CN103680753B - 光电复合电缆 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种光电复合电缆，其能够抑制弯曲性的降低，同时能够减少由光纤的微弯曲造成的光损失。光电复合电缆（100）具备光纤（1）、容纳光纤（1）的由树脂构成的筒状的套管（3）、配置在套管（3）的外部的多根电线（4）、以及汇总包覆多根电线（4）的筒状的外筒体（5），多根电线（4）沿着套管（3）的外周面卷绕成螺旋状，并且介于套管（3）与外筒体（5）之间。
Description
技术领域
本发明涉及具有光纤和多根电线的光电复合电缆。
背景技术
以往，已知有例如用于个人电脑或显示器等电子设备之间的信号传输等，并且用外皮汇总包覆光纤和多根电线的光电复合电缆。在这种光电复合电缆中，有时采用抑制由于光纤的微弯曲（由于从侧面施加压力（侧压）而纤芯的中心轴稍微弯曲的情况）所造成的光损失的增大的结构（例如，参照专利文献1、2）。
专利文献1所记载的光电复合电缆，在中心部配置有光纤，并且以包围该光纤的方式配置有多根包覆电线。另外，在光纤与多根包覆电线之间，填充有凯芙拉（Kevlar，注册商标）等抗拉纤维。根据该光电复合电缆，来自于外皮的外部的外力在被包覆电线的包覆层吸收的同时由抗拉纤维分散，能够减少作用于光纤的侧压。
专利文献2所记载的光电复合电缆，光纤以与保护管的内周面接触的方式配置，在该保护管的外周围配置有多根电线。根据该光电复合电缆，由于由保护管在外力之下保护光纤，因此能够抑制由外力造成的光纤的弯曲和扭转，并抑制传输损失的增大。
现有技术文献
专利文献1：日本特开2011－18544号公报
专利文献2：日本特开2012－9156号公报
在专利文献1所记载的光电复合电缆中，由于在光纤与多根包覆电线之间以能够分散外力的程度的密度填充有抗拉纤维，因此在光纤的周边没有间隙，外力有可能经由抗拉纤维作为侧压而作用于光纤。
在专利文献2所记载的光电复合电缆中，如果相对于有可能作用于光电复合电缆的外力充分地提高保护管的强度，则能够防止由外力引起的光纤的弯曲和扭转，但相反地降低电缆的弯曲性。
发明内容
于是，本发明的目的在于提供一种光电复合电缆，其能够抑制弯曲性的降低，同时能够减少由光纤的微弯曲造成的光损失。
本发明以解决上述课题为目的，提供一种光电复合电缆，其具备：光纤；容纳所述光纤的由树脂构成的筒状的内筒体；配置在所述内筒体的外部的多根电线；以及汇总包覆所述多根电线的筒状的外筒体，所述多根电线沿着所述内筒体的外周面卷绕成螺旋状，并且介于所述内筒体与所述外筒体之间。
另外，最好所述内筒体的内部的空间的比例是35%以上。
另外，最好在所述内筒体的内部，与所述光纤一起容纳有提高抗拉强度的纤维状的加强部件。
另外，最好所述多根电线通过所述电线彼此的接触，缓和所述内筒体因来自于所述外筒体的外周侧的外力而受到的负荷。
另外，最好所述多根电线的根数是三根以上十根以下。
另外，最好在将所述多根电线之中最粗的电线的外径设为Dmax，将所述多根电线之中最细的电线的外径设为Dmin时，满足以下的不等式。
0.8×Dmax≤Dmin≤Dmax
另外，最好所述内筒体由氟化乙烯丙烯共聚物（FEP）、全氟烷氧基聚合物（PFA）、聚偏氟乙烯（PVDF）或聚醚醚酮（PEEK）构成。
另外，最好所述内筒体的弹性模量是0.3GPa以上4.0GPa以下。
另外，最好在将所述内筒体的外径设为DB，将所述内筒体的壁厚设为t时，满足以下的不等式。
t≥DB×0.20
另外，最好在所述内筒体的内部容纳有一根光纤，所述内筒体的内径比所述光纤的外径大50μm以上。
另外，最好在所述内筒体的内部容纳有多根光纤，所述多根光纤的外径的合计值小于所述内筒体的内径。
另外，最好所述多根电线分别由绝缘体包覆，所述绝缘体由氟化乙烯丙烯共聚物（FEP）、全氟烷氧基聚合物（PFA）、聚偏氟乙烯（PVDF）或聚乙烯（PE）构成。
本发明具有如下有益效果。
根据本发明的光电复合电缆，能够抑制弯曲性的降低，同时能够减少由光纤的微弯曲造成的光损失。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式的光电复合电缆的结构的立体图。
图2是与光电复合电缆的中心轴正交的剖面的剖视图。
图3是表示第二实施方式的光电复合电缆的剖视图。
图4是表示第三实施方式的光电复合电缆的剖视图。
图中：
1、1A、1B－光纤，2－纤维束，3、3B－套管，3a－容纳部，4－电线，5－外筒体，5a－容纳部，10、10A、10B－纤芯，11、11A、11B－包层、12、12A、12B－包覆层，41－电源线，42－信号线，43－差动信号线，51－带，52－屏蔽层，53－外皮，100、100A、100B－光电复合电缆，410、420、430－芯线，411、421、431－绝缘体，C－中心轴。
具体实施方式
第一实施方式
参照图1及图2说明本发明的第一实施方式。图1是表示本发明的第一实施方式的光电复合电缆100的结构的立体图。图2是与光电复合电缆100的中心轴C正交的剖面的剖视图。
该光电复合电缆100具备光纤1、容纳光纤1的由树脂构成的作为筒状的内筒体的套管3、配置在套管3的外部的多根电线4、和汇总包覆多根电线4的筒状的外筒体5。
在本实施方式中，在套管3的内部的第一容纳部3a内，容纳有四根光纤1和例如将芳香族聚酰胺或凯芙拉（注册商标）等纤维捆扎的纤维束2。该纤维束2是提高光电复合电缆100的抗拉强度的纤维状的加强部件的一例。纤维束2理想的是以套管3的内部的空间比例为35%以上的量放入。但是，在由套管3或外筒体5确保所需的抗拉强度的情况下，也可以不设置纤维束2。
光纤1具有中心部的纤芯10、覆盖纤芯10的外周的包层11、和覆盖包层11的外周的包覆层12。在本实施方式中，四根光纤1分别具有相同的结构及相同的外径。但是，四根光纤1的外径也可以分别不同。另外，光纤1可以是多模光纤，也可以是单模光纤。
套管3由氟化乙烯丙烯共聚物（FEP）、全氟烷氧基聚合物（PFA）、聚偏氟乙烯（PVDF）或聚醚醚酮（PEEK）构成。另外，套管3的弹性模量理想的是在0.3GPa以上4.0GPa以下。如果套管3的弹性模量不到0.3GPa，则缺乏保护光纤1的效果，如果弹性模量大于4.0GPa，则光电复合电缆100的弯曲性降低。
多根电线4容纳在外筒体5的内周面与套管3的外周面之间的环状的第二容纳部5a内。在本实施方式中，剖面圆形的十根电线4沿着中心轴C的周向配置在第二容纳部5a内。即，多根电线4以不在中心轴C的径向上重合的方式配置。
另外，在本实施方式中，十根电线4由四根电源线41和六根信号线42构成。电源线41是使用由树脂构成的绝缘体411包覆扭绞在一起的多根芯线410而形成的。信号线42是使用由树脂构成的绝缘体421包覆扭绞在一起的多根芯线420而形成的。电源线41用于从连接在光电复合电缆100的一端的一方的电子设备向连接在另一端的另一方的电子设备提供电源。信号线42用于一方的电子设备与另一方的电子设备之间的信号的收发。再者，一部分电线4也可以是不通电的虚设线。
绝缘体411、421可以由氟化乙烯丙烯共聚物（FEP）、全氟烷氧基聚合物（PFA）、聚偏氟乙烯（PVDF）或聚乙烯（PE）构成。如果是这些材料，套管3与电线4之间的滑动较好，能够防止制造时的套管3的扭转和变形。另外，在光电复合电缆100弯曲时，电线4也能有效地移动，因此能够抑制套管3从电线4受到力。即，能够抑制套管3的变形，并减少对光线1的侧压。绝缘体411、421也可以是聚四氟乙烯（PTFE）、聚丙烯（PP）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）或聚苯硫醚（PPS）等。
外筒体5包括：由用于捆绑多根电线4的由树脂构成的带51；配置在带51的外周的屏蔽层52；和配置在屏蔽层52的外周的筒状的由树脂构成的外皮53。带51与多根电线4的外表面接触并卷绕成螺旋状。屏蔽层52例如由编织多根导线的编织物构成。另外，也可以由在由树脂构成的带上形成了导电性的金属膜的导电性带构成屏蔽层52。外皮53例如由聚乙烯（PE）或聚氯乙烯（PVC）等树脂构成。外筒体5的外径例如是5.9mm。
如图1所示，多根电线4沿着套管3的外周面卷绕成螺旋状，并介于套管3和外筒体5之间。即，多根电线4的中心轴相对于平行于光电复合电缆100的中心轴C的方向倾斜。多根电线4的螺旋卷绕的间距（任意的电线4围绕套管3的周围一圈期间的沿着中心轴C的方向的距离）例如理想的是5mm以上150mm以下。
通过将多根电线4配置成螺旋状，与将电线4配置成平行于中心轴C的直线状的情况相比，能够提高光电复合电缆100的弯曲性，同时能够抑制在光电复合电缆100弯曲时光纤1受到侧压的情况。即，在将多根电线4平行于中心轴C配置的情况下，在相当于弯曲的部分的外侧的电线4上产生张力而很难进行弯曲，同时套管3被该张力挤压。另外，将该电线4沿着轴向压缩的压缩力作用于相当于弯曲的部分的内侧的电线4，从而妨碍光电复合电缆100的弯曲，同时由于该压缩力，在电线4上发生向外方膨胀的挠曲，挤压套管3。这样，套管3从弯曲的部分的内侧及外侧被挤压，在弯曲半径小的情况下，侧压作用于光纤1。
另一方面，在本实施方式中，由于将多根电线4配置成螺旋状，因此不会在光电复合电缆100弯曲的部分的外侧或内侧的整体（比螺旋卷绕的间隔长的范围）上配置特定的电线4。即，各个电线4存在于比套管3靠外侧或内侧的范围，限于螺旋卷绕的间距的一半以下的范围。由此，比套管3靠外侧的部分的张力和内侧的部分的压缩力相互抵消，电线4挤压套管的力变弱，同时光电复合电缆100的弯曲性提高。
另外，在本实施方式中，如图2所示，如果将电源线41的外径设为D41，将信号线42的外径设为D42，则将多根电线4形成为D41与D42是相同尺寸。再者，虽然将电源线41的多根芯线410的截面积形成为大于信号线42的多根芯线420的截面积，但通过将电源线41的绝缘体411形成得比信号线42的绝缘体421薄，电源线41的外径与信号线42的外径成为相同的尺寸。
再者，在本实施方式中，虽然如上所述电源线41的外径D41与信号线42的外径D42是相同的尺寸，但D41与D42也可以不同。这时，在将多根电线4之中最粗的电线的外径设为Dmax，将多根电线4之中最细的电线的外径设为Dmin时，理想的是满足以下的不等式（1）。
0.8×Dmax≤Dmin≤Dmax …（1）
通过如此设定多根电线4的外径，能够抑制外径大的特定的电线4总是挤压套管3，或者在外径小的电线4与套管3的外周面或外筒体5的内周面之间出现大的间隙的情况等。
多根电线4通过电线4彼此的接触，缓和套管3因来自于外筒体5的外周侧的外力所受到的负荷。即，当光电复合电缆100受到外力时，外筒体5（外皮53、屏蔽层52、带51）变形，多根电线4之中的一部分电线4受到从外筒体5的外周面朝向内方的挤压力。受到了该挤压力的电线4与套管3接触，受到来自于套管3的反作用力而变形成椭圆状，并与相邻的电线4接触。通过该电线4彼此的接触，吸收了一部分来自于外筒体5的挤压力，缓和套管3所受到的负荷。即，抑制套管3的变形。
为了得到该效果，容纳在第二容纳部5a内的多根电线4的根数理想的是三根以上十根以下。这是因为，如果电线4的根数是一根或两根，则不能通过电线4彼此的接触缓和套管3所受到的负荷，如果超过十根，则由于电线4彼此的接触面的表面压力降低，从而缺乏通过电线4彼此的接触吸收来自于外筒体5的挤压力的效果。
另外，如图2所示，在将套管3的外径设为Do3，将外筒体5的内径设为Di5，将多根电线4的外径的平均值设为DA时，理想的是满足以下的不等式（2）。
（Di5－Do3）/2×0.8≤DA≤（Di5－Do3）/2 …（2）
即，多根电线4的外径的最大值最好是第二容纳部5a的宽度（中心轴C的径向的套管3的外周面与外筒体5的内周面之间的距离）的80%以上。这样能够更可靠地得到通过电线4彼此的接触缓和套管3所受到的负荷的效果。
另外，套管3理想的是在将其内径设为Di3，将外径设为Do3时，通过（Do3－Di3）/2的运算而得到的壁厚t满足以下的公式（3）。
t≥Do3×0.20 …（3）
即，套管3的壁厚t最好是外径Do3的五分之一以上。通过如此形成套管3，能够确保套管3的强度从而抑制由外力造成的变形，并能够减少作用于第一容纳部3a的光纤1的侧压。
再者，套管3的内径Di3及外径Do3是在套管3没有变形且与套管3的中心轴正交的剖面上的内周面及外周面为正圆时的尺寸，与用π（圆周率）除以该剖面上的内周面及外周面的周向长度的值相等。
另外，如图2所示，如果将光纤1的外径设为D1，合计四根光纤1的外径的值（D1×4）理想的是小于套管3的内径（Di3）。这是由于即便在四根光纤1以直线状排列在第一容纳部3a内的情况下，在光纤1与套管3的内周面之间，或者在光纤1彼此之间也形成有间隙，即便套管3因外力而凹陷变形，也能够防止作用于套管3的挤压力作为侧压而直接作用于光纤1。
另外，套管3的第一容纳部3a的空间的比例理想的是35%以上。在此，所谓的“空间”指的是第一容纳部3a的内部之中没有四根光纤1及纤维束2的部分。即，在将第一容纳部3a的容积设为C1，将第一容纳部3a中的光纤1的体积设为V1，将第一容纳部3a中的纤维束2的体积设为V2时，第一容纳部3a的空间的比例R3通过以下的公式（4）得到。并且，该空间的比例R3理想的是35%以上。
R3=（C1－V1－V2）/C1 …（4）
更具体地说，第一容纳部3a中的四根光纤1的体积的比例（光纤1的占有率（=V1/C1））最好是2%以上25%以下。另外，第一容纳部3a中的纤维束2的体积的比例（纤维束2的占有率（=V2/C1））最好是2%以上50%以下。这时，空间的比例R3是96%（光纤1的占有率及纤维束2的占有率都是2%时）以下。另外，当在第一容纳部3a内没有容纳纤维束2时，空间的比例R3的上限是98%。
通过如此设定第一容纳部3a的空间的比例，即便在套管3因外力而变形的情况下，也能够抑制光纤1因该变形而受到侧压的情况。即，在套管3因外力而被压扁变形时，该变形因第一容纳部3a的空间变窄而被吸收，能够抑制作用于套管3的挤压力作为侧压而直接作用于光纤1的情况。
第一实施方式的效果如下。
根据以上说明的第一实施方式，能够抑制弯曲性的降低，同时能够减少由光纤的微弯曲造成的光损失。
第二实施方式
接下来，参照图3说明本发明的第二实施方式。图3是表示第二实施方式的光电复合电缆100A的剖视图。在图3中，对于与就第一实施方式的光电复合电缆100说明的内容共通的结构要素，标以同一标号并省略其说明。
本实施方式的光电复合电缆100A除了第一容纳部3a的内部结构不同之外，具有与第一实施方式的光电复合电缆100共通的结构。即，在第一实施方式的光电复合电缆100中，在第一容纳部3a内容纳有四根光纤1及纤维束2，但本实施方式的光电复合电缆100A在第一容纳部3a内容纳有一根光纤1A，没有容纳纤维束。
光纤1A具有纤芯10A、覆盖纤芯10A的外周的包层11A、和覆盖包层11A的外周的包覆层12A。套管3的内径Di3（参照图2）大于光纤1A的外径Da1，套管3的内径Di3与光纤1A的外径Da1的尺寸差是50μm以上。
根据本实施方式，通过套管3的内径Di3与光纤1A的外径Da1的尺寸差，即便套管3被压扁变形，只要其内径的变化在50μm以下，光纤1A就不会从套管3的内周面受到侧压。由此，与第一实施方式同样，能够抑制弯曲性的降低，同时能够减少由光纤的微弯曲造成的光损失。
第三实施方式
接下来，参照图4说明本发明的第三实施方式。图4是表示第三实施方式的光电复合电缆100B的剖视图。在图4中，对于与就第一实施方式的光电复合电缆100说明的内容共通的结构要素，标以同一标号并省略其说明。
本实施方式的光电复合电缆100B在如下的结构方面与第一实施方式的光电复合电缆100不同，即，在套管3B内容纳有一根光纤1B，在套管3B的外周面与外筒体5（带51）的内周面之间的第二容纳部5a内配置有多根（四根）差动信号线43。
光纤1B具有纤芯10B、包层11B及包覆层12B。套管3B的内径形成得比光纤1B的外径大50μm以上。
差动信号线43具有由导体构成的一对芯线430、和在防止芯线430彼此短路的同时汇总包覆一对芯线430的绝缘体431。在图4所示的例子中，绝缘体431的外缘形成为椭圆状，其长径形成得比套管3B的外周面与外筒体5的内周面之间的距离长，短径形成得与套管3B的外周面与外筒体5的内周面之间的距离相等或比该距离短。但是，该剖面上的绝缘体431的外缘也可以是圆形。
四根差动信号线43沿着套管3B的外周面卷绕成螺旋状。另外，四根差动信号线43因来自于外筒体5的外周侧的外力而相互接触，缓和套管3B所受到的负荷。
根据本实施方式，与第一实施方式同样，能够抑制弯曲性的降低，同时能够减少由光纤的微弯曲造成的光损失。
以上说明了本发明的实施方式，但上述记载的实施方式并不限定权利要求书的发明。另外，应该注意的是在实施方式中说明的特征的所有组合不一定都是用于解决发明课题所必需的手段。
另外，本发明在不脱离其宗旨的范围内可以适当变形后实施。例如，在上述各实施方式中，说明了外筒体5包括带51、屏蔽层52及外皮53的情况，但外筒体5也可以由外皮53构成，而没有带51及屏蔽层52。
Claims (10)
1.一种光电复合电缆，其特征在于，具备：
光纤；
容纳所述光纤的由树脂构成的筒状的内筒体；
配置在所述内筒体的外部的多根电线；以及
汇总包覆所述多根电线的筒状的外筒体，
所述多根电线沿着所述内筒体的外周面卷绕成螺旋状，并且介于所述内筒体与所述外筒体之间，
所述内筒体的内部的空间的比例是35％以上，在所述内筒体因外力而变形的情况下，所述空间变窄，
所述多根电线因来自于所述外筒体的外周侧的外力而变形，由此所述电线彼此相接触，从而缓和所述内筒体受到的负荷。
2.如权利要求1所述的光电复合电缆，其特征在于，
在所述内筒体的内部，与所述光纤一起容纳有提高抗拉强度的纤维状的加强部件。
3.如权利要求1所述的光电复合电缆，其特征在于，
所述多根电线的根数是三根以上十根以下。
4.如权利要求1或3所述的光电复合电缆，其特征在于，
在将所述多根电线之中最粗的电线的外径设为Dmax，并将所述多根电线之中最细的电线的外径设为Dmin时，满足以下的不等式，
0.8×Dmax≤Dmin≤Dmax。
5.如权利要求1所述的光电复合电缆，其特征在于，
所述内筒体由氟化乙烯丙烯共聚物、全氟烷氧基聚合物、聚偏氟乙烯或聚醚醚酮构成。
6.如权利要求1所述的光电复合电缆，其特征在于，
所述内筒体的弹性模量是0.3GPa以上4.0GPa以下。
7.如权利要求5或6所述的光电复合电缆，其特征在于，
在将所述内筒体的外径设为DB，将所述内筒体的壁厚设为t时，满足以下的不等式，
t≥DB×0.20。
8.如权利要求1所述的光电复合电缆，其特征在于，
在所述内筒体的内部容纳有一根光纤，
所述内筒体的内径比所述光纤的外径大50μm以上。
9.如权利要求1所述的光电复合电缆，其特征在于，
在所述内筒体的内部容纳有多根光纤，
所述多根光纤的外径的合计值小于所述内筒体的内径。
10.如权利要求1所述的光电复合电缆，其特征在于，
所述多根电线分别由绝缘体包覆，
所述绝缘体由氟化乙烯丙烯共聚物、全氟烷氧基聚合物、聚偏氟乙烯或聚乙烯构成。
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