JP2008041382A - 同軸ケーブル - Google Patents

Abstract

【課題】 インピーダンス変動が少なく、高い遮蔽能力と優れた伝送性能を備えたケーブルの提供。
【解決手段】 本発明は、第１の絶縁体で被覆された導体を遮蔽体を介して第２の絶縁体で覆ったケーブルにおいて、前記導体と前記遮蔽体とを信号の上流側又は下流側で機械的に接続して導通させたことを特徴とする。又、前記導体と前記遮蔽体とを信号の上流側又は下流側で機械的に接続して導通させたことを特徴とする。又、これらのケーブルを平行的に合体させた平行合体構造とし、両ケーブルの最外郭の遮蔽体同士を機械的に接続して導通させると共に平行合体構造の外周を更に絶縁体を介して遮蔽体で同心円状に覆ったことを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、ケーブルの構造と端末に関し、詳しくは、アナログ信号やデジタル信号を問わず、音響装置内やその装置間、医療用機器内や機器間、測定装置或いはこれらの装置と検出端間等における信号伝達ラインや電源ラインに用いられるケーブルに関する。

例えば、従来の信号伝送ケーブルでは、ホット側の導体を絶縁体を介して同円心状に遮蔽体で覆った同軸構造によって環境による外乱に対処したり、或いは、多芯導体を絶縁体を介して同円心状に遮蔽体で覆った構造によって環境による外乱に対処したりしていた。
又、電源ケーブルでは、絶縁電線をツイストに撚り合わせた構造で錯交磁束に対処していた。

一般的にケーブルの電気特性に関しては、１次定数における導体抵抗、静電容量、インダクタンス、絶縁抵抗が重要であり、２次定数については特性インピーダンス、減衰定数、位相定数が本質的であるとされる。
信号伝送ケーブルの電気特性向上については、伝送する周波数の関係によりキャパシタンス分の影響とインダクタンス分の影響を考慮するため所用の目的に合うように導体の線材、線径、特性、インピーダンス、絶縁材、構造等が選定されなければならない。

しかし、信号伝送としての既存のケーブル構造では、ホット側の導体の条件を設定すれば遮蔽能力及び錯交磁束による起電力対策等から一義的に構造が決定されるため周波数特性やインピーダンス特性を十分に考慮できない。具体的に構造的な制約としては、静電容量やインダクタンス分の適切な設定ができない等があり、この結果、所要の周波数帯域内でのインピーダンスの変動が大きくなる。

結果的に伝送可能な周波数帯域は、遮蔽及び錯交磁束による起電力対策の為に大きく制約を受けて狭帯域となったり、ケーブル長を長くできなかったり、インピーダンス変動により２次定数による波動伝送の反射で減衰量が大きくなったりする、という課題があった。

本発明は、上記課題の解消を目的とし、インピーダンス変動が少なく、高い遮蔽能力と優れた伝送性能を備えたケーブルの提供を目的とする。

請求項１のケーブルの発明は、第１の絶縁体で被覆された導体を遮蔽体を介して第２の絶縁体で覆ったケーブルにおいて、前記導体と前記遮蔽体とを信号の上流側又は下流側で機械的に接続して導通させたことを特徴とする。

請求項２のケーブルの発明は、第１の絶縁体で被覆された導体を導電性物質で覆い更に前記導電性物質を遮蔽体で覆ったケーブルにおいて、前記導体と前記遮蔽体とを信号の上流側又は下流側で機械的に接続して導通させたことを特徴とする。

請求項３のケーブルの発明は、請求項１に記載のケーブルの外周を第２の遮蔽体で覆い、前記第２の遮蔽体で覆われた請求項１に記載のケーブルと請求項２に記載のケーブルとを平行的に合体させた平行合体構造とし、前記請求項１のケーブルの第２の遮蔽体と前記請求項２のケーブルの第２？の遮蔽体とを機械的に接続して導通させたことを特徴とする。

請求項４のケーブルの発明は、請求項３に記載のケーブルの外周を絶縁体を介して遮蔽体で同心円状に覆ったこと特徴とする。

請求項５のケーブルの発明は、請求項３に記載のケーブルに請求項１に記載のケーブルを平行的に合体させて平行合体構造とし、両ケーブルの最外郭の遮蔽体同士を機械的に接続して導通させると共に平行合体構造の外周を更に絶縁体を介して遮蔽体で同心円状に覆ったことを特徴とする。

請求項６のケーブル発明は、請求項４又は請求項５に記載のケーブルを絶縁体で覆い、前記絶縁体の上を更に半導体物質で覆ったことを特徴とする。

請求項７のケーブルの発明は、請求項１乃至請求項６に記載の何れかのケーブルを複数延長結合したことを特徴とする。

請求項８のケーブルの発明は、請求項４、請求項５又は請求項７の何れかに記載のケーブルの長さ方向に沿って適当間隔に当該ケーブルを中央にして両側に一対の磁石を配置する構成としたことを特徴とする。

請求項１乃至請求項８の発明によれば、何れも、インピーダンス変動が少なく、高い遮蔽能力と優れた伝送性能を備えたケーブルを提供できる。

請求項１の発明によれば、絶縁体で被覆された導体を遮蔽体を介して絶縁体で覆った同軸構造ケーブルの導体と当該遮蔽体を信号の上流側又は下流側で機械的に接続して導通させることによって、所要の周波数帯域内において無視できる電位差に抑えることができる。

請求２項の発明によれば、絶縁体で被覆された導体を導電性物質で覆い、絶縁体と遮蔽体との摩擦等により起因する静電気等のノイズ対策を施し、更に遮蔽体で覆った同軸構造ケーブルの導体と当該遮蔽体を信号の上流側又は下流側で機械的に接続して導通させることによって、所要の周波数帯域内において無視できる電位差に抑えることができる

請求項３の発明によれば、請求項１に記載のケーブルを遮蔽体で覆い、請求項２に記載のケーブルと平行的に合体させるアンバランス伝送構造体とし、当該遮蔽体と前記遮蔽体とを機械的に接続して導通させることにより錯交磁束をキャンセルし、撚り合わせによるインダクタンスの影響を減少させることができる。

請求項４の発明によれば、請求項３に記載の平行合体構造の外周を更に絶縁体を介して遮蔽体で同心円状に覆うことにより、高周波による遮蔽能力がより向上する。

請求項５の発明によれば、請求項３に記載のケーブルに請求項１に記載のケーブルを平行的に合体させる平行合体構造（バランス伝送構造）とし、両ケーブルの遮蔽体同士を機械的に接続して導通させることにより錯交磁束をキャンセルし、撚り合わせによるインダクタンスの影響を減少させることができる。
又、平行合体構造の外周を更に絶縁体を介して遮蔽体で同心円状に覆うことにより、高周波による遮蔽能力がより向上する。

請求項６及び請求項８の発明によれば、何れも請求項４又は、請求項５に記載のケーブルの伝送特性を向上させる。

請求項７の発明によれば、従来のケーブルに較べて十分な長さに延長することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を示す信号ケーブルの実施例１乃至実施例7を図１乃至図１８に基づいて説明する。

図１は、アンバランス伝送構造体のコールド側及びバランス伝送構造体のアース側を示す概念図、図２は図１の断面図、図３は、アンバランス伝送、バランス伝送構造体のホット側を示す概念図、図４は図３の断面図、図５は、バランス伝送構造体のコールド側を示す概念図、図６は、アンバランス伝送構造体のホット側とコールド側の平行合体構造を示す概念図、図７は、バランス伝送構造体のホット側とコールド側及びアース側の平行合体構造を示す概念図、図８は、アンバランス伝送構造体の平行合体構造を被覆した状態を示す概念図、図９は、アンバランス伝送構造体の断面図、図１０は、バランス伝送構造体の平行合体構造を被覆した状態を示す概念図、図１１は、バランス伝送構造体の断面図、図１２は、アンバランス伝送構造体の延長結合を示す概念図、図１３は、バランス伝送構造体の延長結合を示す概念図、図１４は図３の伝送構造体を絶縁材で囲ってケーブルとした概念図、図１５は図１４のケーブルの断面図、図１６はケーブルの平面図、図１７は図１６のケーブルの底面図、図１８はケーブルの断面図である。

実施例１は、アンバランス伝送構造体におけるコールド側の信号伝送ラインの構造体又はバランス伝送構造体におけるアース側構造体であり、この構造体を図１及び図２に基づいて説明する。

図１及び図２において、１０はアンバランス構造体やバランス構造体のアース側の導体である。１１は前記導体１０を被覆する第１の絶縁体、１２は前記第１の絶縁体１１を被覆する導電性物質、１３は前記導電性物質１２を被覆する第１の遮蔽体であり、これらの絶縁体１１、導電性物質１２、遮蔽体１３は導体１０を中心にして同心円上に設けている。

導電性物質は、ビニール等の絶縁体に導電性をもたせた物質であることが好ましい。このような導電性物質は、絶縁体に帯電した静電気を拡散してアースに落とすことができるため、信号が流れているケーブルを動かしたときに起きる起電力ノイズの発生を抑制する作用がある。

そして、アンバランス構造体におけるコールド側又はバランス構造体におけるアース側の前記導体１０の上流側（送信端側）において、前記導体１０と第１の遮蔽体１３とを図中の符号１４で示すように機械的な接続として導通させ、電気的に導電結合させる。
こうしてアンバランス伝送構造体におけるコールド側の信号伝送ラインの構造体又はバランス伝送構造体におけるアース側構造体を形成する。

実施例２は、アンバランス伝送構造体におけるホット側の伝送ラインの構造体又はバランス伝送構造体におけるホット側伝送ラインの構造体であり、この構造体を図３及び図４に基づいて説明する。

図３及び図４図において、２０はアンバランス構造体やバランス構造体のホット側の導体である。２１は前記導体２０を被覆する第１の絶縁体、２２は前記第１の絶縁体２１を被覆する第１の遮蔽体、２３は前記第１の遮蔽体２２を被覆する第２の絶縁体、２４は前記第２の絶縁体２３を被覆する第２の遮蔽体であり、これらの絶縁体２１、遮蔽体２２、絶縁体２３、遮蔽体２４は導体２０を中心にして同心円上に設けている。

そして、アンバランス構造体におけるホット側又はバランス構造体におけるホット側の前記導体２０の上流側（送信端側）において、前記導体２０と第１の遮蔽体２２とを図中の符号２５で示すように示す機械的な接続として導通させ、電気的に導電結合させる。
この第１の遮蔽体２２は、上述の通り、更に第２の絶縁体２３を介して第２の遮蔽体２４で同心円上に包まれている。
こうしてアンバランス伝送構造体におけるホット側の伝送ラインの構造体又はバランス伝送構造体におけるホット側伝送ラインの構造体を形成する。
尚、図１４は図３の伝送構造体を絶縁材で囲ってケーブルとした概念図、図１５は図１４のケーブルの断面図である。

実施例３は、バランス伝送構造体におけるコールド側伝送ラインの構造体であり、この構造体を図５に基づいて説明する。
図において、２０Ｃはバランス構造体のコールド側の導体、２１Ｃは前記導体２０Ｃを被覆する第１の絶縁体、２２Ｃは前記第１の絶縁体２１Ｃを被覆する第１の遮蔽体、２３Ｃは前記第１の遮蔽体を被覆する第２の絶縁体、２４Ｃは前記第２の絶縁体２３を被覆する第２の遮蔽体であり、これらの絶縁体２１Ｃ、遮蔽体２２Ｃ、絶縁体２３Ｃ、遮蔽体２４Ｃは導体２０Ｃを中心にして同心円上に設けている。
尚、この構造体の断面図即ち図５の断面図は示して無いが、図３に示す断面図の構造と実質的には同様である。

そして、バランス構造体におけるコールド側の前記導体２０Ｃの上流側（送信端側）において、前記導体２０Ｃと第１の遮蔽体２２Ｃとを図中の符号２５で示すように機械的な接続として導通させ、電気的に導電結合させる。
この第１の遮蔽体２２Ｃは、上述の通り、更に第２の絶縁体２３Ｃを介して第２の遮蔽体２４Ｃで同心円上に包まれている。
こうしてバランス伝送構造体におけるコールド側伝送ラインの構造体を形成する。

上記実施例１乃至３によれば、導体１０、２０、２０Ｃ、絶縁体１１、２１２１Ｃ、遮蔽体（第１の遮蔽体）１３、２２、２２Ｃと順に同心円上に形成されたケーブル（信号）の上流側又は下流側で、前記導体１０、２０、２０Ｃと遮蔽体（第１の遮蔽体）１３、２２、２２Ｃとを機械的に接続して電気的に導電結合させることによって、従来では絶縁体固有の比誘電率のみに拠っていた静電容量を設計段階において適切に設定することできる。

ケーブルは分布容量で考えると微小容量の並列接続の総和である。これは絶縁材料を介して導体に電位差が生じることで電荷が蓄積してコンデンサが形成される。
信号伝送としての既存ケーブルの場合では、この静電容量は周波数依存のリアクタンスとなるためできるだけ少ない方が望ましく、決定するパラメータは、絶縁材の比誘電率、絶縁材料の厚み、遮蔽材の面積等であるが、これらを少なくするためには、絶縁材料の選定と厚みでしか対応することができなかったのである。

これに対して、上記実施例１乃至３に示すケーブルの構造や端末によれば、ホット側とコールド側及びアース側の各々で、導体と電気的導電結合をさせた遮蔽体を設けることによって、静電容量による影響を低減させることができる。
例えば、第２の絶縁体２３が誘電体となる静電容量が発生するが、静電容量は導体２０に電気的導電結合された第１の遮蔽体２２と第２の遮蔽体２４との電位差によって形成される。所用帯域内の伝送信号は導体２０とこの導体２０に沿って第１の絶縁体２１を流れるが、電気的導電結合をした第１の遮蔽体２２に流れる電流は周波数に依存する渦電流等である。

これらにより第１の遮蔽体２２と第２の遮蔽体２４との電位差によって形成されるキャパシタンスの影響は信号伝送としての既存ケーブルの場合より十分に小さくすることができ、これにより特性インピーダンスを任意に設定することができる。
図示の例では、電気的導電結合点を上流側としているが、これに限らずホット側、コールド側、アース側の何れにおいても、その上流側或いは下流側何れでもよい。どの組み合わせを選択するかは接続する機器等などの条件に応じて適宜決定すればよい。

実施例４は、アンバランス伝送構造体のホット側導体２０とコールド側導体１０とを平行的に合体させ、ホット側遮蔽体２４とコールド側遮蔽体１３とを機械的に接続して電気的に導電結合させた平行合体構造体であり、この構造体を図６に基づいて説明する。

図において、絶縁体２１、２３や遮蔽体２２、２４で被覆されたホット側導体２０と絶縁体１１や導電性物質１２、遮蔽体１３で被覆されたコールド側導体１０とを平行的に合体させ、両ケーブルの最外郭に位置する遮蔽体同士、この例では、ホット側遮蔽体２４とコールド側遮蔽体１３とを機械的に接続し、電気的に導電結合をさせて平行合体構造体３０とし、更に、図８に示すように、この平行合体構造体３０の外周を、順に絶縁体３１、遮蔽体３２、絶縁体３３と包んで同心円状に覆った構造としている。

この実施例４のように、ホット側導体２０とコールド側導体１０とを平行的に合体させ、最外郭にあるホット側遮蔽体２４とコールド側遮蔽体１３とを機械的に接続し、電気的に導電結合をさせて平行合体構造体とすることによって、各々の導体２０、１０を等価的に同軸ケーブルの中心に位置させることができるので、インピーダンスの変動を更に小さくすることができる。

実施例５は、上記実施例４のアンバランス構造体と実施例３のコールド側導体１０とを平行的に合体させ、ホット側とコールド側とを同じ条件にしたバランス合体構造体であり、この構造体を図７に基づいて説明する。

図において、この例でも最外郭にあるホット側遮蔽体２４とコールド側遮蔽体２４Ｃとアース側遮蔽体１３とを機械的に接続し、電気的に導電結合をさせて平行合体構造体４０とし、更に図１０に示すように、この平行合体構造体４０の外周を、順に絶縁体４１、遮蔽体４２、絶縁体４３で包んで同心円状に覆った構造としている。

この実施例５のように、平行に合体されるケーブルの最外郭にあるホット側導体２０とコールド側導体２０Ｃとアース側導体１０とを平行的に合体させ、ホット側遮蔽体２４とコールド側遮蔽体２４Ｃとアース側遮蔽体１３とを機械的に接続し、電気的に導電結合をさせて平行合体構造体とすることによって、各々の導体２０、２０Ｃ、１０を等価的に同軸ケーブルの中心に位置させることができる。
これにより、同軸構造の遮蔽能力に加え、バランス伝送による利点を兼ね備え、インピーダンスの変動を更に小さくすることができる。

上記実施例４乃至５によれば、ホット側導体２０とコールド側導体２０Ｃ、アース側導体１０とを相別に、即ち独立した遮蔽体２２、２４で同心円状に覆い独立した同軸構造とすることにより錯交磁束のキャンセル及び遮蔽効率を一段と高めることができ、インピーダンス特性の安定を得ることができる。

尚、上記実施例５及び６のケーブルは、図１２、図１３に示すように、伝送距離が長くなっても、所要の電気特性許容範囲に悪影響を与えない適切な距離において、電気的導電結合点を片側即ちケーブルの上流側か下流側に設けて延長結合することにより伝送性能を十分に維持させることができる。
この点、従来のケーブルでは、伝送距離に比例してケーブルの静電容量及びインダクタンス、導体抵抗等が増え、インピーダンス特性が不安定となるため、ケーブル長を十分に長くすることができなかった。

更に、上記実施例１乃至３では、図１乃至図５において、各々の構造体の導体１０、２０、２０Ｃと第１の遮蔽体１３、２２、２２Ｃとを電気的導電結合をした端末側（各図において右側）とは反対の端末側（各図において左側）で、導体１０、２０、２０Ｃと第１の遮蔽体１３、２２、２２Ｃとの電位差が問題になる大きさになる前の適切な長さ（以下、単位長さともいう）において延長結合する。

図１２で示すアンバランス構造のホット側では符号５０で示す部位、コールド側では符号５１で示す部位で、各々電気的に導電結合してつなぎ合わせる。
この場合の結合構造は、一方のケーブル（図中左側のケーブル）の導体と第１の遮蔽体とが結合されていない方の端末（図中右端）と、他方のケーブル（図中左側のケーブル）の導体と第１の遮蔽体とが結合されている方の端末（図中左端）との結合（順方向結合）である。尚、この順方向結合の構造を順方向接続ともいう。

同様に、図１３で示すバランス構造体においてもホット側では符号６０、コールド側では符号６２、アース側では符号６１の部位で、各々電気的に導電結合でつなぎ合わせる。この場合の結合構造も、前記と同様に順方向接続である。

このような構造の延長結合即ち、順方向接続を順次繰り返して単位長さケーブルを接続していくことにより、ケーブルの長さに比例して静電容量が大きくなっても、信号伝送としての既存のケーブルに比べ静電容量による影響が十分少ないことから、特性インピーダンスは安定し、所用周波数帯域内において、ケーブル長による導体抵抗とインダクタンス分の許容される範囲は伝送性能及び遮蔽能力を減少させることなくケーブルを十分に長くすることができる。

上記実施例１乃至５では信号ケーブルについて説明したが、電源ケーブルの場合も実施例と同様の構造であり、信号ケーブルと同様の作用効果によって、内部で発生する錯交磁束による起電力抑えられ、外部からの電源に飛びつくノイズを遮蔽することができ、これによるクリーンな電源を聞きに供給することができる。
又、実験の結果によれば、電源ケーブル電磁波の発生が従来のケーブルに較べて遥かに少ない。

上記実施例、例えば、請求項４や請求項５に記載のケーブルの外周を絶縁体で覆った上に、更に、半導体物質を塗布する等して被覆させて介在させると、ケーブルの伝送特性を向上させることができる。
半導体物質としてはゲルマニウムを含有する物質であることが好ましい。このような半導体物質によるケーブルの伝送特性の向上は、実験結果により得られたもので、その理由は不明であるが、半導体の持つ性質で外部からのノイズが打ち消される作用によるものでは無いかと考えられる。

又、上記実施例６と同様の伝送能力向上の効果は、前記ケーブルの長さ方向に沿って適当な有効間隔（所望の効果が得られる間隔）をおいて、当該ケーブルを中央にして両側に一対の磁石を配置する構成とすることによっても得られることが実験の結果で分かった。
その理由は不明であるが、磁力線の働きによりケーブル材料の原子が何らかの影響を受け、原子核と電子のバランス変化によって、伝送能力を向上促進させる働きがあると考えられる。

一対の磁石７０、７１の配置は、図１６乃至図１８に示す通り、図示のケーブルを中央にしてその両側に相対に、互いに吸引する状態（極性配置）にすると共に、磁石７０、７１のNS軸がケーブルの軸と直交する方向にして、ケーブルを挟み込むように、ケーブルの絶縁体３３装着するのが好ましい。

尚、電源用途に使用するケーブルに磁石を用いた場合は、負荷電流供給速度の向上が感じられ、磁石の取付位置は、負荷側に近い場所が効果が大きい事も実験の結果で分かった。

本発明は信号ケーブルや電源ケーブル等、広く同軸ケーブルに適用することができる。

アンバランス伝送構造体のコールド側及びバランス伝送構造体のアース側を示す概念図である。 図１の断面図である。 アンバランス伝送、バランス伝送構造体のホット側を示す概念図である。 図３の断面図である。 バランス伝送構造体のコールド側を示す概念図である。 アンバランス伝送構造体のホット側とコールド側の平行合体構造を示す概念図である。 バランス伝送構造体のホット側とコールド側及びアース側の平行合体構造を示す概念図である。 アンバランス伝送構造体の平行合体構造を被覆した状態を示す概念図である。 アンバランス伝送構造体の断面図である。 バランス伝送構造体の平行合体構造を被覆した状態を示す概念図である。 バランス伝送構造体の断面図である。 アンバランス伝送構造体の延長結合を示す概念図である。 バランス伝送構造体の延長結合を示す概念図である。 図３の伝送構造体を絶縁材で囲ってケーブルとした概念図である。 図１４のケーブルの断面図である。 ケーブルの平面図である。 図１６のケーブルの底面図である。 ケーブルの断面図である

符号の説明

１０ 導体
１１ 絶縁体（第１の絶縁体）
１２ 導電性物質
１３ 遮蔽体（第１の遮蔽体）
２０、２０Ｃ 導体
２１、２１Ｃ！絶縁体（第１の絶縁体）
２２、２２Ｃ 遮蔽体（第１の遮蔽体）
２３、２３Ｃ 絶縁体（第２の絶縁体）
２４、２４Ｃ 遮蔽体（第２の遮蔽体）
３０ 平行構造体
３１、３２、３３ 絶縁体
７０、７１ 磁石

Claims (8)

1. 第１の絶縁体で被覆された導体を遮蔽体を介して第２の絶縁体で覆ったケーブルにおいて、
   前記導体と前記遮蔽体とを信号の上流側又は下流側で機械的に接続して導通させたことを特徴とするケーブル。
2. 第１の絶縁体で被覆された導体を導電性物質で覆い更に前記導電性物質を遮蔽体で覆ったケーブルにおいて、
   前記導体と前記遮蔽体とを信号の上流側又は下流側で機械的に接続して導通させたことを特徴とするケーブル。
3. 請求項１に記載のケーブルの外周を第２の遮蔽体で覆い、前記第２の遮蔽体で覆われた請求項１に記載のケーブルと請求項２に記載のケーブルとを平行的に合体させた平行合体構造とし、前記請求項１のケーブルの第２の遮蔽体と前記請求項２のケーブルの第１の遮蔽体とを機械的に接続して導通させたことを特徴とするケーブル。
4. 請求項３に記載のケーブルの外周を絶縁体を介して遮蔽体で同心円状に覆ったこと特徴とするケーブル。
5. 請求項３に記載のケーブルに請求項１に記載のケーブルを平行的に合体させて平行合体構造とし、両ケーブルの最外郭の遮蔽体同士を機械的に接続して導通させると共に平行合体構造の外周を更に絶縁体を介して遮蔽体で同心円状に覆ったことを特徴とするケーブル。
6. 請求項４又は請求項５に記載のケーブルを絶縁体で覆い、前記絶縁体の上を更に半導体物質で覆ったことを特徴とするケーブル。
7. 請求項１乃至請求項６に記載の何れかのケーブルを複数延長結合したことを特徴とするケーブル。
8. ケーブルの長さ方向に沿って適当間隔に当該ケーブルを中央にして両側に一対の磁石を配置する構成としたことを特徴とする請求項４、請求項５又は請求項７の何れかに記載のケーブル。
   

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