JP4329482B2 - 多心通信ケーブルの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、導体の外周に絶縁樹脂を押出成形して絶縁被覆とした一対又は二対の電線からなる多心通信ケーブルの製造方法に関する。

情報通信、デジタル信号機器の普及に伴い、伝送信号の長距離伝送と高速化が進展し、通信ケーブルは高品位の製品が求められている。情報を高速で大量に処理するためには、伝送線路の誘電率を小さくする必要があることから、電線の絶縁被覆には発泡樹脂を用いた発砲絶縁被覆が用いられている。発泡絶縁電線の静電容量は、全長にわたってほぼ一定であることが望ましく、このため、通常は絶縁樹脂の押出成形して冷却した後、電線の静電容量を測定し、この測定パラメータを絶縁被覆装置にフィードバックして静電容量が一定になるように制御している。

電線の静電容量は、被覆用発泡樹脂の発泡率を調整することにより変えることができるので、発泡ガスの注入量、発泡温度、発泡剤量等を変えるか、又は、発泡樹脂が押出成形装置で導体上に被覆されてから冷却水槽に入るまでの時間（距離）を変えることで、発泡率を調整することが知られている（例えば、特許文献１参照）。また、発泡樹脂が押出成形で導体上に被覆されてから冷却水槽に入るまで空間部を密閉外圧ケースで囲み、ケース内の圧力を変えることで、発泡率を調整することも知られている（例えば、特許文献２参照）。
特開平８−２４９９５８号公報 特開平５−２０９４４号公報

高速デジタル信号の伝送においては、一対の絶縁電線からなるツイストペア線を用いることがある。これは、ツイストペア線に逆相のデータ信号を伝送し、受信側で差分合成する差動伝送と呼ばれる方式で、ノイズによる信号の乱れを打ち消すことができる。しかし、この伝送方式で、ツイストペア線の２心間で、伝播遅延時間Ｔｄの差を意味するスキュー（Ｓｋｅｗ）が生じていて、このスキューが大きいと受信信号波形が変形し、データが正確に認識されないことになる。

スキューの発生要因となる絶縁電線の伝播遅延時間Ｔｄは、以下の式から算出される。
Ｔｄ＝ε^１／２÷０.３
ε＝Ｃ×ｌｏｇ（Ｄ／ｄ）÷２４.１２
Ｃ：静電容量 Ｄ：被覆径 ｄ：導体径

すなわち、Ｔｄは電線の比誘電率εで決まり、比誘電率εは、電線の導体径ｄ、絶縁被覆の被覆径Ｄ、電線の静電容量Ｃから算定することができる。電線の静電容量Ｃについては、特許文献１又は２で開示の方法等により所定値になるように制御され、被覆径Ｄについても絶縁被覆工程中に測定し所定値に制御することができる。また、導体径ｄについては、絶縁被覆工程での調整はできないが、予め、管理データから所定値のものを選別することで、Ｔｄをある程度の値に管理することは可能である。

しかし、現在、Ｔｄを直接測定する方法は存在しないため、絶縁電線の絶縁被覆工程で取得した個別の管理データを元にしてツイストペア線の製造を行なっている。特に、絶縁電線の製造では、絶縁被覆工程での調整制御が可能な静電容量Ｃと被覆径Ｄを主体に伝搬遅延時間Ｔｄの管理を行ない、ツイストペア線の製造では、スキューをできるだけ小さくする絶縁電線を組合せる生産管理が行なわれている。すなわち、ツイストペア線は、静電容量Ｃ、被覆径Ｄや導体径ｄができるだけ揃った絶縁電線を撚り、その外周を金属テープ等でシールドして形成される。スキューは金属テープ等でシールドした状態で測定されるが、スキューの要求レベルが厳しくなるにつれ、完成品検査でのスキュー不良が発生するようになっている。

スキュー不良の発生要因としては、対にする絶縁電線の組合せミス、長さ方向での管理データの均一性の保証がない等がある。そもそも、伝搬遅延時間Ｔｄのバラツキ発生は、静電容量Ｃ、被覆径Ｄ及び導体径ｄの公差の問題があるとしても、あくまで代替え的な管理であり、Ｔｄ自体で管理されていないということに大きな問題がある。特に、対にする絶縁電線の導体径ｄは、絶縁被覆工程とは別工程で計測され、静電容量Ｃ及び被覆径Ｄとは別に管理されているため、これらを合わせたときの、Ｔｄの長さ方向におけるバラツキの保証は難しい。それぞれの数値の公差を厳密にすることにより、ある程度のＴｄのバラツキを少なくすることは可能であるが、多大な労力と費用の発生を伴うことに加えて、組合せの条件出しが難しくなったり、納期等の問題も絡んで生産性が低下する。

本発明は、上述した実情に鑑みてなされたもので、伝搬遅延時間Ｔｄの測定が直接行なわれたのと同等なレベルのＴｄが算出でき、このＴｄにより管理されスキュー低減を可能とした一対又は二対の電線からなる多心通信ケーブルの製造方法の提供を課題とする。

本発明による多心通信ケーブルの製造方法は、撚り線導体の外周に絶縁樹脂を押出成形して絶縁被覆とした一対又は二対の絶縁電線からなる多心通信ケーブルの製造方法であって、撚り線導体の径、絶縁被覆の静電容量および絶縁被覆の径である各パラメータを製造ライン上の異なる位置でそれぞれを連続的に測定し、各パラメータについて複数点でサンプリング測定して平均値を求め、
電線の走行速度により電線上の同一部位が各パラメータの測定位置に至る時間差を求め、該時間差に基づいて、異なる位置で測定された電線上の同一部位の導体径、静電容量および被覆径の平均値を組合わせて伝播遅延時間Ｔｄを演算算出し、算出された前記伝播遅延時間Ｔｄとケーブル設計値により予め設定された伝播遅延時間Ｔｄとの値の差を制御信号として生成し、フィードバックして樹脂被覆装置の調整を行うことにより均一な伝播遅延時間Ｔｄとする。

本発明によれば、対にされる絶縁電線は、直接に測定されたのと同等な伝搬遅延時間Ｔｄで管理することができ、Ｔｄの均一化を図り、スキューの要求レベルに応じた多心通信ケーブルの製造を容易にすることができる。また、各特性値の公差を厳密にする必要がなく、このため生産性を低下させることなく、効率よく生産することができる。

図により本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明による絶縁電線の製造方法の概略を説明する図、図２は演算処理の概略を説明する図である。図中、１は供給ドラム、２はガイド、３は導体径測定器、３ａは導体径ｄの測定手段、４はクロスヘッド、４ａは樹脂供給装置、５は冷却水槽、６は静電容量測定器、６ａは静電容量Ｃの測定手段、７は引取り装置、８は偏心測定器、８ａは偏心量の測定手段、９は走行速度計測器、９ａは走行速度の測定手段、１０は被覆径測定器、１０ａは被覆径の測定手段、１１はガイド、１２は巻取りドラム、１３はコンピュータ、１４は制御装置、１５は表示装置、２０ａ〜２０ｄはＡ／Ｄ変換部、２１は位置補正データ作成部、２２ａ〜２２ｃは移動平均値算出部、２３ａ〜２３ｂは演算部、２４は制御信号生成部、２５は設定部、２６は表示部を示す。

絶縁電線Ｗｂは、銅やアルミ等の電気良導体、又は、これらの電気良導体に錫メッキ等を施した撚り線導体Ｗａの外周に、絶縁被覆を施して形成される。導体Ｗａは、供給ドラム１から繰り出され、ガイド２を経て絶縁樹脂を押出すクロスヘッド４内に通される。本発明においては、特に、このクロスヘッド４に入る手前で、先ず、導体径測定器３により導体Ｗａの外径測定を行なう。

導体Ｗａの外径は、通常、所定の公差に入るように製造され管理されてはいるが、供給ドラム単位での管理であって、長手方向の公差のバラツキまでは管理されていない。実際、導体Ｗａが撚り線の場合は、撚りによる凹凸があるため、外径データとしてのバラツキが大きい。例えば、標準外径０.３ｍｍの撚り線導体の場合、ドラム単位毎においても、０.２９４ｍｍ〜０.３０２ｍｍのバラツキが確認されている。この場合、電線の静電容量Ｃ及び被覆径Ｄにバラツキなく所定の一定値であったとしても、導体径のバラツキが最大（０.００８ｍｍ）となる組合せでツイストペア線が形成されたとすると、理論上のスキューは、６０（ｐｓ／ｍ）に相当するものとなる。

導体Ｗａは、クロスヘッド４により、樹脂供給装置４ａから供給される絶縁樹脂で被覆され、次いで冷却水槽５を通すことにより絶縁樹脂を冷却硬化させて、絶縁電線Ｗｂとされる。本発明では、冷却水槽５を出た時点で、静電容量測定器６により、静電容量Ｃの測定を行なう。しかし、測定された静電容量Ｃを直ちに樹脂被覆装置にフィードバックさせず、後述するように、他の測定パラメータと合わせた上で絶縁樹脂の発泡度等により静電容量を調整するようにしている。

通常は、特許文献１又は２にも開示のように、測定された静電容量Ｃは、設定値と比較して直ちに樹脂被覆装置にフィードバックさせている。このフィードバックにより、供給される絶縁樹脂材料へのガスの注入量を変えたり、冷却水槽に入るまでの時間（距離）を調整する等して発泡率を調整し、所定の静電容量値になるように制御している。しかし、この場合は、導体Ｗａ上に施された絶縁被覆の静電容量Ｃのみが所定値に制御されるということであって、伝搬遅延時間Ｔｄを所定値にするということにはならない。

静電容量測定器６で静電容量Ｃの測定が行なわれた後、絶縁電線Ｗｂは引取り装置７により所定の張力に制御されて巻取り側に走行され、必要に応じ絶縁被覆の偏心状態が偏心測定器８で測定される。また、適当な位置に設けられた走行量計測器９により、絶縁電線Ｗｂの走行量（走行速度）が測定されると共に、被覆径測定器１０により絶縁被覆の被覆径Ｄが測定される。被覆径Ｄは、通常、所定の被覆厚さになるように樹脂被覆装置にフィードバックされる。被覆径（被覆厚さ）の調整には、静電容量が関係してくるので、上述した静電容量の調整と合わせて行なうこととなる。被覆径測定器１０により絶縁被覆の被覆径Ｄが測定された後は、ガイド１１を経て巻取りドラム１２により巻き取られ、通信ケーブル用の素線とされる。

絶縁電線の製造工程中で測定された上述の導体径ｄ、静電容量Ｃ、被覆径Ｄ、電線の走行速度等の測定パラメータは、コンピュータ１３に入力され、伝搬遅延時間Ｔｄが演算される。この演算結果は、制御信号として送出されて制御装置１４にフィードバックされ、樹脂被覆装置による静電容量Ｃ又は被覆径Ｄの調整が行なわれる。この調整には、上述した従来の方法と同様に、ガスの注入量や冷却水槽位置を変える等して、被覆用樹脂の発泡度を調整する方法を用いることができる。

伝搬遅延時間Ｔｄの演算は、図２に示すように、各測定器で測定された製造ラインの走行途中の長手方向における導体径ｄ、静電容量Ｃ、被覆径Ｄ、走行速度Ｖを、それぞれの測定手段３ａ、６ａ、１０ａ、９ａにより取り込んで行なわれる。なお、各パラメータの測定は、電線の走行方向に連続的に行なわれるが、各測定手段による測定パラメータの取り込みは、移動平均した値を取り込むのが望ましい。なお、移動平均した値とは、走行中の所定範囲を所望の間隔で複数点サンプリング測定して、その平均値という意味である。この移動平均値を用いることにより、数値変動を安定化し、安定した制御を行なうことができる。

各測定パラメータは、演算処理を行なうためにＡ／Ｄ変換部２０ａ〜２０ｄによりデジタル信号に変換される。また、同時刻に測定される導体径ｄ、静電容量Ｃ、被覆径Ｄの各測定パラメータは、製造ライン上の異なる位置で測定され、電線の同一部位の測定パラメータではない。このため、各位置で測定された測定パラメータをそのまま用いた場合、正確な演算値を示していないこととなる。本発明においては、電線の走行速度を測定することにより、位置補正データ作成部２１により、各測定部位のずれを補正している。この結果、演算処理に用いられる測定パラメータは、電線の同一部位で同時刻に測定されたものとして扱うことができ、上記のような不都合は生じない。

具体的には、導体径ｄ、静電容量Ｃ、被覆径Ｄの製造ライン上における測定位置は固定設置であるので、絶縁電線Ｗｂの走行速度Ｖが測定されていれば、絶縁電線の同一部位における測定パラメータの時間差が算出される。この時間差に応じて各測定パラメータを遅延させることにより、測定された電線上の測定部位を一致させることができる。この測定パラメータの測定部位を一致させて、所定のパラメータの演算を実行することにより、異なる位置での測定パラメータであっても、正確な値を算出することが可能となる。また、各測定パラメータには、ノイズ等によるバラツキも予想されることから、移動平均値算出部２２ａ〜２２ｃにより、ある程度の移動範囲（長手方向）にわたる平均値を算出し、この平均値を用いることで数値のバラツキの程度を予め低減させておくことが望ましい。

伝搬遅延時間Ｔｄは、発明が解決しようとする課題の項で説明したように、ε＝Ｃ×ｌｏｇ（Ｄ／ｄ）÷２４.１２、Ｔｄ＝ε^１／２÷０.３、の演算式により算出することができるので、この演算を演算部２３ａ，２３ｂにより実行させる。算出されたＴｄは、表示部２６で表示させることができる。また、算出されたＴｄは、製造しようとするケーブルの導体径、静電容量および被覆径等の設計値により予め設定部２５で設定された値と比較され、その差を制御信号生成部２４において制御信号として生成する。生成された制御信号は、図１に示すように制御装置１４に自動又は手動でフィードバックし、クロスヘッド４、樹脂供給装置４ａ、冷却水槽５等からなる樹脂供給装置の調整を適宜行なうことができる。

なお、必要に応じ絶縁被覆の偏心を測定し（図１の偏心測定器８を使用）、この偏心を加味したＴｄの算出を行なうようにしてもよい。絶縁被覆に偏心があると静電容量Ｃが変化するので伝搬遅延時間Ｔｄが変動する。しかしながら、偏心率が５％以下においては、Ｔｄの値に実質上大きな影響がないことが実験等で判明した。絶縁電線の製造で、絶縁被覆の偏心については、その条件出し時に決まってしまい、長さ方向ではあまり変動しないことも判明している。また、現在の電線生産技術によれば、量産での偏心率管理を５％以下に抑えることは容易であり、システムをシンプルにし演算処理速度を速くすると言う点で、Ｔｄの算出には特に考慮しなくてもよい。

上述したように、絶縁電線の被覆形成で、製造ライン上で導体径ｄ、静電容量Ｃ、被覆径Ｄ、走行速度Ｖを連続的に測定し、測定された各測定パラメータに対して、走行速度に応じた位置の補正を行なって演算処理を行なう。これにより、絶縁電線の長さ方向の伝搬遅延時間Ｔｄを直接測定したのと同等なＴｄを、リアルタイムで測定・算出することができる。この結果、測定・算出されたＴｄをもとに絶縁電線の製造を制御することにより、均一なＴｄを有する絶縁電線の製造を可能とし、Ｔｄで管理された一対又は二対の絶縁電線からなる多心通信ケーブルを製造することができる

以上の方法で製造された絶縁電線は、直接に測定されたのと同等な伝搬遅延時間Ｔｄで管理されているので、要求スキューレベルに応じた一対の電線からなるツイストペア電線、二対の電線からなるカッド電線等の多心の通信ケーブルの製造を容易にすることができる。また、これには、各特性パラメータの公差を厳密にする必要がない。このため工程能力指数（Ｃｐｋ）を低下させることなく、効率よく生産することができる。

本発明による絶縁電線の製造方法の概略を説明する図である。 本発明による伝搬遅延時間Ｔｄの測定・算出を説明する図である。

符号の説明

１…供給ドラム、２…ガイド、３…導体径測定器、３ａ…導体径ｄの測定手段、４…クロスヘッド、４ａ…樹脂供給装置、５…冷却水槽、６…静電容量測定器、６ａ…静電容量Ｃの測定手段、７…引取り装置、８…偏心測定器、８ａ…偏心量の測定手段、９…走行速度計測器、９ａ…走行量の測定手段、１０…被覆径測定器、１０ａ…被覆径の測定手段、１１…ガイド、１２…巻取りドラム、１３…コンピュータ、１４…制御装置、１５…表示装置、２０ａ〜２０ｄ…Ａ／Ｄ変換部、２１…位置補正データ作成部、２２ａ〜２２ｃ…移動平均値算出部、２３ａ〜２３ｂ…演算部、２４…制御信号生成部、２５…設定部、２６…表示部。

Claims (1)

1. 撚り線導体の外周に絶縁樹脂を押出成形して絶縁被覆とした一対又は二対の絶縁電線からなる多心通信ケーブルの製造方法であって、
   前記撚り線導体の径、前記絶縁被覆の静電容量および前記絶縁被覆の径である各パラメータを製造ライン上の異なる位置でそれぞれを連続的に測定し、各パラメータについて複数点でサンプリング測定して平均値を求め、
   電線の走行速度により電線上の同一部位が各パラメータの測定位置に至る時間差を求め、前記時間差に基づいて、異なる位置で測定された電線上の前記同一部位の導体径、静電容量および被覆径の平均値を組合わせて伝播遅延時間Ｔｄを演算算出し、算出された前記伝播遅延時間Ｔｄとケーブル設計値により予め設定された伝播遅延時間Ｔｄとの値の差を制御信号として生成し、フィードバックして樹脂被覆装置の調整を行うことにより均一な伝播遅延時間Ｔｄとすることを特徴とする多心通信ケーブルの製造方法。