JP5581842B2

JP5581842B2 - 光電気複合ケーブル

Info

Publication number: JP5581842B2
Application number: JP2010141401A
Authority: JP
Inventors: 達則林下; 正道庭田
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: JP2012009156A

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）。

実開昭６２−１３５３０９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。この場合、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、大径化を招き、かつケーブルの曲げ剛性が大きくなるので大きな配線スペースが必要になる。
また、光電気複合ケーブルが曲げられると、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、この側圧によっても伝送損失が増加するおそれがある。

本発明の目的は、大径化を招くことなく、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、
前記光ファイバは、ショアＤ硬度が６５以上であり厚さが０．０５ｍｍ以上０．８ｍｍ以下であるチューブ内に収容され、前記光ファイバ同士が接触してかつ全ての前記光ファイバが前記チューブの内周面に接するように配置され、前記複数本の電線が前記チューブの周囲に配置され、
直径４ｍｍ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、前記チューブは、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体樹脂から形成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、ショアＤ硬度が６５以上のチューブ内に収容されてチューブの内周面に接するように配置されているので、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、引張強度も向上され、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る。
このように、抗張力体などの補強部材を設ける場合と比較して、大径化を招くことなく、光ファイバ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。

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、例えば、複数本の電線１５及び複数本の介在１６が配置されている。電線１５は、例えば、ツイストペアケーブル、同軸ケーブルあるいは絶縁ケーブルなどがあり、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。また、本例では、４本の電線１５のうち２本が信号線であり、２本が電力線である。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。収容部１４の厚さ（保護チューブ１３の外周と押さえ巻き１８の内周との距離）は、電線１５及び介在１６の外径と同等、またはそれより僅かに大きいことが好ましい。

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、光ファイバ心線１２が、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。光ファイバ心線１２は２〜４本で光ファイバ心線１２同士が接触してかつ全ての光ファイバ心線１２が保護チューブ１３に内接することにより、図１に示すような保護チューブ１３の断面で見て径方向に、各光ファイバ心線１２の位置が固定される。光ファイバ心線１２は緩く（長ピッチで）撚ると図１に示す断面でみて保護チューブ１３の周方向にも位置が固定されて好ましい。この保護チューブ１３としては、他の補強部材を用いずに外力から光ファイバ心線１２を保護するために、ある程度硬さを有することが必要である。このため、保護チューブ１３は、そのショアＤ硬度が６５以上とされ、収容された光ファイバ心線１２を確実に保護することが可能である。また、保護チューブ１３は、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必要もある。このため、この保護チューブ１３は、厚さが０．０５ｍｍ以上とされ、電線１５等からの側圧を良好に吸収する機能を有している。本例では、保護チューブ１３の厚さは、約０．２５ｍｍとされている。また、保護チューブ１３の外径は、例えば１．０ｍｍとされている。保護チューブ１３が厚くなるとケーブル外径が大きくなるので、厚さ０．８ｍｍ程度までが実用的である。

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。

信号線としての電線１５は、例えば、錫メッキが施された軟銅線または銅合金線からなる外径０．１ｍｍの素線を７本撚り合わせた外径０．３０ｍｍの導体を有している。そして、この導体を厚さ０．１４ｍｍの絶縁性を有する外被によって覆うことにより、外径が０．５８ｍｍの電線１５とされている。また、電力線としての電線１５は、例えば、錫メッキが施された軟銅線または銅合金線からなる外径０．１２７ｍｍの素線を７本撚り合わせた外径０．３８ｍｍの導体を有している。そして、この導体を厚さ０．１ｍｍの絶縁性を有する外被によって覆うことにより、外径が０．５８ｍｍの電線１５とされている。信号線と電力線が二本ずつ振り分けられている。電線１５の外被の材料としては、信号線及び電力線の何れの場合も、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。

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。この押さえ巻１８が巻かれた部分の内径は、例えば２．２ｍｍである。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の厚さに形成されている。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、外径が２〜１０ｍｍ、例えば厚さが約０．２５ｍｍであり、外径は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、ショアＤ硬度が６５以上の保護チューブ１３内に収容され、保護チューブ１３の内周面に接するように配置されているので、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、引張強度も向上され、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、抗張力体などの補強部材を保護チューブ１３内に設ける場合と比較して、大径化を招くことなく、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。

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に収容したが、光ファイバ心線１２の本数は２本に限定されない。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が、光ファイバ心線１２を光電気複合ケーブル１１の断面中央に配置するのが好ましい。
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。上記の例では信号線と電力線が二本ずつであるので両者を振り分けてその間に介在１６を配してケーブルの外被２０の断面が円形となるようにした。電線１５の本数によっては、収容部１４に介在１６を設けずに電線１５だけを配置しても外被２０の断面が円形となるならば、介在１６を入れなくても良い。介在１６は引張強度が２０００ＭＰａ未満の繊維でレーヨンやナイロンなどの繊維を使用することができる。

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。

（２）評価対象の光電気複合ケーブル
保護チューブ内に外径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複数本収容し、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及び抗張力体を収容させた外径３．０ｍｍの実施例１，２及び比較例１のＵＳＢケーブル用の光複合ケーブルを作製した。実施例１，２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７０、内径０．５４ｍｍ、厚さ０．２３ｍｍ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、３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。

（実施例２）
ショアＤ硬度６５、内径０．５０ｍｍ、厚さ０．２５ｍｍ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、２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。

（比較例１）
ショアＤ硬度５０、内径０．５４ｍｍ、厚さ０．２３ｍｍのポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）製の保護チューブに、３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。

（３）評価結果
表１に示すように、ショアＤ硬度が６５以上の保護チューブを用いた実施例１，２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（光ファイバ心線ロス：〇）であった。これに対して、ショアＤ硬度が５０の保護チューブを用いた比較例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。

このように、実施例１，２では、ショアＤ硬度が６５以上の保護チューブによって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、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、光ファイバ心線を保護する保護チューブのショアＤ硬度が６５未満の５０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、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

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、
前記光ファイバは、ショアＤ硬度が６５以上であり厚さが０．０５ｍｍ以上０．８ｍｍ以下であるチューブ内に収容され、前記光ファイバ同士が接触してかつ全ての前記光ファイバが前記チューブの内周面に接するように配置され、前記複数本の電線が前記チューブの周囲に配置され、
直径４ｍｍ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１に記載の光電気複合ケーブルであって、
前記チューブは、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体樹脂から形成されていることを特徴とする光電気複合ケーブル。