(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁導線の少なくとも４つのツイストペアを具えるカテゴリー５等級のプレナムケーブルであって、各４つのツイストペアのうちの１つのツイストペアの絶縁材は難燃性添加剤の入っていない発泡ポリオレフィンを含有し、前記４つのツイストペアの残りのツイストペアの絶縁材はフルオロポリマーであり、前記ツイストペアの誘電率が０．２５の範囲内であり、前記ケーブルは厚さが２０ミル（０．５０８ｍｍ）以下である外被を有し、前記外被は難燃性ポリ塩化ビニルであることを特徴とするケーブル。
【請求項２】
前記発泡ポリオレフィン絶縁材が中実のポリオレフィン外皮を有することを特徴とする請求項１に記載のケーブル。
【請求項３】
前記ポリオレフィンがポリエチレンであることを特徴とする請求項１に記載のケーブル。
【請求項４】
前記フルオロポリマーがテトラフルオロエチレン／ヘキサフルオロプロピレンコポリマーであることを特徴とする請求項１に記載のケーブル。
【請求項５】
前記外被がテトラフルオロエチレン／ヘキサフルオロプロピレンコポリマーまたはクロロトリフルオロエチレン／エチレンコポリマーであることを特徴とする請求項１に記載のケーブル。
【発明の詳細な説明】
発明の分野
本発明はカテゴリー５のプレナムケーブルに関する。
発明の背景
絶縁導線の外被を施されたツイストペアから作られたカテゴリー５のプレナムケーブルは、１００ＭＨｚで１００ｍ当たり２２ｄＢ以下およびごく最近では４００ＭＨｚで１００ｍ当たり４８．５ｄＢ以下の減衰を有し、ケーブル１００ｍ当たり５０ナノ秒未満のツイストペア間のスキューを有し、且つＵＬ９１０の燃焼／発煙試験に合格するケーブルというNational Electric Code（ＮＥＣ）の必要条件を有するなど、ＥＩＡ／ＴＩＡの規格５６８Ａによって定められた多くの電気的必要条件を満足させなければならない。スキューは、電気信号が所定の長さのツイストペアを伝わる時間の差であり、その導線の絶縁材の誘電率およびそのツイストペアを作っているねじりの程度の影響を受ける。普通は、各ツイストペアを形成している導線のねじりを、ツイストペア間の漏話が最小になるように変化させることが望ましい。そのねじりが短くなればなるほど、例えば２回転／インチ（２．５４ｃｍ）になると、スキューを試験する長さに対する信号経路が長くなり、信号がこのツイストペアの長さを伝わる時間が少し長くなる。逆に、そのねじりが緩くなればなるほど、例えば２回転／１．５インチ（３．８１ｃｍ）になると、信号経路は短くなる。そのねじりの緩さまたは堅さは、しばしばそのねじりの撚り（lay）と称される。例えば、「長い撚り」は緩いねじりを言うのに使われる。誘電率は、導線上にある特定の絶縁材の特性であり、ナノ秒で表されるスキューに関係している。例えば、２つの異なるツイストペアについて、誘電率の差が大きくなると、そのツイストペア間のスキューも大きくなる。
導線の複数のツイストペアから成るケーブルにおける導線に対する絶縁材の工業標準は、フルオロポリマー、特にテトラフルオロエチレン／ヘキサフルオロプロピレンコポリマー（ＦＥＰ）および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）コポリマー（ＰＦＡ）である。他のポリマーの絶縁材では合格しないのに、これらのフルオロポリマーの絶縁材はＵＬ９１０の燃焼／発煙試験（ならびに他のカテゴリー５の試験）に合格する。
米国特許第５，５１４，８３７号には、絶縁導線の多数のツイストペアから作られているプレナムケーブルが開示されており、それは、導線のツイストペアの少なくとも１つをフルオロポリマーで絶縁し、および別のツイストペアの少なくとも１つを難燃性の発泡ポリオレフィンで絶縁して、ツイストペア間のスキューが、＋または−０．２５の誘電率の範囲により特徴づけられるケーブル、すなわち、そのスキューが、プレナムケーブルのツイストペアの最も遅い信号伝達および最も速い信号伝達に関して誘電率範囲が０．５以内に入るケーブルを提供するものである。ポリオレフィン絶縁材は、通常、約２．３の誘電率を示し、一方、フルオロポリマー絶縁材は、通常、約１．９３から１．９８の誘電率を示す。ポリオレフィン絶縁材は、通常、導線に対してしっかり固定されているが、フルオロポリマー絶縁材は導線に対して少し緩くなる傾向がある。これらの絶縁材が前記特許第５，５１４，８３７号の同じプレナムケーブルにおいて混合されているときの、そのスキューはそのポリオレフィンの発泡の結果であり、それが誘電率をフルオロポリマーの誘電率に近くなるように低下させる。その結果として得られたケーブルがＵＬ９１０試験に合格する能力は、難燃性添加剤を含んでいるポリオレフィンによって達成される。この点に関しては、前記特許はポリオレフィンに使用するための塩素化難燃剤を開示しているが、非塩素化で、かつ金属化合物と難燃性膨張剤との混合物からなる複合系を好んでいる。
プレナムケーブルからの信号によって運転されている複雑な設備の増加を容易にするには、スキューをもっと小さくすることさえ望ましい。
発明の概要
絶縁導線の少なくとも４つのツイストペアを具えるカテゴリー５のプレナムケーブルは、３つのツイストペアの絶縁材だけがフルオロポリマーであり、およびその４つのうちの残りのツイストペアの絶縁材は難燃性添加剤の入っていない発泡ポリオレフィンを含有するとき、ＵＬ９１０の燃焼／発煙試験に合格し、および他のカテゴリー５の必要条件を満足させることができるということが分かってきた。そのケーブルのツイストペア間のスキューは３０ナノ秒以下であり、そして本発明によれば、ツイストペア間に実質的にはスキューがないようにプレナムケーブルを設計することができる。ＥＩＡ／ＴＩＡの規格５６８Ａに従ってケーブルの長さ１００ｍで測定した、そのケーブルのツイストペアの一番遅い信号伝達時間と一番速い信号伝達時間との間の時間遅れで表されるこのスキューは、誘電率の間の差として表される約０．２５（総範囲）のスキューに一致する。
そのケーブルも外被が施されているが、３０ｍｉｌ（０．７６２ｍｍ）の厚さの難燃性ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）ではなく、慣用の外被の厚さ、例えば、１６ｍｉｌ（０．４０６ｍｍ）の厚さの難燃性ＰＶＣで外被が施されている。言い換えれば、一層厚い外被は、それ自身がこの試験に合格しないであろうポリオレフィンがたとえ存在しても、ＵＬ９１０の燃焼／発煙試験に合格することが必要とされない。驚くべきことに、本発明のケーブルは、２０ｍｉｌ（０．５０８ｍｍ）を超える外被の厚さを必要とすることなしにそのＵＬ試験に合格する。ＦＥＰまたはエチレン／クロロトリフルオロエチレンコポリマー（ＥＣＴＦＥ）などのフルオロポリマーで外被を施す場合には、外被の厚さをもっと薄くすることができる。
発泡ポリオレフィン絶縁材から難燃性添加剤を除くと誘電率に影響する。難燃性添加剤は誘電率を大きくする。そのことは、ポリオレフィンは一層高い気孔率へと発泡されなければならないということを意味し、そしてそれはＵＬ試験に曝されるポリオレフィンが少なくなるということを意味する。本発明においてポリオレフィンから難燃性添加剤を除くことは、そのポリオレフィンが、その添加剤がある場合より少なく発泡されるということを意味する。驚くべきことには、その結果として発泡絶縁材に存在するポリオレフィンの量が増えても、やはりプレナムケーブルをＵＬ試験に合格させることができ、同様にカテゴリー５の等級に対する残りの必要条件を満足させることもできる。
プレナムケーブルを作っているツイストペアに存在するねじりが変化するために、そのツイストペアの１つが最も緩いねじりを有するようになり（最も長い撚り）、そのために残りのツイストペアに比べて、信号伝達速度の減少が最小になる。このツイストペアの絶縁材の誘電率が増加すると、他のツイストペアに比べて、信号伝達速度が遅くなってスキューが減少するという効果がある。最も長い撚りのツイストペアが、発泡ポリオレフィンで絶縁されているペアであることが好ましい。驚くべきことに、その結果として、フルオロポリマーで絶縁したワイヤの誘電率に見合うだけ気孔率を犠牲にすると（減少させると）、プレナムケーブルをＵＬ試験に合格させることができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、絶縁導線の４つのツイストペアが存在する本発明のプレナムケーブルの１つの実施例の横断面図である。
図２は、図１に示された実施例を改良した絶縁導線の１つのツイストペアの横断面図である。
図３は、絶縁導線の２つのツイストペアであり、（ａ）はツイストペアを作っている２本の絶縁導線の強いねじり（堅い撚り）を示しており、（ｂ）は一層緩いねじり（長い撚り）を例示している。
発明の詳細な説明
外被２０の中の絶縁導線２、４、６、８、１０、１２、１４および１６から成るケーブル１を図１に示す。絶縁導線２と４、６と８、１０と１２、および１４と１６はツイストペアのケーブルであり、そしてこれらのツイストペアのそれぞれが一緒に束ねられ、外被２０の中に含まれる４つのツイストペアの束を形成している。ここで使う「導線」という言葉はケーブルの金属の電流を運ぶ部分を指す。そのような絶縁導線を一次導線（primary）と呼ぶことが多い。図１で、各ツイストペアの導線は３０で表されている。外被を施されたツイストペアケーブルの束は４つより多いツイストペア、例えば、４つのツイストペアの６つの束およびそのケーブルの中心になる他の１つのツイストペアがある２５のツイストペアを含むことができる。この中心のツイストペアを、発泡ポリオレフィンで絶縁した導線とすることもできるが、フルオロポリマーで絶縁した導線とすることが好ましく、そしてそれもやはり本発明のプレナムケーブルを構成する。
本発明によると、絶縁電線のツイストペアの１つの絶縁材は難燃性添加剤を含まない発泡ポリオレフィンであり、残りのツイストペアはフルオロポリマーで絶縁される。図１では、その発泡ポリオレフィンのツイストペアは、絶縁導線２と４から成るものであり、そして６と８、１０と１２、１４と１６のツイストペアは全てフルオロポリマーで絶縁されている。
図３は、各ツイストペアを作っている絶縁導線のねじりの程度の違いを示している。図３（b）は、発泡ポリオレフィンで絶縁した導線に対する好ましい長い撚りのねじりを示す。従って、図３（b）の導線は図１の発泡ポリオレフィンで絶縁した導線と同じ番号付けがしてある。図３（a）は、フルオロポリマーで絶縁された導線６と８とのツイストペアに対する強いねじりを表している。
本発明で使用されるポリマーはよく知られたものである。それらのポリマーは、導線上に絶縁材を形成したりまたはツイストペアの束に外被を形成するために溶融押出しできるように溶融加工可能である。そのポリマーは、絶縁材または外被に必要な特性を提供するに十分な分子量も有しており、好ましくは少なくとも１０Ｍｐａの引張り強さおよび少なくとも１５０％の破断時伸びを示す。
フルオロポリマーに関しては、ＦＥＰおよびＰＦＡが好ましいフルオロポリマーであり、これらはパーフルオロポリマーである。一般的には、ＦＥＰコポリマーは５から２５重量％のヘキサフルオロプロピレンを含んでおり、そしてＰＦＡポリマーは２から２０重量％のパーフルオロ（アルキルビニルエーテル）を含んでいる。ＰＦＡコポリマーとしては１から８個の炭素原子を含んでいるアルキル基のものが使用可能であるが、好ましいのはアルキル基が２または３個の炭素原子を含んでいるコポリマーである。そのコポリマーは、押出し性または物理的特性を改良するために、追加のコモノマーを少量含むこともできる。フルオロポリマー絶縁材は、中実である（solid）、すなわち発泡していないものが好ましいが、発泡させることも可能である。
発泡した絶縁材を作るために使用されるポリオレフィンに関しては、広範なポリオレフィンが使用できる。基本的にはポリエチレンおよびポリプロピレンであり、エチレンおよびプロピレンのコポリマーおよび／または、例えば、４から８個の炭素原子を含む一層高いオレフィンとのコポリマーも含まれる。ポリオレフィンの例には、エチレンと少量の１−ブテンまたは１−オクテンとのコポリマーである、密度が０．９０５から０．９２５ｇ／ｃｃのＬＬＤＰＥ系のポリエチレンが含まれる。ポリオレフィンは酸化防止剤および加工助剤などの少量の添加剤を含むことができる。それら添加剤は一般的に１重量％未満の量である。ポリオレフィンは、タルクなどの発泡セル核剤を含むこともできるが、これらも一般的に１重量％未満の量である。ポリオレフィンは単一のポリオレフィンでもよいし、異なるポリオレフィンの配合物であってもよい。
フルオロポリマーは導線上に慣用の方法で押出され、および絶縁導線はツイストペアに形成され、そして慣用の方法で外被を施すために一緒に束ねられる。
ポリオレフィン絶縁材も導線に適用され、そして発泡ポリオレフィン絶縁材を覆ってポリオレフィンの中実な外皮を有するための本発明における選択以外は、慣用の方法で発泡される。図２は、絶縁導線４０および４２のツイストペアの横断面図を示しており、そして導線が発泡ポリオレフィン絶縁材４４で覆われ、次にポリオレフィンの中実皮４６で覆われている。中実皮は、ポリオレフィン絶縁材を、発泡されているポリオレフィンの主体と一緒におよび中実である（発泡されていない）共押出しされた皮と一緒に、共押出しすることによって得ることができる。中実皮は、所望の電気的性能を維持するように発泡ポリオレフィン絶縁材に構造的に完全な状態を提供する。中実皮は、ポリオレフィン絶縁材中に存在している追加のポリオレフィン樹脂も提供する。それはＵＬ試験の合格に反して作用するが、驚くことに、本発明のこの実施例でさえその試験に合格している。発泡ポリオレフィン絶縁材には、導線と接触しているポリオレフィンの薄い、例えば、１ミル（０．０２５４ｍｍ）未満の中実な内皮を含むこともできる。ポリオレフィンで絶縁された導線は、慣用の方法で、好ましくは、フルオロポリマーで絶縁されたツイストペアに存在するねじりに比べて最も長い撚りのねじりを使用して、撚られそしてねじられてツイストペアを作る。そして、発泡ポリオレフィンで絶縁したツイストペアは、３×１の比（フルオロポリマーで絶縁されたツイストペア／発泡ポリオレフィンで絶縁されたツイストペア）でフルオロポリマーで絶縁されたツイストペアに束ねられることになる。発泡ポリオレフィン絶縁材の発泡の程度（気孔率）は慣用の手段、例えば、所与の押出し速度で溶融ポリマーに添加される発泡剤の量でコントロールされ、従って、気孔率は、プレナムケーブルに存在する残りのツイストペアに関しては、３０ナノ秒以下のスキューを提供する効果がある。典型的に、中実のときのフルオロポリマー絶縁材の誘電率に合わせるために、ポリオレフィン絶縁材の気孔率は１０から３０％である。
各絶縁導線の直径は３０から５０ミル（０．７６２から１．２７ｍｍ）であり、そしてその導線は、一般的に、ＡＷＧ２４からＡＷＧ２２であり、それぞれ２０ミル（０．５１ｍｍ）および２５．３ミル（０．６４３ｍｍ）の直径を有する。それにより、絶縁材は、一般的に５から１５ミル（０．１２７から０．３８１ｍｍ）の厚さを有する。絶縁材は、６から８ミル（０．１５２から０．２０３ｍｍ）の厚さを有することが多い。好ましい実施例では、ポリオレフィンの中実皮が被覆する発泡ポリオレフィン絶縁材が使用され、その皮の厚さは、一般的に、０．２から１．０ミル（０．００５０８から０．０２５４ｍｍ）である。
外被はツイストペアの束に慣用の方法で適用できる。好ましい外被は難燃性ＰＶＣである。難燃性外被材を作るためにＰＶＣに用いる難燃剤の例としては、塩素化ＰＶＣ、デカブロモジフェニルエーテルおよび三酸化モリブデンの配合物と考えられているTechnor Apex 910およびGary 6921F1がある。外被の厚さをわずか８から１２ミル（０．２０３から０．３０５ｍｍ）にすることができ、かつ難燃性添加剤を必要としないＦＥＰまたはＥＣＴＦＥなどのフルオロポリマーの外被も好ましい。
実施例１
発泡ポリオレフィンで絶縁した導線のツイストペアを調製する。ポリオレフィンは、Union Carbide社から入手できるポリエチレンＤＧＤＬ３３４６であり、０．１重量％の核剤ＫＳ−８（Ｆ（ＣＦ2）8ＣＨ2ＣＨ2ＳＯ3Ｋ）を有する。そのポリオレフィンを、直径２０ミル（０．５０８ｍｍ）の銅のソリッドワイヤ上に、次の条件、すなわち溶融温度２８５℃および押出し速度３０５ｍ／分で、発泡ガスとして窒素を使用して押出す。発泡絶縁材の厚さは６．４ミル（０．１６２ｍｍ）であり、発泡体の気孔率は２９％である。発泡絶縁材は、厚さが０．７ミル（０．０１７９ｍｍ）の同じポリオレフィンの中実な外皮を有しており、Nokia-Maillefferの泡／皮クロスヘッドを使用して泡／皮の押出し発泡によって得られる。ツイストペアを形成しているそのように絶縁された導線のペアのねじりは、０．６回転／インチ（１．５回転／ｃｍ）であり、そして泡／皮の絶縁材は誘電率１．８５を示した。
各導線の絶縁材は、標準状態で測定したメルトフローレートが２２ｇ／１０分のＦＥＰフルオロポリマーである絶縁導線の３つのツイストペアを形成した。発泡ポリオレフィンで絶縁された導線に使用されたものと同じ導線を、ＦＥＰで絶縁した導線に使用した。ＦＥＰ絶縁材の厚さは６．５ミル（０．１６５ｍｍ）であり、そしてその３つのツイストペアは約０．３から０．６回転／インチ（０．７６から１．５回転／ｃｍ）の範囲のねじりを有する。
３×１プレナムケーブルは、上述のツイストペアから調製され、Technor Apex 910難燃剤を含有するＰＶＣである押出された外被を持ち、そしてその外被の厚さは１５ミル（０．３８１ｍｍ）である。ＦＥＰで絶縁した導線のねじりの差は、信号伝達時間の８．８ナノ秒の差に関係している。そして発泡ポリオレフィンで絶縁したツイストペアと最も遅いＦＥＰで絶縁したツイストペアとの間のスキューは１８．８ナノ秒であり、ポリオレフィンで絶縁したツイストペアが最も速い信号伝達を有する。このことは、プレナムケーブルに対する誘電率において０．２２のスキューを表している。
このケーブルは、カテゴリー５等級に対するインピーダンス、構造的反射減衰量および漏話の試験に合格し、同様に６０℃で実施されるときでさえも減衰試験に合格した。そのケーブルは、ＵＬ９１０の燃焼／発煙試験にも合格し、炎の最大距離は、許容距離が５フィート（１５２ｃｍ）であるのに、２．０から２．５フィート（６１ｃｍ）、煙の最高光学濃度は、最大許容値が０．５であるのに０．４３から０．４４、および煙の平均光学濃度は、許容濃度が０．１５であるのに０．０６を示した。
実施例２
その個々のツイストペアのポリオレフィン発泡絶縁材は誘電率１．９５で特徴づけられることを除いて、実施例１の実験を繰り返した。この実験の結果は、３×１ケーブルのツイストペアは１．９２から１．９６、すなわち範囲がたった０．０４の誘電率であることを示した。このケーブルは、ＵＬの燃焼／発煙試験を含むカテゴリー５等級に対して要求される電気試験に合格した。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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