JPH07503079A - 高屈曲性の光ファイバーコイルケーブル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 高屈曲性の光フアイバーコイルケーブル発明の利用分野 本発明は、先導波ファイバーケーブル、特には使用に際して屈曲する又は長さが 伸縮するコイル状のファイバーケーブルに関係する。

背景技術 先導波ファイバーケーブルは、現在のところ、データ通信すなわち情報交換を必 要とする電子装置の可動部に接続し、可動部の間で信号を伝送するために使用さ れている。このような定常的に又は間欠的に動作する部品を必要とするロボット 、高速プリンタヘッド、及びその他の装置は、このようなコイル状ケーブルが役 立つ用途である。

コイル状光導波ファイバーケーブルにおいて、ファイバーによって伝送される信 号の保全性は、ファイバーを曲げるとき、ケーブルコイルを伸縮するとき、又は 何らかの方法でしばしば高速で動かすときに同時に保たれる必要がある。

先導波ガラスファイバーは石英ガラス又はドープドシリカガラスのようなガラス から製造され、直径が非常に小さく、したがって強度が弱い。通常の使用条件下 でこのようなファイバーは、ケーブルを製造するとき、ダクトを通して引っ張っ たり曲げたり捩じるとき、巻きとりあるいは装着の取扱いのときにかなりの曲げ 歪みや引張力を受ける。光信号を光フアイバーケーブルを通して伝送するにおい て、信号は、上記の応力、鋭い曲げあるいはファイバーの表面粗さによって生じ たケーブル中の比較的小さな歪み、反応して容易に減衰し、許容できないレベル の光信号の歪みや減衰を生じる。

光信号を伝送するファイバーコアの中に光信号を閉じ込めるため、ガラス又はシ リカのファイバーコアを、光ファイバーよりも常に屈折率が低いがラスクラツデ ィング又はアモルファスフルオロポリマーコーティングて被覆する。通常コーテ ィングをクラ・ソデイングの上に施す。ガラスクラツディング上のコーティング は所望によりシリコーン、アクリル、ポリイミド、又は他の剥離材、及びポリマ ーコーティングであることができ、ポリマーコーティングはポリマーの溶融物又 は溶液よりファイバーに被覆した、又はファイノく一上に押し出した硬質又は軟 質のポリマーコーティングである。多くの硬質と軟質のプラス、チックコーティ ングが試みられており、これらのいくつかは米国特許第４１１３３５０号、同第 ４１０５２８４号、同４３８０３６７号、同第４０７２４００号、同第３９３０ １０３号、同第４４６３３２９号、同４０９９８３７号、同第４６４２２６５号 に開示されているように種々の目的の層に適用されている。これら特許で議論さ れている背景は本願でも参考にして含まれる。光ファイバーのパッケージ化と緩 衝化についてのもう１つの優れた議論が、論文ｒＤ、　ＧｌｏｇｅによるＢｅ１ ｌ　Ｓｙｓｔｅｍ　ＴｅｃｈｎｉｃａｌＪｏｕｒｎａｌ、　Ｖｏｌｕｍｅ　５４ ．　Ｎｏ、２．２４５−２６２頁、１９７５年２月」に提示されている。

同様な検討がプラスチック光ファイバーにも行われている。

また、ファイバーからの光の損失はファイバーの曲げによって誘起されることか ある。これはこの損失メカニズムの有無がファイノく−の使用者によって決定さ れるため非常に重要な損失メカニズムである。不適当なケーブル化はファイバー に小さな系統的な摂動を与え、初期損失の増加を起こすことがある。小さな振幅 （ナノメートル）、高い空間周波数（ミリメートル）の摂動によって生じたこれ らの損失はミクロ曲げ損失と言われる。正しくケーブル化されたとしても、きつ い曲がり径で（例、半径が数ｃｍ）ファイバーか装着されることがあり、これも また減衰を増すことがある。この径の大きい曲げによる損失はマクロ曲げ損失と 言われる。

また、全体のファイバー径の増加は感度を下げるが、一方で、コア径の増加は、 ファイバーが大きいモード容積を有することができ、減衰の多いモードへの傾向 があるため感度を高くする。ファイバー中の損失の物理的論拠は、曲げがファイ バーの光路長さを変えることができるということである。曲げの内側での光の伝 達は、曲げの外側での走行よりも短い距離で走行するであろう。干渉性を維持す るために、モード位相速度は増加しなければならない。しかしながら、ファイバ ーの曲かりが臨界的な径以下の場合、この伝達速度は光の速度を超えることがあ り、ファイバーの中の光の一部は高次モードに変わり、放射性になる。これらの 高次モードの損失は減衰の漸増を生しさせる。

一般に、低モジュラスのコーティングはランダムな曲げに対する不感受性を改良 することができる。しかしながら、この低モジュラスのコーティングは工業的取 扱いに充分な機械的保護を提供しないことがあり、二次コーティングを施さない 場合、第２の高モジユラスコーティングをしばしば適用する。低モジユラスコー ティングは、典型的に大きい厚さ、即ち数１００ミクロンまで適用する。

曲がり径が小さくなると、所与の波長において初期モードが失われる径に達する 。曲がり径がさらに小さくなると、曲がりエツジがさらに短い波長にシフトする 。したがって、シングルモードのファイバーにおいては、損失は波長に依存する 。

曲げ感度は出力限界（ｐｏｗｅｒ　ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ）の程度によって変 化し、これは動作波長とシングルモード遮断波長との差により決定される。

これらの２つのパラメーターの間の差が減少するにつれて、またシングルモート 遮断波長が長い波長にシフトするにつれてファイバーの曲がりによって生じる光 損失は減少する。

過去において、光ファイバーを破壊、ミクロ曲げ、振動、過度の曲げ、圧縮、そ の他の形態の動きから保護するために多くの努力がなされてきた。これらは、使 用目的に望まれる用途にふされしい動きを可能にし、同時にケーブルの連続的な 曲げによりファイバーによって伝送される信号が変質しないようにファイバーを 保護する試みの中で、上記のように、種々の形態のポリマーや金属層でファイバ ーをコーティングする又はラッピングすることにしばしば帰着している。

動きによって生じる問題に対して光ファイバーを保護する１つの手段は、ファイ バーに捩じり歪みを与えずにケーブルの伸縮を可能にするためにコイルにするこ とができる中空のチューブの中にファイバーをゆるく収納することであった。し かしながら、このような中空チューブは低い耐圧潰性を有する傾向にある。また 、中空チューブはファイバーが半径方向の自由な動きを有することを可能にし、 これは曲げにおける疲労を生じさせ、ファイバーの許容曲がり径を増加させる。

また、チューブの壁に対するファイバーのコーティングの磨耗や磨滅の問題があ る。端末処理プロセスにおいてケーブルを剥ぐときに、ファイバーがゆるく適合 した中空チューブの中心から離れて位置しているとファイバーを傷っけ易い。フ ァイバーがチューブの中でゆるいことは、ストリッパー機構により保持されてい るときに支持なしに捩じりを受けることになる。

本発明のケーブルはこれらの問題に優れた解決を提供する。

発明の要旨 本発明は、クラッド形光ファイバーが、例えばアクリルやポリイミドのようなポ リマー保護コーティングでさらに被覆されたファイバーを含むコイル状光導波フ ァイバーケーブルを提供する。被覆したクラッド形光ファイバーの周囲を多孔質 膨張延伸ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）テープの少なくとも２層で包 み、通常はクラット形光ファイバーの周囲に螺旋状に巻きつける。ＰＴＦＥテー プの１側面を接着剤で被覆することができる。膨張延伸ＰＴＦＥテープは低圧縮 モジュラスを有し、したがってミクロ曲げ損失は最小限である。ここで、膨張延 伸ＰＴＦＥは高い引張モジュラスを有しこれは、負荷の共有に役立つ。ＰＴＦＥ テープ層の周りに、コイルにヒートセットできる高ジュロメータ−ポリマーのジ ャケットを押し出す。ジャケットは高い引張と圧縮のモジュラスを有し、外部の 物理的保護と負荷の共存を与え、ヒートセットすることができる。

ガラス又はプラスチック光ファイバーを使用することができる。好ましいジャケ ット材料は、厚さが約３０ミルでジュロメータ−Ｄ硬度が約２０〜＋００の高強 度ポリエステルポリマーてあり、最も好ましい範囲は約８３〜８５のジュロメー タ−Ｄ硬度である。本発明の各々のコイルケーブルは、最小限の光信号の変質に おいて、１５０万回以上の曲げサイクルに耐えることが期待される。

図面の簡単な説明 図１は本発明のコイル状ケーブルの側面図であり、収縮した状態と、１端側に取 り付ける破線のサンプルコネクターを示す。

図２は本発明のケーブルの部分的な透視図であり、ケーブルの構造か見え易いよ うに部分的に剥いだ状態の連続層を示す。

発明の説明 次に本発明を図面を参照して詳細に説明し、本発明の使用する材料の構成成分と 方法とを入念に述べる。

図１は本発明の光フアイバーケーブル１のコイル状態の側面図を示す。収縮した コイル２はケーブルの通常の製造、末端処理、設置、使用の間にその中の光ファ イバーに過度の曲げの力や端部の力を与えずにケーブルに伸長性を提供する。光 コネクタ−３を破線で示してあり、典型的なケーブル末端を示す。当該技術で知 られるプラスチック又はガラスの光ファイバーの末端化標準コネクターを本発明 のケーブルの末端処理に使用できる。

図２は本発明のケーブルの透視図であり、ケーブルの中での層の配置がよく分か るように種々の層を部分的に剥いで示している。

光ガラスファイバー４がクラツディング５に囲まれて示しである。

ファイバー４は、或いは同様な目的で当該技術で知られる組成、例えばポリメチ ルメタクリレート又はスチレンのようなプラスチックファイバーであることがで きる。クラツディング５はファイバー４より屈折率の低いガラスやシリカ、又は アクリルポリマーのようなプラスチックであることができる。好ましいファイバ ーは、アクリル又はポリイミドポリマーの保護層６で被覆したガラス−クラッド のガラスファイバーである。層７は接着材料を含み、図２では１つの面を膨張延 伸ＰＴＦＥテープ８で被覆して示しである。接着剤はポリエステル、フッ素化エ チレン−プロピレンコポリマー（ＦＥＰ）、ポリウレタンポリマー含有シリコー ン、例えばＳｉｌｔｅｍ■（ＧｅｎｅｒａｌＥｌｅｃｔｒｉｃ社）、又はパーフ ルオロアルキルビニルエーテルのＰＴＦＥとのコポリマーである。ポリエステル 接着剤が好ましい。ＰＴＦＥテープ８は保護層６の周囲に螺旋状に巻いて少なく とも２層のテープを付与し、ケーブルに加えられる外力に対して光ファイバーを ケーブルの残余のものから分離させる。

高いジュロメータ−Ｄ硬度のジャケット９がＰＴＦＥ層８を囲む。

ジャケット９は高いジュロメータ−Ｄ硬度の任意のポリマーでよいが、好ましく は高強度高ジュロメーターＤ硬度のポリエステル、例えばＨｙｔｒｅｌ■（Ｄｕ Ｐｏｎｔ　ｄｅ　Ｎｅｍｏｕｒｓ　ａｎｄ　Ｃｏ、）である。ジャケット９の好 ましい硬度範囲は、ＡＳＴＭ試験法Ｄ２２４０−８６での測定において、７０〜 １００ジュロメータ−Ｄ硬度、好ましくは８０〜９０、最も好ましい範囲は約８ ３〜８５である。

ジャケットしたケーブルは、ケーブルを所望のコイル状に巻きつけ、約１２０° Ｆで成る時間加熱することによってコイルにヒートセットし、その後冷却する。

ポリエステルの代わりにジャケットとしてポリアミド又はポリウレタンのポリマ ーを使用することができるが、これらはコイルを形成した後にコイル形状を保持 することができるようにヒートセットが可能であるか弾性記憶を有する必要があ る。

また、本発明のケーブルは、大きいラウンドケーブル又は混成ケーブル内で他の 電気ファイバーや光ファイバーのヒートセットできるジャケットしたケーブルと 束にして使用することができ、又は外側のジャケットをヒートセット可能とし、 個々のケーブルはジャケットで囲まないこともてきる。

本発明のケーブルは、ケーブルの製造の際、特にジャケットのヒートセットの際 に熱緩衝材として作用する膨張延伸Ｐ　Ｔ　Ｆ　Ｅ層のため、少ない誘起光損失 を有する。膨張延伸ＰＴＦＥ層は伸長の際にその層による機械的応力の吸収によ り、ケーブルに対し良好な伸長と収縮の比を提供する。本発明の成るケーブルは 最小の光変質で１００〜１５０万回の曲げを行っており、さらに圧縮負荷（Ｎｅ ｗｔｏｎ）の下での信号減衰変化（ｄＢ／ｋｍ）による測定において、ゆるいチ ューブで緩衝したケーブルよりも数桁大きい高い耐圧潰性を有する。

本発明のケーブルは、例えばロボット、計測器、医療エレクトロニクスのような コイル状パッケージ、信号密度、光集結度が全体の系に重要な、屈曲が大きい条 件下で極めて有益である。本発明のケーブルは伸長位置と収縮位置とでパワーレ ベルの少ない変動を有し、例えばマルチモードファイバーのコイルで０．２ｄｂ 、シングルモードファイバーのコイルで０、ｌｄｂである。

本発明のケーブルの一部を構成する多孔質膨張延伸ＰＴＦＥはＷ。

Ｌ、　Ｇｏｒｅ　＆　Ａｓ５ｏｃｉａｔｅｓ社の米国特許第３９５３５６６号、 同第３９６２１５３号、同第４０９６２２７号、同第４１８７３９０号、同第４ ４７８６６５号、同第４９０２４２３号に記載されている。

補正書の翻訳文提出書 （特許法第１８４条の８） 平成６年十月１１日

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. １．次の構成要素を含んでなるコイル状の屈曲性が高い光ファイバーケーブル： （ａ）保護ポリマーコーティングで被覆されたクラッド形光ファイバー、 （ｂ）該被覆したクラッド形光ファイバーの周りに巻きつけた少なくとも２層の 多孔質膨張延伸ポリテトラフルオロエチレンテープ、（ｃ）該膨張延伸ポリテト ラフルオロエチレンテープ層の周りのヒートセットできる高ジュロメーターＤ硬 度のジャケット。
2. ２．該ファイバーが、ガラスファイバーよりも低い屈折率を有するシリカ又はガ ラスのクラッディングを備えたガラスファイバークラッドを含む請求の範囲第１ 項に記載のケーブル。
3. ３．該ファイバーがプラスチックである請求の範囲第１項に記載のケーブル。
4. ４．該高分子保護ポリマーコーティングがアクリルポリマー又はポリイミドポリ マーを含む請求の範囲第１項に記載のケーブル。
5. ５．該ジャケットがポリエステルを含む請求の範囲第１項に記載のケーブル。
6. ６．該ジャケットのジュロメーターＤ硬度が約７０〜１００である請求の範囲第 １〜５項のいずれか１項に記載のケーブル。
7. ７．該ジャケットのジュロメーターＤ硬度が約８０〜９０である請求の範囲第１ 〜５項のいずれか１項に記載のケーブル。
8. ８．該ポリテトラフルオロエチレンテープの層が１つの面を接着剤で被覆された 請求の範囲第１項に記載のケーブル。
9. ９．該接着剤がポリエステル、フッ化エチレン−プロピレンコポリマー、シリコ ーン基含有ポリウレタン、及びパーフルオロアルキルビニルエーテルとテトラフ ルオロエチレンのコポリマーからなる群より選択された請求の範囲第１０項に記 載のケーブル。