JP2006196289A - 多心ケーブル - Google Patents

Abstract

【課題】 高い屈曲性を有し、繰り返し曲げ応力に対しても機械的信頼性の高い多心ケーブルを提供する。
【解決手段】 本発明に係る多心ケーブル１０は、複数本の第１の同軸ケーブル２１を有する中央部２０と、中央部２０の周囲に複数本の第２の同軸ケーブル３１が配置された周辺部３０と、周辺部３０の外側に形成された外被４０とを備え、中央部２０は、当該中央部２０の中心Ｐ０を中心として第１の同軸ケーブル２１が同心円の層状に配置されるとともに層撚りされている。
【選択図】 図１

Description

本発明は多心ケーブルに係り、例えば医療用の超音波診断装置、内視鏡やＣＣＤカメラケーブル等の配線に用いられる多心ケーブルに関するものである。

従来、同軸ケーブルや、多数の同軸ケーブルを有する多心同軸ケーブルが知られている（例えば特許文献１参照）。
図８に示すように、特許文献１に記載されている同軸ケーブル１００では、中心導体１０１と、この中心導体１０１の周囲を覆っている絶縁体１０２と、この絶縁体１０２の周囲を覆っている外部導体１０３とを備えており、その外側は外被１０４によって覆われている。

また、図９に示すように、多心同軸ケーブル１０５では、複数本の前述した同軸ケーブル１００が集合するように配置されていて、その外側が外套部材１０６によって覆われている。外套部材１０６は、内側に設けられた電磁シールド特性を有する内側外套１０６ａと、その外側に設けられた樹脂材料からなる筒状の外側外套１０６ｂとから構成されている。

また、可撓性に優れた極細の多心同軸ケーブルも知られている（例えば特許文献２参照）。
図１０に示すように、特許文献２に記載されている極細の多心同軸ケーブル１１０では、図８で示したような構造の、中心導体１０１、絶縁体１０２、外部導体１０３、及び外被１０４からなる極細の同軸ケーブル１１１を複数本有しており、中心にはテンションメンバ１１２が設けられている。テンションメンバ１１２の外側には、５本の同軸ケーブル１１１を撚り合わせて形成された中心側多心ケーブル（ケーブルユニット）１１３を４本同心円状に配置して撚り合わせている。
中心側多心ケーブル１１３の外側には、１６本の同軸ケーブル１１１を有する外側多心ケーブル（ケーブルユニット）１１４が７本設けられている。外側多心ケーブル１１４では、その中心側に５本の同軸ケーブル１１１を同心円状に配置し、その外側に１１本の同軸ケーブル１１１が同心円状に配置されている。これら７本の外側多心ケーブル１１４は、同心円状に配置されて撚り合わされている。そして、外側多心ケーブル１１４の外側には、押え巻きテープ１１５、一括編組シールド１１６が設けられており、最外層にシース１１７が設けられている。

特開２００１−２３４５６号公報（図１、図４） 特開２００４−１４３３７号公報（図１）

ところで、多心ケーブルの内部において、同軸ケーブル同士を撚り合わせてユニット化すると曲げ剛性が大きくなり、さらにこれを複数本撚り合わせると、ケーブルとしての柔軟性が低下する。撚り合わせた同軸ケーブルのユニット同士がさらに撚られて接触していると、ケーブル全体を屈曲させる際には、接触しているユニット間の同軸ケーブル同士は長手方向に交差して点接触することになる。したがって、ユニット間で隣接する同軸ケーブル同士が鋭角に曲がりやすく、このような状態で同軸ケーブルに高曲率、高荷重の負荷が繰り返し加わると、中心導体が破断して断線に至ることがあった。

本発明の目的は、従来と比べて高い屈曲性を有し、繰り返し曲げ応力に対しても機械的信頼性の高い多心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に係る多心ケーブルは、内部導体と絶縁層と外部導体を有する第１の同軸ケーブルを複数本有する中央部と、内部導体と絶縁層と外部導体を有する第２の同軸ケーブルが前記中央部の周囲に複数本配置された周辺部と、前記周辺部の外側に形成された外被とを備え、前記中央部は、当該中央部の中心を中心として前記第１の同軸ケーブルが同心円の層状に配置されるとともに層撚りされていることを特徴としている。

このように構成された多心ケーブルにおいては、第１の同軸ケーブルを有する中央部と、この中央部の外側に第２の同軸ケーブルが配置された周辺部とで構成し、その外側を外被により覆っている。そして、中央部の第１の同軸ケーブルを、中央部の中心を中心とする同心円の層状に配置するとともに層撚りしているので、隣接する同軸ケーブル同士は長手方向に短い間隔で多数の箇所で接触することになり、長手方向に断続的に接触しているとみなすことができる。このため、従来のように複数本の同軸ケーブルでユニットを構成し、複数のユニットを撚ったユニット構造の場合のように、同軸ケーブル同士が大きな角度で交差して点接触するために鋭角で折れるような事態を回避することができ、屈曲時に同軸ケーブル同士が過度な圧力で接することがないため、高い屈曲性を有し、繰り返し曲げ応力に対しても機械的信頼性の高い多心ケーブルとすることができる。

また、本発明に係る多心ケーブルにおいて、第１の同軸ケーブルを構成する前記内部導体の外径が、前記第２の同軸ケーブルを構成する前記内部導体の外径よりも大きいことが好ましい。

このように構成された多心ケーブルにおいては、内部導体の太さが異なる同軸ケーブルを収容する場合に、内部導体が太径の比較的に硬い同軸ケーブルを中央部に配置し、内部導体が細径の比較的に伸縮性や柔軟性のある同軸ケーブルを周辺部に配置した構成であるため、内部導体が太径の同軸ケーブル同士の接触圧を効果的に低くすることができる。

また、本発明に係る多心ケーブルにおいて、前記周辺部は、複数本の前記第２の同軸ケーブルを含む同軸ケーブルユニットが複数本撚られて形成されていることが好ましい。

このように構成された多心ケーブルにおいては、周辺部は従来と同様にユニット構造としているので、多数の同軸ケーブルをまとまりよく収容することができる。

また、本発明に係る多心ケーブルにおいて、第１の同軸ケーブルを構成する前記内部導体の外径が、前記第２の同軸ケーブルを構成する前記内部導体の外径よりも大きい場合、前記周辺部は、前記中央部を中心として前記第２の同軸ケーブルが層状に配置されているとともに層撚りされていることが好ましい。

このように構成された多心ケーブルにおいては、周辺部も中央部を中心とした同心円状に同軸ケーブルを配置して、層撚りとしているため、さらに屈曲性が向上し、繰り返し曲げ応力に対してもより機械的信頼性の高い多心ケーブルとすることができる。

本発明によれば、中央部を層撚り構造としたので、同軸ケーブル同士が大きな角度で交差せず屈曲時に同軸ケーブル同士が過度な圧力で接することがないため、高い屈曲性を有し、繰り返し曲げ応力に対しても機械的信頼性の高い多心ケーブルを提供することができる。

以下、本発明に係る多心ケーブルの実施形態の例を、図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明の第１の実施形態の多心ケーブルの断面図であり、図２は中央部に配置された第１の同軸ケーブルの断面図であり、図３は周辺部に配置された同軸ケーブルユニットの断面図である。

図１に示すように、本発明の第１の実施形態である多心ケーブル１０は、複数本の第１の同軸ケーブル２１を有する中央部２０と、この中央部２０の周囲に複数本の第２の同軸ケーブル３１（図３参照）が配置された周辺部３０と、周辺部３０の外側を覆う外被４０とを備えている。

中央部２０は、その中心にテンションメンバである高張力繊維１１の束が配置され、この周りに複数本の第１の同軸ケーブル２１が、中央部２０の中心Ｐ０を中心として同心円の層状に配置され、なおかつ各層ごとに層撚りされることにより形成されている。

中央部２０に配置された第１の同軸ケーブル２１は、図２に示すように、中央の内部導体２１ａと、内部導体２１ａの外側の絶縁体２１ｂと、絶縁体２１ｂの外側の遮蔽（外部導体）２１ｃと、さらに遮蔽２１ｃの外側に抑え巻２１ｄを有している。

また、図１に示すように、中央部２０では、高張力繊維１１のすぐ外側に配置された、例えば９本の第１の同軸ケーブル２１を有する第１層と、第１層の外側に配置された、例えば１５本の第１の同軸ケーブル２１を有する第２層とから形成されており、合計２４本の第１の同軸ケーブル２１を収容している。第１層及び第２層は、柔軟性を考慮して層間の摩擦を小さくするために同じ撚り方向に撚っているが、各々別個に層状に撚られている。第２層の外側には、第１の同軸ケーブル２１の種類等を示す標識粗巻糸２２を第１の同軸ケーブル２１の撚り方向と逆方向に撚って巻回し、第１の同軸ケーブル２１の配列乱れを防止するようにしている。
なお、ここでは、第１の同軸ケーブル２１を二層に配置している場合について示してあるが、本数によっては三層以上に配置してもよい。

図１に示すように、標識粗巻糸２２の外側の周辺部３０では、複数本の第２の同軸ケーブル３１を収容している同軸ケーブルユニット３２を、複数本（ここでは例えば８本）撚って形成されている。

周辺部３０に配置された同軸ケーブルユニット３２は、図３に示すように、複数本の第２の同軸ケーブル３１を層状に配置し、これらを層撚りにして、その外側にユニットの種類等を示す標識粗巻糸３３を巻回して形成されている。なお、ここでは一例として、第１層に５本の第２の同軸ケーブル３１を配置し、第２層に１１本の第２の同軸ケーブル３１を配置して、合計１６本の第２の同軸ケーブル３１により一本の同軸ケーブルユニット３２を形成している。
なお、第２の同軸ケーブル３１は、中央の内部導体３１ａと、内部導体３１ａの外側の絶縁体３１ｂと、絶縁体３１ｂの外側の遮蔽（外部導体）３１ｃと、さらに遮蔽３１ｃの外側の抑え巻３１ｄとを有している。

図１に示すように、周辺部３０の外側には、抑え巻４１が巻回され、その外側には遮蔽４２が巻回されており、その外側に最外層となる外被４０が被覆されて、多心ケーブル１０が形成されている。

このような多心ケーブル１０は、層状に配置された中央部２０は隣接する第１の同軸ケーブル２１同士がその撚り方向に沿って長手方向で断続的に接触し、接触圧が低く抑えられる。また、隣接する第１の同軸ケーブル２１同士が撚り方向に沿って接触するため、小さな角度で曲がることがない。そのため、多心ケーブル１０は屈曲に際して柔軟性が向上しており、繰り返し曲げ応力に対しても機械的信頼性が良好である。

なお、中央部２０に配置される第１の同軸ケーブル２１としては、電源線用の太い同軸ケーブルを用いると良い。例えば、第１の同軸ケーブル２１として内部導体２１ａの外径が０．１５ｍｍ（ＡＷＧ３６）よりも太いものを用いる。また、周辺部３０に配置される第２の同軸ケーブル３１としては、信号線用の細い同軸ケーブルを用いると良い。例えば、第２の同軸ケーブル３１として内部導体３１ａの外径が０．１５ｍｍ以下のものを用いる。
すなわち、第１の同軸ケーブル２１の内部導体２１ａの外径Ｄ１と、第２の同軸ケーブル３１の内部導体３１ａの外径Ｄ２との関係は、Ｄ１≧Ｄ２となっている。これにより、多心ケーブル１０に収容する同軸ケーブルのうち、太い方の同軸ケーブル同士の接触圧を低く抑えることで、繰り返し曲げ応力に対して破断しにくくなり、また、高い屈曲性を効果的に得ることができる。

次に、多心ケーブル１０の製造方法について説明する。
まず、第１の同軸ケーブル２１を２４本と、第２の同軸ケーブル３１を１２８本とを用意する。第２の同軸ケーブル３１は、図３に示すように１６本ごとに集合させて撚り合わせて８本の同軸ケーブルユニット３２とする。

そして、図１に示すように、高張力繊維１１を中心に配置し、その外側に介在（図示省略）を巻いて高張力繊維１１の断面丸形状を維持する。高張力繊維１１の外側に介在を介して第１層目の電源線である第１の同軸ケーブル２１を９本層状に配置して層撚りし、その外側に第２層目の第１の同軸ケーブル２１を１５本層状に配置して第１層と同じ撚り方向に層撚りして中央部２０を形成する。

中央部２０の外側には、標識粗巻糸２２を巻回して、中央部２０に収容されている第１の同軸ケーブル２１の配置乱れを防止する。なお、標識粗巻糸２２は、第１の同軸ケーブル２１の撚り方向とは反対方向に撚って、加工時に第１の同軸ケーブル２１を取り出しやすいようにする。

続いて、標識粗巻糸２２の外側に８本の同軸ケーブルユニット３２を撚って集合させ、その外側に抑え巻４１を巻回する。さらに、遮蔽４２で一括シールドし、その外側を外被４０で被覆する。

以上説明した多心ケーブル１０は、中央部２０を構成する第１の同軸ケーブル２１を、中央部２０の中心Ｐ０を中心とする同心円の層状に配置して層撚りしているため、隣接した第１の同軸ケーブル２１同士が長手方向に短い間隔で多数の点で接触することになり、長手方向に断続的に接触しているとみなすことができる。このため、従来のように複数本の同軸ケーブルでユニットを構成し、複数のユニットを撚ったユニット構造の場合のように、多心ケーブルを屈曲させた際に、同軸ケーブル同士が点接触して鋭角で折れるような事態を回避することができ、同軸ケーブル同士が過度な圧力で接することがないため、多心ケーブル１０は高い屈曲性を有し、繰り返し曲げ応力に対しても機械的信頼性が高くなっている。

次に、本発明の第２実施形態について説明する。
図４は、本発明の第２実施形態である多心ケーブル１０Ａを示している。なお、第１実施形態の多心ケーブル１０と共通する部位には同じ符号を付して、重複する説明を省略する。
この多心ケーブル１０Ａでは、周辺部３０を、中央部２０の中心Ｐ０を中心として第２の同軸ケーブル３１を三層の同心円状に配置するとともに層撚りして形成している。なお、中央部２０は、第１の実施形態の多心ケーブル１０と同様である。
この場合でも、中央部２０を構成する第１の同軸ケーブル２１の内部導体２１ａの外径Ｄ１と、周辺部を構成する第２の同軸ケーブル３１の内部導体３１ａの外径Ｄ２との関係は、Ｄ１≧Ｄ２とするのが好ましい。

このように構成することにより、中央部２０のみならず周辺部３０も層状に配置して層撚りとしたので、同軸ケーブル２１，３１同士が長手方向で撚り方向に沿って断続的に接触するため、高い屈曲性を有し繰り返し曲げ応力に対しても機械的信頼性の高い多心ケーブル１０Ａを得ることができる。

なお、本発明の多心ケーブルは、前述した各実施形態に限定されるものでなく、適宜な変形、改良等が可能である。
例えば、前述した各実施形態において、第１の同軸ケーブル２１及び第２の同軸ケーブル３１として、図２等に示した、内部導体２１ａと、絶縁体２１ｂと、遮蔽（外部導体）２１ｃと、抑え巻２１ｄとを有する同軸ケーブルを用いた場合について説明したが、抑え巻のない構造の同軸ケーブルであっても良く、抑え巻の外側に外被を有する構造の同軸ケーブルを用いても良い。例えば、図５に示すような、内部導体１３ａ、絶縁体１３ｂ、外部導体１３ｃから形成されてコア外被１２を有しない同軸素線１３を用いることもできる。

また、前述した各実施形態においては、内部導体の外径の異なる２種類の同軸ケーブル２１，３１を用いた場合に付いて説明したが、全て同じ同軸ケーブルを用いることもできる。この場合には、第１の同軸ケーブル２１と第２の同軸ケーブル３１は同じものとなる。
さらに、３種類以上の同軸ケーブルを用いることも可能である。この場合には、中央部２０に層状に配置する第１の同軸ケーブル２１として、最も内部導体の外径の大きなものを用い、その他の２種類以上の同軸ケーブルを周辺部３０に配置するようにする。

上記実施形態において説明した多心ケーブル１０の実施例について説明する。
多心ケーブル１０において、図２に示す第１の同軸ケーブル２１は、中央に０．２４ｍｍφの錫メッキ銅合金線の内部導体２１ａを有し、内部導体２１ａの外側にフッ素樹脂からなる絶縁体２１ｂを押出し成形し、絶縁体２１ｂの外側に錫メッキ硬銅線をスパイラル状に巻いて遮蔽（外部導体）２１ｃを形成し、さらに遮蔽２１ｃの外側に抑え巻２１ｄとしてポリエステルテープを２枚巻回して、全体として外径０．４８ｍｍφに形成されている。

また、図２に示す第２の同軸ケーブル３１は、外径０．０９ｍｍφの内部導体３１ａの外側に絶縁体３１ｂ、遮蔽３１ｃ、抑え巻３１ｄを有しており、全体として外径０．３２φに形成されている。そして、同軸ケーブルユニット３２は、５本の第２の同軸ケーブル３１を層状に配し、ピッチ２５ｍｍで層撚りして第１層が形成されている。第１層の外側には１１本の第２の同軸ケーブル３１を層状に配して、第１層と同じ方向に層撚りして第２層が形成されている。このように、同軸ケーブルユニット３２は、合計１６本の第２の同軸ケーブル３１を有し、その外側にユニットの種類等を示す標識粗巻糸３３が巻回されて形成されている。

図１に示すように、中央部２０は、９本の第１の同軸ケーブル２１を有する第１層と、１５本の第１の同軸ケーブル２１を有する第２層とから形成されており、合計２４本の第１の同軸ケーブル２１を有している。第１層及び第２層は、同じ撚り方向ではあるが各々別個に層状に撚られていて、第１層の層撚りにおいては、撚りピッチ（長手方向のピッチ）を３７．５ｍｍとし、第２層の撚りピッチを５０ｍｍとしている。そして、第２層の外側には、ナイロンの標識粗巻糸２２が巻回されている。したがって、中央部２０における第１の同軸ケーブル２１は、１回撚りとなっている。

周辺部３０は、１６本の第２の同軸ケーブル３１を含む同軸ケーブルユニット３２を８本、撚りピッチ１００ｍｍで撚って形成されている。
また、周辺部３０の外側には、フッ素樹脂テープである抑え巻４１が巻回され、さらにその外側には銅箔糸を編んで形成された遮蔽４２が巻回されている。そして、最外層に厚さ０．９ｍｍのＰＶＣの外被４０が被覆されて、全体として外径８．２ｍｍの多心ケーブル１０が形成されている。

次に、屈曲試験を行って本実施例の多心ケーブル１０と従来の多心ケーブルの屈曲性について調べた結果を示す。
図６に示した屈曲試験機６０を用いて、上述した多心ケーブル１０（実施例）と従来の多心ケーブル９０（比較例）の屈曲試験を行ってその結果を比較した。
なお、従来の多心ケーブル９０としては、図７に示すようなものを用いた。多心ケーブル９０は、４本の内側同軸ケーブルユニット９１と、８本の外側同軸ケーブルユニット９２とを有している。内側同軸ケーブルユニット９１は、図７（Ｃ）に示すように、第１の同軸ケーブル２１を６本同心円状に配して撚りピッチ１８ｍｍで撚り、その外側に標識粗巻糸２２を巻回してユニット化したものである。また、外側同軸ケーブルユニット９２は、図７（Ｂ）に示すように、図３において示した同軸ケーブルユニット３２と同じものを用いている。

そして、従来の多心ケーブル９０は、図７（Ａ）に示すように、中央に３本の内側同軸ケーブルユニット９１を配して撚り、その外側に１本の内側同軸ケーブルユニット９１と、８本の外側同軸ケーブルユニット９２とを配して撚っている。これにより、第１の同軸ケーブル２１を２４本と、第２の同軸ケーブル３１を１２８本収容しており、本発明に係る多心ケーブル１０と同じ本数を収容することとなる。
なお、外側同軸ケーブルユニット９２の外側には抑え巻９３及び遮蔽９４が巻回され、最外層には厚さ０．８ｍｍの外被９５が被覆されて、全体として外径８．２ｍｍφとなっている。これは、本発明に係る多心ケーブル１０と同じ太さである。

図６に示す屈曲試験機６０では、多心ケーブル１０（９０）の中央部を２本の外径１２．４ｍｍのマンドレル６１，６１で挟んだ状態とし、多心ケーブル１０（９０）の下端に１ｋｇの荷重６２を載荷する。この状態で、多心ケーブル１０（９０）の上側を毎分３０回で左右に９０°往復して屈曲させて、導体破断までの屈曲回数を測定した。なお、試験中、全ての同軸ケーブル２１，３１に電流を流し、常時導通していることを確認しながら屈曲試験を行う。そして、全ての同軸ケーブル２１，３１のうちの１心でも電気的に破断したときを導体破断と判断する。この結果を、表１に示す。

試験水準としては、通常、３０万回の屈曲に耐えることができれば問題なしとみなされる。本発明に係る多心ケーブル１０（実施例）と従来の多心ケーブル９０（比較例）の各々、Ｎ１〜Ｎ３の３本のサンプルの多心ケーブルについて試験を行った結果、比較例においては、サンプルによる個体差はあるものの、２０万回程度で破断に至っている。一方、実施例では、いずれも４０万回に達しても破断に至らなかった。これにより、本発明に係る多心ケーブル１０は、従来と比較して屈曲特性が大きく改善され、機械的信頼性が向上していることがわかる。

本発明の第１の実施形態の多心ケーブルの断面図である。 図１に示した多心ケーブルの中央部に配置された第１の同軸ケーブルの断面図である。 図１に示した多心ケーブルの周辺部に配置された第１の同軸ケーブルの断面図である。 第２実施形態に係る多心ケーブルを示す断面図である。 同軸素線を示す斜視図である。 屈曲試験機の概要図である。 （Ａ）は比較例としての多心ケーブルの断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）における外側同軸ケーブルユニットの断面図であり、（Ｃ）は（Ａ）における内側同軸ケーブルユニットの断面図である。 従来の同軸ケーブルを示す断面図である。 従来の多心ケーブルの一例を示す断面図である。 従来の極細多心ケーブルの一例を示す断面図である。

符号の説明

１０ 多心ケーブル
２０ 中央部
２１ 第１の同軸ケーブル
３０ 周辺部
３１ 第２の同軸ケーブル
３２ 同軸ケーブルユニット
４０ 外被
Ｐ０ 中央部の中心

Claims (4)

1. 内部導体と絶縁層と外部導体を有する第１の同軸ケーブルを複数本有する中央部と、内部導体と絶縁層と外部導体を有する第２の同軸ケーブルが前記中央部の周囲に複数本配置された周辺部と、前記周辺部の外側に形成された外被とを備え、
   前記中央部は、当該中央部の中心を中心として前記第１の同軸ケーブルが同心円の層状に配置されるとともに層撚りされていることを特徴とする多心ケーブル。
2. 請求項１に記載の多心ケーブルであって、
   第１の同軸ケーブルを構成する前記内部導体の外径が、前記第２の同軸ケーブルを構成する前記内部導体の外径よりも大きいことを特徴とする多心ケーブル。
3. 請求項１または２に記載の多心ケーブルであって、
   前記周辺部は、複数本の前記第２の同軸ケーブルを含む同軸ケーブルユニットが複数本撚られて形成されていることを特徴とする多心ケーブル。
4. 請求項２に記載の多心ケーブルであって、
   前記周辺部は、前記中央部を中心として前記第２の同軸ケーブルが層状に配置されているとともに層撚りされていることを特徴とする多心ケーブル。

Images