JP5111611B2 - 伝送ケーブル - Google Patents

Description

本発明は、次世代のユニバーサルシリアルバス（以下、ＵＳＢと称する）用規格であるＵＳＢ３．０規格に準拠する伝送ケーブルに関する。
本願は、２００９年２月１６日に、日本に出願された特願２００９−０３２９２５号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

ＵＳＢとは、パーソナルコンピュータを始めとする電子機器と周辺機器との間を接続するためのデータ送電路規格の一つであり、機器同士の接続を容易にする。現在、広く利用されているＵＳＢ２．０規格と比較して、より高速の通信速度を実現するＵＳＢ３．０規格が、次世代の規格として策定されている。

ＵＳＢ３．０規格により定められている伝送ケーブルは、以下の仕様を備える。
下記非特許文献１によると、ＵＳＢ２．０規格用ケーブルは、１対のＵＴＰ（Unshielded Twist Pair、非シールド対撚り信号線）ケーブルと、電力線およびアース線からなる電源線対とを利用していた。それに対し、ＵＳＢ３．０規格用ケーブルでは、図６に示すように、ＵＳＢ２．０用ケーブルで利用されていた１対のＵＴＰケーブル２と電源線対４とに加え、さらに２対のＳＤＰ（Shielded Differential Pair、シールド差動対線）ケーブル９を備えている。これら２対のＳＤＰケーブル９は、それぞれ、送信専用のＳＤＰケーブルおよび受信専用のＳＤＰケーブルとして使用される。このように送受信を分離することによって、伝送の効率化を図っている。

ＳＤＰケーブルとして、ドレイン線を有するＳＴＰ（Shielded Twist Pair、シールド対撚り線）ケーブルの使用が提案されている。さらにＵＳＢ３．０用ケーブル内には、ＵＴＰケーブルなどの対撚り信号線２と電源線対４との間の空間を充填するための介在６が配置される。これらケーブルを束ねた後、その外周に金属箔または金属導体の編組などによるシールド７が施され、さらにその外周を外被８で被覆することにより、ＵＳＢ３．０ケーブルが構成される。つまり、ＵＳＢ３．０規格用ケーブル１１は、互いに断面形状の異なる複数本のケーブルが一つのケーブルとして纏られた集合構造を有する伝送ケーブルである。

例えば下記特許文献１および下記特許文献２には、互いに異なる断面形状を有する複数本のケーブル同士を撚った集合構造を有する従来の伝送ケーブルが記載されている。
そして、伝送ケーブルの中心に、下記特許文献１に記載の信号線ではない介在、または下記特許文献２に記載の耐張力部材を配置することによって、断面形状が互いに異なっていても各ケーブル同士を安定して配置できる伝送ケーブルが開示されている。

特開２００２−２１６５５０号公報 特開平１１−１６２２６８号公報

日経エレクトロニクス２００８年１０月０６日号「姿を現したＵＳＢ３．０」、日経ＢＰ社、ｐ．８３〜９２ USB 3.0 Specification、November 12, 2008、インターネット＜URL:http://www.usb.org/developers/docs/＞

ところで、図６に示すような、典型的なＵＳＢ３．０規格に準拠する伝送ケーブル１１は、異なる断面形状のケーブル２と４と９同士を撚る集合構造である。そのため、空間１０を充填するために複数の介在６をそこに挿入したとしても、それぞれのケーブルの位置が安定せず、内部のケーブルの一部分に大きな負荷がかかり、ケーブルが潰れてしまう虞があった。１対のＳＴＰケーブル９のうちの１本の絶縁線が潰れた場合には、その１対のＳＴＰケーブル９におけるバランスが悪化してスキューが増大するため、減衰特性が悪化してしまう虞があった。また、ＵＴＰケーブル２に関しても、絶縁線が潰れた部分ではインピーダンスが低くなるため、インピーダンスミスマッチングが発生してしまう虞もあった。
また、ケーブルの位置が安定しないことにより、伝送ケーブル１１全体の断面形状が真円ではなくなって外観が悪くなってしまう虞もあった。また、上記特許文献１および上記特許文献２のように、伝送ケーブルの中心に信号線ではない介在を配置した場合には、伝送ケーブルの外径が大きくなってしまう虞もあった。
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであって、ケーブルの潰れによる減衰特性の悪化を防止できる伝送ケーブルの提供を目的とする。

本発明は、上記課題を解決して係る目的を達成するために以下の手段を採用した。すなわち、
（１）本発明の伝送ケーブルは、対撚り信号線と；複数の信号線対と；電源線対と；を備え、前記対撚り信号線と前記複数の信号線対と前記電源線対とが、これらの長手方向に垂直な断面で見た場合に、前記対撚り信号線の周囲を前記複数の信号線対および前記電源線対が囲むように束ねられている。

上記（１）に記載の伝送ケーブルによれば、伝送ケーブルを構成する複数の信号線対および電源線対がバランスよく配置されるため、伝送ケーブル内の一部に大きな負荷がかからなくなり、これら信号線対及び電源線対が潰れるのを防げる。

（２）上記（１）に記載の伝送ケーブルでは、前記対撚り信号線に対して、この対撚り信号線間の接点を挟む１対の第１介在が設けられ；前記対撚り信号線および前記１対の第１介在がカッド撚りされている；構成を採用してもよい。

上記（２）に記載の伝送ケーブルによれば、一対の第１介在を設けたことによって対撚り信号線の断面形状がより真円に近づくため、複数の信号線対と電源線対とをよりバランスよく配置でき、これら信号線及び電源線が潰れるのをより確実に防げる。

（３）上記（１）に記載の伝送ケーブルでは、前記各信号線対と前記電源線対との間と、前記各信号線対同士の間とに、第２介在が配置されていてもよい。
上記（３）に記載の伝送ケーブルによれば、第２介在の配置により、複数の信号線対と電源線対とをよりバランスよく配置できるので、これら信号線対及び電源線が潰れるのをより確実に防げる。

（４）上記（１）に記載の伝送ケーブルでは、前記各信号線対が、ツイナックスケーブルであってもよい。
上記（４）に記載の伝送ケーブルによれば、対撚り信号線と複数のツイナックスケーブルと電源線対とを束ねた集合体の外径をより小さくできる。

（５）上記（１）に記載の伝送ケーブルでは、前記各信号線対が、ＳＴＰケーブルであってもよい。
上記（５）に記載の伝送ケーブルによれば、そのケーブル中心に介在を配置しないで済むため、伝送ケーブルの外径をより小さくできる。

（６）上記（１）に記載の伝送ケーブルでは、前記各対撚り信号線が、ＵＳＢ２．０規格用のＵＴＰケーブルを構成する対撚り信号線であり；前記伝送ケーブルが、ＵＳＢ３．０規格に準拠するＵＳＢケーブルである；構成を採用してもよい。
上記（６）に記載の伝送ケーブルによれば、ＵＳＢ３．０規格に準拠したＵＳＢケーブルに適用できる。

本発明の伝送ケーブルによれば、その潰れによる減衰特性の悪化を防止できてかつＵＳＢ３．０規格に準拠したＵＳＢケーブルを提供できる。

本発明の第１実施形態に係る伝送ケーブルを示す図であって、その軸線に垂直な断面で見た場合の断面図である。 同実施形態の第１変形例に係る伝送ケーブルを示す図であって、図１に相当する断面図である。 同実施形態の第２変形例に係る伝送ケーブルを示す図であって、図１に相当する断面図である。 本発明の第２実施形態に係る伝送ケーブルを示す図であって、その軸線に垂直な断面で見た場合の断面図である。 同実施形態の変形例に係る伝送ケーブルを示す図であって、図４に相当する断面図である。 典型的なＵＳＢ３．０規格に準拠した伝送ケーブルを示す図であって、その軸線に垂直な断面で見た場合の断面図である。

以下、本発明の伝送ケーブルの各実施形態を図面に基づいて説明する。
本発明は、以下の実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々の変更ができる。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る伝送ケーブル１の構成を示す断面図である。伝送ケーブル１は、ＵＳＢ３．０規格に準拠したケーブルである。
伝送ケーブル１は、外径の異なる対撚り信号線２と、２対の信号線対３と、電源線対４と、２対の信号線対３と電源線対４との間に配置された３本の第２介在６とからなる集合構造に対して、シールド材７を巻き付け、さらにその外周を外被８によって被覆した構成を備える。
対撚り信号線２が１対の信号線２１を備え、また、信号線対３が１対の信号線３１を備えている。各信号線２１が絶縁カバー２２で被覆され、また、各信号線３１が絶縁カバー３３により被覆されている。同様に、電源線対４を構成する電力線４１およびアース線４２も、絶縁カバー４３によりそれぞれ被覆されている。

シールド材７は、対撚り信号線２と、２対の信号線対３と、電源線対４と、３本の第２介在６とをそれらの全長にわたって被覆している。シールド材７には、金属導体の編組等が用いられている。
外被８は、シールド材７の外周を被覆している。外被８の素材としては、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）や難燃ポリエチレン（ＦＲＰＥ）や変性ＰＰＥなどが挙げられる。外被８の素材としては、電気絶縁特性を有する材料であればよく、上記の材料のみに限定されない。

対撚り信号線２は、１対の信号線２１をそれぞれ絶縁カバー２２で被覆して撚った構成である。
この対撚り信号線２は、伝送ケーブル１の長手方向に垂直な断面の略中心に配置されている。対撚り信号線２は、必ずしも伝送ケーブル１の中心に正確に配置されている必要はなく、上記断面で見た場合に、対撚り信号線２の一部が、伝送ケーブル１の中心点と重なればよい。
対撚り信号線２に使用する信号線のサイズは、ＡＷＧ２８〜ＡＷＧ３４の範囲のケーブルであることが好ましい。なお、ＡＷＧとは、米国ワイヤーゲージ（American Wire Gauge）の略称であり、同軸ケーブルの業界で広く用いられている規格である。

対撚り信号線２の外周には、対撚り信号線２を囲むように、２対の信号線対３と、電力線４１およびアース線４２からなる電源線対４とが配置されている。
信号線対３は、１対の信号線３１と、これら信号線３１に沿って配置されたドレイン線３２とを備えている。それぞれの信号線３１は、絶縁カバー３３により絶縁されている。ドレイン線３２および絶縁カバー３３により被覆された信号線３１は、１本に纏められた上で、シールド材３４により被覆されている。
信号線対３は、信号線を平行に束ねたツイナックスケーブルであることが好ましいが、対撚り線であるＳＴＰケーブルであってもよい。
信号線対３に使用される信号線のサイズは、ＡＷＧ２８〜ＡＷＧ３４の範囲のケーブルであることが好ましい。

電力線４１およびアース線４２からなる電源線対４は、対撚り信号線２に接するように、かつ２対の信号線対３に対して、最も離れた位置に配置されている。そして、電源線対４には、他のケーブルとともにシールド材７に巻かれて、このシールド材７と接している。
電源線４１およびアース線４２のサイズは、ＡＷＧ２０〜ＡＷＧ２８の範囲のケーブルであることが好ましい。

２対の信号線対３の間には、断面が円形のワイヤー形状である第２介在６が配置されている。同様に、電源線対４と一方の信号線対３との間と、電源線対４ともう一方の信号線対３との間とにも第２介在６が配置されている。これら３本の第２介在には、他のケーブルとともにシールド材７に巻かれて、このシールド材７と接している。
第２介在６は、対撚り信号線２の外周に配置された電源線対４と２対の信号線対３との間に生じた空間１０を充填している。この第２介在６を配置することによって、伝送ケーブル１は、対撚り信号線２を中心として、電源線対４と、２対の信号線対３と、３本の第２介在６とが、略断面円形状になるように配置される。また、電源線対４と、２対の信号線対３と、３本の第２介在６とは、シールド材７に巻かれて、このシールド材７と接している。
伝送ケーブル１を構成するケーブルのうち、対撚り信号線２を除く、２対の信号線対３と、電源線対４と、３本の第２介在６とは、対撚り信号線２をケーブルの中心に配置し、その周辺をヘリカル状に覆うように配置されている。
第２介在の外径は０．５５ｍｍ〜０．８０ｍｍであり、その材質はポリプロピレン（ＰＰ）であるが、同様の機能を果たすものであれば、この構成のみに限定されない。

対撚り信号線２を伝送ケーブル１のケーブルの中心に配置することで、対撚り信号線２の周囲に２対の信号線対３および電源線対４を配置する際に、配置バランスがよくなり、伝送ケーブル１内の一部に大きな負荷がかからないため、これらケーブルが潰れることを防げる。
信号線対３と電源線対４との間と、２対の信号線対３の間とに第２介在６を配置することで、信号線対３が潰れることをより確実に防げる。
信号線対３に対撚り線ではなく、平行に束ねられたツイナックスケーブルを使用することで、１対の対撚り信号線２と、２対のツイナックスケーブルと、電源線対４とを束ねた集合体の外径をより小さくできる。集合体の外径が小さくなることで、シールド材７としての金属導体の編組や、外被８に使用する材料の量も減らせる。
また、ツイナックスケーブルは、１対の信号線同士が平行に配置されているため、対撚り信号線と比較して容易にスキューを小さくできる。
また、ツイナックスケーブルは信号線がまっすぐなケーブルであるため、完成した伝送ケーブル１の単位長さあたりの信号線の長さが、撚られているケーブルと比較して短くなる。そのため、使用する導体の量を少なくできる。
また、伝送ケーブル１のケーブル中心に介在を配置しないため、ケーブルの外径を小さくできる。

図２は、同実施形態の第１変形例に係る伝送ケーブルを示す断面図である。
この第１変形例では、２対の信号線対３が、ともに、外周を構成する面のうちのより平坦な面３５がシールド材７の内周面に接するように配置されている。そして、２対の信号線対３の外周面のうちの面３５とは反対側にある面３６が対撚り信号線２と接している。
この構成によれば、伝送ケーブル１を構成する各ケーブルが、よりバランスよく配置されるため、これらケーブルが潰れることを防げる。

図３は、同実施形態の第２変形例に係る伝送ケーブルを示す断面図である。
この第２変形例では、２対の信号線対３が、ともに、外周を構成する面のうちのより平坦な面３５が対撚り信号線２に接するように配置されている。そして、２対の信号線対３の外周を構成する面のうちの面３５とは反対側にある面３６が、シールド材７の内周面と接している。
この構成によれば、伝送ケーブル１を構成する各ケーブルが、よりバランスよく配置されるため、これらケーブルが潰れることを防げる。

＜第２実施形態＞
図４は、本発明の第２実施形態に係る伝送ケーブル１Ａの構成を示す断面図である。
本実施形態に係る伝送ケーブル１Ａは、中心に配置される対撚り信号線２に対して、２本の第１介在２３が対撚り信号線２の接点を挟むように、対撚り信号線２に沿って配置されている。２本の信号線２１と２本の第１介在２２の計４本は、撚り合わされてカッド撚りされている。
第１介在の外径は、０．５５ｍｍであり、その材質はポリプロピレン（ＰＰ）である。
これ以外の構成は、上記第１の実施形態の構成と同様であり、対撚り信号線２は、伝送ケーブル１の長手方向に垂直な断面の略中心に配置され、その周囲に信号線対３と電源線対４とがヘリカル状に配置されている。信号線対３は信号線を平行に束ねたツイナックスケーブルであることが好ましいが、対撚り線の形態であるＳＴＰケーブルを使用してもよい。

対撚り信号線２に２本の第１介在２３を追加し、カッド撚りの形態にすることによって、対撚り信号線２の断面形状がより真円に近づく。そのため、対撚り信号線２の周囲に２対の信号線対３および電源線対４を配置したときに、よりバランスよく配置でき、信号線が潰れることをより確実に防げる。

また、２対の信号線対３は、ともに、外周を構成する面のうちのより平坦な面３５がシールド材７の内周面に接するように配置されている。そして、外周を構成する面のうちの面３５とは反対側にある面３６が、対撚り信号線２と接している。
この構成によれば、伝送ケーブル１を構成する各ケーブルが、よりバランスよく配置されるため、これらケーブルが潰れることをより確実に防げる。

図５は、同実施形態の変形例に係る伝送ケーブルを示す断面図である。
この変形例では、２対の信号線対３は、ともに、外周を構成する面のうちのより平坦な面３５が、対撚り信号線２に接するように配置されている。そして、信号線対３の外周を構成する面のうちの面３５とは反対側にある面３６が、シールド材７の内周面と接している。
この構成によれば、伝送ケーブル１を構成する各ケーブルが、よりバランスよく配置されるため、これらケーブルが潰れることをより確実に防げる。

本発明の伝送ケーブルによれば、ケーブルの潰れによる減衰特性の悪化を防止できてかつＵＳＢ３．０規格に準拠したＵＳＢケーブルを提供できる。

１ 伝送ケーブル
２ 対撚り信号線
２１ 信号線
２２ 絶縁カバー
２３ 第１介在
３ 信号線対
３１ 信号線
３２ ドレイン線
３３ 絶縁カバー
４ 電源線
４１ 電力線
４２ アース線
４３ 絶縁カバー
６ 第２介在
７ シールド材
８ 外被
９ ＳＴＰケーブル
１０ 空間
１１ 伝送ケーブル

Claims (6)

1. 対撚り信号線と；
   複数の信号線対と；
   電源線対と；を備え、
   前記対撚り信号線と前記複数の信号線対と前記電源線対とが、これらの長手方向に垂直な断面で見た場合に、前記対撚り信号線の周囲を前記複数の信号線対および前記電源線対が囲むように束ねられている
   ことを特徴とする伝送ケーブル。
2. 前記対撚り信号線に対して、この対撚り信号線間の接点を挟む１対の第１介在が設けられ；
   前記対撚り信号線および前記１対の第１介在がカッド撚りされている；
   ことを特徴とする請求項１に記載の伝送ケーブル。
3. 前記各信号線対と前記電源線対との間と、前記各信号線対同士の間とに、第２介在が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の伝送ケーブル。
4. 前記各信号線対が、ツイナックスケーブルであることを特徴とする請求項１に記載の伝送ケーブル。
5. 前記各信号線対が、ＳＴＰケーブルであることを特徴とする請求項１に記載の伝送ケーブル。
6. 前記各対撚り信号線が、ＵＳＢ２．０規格用のＵＴＰケーブルを構成する対撚り信号線であり；
   前記伝送ケーブルが、ＵＳＢ３．０規格に準拠するＵＳＢケーブルである；
   ことを特徴とする請求項１に記載の伝送ケーブル。

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