JP2008311124A - 複合ケーブル - Google Patents

Abstract

【課題】伝送損失が小さく、ケーブル外径が小さい複合ケーブルを提供する。
【解決手段】光ファイバ３と電気信号線２を撚り合わせてなる集合撚線４と、集合撚線４の周囲に形成された被覆層５とを備え、電気信号線２は、少なくとも集合撚線４の中心部に配置されており、光ファイバ３は、集合撚線４の中心に関して対称となるよう中心部に配置された電気信号線２の周囲に複数本配置されているものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、光ファイバと電気信号線を複合した複合ケーブルに係り、特に、複合化した場合の光ファイバの配置を工夫した複合ケーブルに関する。

近年、ストレージの大容量化、コンピュータの処理速度の高速化、ディスプレイ、カメラの高精細化によりデータ大容量伝送の要求が高まっている。大容量伝送が必要な大陸間、都市間通信系では既に光化が進んでいる。

しかし、これまで電気で情報をやり取りしていた短距離のサーバ間、ディスプレイとコンピュータ本体間などでも光化の要求が高まり、一部実用化されている。機器間通信においては、大容量伝送が必要なデータだけでなく、機器制御に用いる低速信号伝送も必要なことや、一部低速信号をパラレル伝送すること、さらに、機器間で電力伝送する必要もあることから、一部電気・光の複合ケーブルによる機器間インターコネクトが考えられている。

なお、電気・光の複合ケーブルに関する先行技術文献情報として、次のものがある。

特開２００２−２２６１７号公報 特開２００２−３２４４３３号公報 特開２００３−８６０２８号公報

しかしながら、電気と光を同じ外部被覆層で被覆した複合ケーブルでは、押出し時に光ファイバに側圧などがかかり、損失増加の原因となることがある。さらに、複数本の光ファイバを撚り合わせて使用する場合、配置によってはそれぞれの光ファイバの長さが異なることがあり、データ伝送上、問題を生じることがある。

光ファイバの側圧による損失増加を抑える方法として、ルースチューブ中に光ファイバを挿入する方法が、特許文献３に記載されているが、ルースチューブを用いた場合、ルースチューブの内径を光ファイバの外径以上のサイズとする必要があり、ケーブルの外径が大きくなってしまう。

また、ルースチューブ中に光ファイバを挿入する方法では、ルースチューブ内の光ファイバが固定されていないことから、機器との接続の際に端末加工性が悪いという問題が生じる。

一方、他の問題としては、光ファイバは長手方向の引張りに弱いため、テンションメンバなどの金属線を別途ケーブルに含めた構成とする必要があり、ケーブルの外径が大きくなってしまう。

そこで、本発明の目的は、伝送損失が小さく、ケーブル外径が小さい複合ケーブルを提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、請求項１の発明は、光ファイバと電気信号線を撚り合わせてなる集合撚線と、上記集合撚線の周囲に形成された被覆層とを備え、
上記電気信号線は、少なくとも上記集合撚線の中心部に配置されており、上記光ファイバは、上記集合撚線の中心に関して対称となるよう上記中心部に配置された上記電気信号線の周囲に複数本配置されている複合ケーブルである。

請求項２の発明は、上記電気信号線は、上記集合撚線の中心に関して対称となるよう複数本配置されている請求項１記載の複合ケーブルである。

請求項３の発明は、上記複数本配置された電気信号線は、上記集合撚線の中心を通るよう一列に配置された電気信号線群を含み、上記電気信号線群に関して対称となるよう上記光ファイバが配置されている請求項１又は２に記載の複合ケーブルである。

請求項４の発明は、上記集合撚線の両側に、該集合撚線の長手方向に沿って電力線が配置されており、上記電力線と上記被覆層が共に外部被覆層により被覆されている請求項１〜３のいずれかに記載の複合ケーブルである。

請求項５の発明は、上記集合撚線の片側に、該集合撚線の長手方向に沿って電力線が配置されており、上記電力線と上記被覆層が共に外部被覆層により被覆されている請求項１〜３のいずれかに記載の複合ケーブルである。

請求項６の発明は、上記外部被覆層の表面に、上記集合撚線を上記被覆層と共に上記電力線から分離する分離用スリットを有する請求項４又は５に記載の複合ケーブルである。

請求項７の発明は、上記分離用スリットは、上記集合撚線と上記電力線との間に対向して設けられている請求項６に記載の複合ケーブルである。

また、上記目的を達成するために、請求項８の発明は、複数本の光ファイバを並列配置させてなるアレイファイバと、上記アレイファイバの長手方向に沿って複数本配列された電力線および信号用電線とが、外部被覆層により一括に被覆されている複合ケーブルである。

請求項９の発明は、上記外部被覆層の表面に、上記電力線と上記アレイファイバとを分離する分離用スリットが設けられている請求項８に記載の複合ケーブルである。

請求項１０の発明は、上記分離用スリットは、上記電力線と上記アレイファイバとの間に対向して設けられている請求項９に記載の複合ケーブルである。

本発明によれば、伝送損失が小さく、ケーブル外径が小さい複合ケーブルを実現できる。

以下、本発明の好適な実施形態を添付図面にしたがって説明する。

図１は、本発明の好適な第１の実施形態を示す複合ケーブルの横断面図である。

図１に示すように、第１の実施形態に係る複合ケーブル１は、上述した機器間通信において、データ、制御信号の２つをまとめて伝送するために使用される。

複合ケーブル１は、光ファイバ３と電気信号線２を撚り合わせてなる集合撚線４と、その集合撚線の周囲に形成された被覆層５とを備える。

電気信号線２は、少なくとも集合撚線４の中心部に配置されており、光ファイバ３は、集合撚線４の中心に関して対称となるよう、集合撚線４の中心部に配置された電気信号線２の周囲に複数本配置されている。

第１の実施形態では、横断面視で集合撚線４の中心に関して対称となるよう電気信号線２を複数本配置し、これら電気信号線２の外側で、かつ集合撚線４の中心に対して左右対称となるように光ファイバ３を複数本配置して集合撚線４を構成し、その集合撚線４を被覆層（シース）５で覆った。また、複合ケーブル１では、各光ファイバ３が互いに離れるように配置した。

ここで、集合撚線４の中心に関して対称であるとは、集合撚線４の中心を中心として１８０°回転対称であることをいう。

さらに、第１の実施形態では、隣り合う光ファイバ３間に１本の電気信号線２が位置するように各光ファイバ３を配置することで、光ファイバ３をほぼ等間隔に配置した。また、ケーブル外観や取り扱い性を向上させるため、横断面が円形に近い楕円形となるようにした。

第１の実施形態では、複合ケーブル１として、主に室内に設置されるコンピュータ周辺機器とサーバー間、サーバー同士などの機器間通信への使用を考慮し、電気信号線２を６本とし、光ファイバ３を４本とした合計１０芯の例で説明する。

合計１０芯としたのは、構造的には電気信号線３本、光ファイバ４本が六方最密であるが、電気信号線の数が足りず、光ファイバ同士が接触するため、光ファイバに加わる応力の低減や、光ファイバの曲げを防止する点で不十分になるからである。

より詳細には、複合ケーブル１では、横断面で見て、集合撚線４の中心部に電気信号線２を４本上下に縦列配置して集合撚線４の中心を通るよう一列に配置された電気信号線群２ｂを構成すると共に、これら４本の電気信号線２の配置方向中心となる両側にそれぞれ電気信号線２（以下、外側電気信号線２ｅ）を配置し、各外側電気信号線２ｅの上下に、電気信号線群２ｂに関して対称となるよう光ファイバ３をそれぞれ配置した。

つまり、複合ケーブル１では、各光ファイバ３は対角となる位置（図１の例では、４本の光ファイバ３の横断面を結んで形成される正方形の頂点位置）に配置される。言い換えれば、６本配置した電気信号線２の外側の隙間に、互いに離れて最密となるように４本の光ファイバ３を配置した。複合ケーブル１は、構造面および機能面から最密である。

各電気信号線２と各外側電気信号線２ｅは、導体の外周に絶縁体を被覆してなり、同じものである。各光ファイバ３としては、シングルモード光ファイバ、あるいは短距離の場合にはマルチモード光ファイバを用いる。

これら各電気信号線２と、各外側電気信号線２ｅと、各光ファイバ３とを配置して束ねた後、全体撚りすると、集合撚線４が得られ、さらにその集合撚線４を被覆層５で覆うと、複合ケーブル１が得られる。

各電気信号線２は、電圧が約３〜１０Ｖの交流あるいは直流信号を伝送するための電線である。被覆層５を形成する材料としては、高、中、低密度、超低密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、シリコーンゴムのいずれかを用いるとよい。特に、各種ポリエチレンは耐摩耗性、耐水性、耐候性に優れ、押出被覆しやすく、長尺物の製造に適している。複合ケーブル１を室内で使用する場合には、被覆層５を形成する材料として、ポリ塩化ビニルを用いてもよい。

第１の実施形態の作用を説明する。

複合ケーブル１は、電気信号線２が、少なくとも集合撚線４の中心部に配置されており、光ファイバ３が、集合撚線４の中心に関して対称となるよう集合撚線４の中心部に配置された電気信号線２の周囲に複数本配置されている。

このため、複合ケーブル１は、光ファイバ３の１本１本が周囲の電気信号線２と被覆層５に守られ、従来のように光ファイバをケーブル中心部に配置したものに比べ、各光ファイバ３の曲げを防止でき、曲げ損失を小さくできる。

特に、複合ケーブル１では、電気信号線２の外側に各光ファイバ３を配置することにより、電気信号線２と光ファイバ３を複数本撚り合わせた場合に、各光ファイバ３に生じる小曲げの径が、各光ファイバを内側に複数本配置したときよりも大きくなり、光損失に与える影響が小さくなる。

さらに、複合ケーブル１は、各光ファイバ３を互いに離れるように複数本配置して集合撚線４を構成することで、光ファイバ３同士が接触することはなく、部品数を増やすことなく、各光ファイバ３に加わるテンション（応力）を低減（ストレスを緩和）できる。

複合ケーブル１のように、６本の電気信号線２と４本の光ファイバ３を用い、各光ファイバ３を対角となる位置に配置した場合、最密構造となり、各光ファイバ３のみならず、隣り合う２本の電気信号線２も長さがほぼ同じになるので、データや信号の遅れを防止できる。

また、複合ケーブル１は、集合撚線４の中心部に配置した電気信号線２や、その周りの外側電気信号線２ｅが、各光ファイバ３に与えるテンションを吸収する抗張力体の役目を果たすため、各光ファイバ３に加わるテンションをさらに低減できる。

したがって、複合ケーブル１は、光信号の伝送損失が小さく、ケーブル外径が小さく、しかも部品数が少なくて安価な複合ケーブルである。

また、図２に示す第２の実施形態に係る複合ケーブル２１のように、横断面で見て、集合撚線４の中心部に電気信号線２を３本上下に縦列配置して電気信号線群２ｂを構成すると共に、これら３本の電気信号線２の配置方向中心となる両側の上下に、電気信号線群２ｂに関して対称となるよう光ファイバ３を合計４本それぞれ配置してもよい。

図３に示す第３の実施形態に係る複合ケーブル３１のように、横断面で見て、集合撚線４の中心部に電気信号線２を３本上下に縦列配置して電気信号線群２ｂを構成すると共に、これら３本の電気信号線２の配置方向中心となる両側にそれぞれ外側電気信号線２ｅを合計２本配置し、各外側電気信号線２ｅの上下に、電気信号線群２ｂに関して対称となるよう光ファイバ３を合計４本それぞれ配置してもよい。複合ケーブル３１では、３本左右に並列配置した電気信号線２で電気信号線群を構成してもよい。

複合ケーブル２１，３１によっても図１の複合ケーブル１と同じ作用効果が得られる。特に、複合ケーブル１，２１，３１のように、電気信号線２を３本、５本または６本とし、光ファイバ３を４本とする構成により、光ファイバ３と電気信号線２の配置がほぼ対称となり、撚り合わせ時に局所的に高い応力が生じることを抑制することができる。

これに対し、電気信号線２が４本の場合には、光ファイバ３を外側に配置することが難しい。また、電気信号線２が７本以上では、電気信号線２の本数が多くなるに伴ってケーブル外径が大きくなることから、単位断面積あたりの情報伝送量が小さくなり、光ファイバによる高速伝送のメリットを十分に発揮できない。

次に、第４の実施形態を説明する。

図４に示すように、第４の実施形態に係る複合ケーブル４１は、上述した機器間通信において、データ、制御信号、電源用などの電力の３つをまとめて伝送するために使用される。

この複合ケーブル４１は、図１の複合ケーブル１の構成に加え、集合撚線４の両側に、その集合撚線４の両側に沿って（這わせて）、かつ集合撚線４から離して電力線４２，４２をそれぞれ配置し、これら電力線４２，４２と被覆層５を横断面が矩形状の外部被覆層４３で共に覆い、その外部被覆層４３に、集合撚線４を被覆層５と共に各電力線４２，４２から分離するための分離用スリット４４を形成したものである。

各電力線４２は、電気信号線２に比べ、導体の外径が大きく、最高使用電圧が高いものである。より詳細にいえば、各電力線４２は、交流あるいは直流で電圧が最大約１００Ｖ（直流の場合は一般的には電圧が最大約１２Ｖ）の電力を伝送するための電線である。

外部被覆層４３を形成する材料は、被覆層５と同じ材料にするとよい。分離用スリット４４は、横断面が略Ｖ字（くさび）状であり、被覆層５と各電力線４２間に位置する外部被覆層４３表面の長手方向に沿った上下に、上下２個が対向するように合計４個形成した。

この複合ケーブル４１によれば、電気信号線２、光ファイバ３、電力線４２を複合しつつ、図１の複合ケーブル１と同じ作用効果が得られる。

また、複合ケーブル４１は、被覆層５の左右両側に電力線４２，４２を配置しているため、両電力線４２，４２が抗張力体としての役目を果たし、光ファイバ３に加わるテンションをより緩和できる構造である。

すなわち、複合ケーブル４１では、電力線４２，４２を被覆層５に這わすことにより、複合ケーブル４１が強い圧力で引っ張られた場合に、電力線４２，４２は太いことから電力線４２，４２がテンションメンバの役割を果たし、各光ファイバ３の破壊を防止できる。

さらに、複合ケーブル４１では、その端末部において、電気信号線２および光ファイバ３と電力線４２は用途や使用場所が異なることから、分離用スリット４４を境にして複合ケーブル１と各電力線４２を分離できるため、端末処理や接続作業が簡単である。

ここで、複合ケーブル４１（電力／光／電気信号複合配線）の使用例を図５を用いて簡単に説明する。図５の左側が電力、データの送信元であり、右側が受信部である。電力・データの伝送方向は矢印Ｓで示した。

図５に示すように、複合ケーブル４１は、例えば上述した機器間通信を行うため、光電変換機能を有する高速信号用端末５１Ａと、低速信号用端末５１Ｂ間を接続するケーブルとして使用される。端末５１Ａ，５１Ｂ内では、複合ケーブル４１を端末処理し、各電気信号線２と各光ファイバ３（図４参照）をそれぞれ外部電気信号線５２Ｅａ，５２Ｅｂに直接接続する一方で、各電力線４２（図４参照）をそれぞれ外部電力線５３Ｐａ，５３Ｐｂに直接接続する。

複合ケーブル４１の両端末では、電力線と信号線（光信号、電気信号）の間に形成した分離用スリット４４（図４参照）を利用して、配線をそれぞれ分岐している。

この通信システムの動作を簡単に説明する。

送信側機器から外部電気信号線５２Ｅａで伝送された電気信号の一部の高速信号（２５ＭＢｉｔ／ｓ以上）は、端末５１Ａで光信号に変換され、複合ケーブル４１の光信号線を通して端末３１Ｂに伝達される。伝達された光信号は、端末５１Ｂで電気信号に変換され、電気信号線５２Ｅｂを介して受信側機器に伝送される。

電力も同様に、送信側機器から、外部電気信号線５２Ｅａとは異なる外部電力線５３Ｐａで伝送された電力は、端末５１Ａを介して複合ケーブル４１に伝送され、複合ケーブル４１を伝送後に、端末５１Ｂ、外部電力線５３Ｐｂを介して受信側機器に伝送される。

ここで、端末５１Ａでの電気信号から光信号への変換は、例えば、電気信号を光信号に変換するレーザーの一種であるＶＣＳＥＬ（面発光レーザー）素子と、ＶＣＳＥＬ素子駆動用のドライバＩＣとで行う。また、端末５１Ｂでの光信号から電気信号への変換は、例えば、光信号を電気信号に変換するＰＤ（フォトダイオード）素子と、ＰＤ素子からの電気信号を増幅し、さらに信号波形を整える機能を有するプリアンプＩＣとで行う。

図６に示す第５の実施形態に係る複合ケーブル６１は、図１の複合ケーブル１の構成に加え、集合撚線４の片側に、その集合撚線４の片側に沿って、かつ集合撚線４から離して電力線４２，４２を並列配置し、これら電力線４２，４２と被覆層５を横断面が矩形状の外部被覆層４３で共に覆い、その外部被覆層４３に、集合撚線４を被覆層５と共に両電力線４２，４２から分離するための分離用スリット４４を形成したものである。

この複合ケーブル６１によっても、図４の複合ケーブル４１と同様の作用効果が得られる。

本発明の他の実施形態としては、図７に示す第６の実施形態に係る複合ケーブル７１のように、複数本の光ファイバ３を並列配置させてなるアレイファイバ（テープファイバ）７３と、このアレイファイバ７３の長手方向に沿って複数本配列された電力線２２および電気信号線２とを、外部被覆層４３により一括被覆したものでもよい。

図７では、一例として、複合ケーブル７１の片側（図７では右側）の下部に、６本の電気信号線２を配置すると共に、その上方に４本の光ファイバ３が並列配置されてなるアレイファイバ７３とを配置してケーブル本体７４を構成し、複合ケーブル７１の反対側（図７では左側）に、ケーブル本体７４に沿って、かつケーブル本体７４から離して２本の電力線２２，２２を配置し、これら電力線２２，２２とケーブル本体７４を外部被覆層４３で一括して被覆した。

さらに、複合ケーブル７１では、外部被覆層４３の表面に、電力線２２，２２と、アレイファイバ７３および６本の電気信号線２とを分離する分離用スリット４４を形成した。分離用スリット４４は、ケーブル本体７４と２本の電力線４２，４２間に位置する外部被覆層４３表面の長手方向に沿った上下に、上下で対向するように合計２個形成した。

この他の実施形態において、電気信号線の配置は不問である。また、複数本配置した電気信号線２とアレイファイバ７３間に位置する外部被覆層４３の側部に、複数本の電気信号線２とアレイファイバ７３を分離するための分離用スリットを形成すれば、その分離用スリットを境にして電気信号線とアレイファイバを分離することもできる。

上記実施形態では、横断面が矩形状の外部被覆層４３を用いた例で説明したが、横断面が楕円状あるいは円形状の外部被覆層を用いてもよい。

また、電気信号線２と光ファイバ３の本数は、ともに偶数本にしてもよい。これは、電気信号線２は、信号の遅れを極力防止するため、隣り合う２本を１ペアで使用することが多く（例えば、差動伝送の場合）、光ファイバ３も送信用と受信用で分けて使用することが多いからである。

上記各実施形態に係る複合ケーブルは、例えば、高速のデータと低速のデータが混在したディスプレイインターフェイス用ケーブルとしても用いることが可能である。この場合、ディスプレイへの電源供給も同時に可能となる。

また、他の用途として、遠隔操作のカメラのインターフェースとして使用可能である。その場合、電源の供給はカメラの操作側からカメラへ、データはカメラから操作側へ送られ、低速信号はカメラの制御線として使用可能である。

本発明の好適な第１の実施形態を示す複合ケーブルの横断面図である。 本発明の第２の実施形態を示す複合ケーブルの横断面図である。 本発明の第３の実施形態を示す複合ケーブルの横断面図である。 本発明の第４の実施形態を示す複合ケーブルの横断面図である。 図４に示した複合ケーブルの使用例を示す概略図である。 本発明の第５の実施形態を示す複合ケーブルの横断面図である。 本発明の第６の実施形態を示す複合ケーブルの横断面図である。

符号の説明

１ 複合ケーブル
２ 電気信号線
３ 光ファイバ
４ 集合撚線
５ 被覆層

Claims (10)

1. 光ファイバと電気信号線を撚り合わせてなる集合撚線と、上記集合撚線の周囲に形成された被覆層とを備え、
   上記電気信号線は、少なくとも上記集合撚線の中心部に配置されており、上記光ファイバは、上記集合撚線の中心に関して対称となるよう上記中心部に配置された上記電気信号線の周囲に複数本配置されていることを特徴とする複合ケーブル。
2. 上記電気信号線は、上記集合撚線の中心に関して対称となるよう複数本配置されている請求項１記載の複合ケーブル。
3. 上記複数本配置された電気信号線は、上記集合撚線の中心を通るよう一列に配置された電気信号線群を含み、上記電気信号線群に関して対称となるよう上記光ファイバが配置されている請求項１又は２に記載の複合ケーブル。
4. 上記集合撚線の両側に、該集合撚線の長手方向に沿って電力線が配置されており、上記電力線と上記被覆層が共に外部被覆層により被覆されている請求項１〜３のいずれかに記載の複合ケーブル。
5. 上記集合撚線の片側に、該集合撚線の長手方向に沿って電力線が配置されており、上記電力線と上記被覆層が共に外部被覆層により被覆されている請求項１〜３のいずれかに記載の複合ケーブル。
6. 上記外部被覆層の表面に、上記集合撚線を上記被覆層と共に上記電力線から分離する分離用スリットを有する請求項４又は５に記載の複合ケーブル。
7. 上記分離用スリットは、上記集合撚線と上記電力線との間に対向して設けられている請求項６に記載の複合ケーブル。
8. 複数本の光ファイバを並列配置させてなるアレイファイバと、上記アレイファイバの長手方向に沿って複数本配列された電力線および信号用電線とが、外部被覆層により一括に被覆されていることを特徴とする複合ケーブル。
9. 上記外部被覆層の表面に、上記電力線と上記アレイファイバとを分離する分離用スリットが設けられている請求項８に記載の複合ケーブル。
10. 上記分離用スリットは、上記電力線と上記アレイファイバとの間に対向して設けられている請求項９に記載の複合ケーブル。

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