JP3650406B2 - フラット型通信ケーブル - Google Patents

Description

本発明は、非シールド通信ケーブルに関するものであり、特に、フラット型三日月形状通信ケーブルに関するものである。
コンピュータシステムに使用されている様々なタイプの非シールドケーブルは、４本の対撚（twisted pair:ツイスト・ペア）導体を含んでいる。ケーブルは典型的には、24AWG（American Wire Gauge:米電線規格）導体であって、絶縁体が最大0.0395インチ（0.10033cm）、および全体平均ケーブルOD（outside diameter:外径）が0.250インチ（0.635cm）に限定される。さらに、燃焼試験条件によってケーブルに使用できる化合物のタイプの使用が限定される。これらの制限により、対撚ケーブルはしばしば４対のグループになるように束にされる。通常の場合、個々の対撚ユニット間には間隔がない。従って、クロストークの減少は適切な撚り長の選択が行われたときに限られ、通常は撚りがよりきつい方が向上したクロストーク特性を示す。減衰特性は導体の寸法に限定され、典型的には直径0.019インチ（0.04826cm）から0.023インチ（0.05842cm）の範囲の導体の寸法に制限され る。ここで、対撚の撚りがよりきついほど減衰特性が低下するという問題がある。したがって、きつい対撚の減衰性能の低下を容認することで、それと交換に良好なクロストークが得られる。
したがって、本発明の１つの目的は、間隔を有する複数の対撚ケーブルからなり、設置者が比較的容易に設置できるよう可撓性を有したフラット型通信ケーブルを提供することを目的とする。
本発明の他の１つの目的は、凸状の上部表面、凹状の下部表面、および１対の弧状側面を有するジャケットを有 し、前記ジャケット中に複数の長手方向に延在する導体通路を有し、前記通路を並列して配置し、隣接する通路に対して開口を形成した各通路の長手方向に延在する開口部を有し、各通路に１つずつ配置された対撚導体を有し、各対撚導体が配置された通路の断面包絡面積より小さな面積を有する円形断面の包絡を有する各対撚導体を 含むことを特徴とする三日月形フラット型ケーブルを提供することを目的とする。
本発明のさらに１つの目的は、複数の長手方向に延在する導体通路を有し、前記通路を並列して配置し、隣接する通路に対して開口した各通路の長手方向に延在する開口部を有し、各通路に１つずつ配置して前記通路にゆるやかに配置した対撚導体を含み、前記対撚導体が含まれた通路の断面包絡面積より小さな断面包絡面積を有する各対撚導体を含むことを特徴とする4Mhz以上の周波数を搬送するためのフラット型通信ケーブルを提供することを目的とする。
発明の要約
本発明は、凸状の上部表面、凹状の下部表面、および１対の弧状側面を有するジャケットを有し、前記ジャケッ ト中に少なくとも４本の長手方向に延在する導体通路を有し、前記通路を２本の端部長手通路と複数の並列中間通路になるように配列して配置し、隣接する通路に対して開口を形成した各通路の長手方向に延在する開口部を有し、各通路に１つずつ配置された対撚導体を有し、通路の断面包絡面積より小さな面積を有する円形断面の包絡を有する各対撚導体を含むことを特徴とする、フラット型ケーブル、望ましくは三日月形フラット型ケーブルを提供する。
ジャケットの壁面の厚さは変化し、対撚導体はシールドされていないことが望ましい。
多導体（multi−conductor）フラット型ケーブルという用語は、望ましくは、各対が隣接する導体対間に所定の距離だけ間隔をおき、全ての対が適切な共通のジャケッ トで覆われた、４対の絶縁された導体を有するケーブルを示す。絶縁された導体対のそれぞれがジャケット内にゆるやかに位置し、ジャケットに結合されていない。絶縁された導体対のそれぞれが適切な絶縁体を有する。全ての絶縁された導体対が同一の絶縁体を有してもよい。しかしながら、少なくとも１つの絶縁導体の対が非フッ 素化重合体（non−fluorinated polymer）の絶縁体を有することがのぞましい。絶縁導体の対は共通の絶縁体を有する対撚導体であることがのぞましく、ジャケットは並列して長手方向に位置する複数の通路を備えた、三日月形の中実または発泡性（foam）ジャケットであることがのぞましい。
本発明およびその利点は、添付の図面を参照し、以下の詳細な説明を考慮することによってより明らかになる。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明のフラット型ケーブルの側面図である。
図２は図１の２−２線にそって切断した場合の断面図である。
図３は図２の部分拡大図である。
図４は本発明に使用されている結合された対撚導体の拡大した断面図である。
図５は本発明に使用されている他の結合された対撚導体の拡大した断面図である。
発明の詳細な説明
本発明は、複数の、通常は４本である、対撚通路を有するジャケットを備えたフラット型ケーブルを提供する。各通路には、対撚導体がゆるやかに格納されている。各対撚導体は互いに間隔をおいて、撚り長（lay length）が比較的長くできるようになっている。本発明は、撚り長（Lay length）が長くなることにより、発泡の過程で生成した気泡状空洞を破壊することなく、比較的壁の薄い発泡性絶縁体を使用することができる。本発明において、４対ケーブルで可能な６つのクロストークの組み合わせのうち３つが、通常使用されている円筒形束状の４対ケーブルに比べて改善されている。
本発明のフラット型ケーブルは、幅が約0.250インチ（0.635cm）から約0.360インチ（0.9144cm）であり、対撚撚り長の範囲は約0.4インチ（1.016cm）から約4.0インチ（10.16cm）である。対撚導体は通常平行かつ並列の配置に並べられている。各対撚導体の各絶縁導体は0.0395インチ（0.10033cm）以下の直径を有している。長手方向の通路は各々ケーブル・ジャケットの長さにわた る内部長手開口部を有する。通路により隣接対撚導体の 動きが制限される。各対撚導体の相対的な位置は、ケーブル幅の0.3倍である心棒の周囲にフラット・ケーブルを長手方向の軸に沿って半円に曲げた後で、Ｘの0.9倍以内である。ここでＸはケーブルを曲げる前の、２つの隣接した対撚導体の中心線間の距離である。
ケーブルは通常、約1.0〜500MHzおよびそれ以上で、主に4MHz以上の周波数を有する、デジタルまたはアナログ通信ケーブルに使用される。
ケーブルの通路は、対撚導体と通路の壁面との間にエア・ポケットができるように、十分に広くなっている。対撚導体は各通路の中に緩やかに配置されている、すなわちジャケットには結合されていない。
図１および図２を参照すると、本発明のフラット三日月形ケーブル20が示されている。図示されているフラット三日月形ケーブル20は、並列かつ平行に配置されている、４本の、通常は同じ寸法の対撚導体21、22、23、および24を有する。第１の対撚導体21はケーブルの一方の側に配置され、第４の対撚導体24はケーブルの反対の側に配置されている。ケーブルは単一の共通ジャケット26で被覆されている。
ジャケット26は、通常三日月形の断面形状を有するフラット型ジャケットである。ジャケットの内部は、ケーブ ル20の全長に及ぶ４つの並列して長手方向に延在する対 撚導体通路27、28、29および31に分かれている。各通路は、長手方向に延在する開口部32、33、および34により、隣接する通路の中に開口している。開口部32は隣接する長手方向の通路27および28の間に開口している。開口部33は隣接する長手方向の通路28および29の間に開口している。開口部34は隣接する長手方向の通路29および31の間に開口している。通路は所望のいかなる形状でもよい、たとえば、円筒形、非円筒形、これらの多面形を 組み合わせたもの等である。図１および図２は非円筒形の通路、および図３は円筒形の通路を示している。
対撚21、22、23、および24は、それぞれ通路27、28、29および31内に緩やかに配置され、通路には結合されていない。一方の端の通路27は対撚導体21を格納したときに、対撚導体22を格納する通路28の空気の体積よりも大 きい空気の体積を有するように寸法が定められている。対撚導体24を格納する他方の端の通路31は、対撚導体23を格納する通路29の空気の体積よりも大きい空気の体積 を有するように寸法が定められている。対撚導体21を格納した通路27内の空気の体積は、対撚導体22を格納した中間通路28の空気の体積の最低1.2倍であることがのぞましい。必要であれば、端の通路の壁面に長手方向の開口ポケットを備えることで、端の通路27および31の空気 の体積を増大してもよい。エアポケットは不規則な形状をした端の通路壁面を使用して形成してもよい。
対撚導体という用語は、ここでは、接合または分離し、互いに撚り合わされた、２つの個別の絶縁導体を示す。個別の絶縁導体のそれぞれが、適切な絶縁体で覆われた適切な電気導体を有している。以下に説明する図４および図５は、対撚導体を形成するのに使用されている、２つのタイプの接合した絶縁導体40を示している。
２つの端の通路27および31の各々は、各々の対撚円筒形包絡面36（図３および図４）の、約80％〜95％、望ましくは約87％〜93％を包む（enclose）ことがのぞましい。端の通路27と31の間の２つの中間通路28および29は、対撚包絡面36の約60％〜90％、望ましくは約75％〜87％を包む。端の通路27および31は、対撚円筒形包絡面36の83％以上を包むことがのぞましく、内側または中間通路の28および29が対撚円筒形包絡面の75％以上を包むことがのぞましい。
別の考え方は、360゜の円周を有する円を示す円筒形包 絡面36を通る垂直断面をとることである。よって、開口部32、33、および34の各々は、単に円形の包絡線の約18゜から約70゜、のぞましくは約25゜から約47゜の弧を露 出する。
他の実施例においては、各開口部の幅または高さは、通路内の対撚導体の導体の１つの直径の75％未満である。開口部が中間通路間にある場合は、２つの隣接する通路のうちの１つの中の対撚の最小単一導体の直径の75％未満である。すなわち、図示の目的で図５を参照すると、単一の導体42の直径42Aが0.04インチ（0.1016cm）である場合、開口は0.03インチ（0.0762cm）以下である。
対撚導体とそれらのそれぞれの通路の間にエアポケットを提供するために、長手方向の対撚導体通路27、28、29および31のそれぞれが、対撚導体円筒形包絡面36の断面プロファイル面積より大きな断面プロファイル面積を有する。
図３を参照すると、開口部32、33、および34のそれぞれは、ジャケットの長さにわたり内部に向かって突出する、１対の対向する突出部37および38によって形成される。各突出部は、１つの長手方向の通路の対撚導体が隣接する長手方向の通路に通り抜けることに抵抗する剛性 を提供するような寸法になっている。図示されている構 成は、突出部37および38の中央の厚さ39が概ね対撚導体 の絶縁体42の厚さ41より少なくとも50％大きい三角形型 の断面である。
各対撚導体のための分離した長手方向の通路は、間隔を増大し、１つの対撚導体を他の対撚導体から分離しておくのに役立つ。各対撚導体は、移動が制限され、それ自身の空間または長手方向の通路にとどまるようになる。このように隣接した対撚導体間の移動が制限されることにより、能動的対撚導体から受動的対撚導体（active to passive twisted−pair conductors）間のクロストークの可能性を減少させる。突出部がない場合、対撚導体は製造および／または設置中に、互いの間で自由に移動することになり、設置されたケーブル20の電気的特性を最終的に劣化させる。
図２を参照すると、本発明の対撚導体のジャケット26は、中心がカーブした凸状の外部表面42と、カーブした凹状の底面43を有し、それぞれ、２つの内側もしくは中間通路を分離する弧45および44を有している。ジャケッ ト26は、適切な発泡性または非発泡性重合体から作製され、好ましい材料の１つは、たとえばポリ塩化ビニル（polyvinyl chloride）のような、10％〜15％の空間率で部分的に発泡したジャケット素材である。ケーブル20の幅46は約0.25〜0.36インチ（0.635〜0.9144cm）である。
ケーブル20の厚さまたは高さ47は0.10インチ〜約0.16インチ（0.254〜0.4064cm）の範囲内で、望ましくは約0.12インチ〜0.14インチ（0.3048〜0.3556cm）の間である。
突出部を含まないジャケット26の厚さは約0.010インチ 〜約0.040インチ（0.0254〜0.1016cm）の間である。
上部の中心部の厚さはジャケットの最大の厚さであり、凸状表面42の中心部分47で最大の厚さとなり、ジャケッ トの側面48および49で最小の厚さとなる。底部の凹状部の厚さは上部の凸状部の厚さより小さく、側面48および49の厚さより大きい。底部の厚さに対する上部の厚さの割合は、約1.1〜２の間の範囲であり、望ましくは約1.2である。
突出部の長さを含まない中心部の厚さ51は、単一の絶縁導体の直径とほぼ同じ寸法であり、通常は約0.030インチ〜約0.040インチ（0.0762〜0.1016cm）である。側面48および49の厚さ52は、約0.010インチ〜約0.020インチ（0.0254〜0.0508cm）である。
ジャケットおよびその三日月形の形状は、ケーブルの可撓性を高め、対撚配置を保持する。この形状により、ケーブルに曲げ力（bending force）が加わったときはケーブルが短軸に向かってカールする。この効果により、典型的なフラット設計のケーブルと比較したとき、短軸が比較対象の設計の短軸の半分以下なので、曲げ半径（bend radius）が少なくとも２倍増加する。さらに、このカール効果により対撚自体の応力を緩和し、従来のフラット配置の設計に見られるような、対撚の交叉の可能性を減少させる。
ジャケットの厚さが変化することにも利点がある。三日月形の形状により得られたカール効果は、ケーブル26の中心部のジャケットの厚さを大きくすることで、さらに高まる。中心部の厚さを大きくすることで、ジャケットはその形状を維持することができる。ケーブルの形状のために、各通路27、28、29および31はさまざまな厚さの壁面をもつことになる。
凸状表面42の半径50は約0.08インチ〜1.05（0.2032〜2.667cm）であり、望ましくは約0.22インチ（0.5588cm）である。凹状表面43の半径50Aは約0.15インチ〜1.1インチ（0.381〜2.794cm）であり、望ましくは約0.32インチ（0.8128cm）である。
対撚導体は、対撚導体の中心点を通る弧状部51Aを有する。弧状部51Aの曲率半径は、約0.08インチ〜1.05インチ（0.2032〜2.667cm）であり、望ましくは約0.22インチ（0.5588cm）である。
内側対撚導体22および23は、横側対撚導体21および24に 対して上に間隔を有する。すなわち、横側対撚導体21および24の断面接続点を通る横方向中心線53を引き、内側対撚導体22および23の断面接続点を通る横方向中心線54を引くと、ジャケット内の２つの中心線間の距離56は約0.020インチ〜約0.060インチ（0.0508〜0.1524cm）である。
導体40は、銅、金属被覆基板、銀、ニッケル、アルミニウム、鋼、合金、またはそれらの組み合わせからなる、中実または撚り線のいかなる適切な材料で構成されてもよい。誘電体はケーブルの絶縁体に使用されるのに適切な材料であればよく、たとえば、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、またはフッ素化共重合体（fluoro−copolymers）（たとえば、DuPont社の登録商標である「Teflon」）、架橋ポリエチレン、ゴム等である。絶縁体の多くが燃焼遅延材（flame retardant）を含んでもよい。絶縁体または誘電体層42の厚さは約0.00025インチ〜約0.0150インチ（0.00635〜0.0381cm）の範囲内である。
少なくとも１つの対撚導体は非フッ素化重合体の絶縁体を有することがのぞましい。非フッ素化重合体の絶縁体を備えた対撚導体を含む通路が最大の壁面の厚さを有することがのぞましい。壁面が厚いほど、燃焼抑制材（flame suppressant）としての効果がある。したがって、図１および図２に示される実施例においては、非フッ素 化対撚導体は、通路28および29内にそれぞれ配置された対撚導体22および23のどちらかまたは両方である。ケーブルが本構造をとることにより、気泡構造の絶縁体（cellular insulation）を有する対撚導体の使用ができる。きつい撚り、すなわち撚り長が短いことに伴う、圧縮力を大いに減少させるために、より長い撚り長を対撚導体に使用することもできる。これにより、材料の使用を減らしつつ減衰を改善する壁の薄い発泡性誘電体の利点を享受することができる。さらに、発泡のため絶縁体の使用が減少することで、燃焼特性および電気的特性を維持しつつ、より多くのタイプの材料が使用できる。また、発泡によって、絶縁された個々の導体の全体の寸法を小さくする。これは、その標準規格工業用コネクタに適した点、および、まさしく可撓性を有する構造を得られる点で利点がある。
図４は、使用可能な接合した対撚導体60の１つのタイプを示している。対撚導体は２本の中実、撚り線もしくは中空の導体40からなる。導体は、中実金属、複数の金属撚り線、適切なファイバ・グラス導体、多層金属、またはそれらを組み合わせたものである。各導体40はそれぞ れの円筒形誘電体あるいは絶縁体層42により囲まれてい る。各導体40は対応する絶縁体42内に中心に配置されているので、対応する絶縁体42と実質的に同心円になっている。導体40は、必要であれば、導体40と絶縁体42の間の相対的回転を防止するために、たとえばボンディング、熱または接着剤の適切な手段によって、それぞれの絶縁体42の内壁に対していかなる程度で接着させてもよい。
図４に図示されるように、絶縁体42は両方の導体40にとって共通であり、絶縁体42は互いに一体化され、任意の適切な方法でそれらの長さに沿って互いに接合している。図示のように、接合手段は、各絶縁体の直径軸から各導体の長さにわたり延在する中実一体化ウェブである。ウェブの幅62は約0.00025インチ〜約0.0150インチの範囲内である。ウェブの厚さ61も約0.00025インチ〜約0.0150インチ（0.00635〜0.0381cm）の範囲内である。ウェブの厚さは誘電体層の厚さより小さいことがのぞましい。ウェブの幅は誘電体層の厚さより小さいことがのぞましい。
誘電体層によって囲まれた二重導体は対撚導体を形成するために撚り合わされる。対撚ケーブルに沿った、隣接する導体の中心間の距離（以下、中心−中心間距離とする）の変化は非常に小さい。対撚ケーブルに沿った任意の１点における中心−中心間距離ｄは予め定められている。
図５は、適切な接着剤66によって、ほぼ全長に沿って一 緒に接合または結合した他の対撚導体65を示している。接着剤のかわりに、誘電体の温度を上げながら材料を接 触させてから冷却することにより隣接する誘電体を一緒 に結合すれば、接着剤を有さない接合ケーブルを得るこ とができる。非接着剤結合によって、２本の導体40の一 体化共通誘電体が得られる。
本発明のフラット型ケーブルは少なくとも１つの非フッ 素化重合体で絶縁された対撚であることがのぞましく、これは特にカテゴリー５ケーブルに使用が適しており、UL910燃焼試験に合格するものである。
上記の記載は例示的な目的のみでなされたもので、発明に付与される保護の範囲を限定するためになされたものではない。保護の範囲は以下の請求の範囲から定められるものであって、発明的貢献によりできるかぎり広い保護を与えるように解釈されるべきである。

Claims (7)

1. 上側凸表面（42）、下側凹表面（43）、および１対の弧状側面（48,49）を有するジャケット（2 6）、
   前記ジャケット中に複数の長手方向に延在する導体通路（27、28、29、31）であって、並列して配置され複数の隣接する通路対（27と28、28と29、29と31）を形成する 前記導体通路（27、28、29、31）、
   各々が前記隣接する通路対の異なる各対間にある、複数の長手方向に延在する開口部（32、33、34）、及び
   前記各導体通路（27、28、29、31）に１つずつ配置され た複数の対撚導体（21,22,23,24）を含む三日月形フラ ット型ケーブルにおいて、
   前記複数の対撚導体の各対撚導体は、前記各対撚導体が配置された導体通路の断面包絡面積より小さい面積を有する円形断面の包絡（36）を有し、
   前記複数の長手方向に延在する導体通路のうちの２つは端の長手方向の通路（27、31）であり、前記複数の長手方向に延在する導体通路のうちの複数は並列中間通路（28、29）であり、
   前記ジャケットの前記１対の弧状側面は、前記ジャケットの前記上側凸表面の壁の中心の厚さ（51）より小さい壁の厚さ（52）を有することを特徴とする三日月形フラット型ケーブル。
2. 前記複数の対撚導体（21,22,23,24）の少なくとも１つは、非フッ素化重合体（non−fluorinated polymer）絶縁材によって絶縁されていることを特徴とする、請求の範囲第１項に記載されたケーブル。
3. 前記複数の対撚導体（21,22,23,24）の少なくとも１つは、その長手方向に、前記少なくとも１つの対撚導体の各導体に共通な絶縁材によって結合していることを特徴とする、請求の範囲第１項に記載されたケーブル。
4. 非フッ素化重合体で絶縁された対撚導体が配置される通路は、前記長手方向に延在する通路の少なくとも他の１つより厚い壁を有することを特徴とする、請求の範囲第２項に記載されたケーブル。
5. 前記端の通路（27、31）は、それらが隣接 する中間通路（28、29）の体積の空気より大きな体積の 空気を有することを特徴とする、請求の範囲第１項に記載されたケーブル。
6. 並列して配置され、２つの端の長手方向導 体通路（27、31）と複数の並列中間導体通路（28、29） とを含む複数の長手方向に延在する導体通路（27、28、 29、31）、
   前記各導体通路（27、28、29、31）に対して配置され、 隣接する通路に対して開口した長手方向に延在する開口 部（32、33、34）、及び
   前記各導体通路（27、28、29、31）に１つずつ配置され た複数の対撚導体（21,22,23,24）を含む4MHz以上の周 波数を搬送するためのフラット型通信ケーブルにおい て、
   前記対撚導体の各々は、各前記対撚導体が含まれる通路の断面包絡面積より小さい断面包絡（36）面積を有し、
   前記中間導体通路（28、29）の少なくとも１つは、各側で前記長手方向に延在する開口部（32、33、34）の１つに接しており、
   前記端の通路（27、31）は、それらが隣接する中間通路 （28、29）の体積の空気より大きな体積の空気を有することを特徴とする、4MHz以上の周波数を搬送するためのフラット型通信ケーブル。
7. 非フッ素化重合体対撚導体が前記中間通路（28、29）の１つにあり、フッ素化重合体対撚導体が前記端の通路（27、31）の１つにあることを特徴とする、請求の範囲第６項に記載されたケーブル。

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