JP4760513B2 - 断線検知機能付ケーブル - Google Patents

Description

本発明は、電源線や信号線を備えた電気ケーブルに係り、特にその電源線や信号線の断線を検知できる断線検知機能を備えた断線検知機能付ケーブルに関するものである。

自動車の電動化に伴い、電源線と信号線を備えた電気ケーブルが、振動や屈曲を多く受ける場所に配策されるようになっている。このような場所に配策された電気ケーブルは、多くの屈曲を受けることにより、電源線や信号線に断線が生じる。

従来の電気ケーブルでは、信号線や電源線の断線を、断線による信号の減衰や供給電源不足により機器が止まることから検知していた。しかしながら、断線により機器が止まって問題となるものについては予め異常を検知して断線の警告を出すことが求められていた。

そこで電源線と信号線の他に、電源線および信号線よりも早く断線する導体または導体と絶縁体を備えた断線検知線を用いて電気ケーブルの屈曲寿命の前に断線の警告を出す方法が検討されてきた（例えば、特許文献１）。

図６（ａ）は、断線検知線を用いた電気ケーブル４０の断面図を示し、図６（ｂ）は、電気ケーブル４０に用いられる断線検知線４１の断面図を示している。

図６において、電気ケーブル４０は、複数本の素線を撚り合わせた導体４２を複数本撚り合わせ、これを絶縁体４３で被覆した電源線または信号線４４を複数本シース４４内に収容して形成され、その電気ケーブル４０内に断線検知線４１が収容される。

断線検知線４１は、電源線または信号線４４と同様に複数本の素線を撚り合わせた導体４５を複数本撚り合わせ、これを絶縁体４６で被覆して形成されるが、導体４５は、電源線または信号線４４の導体４２より屈曲により先に切れるように形成され、その断線を電気的に検出することで断線の警告が行える。

特開２００５−１６６４５０号公報

この断線検知線４１に使われる導体４５は、断線検知線４１自体もある程度の屈曲性が必要なため、細い素線を集合した構成となっている。しかしながら導体４５の断線は一度に全ての素線が切れるというよりも素線１本１本が不定期に切れていき、部分的に素線が断線していても素線同士がある程度接触しているため、導体４５の抵抗変化が捉えにくく、寿命を確実に予測するのは困難であった。また、断線検知線４１の切れた素線が電源線や信号線４４の絶縁体４３を突き抜けてショートを発生するなどの問題もあった。

そこで、本発明の目的は、電源線や信号線を備えるケーブルの屈曲による断線を事前に知らせる信頼性の高い断線検知機能付ケーブルを提供することにある。

上記目的を達成するために請求項１の発明は、電源線や信号線などの電線と断線検知線を備えた断線検知機能付ケーブルにおいて、前記断線検知線としての光ファイバと、該光ファイバに対して屈曲時に接触可能に配した研磨部材とを備えたことを特徴とする断線検知機能付ケーブルである。

請求項２の発明は、前記研磨部材は、繊維やプラスチック製の糸や紐に砥粒成分を塗布した紐状研磨部材からなり、紐状研磨部材を前記光ファイバの長手方向に沿って巻きつけた請求項１に記載の断線検知機能付ケーブルである。

請求項３の発明は、前記研磨部材は、フィルム状の基材の片面に砥粒成分を塗布したフィルム状研磨部材からなり、フィルム状研磨部材を前記光ファイバの長手方向に沿って巻きつけた請求項１に記載の断線検知機能付ケーブルである。

請求項４の発明は、前記研磨部材は、前記光ファイバの周囲の電線の表面に砥粒成分を設けて配した請求項１に記載の断線検知機能付ケーブルである。

請求項５の発明は、前記光ファイバの材質と径は、光ファイバの屈曲寿命が前記電線の屈曲寿命と同等またはそれ以上となるように、選定される請求項１〜４のいずれかに記載の断線検知機能付ケーブルである。

請求項６の発明は、前記光ファイバのコアおよびクラッドの材質と厚さは、前記電線が断線するまえに、前記研磨部材によるクラッドの磨耗により光透過量が減衰するように、選定される請求項１〜５のいずれかに記載の断線検知機能付ケーブルである。

本発明によれば、屈曲過程で摩擦により、断線検知線としての光ファイバのクラッドが薄くなることによる透過光の減衰を検知することによって、ケーブルの寿命を知ることができるという優れた効果を発揮するものである。

以下、本発明の好適な一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１は、本発明の一実施形態に断線検知機能付ケーブルの一実施形態を示す。

本実施形態の断線検知機能付ケーブル１０は、断線検知線としての光ファイバ１１と、その周囲に撚り合わせた電源線や信号線などの６本の電線１２と、それらを被覆するシース１３とからなる。

電源線や信号線などの各電線１２は、１本の導体１４の周りに６本の導体１４を撚り合わせ、その周囲に絶縁体１５を設けて断面略円形にしたものである。各導体１４は、細い素線を集合した撚り線となっている。

シース１３には、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン等の絶縁材料が用いられる。

本実施の形態に用いる光ファイバ１１として、ガラスファイバ、プラスチックファイバ、ポリマークラッドファイバ等が挙げられる。光ファイバ１１の材質や径は、電源線や信号線などの電線１２と同等またはそれ以上の屈曲寿命を有するように、選定することが好ましい。

光ファイバ１１は、コア１６とクラッド１７からなる。コア１６およびクラッド１７の材質と厚さは、後述する研磨部材２０との兼ね合いで、ケーブル１０の屈曲寿命の範囲で、断線前に、光透過量が減衰するように磨耗されるように、選定される。

本実施の形態の研磨部材２０として、図２（ａ）、図２（ｂ）に示されるような紐状研磨部材２０ａを使用する。

紐状研磨部材２０ａは、繊維やプラスチック製の糸や紐に砥粒成分を塗布したものである。砥粒成分は、酸化アルミナ、酸化クロム、ダイヤモンドなどが使用でき、粒径は例えば１００μｍ〜０．１μｍ位のものを選択すると良い。紐状研磨部材２０ａは、光ファイバ１１の長手方向に沿って、複数本が互いに交差するように巻きつけられている。

光ファイバ１１に屈曲が加わったとき、光ファイバ１１の表面と紐状研磨部材２０ａが擦れ合い、光ファイバ１１外周のクラッド１７が磨耗される。

光ファイバ１１の一端には、レーザダイオード、フォトダイオードなどの図示しない光源が接続される。光ファイバ１１の他端には、光ファイバ１１を通過した光を受光する図示しない受光器が接続される。受光器に接続され、受光器によって光信号から変換された電気信号が入力される図示しない信号処理部が設けられている。信号処理部は、入力された電気信号を分析し、断線の警告信号を発生するか否かを判定する。

図３（ａ）、図３（ｂ）は、断線検知線としての光ファイバ１１の断線検知の動作原理を示したものである。

光源から光Ｌを光ファイバ１１に入射し、光ファイバ１１を通過した透過光Ｌｔを受光部で受光し、透過光Ｌｔは受光部で電気信号に変換されて処理装置に送られる。

光ファイバ１１が健全な状態のときには、光Ｌは、図３（ａ）に示すようにコア１６とクラッド１７の境界にて反射されコア１６に閉じ込められて透過光Ｌｔがコア１６を伝搬し、受光部で所定の光強度が検出される。

ケーブル１０に屈曲が加わったとき、光ファイバ１１と研磨部材２０とが擦れあい、光ファイバ１１外周のクラッド１７が徐々に磨耗される。光Ｌは、コア１６とクラッド１７の境界にて反射されコア１７に閉じ込められているが、クラッド１７が磨耗されて薄くなり、摩耗部１８が発生するとコア１６が露出し、その摩耗部１８から光Ｌｌが透過し、漏れ量が増加し透過光Ｌｔの透過光量は減少する。

そこで、予めケーブル１０の屈曲試験を行い、屈曲回数とケーブル１０の屈曲寿命と光ファイバ１１の透過光量との関係を調べておく。信号処理装置は、入力された電気信号から透過光量を検知し、検知した透過光量と既知の屈曲回数とケーブル１０の屈曲寿命と透過光量の関係から、屈曲回数とケーブル１０の屈曲寿命を判定する。

処理装置は、ケーブル１０の屈曲寿命から、断線の恐れがあるレベルと判定したとき、断線の警告信号を発生する。断線の警告信号に基づいて所定の表示機器により人に断線の警告を表示する。人は、断線の警告に基づいて、ケーブル１０を新しいものと交換する。

このように本発明においては、光ファイバ１１の透過光量からケーブル１０の屈曲寿命を判定できる。

断線検知の信号として光を用いているので、電源線や信号線の電気信号に影響を及ぼさないという利点がある。

図４（ａ）、図４（ｂ）は、本発明の他の実施の形態を示したもので、研磨部材２０として、フィルム状研磨部材２０ｂを使用したものである。

フィルム状研磨部材２０ｂは、図４（ｂ）に示すようにＰＥＴ、紙、ＰＰなどのフィルム状の基材２１の片面に砥粒成分２２を塗布したものである。フィルム状研磨部材２０ｂは、砥粒成分２２がクラッド１７に接触するように光ファイバ１１の長手方向に沿って巻きつけられる。

この実施の形態においては、砥粒成分２２がクラッド１７の全面と接触するため、屈曲によるクラッド１７の全面を摩耗させることができ、また外周は基材２１となるため、電線１２の絶縁体１５を摩耗・損傷させることがない。

図５は、本発明のさらに他の実施の形態を示したものである。

図１〜図３の実施の形態においては、光ファイバ１１側に研磨部材２０を配した例で示したが、本実施の形態では、電線１２側に研磨部材２０を配した例を示している。

すなわち、光ファイバ１１の周囲の電源線や信号線などの電線１２の表面の絶縁体１５の外周に研磨部材２０を設けたもので、電線１２の表面には砥粒成分２０ｃが塗布または練りこまれている。

本実施の形態においても、ケーブル１０に屈曲が加わったとき、光ファイバ１１と電線１２が擦れあい、電線１２表面の砥粒成分２０ｃにより光ファイバ１１の外周のクラッド１７が磨耗され、それにより光ファイバ１１を伝搬する光の漏洩量が多くなり透過光量の減衰からケーブル１０の寿命を予測することができる。

上述した実施の形態では、光ファイバ１１をケーブル１０の中心に配置し、その周囲に電源線や信号線等の電線１２を撚り合わせているが、本発明においては、光ファイバ１１を中心線の周囲に配置しても良い。また、光ファイバ１１をケーブル長手方向に縦添えして良い。また、光ファイバ１１を電源線や信号線等の電線１２の内の一方に巻きつけても良い。

このように本発明の断線検知機能付ケーブル１０は、ロボットや自動車の可動機器に接続する電気ケーブルとして使用できる。自動車においては、電動ブレーキハーネスやインホイールモータ用ハーネスのような振動や屈曲が頻繁に加わる電気ケーブルに適用できる。

本発明の一実施の形態を示す断面図である。 図１における断線検知線としての光ファイバに研磨部材を配した例を示す図である。 本発明において、断線検知線としての光ファイバ１１の断線検知の動作原理を説明する図である。 本発明において、断線検知線としての光ファイバに研磨部材を配する他の実施の形態を示す図である。 本発明において、断線検知線としての光ファイバに対して電線側に研磨部材を配する実施の形態を示す図である。 従来の断線検知線を用いた電気ケーブルの断面図である。

符号の説明

１０ 断線検知機能付ケーブル
１１ 光ファイバ
１２ 電線
２０ 研磨部材

Claims (6)

1. 電源線や信号線などの電線と断線検知線を備えた断線検知機能付ケーブルにおいて、前記断線検知線としての光ファイバと、該光ファイバに対して屈曲時に接触可能に配した研磨部材とを備えたことを特徴とする断線検知機能付ケーブル。
2. 前記研磨部材は、繊維やプラスチック製の糸や紐に砥粒成分を塗布した紐状研磨部材からなり、紐状研磨部材を前記光ファイバの長手方向に沿って巻きつけた請求項１に記載の断線検知機能付ケーブル。
3. 前記研磨部材は、フィルム状の基材の片面に砥粒成分を塗布したフィルム状研磨部材からなり、フィルム状研磨部材を前記光ファイバの長手方向に沿って巻きつけた請求項１に記載の断線検知機能付ケーブル。
4. 前記研磨部材は、前記光ファイバの周囲の電線の表面に砥粒成分を設けて配した請求項１に記載の断線検知機能付ケーブル
5. 前記光ファイバの材質と径は、光ファイバの屈曲寿命が前記電線の屈曲寿命と同等またはそれ以上となるように、選定される請求項１〜４のいずれかに記載の断線検知機能付ケーブル。
6. 前記光ファイバのコアおよびクラッドの材質と厚さは、前記電線が断線するまえに、前記研磨部材によるクラッドの磨耗により光透過量が減衰するように、選定される請求項１〜５のいずれかに記載の断線検知機能付ケーブル。
   

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