JP5225947B2 - 差動伝送ケーブル及びそれを含む複合ケーブル - Google Patents

Description

本発明は、デジタルデータ等を伝送するために用いられる差動伝送ケーブル及びそれを含む複合ケーブルに関する。

デジタルデータ等を伝送する差動伝送ケーブルとして、２本の差動伝送信号線と、ドレイン線と、これらを覆うシールド被覆とからなるケーブルがある（例えば、特許文献１参照）。

また、端子への端末の接続を自動または半自動で行うために、半導性材料からなるジャケットの中央にドレイン線用ストランド金属導体を配置して信号線と同様の断面としたドレイン線を備えた伝送線も知られている（例えば、特許文献２参照）。この伝送線のドレイン線のジャケットは、金属粉末またはカーボンブラック等の導電性または半導性材料の充填材を含むポリマー等の適当な半導性材料で形成されている。

特開２００２−１３５９３８号公報 特開平９−２１３１４３号公報

ところで、金属がむき出しになったドレイン線を備えた差動伝送ケーブルでは、曲げ力が加わると、その屈曲箇所で信号線にドレイン線が押し付けられ、押し付けられるドレイン線によって信号線の絶縁層が損傷して中心導体とドレイン線とが短絡することがある。
また、コネクタへの接続のために、端末でドレイン線が信号線と交差するような場合にも、ドレイン線が信号線に押し付けられ、信号線の損傷が生じて中心導体とドレイン線とが短絡することがある。

特許文献２の伝送線は、ストランド金属導体を半導性材料のジャケットによって覆っているが、ドレイン線を信号線と同様の断面として端子への端末の自動または半自動での接続を可能とすることを目的としており、押し付けられるドレイン線による信号線の損傷を防ぐ工夫はされていない。

そこで、本発明の目的は、ドレイン線によって信号線が損傷されることのない信頼性の高い差動伝送ケーブル及びそれを備えた複合ケーブルを提供することにある。なお、特許文献２に示された伝送線は信号線が一本であり、差動伝送ケーブルではない。一本の信号線と一本のドレイン線が並べられた構造であるのでドレイン線が信号線に強く押しつけられるという構造ではなく、ドレイン線によって信号線が損傷されるという課題は特許文献２からは認識されない。

上記課題を解決することのできる本発明の差動伝送ケーブルは、中心導体が絶縁層で被覆された一対の信号線と、前記信号線に沿って並べられたドレイン線と、前記信号線及びドレイン線を覆う外部導体とを備えた差動伝送ケーブルであって、
前記ドレイン線は、導電性フィラーを含んだ柔軟性を有する半導電性材料からなる被膜で覆われていることを特徴とする。

また、前記外部導体の周囲がジャケット層によって被覆されていることが好ましい。

また、本発明の複合ケーブルは、上記本発明の差動伝送ケーブルを複数本含むことを特徴とする。

本発明によれば、導電性フィラーを含んだ柔軟性を有する半導電性材料からなる被膜でドレイン線が覆われているので、ドレイン線が信号線に押し付けられたとしても、信号線を損傷させるような不具合を防止することができ、中心導体とドレイン線とが短絡することがなく、高い信頼性を維持することができる。また、ドレイン線の被膜が半導電性材料からなるので、ドレイン線と外部導体との導通も確保することができる。

本発明に係る実施形態の差動伝送ケーブルを示す断面図である。 実施形態の差動伝送ケーブルの端末における斜視図である。 差動伝送ケーブルを構成するドレイン線の断面図である。 複数本の差動伝送ケーブルを備えた複合ケーブルの断面図である。 差動伝送ケーブルの端末におけるコネクタとの接続箇所の平面図である。

以下、本発明に係る差動伝送ケーブル及びそれを含む複合ケーブルの実施形態の例について、図面を参照して説明する。
図１は実施形態の差動伝送ケーブルを示す断面図、図２は実施形態の差動伝送ケーブルの端末における斜視図、図３は差動伝送ケーブルを構成するドレイン線の断面図、図４は複数本の差動伝送ケーブルを含む複合ケーブルの断面図である。

図１及び図２に示すように、差動伝送ケーブル１は、一対の信号線２と、信号線２に沿って配設されたドレイン線３と、信号線２及びドレイン線３を覆う外部導体４とを備えている。

信号線２は、中心導体１１を有し、この中心導体１１が誘電体層（絶縁層）１２で被覆され、さらに、その外周にスキン層１３が設けられて構成されている。そして、この信号線２が互いに接触するように並列に２本並べて配置されている。
これら信号線２の接触箇所における一側部に形成される谷部Ａには、ドレイン線３が長手方向に沿うように並べられている。

そして、この配置構造を保持しつつ、信号線２及びドレイン線３の外周に金属箔テープからなる外部導体４が巻き付けられ、さらに、その外側がジャケット層１４で被覆されている。

なお、差動伝送ケーブル１は、信号線２同士が平行に直線的に配列されていても良いが、互いに撚り合わされているツイストタイプであっても良い。差動伝送ケーブル１がツイストタイプの場合は、ドレイン線３は信号線２とともに撚り合わされる。ドレイン線３が信号線２とともに撚り合わされる場合は、信号線２が平行に配列されている場合に比べて、ドレイン線３が信号線２に押しつけられて信号線２の絶縁層が損傷するおそれがさらに大きい。
信号線２はスキン層１３がない場合もある。

信号線２を構成する中心導体１１は、例えば、７本の素線を撚った撚り線または単線を使用することができる。中心導体１１は外径が０．１６ｍｍ（ＡＷＧ３２番相当）ないし０．５８ｍｍ（ＡＷＧ２４番相当）のものが用いられる。中心導体１１には軟銅線や銅合金を使用することができ、錫や銀などでメッキされた物を使用することができる。誘電体層１２は、中心導体１１の外周にポリオレフィン、ポリエステル、ポリ塩化ビニル、フッ素樹脂などを被覆して形成される。誘電体層１２は、発泡ポリオレフィンでも良い。スキン層１３は、誘電体層１２に使用される樹脂で形成され、誘電体層１２の外面を覆っている。スキン層１３と誘電体層１２とは同一の樹脂であってもよい。誘電体層１２およびスキン層１３の厚さは要求される静電容量により決定されるが、両者を合わせて０．１ｍｍないし０．５ｍｍ程度である。

外部導体４は、金属テープ等を螺旋状に巻き付けて形成されている。なお、金属テープ等を縦添えで巻き付けて外部導体４を形成しても良い。金属テープはＰＥＴなどの樹脂テープに金属箔を貼り合わせたテープであり、金属箔は銅箔やアルミ箔を使用することができる。金属テープの厚さは０．０１ｍｍないし０．１ｍｍ程度とすることができる。
ジャケット層１４は、機械的強度を高めて外部導体４およびその内部を保護する。用途によってはジャケット層１４がなくてもよい。ジャケット層１４はポリオレフィン、ポリエステル、ポリ塩化ビニル、フッ素樹脂などから形成され、厚さは０．１ｍｍないし１ｍｍとすることができる。例えば、０．２５ｍｍの厚さとすることができる。ケーブル１に難燃性が要求される用途では難燃性の樹脂を使用する。環境への負荷を少なくする点でハロゲンを含まないポリオレフィン系樹脂やポリウレタン系樹脂、ＥＶＡやＥＥＡの共重合体などを使用することが好ましい。

図３に示すように、ドレイン線３は、７本の素線を撚った撚り線３ａからなり、その周囲が被膜３ｂによって覆われている。ドレイン線３の太さはコネクタの設計によるが、中心導体１１と比べて太さが極端に違うと端子の寸法まで違ってしまうので、中心導体１１と同程度の太さとすることが好ましい。ドレイン線３には、銅合金を使用することができ、錫や銀などでメッキされたものを使用することができる。ドレイン線を単線とすることもできる。

被膜３ｂには、導電性フィラーを含んだ柔軟性を有する半導電性材料が用いられている。この半導電性材料は、導電性を有するがその導電性が金属やカーボンよりも劣る材料であり、外部導体４と導通を取ることが可能な材料である。柔軟性の指標にはセカントモジュラス（引張割線弾性率）がある。信号線２の誘電体層１２を構成する柔らかい樹脂のセカントモジュラスは１００ＭＰａないし６００ＭＰａ程度であるので、半導電性材料のセカントモジュラスもその程度であることが好ましい。すなわち、信号線２の誘電体層１２を構成する樹脂のセカントモジュラスと半導電性材料のセカントモジュラスとの差は１００ＭＰａ以内であることが好ましい。半導電性材料のセカントモジュラスと誘電体層１２を構成する樹脂のセカントモジュラスの差がこの範囲であれば、ドレイン線３が信号線２に押し付けられても信号線２が損傷することがない。

半導電性材料は、樹脂に導電性フィラーと少量（数重量％以下）の滑剤を混練したものを用いることができる。導電性フィラーはカーボンブラック（粉末）や金属粉がある。樹脂１００重量部に対してカーボンブラック２５部未満であると導通が取れないことがあり導電性が不十分である。樹脂１００重量部に対してカーボンブラックが７５重量部を超えると混練することが難しく、また安定して押し出すことも困難となる。したがって樹脂１００重量部に対して混合するカーボンブラックの量は２５重量部以上７５重量部以下であることが好ましい。

用いる樹脂としては、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエステルエラストマ、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）またはこれらの混合物などが使用可能である。

そして、撚り線３ａに対して半導電性材料を押し出し成形することにより、撚り線３ａの周囲が被覆３ｂによって覆われたドレイン線３が得られる。

上記実施形態における差動伝送ケーブル１は、単体で用いられることもあるが、図４に示すように、複合ケーブル２１として複数本まとめられる場合もある。

図４に示す複合ケーブル２１は、複数本の差動伝送ケーブル１と、他のケーブル２２とを有している。これら差動伝送ケーブル１及びケーブル２２は、ヤーン２３とともに束ねられ、その外周が、編組シールド２４を介してシース２５によって被覆されている。

ところで、図５に示すように、端末をコネクタ３１に接続する際に、ドレイン線３を信号線２の外側に回してコネクタ３１に接続する場合があり、この場合、ドレイン線３が信号線２を乗り越えて交差する状態となる。そして、この場合、交差した信号線２にドレイン線３が押し付けられることがある。

また、差動伝送ケーブル１では、曲げ力が加わると、その屈曲部分においても信号線２に対してドレイン線３が押し付けられる状態となることがある。

上記実施形態によれば、カーボンを含んだ柔軟性を有する半導電性材料からなる被膜３ｂでドレイン線３が覆われているので、ドレイン線３が信号線２に押し付けられたとしても、信号線２を損傷させるような不具合を防止することができ、中心導体１１とドレイン線３との短絡がないという高い信頼性を維持することができる。
また、アース線となるドレイン線３の被膜３ｂが半導電性材料からなるので、外部導体４との良好な導通状態も確保することができる。

被膜なしドレイン線及び被膜ありドレイン線の信号線への押し付けによる影響の有無の試験をした。
信号線及びドレイン線の一端にブザーを接続した状態で、ドレイン線を信号線に直交するように信号線の上に置き、ドレイン線を信号線に押し付け、ドレイン線が信号線のスキン層及び誘電体層を突き破って中心導体とショートしてブザーが鳴ったときの押し付け力を測定した。

信号線を構成する中心導体は、７本の錫メッキ軟銅線を撚って、外径が０．３０ｍｍ（ＡＷＧ３０番）とした撚り線を用いた。誘電体層は０．２５ｍｍの厚さのポリエチレン層とした。ポリエチレン層は二層とし外側のスキン層には色素を混入して信号線を識別可能とした。
使用したドレイン線は、７本の錫メッキ軟銅線を撚って外径を０．３０ｍｍ（ＡＷＧ３０番）とした撚り線を用い、撚り線のみのものを被膜なしドレイン線とし、撚り線を厚さ０．１５ｍｍの半導電性材料によって覆ったものを被膜ありドレイン線とした。半導電性材料は、低密度ポリエチレン１００重量部、カーボンブラック５５重量部、滑剤（ステアリン酸亜鉛）０．５重量部を混練したものを用いた。半導電性材料のセカントモジュラスは１４８．５ＭＰａであり、信号線の誘電体層であるポリエチレンのセカントモジュラスは１５２．６ＭＰａであった。両者の差は５ＭＰａ以内であり、両者を同等の値と見なすことができる。

その結果、被膜なしドレイン線では押し付け力が２３９Ｎであったのに対して、被膜ありドレイン線では押し付け力が１０２８Ｎであった。本発明の半導電性材料の被膜を設けたドレイン線を備えた差動伝送ケーブルによれば、押圧力などに対する耐久性を約４倍以上に高められることがわかった。押しつけ力が２３９Ｎ程度であればケーブルの使用時にドレイン線が信号線の絶縁層を突き破るおそれがあるが、本発明の差動伝送ケーブルでは１０２８Ｎの押しつけ力まで耐えることができるので、使用中にドレイン線が信号線の絶縁層を突き破るおそれがなく中心導体とドレイン線との短絡を防止することができる。

１：差動伝送ケーブル、２：信号線、３：ドレイン線、３ｂ：被膜、４：外部導体、１１：中心導体、１２：誘電体層（絶縁層）、１４：ジャケット層、２１：複合ケーブル

Claims (3)

1. 中心導体が絶縁層で被覆された一対の信号線と、前記信号線に沿って並べられたドレイン線と、前記信号線及びドレイン線を覆う外部導体とを備えた差動伝送ケーブルであって、
   前記ドレイン線は、導電性フィラーを含んだ柔軟性を有する半導電性材料からなる被膜で覆われており、
   前記半導電性材料のセカントモジュラスが１００〜６００ＭＰａであることを特徴とする差動伝送ケーブル。
2. 請求項１に記載の差動伝送ケーブルであって、
   前記外部導体の周囲がジャケット層によって被覆されていることを特徴とする差動伝送ケーブル。
3. 請求項１または２に記載の差動伝送ケーブルを複数本含むことを特徴とする複合ケーブル。

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