 신축성 광신호 전송 케이블.

10% 이상의 신축성을 갖는 신축성 광신호 전송 케이블로서, 10% 이상의 신축성을 갖는 탄성 원통체와 상기 탄성 원통체의 주위에 권회된 적어도 1개의 광 파이버를 포함하고, 상기 광 파이버의 굽힘 직경(R)이 한계 굽힘 직경(Re) 이상이고, 상기 광 파이버의 굽힘 직경의 변동(Rr=Rmax-Rmin)이 0≤Rr≤Rave이며, 상기 광 파이버의 잔류 토크율이 30% 이하이고, 광 전송 손실이 이완 상태에서 10 dB/m 미만인 신축성 광신호 전송 케이블을 제조하는 제조 방법으로서,
상기 탄성 원통체의 주위에 상기 광 파이버를 권회하고, 40℃ 이상 200℃ 이하의 열처리를 1초 이상 15분 이하로 행하는 것을 포함하는 신축성 광신호 전송 케이블의 제조 방법.

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