JP2020035583A - 電気配線および電子機器 - Google Patents

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和美 池田
Kazumi Ikeda
和美 池田
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Abstract

【課題】一次元的に延びた電気配線と比べ放射ノイズを高周波側にシフトさせた電気配線およびその電気配線を採用した電子機器を提供する。【解決手段】電気配線10には、第1の折曲部121と第2の折曲部122とを備えた固定部12が形成されている。第1の折曲部121は、第1の延伸部11の第2端側の先端においてX方向とは異なるY方向に折れ曲がって延びている。第2の折曲部122は、第1の折曲部121の先端で反転し第1の折曲部121に隣接して第1の折曲部121とは逆向きに延びている。そして、第1の折曲部121と第2の折曲部122は、それらの相対的な位置関係が維持されるように固定されている。【選択図】図3

Description

本発明は、電気配線および電子機器に関する。
2つの電子回路を通信ケーブルで繋いで通信するにあたっては、周囲の電子回路への悪影響を防止するために、通信ケーブルから放射されるノイズのレベルを低減させることが重要である。
ここで、2つの電子回路を繋ぐ通信ケーブルにノイズが乗ると、その通信ケーブルの長さを1/2波長とする基本波や1/4波長とする2次高調波等の定在波がたち、その通信ケーブルがノイズの2次放射アンテナ源となる。通信ケーブルからノイズが放射されると周囲の電子回路へ悪影響を及ぼすおそれがあり、放射ノイズを許容値以下に抑えるためのノイズ対策が必要となる。このノイズの対策方法としては、ドライブ側にコアを追加してノイズ源近傍でノイズのエネルギーを下げる方法や、定在波が立つ箇所を金属筐体に密着させる方法が採られてきた。ただし、コアを追加するとコストの上昇を招き、さらに効果が出る周波数帯域が限定されているという問題がある。また、通信ケーブルの、定在波が立つ箇所を金属筐体に密着させる方法を採用しようとしても、通信ケーブルの配線ルートによっては金属筐体が存在せず、あるいは存在していても金属筐体への密着具合がばらつくなど、安定した効果が得られるとは限らないという問題がある。
ここで、特許文献1には、低減したいノイズの半波長の位置でフラットケーブルを折り返すことによりノイズを低減することが提案されている。
また、特許文献2には、車両に搭載された第1電装品と第2電装品とを電気的に接続するハーネスと、第2電装品から第1電装品への帰還電流を流すバスバーとを備え、ハーネスとバスバーとを互いに交差させて、電界が逆位相となる複数のループを形成することが提案されている。
さらに、特許文献3には、帯状に束ねられ、電気信号を伝送する複数の信号線と、信号線によって電気信号が伝送される際に生じる定在波の腹部近傍のみに配設された接地部材とを備えたケーブルが提案されている。
特開2013−191971号公報 特開2018−034748号公報 特開2014−089866号公報
通信ケーブル等の電気配線からの放射ノイズを低減化する対策を採るのが基本ではあるが、高周波ノイズの方が許容値が緩く、ノイズレベルが仮に同じであっても、例えば短い電気配線を使うことによってノイズを高周波側にシフトさせるのも有効な手段である。しかしながら、回路配置上の問題で、短い電気配線を使うのが困難な場合もある。
本発明は、一次元的に延びた電気配線と比べ放射ノイズを高周波側にシフトさせた電気配線およびその電気配線を採用した電子機器を提供することを目的とする。
請求項1は、
第1の方向に延び第1端と第2端とを繋ぐ電気配線であって、
前記第2端に向かって途中位置まで延びる第1の延伸部と、
前記第1の延伸部の前記第2端側の先端において前記第1の方向とは異なる第2の方向に折れ曲がって延びる第1の折曲部、および該第1の折曲部の先端で反転し該第1の折曲部に隣接して該第1の折曲部とは逆向きに延びる第2の折曲部とを有し、該第1の折曲部と該第2の折曲部との相対的な位置関係が維持されるように固定された固定部と、
前記第2の折曲部の、前記第1の折曲部とは逆向きに延びた先端で前記第2端に向かって折れ曲って前記第2端に向かって延びる第2の延伸部とを有することを特徴とする電気配線である。
請求項2は、
前記第1の折曲部が、前記第1の延伸部の前記第2端側の先端において前記第2の方向に折れ曲がることにより前記第1の延伸部および前記第2の延伸部から一旦離間し輪を描くように延びて該第1の延伸部もしくは該第2の延伸部に近づいた形状を有し、
前記第2の折曲部が、前記第1の折曲部の先端で反転し該第1の折曲部に隣接して再度輪を描くように延びた形状を有することを特徴とする請求項1に記載の電気配線である。
請求項3は、前記固定部が、前記第1の延伸部もしくは前記第2の延伸部を周回しながら前記第1の折曲部から前記第2の折曲部へと反転した形状を有することを特徴とする請求項2に記載の電気配線である。
請求項4は、前記固定部が、前記第1端と前記第2端とを節とする共振の腹に相当する位置に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の電気配線である。
請求項5は、前記固定部が、前記第1端と前記第2端との中央の位置に設けられていることを特徴とする請求項4に記載の電気配線である。
請求項6は、前記固定部が、前記第1端と前記第2端との中央の位置と該第1端および該第2端の各々との間の各中央の位置に設けられていることを特徴とする請求項4または5に記載の電気配線である。
請求項7は、前記第1の折曲部および前記第2の折曲部が互いに接着されて前記固定部を形成していることを特徴とする請求項1に記載の電気配線である。
請求項8は、前記第1の折曲部と前記第2の折曲部との相対的な位置関係を維持する治具を備えたことを特徴とする請求項1に記載の電気配線である。
請求項9は、前記治具が、前記第1の折曲部と前記第2の折曲部が配置される溝を有する治具であることを特徴とする請求項8に記載の電気配線である。
請求項10は、前記治具が、当該電気配線を固定する固定部材に固定される被固定部を備えたことを特徴とする請求項8または9に記載の電気配線である。
請求項11は、
請求項1から10のうちのいずれか1項に記載の電気配線と、
前記第1端を有し前記電気配線に接続された第1の電子回路と、
前記第2端を有し前記電気配線に接続された第2の電子回路とを備えたことを特徴とする電子機器である。
請求項1の電気配線および請求項11の電子機器によれば、固定部のない電気配線と比べ、放射ノイズが高周波側にシフトする。
請求項2の電気配線によれば、第2の方向に一次元的に延びる固定部と比べ、コンパクトな固定部とすることができる。
請求項3の電気配線によれば、延伸部を周回せずに反転した形状を有する固定部と比べ、固定部の形状を安定化させることができる。
請求項4の電気配線によれば、固定部を共振の腹の相当する位置以外の位置に設けた場合と比べ、共振を有効に抑えることができる。
請求項5の電気配線によれば、共振の基本波が抑えられる。
請求項6の電気配線によれば、共振の2次高調波が抑えられる。
請求項7の電気配線によれば、治具等を用いずに固定部を設けることができる。
請求項8の電気配線によれば、固定部の位置を調整することができる。
請求項9の電気配線によれば、第1の折曲部と第2の折曲部を安定的に隣接させた固定部が設けられる。
請求項10の電気配線によれば、固定部を設けるための治具を使って、電気配線を固定部材に固定することができる。
通信ケーブルおよび共振のモデル図である。 本発明の一実施形態としての通信ケーブルを示した図である。 固定部の形状を例示した図である。 放射ノイズの測定結果を示した図である。 固定部を一定の形状に保つための治具とその治具の使い方を示した図である。 図3に示した形状とは異なる形状の固定部を示した図である。
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図1は、通信ケーブルおよび共振のモデル図である。
ここでは、図1(A)に示すように、通信ケーブル10の第1端10Aおよび第2端10Bが、接地面20とは電気的に絶縁されて互いに離間した位置に配置された2本の端子30A,30Bのうちの一方の端子30Aおよびもう一方の端子30Bにそれぞれ接続され、接地面20と平行に張架されている。この図1に示した通信ケーブル10は、単純に一直線に張架された通信ケーブルであり、本発明に対する比較例に相当する。
ここで、一方の端子30Aは、信号を送信する送信回路(不図示)の、信号送信用の端子である。また、もう一方の端子30Bは、信号を受信する受信回路(不図示)の、信号受信用の端子である。そして、この通信ケーブル10には、第1端10Aを送信点、第2端10Bを受信点として電気信号が伝送される。
すると、第1端10Aから送信した信号が第2端10Bで反射し、さらにその反射波が第1端10Aで再度反射し、これを繰り返して、通信ケーブル10内に、第1端10Aと受信端10Bを節とする定在波ノイズが発生する。
図1(B)には、定在波ノイズのうちの基本波が点線で示されている。また、図1(C)には、定在波ノイズのうちの第2高調波が点線で示されている。図示は省略するが、第3高調波等も存在する。実際に発生する定在波ノイズは、これらの基本波やいくつかの高調波が合成された波形となる。
通信ケーブル10内に定在波ノイズが発生すると、そのノイズが通信ケーブル10から放射し、近くにある電子回路(不図示)に悪影響をを及ぼすおそれがある。
図2は、本発明の一実施形態としての通信ケーブルを示した図である。この図2には、図1と同様なモデル図が示されている。
この通信ケーブル10には、円R1で囲った中央部分、すなわち、図1(B)に示す基本波の腹の部分に、固定部12が形成されている。この固定部12についての説明は後に譲る。
ここでは、2つの端子30A,30Bどうしを結ぶ方向、すなわち、通信ケーブル10の延びる、矢印Xで示す方向を第1の方向と称する。この図2では、通信ケーブル10は2つの端子30A,30Bの間に張架されて一直線状に延びているが、2つの端子30A,30Bどうしの間隔よりも通信ケーブル10の長さが長く、通信ケーブル10が途中で弛んでカーブを描いていても、ここでは、そのカーブを描いている通信ケーブル10に沿う方向を第1の方向と称する。
図2に示す通信ケーブル10は、第1の延伸部11と、固定部12と、第2の延伸部13とを有する。
第1の延伸部11は、通信ケーブル10のうちの、第2端10Bに向かって第1の方向に途中まで延びて固定部12に繋がる部分である。
固定部12についての説明は、さらに後に譲る。
第2の延伸部13は、固定部12の、端子30B側の先端で第2端10Bに向かって折れ曲がり第2端10Bに向かって第1の方向に延びている部分である。
図3は、固定部の形状を例示した図である。
図3(A)に示す固定部12は、第1折曲部121と、第2折曲部122を有する。
第1折曲部121は、第1の延伸部11の第2端10B側の先端において矢印Xで示す第1の方向とは異なる、矢印Yで示す第2の方向に折れ曲がって延びる部分である。また、第2の折曲部122は、第1の折曲部121の先端121aで反転し第1の折曲部121に隣接して第1の折曲部121とは逆向きに延びる部分である。そして、この図3(A)に示す固定部12の場合、第1の折曲部121は、第1の延伸部11の第2端10B側の先端11aにおいて第2の方向(矢印Y方向)に折れ曲がることにより第1の延伸部11および第2の延伸部13から一旦離間し、さらに輪を描くように延びて第1の延伸部11もしくは第2の延伸部13(この図3(A)の場合は第1の延伸部11)に近づいた形状を有する。そして第2の折曲部122は、第1の折曲部121の先端121aで反転し第1の折曲部121に隣接して再度輪を描くように延びた形状を有する。
このように、固定部12(第1の折曲部121と第2の折曲部122)を輪を描いた形状とすることにより、第2の方向に直線状に延びた形状の固定部12(図6(A),(B)参照)と比べ、コンパクトな固定部とすることができる。
さらに、図3(A)の固定部12は、さらに、第1の延伸部121もしくは第2の延伸部122(この図3(A)の場合は第1の延伸部11)の下側を周回しながら第1の折曲部121から第2の折曲部122へと反転した形状を有する。このように、下側に回り込んで周回しながら反転した形状とすることにより、形状が崩れようとしたときには反転部分が第1の延伸部11(あるいは第2の延伸部13)に引っ掛かりめ、周回せずに反転した固定部と比べ、固定部12の形状を安定化させることができる。
ここで、この固定部12は、第1の折曲部121と第2の折曲部122との相対的な位置関係が維持されるように固定されている。固定方法としては、後述する治具による固定(図5参照)や接着による固定(図6参照)等がある。固定方法の説明は後述する。
図3(B)には、図3(A)に示した固定部の変形例が示されている。
図3(A)に示した固定部12の場合、第1の折曲部121は、第1の延伸部11の第2端10B側の先端において第2の方向(矢印Y方向)に折れ曲がり輪を描いた後、ほぼ垂直に第1の折曲部121に向かって近づいている。第2の折曲部122も、その第1の折曲部121に沿った形状となっている。
これに対し、図3(B)の固定部12の場合、第1の折曲部121は、第1の延伸部11の第2端10B側の先端において第2の方向(矢印Y方向)に折れ曲がり輪を描いた後、第1の延伸部11の先端11aに近づくように延びている。第2の折曲部122も、その第1の折曲部121に沿った形状となっている。
この図3では、第1の折曲部121と第2の折曲部122は、互いに離れた状態に示されているが、これは分かり易さのためであり、この通信ケーブル10が被覆電線の場合にその被覆どうしを接触させるなど、互いが短絡しない程度に近接させておくことが好ましい。この固定部12を設けると、近接配置された第1の折曲部121と第2の折曲部122に互いに逆向きのノイズ電流が流れてそれらのノイズ電流に起因する放射電界が互いに作用しあい、以下に説明する図4に示すような放射ノイズ特性が発現される。また、図3(A)と図3(B)とを比べると、上記のような形状の相違によって、放射ノイズの特性に変化がみられる。
図4は、放射ノイズの測定結果を示した図である。
この図4には、実線のグラフaと、一点鎖線のグラフbと、点線のグラフcとの3本のグラフが示されている。実線のグラフaは、図1(A)に示した、固定部12が存在しない一直線の通信ケーブルからの放射ノイズの測定結果である。また、グラフb,cは、それぞれ、図3(A),(B)に近似した形状の固定部を有する通信ケーブルからの放射ノイズの測定結果である。ここで、図3(A),(B)の固定部の形状は概念的であり、したがって図4の測定結果も定性的ではあるが、傾向ははっきりと現れている。
図4の縦軸は、通信ケーブル10から3m離れた位置で測定した放射ノイズの強度(microV/m)のデシベル(dB)表示である。また、図4の横軸は、周波数(MHz)である。ここでは、通信ケーブル10の長さ(第1端10Aと第2端10Bとの間の距離)は、定在波の基本波が260MHzとなる長さに設定されている。したがって、第2高調波、第3高調波の周波数は、それぞれ、520MHz、780MHzとなる。
この図4から分かるとおり、固定部212が存在しない直線状の通信ケーブルのグラフaと比べ、固定部12を形成した通信ケーブルのグラフb,cの方が共振点が高周波側にシフトしている。特には、基本波および第2高調波については、直線状の通信ケーブルのグラフaよりも図3(A)に示す形状の固定部を有する通信ケーブルのグラフbのほうが高周波側(矢印の向き)にシフトしているとともに、そのグラフbよりも図3(B)に示す形状の固定部を有する通信ケーブルのグラフcほうがさらに高周波側(矢印の向き)にシフトしている。このように、固定部の形状によりシフトのレベルは異なるが、直線状の通信ケーブル比べると固定部を有する通信ケーブルの方が共振点が高周波側(矢印の向き)にシフトしていることが分かる。
前述の通り、放射ノイズのレベルの許容値は高周波ノイズの方が緩く、したがってノイズレベルが仮に同じであっても、ノイズを高周波側にシフトさせることも放射ノイズを許容値以下に抑える有効な手段の1つである。本実施形態の通信ケーブルの場合、送信と受信の端子30A,30Bどうしの距離を近づけなくても、直線状の通信ケーブルと比べノイズを高周波側にシフトさせることができる。
図5は、固定部を一定の形状に保つための治具とその治具の使い方を示した図である。
この治具50は、図4(A)に示した形状に近似した形状の固定部を形成するための治具であり、巻付部51と2本の支柱52とで構成されている。この治具50を用いることにより、通信ケーブル10の固定部12(図2,図3参照)の、第1の折曲部と前記第2の折曲部との相対的な位置関係が維持される。
巻付部51は円盤形状を有し、その周面に溝511が形成されている。この溝511は通信ケーブル10の、被覆を含めた太さの2本分の幅を有している。支柱52は、通信ケーブル10を引っ掛ける役割を担っている。また、この支柱52は、この治具50およびこの治具50により形成された通信ケーブル10の固定部12を筐体60に固定する役割も担っている。ここでは、筐体60が本発明にいう固定部材の一例に相当し、支柱52が本発明にいう被固定部の一例に相当する。
図5(B),(C)には、治具を使って固定部12を形成する手順が示されている。これら図5(B),(C)には、分かり易さのため、通信ケーブル10が溝511の幅の1/2よりも細く示されている。
図5(B)に示すように、第1の折曲部121(図3参照)を形成するための第1のループ12aを形成し、さらに溝511を使って第2の折曲部122となる第2のループ12bを形成し、その第2のループ12bの終端12cを支柱52の1本に引っ掛ける。
その後、図5(C)に示すように、第1のループ12aを溝511に引っ掛ける。
そして、通信ケーブル10を両側から引っ張って弛みをなくす。溝511は、通信ケーブル10の太さの2本分に相当する幅を有しているため、第1の折曲部121と第2の折曲部122は、溝511内に互いに接触した状態に並んで配置される。
その後、図5(A)に示すように筐体60の穴61に支柱52を挿し込んで、この治具50およびこの治具50により形成された、通信ケーブル10の固定部12を筐体60に固定する。
治具50を使うと、固定部12を通信ケーブル10の任意の位置に形成することができ、また必要に応じて、その固定部12の形成位置を変更することができる。
図6は、図3に示した形状とは異なる形状の固定部を示した図である。
図6(A)には、第2端10B(図2参照)に向かうX方向に延びる第1の延伸部11の第2端10a側の先端11aにおいてX方向とは異なるy方向に折れ曲がって直線的に延びる第1の折曲部121と、その第1の折曲部121の先端121aで反転し、その第1の折曲部121に隣接して第1の折曲部121とは逆向きに直線的に延びる第2の折曲部121とを有する固定部12が示されている。また、第1の折曲部121と第2の折曲部121は被覆が互いに接着されて離れないようになっている。また、この固定部12の周囲も接着剤等で固められて、この固定部12の周囲の形状が維持されている。この図6(A)では、第1の折曲部121と第2の折曲部121は、第1の延伸部11や第2の延伸部13が延びるX方向に並んでいる。
これに対し、図6(B)では、第1の折曲部121と第2の折曲部121は、第1の延伸部11や第2の延伸部13が延びるX方向、および第1の折曲部121や第2の折曲部121が延びるY方向のいずれとも異なるZ方向に隣接している。接着剤で固める点については、図6(A)の場合と同様である。
また、図6(C)では、図6(B)と同じく、第1の折曲部121と第2の折曲部121は、Z方向に隣接している。そして、この図6(C)では、第1の折曲部121と第2の折曲部121は、矢印Rの向きに湾曲した形状となっている。接着剤で固める点については、図6(A),(B)の場合と同様である。このような湾曲した形状とすることにより、コンパクトにまとまった固定部となる。
このように、接着剤で固めた固定部12を形成すると、治具50(図5参照)を使う必要がない。接着剤で固めた固定部12を通信ケーブルの配線時に形成するのは作業性を低下させるおそれがあるため、固定部12をあらかじめ形成した通信ケーブル10を用意しておくことが好ましい。ただし、固定部12を形成した長尺の通信ケーブルを切断して配線に使用する場合、固定部12が配線時にあらかじめ定められた位置に配置されるように、長尺の通信ケーブルの切断位置に注意を払う必要がある。
なお、ここでは、共振の基本波の抑制のために、図2に円R1で示す、通信ケーブル10の第1端10Aと第2端10Bとの間の中央の位置、すなわち、図1(B)に示す定在波の基本波の腹の位置に固定部12を設けた例について説明したが、共振の2次高調波の抑制のために、第1端10Aと第2端10Bとの間の中央の位置(円R1の位置)と、第1端10Aおよび第2端10Bの各々との間の各中央の位置(図2に示す円R2,R3の位置)に固定部12を設けてもよい。あるいは、円R1,R2,R3で示した3か所に設けてもよい。このように、第1端10Aと第2端10Bとを節とする共振の腹に相当する位置に固定部12を設けることにより、固定部12を共振の腹の相当する位置以外の位置に設けた場合と比べ、共振が抑制される。
10 通信ケーブル
10A 通信ケーブルの第1端
10B 通信ケーブルの第2端
11 第1の延伸部
11a 第1の延伸部の先端
12 第2の延伸部
12a 第1のループ
12b 第2のループ
12c 第2のループの終端
121 第1折曲部
121a 第1の折曲部の先端
122 第2折曲部
13 第2の延伸部
20 接地面
30A,30B 端子
50 治具
51 巻付部
52 支柱
60 筐体
61 筐体の穴

Claims (11)

  1. 第1の方向に延び第1端と第2端とを繋ぐ電気配線であって、
    前記第2端に向かって途中位置まで延びる第1の延伸部と、
    前記第1の延伸部の前記第2端側の先端において前記第1の方向とは異なる第2の方向に折れ曲がって延びる第1の折曲部、および該第1の折曲部の先端で反転し該第1の折曲部に隣接して該第1の折曲部とは逆向きに延びる第2の折曲部とを有し、該第1の折曲部と該第2の折曲部との相対的な位置関係が維持されるように固定された固定部と、
    前記第2の折曲部の、前記第1の折曲部とは逆向きに延びた先端で前記第2端に向かって折れ曲って前記第2端に向かって延びる第2の延伸部とを有することを特徴とする電気配線。
  2. 前記第1の折曲部が、前記第1の延伸部の前記第2端側の先端において前記第2の方向に折れ曲がることにより前記第1の延伸部および前記第2の延伸部から一旦離間し輪を描くように延びて該第1の延伸部もしくは該第2の延伸部に近づいた形状を有し、
    前記第2の折曲部が、前記第1の折曲部の先端で反転し該第1の折曲部に隣接して再度輪を描くように延びた形状を有することを特徴とする請求項1に記載の電気配線。
  3. 前記固定部が、前記第1の延伸部もしくは前記第2の延伸部を周回しながら前記第1の折曲部から前記第2の折曲部へと反転した形状を有することを特徴とする請求項2に記載の電気配線。
  4. 前記固定部が、前記第1端と前記第2端とを節とする共振の腹に相当する位置に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の電気配線。
  5. 前記固定部が、前記第1端と前記第2端との中央の位置に設けられていることを特徴とする請求項4に記載の電気配線。
  6. 前記固定部が、前記第1端と前記第2端との中央の位置と該第1端および該第2端の各々との間の各中央の位置に設けられていることを特徴とする請求項4または5に記載の電気配線。
  7. 前記第1の折曲部および前記第2の折曲部が互いに接着されて前記固定部を形成していることを特徴とする請求項1に記載の電気配線。
  8. 前記第1の折曲部と前記第2の折曲部との相対的な位置関係を維持する治具を備えたことを特徴とする請求項1に記載の電気配線。
  9. 前記治具が、前記第1の折曲部と前記第2の折曲部が配置される溝を有する治具であることを特徴とする請求項8に記載の電気配線。
  10. 前記治具が、当該ケーブルを固定する固定部材に固定される被固定部を備えたことを特徴とする請求項8または9に記載の電気配線。
  11. 請求項1から10のうちのいずれか1項に記載の電気配線と、
    前記第1端を有し前記電気配線に接続された第1の電子回路と、
    前記第2端を有し前記電気配線に接続された第2の電子回路とを備えたことを特徴とする電子機器。
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