JP2011129261A - 高速差動用クワッドケーブル - Google Patents

Abstract

【課題】ケーブルの摺動初期における特性インピーダンスや減衰量の悪化を抑制できる高速差動用クワッドケーブルを提供すること。
【解決手段】本発明の高速差動用クワッドケーブル１は、複数本の導線１１ａを撚り合わせた内部導体１１の外周に誘電体層１２を設けた信号線１０を４芯、右方向もしくは左方向に撚り合わせ、その外側に複数本の導線１６ａを４芯の信号線の撚り方向と同一方向に撚り合わせた外部導体１６を設けた構成となっている。このように、４芯の信号線の撚り方向と外部導体の撚り方向とが同一方向となるように構成したので、ケーブルの摺動時の４芯の信号線と外部導体の挙動が近似したものとなると推測され、ケーブルの摺動初期における特性インピーダンスや減衰量の悪化を抑制することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、４芯の信号線を用いて信号の差動伝送を行う高速差動用クワッドケーブルに関する。

従来、データ伝送が高速ビットレートで行われる場合に用いられる伝送線路として、高速差動ケーブルがある。このような高速差動ケーブルは、特許文献１に示されており、この特許文献１には、複合作動ペアケーブル（クワッドケーブル又はカッドケーブルともいう）が開示されている。このクワッドケーブルは、信号導線を絶縁体により被覆した４本の絶縁電線を充填芯材を中心に環状に配し、絶縁電線を囲んで絶縁スペーサを配している。そして、絶縁スペーサの外周に編組導体又はアルミ化されたポリエステルからなるシールド導体を配し、その外周を外被で覆った構成となっている。このようなクワッドケーブルはツインナクスケーブルと比べ細線化可能であるという利点を有している。

特表平９−５１１３５９号公報

例えば、ロボットに搭載されているカメラは、ロボットの動作に合わせて回転や昇降等の動作が可能なように構成されている。このため、一例として挙げるカメラリンクケーブルは、カメラの動作に追従して屈曲して摺動することになる。ところが、特許文献１に開示されているクワッドケーブルでは、ケーブルの摺動初期に特性インピーダンスや減衰量が例えば著しく上昇して変動し、電気特性の悪化現象が発生するため、摺動されるケーブルには適用困難である。この問題を解決するために、本発明者は、鋭意、研究、開発を続けた結果、摺動初期における特性インピーダンスや減衰量の悪化を防止できるクワッドケーブルの構成を見出し、本発明を完成するに至ったものである。

本発明は、上記のような課題に鑑みなされたものであり、その目的は、ケーブルの摺動初期における特性インピーダンスや減衰量の悪化を抑制できる高速差動用クワッドケーブルを提供することにある。

上記目的達成のため、本発明の高速差動用クワッドケーブルでは、複数本の導線を撚り合わせた内部導体の外周に誘電体層を設けた信号線を４芯、右方向もしくは左方向に撚り合わせ、前記４芯の信号線の外周にバッファ層を設け、前記バッファ層の外周にテープ状部材を螺旋状に巻き付けた第１の巻回層を設け、前記第１の巻回層の外周に複数本の導線を前記４芯の信号線の撚り方向と同一方向に撚り合わせた外部導体を設け、前記外部導体の外周にテープ状部材を螺旋状に巻き付けた第２の巻回層を設け、前記第２の巻回層の外周に外被を設けたことを特徴としている。

このように、４芯の信号線の撚り方向と外部導体の撚り方向とが同一方向となるように構成したので、ケーブルの摺動時の４芯の信号線と外部導体の挙動が近似したものとなると推測され、ケーブルの摺動初期における特性インピーダンスや減衰量の悪化を抑制することができる。

また、前記４芯の信号線の中心および該信号線と前記バッファ層の間には、高周波特性の良好な部材が介在されている。このように、高周波特性の良好な部材を介在させることにより、信号線同士の摺動を改善することができ、ケーブルの摺動初期における特性インピーダンスや減衰量の悪化をさらに抑制することができる。

本発明の実施形態に係る高速差動用クワッドケーブルの軸と直交する方向の図である。 実施例および比較例の高速差動用クワッドケーブルを摺動試験したときの特性インピーダンスおよび減衰量の変化を示す図である。

以下に説明する実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが本発明の成立に必須であるとは限らない。

図１は、本発明の実施形態に係る高速差動用クワッドケーブルの軸と直交する方向の図である。この高速差動用クワッドケーブル１は、複数本の導線１１ａを撚り合わせた中心導体１１（内部導体）の外周に誘電体層１２を形成した信号線１０を、右方向もしくは左方向に４芯撚り合わせ、その際、４芯の信号線１０の中心に介在１３を配置している。さらに、４芯の信号線１０の外周の隣接する信号線１０間にも介在１３を配置し、４芯の信号線１０の誘電体層１２および介在１３の外側にバッファ層１４を形成する。

このバッファ層１４の外周にテープ状部材でなる第１の巻回層１５を形成し、第１の巻回層１５の外周に複数本の導線１６ａを４芯の信号線１０の撚り方向と同一方向に撚り合わせたシールド層（外部導体）１６を形成する。さらに、シールド層１６の外周にテープ状部材でなる第２の巻回層１７を形成し、第２の巻回層１７の外周にジャケット（外被）１８を形成した構成となっている。

中心導体１１の導線１１ａは、例えば銀めっき高抗張力合金線が使用可能である。誘電体層１２には、例えばテトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）等のフッ素樹脂が使用可能である。介在１３には、例えば多孔質ポリテトラフルオロエチレン（ＥＰＴＦＥ）、延伸ＰＦＡ（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）等の高周波特性が良好なフッ素樹脂が使用可能である。バッファ層１４には、例えばＥＰＴＦＥ等のフッ素樹脂が使用可能である。

第１および第２の巻回層１５，１７には、ＡＬＰＥＴ、即ちアルミ箔とポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）とを、接着層としてポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）を介して積層してテープ状に形成した金属化テープが使用可能である。第１および第２の巻回層１５，１７は、バッファ層１４およびシールド層１６を包囲するように外周に螺旋状（いわゆる、スパイラル巻き）に設けられる。なお、第１および第２の巻回層１５，１７は、上記したような金属化テープを用いたが、例えば、ＰＥＴに銅、アルミ等の金属を蒸着した金属蒸着テープあるいはアルミ箔、銅箔等の金属箔をテープ化した金属テープを用いても良いことは勿論のことである。シールド層１６の導線１６ａは、例えば錫メッキ錫入り合金線が使用可能である。ジャケット１８には、例えばＦＥＰが使用可能である。

このような構成の高速差動用クワッドケーブル１は以下の手順により作製される。先ず、複数本の導線１１ａを撚って中心導体１１とし、この中心導体１１の外周に押出機（図示せず）を用いてＦＥＰを押出し被覆して第１の誘電体層１２を形成した信号線１０を作製する。次に、４本の信号線１０を誘電体層１２が軸方向に接触するように、右方向もしくは左方向に撚り合わせ、その際、４芯の信号線１０の中心にＥＰＴＦＥもしくは延伸ＰＦＡでなる介在１３を配置し、さらに、４芯の信号線１０の外周の隣接する信号線１０間にも介在１３を配置する。

そして、４芯の信号線１０の誘電体層１２および介在１３の外側を包囲するように例えばＥＰＴＦＥテープを巻回してバッファ層１４を形成する。このバッファ層１４の外周を包囲するように金属化テープを螺旋状に巻回（スパイラル巻き）して第１の巻回層１５を形成する。そして、第１の巻回層１５の外周に複数本の導線１６ａを４芯の信号線１０の撚り方向と同一方向である右方向もしくは左方向に撚ってシールド層１６を形成する。このシールド層１６の外周を包囲するように金属化テープを螺旋状に巻回（スパイラル巻き）して第２の巻回層１７を形成する。最後に、第２の巻回層１７の外周に絶縁テープを巻き付けて、もしくは押出機を用いて絶縁体を押出し被覆してジャケット１８を形成する。以上により、高速差動用クワッドケーブル１が完成する。

以上のような構成の高速差動用クワッドケーブル１によれば、４芯の信号線１０の撚り方向とシールド層１６の導線１６ａの撚り方向とが同一方向となるように構成したので、ケーブルの摺動時の４芯の信号線１０とシールド層１６の挙動が近似したものとなると推測され、ケーブルの摺動初期における特性インピーダンスや減衰量などの電気特性の悪化を抑制することができる。また、信号線１０の中心および該信号線１０とバッファ層１４の間に、高周波特性の良好な介在１３を配置しているので、信号線１０同士の摺動を改善することができ、ケーブルの摺動初期における特性インピーダンスや減衰量の悪化をさらに抑制することができる。

次に、実施例として本実施形態の高速差動用クワッドケーブル１および比較例として従来の高速差動用クワッドケーブルを作製して摺動試験を行い、それらのインピーダンスおよび減衰量を測定したので、この測定結果について図２を参照して説明する。ここで、測定に使用した実施例の高速差動用クワッドケーブル１は、以下のようにして作製されている。中心導体１１の導線１１ａとして外径０．０７９ｍｍの銀めっき高抗張力合金線を１９本用意し、該導線１１ａを撚って中心導体１１とする。そして、この中心導体１１の外周に外径０．６５ｍｍとなるように図示しない押出機を用いてＦＥＰを押出し被覆して誘電体層１２を形成し信号線１０とする。

４本の信号線１０を誘電体層１２が軸方向に接触するように、右方向もしくは左方向に撚り合わせ、その際、４芯の信号線１０の中心の１箇所にＥＰＴＦＥの介在１３を配置し、さらに、４芯の信号線１０の外周の隣接する信号線１０間の４箇所にもＥＰＴＦＥの介在１３を配置する。そして、４本の信号線１０の誘電体層１２および介在１３の外側を包囲するように、厚さ０．１８ｍｍとなるようにＥＰＴＦＥを被覆してバッファ層１４を形成する。

そして、バッファ層１４の外周を包囲するように、厚さ１０μｍのアルミ箔と厚さ１２μｍのＰＥＴとを厚さ２〜３μｍのＰＶＣ（接着層）を介して積層してなるＡＬＰＥＴを螺旋状に巻回（スパイラル巻き）して第１の巻回層１５を形成する。そして、導線１６ａとして外径０．０８ｍｍの錫メッキ錫入り合金線を７１本用意し、第１の巻回層１５の外周に４芯の信号線１０の撚り方向と同一方向である右方向もしくは左方向に撚ってシールド層１６を形成する。

さらに、シールド層１６の外周を包囲するように、厚さ１０μｍのアルミ箔と厚さ１２μｍのＰＥＴとを厚さ２〜３μｍのＰＶＣ（接着層）を介して積層してなるＡＬＰＥＴを螺旋状に巻回（スパイラル巻き）して第２の巻回層１７を形成する。最後に、第２の巻回層１７の外周を包囲するように、厚さ０．０５ｍｍのＦＥＰを被覆してジャケット１８を形成する。一方、測定に使用した比較例の高速差動用クワッドケーブルは、上述の実施例の高速差動用クワッドケーブル１と略同一構成であるが、７１本の導線１６ａを第１の巻回層の外周に４芯の信号線の撚り方向と逆方向である方向に撚ってシールド層を形成した点のみ異なる構成となっている。

図２は、実施例の高速差動用クワッドケーブル１および比較例の高速差動用クワッドケーブルを１ｍとしてケーブル両端にコネクタを接続し、摺動試験機のマンドレル（曲げ半径１５ｍｍ）にセットして１００回／分で５０００回の摺動試験を行ったときの特性インピーダンスＺｏ（Ω）および周波数（ＧＨｚ）を０．１ＧＨｚと１．０ＧＨｚとしたときの減衰量（ｄＢ／ｍ）の変化を示す図である。

図２から明らかなように、比較例の高速差動用クワッドケーブルでは、特性インピーダンスＺｏ（Ω）は、初期値が１００．３８（Ω）であったものが５０００回の摺動試験後は１０９．２（Ω）となり、変化率は８．８％であった。一方、実施例の高速差動用クワッドケーブル１では、特性インピーダンスＺｏ（Ω）は、初期値が１００．８（Ω）であったものが５０００回の摺動試験後は１０２．８９（Ω）となり、変化率は２．１％と比較例の高速差動用クワッドケーブルと比べ良好な値を示している。

また、比較例の高速差動用クワッドケーブルでは、０．１ＧＨｚの周波数（ＧＨｚ）の減衰量（ｄＢ／ｍ）は、初期値が０．３４３（ｄＢ／ｍ）であったものが５０００回の摺動試験後は０．４０５（ｄＢ／ｍ）となり、変化率は１８．１％であった。また、１．０ＧＨｚの周波数（ＧＨｚ）の減衰量（ｄＢ／ｍ）は、初期値が１．３２（ｄＢ／ｍ）であったものが５０００回の摺動試験後は１．７４（ｄＢ／ｍ）となり、変化率は３１．８％であった。

一方、実施例の高速差動用クワッドケーブル１では、０．１ＧＨｚの周波数（ＧＨｚ）の減衰量（ｄＢ／ｍ）は、初期値が０．３７５（ｄＢ／ｍ）であったものが５０００回の摺動試験後は０．３７６（ｄＢ／ｍ）となり、変化率は０．３％と比較例の高速差動用クワッドケーブルと比べ非常に良好な値を示している。また、１．０ＧＨｚの周波数（ＧＨｚ）の減衰量（ｄＢ／ｍ）は、初期値が１．１７（ｄＢ／ｍ）であったものが５０００回の摺動試験後は１．２８（ｄＢ／ｍ）となり、変化率は９．４％とこれも比較例の高速差動用クワッドケーブルと比べ非常に良好な値を示している。

以上説明したように、本実施形態の高速差動用クワッドケーブル１によれば、ケーブルの摺動初期における特性インピーダンスや減衰量の悪化を抑制することができるため、摺動されるケーブル、例えばロボットに搭載されているカメラリンクケーブルに適用可能である。

本発明の高速差動用クワッドケーブルは、カメラリンクケーブルのみならず、摺動されると共に高速ビットレートで長距離のデータ伝送を行う機器、例えば、ノート型のコンピュータや折り畳み式の携帯電話等の可動部を有する電子機器に適用可能である。

１ 高速差動用クワッドケーブル、１０ 信号線、１１ 中心導体（内部導体）、１１ａ 導線、１２ 誘電体層、１３ 介在、１４ バッファ層、１５ 第１の巻回層、１６ シールド層（外部導体）、１６ａ 導線、１７ 第２の巻回層、１８ ジャケット（外被）

Claims (2)

1. 複数本の導線を撚り合わせた内部導体の外周に誘電体層を設けた信号線を４芯、右方向もしくは左方向に撚り合わせ、前記４芯の信号線の外周にバッファ層を設け、前記バッファ層の外周にテープ状部材を螺旋状に巻き付けた第１の巻回層を設け、前記第１の巻回層の外周に複数本の導線を前記４芯の信号線の撚り方向と同一方向に撚り合わせた外部導体を設け、前記外部導体の外周にテープ状部材を螺旋状に巻き付けた第２の巻回層を設け、前記第２の巻回層の外周に外被を設けたことを特徴とする高速差動用クワッドケーブル。
2. 前記４芯の信号線の中心および該信号線と前記バッファ層の間に、高周波特性の良好な部材を介在させたことを特徴とする請求項１に記載の高速差動用クワッドケーブル。

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