JP2012059430A - 光電気複合ケーブル - Google Patents
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Abstract
【課題】ケーブルを大径化させず、光ファイバに外力が付与されることを抑え、光ファイバの良好な伝送特性を維持しつつ狭いスペース等へ円滑に配線することが可能な光電気複合ケーブルを提供する。
【解決手段】外被20の内側に光ファイバ心線12と電線15a,15bとを有する光電気複合ケーブル11であって、光ファイバ心線12は保護チューブ13の内側に収容され、電線15a,15bは複数本を並列にまとめた4つ以上の電線ユニット31,32とされ、電線ユニット31,32は、それぞれの中心線Oが周方向へ略等間隔に配置されるように、保護チューブ13の周囲に収容されている。
【選択図】図1
【解決手段】外被20の内側に光ファイバ心線12と電線15a,15bとを有する光電気複合ケーブル11であって、光ファイバ心線12は保護チューブ13の内側に収容され、電線15a,15bは複数本を並列にまとめた4つ以上の電線ユニット31,32とされ、電線ユニット31,32は、それぞれの中心線Oが周方向へ略等間隔に配置されるように、保護チューブ13の周囲に収容されている。
【選択図】図1
Description
本発明は、電線及び光ファイバを有する光電気複合ケーブルに関する。
医療機器、携帯端末、小型ビデオカメラ、パーソナルコンピュータまたはPDA(Personal Digital Assistant)等の電子機器において、機能のさらなる高度化に伴い高速通信が要求されている。このため、電線と光ファイバを組み合わせた光電気複合ケーブルを用いることが行われている。
光電気複合ケーブルとしては、光ファイバの外周に緩衝層を設け、その外周にシースを設け、このシースの外側に電線を配し、その外周に外被を設けたものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
また、芯材の外周に間隔的に光ファイバが複数本配置され、その外側に芯材と光ファイバとを被覆する区画シートが設けられ、この区画シートの外側で光ファイバの間隔に相当する位置に、カッド撚りした電線が配置され、これらの外側に外被が設けられたものが知られている(例えば、特許文献2参照)。
ところで、外周に配置する電線が、長手方向に沿って凹凸を繰り返す形状のツイスト線であったり、カッド撚りした撚り線であると、ケーブルの大径化を招き、狭いスペース等へ円滑に配線することが困難となる。
また、撚り線などの電線が周方向に偏って配置され、ケーブルの外周面に凹凸が形成されていびつな形状となると、ケーブルが曲げられた際に光ファイバが局所的に曲げられたり側圧が大きくなるおそれがある。この場合、外被内に介在を収容してケーブルの外径を整えることが考えられるが、凹凸を小さくするような介在を収容することによってケーブルのさらなる大径化を招いてしまう。
また、撚り線などの電線が周方向に偏って配置され、ケーブルの外周面に凹凸が形成されていびつな形状となると、ケーブルが曲げられた際に光ファイバが局所的に曲げられたり側圧が大きくなるおそれがある。この場合、外被内に介在を収容してケーブルの外径を整えることが考えられるが、凹凸を小さくするような介在を収容することによってケーブルのさらなる大径化を招いてしまう。
本発明の目的は、ケーブルを大径化させず、光ファイバに外力が付与されることを抑え、光ファイバの良好な伝送特性を維持しつつ狭いスペース等へ円滑に配線することが可能な光電気複合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の光電気複合ケーブルは、外被の内側に光ファイバと電線とを有する光電気複合ケーブルであって、
前記光ファイバは、チューブの内側に収容され、
前記電線は、複数本を並列にまとめた4つ以上の電線ユニットとされ、
前記電線ユニットは、それぞれの中心線が周方向へ略等間隔に配置されるように、前記チューブの外周に収容されていることを特徴とする。
前記光ファイバは、チューブの内側に収容され、
前記電線は、複数本を並列にまとめた4つ以上の電線ユニットとされ、
前記電線ユニットは、それぞれの中心線が周方向へ略等間隔に配置されるように、前記チューブの外周に収容されていることを特徴とする。
本発明の光電気複合ケーブルにおいて、前記チューブの外周面には、収容凹部が長手方向に沿って形成され、前記電線ユニットは、その少なくとも一部が前記収容凹部に収容されていることが好ましい。
本発明の光電気複合ケーブルによれば、複数本の電線を並列にまとめた4つ以上の電線ユニットがチューブの周囲に収容された構造であるので、ツイスト線やカッド撚りの撚り線をチューブの周囲に収容する場合と比較して、小径化を図ることができる。これにより、ケーブルを大径化させず、光ファイバに外力が付与されることを抑え、光ファイバの良好な伝送特性を維持しつつ狭いスペース等へ円滑に配線することができる。
しかも、4つ以上の電線ユニットを、その中心線が周方向へ略等間隔となるようにバランス良く配置して収容した構造であるので、介在を使う必要がなくなる。そして、ケーブル外周面における凹凸を極力抑え、ケーブルが曲げられた際の光ファイバへの局所的な側圧の付与を防止することができる。
しかも、4つ以上の電線ユニットを、その中心線が周方向へ略等間隔となるようにバランス良く配置して収容した構造であるので、介在を使う必要がなくなる。そして、ケーブル外周面における凹凸を極力抑え、ケーブルが曲げられた際の光ファイバへの局所的な側圧の付与を防止することができる。
以下、本発明に係る光電気複合ケーブルの実施形態の例を、図面を参照して説明する。
図1に示すように、光電気複合ケーブル11は、最外層である外被20の内側に、光ファイバ心線(光ファイバ)12と複数本の電線15とを有する。光ファイバ心線12は複数本設けられ、光電気複合ケーブル11の断面中央に配置された保護チューブ(チューブ)13内に収容されている。
図1に示すように、光電気複合ケーブル11は、最外層である外被20の内側に、光ファイバ心線(光ファイバ)12と複数本の電線15とを有する。光ファイバ心線12は複数本設けられ、光電気複合ケーブル11の断面中央に配置された保護チューブ(チューブ)13内に収容されている。
外被20の内側であって保護チューブ13の外側は、収容部14とされており、この収容部14には複数本の電線15が配置されている。
電線15としては、電力供給用の電力線として用いられる4本一組の電線15a、及び、例えば、差動伝送用の信号線として用いられる2本一組の電線15bがある。なお、差動伝送用の信号線の場合、電線15bは2本一組となるが、信号線としては、2本一組であれば、差動伝送用に限らず他の用途の信号線として用いられる場合もある。
電線15としては、電力供給用の電力線として用いられる4本一組の電線15a、及び、例えば、差動伝送用の信号線として用いられる2本一組の電線15bがある。なお、差動伝送用の信号線の場合、電線15bは2本一組となるが、信号線としては、2本一組であれば、差動伝送用に限らず他の用途の信号線として用いられる場合もある。
電力線からなる4本の電線15aは、並列にまとめられて2つの電力供給用の電線ユニット31として形成されている。また、信号線からなる2本の電線15bも、並列にまとめられて2つの通信用の電線ユニット32として形成されている。これらの4つの電線ユニット31,32が、保護チューブ13の周囲に縦添えされて収容されている。なお、電線ユニット31,32は、保護チューブ13の周囲における1/2から3/4程度の範囲に設けられるのが好ましい。
電線ユニット31,32は、収容部14内において、それぞれの横断面の中心線Oが周方向へ略等間隔に配置されるように収容されている。本例では、4つの電線ユニット31,32を有していることから、これらの電線ユニット31,32は、光電気複合ケーブル11の軸に垂直な断面で見て互いに隣接する電線ユニット31,32同士が、それぞれケーブル中心軸を中心として90度ずれた位置に配置されている。
電線15a,15bとしては、何れも錫メッキが施された軟銅線または銅合金線からなる素線を複数本撚り合わせた導体を外被によって覆った絶縁ケーブルを用いることができ、例えば、AWG(American Wire Gauge)の規格によるAWG20〜46程度のケーブルを用いるのが好ましい。絶縁ケーブルの外被の材料としては、耐熱性、耐薬品性、非粘着性、自己潤滑性などに優れた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共重合体(PFA)樹脂等のフッ素樹脂を用いるのが好ましい。また、絶縁ケーブルの外被としては、ポリエチレン(PE)樹脂やポリ塩化ビニル(PVC)樹脂を用いても良い。なお、絶縁ケーブルとしては、平型電線を用いても良く、また、複数本の細線を撚り合わせたものでも良い。
複数本の電線15a,15bを並列にまとめてユニット化して、電線ユニット31,32とするには、複数本の電線15a,15bを並列にしてテープ状にユニット化すれば良い。電線ユニット31,32を作製するには、絶縁ケーブル(電線15a,15b)の外被部分を接着材で接着したり、絶縁ケーブルの外被部分を相互に融着すれば良い。また、並列に並べた絶縁ケーブルを接着テープ上に並べて一体化しても良く、さらには、並列に並べた絶縁ケーブルの外周を接着テープで覆って一体化しても良い。接着テープで絶縁ケーブルの外周を覆うには、絶縁ケーブルに対して接着テープを縦巻き、または螺旋巻きすれば良い。また、複数本の絶縁ケーブルを並列に並べ、その表裏からフィルムを貼り合わせて一体化しても良い。また、複数本の導体を並列に並べて絶縁樹脂によって押出被覆して電線ユニット31,32としても良い。また、複数本の絶縁ケーブルを並列に並べ、これらの絶縁ケーブルをさらに樹脂によって押出被覆することにより、外被の外周にジャケット層を有する構造としても良い。
なお、絶縁ケーブルを一体化させるための接着テープ、フィルムあるいはジャケット層の厚さは、絶縁ケーブルの厚さより薄くするのが好ましい。
各電線ユニット31,32は、厚さが略同一とされている。例えば、これらの電線ユニット31,32の厚さは、何れも0.7mm程度である。したがって、絶縁ケーブルから電線ユニット31,32を形成するには、それぞれ同一外径の電線15a,15bを用いるのが好ましい。電力供給用の電線ユニット31では、供給する電力量に応じて導体の断面積を増減させる必要がある。したがって、電力供給用の電線ユニット31では、通信用の電線ユニット32と厚さを統一させるため、信号線である電線15bと同一外径の電線15aの本数を増減させることにより、供給する電力量に対応させるとよい。
上記のように電線ユニット31,32が収容された収容部14の周囲には、押さえ巻き18、シールド層19及び外被20が順に設けられている。
保護チューブ13内に収容された光ファイバ心線12は、コアとクラッドからなるガラスファイバの周囲に紫外線硬化型樹脂からなる被覆層を形成したものであり、コア径が0.08mm、ガラスファイバの外径が0.125mmとされ、被覆層の外径が0.25mmとされている。また、さらに被覆層を設けて外径0.9mmの光ファイバ心線12としたり、光ファイバ心線12をさらに抗張力繊維及び被覆層で覆った光ファイバコードとしてもよい。
光ファイバ心線12としては、コアがガラスから形成されクラッドが高硬度プラスチックから形成されて折れ曲がり(キンク)に強く破断しにくいハードプラスチッククラッドファイバ(H−PCF)や、コア及びクラッドがプラスチックからなるプラスチックファイバであってもよい。光ファイバ心線12はマルチモードファイバでもシングルモードファイバでもよい。マルチモードファイバは特にGI(グレーデッドインデックス)コア型が望ましい。ガラスファイバである場合はGIコアの周囲に屈折率が小さくなるW型構造(トレンチ構造)があると更に望ましい。
光電気複合ケーブル11が、例えば、医療用のセンサコードであるCCDコードのようにあまり小さな径に曲げることなく用いられる場合は、光ファイバ心線12としてガラスファイバが使用可能であり、USB(Universal Serial Bus)ケーブルやHDMI(High-Definition Multimedia Interface)ケーブルのように小さな径に曲げられることがある場合は、ハードプラスチッククラッドファイバを用いるのが好ましい。
保護チューブ13の内側には、2本の光ファイバ心線12が収容されている。この保護チューブ13の内側には、光ファイバ心線12だけを収容しても良いが、光ファイバ心線12とともに抗張力繊維や介在を収容して強度を高めても良い。保護チューブ13の内部には、3本以上の光ファイバ心線12を収容する場合もあり、また、1本の光ファイバ心線12を収容する場合もある。複数本の光ファイバ心線12を保護チューブ13に収容する場合、光ファイバ心線12は、撚ることなく縦添えする。
保護チューブ13としては、外力から光ファイバ心線12を保護しつつ電線15等からの側圧を良好に吸収する緩衝材としての機能を有する必要がある。このため、この保護チューブ13は、弾性率が300MPa以上の樹脂から形成され、厚さが0.2mm以上とされている。本例では、保護チューブ13は、内径が約0.5mm、外径が約0.9mmとされ、厚さが約0.2mmとされている。
このように、光ファイバ心線12が、300MPa以上の弾性率を有する樹脂から形成されて0.2mm以上の厚さを有する保護チューブ13内に収容されているので、光ファイバ心線12への側圧を保護チューブ13により保護して小さく抑えることができる。
このような保護チューブ13の材料としては、機械的強度に優れた樹脂材料であるテトラフルオロエチレン−エチレン共重合体(ETFE)樹脂を用いるのが好ましく、ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂を使用してもよい。
この保護チューブ13は、配列させた光ファイバ心線12の周囲に樹脂を押出被覆することによって、光ファイバ心線12を覆うように形成される。
この保護チューブ13は、配列させた光ファイバ心線12の周囲に樹脂を押出被覆することによって、光ファイバ心線12を覆うように形成される。
押さえ巻き18としては、耐熱性、耐摩耗性などに優れたポリエチレンテレフタレート(PET)樹脂から形成された樹脂テープが用いられる。なお、この押さえ巻き18としては、紙テープやポリテトラフルオロエチレン(PTFE)樹脂の樹脂テープを用いても良い。
シールド層19は、外径数十μm(例えば、外径0.03mmまたは0.04mm程度)の錫メッキされた銅線または銅合金線を編組したもので、約0.06mmの厚さに形成されている。なお、シールド層19としては、銅線または銅合金線を横巻きしても良く、また、ポリエチレンテレフタレート(PET)樹脂から形成された樹脂テープに銅箔やアルミニウム箔が形成された金属樹脂テープを巻いても良い。
外被20は、ポリ塩化ビニル(PVC)やポリオレフィン系樹脂等から形成されている。非ハロゲンのポリオレフィン系樹脂としては、エチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA)、ポリエチレン(PE)、スチレンエチレンブチレンスチレンブロック共重合体(SEBS)などのエラストマの混合物がある。また、ポリエチレン(PE)に、耐候剤、酸化防止剤、老化防止剤を添加したものでも良い。なお、このポリエチレン(PE)を用いた外被20としては、難燃剤を含まない非難燃性のものでも良い。外被20は、厚さが約0.2mmであり、外径は3.0mmである。
このように構成された光電気複合ケーブル11によれば、複数本の電線15a,15bを並列にまとめた4つの電線ユニット31,32が保護チューブ13の周囲の収容部14に収容された構造であるので、STP(shielded twist pair cable)やUTP(unshielded twist pair cable)などのツイスト線やカッド撚りの撚り線を保護チューブ13の周囲に収容する場合と比較して、収容箇所の厚さを薄くして小径化を図ることができる。これにより、ケーブルを大径化させず、光ファイバ心線12に外力が付与されることを抑え、光ファイバ心線12の良好な伝送特性を維持しつつ狭いスペース等へ円滑に配線することができる。
また、4つの電線ユニット31,32を、その中心線Oが周方向へ略等間隔となるようにバランス良く配置して収容した構造であるので、収容部14に介在を設けることによる大径化を招くことなく、ケーブル外周面における凹凸を極力抑え、ケーブルが曲げられた際の光ファイバ心線12への局所的な側圧の付与を防止することができる。
これにより、ケーブルを大径化させず、光ファイバ心線12に外力が付与されることを抑え、光ファイバ心線12の良好な伝送特性を維持しつつ狭いスペース等へ円滑に配線することが可能な光電気複合ケーブル11とすることができる。
この光電気複合ケーブル11では、電線15a,15bをユニット化してバランス良く配置させたので、光電気複合ケーブル11の端末部分において、電線15a,15bを周方向の一箇所へ束ねる際にも、電線15a,15bの捻れを極力抑えて作業性を向上させることができる。また、電線15a,15bをユニット化してバランス良く配置させたことにより、外被20を押出して光電気複合ケーブル11を製造する際にも、光ファイバ心線12を収容する保護チューブ13及び電線ユニット31,32からなる集合コアの捻れを最小限に抑えることができ、生産性を向上させることができる。
また、収容部14の周囲をシールド層19によって覆っているので、通信用の電線ユニット32における電気信号による影響を良好に抑えることができる。
上記の光電気複合ケーブル11において、光ファイバ心線12は、保護チューブ13の内周面との間にある程度クリアランスを設けることが好ましく、また、光ファイバ心線12と保護チューブ13との間の摩擦係数を0.5以下とするのが好ましい。このようにすると、光電気複合ケーブル11を曲げたときに、光ファイバ心線12を長手方向に適度に移動させることができ、局所的に蛇行することもなく伝送損失の増加を防ぐことができる。例えば、光ファイバ心線12の被覆層及び保護チューブ13のそれぞれの材質を、フッ素系樹脂であるテトラフルオロエチレン−エチレン共重合体(ETFE)樹脂とすると、光ファイバ心線12と保護チューブ13との間の摩擦係数を0.1程度とすることができ、保護チューブ13内において光ファイバ心線12が長手方向へ移動し易くなり、伝送損失の増加を防ぐことができる。
また、光ファイバ心線12の長さとチューブ13の長さの差を3%以下にして、光ファイバ心線12が引っ張られたり撓んだりしていないことが望ましい。もし、長さの差がこれ以上になると、光ファイバ心線12に側圧が掛かったり、光ファイバ心線12が蛇行したりして光ファイバ心線12の伝送損失増の原因になる。
なお、電線ユニット31,32は、5つ以上設けても良く、また、それぞれの電線ユニット31,32を構成する電線15a,15bの本数は、2本または4本に限らず、3本または5本以上であっても良い。
次に、上記実施形態の変形例に係る光電気複合ケーブルについて説明する。
図2に示す光電気複合ケーブル11Aでは、電力供給用の電線ユニット31が、通信用の電線ユニット32の電線15bよりも大径の2本の電力線からなる電線15aを備えている。この電線ユニット31は、断面視楕円形状に形成されており、信号線用の電線ユニット32よりも厚さが大きい。
図2に示す光電気複合ケーブル11Aでは、電力供給用の電線ユニット31が、通信用の電線ユニット32の電線15bよりも大径の2本の電力線からなる電線15aを備えている。この電線ユニット31は、断面視楕円形状に形成されており、信号線用の電線ユニット32よりも厚さが大きい。
このような電線ユニット31を備えた光電気複合ケーブル11Aでは、保護チューブ13の外周面に、収容凹部33が長手方向に沿って形成されており、この収容凹部33に電線ユニット31の一部が収容されている。これにより、光電気複合ケーブル11Aの中心に対する電線ユニット31,32の周方向の位置が揃えられている。
なお、収容凹部33は、電線ユニット31の外形にあった形状とするのが好ましいが、電線ユニット31が収容可能であれば、電線ユニット31の外径と異なる形状であっても良い。
なお、収容凹部33は、電線ユニット31の外形にあった形状とするのが好ましいが、電線ユニット31が収容可能であれば、電線ユニット31の外径と異なる形状であっても良い。
このような構成の光電気複合ケーブル11Aの場合も、ケーブルを大径化させず、光ファイバ心線12に外力が付与されることを抑え、光ファイバ心線12の良好な伝送特性を維持しつつ狭いスペース等へ円滑に配線することができる。
また、保護チューブ13の外周面に形成された収容凹部33に電線ユニット31を収容した構造であるので、収容部14における電線ユニット31の位置ずれを防止することができ、電線15a,15bからなる電線ユニット31,32の良好な配置バランスを維持することができる。
なお、上記の光電気複合ケーブル11Aでは、保護チューブ13の外周面に収容凹部33を形成したために、保護チューブ13の内周面に凸部34が形成されたものを例示したが、保護チューブ13の内周面は、円形に形成するのが好ましい。
また、上記の光電気複合ケーブル11Aでは、電力線用の電線ユニット31を収容する収容凹部33を保護チューブ13に形成したが、テープ状の通信用の電線ユニット32を収容する収容凹部33を保護チューブ13に形成し、通信用の電線ユニット32も収容凹部33へ収容しても良い。
11,11A:光電気複合ケーブル、12:光ファイバ心線(光ファイバ)、13:保護チューブ(チューブ)、15a,15b:電線、20:外被、31,32:電線ユニット、33:収容凹部、O:中心線
Claims (2)
- 外被の内側に光ファイバと電線とを有する光電気複合ケーブルであって、
前記光ファイバは、チューブの内側に収容され、
前記電線は、複数本を並列にまとめた4つ以上の電線ユニットとされ、
前記電線ユニットは、それぞれの中心線が周方向へ略等間隔に配置されるように、前記チューブの周囲に収容されていることを特徴とする光電気複合ケーブル。 - 請求項1に記載の光電気複合ケーブルであって、
前記チューブの外周面には、収容凹部が長手方向に沿って形成され、前記電線ユニットは、その少なくとも一部が前記収容凹部に収容されていることを特徴とする光電気複合ケーブル。
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