JP2013098127A - ジェリー撚線導体使用対撚線及びこれを用いたケーブル - Google Patents

Abstract

【課題】湿気による減衰量の増大を低減したジェリー撚線導体使用対撚線及びこれを用いたケーブルを提供する。
【解決手段】複数本の素線１１を撚り合わせた撚線導体１２と撚線導体１２の周囲を被覆する絶縁被覆体１３とを有する絶縁電線１４を対撚りしてなり、伝送速度が１Ｍｂ／ｓ以上又は周波数が１ＭＨｚ以上の差動信号を伝送するための撚線導体使用対撚線であって、絶縁電線１４は、絶縁被覆体１３の内側にある複数本の素線１１間の隙間１５に充填されたジェリー１６を更に有し、絶縁被覆体１３は、前記ジェリーに対し、耐ジェリー性の材料からなるジェリー撚線導体使用対撚線１０である。
【選択図】図１

Description

本発明は、産業ＬＡＮ（Local Area Network）用、差動（平衡）信号用などの高周波領域における信号伝送に広く用いられるジェリー撚線導体使用対撚線及びこれを用いたケーブルに関するものである。

撚線導体を使用した撚線導体使用対撚線は、産業ＬＡＮ用や差動信号用などの高周波領域における信号伝送で広く用いられている。

この撚線導体使用対撚線は、産業ＬＡＮ用などの産業用用途には、撚線導体のしなやかさのために、敷設が容易なこと、振動する設備での使用が可能なことから、産業ＬＡＮ用ケーブルなどの使用リンク長が短い用途に使用されている。

一方、撚線導体使用対撚線を比較的使用リンク長が長い用途に使用すると、長期間の使用の間に伝送損失減衰量（以下、減衰量）が増加し、システムエラー、データＢＥＲ（Bit Error Rate）悪化による障害を起こすことがある。これは、長期間の使用の間に、撚線導体の素線間の隙間に湿気（水分）が入り込み、高周波抵抗や漏洩コンダクタンスを増加させ、減衰量を増加させるためである。

使用リンク長が短い用途で用いられる従来技術に係る撚線導体使用対撚線の断面図を図４に示す。ここでは、一例として７本の素線４１を１／６構成（中央に配置した１本の素線４１を螺旋状に撚った６本の素線４１で囲んだ構成）で撚り合わせた撚線導体４２を使用し、その周囲を低密度ポリエチレンからなる絶縁被覆体４３で被覆した絶縁電線４４を対撚りして撚線導体使用対撚線４０とし、その周囲にシース４５を被覆したケーブル４６を示した。

特開２００１−６４５２号公報 実開昭５９−１７３９３７号公報 特開昭６３−３１４７１１号公報 特開昭５６−７１２１９号公報

ところで、撚線導体を製造可能にする条件として、素線を撚ることが必要である。撚りを入れないと、素線の集合体になり、ボビンに巻くと素線同士が相互に絡んで製造することができないからである。

図５に示すように、素線径ｄの素線４１を撚角Ａで撚った撚線導体４２は、撚線導体４２の長さ方向に、間隔Ｌ＝ｄ／ｃｏｓＡのピッチで、素線４１同士の接触面が存在することになる。そのため、撚線導体４２としての等価体積抵抗率（高周波抵抗）は、導体そのものではなく、導体（主要部）と素線４１同士の接触面とその隙間４７とで構成される体積抵抗率になる。

ここで、撚線導体における減衰量（α）、抵抗減衰量（α_R）、漏洩減衰量（α_g）、等価体積抵抗率（ρ）、誘電正接（ｔａｎδ）の関係を次式（１）〜（３）に示す。但し、ｔ（＝√（２ρ）／√（ωμ））は高周波電流が交流伝播する等価スキン厚（表皮深さ）、ω（＝２πｆ）は角周波数、μは絶対透磁率、Ｄは撚線導体径、ｆは周波数、Ｚ_Cは対の特性インピーダンス、Ｃは対の相互静電容量、Ｇ（＝２πｆＣｔａｎδ）は漏洩コンダクタンスである。

撚線導体を長期間使用すると、素線間の隙間に湿気が入り込み、金属が腐食する。このため、素線の表面に腐食による凹凸が形成されてしまい、素線同士が面ではなく、点で接触するようになってしまう。その結果、接触抵抗が１．３倍から数倍に増大してしまう。

更に、撚角Ａが小さいと間隔Ｌも小さくなり、撚線導体の長手方向における隙間の頻度（素線同士が接する頻度）も増えるので、接触抵抗の増大の影響もその分大きくなり、等価体積抵抗率（ρ）は十数倍に増大する。このことは、減衰量のうちの抵抗減衰量を増大させ、不良の主原因になる。加えて、隙間の湿気が増大した場合、対の撚線導体間の電界に隙間も含まれるので、誘電正接（ｔａｎδ）の劣化（漏洩コンダクタンス（Ｇ）の劣化）を起こし、減衰量のうちの漏洩減衰量を増大させ、不良の副原因になる。

そこで、本発明の目的は、湿気による減衰量の増大を低減したジェリー撚線導体使用対撚線及びこれを用いたケーブルを提供することにある。

この目的を達成するために創案された本発明は、複数本の素線を撚り合わせた撚線導体と前記撚線導体の周囲を被覆する絶縁被覆体とを有する絶縁電線を対撚りしてなり、伝送速度が１Ｍｂ／ｓ以上又は周波数が１ＭＨｚ以上の差動信号を伝送するための撚線導体使用対撚線であって、前記絶縁電線は、前記絶縁被覆体の内側にある前記複数本の素線間の隙間に充填されたジェリーを更に有し、前記絶縁被覆体は、前記ジェリーに対し、耐ジェリー性の材料からなるジェリー撚線導体使用対撚線である。

前記絶縁被覆体は、体積密度が０．９３ｇ／ｃｍ³以上０．９７ｇ／ｃｍ³以下の範囲の高密度ポリエチレンからなると良い。

前記絶縁被覆体は、フッ化炭素樹脂からなっても良い。

前記ジェリーは、周波数１ＭＨｚ及び温度２０℃の条件下における初期の誘電率が２．０以上２．４以下、及び誘電正接が１×１０^-3以下の範囲のものからなると良い。

前記ジェリーは、温度１００℃の条件下における初期の体積抵抗率が８×１０⁹Ω・ｃｍ以上の範囲のものからなると良い。

前記ジェリーは、１質量％以上３質量％以下の酸化防止剤、１質量％以上３質量％以下の銅害防止剤のいずれか一方、又はその両方を含有すると良い。

前記ジェリーは、滴下点が１００℃以上、油分離試験値が６５℃×５日間以上の範囲のものからなると良い。

また本発明は、前記ジェリー撚線導体使用対撚線を少なくとも１本用い、その周囲にシースを一括して被覆してなるケーブルである。

本発明によれば、湿気による減衰量の増大を低減したジェリー撚線導体使用対撚線及びこれを用いたケーブルを提供することができる。

本発明の実施の形態に係るジェリー撚線導体使用対撚線を用いたケーブルを示す断面図である。 周波数と減衰量との関係を加速劣化試験の前後で対比した図である。 図２の減衰量を抵抗減衰量と漏洩減衰量とに分離し、これを加速劣化試験の前後で対比した図である。 従来技術に係る撚線導体使用対撚線を用いたケーブルを示す断面図である。 撚線導体の撚角Ａと間隔Ｌとの関係、及び撚線導体の等価体積抵抗率について説明する図である。

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。

図１に示すように、本実施の形態に係るジェリー撚線導体使用対撚線１０は、複数本の素線１１を撚り合わせた撚線導体１２と撚線導体１２の周囲を被覆する絶縁被覆体１３とを有する絶縁電線１４を対撚りしてなり、伝送速度が１Ｍｂ／ｓ以上又は周波数が１ＭＨｚ以上の差動信号を伝送するための撚線導体使用対撚線であって、絶縁電線１４は、絶縁被覆体１３の内側にある複数本の素線１１間の隙間１５に充填されたジェリー１６を更に有し、絶縁被覆体１３は、耐ジェリー性の材料からなることを主な特徴とするものである。

撚線導体１２は、例えば、Ａφ０．２０８ｍｍの銅線からなる７本の素線１１を１／６構成（中央に配置した１本の素線１１を螺旋状に撚った６本の素線１１で囲んだ構成）で撚角７５度にて撚り合わせたものである。

素線１１の材料は銅に限定されず、銅合金、アルミニウム、又はアルミニウム合金など、通常の良導体を使用可能であり、また素線１１の寸法は特に限定されない。更に、素線１１の撚り構成、撚角などは特に限定されるものではなく、ジェリー撚線導体使用対撚線１０の使用環境における振動や曲げなどに合わせて適宜変更することができる。

絶縁被覆体１３は、ジェリー１６に対し、耐ジェリー性の材料である、体積密度が０．９３ｇ／ｃｍ³以上０．９７ｇ／ｃｍ³以下の範囲の高密度ポリエチレンからなると良い。これは耐ジェリー性の材料ではないもの（例えば、低密度ポリエチレン）を使用した場合には、ジェリー１６により絶縁被覆体１３が膨潤、溶解して低粘度状態になってしまい、製品に供することができないからである。即ち、耐ジェリー性とは、ジェリーにより絶縁被覆体が膨潤、溶解して低粘度状態とならない性能のことをいう。

なお、ここでの体積密度は、ＪＩＳ Ｋ７１１２（又はＡＳＴＭ Ｄ７９２）で規格された方法により測定したものを指す。

また、絶縁被覆体１３は、フッ化炭素樹脂（フッ素樹脂）からなるものであっても、体積密度が０．９３ｇ／ｃｍ³以上０．９７ｇ／ｃｍ³以下の範囲の高密度ポリエチレンを用いた場合と同等の製品性能を得ることが可能である。

絶縁被覆体１３の厚さは特に限定されるものではないが、例えば、０．２２ｍｍとすることができる。

ジェリー１６は、周波数１ＭＨｚ及び温度２０℃の条件下における初期の誘電率が２．０以上２．４以下、及び誘電正接が１×１０^-3以下の範囲のものからなると良い。誘電率を２．０以上２．４以下の範囲としたのは、絶縁被覆体１３の材料となる高密度ポリエチレンの誘電率が２．３、フッ化炭素樹脂の誘電率が２．１であるので、これと同等の誘電率の材料を使用し、電気性能特性を逸脱しないためと、ジェリー１６の工業生産上のバラツキとを考慮したからである。誘電正接を１×１０^-3以下の範囲としたのは、従来品を加速劣化試験に供して得られた誘電正接が２×１０^-3であり、この値は後述する漏洩減衰量項Ｂを１００％以上劣化するレベルであったので、実績値２×１０^-3の１／２（半分以下を目標）の１×１０^-3を管理限界としたからである。

なお、ここでの誘電率はＡＳＴＭ Ｄ２９４で規格された方法により測定したもの、誘電正接はＡＳＴＭ Ｄ１５０で規格された方法により測定したものを指す。特に誘電正接は、漏洩減衰量項Ｂと前述した式（３）とにより計算することができる。

また、ジェリー１６は、温度１００℃の条件下における初期の体積抵抗率が８×１０⁹Ω・ｃｍ以上の範囲のものからなると良い。これは技術的根拠からというよりも、本発明者が精製度の高いジェリー１６を用いて本発明品を試作した際に減衰量の増加が認められなかったことから、試作に用いたものよりも体積抵抗率が高いジェリーであれば、撚線導体１２の等価スキン厚を厚く（表皮深さを深く）することができ、減衰量の増加は生じないであろうとの見解に基づく。

なお、ここでの体積抵抗率は、ＡＳＴＭ Ｄ１１６９で規格された方法により測定したものを指す。

更に、ジェリー１６は、ジェリー１６が素線１１の材料との金属触媒自動酸化劣化を起こさないように、１質量％以上３質量％以下の酸化防止剤、１質量％以上３質量％以下の銅害防止剤のいずれか一方、又はその両方を含有すると良い。それぞれの含有量を１質量％以上３質量％以下の範囲としたのは、酸化防止剤や銅害防止剤を使用する際は一般に２質量％とするのが工業生産上の常識となっているので、これに±１％のバラツキを考慮したからである。

また、ジェリー１６は、ケーブル敷設使用中にケーブル端末からジェリー１６が流出し、ケーブル成端設備に害を与えないように、滴下点が１００℃以上、油分離試験値が６５℃×５日間以上の範囲のものからなると良い。油分離試験値を６５℃×５日間以上の範囲としたのは、この範囲であれば油分離が無いものとみなすことができるからである。

なお、ここでの滴下点はＡＳＴＭ Ｄ５６６で規格された方法により測定したもの、油分離試験値はＡＳＴＭ Ｄ１７４２で規格された方法により測定したものを指す。

絶縁電線１４は、複数本の素線１１を撚り合わせて撚線導体１２とし、その素線１１間にジェリー１６を塗布、充填しながら、熱可塑性樹脂押出機の送り出し側に供給し、絶縁被覆体１３を所定の厚さで押出被覆して製造される。絶縁電線１４の外径は特に限定されるものではないが、例えば、φ１ｍｍとすることができる。

この絶縁電線１４を対撚りしたジェリー撚線導体使用対撚線１０を少なくとも１本用い、その周囲にシース１７を一括して被覆すると図１に示したケーブル１８が得られる。このとき、絶縁電線１４やジェリー撚線導体使用対撚線１０の使用本数、絶縁電線１４のピッチは特に限定されるものではないが、例えば、４対の絶縁電線１４を用いる場合には１０ｍｍ以上１５ｍｍ以下の範囲でピッチを変えて対撚りしてジェリー撚線導体使用対撚線１０を製造し、更にこのジェリー撚線導体使用対撚線１０を４対集合撚り合わせしてケーブル１８を製造することができる。

以上説明した本発明によれば、撚線導体１２を構成する素線１１間の隙間１５にジェリー１６を充填しているため、隙間１５への湿気の侵入を遮断することができる。これにより、長期間の使用においても撚線導体１２とその素線１１間の隙間１５で構成される等価体積抵抗率の増加を抑制することができる。同時に、隙間１５の湿度が上昇しないため、誘電正接を増加させにくい。

これらの結果として、抵抗減衰量と漏洩減衰量の増大を防ぐことができ、湿気による減衰量の増大を低減したジェリー撚線導体使用対撚線及びこれを用いたケーブルを提供することができる。

発明の効果を実証するため、本発明品と従来品に対し、温度８５℃、相対湿度８５％、及び３０日間の加速劣化試験を実施した。この加速劣化試験条件は、一般的に通信装置に適用している条件で２５年から３０年の加速負荷を想定したものである。

本発明品としては、図１に示したように、Ａφ０．２０８ｍｍの銅線からなる７本の素線１１を１／６構成で撚角７５度にて撚り合わせた撚線導体１２を用い、その周囲を高密度ポリエチレンからなる絶縁被覆体１３で被覆した絶縁電線１４を対撚りしてジェリー撚線導体使用対撚線１０とし、その周囲をシース１７で被覆したケーブル１８を用意した。

一方、従来品としては、図４に示したように、本発明品と同様の構成の撚線導体４２を低密度ポリエチレンで被覆した絶縁電線４４を対撚りしてなる撚線導体使用対撚線４０の周囲にシース４５を被覆したケーブル４６を用意した。これらケーブル１８，４６の製造条件、素材特性の詳細を表１に示す。

撚線導体サイズ、対撚りのピッチ、対数、シースの材料、ケーブルの外径については、従来品と本発明品で同一とした。絶縁被覆体の材料と体積密度については、従来品では体積密度が規定範囲外の０．９２ｇ／ｃｍ³である低密度ポリエチレンを用い、本発明品では体積密度が規定範囲内の０．９４ｇ／ｃｍ³である高密度ポリエチレンを用いた。また、本発明品ではジェリーを充填しているため、ジェリーの素材特性についても表１中に記載した。

これらケーブル１８，４６について、初期の減衰量と加速劣化試験後の減衰量を測定した。その結果を図２に示す。

図２からは、発明の効果として、加速劣化試験後（２５年から３０年寿命相当）の減衰量の増加が抑えられたことが判る。具体的な数値（生データ）として、周波数１００ＭＨｚでの減衰量（初期；２０．５５ｄＢ／１００ｍ）が、従来品では２４．５７ｄＢ／１００ｍ（初期から１９．６％増加）であるのに対し、本発明品では２０．６８ｄＢ／１００ｍ（初期から０．６％増加）であり、充分に劣化を止めることができることを実証した。これにより、ジェリー１６が絶縁被覆体１３と素線１１間の隙間１５で構成される等価体積抵抗率の増加を防いだことが実証できたことになる。

次に、図２の減衰量を抵抗減衰量と漏洩減衰量とに分離し、これを加速劣化試験の前後で対比した。減衰量の抵抗減衰量と漏洩減衰量とへの分離は以下の方法により行った。

減衰量（α）は、下式（４），（５）により、抵抗減衰量（α_R）と漏洩減衰量（α_g）とに分けられる。

よって、（５）式を計算することで、Ａが抵抗減衰量項、Ｂが漏洩減衰量項として得られる。

図２より、５６ＭＨｚまでは等価体積抵抗率が遷移領域にあり、（５）式の直線補間ができないので、５６ＭＨｚ以上のデータで（５）式を計算し、５６ＭＨｚ以上２２５ＭＨｚまでのデータを直線補完し、補間式を求めた。その結果を図３に示す。

また、図３に示した補間式より周波数ｆ＝１００ＭＨｚにおける減衰量（α）、抵抗減衰量（α_R）としての抵抗減衰量項Ａ、及び漏洩減衰量（α_g）としての漏洩減衰量項Ｂをそれぞれ求めた。これらの数値を表２に示す。

ここで、これらの数値の求め方について説明する。

式（５）は、図３で示した補間式に相当する。すなわち、α／√ｆ＝ｙ＝Ａ＋Ｂ√ｆとなり、Ａは補間式中の定数項であり、Ｂは補間式中のｘの比例係数であり、√ｆはｘとなる。これらの関係と式（４）とから表２に示す各数値を求めることができる。

図３および表２より、周波数１００ＭＨｚにおいて、本発明品の抵抗減衰量（α_R）は従来品での１１７．５％の劣化を１０１．１％に抑制でき、また漏洩減衰量（α_g）は従来品での１８０％の劣化を８６％に抑制できることを実証した。

以上の結果から、本発明によれば、湿気による減衰量の増大を低減することができることが実証された。

１０ ジェリー撚線導体使用対撚線
１１ 素線
１２ 撚線導体
１３ 絶縁被覆体
１４ 絶縁電線
１５ 隙間
１６ ジェリー
１７ シース
１８ ケーブル

Claims (8)

1. 複数本の素線を撚り合わせた撚線導体と前記撚線導体の周囲を被覆する絶縁被覆体とを有する絶縁電線を対撚りしてなり、伝送速度が１Ｍｂ／ｓ以上又は周波数が１ＭＨｚ以上の差動信号を伝送するための撚線導体使用対撚線であって、
   前記絶縁電線は、前記絶縁被覆体の内側にある前記複数本の素線間の隙間に充填されたジェリーを更に有し、
   前記絶縁被覆体は、前記ジェリーに対し、耐ジェリー性の材料からなることを特徴とするジェリー撚線導体使用対撚線。
2. 前記絶縁被覆体は、体積密度が０．９３ｇ／ｃｍ³以上０．９７ｇ／ｃｍ³以下の範囲の高密度ポリエチレンからなる請求項１に記載のジェリー撚線導体使用対撚線。
3. 前記絶縁被覆体は、フッ化炭素樹脂からなる請求項１に記載のジェリー撚線導体使用対撚線。
4. 前記ジェリーは、周波数１ＭＨｚ及び温度２０℃の条件下における初期の誘電率が２．０以上２．４以下、及び誘電正接が１×１０^-3以下の範囲のものからなる請求項１〜３のいずれかに記載のジェリー撚線導体使用対撚線。
5. 前記ジェリーは、温度１００℃の条件下における初期の体積抵抗率が８×１０⁹Ω・ｃｍ以上の範囲のものからなる請求項１〜４のいずれかに記載のジェリー撚線導体使用対撚線。
6. 前記ジェリーは、１質量％以上３質量％以下の酸化防止剤、１質量％以上３質量％以下の銅害防止剤のいずれか一方、又はその両方を含有する請求項１〜５のいずれかに記載のジェリー撚線導体使用対撚線。
7. 前記ジェリーは、滴下点が１００℃以上、油分離試験値が６５℃×５日間以上の範囲のものからなる請求項１〜６のいずれかに記載のジェリー撚線導体使用対撚線。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載のジェリー撚線導体使用対撚線を少なくとも１本用い、その周囲にシースを一括して被覆してなることを特徴とするケーブル。