JP2010282913A - 平衡ケーブル - Google Patents

Abstract

【課題】屈曲や引張等の機械的特性に優れ、絶縁体の色相による信号導体の識別が可能で、信号導体間での信号伝播の時間差を小さくできる平衡ケーブルを提供する。
【解決手段】信号導体１３を絶縁体で覆った少なくとも１対のコア電線１２からなる平衡ケーブルであって、絶縁体は内層絶縁体１４と外層絶縁体１５の２層からなり、内層絶縁体１４は非着色の充実絶縁層で形成され、外層絶縁体１５は着色された充実絶縁層で形成する。また、外層絶縁体１５の厚さは、内層絶縁体１４の厚さより薄く形成する。１対のコア電線の外層絶縁体１５は、互いに異なる色相１５ａ，１５ｂで形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、映像と音声信号の通信に用いられるＨＤＭＩケーブル等に収納され、差動信号伝送システム等に用いられる平衡ケーブルに関する。

低電圧の差動信号伝送システム（ＬＶＤＳ）は、１対の絶縁された信号導体を１組にした平衡ケーブルを用いて、デジタル信号を伝送するシステムとして知られている。この信号伝送は、例えば、位相を１８０度反転させた信号を１対の信号導体に同時に入力して送信し、受信側で差分合成することで受信側で信号出力を２倍にすることができる。また、送信から受信に至る伝送系路途中で受けたノイズ信号は、１対の信号導体に等しく加えられているので、受信側で差動信号として出力したときにキャンセルされ、ノイズが除去されるという機能を有している。

この平衡ケーブルを用いて多量のデータを高速で伝送するには、伝送速度を上げることが必要となるが、伝送速度を上げるには信号導体の絶縁体の誘電率を下げることが必要になる。信号伝送用の通信線では、通常、絶縁体にポリエチレン樹脂等が用いられるが、これを発泡させて空気層を含ませることにより、絶縁体の誘電率を小さくすることができる。しかし、絶縁体を発泡させると、スポンジ状となって外力により変形を受けやすくなる。
これに対し、例えば、特許文献１には、絶縁電線の発泡絶縁体の外面を非発泡の樹脂からなるスキン層で被覆して補強することが知られている。

また、１対の絶縁電線を撚り合せたツイストペアケーブルを、複数本集合させて通信ケーブルとした際に、各ペアケーブル毎に撚りピッチを変えてペアケーブル間の漏話を抑制すると、ペアケーブルの長さに差が生じ、信号の伝播時間に差（スキュー）生じる。
これに対し、例えば、特許文献２には、図５（Ａ）に示すように、絶縁電線２を信号導体３の絶縁体として内層４を発泡ポリマー、外層５を充実ポリマーの誘電率が異なる２層で形成し、内層４と外層５の厚さの比率を変えることにより、同一外径で誘電率の異なる絶縁電線２を形成することが開示されている。そして、ペアケーブル毎の撚りピッチを異ならせることにより生じるスキューは、ペアケーブル毎の内層４と外層５の厚さの比率を変えて誘電率を調整することで小さくできるとしている。

また、差動信号ケーブルとして、ケーブルのシールドと特性インピーダンスの安定のために、１対の絶縁電線を平行に並べ、これにドレインワイヤを縦添えして金属箔テープで覆い、全体を絶縁シースで被覆したものがある。この種のケーブルは、ドレインワイヤによる屈曲の制限、仕上がり径の増加、１対の絶縁電線の色相が同じで信号線の判別が困難である等の問題がある。

これに対し、例えば、特許文献３には、図５（Ｂ）に示すように、絶縁電線２を図５（Ａ）と同様な形状で信号導体３の絶縁体として、内層４を多孔質フッ素樹脂で形成し、外層５を充実フッ素樹脂のスキン層の２層で形成し、外層５のスキン層５ａ，５ｂの色相を変えることが開示されている。なお、１対の絶縁電線２の両側にドレインワイヤ６を配し、その外側に金属箔テープを巻付けて外部導体７とし、その外側を外被８で被覆している。係る構成よれば、潰れやすい多孔質の内層４を外層のスキン層により保護することができ、また、比誘電率や特性インピーダンスの劣化を抑制することができるとしている。

特開平７−６６３１号公報 特開２００１−２０２８３５号公報 特開２００２−３５８８４１号公報

上述した特許文献１〜３の絶縁電線あるいは平衡ケーブルは、信号導体の外周を覆う絶縁体を２層で形成し、内層を発泡絶縁体とし外層のスキン層を非発泡の充実体とし、スキン層で充実体で内層の発泡体を外力から保護するようにしている。しかしながら、主たる絶縁体としての内層の発泡絶縁体は、伸びや抗張力に弱く、特に特許文献３のようにドレインワイヤを有する平衡ケーブルにおいては、屈曲した際に潰れやすく、電気絶縁性が低下する恐れがある。

また、平衡ケーブルにおいて、信号線を識別するために絶縁体の色相を異ならせことを求められることがある。絶縁体の色相を変えるには、絶縁樹脂に着色顔料を添加する必要があるが、着色剤（顔料）の添加により誘電率が増加し、また、添加される着色剤の色によって誘電率が異なるという問題もある。このため、互いに対にする絶縁電線の色の組合わせによっては、誘電率に差が生じ、信号の伝播時間に大きな差が生じることがある。

本発明は、上述した実情に鑑みてなされたもので、屈曲や引張等の機械的特性に優れ、絶縁体の色相による信号導体の識別が可能で、信号導体間での信号伝播の時間差を小さくできる平衡ケーブルの提供を目的とする。

本発明による平衡ケーブルは、信号導体を絶縁体で覆った少なくとも１対のコア電線からなる平衡ケーブルであって、絶縁体は内層絶縁体と外層絶縁体の２層からなり、内層絶縁体は非着色の充実絶縁層で形成され、外層絶縁体は着色された充実絶縁層で形成されていることを特徴とする。また、外層絶縁体の厚さは、内層絶縁体の厚さより薄く形成することが好ましい。なお、１対のコア電線の外層絶縁体は、互いに異なる色相で形成することができる。

本発明の平衡ケーブルによれば、絶縁体の内層および外層の何れも充実絶縁体で形成することにより、ケーブルの機械的強度を高めて、外力による潰れ等を防ぎ、電気的特性の低下を抑制することができる。また、外層絶縁体のみに着色剤を添加するので誘電率の増加を抑制することができ、信号導体間の信号伝播の時間差（スキュー）も最小限に抑えることができる。

本発明による平衡ケーブルの概略を説明する図である。 本発明の平衡ケーブルを複数本集合した通信ケーブルの一例を示す図である。 外層絶縁体の厚さによる誘電率差の変化を示す図である。 本発明によるスキュー改善の検証結果を示す図である。 従来技術を説明する図である。

図により本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明による平衡ケーブルの各種の形態を説明する図、図２は複数本の平衡ケーブルを集合した通信ケーブルの例を示す図である。図中、１１ａ〜１１ｃは平衡ケーブル、１２はコア電線、１３は信号導体、１４は内層絶縁体、１５は外層絶縁体、１５ａ，１５ｂは色相、１６はドレインワイヤ、１７はシールド導体、１８は外被、２０ａ，２０ｂは通信ケーブル、２１は他の電線、２２は共通シールド導体、２３はケーブルシースを示す。

本発明による平衡ケーブルは、信号導体を絶縁体で絶縁した絶縁電線（以下、コア電線という）を、２本撚り合わせた形態（ツイストぺア）、撚らずに平行に並べた形態の何れにも適用することができる。また、シールド導体を施したものと施さないものがあるが何れであってもよく、さらに、２対の４本撚り（カッド線）としてもよい。また、上記の平衡ケーブルを複数本集合し、共通のシースで被覆して種々の用途に適合させた通信ケーブルとし、さらに必要に応じて全体を共通シールド導体でシールドするようにしてもよい。

図１（Ａ）は、１対のコア電線１２を撚り合せたシールド導体を有しない平衡ケーブル１１ａを示した図である。コア電線１２は、信号導体１３を内層絶縁体１４と外層絶縁体１５からなる２層の絶縁体で覆って形成される。このコア電線１２は、２本を互いに撚り合わせることにより、ツイストペアケーブルとされる。
信号導体１３は、銅やアルミ等の電気良導体、またはこれらの電気良導体に錫メッキ等を施した単心線または撚り線で形成され、例えば、外径が０.１２〜０.３ｍｍ程度のものが用いられる。

信号導体１３を電気的に絶縁する内層絶縁体１４としては、できるだけ誘電率の小さいものが用いられ、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、フッ素樹脂等が用いられる。本発明においては、内層絶縁体１４は、発泡絶縁体とせず充実絶縁体として信号導体１３の外側に押出し成形により形成する。また、この内層絶縁体１４には、着色顔料等の着色剤を添加しない非着色の樹脂色のままとする。

外層絶縁体１５は、内層絶縁体１４と同じ樹脂で形成してもよいが、内層絶縁体より耐磨耗性のある、例えば、ポリウレタン樹脂等を用いてもよい。外層絶縁体１５には、着色顔料等の着色剤を添加して、充実絶縁体として内層絶縁体１４の外周に同時成形あるいはタンデム成形で形成される。この外層絶縁体１５に添加される着色顔料としては、後述するように、白、赤、青、緑・・・・・など、種々のものが用いられ、対にされるコア電線１２の外層絶縁体１５の色相１５ａ，１５ｂを変えることができる。

また、内層絶縁体１４と外層絶縁体１５の合計の絶縁体厚さは、例えば、０.２５ｍｍ程度で、信号導体の径を０.３ｍｍとして、外径が０.８ｍｍ程度のコア電線とされる。この場合、外層絶縁体１５の厚さは、内層絶縁体１４の厚さより薄く、例えば、内層絶縁体１４の厚さＴａ０.２１ｍｍ、外層絶縁体の厚さＴｂを０.０４ｍｍとする。すなわち、外層絶縁体１５は、厚さが０.１５ｍｍ以下で、Ｔｂ／Ｔａ≦０.２とするのが望ましい。

図１（Ｂ）は、１対のコア電線１２を平行に並べたケーブルを、シールド導体１７でシールドした平衡ケーブル１１ｂを示した図である。コア電線１２は、図１（Ａ）で説明したのと同様に、信号導体１３を内層絶縁体１４と外層絶縁体１５からなる２層の絶縁体で覆って形成される。また、１対のコア電線１２は、外層絶縁体１５の色相１５ａ，１５ｂを変えて対にすることができる。

この平衡ケーブル１１ｂは、１対のコア電線１２を撚らずに平行に並べ、コア電線１２同士が接する谷間部分にドレインワイヤ１６を縦添えして、シールド導体１７用の金属箔テープ等を縦添えあるいは巻付けることにより束ねて、ケーブル化される。なお、シールド導体１７を形成する金属箔テープは、アルミまたは銅などの金属箔をポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等のプラスチック基材にラミネートしたものが用いられる。

ドレインワイヤ１６は、図１（Ｂ）ではコア電線１２同士が接する谷間の一方の側にだけ配した例で示したが、反対側の谷間部分にも配した構成としてもよい。また、ドレインワイヤ１６は、コア電線１２同士が接する谷間部分ではなく、図５（Ｂ）で示したように、１対のコア電線１２の両外側に配するようにしてもよい。
なお、シールド導体１７の外周には、外被１８（ジャケットともいう）をケーブル保護のために施してもよい。この外被１８は、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、フッ素樹脂等の熱可塑性樹脂の押出し成形で形成してもよく、樹脂テープの巻付けで形成してもよい。

図１（Ｃ）は、２対（４本）のコア電線１２を平行または撚って、全体をシールド導体でシールドしたカッドケーブル１１ｃを示した図である。コア電線１２は、図１（Ａ）で説明したのと同様に、信号導体１３を内層絶縁体１４と外層絶縁体１５からなる２層の絶縁体で覆って形成される。また、各コア電線１２は、それぞれに色相を変えて色により識別可能とすることができる。２対のコア電線１２は、図１（Ｂ）と同様に、シールド導体１７用の金属箔テープ等を縦添えあるいは巻付けにより束ねてシールドケーブルとすることができる。また、図１（Ｃ）では省略したが、ドレインワイヤを用いて接地接続するようにしてもよい。なお、ケーブル中心の介在１９は、コア電線の組合わせが崩れないようにするためのものである。

図２（Ａ）は、上述したツイストペアの平衡ケーブル１１ａの複数本を集合した通信ケーブルの例で、平衡ケーブルの他に、音響線や電源線等の他の電線２１も集合させることができる。図２（Ｂ）は、上述した２心平行の平衡ケーブル１１ｂの複数本を集合した通信ケーブルの例で、図２（Ａ）と同様に平衡ケーブルの他に、音響線や電源線等の他の電線２１も集合させることができる。また、複数本の平衡ケーブル１１ａ，１１ｂは、共通シールド導体２２により全体をシールドされ、また、ケーブルシース２３により全体が保護される。

上述したコア電線１２の絶縁体に用いる樹脂材を１ｍｍ厚のシートにして、種々の着色剤（顔料）を添加したときの誘電率を測定した。樹脂材には、誘電率が比較的小さい照射架橋ポリエチレンを用い、種々の色相を示す着色剤を添加してシート状にし、その誘電率を測定した。着色剤が「白」の場合は、比較的に大きな誘電率（２.４２）であったが、他の色「緑・赤・青・・・・・・灰」では、多少のバラツキはあるものの誘電率（２.３２〜２.３６）の範囲であった。

なお、スキュー発生の要因となる絶縁電線の信号の伝播速度（Ｖ）および信号の遅延時間（Ｔｄ）は、
Ｖ＝Ｃ／√ε（Ｃ：光速 ε：誘電率） Ｔｄ＝Ｌ／Ｖ＝ｋ√ε（Ｌ：ケーブル長）
で表わすことができる。
２心平衡ケーブルを用いた差動信号伝送では、対にされる信号導体間の信号遅延時間（Ｔｄ）の差（スキュー）を、できるだけ小さくする必要があるが、これには組合わされるコア電線の誘電率εは同じか、その差が最小であることが望まれる。

すなわち、絶縁体は同じ色相のコア電線で平衡ケーブルを構成することが望ましく、また、平衡ケーブル間でのスキューも含めると、一方の絶縁体の色相に「白」を用い他方を「他の色」とすることは好ましくないと言える。しかしながら、ユーザの要望等によって、コア電線の絶縁体に所定の色相を持たせざるを得ない場合がある。

本発明においては、上述したように平衡ケーブルを構成するコア電線の絶縁体を充実絶縁体からなる２層で形成し、内層絶縁体に着色剤を添加せず、外層絶縁体のみに着色剤を添加して色相を持たせている。このため、誘電率に差異を生じさせるのは、外層絶縁体のみであるが、この外層絶縁体の厚さを薄くすることにより、内層と外層を含めたコア電線の絶縁体の誘電率差は小さくすることが可能となる。

図３は、コア電線の信号導体を外径０.３ｍｍ（外径０.１ｍｍの７本撚りでＡＷＧ３０相当）とし、絶縁体に外径を０.８ｍｍ、絶縁体の全厚さを０.２５ｍｍの照射架橋ポリエチレンを用い、一方のコア電線の外層絶縁体を「白」、他方の外層絶縁体を「青」として外層絶縁体の厚さと対間の誘電率差の関係を検証したものである。この場合、スキューが２５ｐｓ／ｍ以下を満たすには、対間の誘電率差（対となるコア電線の絶縁体の誘電率の差）を０.０５以下とする必要がある。そのためには、外層絶縁体の厚さは、０.１５ｍｍ以下（内層絶縁体の厚さは、０.１ｍｍ以上）とすればよいことになる。なお、絶縁体のバラツキを考慮して、外層絶縁体の厚さは、内層絶縁体より薄くすることが好ましい。

図４は、本発明による平衡ケーブルのスキューの検証結果を示す図である。比較例としてコア電線の絶縁体（厚さ０.２５ｍｍ）を２層とせず、絶縁体の全体に均一に着色剤を添加して、色相の組合わせで誘電率差が最も大きい「白」と他の色「赤、緑、青、黄」の色相の組合わせで平衡ケーブルを構成した。この場合、色相の組合わせでバラツキはあるものの、対の信号導体間のおけるスキューの平均は、４５.１ｐｓ／ｍであった。

これに対し、本発明においては、コア電線の絶縁体を２層に分け、外層絶縁体（厚さ０.０４ｍｍ）のみに着色剤を添加し、比較例と同様な色相の組合わせで平衡ケーブル（実施例）を構成した。この場合、色相の組合わせでのバラツキも小さく、対にされた信号導体間におけるスキューの平均は、要求値（２５ｐｓ／ｍ以下）を下回る１０.９ｐｓ／ｍであった。なお、平衡ケーブルに同じ色相のコア電線を用いた場合は、対にされた信号導体間におけるスキューは、１０ｐｓ／ｍ未満であった。

上述したように、コア電線の絶縁体を２層とし、外層絶縁体のみに着色剤を添加することにより、平衡ケーブルとして組合わせるコア電線の誘電率差を小さくすることができる。この結果、平衡ケーブル内の信号導体間のスキューを小さく抑えることが可能となり、コア電線に色相を付与し識別性をもたせることができる。また、内層絶縁体および外層絶縁体の何れも充実絶縁体で形成されているので、曲げや外力で絶縁体が損傷を受けることはなく、安定した信号伝送特性をもたせることができる。
なお、絶縁体を発泡させたコア電線を用いて製造した同様な平衡ケーブルを屈曲させると、発泡絶縁体が破れてドレインワイヤと信号導体とが短絡することがある。

１１ａ〜１１ｃ…平衡ケーブル、１２…コア電線、１３…信号導体、１４…内層絶縁体、１５…外層絶縁体、１５ａ，１５ｂ…色相、１６…ドレインワイヤ、１７…シールド導体、１８…外被、１９…介在、２０ａ，２０ｂ…通信ケーブル、２１…他の電線、２２…共通シールド導体、２３…ケーブルシース。

Claims (3)

1. 信号導体を絶縁体で覆った少なくとも１対のコア電線からなる平衡ケーブルであって、前記絶縁体は内層絶縁体と外層絶縁体の２層からなり、前記内層絶縁体は非着色の充実絶縁層で形成され、前記外層絶縁体は着色された充実絶縁層で形成されていることを特徴とする平衡ケーブル。
2. 前記外層絶縁体の厚さは、前記内層絶縁体の厚さより薄いことを特徴とする請求項１に記載の平衡ケーブル。
3. 前記１対のコア電線の外層絶縁体は、互いに異ならせた色相で形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の平衡ケーブル。

Images