JP2014078339A

JP2014078339A - 多対差動信号伝送用ケーブル

Info

Publication number: JP2014078339A
Application number: JP2012224241A
Authority: JP
Inventors: Takehiro Sugiyama; 剛博杉山
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2012-10-09
Filing date: 2012-10-09
Publication date: 2014-05-01
Anticipated expiration: 2032-10-09
Also published as: JP5900275B2

Abstract

【課題】複数本の差動信号伝送用ケーブルを束ねたときに生じる隙間の割合を減らすことでケーブルの仕上がり外径を縮小できる多対差動信号伝送用ケーブルを提供する。
【解決手段】多対差動信号伝送用ケーブル１００は、２本の芯線１を絶縁体２で被覆して形成された絶縁電線を備えた差動信号伝送用ケーブル１０を内層として中心部に２本及び外層として内層の周囲に６本有する。差動信号伝送用ケーブル１０は、ケーブル長さ方向に対して直角に切断した際の切断面における縦横比が、２本の芯線１の中心を結ぶ直線と垂直方向の長さ：２本の芯線１の中心を結ぶ直線と平行方向の長さ＝１：１．６〜１：１．９である。
【選択図】図１

Description

本発明は、多対差動信号伝送用ケーブルに関する。

複数本の差動信号伝送用ケーブルが束ねられて構成される多対差動信号伝送用ケーブルが知られている。例えば、特許文献１（図２、図６）には、中心部に２本及びその周囲に６本の差動信号伝送用ケーブルを有する多対差動信号伝送用ケーブルが開示されている。

特許文献１に示される多対差動信号伝送用ケーブル内の各差動信号伝送用ケーブルは、芯線を円形の絶縁体で被覆した絶縁電線を２本平行に並べ、その周囲をシールドテープ等で被覆した構成を有している。

特開２００４−８７１８９号公報

特許文献１に記載されているような従来の多対差動信号伝送用ケーブルによれば、複数本の差動信号伝送用ケーブルを束ねたときに隙間が生じる割合が高いため、各差動信号伝送用ケーブルが占める断面積の割には多対差動信号伝送用ケーブルの仕上がり外径（直径）が大きくなる、すなわちケーブルが太くならざるを得なかった。ケーブル外径が大きいと、データセンターにおいて伝送装置等の機器収納の際に、結束した配線がかさばったり、ケーブルが曲がりにくくなるため、収納効率が悪いという問題がある。

そこで、本発明の目的は、複数本の差動信号伝送用ケーブルを束ねたときに生じる隙間の割合を減らすことでケーブルの仕上がり外径を縮小できる多対差動信号伝送用ケーブルを提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために、下記［１］〜［４］の差動信号伝送用ケーブルを提供する。

［１］２本の芯線を絶縁体で被覆して形成された絶縁電線を備えた差動信号伝送用ケーブルを内層として中心部に２本及び外層として前記内層の周囲に６本有する多対差動信号伝送用ケーブルであって、
前記差動信号伝送用ケーブルは、ケーブル長さ方向に対して直角に切断した際の切断面における縦横比が、前記２本の芯線の中心を結ぶ直線と垂直方向の長さ：前記２本の芯線の中心を結ぶ直線と平行方向の長さ＝１：１．６〜１：１．９であることを特徴とする多対差動信号伝送用ケーブル。
［２］前記絶縁電線は、前記２本の芯線を前記絶縁体で一括被覆して形成されたものであることを特徴とする前記［１］に記載の多対差動信号伝送用ケーブル。
［３］前記差動信号伝送用ケーブルは、前記切断面が扁平楕円形状であることを特徴とする前記［１］又は前記［２］に記載の多対差動信号伝送用ケーブル。
［４］前記差動信号伝送用ケーブルは、ドレイン線を有していないことを特徴とする前記［１］乃至［３］の何れか１つに記載の多対差動信号伝送用ケーブル。

本発明によれば、複数本の差動信号伝送用ケーブルを束ねたときに生じる隙間の割合を減らすことでケーブルの仕上がり外径を縮小できる多対差動信号伝送用ケーブルを提供することができる。

（ａ）は本発明の実施の形態に係る多対差動信号伝送用ケーブルの一例を示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）の多対差動信号伝送用ケーブルを構成する差動信号伝送用ケーブルの断面図である。図１の多対差動信号伝送用ケーブルにおけるケーブル外径の縮小率を求めるための説明図である。図１の多対差動信号伝送用ケーブルにおけるケーブル外径の縮小率を求めるための説明図である。図１の多対差動信号伝送用ケーブルにおけるケーブル外径の縮小率を求めるための説明図である。図１の多対差動信号伝送用ケーブルにおけるケーブル外径の縮小率を求めるために用いるグラフである。図１の多対差動信号伝送用ケーブルにおけるケーブル外径の縮小率を求めるために用いるグラフである。

（多対差動信号伝送用ケーブルの構成）
図１（ａ）は本発明の実施の形態に係る多対差動信号伝送用ケーブルの一例を示す断面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）の多対差動信号伝送用ケーブルを構成する差動信号伝送用ケーブルの断面図である。

本発明の実施の形態に係る多対差動信号伝送用ケーブル１００は、２本の芯線（信号線導体）１を絶縁体２で被覆して形成された絶縁電線を備えた差動信号伝送用ケーブル１０を内層として中心部に２本及び外層として内層の周囲に６本有する。図１では、外層の６本は、内層の周囲に等間隔に配置されている。外層の周囲に差動信号伝送用ケーブル１０をさらに１６本有する形態とすることもできる。

内層と外層の間、及び外層とその周囲に設けられる１６本の差動信号伝送用ケーブル１０の間には介在１１が必要に応じてそれぞれ設けられる。

最外層の差動信号伝送用ケーブル１０の周囲には、シールドテープ１２が被覆されている。シールドテープ１２は、例えば、銅テープ、又はアルミ／ナイロンラミネートテープを縦添え巻き（いわゆるシガレット巻き）又は螺旋巻きして設けることができる。

また、シールドテープ１２の外側を銅線編組、錫メッキ銅線編組、銀メッキ銅線編組等で被覆することもできる。さらにその外周にポリ塩化ビニルやポリエチレン等からなるシースを被覆する構成としてもよい。

差動信号伝送用ケーブル１０は、ケーブル長さ方向に対して直角に切断した際の切断面における縦横比が、２本の芯線１の中心を結ぶ直線と垂直方向の長さ：２本の芯線１の中心を結ぶ直線と平行方向の長さ＝１：１．６〜１：１．９である。好ましくは、１：１．６５〜１：１．８５であり、より好ましくは、１：１．６５〜１：１．８０であり、さらに好ましくは、１：１．６５〜１：１．７５である。ここで、垂直方向の長さ及び平行方向の長さとは、それぞれ最長部の長さを意味する。

２本の芯線１は、平行に並べられている形態であることが好ましい。芯線１としては、例えば、銅線や銀メッキ線を用いることができる。単線に限らず、撚り線を用いることもできる。

絶縁体２は、例えば、誘電率及び誘電正接の小さい材料を用いて形成される。この材料は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエチレン、パーフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＡ）、発泡ポリエチレンや発泡テフロン等の発泡絶縁樹脂である。

必要に応じて絶縁体２の外側に外部充実層を設けることができる。また、必要に応じて芯線１と絶縁体２の間に内部充実層を設けることもできる。外部充実層及び内部充実層の材料としては、例えば、ＰＦＡ、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）、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）を用いることができる。

絶縁電線の周囲には、螺旋状に又は縦添えに巻き付けられたシールドテープ３が被覆されている。シールドテープ３としては、例えば、銅箔を用いることができる。

絶縁電線は、図１に示されるように、絶縁体２で一括被覆した２本の芯線１を備える１本の絶縁電線であることが好ましい。当該絶縁電線は、例えば２本の芯線１を一括押出成形により絶縁体２で被覆すること（いわゆる２芯一括押出成形）により製造できる。

１本の芯線１を絶縁体２で被覆した絶縁電線を２本並べた構成を有する差動信号伝送用ケーブル１０を用いることもできる。この場合、前述した２本の芯線１の中心を結ぶ直線と平行方向の長さが短くなるように２本の絶縁電線を融着させることが好ましい。融着せずに変形により平行方向の長さが短くなるようにしてもよい。

差動信号伝送用ケーブル１０は、図１に示されるように、ケーブル長さ方向に対して直角に切断した際の切断面が扁平楕円形状であることが好ましい。扁平楕円形状は、２本の芯線１の並び方向に対して平行な平坦部を有する形状が好適である。当該切断面を２本の芯線１の並び方向に長い楕円形状としてもよい。

切断面における縦横比が前述の比率を満たす限り、差動信号伝送用ケーブル１０は、ドレイン線を有する形態とすることもできるが、ドレイン線を有していない形態であることが好ましい。

（多対差動信号伝送用ケーブルの用途）
本実施の形態に係る多対差動信号伝送用ケーブル１００は、数Ｇｂｐｓ以上の大容量の高速伝送に適しており、１０Ｇｂｐｓ以上クラスの高速伝送にも好適に使用できる。

（多対差動信号伝送用ケーブルの仕上がり外径の縮小率）
以下に、差動信号伝送用ケーブル１０の断面形状が図１に示す扁平楕円形状の形態の場合を代表例として、多対差動信号伝送用ケーブル１００の仕上がり外径（直径）の縮小率を求める。なお、シールドテープ３や介在１１の厚さは薄いので無視できるものとする。

図２〜４は、図１の多対差動信号伝送用ケーブルにおけるケーブル外径の縮小率を求めるための説明図である。また、図５〜６は、図１の多対差動信号伝送用ケーブルにおけるケーブル外径の縮小率を求めるために用いるグラフである。

図中のＲ_０、Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒの定義は以下の通りである。
Ｒ_０：外層の差動信号伝送用ケーブル１０における２本の芯線１の断面中心を結んだ直線の中点と多対差動信号伝送用ケーブル１００の断面中心との距離
Ｒ_１：外層の６つの差動信号伝送用ケーブル１０に多対差動信号伝送用ケーブル１００の断面中心側で接する円の半径（以下、外層内接円の半径という）
Ｒ_２：内層の２つの差動信号伝送用ケーブル１０に多対差動信号伝送用ケーブル１００の断面中心とは逆側で接する円の半径（以下、内層外接円の半径という）
Ｒ：外層の６つの差動信号伝送用ケーブル１０に多対差動信号伝送用ケーブル１００の断面中心とは逆側で接する円の半径（以下、外層外接円の半径という）

まず、図２より、Ｒ_０及びＲ_１を求める。
ここで、差動信号伝送用ケーブル１０の断面形状は、２本の芯線１の並び方向に対して平行な平坦部を有する扁平楕円形状である。すなわち、横辺の長さ２ｘ、縦辺の長さ２ｒの長方形の左右の縦辺に半径ｒの半円を結合した形状である。ゆえに、図２より、下記の関係式が成り立つ。

上式より、Ｒ_０を求める。

外層内接円の半径Ｒ_１は以下のように求めることができる。

次に、図３より、内層外接円の半径Ｒ_２の２乗の最大値を求める。図３の左上に記載の内層の差動信号伝送用ケーブル１０におけるＯＰの長さがＲ_２である。ゆえに、図３より、下記の関係式が成り立つ。ｓｉｎ（θ＋α）がｓｉｎ９０°（＝１）のときにＲ_２の２乗が最大値をとる。

次に、（Ｒ_１の２乗）−（Ｒ_２の２乗）を求める。

次に、図３より、外層外接円の半径Ｒの最大値の２乗を求める。外層外接円の半径Ｒの最大値の２倍が多対差動信号伝送用ケーブル１００の仕上がり外径であると近似して考えることができる。まず、（Ｒ_１の２乗）＞（Ｒ_２の２乗）の場合のＲの最大値の２乗を求める。図３の右上に記載の外層の差動信号伝送用ケーブル１０におけるＯＱの長さがＲである。ゆえに、図３より、下記の関係式が成り立つ。

ここで、差動信号伝送用ケーブル１０の断面積（Ｓ）は以下の通りであるから、ｒ^２をＳを用いて表すと以下の通りとなる。

これを上記関係式に代入すると、（Ｒ_１の２乗）＞（Ｒ_２の２乗）の場合のＲの最大値の２乗は以下の通りとなる。

次に、図４より、（Ｒ_１の２乗）＜（Ｒ_２の２乗）の場合のＲの最大値の２乗を求める。外層外接円の半径Ｒの最大値の２倍が多対差動信号伝送用ケーブル１００の仕上がり外径であると近似して考えることができる。図４に記載の外層の差動信号伝送用ケーブル１０におけるＯＱの長さがＲである。ゆえに、図４より、下記の関係式が成り立つ。

図５は、（Ｒ_１の２乗）−（Ｒ_２の２乗）を求める上記の数５の関係式を（ｘ／ｒ）を横軸、Ｒ_１ ^２−Ｒ_２ ^２を縦軸にとってグラフに表したものである。（ｘ／ｒ）＝０．７０７のときにＲ_１ ^２−Ｒ_２ ^２＝０となることが分かる。ゆえに、（ｘ／ｒ）＞０．７０７では、上記の数８の関係式によりＲの最大値を求め、（ｘ／ｒ）＜０．７０７では、上記の数９の関係式によりＲの最大値を求める。

図６は、Ｒを求める上記の数８及び数９の関係式より（ｘ／ｒ）を横軸、多対差動信号伝送用ケーブル１００の仕上がり外径の縮小率を縦軸にとってグラフに表したものである。仕上がり外径の縮小率は、（ｘ／ｒ）＝１．０の場合の外層外径に対する外層外径の割合である。また、差動信号伝送用ケーブル１０の断面積（Ｓ）を一定にしている。

図６より、ケーブル長さ方向に対して直角に切断した際の差動信号伝送用ケーブル１０の切断面における縦横比が、２本の芯線１の中心を結ぶ直線と垂直方向の長さ：２本の芯線１の中心を結ぶ直線と平行方向の長さ＝１：１．６〜１：１．９である場合に、多対差動信号伝送用ケーブル１００のケーブル外径の縮小率が９９％以下となることが分かる。１：１．５０〜１：２．００の各場合における仕上がり外径の縮小率は、下記の表１の通りである。

上記比率を満たす限りにおいて、差動信号伝送用ケーブル１０の断面形状が楕円形状であってもよいし、差動信号伝送用ケーブル１０がドレイン線を有していてもよい。また、上記比率を満たす限りにおいて、差動信号伝送用ケーブル１０が内部・外部充実層やシースを有していてもよい。

（本発明の実施の形態の効果）
本実施の形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）複数本の差動信号伝送用ケーブルを束ねたときに生じる隙間の割合を減らすことができるため、ケーブルの仕上がり外径を縮小できる多対差動信号伝送用ケーブルを提供することができる。好ましい実施形態によれば、芯線径を小さくすることなく、多対差動信号伝送用ケーブルの仕上がり外径を縦横比が１：２のものに比べて最大で３％程度小さくできる。

（２）複数本の差動信号伝送用ケーブルを束ねたときに生じる隙間の割合を減らすことができるため、多対差動信号伝送用ケーブルの仕上がり外径を大きくすることなく、芯線径を大きくすることが可能となる。その結果、ケーブルの損失を小さくできる。

１００：多対差動信号伝送用ケーブル
１０：差動信号伝送用ケーブル
１：芯線（信号線導体）、２：絶縁体、３：シールドテープ
１１：介在、１２：シールドテープ

Claims

２本の芯線を絶縁体で被覆して形成された絶縁電線を備えた差動信号伝送用ケーブルを内層として中心部に２本及び外層として前記内層の周囲に６本有する多対差動信号伝送用ケーブルであって、
前記差動信号伝送用ケーブルは、ケーブル長さ方向に対して直角に切断した際の切断面における縦横比が、前記２本の芯線の中心を結ぶ直線と垂直方向の長さ：前記２本の芯線の中心を結ぶ直線と平行方向の長さ＝１：１．６〜１：１．９であることを特徴とする多対差動信号伝送用ケーブル。
前記絶縁電線は、前記２本の芯線を前記絶縁体で一括被覆して形成されたものであることを特徴とする請求項１に記載の多対差動信号伝送用ケーブル。
前記差動信号伝送用ケーブルは、前記切断面が扁平楕円形状であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の多対差動信号伝送用ケーブル。
前記差動信号伝送用ケーブルは、ドレイン線を有していないことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の多対差動信号伝送用ケーブル。