JP2015099750A - 炭素繊維を用いた導伝ケーブル - Google Patents
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Abstract
【課題】単位長さあたりの重量が従来のケーブルに比較して格段に小さく、かつ十分な強度を有する炭素繊維を用いた導伝ケーブルを提供することを目的とする。【解決手段】複数の光ファイバ１１と、複数の光ファイバ１１を収納する金属製チューブ１３と、金属製チューブ１３に充填されるワセリン１２と、金属製チューブ１３を被覆する樹脂１４と、樹脂１４を被覆する耐水膜１５と、耐水膜１５を被覆する複数の炭素繊維束１６と、複数の炭素繊維束１６を被覆する絶縁テープ１７と、絶縁テープ１７を被覆するシース１８と、を有する海底ケーブル１０としたことを特徴とする炭素繊維を用いた導伝ケーブル。【選択図】図１
Description
本発明は、補強材として炭素繊維を用いた導伝ケーブルに関する。
現在、同軸ケーブル、送電ケーブル等の種々のケーブルが一般的に用いられている。中でも、光ファイバを用いた海底ケーブルは、大きな強度が要求されるため補強材として大量の鋼鉄線が用いられている。このように、大量の鋼鉄線を使用するのは光ファイバが機械的歪みに敏感であり、少しのケーブルの歪みであっても光ケーブルによる通信に支障を来すからである。また、例えば特許文献１には、冷媒の循環機構を設けることなく導体の通電による発熱を抑制することにより、取扱性の向上、許容電流の増大、導体の細径化を図った炭素繊維を用いたケーブルに関する技術が開示されている。
しかし、上記した複数の鋼鉄線を用いた海底ケーブルの場合、その重量は大きなものとなり、海底ケーブルの運搬・敷設等においてその作業は多くの困難を伴う。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、単位長さあたりの重量が従来のケーブルに比較して格段に小さく、かつ十分な強度を有する炭素繊維を用いた導伝ケーブルを提供することを目的とする。
本発明は上記目的を達成するため、以下の構成を備えるものである。
（１）複数の光ファイバと、
前記複数の光ファイバを収納する金属製チューブと、
前記金属製チューブに充填されるワセリンと、
前記金属製チューブを被覆する樹脂と、
前記樹脂を被覆する耐水膜と、
前記耐水膜を被覆する複数の炭素繊維束と、
前記複数の炭素繊維束を被覆する絶縁テープと、
前記絶縁テープを被覆するシースと、
を有する海底ケーブルとしたことを特徴とする炭素繊維を用いた導伝ケーブル。
前記複数の光ファイバを収納する金属製チューブと、
前記金属製チューブに充填されるワセリンと、
前記金属製チューブを被覆する樹脂と、
前記樹脂を被覆する耐水膜と、
前記耐水膜を被覆する複数の炭素繊維束と、
前記複数の炭素繊維束を被覆する絶縁テープと、
前記絶縁テープを被覆するシースと、
を有する海底ケーブルとしたことを特徴とする炭素繊維を用いた導伝ケーブル。
（２）内部導体と、
前記内部導体を被覆する樹脂紐と、
前記樹脂紐が被覆された内部導体を収納する樹脂パイプと、
前記樹脂パイプを被覆する炭素繊維クロスと、
前記炭素繊維クロスを被覆するスロットを備えた外部導体と、
前記外部導体を被覆するシースと、
を有する漏洩同軸ケーブルとしたことを特徴とする炭素繊維を用いた導伝ケーブル。
前記内部導体を被覆する樹脂紐と、
前記樹脂紐が被覆された内部導体を収納する樹脂パイプと、
前記樹脂パイプを被覆する炭素繊維クロスと、
前記炭素繊維クロスを被覆するスロットを備えた外部導体と、
前記外部導体を被覆するシースと、
を有する漏洩同軸ケーブルとしたことを特徴とする炭素繊維を用いた導伝ケーブル。
（３）炭素繊維束と、
前記炭素繊維束の周囲に配置された複数の光ケーブル芯線と、
前記複数の光ケーブル芯線を被覆する押さえ巻と、
前記押さえ巻の内部に充填された保護層と、
前記押さえ巻を被覆するシースと、
を有する光ケーブルとしたことを特徴とする炭素繊維を用いた導伝ケーブル。
前記炭素繊維束の周囲に配置された複数の光ケーブル芯線と、
前記複数の光ケーブル芯線を被覆する押さえ巻と、
前記押さえ巻の内部に充填された保護層と、
前記押さえ巻を被覆するシースと、
を有する光ケーブルとしたことを特徴とする炭素繊維を用いた導伝ケーブル。
（４）複数のケーブルコアと、
前記複数のケーブルコアを収納する断熱層と、
前記複数のケーブルコアと前記断熱層の間に充填される液体窒素と、
前記断熱層を被覆する防食層と、
前記断熱層に埋め込まれた複数の炭素繊維束と、
を有する超伝導ケーブルとしたことを特徴とする炭素繊維を用いた導伝ケーブル。
前記複数のケーブルコアを収納する断熱層と、
前記複数のケーブルコアと前記断熱層の間に充填される液体窒素と、
前記断熱層を被覆する防食層と、
前記断熱層に埋め込まれた複数の炭素繊維束と、
を有する超伝導ケーブルとしたことを特徴とする炭素繊維を用いた導伝ケーブル。
（５）炭素繊維束と、
前記炭素繊維束の周辺に同心円状に各層交互に反対に撚り合せた硬アルミ線と、
を有する架空送電ケーブルとしたことを特徴とする炭素繊維を用いた導伝ケーブル。
前記炭素繊維束の周辺に同心円状に各層交互に反対に撚り合せた硬アルミ線と、
を有する架空送電ケーブルとしたことを特徴とする炭素繊維を用いた導伝ケーブル。
本発明によれば、単位長さあたりの重量が従来のケーブルに比較して格段に小さく、かつ十分な強度を有する炭素繊維を用いた導伝ケーブルを提供することができる。
以下、本発明を実施するための形態を、実施例により詳しく説明する。
本発明の導伝ケーブルは、ケーブルの内部に補強材として炭素繊維を用いることを特徴としている。「炭素繊維」は、一般的には、「有機繊維を焼成して得られる炭素含有率が９０％以上の繊維」とされている。有機繊維には、炭素原子の他に水素原子や窒素原子などが含まれるが、これを焼成して、ほとんど炭素原子だけからなる繊維としたのが炭素繊維である。炭素繊維は、直径が５〜１５μｍと髪の毛の１／１０程度の太さの繊維が数千本から数万本束ねられ、更にボビンに巻き取られている。炭素繊維の特徴は、比重が鉄の約１／４と軽く、しかも比強度が鉄の１０倍、比弾性率が７倍と非常に高い力学的特性を有している。以下に、種々の炭素繊維を用いたケーブルについて述べる。
［海底ケーブル］
図１に炭素繊維を用いた海底ケーブル１０の内部構造を示す。この海底ケーブル１０では、中心部に複数本の光ファイバ１１が束ねられてワセリン１２で覆われており、更にその外側を銅またはアルミ製の金属製チューブ１３、樹脂のポリカボネード１４、アルミ耐水膜１５で覆われてその外側を補強用の複数本の炭素繊維束１６で被覆した上で、絶縁性を有するマイラーの絶縁テープ１７、シースであるポリエチレン被膜１８で被覆されている。補強用の炭素繊維束１６は、従来の鋼鉄線に比べて比重が鉄の約１／４と軽く、しかも比強度が鉄の１０倍、比弾性率が７倍と非常に高い力学的特性を有しているため、海底ケーブの単位長さ当たりの重量を小さくすることができる。したがって、海底ケーブルの運搬、敷設が格段に容易になる。
図１に炭素繊維を用いた海底ケーブル１０の内部構造を示す。この海底ケーブル１０では、中心部に複数本の光ファイバ１１が束ねられてワセリン１２で覆われており、更にその外側を銅またはアルミ製の金属製チューブ１３、樹脂のポリカボネード１４、アルミ耐水膜１５で覆われてその外側を補強用の複数本の炭素繊維束１６で被覆した上で、絶縁性を有するマイラーの絶縁テープ１７、シースであるポリエチレン被膜１８で被覆されている。補強用の炭素繊維束１６は、従来の鋼鉄線に比べて比重が鉄の約１／４と軽く、しかも比強度が鉄の１０倍、比弾性率が７倍と非常に高い力学的特性を有しているため、海底ケーブの単位長さ当たりの重量を小さくすることができる。したがって、海底ケーブルの運搬、敷設が格段に容易になる。
［漏洩同軸ケーブル］
漏洩同軸ケーブル（Ｌｅａｋ Ｃｏａｘｉａｌ Ｃａｂｌｅ）は、信号を伝送すると同時にケーブルに沿った空間に信号エネルギーの一部を電波として輻射するために、外部導体に使用周波数に応じた一定周期のスロットを設けたアンテナ機能を有する特殊構造の同軸ケーブルである。図２に炭素繊維を用いた漏洩同軸ケーブル２０の内部構造を示す。
漏洩同軸ケーブル（Ｌｅａｋ Ｃｏａｘｉａｌ Ｃａｂｌｅ）は、信号を伝送すると同時にケーブルに沿った空間に信号エネルギーの一部を電波として輻射するために、外部導体に使用周波数に応じた一定周期のスロットを設けたアンテナ機能を有する特殊構造の同軸ケーブルである。図２に炭素繊維を用いた漏洩同軸ケーブル２０の内部構造を示す。
図２に示したように、漏洩同軸ケーブル２０は内部導体２１としてアルミまたは銅パイプが用いられ、この内部導体２１が樹脂製のポリエチレンパイプ２３の中に樹脂紐のＰＥコルデル紐２２で固定されている。そして、ポリエチレンパイプ２３の外側が炭素繊維クロス２４で被覆されている。炭素繊維クロス２４は、レジントランスファーモールディング（ＲＭＴ）法でボードの外板などを成形したり、エポキシ樹脂を含浸した織物プリプレグとして航空機部材や土木建築の補修補強用途などに使用されている。炭素繊維クロス２４の外側は、スロット２５ａを有する外部導体２５が巻かれており、更に外側はシース２６で覆われている。なお、メッセンジャワイヤ２７もシース２６の所定位置に設けられている。シース２６は例えば耐候性に優れた黒色ＰＥが使用される。なお、スロット２５ａは電波を輻射するためのものであり使用周波数に応じて開けられている。
［光ケーブル］
繊細な光ファイバ芯線を収納する光ケーブルは、屋内外での実用に耐えられる構造でなければならない。図３に、炭素繊維を用いた光ケーブル３０の構造を示す。炭素繊維を用いることで、外力の影響を受けにくく、伝送特性の安定した、更に敷設作業がしやすい光ケーブルとすることができる。
繊細な光ファイバ芯線を収納する光ケーブルは、屋内外での実用に耐えられる構造でなければならない。図３に、炭素繊維を用いた光ケーブル３０の構造を示す。炭素繊維を用いることで、外力の影響を受けにくく、伝送特性の安定した、更に敷設作業がしやすい光ケーブルとすることができる。
中心部にテンションメンバとしての炭素繊維束３１を有し、その周りに複数の光ケーブル芯線３２が設置され、これら光ケーブル芯線３２を押さえ巻部３４で固定しその外側をシース３５で被覆されている。なお、押さえ巻部３４の内部はクッション材としての保護層３３で満たされている。中心部に炭素繊維束３１を有することで、従来のように鋼線やＦＲＰを用いた場合より、強度的に強く軽量の光ケーブルにすることができる。
［超伝導ケーブル］
図４に炭素繊維束を用いた超伝導ケーブル４０の構造を示す。図４（ａ）はケーブルコア５０を示す図であり、図４（ｂ）はケーブルコア５０を３本用いた三相交流用の超伝導ケーブル４０を示す図である。ケーブルコア５０は中心に芯材である銅製のフォーマ５１に導体層のビスマス系超伝導線材５２が巻かれており、その上にポリプロピレン製の絶縁層５３、磁気シールド層のビスマス系超伝導線材５４、保護層５５が巻かれている。
図４に炭素繊維束を用いた超伝導ケーブル４０の構造を示す。図４（ａ）はケーブルコア５０を示す図であり、図４（ｂ）はケーブルコア５０を３本用いた三相交流用の超伝導ケーブル４０を示す図である。ケーブルコア５０は中心に芯材である銅製のフォーマ５１に導体層のビスマス系超伝導線材５２が巻かれており、その上にポリプロピレン製の絶縁層５３、磁気シールド層のビスマス系超伝導線材５４、保護層５５が巻かれている。
図４（ｂ）に示すように、超伝導ケーブル４０は３本のケーブルコア５０が断熱層４２の内部に収納されており、断熱層４２の外側は防食層４１で覆われている。そして、ケーブルコア５０と断熱層４２の間は液体窒素４３で充填さている。更に、断熱層４２の層内には、補強用の炭素繊維束４４が複数設けられている。そのため、従来の超伝導ケーブルに比較して、より高強度の超伝導ケーブルであると言える。
［その他のケーブル］
架空送電に用いられる電線にも、炭素繊維を用いることができる。架空導電に用いられる電線には、硬銅線を撚り合せた裸硬銅撚り線（ＨＤＣ：Ｈａｒｄ Ｄｒａｗｎ Ｃｏｐｐｅｒ）や、亜鉛メッキ鋼線を中心とし、その周辺に硬アルミ線を同心円に各層交互反対に撚り合せた鋼心アルミ撚り線（ＡＣＳＲ：Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｓｔｅｅｌ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ）などがある。ここで、鋼心アルミ撚り線の亜鉛メッキ鋼線の代わりに炭素繊維束を使用すれば、電線の単位長さあたりの重量を大幅に低減できることになる。
架空送電に用いられる電線にも、炭素繊維を用いることができる。架空導電に用いられる電線には、硬銅線を撚り合せた裸硬銅撚り線（ＨＤＣ：Ｈａｒｄ Ｄｒａｗｎ Ｃｏｐｐｅｒ）や、亜鉛メッキ鋼線を中心とし、その周辺に硬アルミ線を同心円に各層交互反対に撚り合せた鋼心アルミ撚り線（ＡＣＳＲ：Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｓｔｅｅｌ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ）などがある。ここで、鋼心アルミ撚り線の亜鉛メッキ鋼線の代わりに炭素繊維束を使用すれば、電線の単位長さあたりの重量を大幅に低減できることになる。
本実施例によれば、単位長さあたりの重量が従来のケーブルに比較して格段に小さく、かつ十分な強度を有する炭素繊維を用いた導伝ケーブルを提供することができる。
１０ 海底ケーブル
１１ 光ファイバ
１２ ワセリン
１３ 金属製チューブ
１４ ポリカボネード
１５ アルミ耐水膜
１６，３１，４４ 炭素繊維束
１７ 絶縁テープ
１８ ポリエチレン被膜
２０ 漏洩同軸ケーブル
２１ 内部導体
２２ ＰＥコルデル紐
２３ ポリエチレンパイプ
２４ 炭素繊維クロス
２５ 外部導体
２５ａ スロット
２６，３５ シース
２７ メッセンジャワイヤ
３０ 光ケーブル
３２ 光ケーブル芯線
３３ 保護層
３４ 押さえ巻部
４０ 超伝導ケーブル
４１ 防食層
４２ 断熱層
４３ 液体窒素
５０ ケーブルコア
５１ フォーマ
５２，５４ ビスマス系超伝導線材
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５５ 保護層
１１ 光ファイバ
１２ ワセリン
１３ 金属製チューブ
１４ ポリカボネード
１５ アルミ耐水膜
１６，３１，４４ 炭素繊維束
１７ 絶縁テープ
１８ ポリエチレン被膜
２０ 漏洩同軸ケーブル
２１ 内部導体
２２ ＰＥコルデル紐
２３ ポリエチレンパイプ
２４ 炭素繊維クロス
２５ 外部導体
２５ａ スロット
２６，３５ シース
２７ メッセンジャワイヤ
３０ 光ケーブル
３２ 光ケーブル芯線
３３ 保護層
３４ 押さえ巻部
４０ 超伝導ケーブル
４１ 防食層
４２ 断熱層
４３ 液体窒素
５０ ケーブルコア
５１ フォーマ
５２，５４ ビスマス系超伝導線材
５３ 絶縁層
５５ 保護層
Claims (5)
- 複数の光ファイバと、
前記複数の光ファイバを収納する金属製チューブと、
前記金属製チューブに充填されるワセリンと、
前記金属製チューブを被覆する樹脂と、
前記樹脂を被覆する耐水膜と、
前記耐水膜を被覆する複数の炭素繊維束と、
前記複数の炭素繊維束を被覆する絶縁テープと、
前記絶縁テープを被覆するシースと、
を有する海底ケーブルとしたことを特徴とする炭素繊維を用いた導伝ケーブル。 - 内部導体と、
前記内部導体を被覆する樹脂紐と、
前記樹脂紐が被覆された内部導体を収納する樹脂パイプと、
前記樹脂パイプを被覆する炭素繊維クロスと、
前記炭素繊維クロスを被覆するスロットを備えた外部導体と、
前記外部導体を被覆するシースと、
を有する漏洩同軸ケーブルとしたことを特徴とする炭素繊維を用いた導伝ケーブル。 - 炭素繊維束と、
前記炭素繊維束の周囲に配置された複数の光ケーブル芯線と、
前記複数の光ケーブル芯線を被覆する押さえ巻部と、
前記押さえ巻部の内部に充填された保護層と、
前記押さえ巻部を被覆するシースと、
を有する光ケーブルとしたことを特徴とする炭素繊維を用いた導伝ケーブル。 - 複数のケーブルコアと、
前記複数のケーブルコアを収納する断熱層と、
前記複数のケーブルコアと前記断熱層の間に充填される液体窒素と、
前記断熱層を被覆する防食層と、
前記断熱層に埋め込まれた複数の炭素繊維束と、
を有する超伝導ケーブルとしたことを特徴とする炭素繊維を用いた導伝ケーブル。 - 炭素繊維束と、
前記炭素繊維束の周辺に同心円状に各層交互に反対に撚り合せた硬アルミ線と、
を有する架空送電ケーブルとしたことを特徴とする炭素繊維を用いた導伝ケーブル。
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| JP2013240171A Pending JP2015099750A (ja) | 2013-11-20 | 2013-11-20 | 炭素繊維を用いた導伝ケーブル |
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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