JP2669932B2 - 信号伝送ケーブル及びその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は電気ケーブル、特に１対の導線を有する高速
信号伝送用ケーブル及びその製造方法に関する。

（従来の技術とその問題点） 高周波信号を伝送する信号伝送ケーブルは低周波信号
の伝送では問題となり得ない諸特性が要求される。これ
らの特性には、１対の導線間の間隔の均一性、斯る導線
間の誘電体の誘電率の均一性が含まれ、これにより１対
の導線間のキャパシタンスの均一性を決定する。

更に、１対の導線の長さは、伝送される信号の遅延時
間を決定するので、両信号が同時に到達するよう、同じ
でなければならない。斯る導線対は多くの場合、外部磁
界の影響を阻止するように螺旋状に撚られる（ツイスト
されている）ので、等しい電気的長さの導線を得る為
に、各螺旋状撚りが「撚り長さ」と称される均一な長さ
を持つ必要がある。さもなければ、この撚り導線対を所
望位置で切断した際に、一本の導線は他方の導線より長
く又は短くなる。

また、斯る導線対のパラメータは、導線対の曲げ、そ
の他の取扱いによっても安定に維持されなければならな
い。このことは、共通の外部ジャケット中に導線をまと
めて締付けることにより簡単に実現できると考えられる
が、この工程の実施には多くの問題が提起された。その
１つは、ジャケット内に封入するのに必要な導線対の断
面積が著しく増加することである。共通のジャケットを
押出しその他の手段で導線対に設けると、導線対の断面
積が著しく増大し、これは何千本もの導線対をある限ら
れた空間に並べ対応する高密度コネクタに成端しなけれ
ばならない高密度用途には重大な欠陥となった。更に、
２本の導線に共通の外部ジャケットを使用すると、両導
線間の領域に不可避的に空隙が生じるので、導線対のキ
ャパシタンスひいては特性インピーダンスが不均一とな
った。外部ジャケットの押出し工程にあっても、並置さ
れた導線対の場合には、導線の周囲の全ての空隙を完全
に埋めることができない。斯る空隙は冷媒用フッ化物の
如き液体中に浸して導線対を使用する機器の場合には特
に大きな問題となり得る。斯る用途にあっては、液体が
徐々に空隙中に侵入し、この侵入には相当長時間を要す
るので、安定性の問題を生じる。更に、部品の保守サー
ビスの為にケーブルを定期的に液体から取出すこととな
るので、空隙がら液体が滲み出したり、蒸発したり或は
拡散する。その後、再度ケーブルを液体中に浸すと、液
体が空隙中に完全に充填して安定化するのに長時間を要
する。このように誘電率が変化し、特性インピーダンス
が不安定な期間中、システムを動作不能にすることもあ
り得る。

他方、夫々の導線を直接包囲する誘電体層を接着する
ことにより共通外部ジャケットを省略することが考えら
れる。しかし、FEP又はPTFE等の誘電体材料は接着剤や
溶剤で高信頼性で接着するのは大変困難であるので満足
な結果は得られない。そこで、熱溶着をすると、誘電体
材料は熱により少なくとも寸法上変化し、多くの場合に
は誘電率自体も変化するので、最終導線対、即ち信号伝
送ケーブルの電気的特性を制御し且つ予測することは困
難になる。

相互に接続された多数の導線及びそれらの製造方法は
米国特許第3649434号、第4131690号、第4218581号、第4
234759号、第4368214号、第4468089号、第4515993号及
び第4541980号等に開示されている。しかし、これら公
知刊行物はいずれも並列配置された導線を有し、小型且
つ制御された特性インピーダンスの信号伝送線に関する
上述した問題の解決策を全く示唆していない。

（発明の解決課題） 従って、本発明は小型であり且つ電気的特性を均一に
維持することが可能であり、しかも安定性の優れた信号
伝送ケーブル及び斯るケーブルの製造方法を提供するこ
とである。

（課題解決の為の手段） 上述した技術的課題乃至目的を達成する為に、本発明
の信号伝送ケーブルは、各々複数の撚り線で形成される
１対の導線と、該各導線の外周を略円形に覆う第１誘電
体材料の内部誘電体層と、該内部誘電体層を相互に当接
させ且つ所定撚り長さで螺旋状に撚られた前記１対の導
線の前記内部誘電体層の外周を覆う前記第１誘電体材料
よりも低融点の第２誘電体材料の外部誘電体層とを具
え、前記１対の導線間隔を全長にわたり略一定に維持す
ることを特徴とする。

また、本発明の信号伝送ケーブルの製造方法は、複数
の撚り線で形成された１対の導線の各導線の周囲を内部
誘電体材料で略円形に被覆する工程と、該内部誘電体材
料で被覆された各導線の周囲を前記内部誘電体材料より
も低融点の外部誘電体材料で被覆する工程と、該内部及
び外部誘電体材料で被覆された１対の導線を所定撚り長
さで螺旋状に撚り合わせる工程と、該撚り合わされた１
対の導線を相互に相手側に押し付けながら加熱して前記
外部誘電体材料を溶融又は可塑化して前記１対の導線の
前記内部誘電体同士を実質的に接触させる工程とより成
ることを特徴とする。

（実施例） 以下、添付図を参照して、本発明の信号伝送ケーブル
及びその製造方法の実施例を詳細に説明する。

第１図に示すように、本発明による信号伝送ケーブル
１の実施例は１対の並置した７ストランド型の32AWG
（アメリカンワイヤゲージ）銅合金導線10、12からな
る。各々導線1012は、好ましくはほぼ0.1mm壁厚さの登
録商標テフロン（FEP）の如き押し出しポリマーのフル
オロカーボンからなる内部誘電体層14、16によって包囲
される。内部誘電体層14、16を包囲するのは夫々外部誘
電体層18、20であり、各外部誘電体層は元の表面輪郭18
a、20aによって表されるように最初は各内部誘電体層1
4、16に独立して付着される。その後、後述する方法に
よって加熱により互いに融着されて、第１図に示す導線
対１を形成する。外部誘電体層18、20は内部誘電体層1
4、16とは異なった組成をもち、例えばほぼ0.06mmの初
期押し出し壁厚さと、FEP内部誘電体層14、16の融点
（約241℃又は約465゜F）よりかなり低い融点（約191℃
又は約375゜F）をもつポリプロピレンからなる。第１図
に示すように、内部誘電体層14、16の表面は接着過程で
互いに接近させられているけれども、それらは別法とし
てそれ以上に離間させることができる。その間隔は外部
誘電体層18、20の溶融度に依存し、その溶融度はそれら
を互いに融着させる焼成炉の滞在時間と温度に依存す
る。

内部誘電体層14、16は高い融点をもつため、溶融過程
の熱によって構造的にかつ寸法的に影響されない状態に
留まることができるので、導線10、12間の最小横間隔22
（第１図）を確実に制限し、空気包含の誘電体の場合に
は、溶融過程で制御不能になる他の変数が存在するにも
拘らず、最大有効誘電率を制限する。かかる制限は導体
間のキャパシタンスを確実に予測可能にする。このこと
は２導体型信号伝送ケーブルの比較的均一な特性インピ
ーダンスを保証するのに重要なことである。

第１図の導線対は好適には第２図に示す如き螺旋撚り
線対とする。この場合、撚りは外部誘電体層の溶融の前
に行われ、それ故、導体対は溶融後均一な撚り長さ24を
もつ永久螺旋撚り形状をとる。その長さは導線10、12の
横間隔と共に、安定に留まり、その後の曲げ又は導線対
の他の取扱いを通じて一定に留まる。コンピュータ又は
他の電子製品に合体するために導線対がその後予定長さ
に切断されるとき、均一な撚り長さは２つの導線10、12
の電気的長さの一様性を保証する。このことによって、
両導線の電気的遅延は等しくなり、従って導線に沿って
進む信号は高周波信号の伝送に必要な公差内で同期化さ
れる。しかし、導線対は螺旋撚りされる必要はなく、別
法として、互いに平行に並置して延在することができ
る。

特に重要なことは、空隙が外部誘電材料に導線10と12
間の接合領域において形成されないことである。斯る空
隙の不存在は、各導線の周囲に外部誘電体層18、20を最
初に独立して付着し、その後、互いに外部誘電体層を衝
合、接着させることによって保証される。斯る過程は外
部誘電体層間に接合領域を形成し、それはそれらの初期
衝合点の割れ目から外方に膨張し、接着が起こるとき、
空気を外方に逃がす。これに反して、空隙の不存在は、
もし外部誘電体ジャケットを１対の並置した導体に導線
対の周囲に押し出すことによって同時に付着する場合に
は、保証されない。というのは、その場合接合領域は導
線間の割れ目に向かって内方に延び、その中に空気を捕
捉する傾向をもつからである。

更に、最終導線対の横断面積に関しては、もし外部誘
電体を同時に両導線上に押し出す場合には、過剰の外部
誘電体材料は通常は第１図の構造物の上下の側面に付着
されて、導線対の最大横寸法の箇所に、即ち第１図の右
と左の縁に外部誘電体の最小必要壁厚さを生じることを
保証する。しかし、これは第１図に示すものよりかなり
大きい面積の横断面を結果として作り、高密度用の導線
対の使用を妨げる。

第３図は信号伝送ケーブル２をもつ本発明の他の実施
例を示し、これは撚り線型か又は非撚り線型となすこと
ができ、また導線10′、12′が撚り導線ではなく固体で
あることを除けば第１図に示す伝送ケーブル１とすべて
の点で同じである。信号伝送ライン２は第２の押し出し
誘電体層26によって包囲され、誘電体層は好適にはほぼ
1.5mmの外径をもつ低密度のポリエチレンからなる。誘
電体層26を包囲するのは編組線シールド28であり、これ
は誘電体層26の80乃至90％の適用範囲を与える。このシ
ールド28はポリプロピレンの外部ジャケット30によって
包囲され、かつそれによって浸透させられて、編組線シ
ールドから及びその下にある誘電体層26とシールドの界
面からできるだけ空気を排除し、前述の理由から空隙を
最小ならしめるようになされる。上記80％乃至90％の適
用範囲はシールドを通すポリプロピレンの浸透を容易に
なす。好適には、ジャケット30はほぼ0.23mmの壁厚さを
もつ。シールド付き信号伝送ケーブル２は需要の多い高
周波用に適する。その場合、例えば、発振器又は“クロ
ック”回路において伝送の確実性を保証するために外部
電界からの保護が必要である。この回路はコンピュータ
においてシステム全体のタイミングを与えるものであ
る。この用途では、接着した外部誘電体層18、20は導線
10′、12′間の領域の空隙生成を防止するのみならず、
それが導線10、12の周囲に押し出されるとき、導線間の
深い割れ目の生成を回避することによって誘電体層26中
に空隙が出来るのを防止する。この割れ目中には誘電体
層26の押し出し中に空気が捕捉される。また、空隙の防
止は信号伝送ケーブルを液体中に浸漬する場合には上述
の理由から特に重大な問題となる。

信号伝送ケーブル１又は２の製造方法は夫々の導線1
0、12又は10′、12′の周囲に個別に夫々の内部誘電体
層14、16を形成し、その後同様に、各内部誘電体層14、
16の周囲に外部誘電体層18、20を個別に形成することを
含む。内部誘電体層と外部誘電体層は当業者には既知の
通常の押し出し法によって個別に各導線に付着される。
その後、第４図に示すように、内部誘電体層と外部誘電
体層を付着された10、12の如き各導線は通常のワイヤ撚
り機械36のリール32、34に巻き取られる。導線はダイ38
を通して供給され、出来た撚り線対40は駆動ドラム42、
44に巻回される。駆動ドラムは導線10、12をリール32、
34から予定速度で引き出し、同時に、前記機械は予定速
度で軸線45の回りにリール32、34を回転させ、それによ
って撚り線対の撚り長さ24（第２図）を決定する。駆動
ドラム42、44から、撚り線対は、高い融点をもつ内部誘
電体層14、16を溶融することなしに、外部誘電体層18、
20を溶融するか，又は少なくとも高度に可塑化するに十
分な温度と滞在時間をもつ垂直焼結炉46を通して供給さ
れる。撚り機械36による導線の撚りは強力に外部誘電体
層18、20を互いに衝合させるので、炉46を通る撚り線対
の通過は外部誘電体層の衝合部分を互いに融着させて、
第１図に示すような外形になす。撚り線対は炉46から出
るときに冷却して、永久的に螺旋状に撚られた導線対を
形成する。その後、接着した撚り線対44′が電気駆動さ
れる巻き取りリール48に供給される。リールの巻き取り
速度は可変式に制御され、通常の舞いアーム・レベル巻
付け組立体50によって撚り線対に一定の張力を保持す
る。出来た撚り線対は巻き取りリール48から直接取り上
げられるか又は、その後の処理工程を受け、それによっ
て追加の誘電体層26、シールド28、及び外部ジャケット
30が通常の手法によって付加される。

もし真っ直ぐな（非撚り線状の）平行な導線対を望む
ならば、撚り工程は全体的に除くことができる。その場
合、外部誘電体層は炉46内で対向した溝付きプーリ等に
よって適当に案内されて強制的に互いに衝合させられ
る。また、炉46の代りに、外部誘電体層を互いに接着さ
せることは溶剤又は接着剤からなる浴に導線対を通過さ
せることによって行うことができる。接着剤は外部誘電
体層とは両立できるが、内部誘電体層とは両立できない
ものとし、従って内部誘電体層は炉46を通過するときに
丁度それらの高融点がそれらの変化を防止するように溶
剤又は接着剤によって変化させられない。

第１図の実施例に対して上例の寸法と組成物をもつ撚
り線対を製造する特別の例は、約13mmの撚り長さをもつ
２つの導線を撚り、次いで撚り線対を約965mmの長さと
約191℃（約375゜F）の温度をもつ垂直炉46に毎分約264
cmの速度で通すことによって外部誘電体層を互いに熱接
着させることを含む。垂直炉46が好適であるが、その理
由は、炉内の垂直対流が撚り線対の軸線の回りに径方向
で対称的な温度勾配を作り、そのため外部誘電体層の加
熱速度を均一になすからである。

以上本発明の実施例につき説明したが、本発明は上述
した処に限定されることなく，本発明の範囲内で種々の
変更を加えることができるのは勿論である。

（発明の効果） 以上の説明から理解される如く、本発明の信号伝送ケ
ーブルによると、導線対の周囲にテフロン等の高融点の
内部誘電体層を被覆して、その外周を相互に当接させて
外部誘電体層と相互に固着する。従って、導線対間の間
隔が一定に維持されると共にその間の誘電体の誘電率も
実質的に一定であるので、電気的諸特性が均一且つ安定
した高周波信号用伝送ケーブルが得られ、例えばコンピ
ュータのタイミングクロック信号の伝送等に好適であ
る。

また本発明の信号伝送ケーブルの製造方法によると、
テフロン等の高融点の内部誘電体層の外側にポリプロピ
レン等の低融点の外部誘電体層を被覆して導線対を形成
し、これを外部誘電体材料の溶融温度に加熱して導線対
を外部誘電体材料で固着することにより、均一な電気的
諸特性を有する信号伝送ケーブルが極めて安価且つ安定
的に製造可能である。

図面の簡単な説明 第１図は本発明方法によって製造された導線対の実施
例の断面図； 第２図は本発明の導線対の螺旋状に撚られた実施例を
示す図； 第３図は導線対が遮蔽されたケーブルに合体された本
発明の他の実施例を示す図； 第４図は本発明の好適製造方法を示す線図である。

１、２……信号伝送ケーブル 10、12、10′、12′……導線対 14、16……内部誘電体層 18、20……外部誘電体層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ベック ドリス エイ アメリカ合衆国 オレゴン州 97007 ビーバートン エス ダブリュー ワン ハンドレッド シックスティ フォー ス アベニュー 4280 (72)発明者 カイ ソーハ アメリカ合衆国 オレゴン州 97062 トゥアラティン エス ダブリュー タ ラワ ドライブ 9183 (56)参考文献 実開 昭59−121115（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭58−10802（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】各々複数の撚り線で形成される１対の導線
   と、 該各導線の外周を略円形に覆う第１誘電体材料の内部誘
   電体層と、 該内部誘電体層を相互に当接させ且つ所定撚り長さで螺
   旋状に撚られた前記１対の導線の前記内部誘電体層の外
   周を覆う前記第１誘電体材料よりも低融点の第２誘電体
   材料の外部誘電体層とを具え、 前記１対の導線間隔を全長にわたり略一定に維持するこ
   とを特徴とする信号伝送ケーブル。
2. 【請求項２】複数の撚り線で形成された１対の導線の各
   導線の周囲を内部誘電体材料で略円形に被覆する工程
   と、 該内部誘電体材料で被覆された各導線の周囲を前記内部
   誘電体材料よりも低融点の外部誘電体材料で被覆する工
   程と、 該内部及び外部誘電体材料で被覆された１対の導線を所
   定撚り長さで螺旋状に撚り合わせる工程と、 該撚り合わされた１対の導線を相互に相手側に押し付け
   ながら加熱して前記外部誘電体材料を溶融又は可塑化し
   て前記１対の導線の前記内部誘電体同士を実質的に接触
   させる工程と、 より成ることを特徴とする信号伝送ケーブルの製造方
   法。