JP2012059430A

JP2012059430A - 光電気複合ケーブル

Info

Publication number: JP2012059430A
Application number: JP2010199583A
Authority: JP
Inventors: Kazuyuki Soma; 一之相馬; Itaru Sakabe; 至坂部; Tatsunori Rinka; 達則林下
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2010-09-07
Filing date: 2010-09-07
Publication date: 2012-03-22

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

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）。

実開昭６２−１３５３０９号公報実開昭６０−１０９２１６号公報

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。

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。

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。

本発明に係る光電気複合ケーブルの実施形態の例を示す断面図である。本発明に係る光電気複合ケーブルの実施形態の変形例を示す断面図である。

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。

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。

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。

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。

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

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。