JPH04264309A - 耐圧可撓性導管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は例えばマイクロ波ケーブ
ル、無線周波ケーブル、導波管、光ファイバケーブル、
ＤＣ線路、高低圧空氣又は流体ホースおよび他の伝送線
路のような１本以上の伝送線路を含み、且つ伝送線路が
反復した湾曲や屈曲を受けやすい加圧環境、特に静水圧
の環境下において伝送線路を保護する可撓性強化導管に
関する。

【０００２】

【従来の技術】無線周波数、マイクロ波周波数、および
ミリ波長電磁波の伝送線路として同軸可撓性ケーブルが
広く用いられている。これら高周波は同時に多くの信号
を搬送することができる。信号径路の物理的保守は一点
から他点へデイストーション（反射損失）あるいは減衰
（信号損失）なしに伝送するために重要なことである。 用いられる同軸可撓性ケーブルは内側導体とその導体か
ら間隔をあけて設けた外側同軸シールドを有する。代表
的な内側導体はストランド状のワイヤ又は中実のワイヤ
であり、代表的な外側導体は組みひも状の金属ワイヤで
ある。内側導体と外側導体の比及びそれらを分離する材
料の誘電率はケーブルのインピーダンスを決定し、それ
らは狭い較差内に維持されなければならない。同軸関係
を損う湾曲、くぼみ、押しつぶし等に基づく歪は高いデ
イストーションと高い減衰を生ずる。

【０００３】同軸ケーブルが静置した方向で永久的に配
置されている場合に、ケーブルのインピーダンスにおけ
る変化は電子装置の初期設置の間に補償することができ
る。しかしながら同軸可撓性ケーブルがその作動条件下
で常に屈曲を受ける状態にある場合には特別の諸問題が
発生し、これらの諸問題は、ケーブルが実質的な静水圧
下で用いられることになる場合に一層悪化される。

【０００４】高静水圧の条件下での反復屈曲に耐えるこ
とのできる同軸ケーブルに対する前述のような要求は近
代化された潜水艦に生ずる。近代的な潜水艦の設計では
電子装置をマスト頂部の電子ポッドに配置し、この電子
装置をマイクロ波、伝送線路によって船体内の処理装置
に連結する。このような配置では平方吋当り５００封度
（３．４×１０６　Ｎｍ−２）　を越える静水圧に耐え
ることができるマイクロ波伝送線路を必要とする。同時
にこのような同軸ケーブルでは、潜水艦の作動中にマス
ト頂部が上下動するにつれて、極く小半径での反復湾曲
が与えられることになろう。それにも関らず、このよう
な条件下において同軸ケーブルのインピーダンスが実質
的に一定に保たれ、その結果伝送信号中にエラーが導入
されないことが要望される。

【０００５】静水圧下における圧縮の問題を克服するた
めにより剛直な誘電体を使用することはケーブルの保守
に逆の効果を生じ、反復して屈曲された時に寿命が限定
されることになる。さらにこのような技術は用いること
ができるケーブルのタイプ、その数量および用途を限定
し、その結果全体としてシステムの設計及び保守にマイ
ナスの効果を与える。

【０００６】誘電体の好ましくない圧縮を最小にするこ
とに対する他の解決手段はケーブルを強化することであ
る。現在迄用いられている強化されたケーブルは一般的
にオープンコイル型らせんスプリング（すなわち、隣接
したコイルが互いに間隔をあけて配置されているスプリ
ング）とそのスプリングの周圍に配置されたエラストマ
ー系材料の外側スリーブから成るカーバリングを有する
。しかしながらこの構造体は以下の欠点を有する。第１
の欠点は、外側から圧力が加えられた時に、ジャケット
がスプリングの間隔をあけられた隣接するコイルの間に
押付けられがちであり、その結果静水圧がある程度ケー
ブルの内部に伝達されることである。第２の欠点は、ジ
ャケットが圧力下でスプリングの複数の円形部（ｔｕｒ
ｎとも称し、コイルの円形の一部分を意味する）の間に
押付けられた際にスプリングに用いられるワイヤの円断
面がジャケット材料の中に引込まれやすいということで
ある。第３の欠点は、このような装置が外圧が加えられ
ると、長手方向に力の成分を発生し、ケーブルに長さ変
更を生じやすいということである。長さが長くなるか、
短くなるかは対象にする構造体の構造によって異る。

【０００７】米国特許第４７３１５０２号は、マイクロ
波ケーブル上への屈曲効果を最小にするように湾曲半径
を可能な限り最小値に制限することを目的として、硬質
ワイヤがらせん状に巻かれて鞘の溝の中に配置されてい
る鎧状鞘部によって保護されたケーブルを開示する。し
かしながらこのような構造を有する導管は明らかに重量
及び直径の増加をもたらし、且つコストの上昇をきたし
、又外圧が加えられた時に、ケーブルは前述の各種欠点
を受けることになる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は前述の
欠点を軽減し、その中に含まれている伝送線路を外部か
ら加えられる圧力から連続して隔離し、同時に可撓性を
高度に可能にするスプリングタイプの強化可撓性導管を
提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】一般的にいえば、本発明
は偏平な外形を有するフイラメントから形成され、通常
は隣接する円形部が互いに当接しているクローズドスプ
リングを用いることを含む。特に、本発明は、フイラメ
ントから作られて隣接する複数の円形部から成り、伝送
線路を受け入れるための導管を形成するクローズドらせ
んコイルと、該クローズドらせんコイルの周圍に配置さ
れた外側スリーブを含んで成り、前記隣接した円形部が
互いに当接しており、該当接した複数の円形部がコイル
の湾曲表面の外側で互いに密接して合れされるような断
面形状を前記フイラメントが有する、伝送線路収容用強
化可撓性導管を提供する。なお本明細書でいうフイラメ
ントは単に繊維系フイラメントに限定するものではなく
、針金を含めた細長形状のものをいう。

【００１０】ここで規定された形状は可撓性導管の正常
且つ屈曲していない配置に対応する。導管の内径は中に
囲まれることになる伝送線路よりも一般的にやや大きく
、その結果付属品やコネクタを具備した伝送線路は、組
立てや修理を目的として強化ケーブルに挿入又は取り外
しすることができる。かくして可撓性導管は特定のもの
に限定されるものではなく、伝送線路の数やタイプは要
求に応じて変えることができる。

【００１１】それにもかかわらず、可撓性導管構造体は
、１本の伝送線路を含むケーブルの保護用丈夫な構造体
として用いるのに適切である。可撓性導体の正常且つ屈
曲してない配置において、長手方向で実質的に連続する
表面を提供するようにらせんコイルの隣接する円形部が
コイルの少くても外側の湾曲した表面において互いに当
接している。可撓性導管それ自体の断面は円形又は楕円
のような他の湾曲した形状であればよい。らせんコイル
の基本的に連続した外側湾曲表面は隣接した円形部間の
空間の中にジャケットの突出を防ぐのに役立つ。らせん
コイルが屈曲されて、湾曲の外側における円形部の間に
空間が開放するような時でさえ、フイラメントの断面形
状がコイルの複数の円形部の間の外側スリーブの引込み
および突出を最小にする。隣接する円形部の当接表面か
つ補完できるような断面をフイラメントが有すると好ま
しい。フイラメント断面が正方形、不等辺四辺形、ある
いは外側に面んした部分が平たい半円形であるとよい。 段付断面をフイラメントが有すると特に好ましく、その
際隣接する段が互いに重なり合い、その結果屈曲された
位置においても、ジャケットがコイルの隣接した円形部
の間に突出することになる範囲が制限されることになる
。

【００１２】導管が比較的小径（例えば２ｃｍ以下）に
作られている場合には、一条スプリングを用いることが
可能である。しかし直径が大きい場合には、一条スプリ
ングのコイルは、圧力下で側方をゆがめてカバーリング
を失敗させがちである。これは一条のクローズドコイル
スプリングの浅いピッチのために、隣接した円形部が互
いに横方向にスリップするのを可能にすることによると
思われる。直径の大きい導管又は圧力に対する抵抗を改
良するために、少なくとも２本、より好ましくは２本か
ら６本のフイラメントから成る多条らせんコイルを用い
ると好ましい。複数のコイルをもし希望するならばそれ
ぞれが異った断面を有するフイラメントで構成するとよ
い。例えば４条のコイルの場合に、円形フイラメント、
両凸断面フイラメント、円形フイラメントおよび両凸断
面フイラメントにすることができる。

【００１３】らせんコイルは金属又はプラスチック材料
から作ることができる。コイルと外側スリーブとの間の
移動を可能にし、且つ摩擦抵抗を改良して曲げ寿命を改
善するために外側スリーブをはめる前に、らせんコイル
の周圍にテープを巻付けると好ましい。巻付けられるテ
ープとしては多孔性ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチ
レン）又は無多孔性ＰＴＦＥから作られたテープを用い
ると有利である。外側スリーブはコイルの表面上にある
いは任意にその上に巻かれたテープの表面上に直接押出
されたエラストマー材料によって通常形成される。屈曲
された時でさえも、高圧力抵抗を有すると共に、本発明
による強化導管は外側から加えられた静圧の値に関係な
く、その長さを安定して保つという特徴を有する。オー
プンスプリングを用いている従来からのケーブルの長さ
は、円形断面のスプリングとコイル間でのジャケットの
突出から生ずる長手方向の力のために、加えられる圧力
に応じて変化し勝ちである。本発明による可撓性強化導
管は米国特許第４７３１５０２号に記載された導管より
その構造が簡単であると共により経済的である。

【００１４】

【実施例】以下本発明の非限定の実施例を添付図面を参
照して説明する。比較を目的として図１に従来の技術の
強化ケーブルの構造を示す。図１に示した強化ケーブル
は、その中を通るマイクロ波伝送線路の性能に実質的に
影響を与えることなしに平方吋当り２００から５００封
度（１．３８×１０６　〜３．４４×１０６　パスカル
）の圧力に耐えることができる。この強化ケーブルは間
隔をあけて配置された隣接する円形部２，４，６を有す
る内側のらせんスプリングと、その上に押出されて形成
されたエラストマから成る外側のジャケットから成る。 ケーブルは圧力（平方吋当り１０００封度、すなわち６
．８９×１０６　パスカル）がかけられた状態で示され
、区域１２で示すようにスプリングの間隔をあけて配置
された円形部の間へのジャケット１０の部分的押出しを
示しており、ジャケットはケーブルの中を通っているマ
イクロ波伝送線路１４に接触している。このことは外部
の圧力が部分的にケーブルの内側に伝達され、マイクロ
波伝送線路１４上に達して損傷を与える可能性を生じ、
又ケーブルに長手方向の力を与え、その力が圧力に応じ
てケーブルの長さを変えようとする。

【００１５】図２から図７は本発明による可撓性導管の
各種実施例を示す。全ての実施例はクローズドらせんコ
イルスプリング２０を含み、その外側にＰＴＦＥテープ
２２の外側巻付があり、テープ２２の上に押出されたエ
ラストマから成る外側ジャケットスリーブ２４が配置さ
れている。図２に示すコイルは、隣接する円形部３２，
３４，３６，３８，４０が、スプリングの外側湾曲表面
のみならず実質的に深さ方向にわたって当接するように
正方形（あるいは矩形）の断面を有するワイヤ３０によ
って形成されている。

【００１６】図３は本発明の第２実施例のスプリングの
部分断面図を示し、正方形のワイヤを押しつぶすことに
よって得られた段付き形状を有するワイヤ５１でスプリ
ングが形成されている。スプリングの断面は突出した棚
部５０と補足的な段部５２を含んで構成され、その際隣
接する円形部の棚部と段部とが互いに合わさる。代表的
な例として５０ｍｍ径のコイルの場合フイラメントは２
ｍｍの厚さと０．５ｍｍの深さの段部を有する。異った
直径のコイルでは、比例的に増減した寸法のフイラメン
トから形成される。段部と棚部が重ねられる配置が導管
が高い程度に屈曲されることを可能にし、同時にスプリ
ングの複数の円形部の間を通ってジャケットが押出され
ることを無くすか最小にすることを前記重ねられた配置
が維持する。

【００１７】図４は本発明の第３実施例の、不等辺四辺
形の断面を有するワイヤ５４から形成されたスプリング
を示す。図５は本発明の第４実施例のスプリングの部分
断面図を示し、このスプリングは平行な外側表面６０と
内側表面６２、凹状湾曲端縁表面６４および凸状湾曲端
縁表面６６を有するワイヤ６５から形成され、隣接する
円形部が互いに合わされている。

【００１８】図６は本発明の第５実施例のスプリングの
部分断面図を示し、このスプリングは、例えば丸断面の
ワイヤをローリング加工することによって形成された実
質的に半円径断面のワイヤ６８から形成されている。こ
のスプリングにおける隣接する円形部はワイヤの外側湾
曲表面６９で密接に合わされており、その結果平たい表
面７０がスプリングの外側の円筒形表面を規定している
。

【００１９】図７は４本の互いにからみ合わされたらせ
んフイラメント８１，８２，８３，８４を有する４条ス
プリング８０を示し、この４条スプリング８０は巻付け
テープ２０と外側ジャケットスリーブ２４によってカバ
ーされることになる。それぞれのフイラメントはフイラ
メントの太さの４倍のピッチＰを有し、隣接したコイル
の横方向のスリップを防ぐのに役立ち、それによってス
プリングの完全性を保つ。１本おきのフイラメント８１
，８３は円形断面を有し、一方フィラメント８２，８４
はフィラメント８１，８３と組合された時に実質的に平
たい外側円筒形表面を提供できるように両側が凹面にな
った断面を有する。

【００２０】各種の当接表面を有するスプリングが一例
として示した。しかし他の形状の当接表面を有するスプ
リングを採用することができることは当業者にとって明
らかである。本発明により構成された導管は、その中に
含まれる伝送線路に対してどのような損傷を与えること
なしに少なくとも平方吋当り１５００封度（１０．３４
×１０６　パスカル）の圧力に耐えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】オープンスプリングを用いた従来公知のケーブ
ルの部分軸断面図である。

【図２】本発明による強化ケーブルの部分断面図である
。

【図３】段付断面を有するフイラメントが用いられてい
る本発明の第２実施例のスプリングの部分断面図である
。

【図４】不等辺四辺形の断面を有するフイラメントが用
いられている本発明の第３実施例のスプリングの部分断
面図である。

【図５】両側が湾曲している断面を有するフイラメント
が用いられている本発明の第４実施例のスプリングの部
分断面図である。

【図６】実質的に半円形断面を有するフイラメントが用
いられている本発明の第５実施例のスプリングの部分断
面図である。

【図７】本発明の第６実施例である４条スプリングの略
示正面図である。

【符号の説明】

１４…伝送線路 ２０…クローズドらせんコイルスプリング２２…外側巻
付けテープ ２４…外側ジャケットスリーブ ３０…正方形の断面を有するワイヤ ３２，３４，３６，３８，４０…円形部５０…棚部 ５１…段付き形状のワイヤ ５２…段部 ５４…不等辺四辺形のワイヤ ６５…湾曲端縁表面を有するワイヤ ６８…半円形断面のワイヤ ８０…４条スプリング

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　フイラメントから作られて隣接する複
   数の円形部から成り、伝送線路を受け入れるための導管
   を形成するクローズドらせんコイルと、該クローズドら
   せんコイルの周圍に配置された外側スリーブを含んで成
   り、前記隣接した円形部が互いに当接しており、該当接
   した複数の円形部がコイルの湾曲表面の外側で互いに密
   接して合わされるような断面形状を前記フイラメントが
   有する、伝送線路収容用強化可撓性導管。
2. 【請求項２】　　前記フイラメントの断面形状が実質的
   に半円形であり、且つコイルに実質的に連続した外側表
   面を提供するように導管の半径方向外側に配置される側
   の面に実質的に平たい面を有し、内側に配置される側の
   面に湾曲面を有する請求項１記載強化可撓性導管。
3. 【請求項３】　　コイルを構成する円形部の隣接する当
   接表面の断面形状が相手側の円形部を補完する形状であ
   る請求項１又は２記載の強化可撓性導管。
4. 【請求項４】　　フイラメントが正方形、矩形および不
   等辺四辺形から選択された断面形状を有する請求項３記
   載の強化可撓性導管。
5. 【請求項５】　　コイルを構成する円形部の隣接する当
   接表面の断面形状が相手側の円形部に相互に合わされて
   、相手側の円形部の形状を補完する形状である請求項１
   から４の何れか１項に記載の強化可撓性導管。
6. 【請求項６】　　前記フイラメントが突出した棚部と段
   部を含んで成る段状断面を有し、コイルの特定の円形部
   の棚部が隣接する円形部の段部に合わされている請求項
   ５記載の強化可撓性導管。
7. 【請求項７】　　前記フイラメントがコイルの長手方向
   での互いに反対側の面に凸状表面と凹状表面を有し、コ
   イルの特定の円形部の凸状表面が隣接する円形部の凹状
   表面に合わされている請求項５記載の強化可撓性導管。
8. 【請求項８】　　前記クローズドらせんコイルが少なく
   ても２本のらせんフイラメントから成る多条コイルであ
   る請求項１記載の強化可撓性導管。
9. 【請求項９】　　前記多条コイルが４本のらせんフイラ
   メントから成る請求項８記載の強化可撓性導管。
10. 【請求項１０】　　前記らせんコイルをおおい且つ導管
    の外側スリーブの内側に配置される巻付けテープ層を含
    んで成る請求項１から９迄の何れかの項記載の強化可撓
    性導管。
11. 【請求項１１】　　前記巻付けテープ層がポリテトラフ
    ルオロエチレン（ＰＴＦＥ）テープをずらして重ね巻き
    することによって形成されている請求項１０記載の強化
    可撓性導管。