JP5391848B2 - ツイストペアケーブル及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、２心のコア電線を撚り合わせたツイストペアケーブル及びその製造方法に関する。

信号導体を絶縁体で被覆した２本の絶縁電線を撚り合せて対にしたツイストペアケーブルは、安価で平衡性に優れ、曲げも容易で中距離の伝送に適している。
ツイストペアケーブルにおいて電線の外周をシールド導体で覆う場合、シールド導体が金属箔であるときには、長尺の金属箔をツイスト線の外周に螺旋状に巻くと良く、また、外皮被覆時にタテ添えしても良いことが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−１３０３４７号公報

ツイストペアケーブルで正相と逆相の差動信号を伝送する場合、２本の信号導体間で信号の伝搬速度に差があると、受信側に到達する時間が異なる。この信号の遅延時間は、スキューと呼ばれ、信号導体の物理長と波長短縮率で決定される電気長に依存する。このスキューがあると受信信号に波形歪みが生じると共に、外部に対してノイズを発生するなどの悪影響を及ぼす。このため、差動信号を伝送する場合にスキューを極力抑えることが可能なツイストペアケーブルの開発が望まれている。

本発明の目的は、スキューの発生を極力抑えることが可能なツイストペアケーブル及びその製造方法を提供することにある。

上記課題を解決することができる本発明に係るツイストペアケーブルは、導体の外周を絶縁体で被覆してなる一対のコア電線が撚り合わされ、その外周が金属樹脂テープを巻き付けたシールド層で被覆されたツイストペアケーブルであって、
前記コア電線の外径が０．６ｍｍ以上１．６ｍｍであり、
前記コア電線の撚り方向と前記金属樹脂テープの巻き方向とが逆方向であり、
前記コア電線の撚りピッチが１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下であり、
前記金属樹脂テープの巻きピッチが５ｍｍ以上５０ｍｍ以下であり、
前記金属樹脂テープの巻き角度が１５°以上３５°以下であることを特徴とする。

本発明のツイストペアケーブルにおいて、前記コア電線の撚りピッチが前記金属樹脂テープの巻きピッチより大きいことが好ましい。

また、本発明のツイストペアケーブルの製造方法は、導体の外周を絶縁体で被覆した外径０．６ｍｍ以上１．６ｍｍの一対のコア電線を、１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下の撚りピッチで互いに撚り合わせ、
一対の前記コア電線の外周に、５ｍｍ以上５０ｍｍ以下の巻きピッチで、かつ１５°以上３５°以下の巻き角度で金属樹脂テープを前記コア電線の撚り方向と逆方向に巻き付けることを特徴とする。

本発明のツイストペアケーブルの製造方法において、前記コア電線の撚りピッチよりも小さなピッチで前記金属樹脂テープを巻き付けることが好ましい。

ツイストペアケーブルでは、コア電線の導体を流れる電流による磁界と反対方向の磁界を生じるように、金属樹脂テープからなるシールド層に電流が流れる。このシールド層に流れる電流は、金属樹脂テープの巻き角度とコア電線の撚り角度とにより角度の変わった磁界を生じさせ、この磁界が一対のコア電線に流れる電流に影響を与える。シールド層に流れる電流によって生じる磁界は、各コア電線の撚り方向と金属樹脂テープの巻き方向が同じであると、２本のコア電線の電気特性差を増幅させることとなる。これに対して、各コア電線の撚り方向と金属樹脂テープの巻き方向が逆の場合、シールド層に流れる電流によって発生した磁界は、電気特性差を打ち消す作用がある。
本発明のツイストペアケーブルによれば、コア電線の外径及び撚りピッチ、金属樹脂テープの巻きピッチ及び巻き角度をそれぞれ上記のように規定し、金属樹脂テープをコア電線の撚り方向と逆方向に巻き付けているため、シールド層に電流が流れる際に発生する磁界によって、電気特性差を打ち消させ、スキューを大幅に改善させることができる。スキューが改善されることで受信信号の劣化を軽減することができると共に、伝送路中間からのノイズの発生を低減し、外部回路への悪影響を防止することができる。

また、本発明のツイストペアケーブルの製造方法によれば、金属樹脂テープからなるシールド層に電流が流れる際に発生する磁界によって、電気特性差が打ち消され、スキューが大幅に改善されるツイストペアケーブルを容易に製造することができる。

本発明に係るツイストペアケーブルの実施形態の例を示す斜視図である。 図１のツイストペアケーブルの断面図である。

以下、本発明に係るツイストペアケーブル及びその製造方法の実施形態の例について、図面を参照して説明する。
図１及び図２に示すように、ツイストペアケーブル１０は、一対のコア電線１１及びシールド層２１を有している。
コア電線１１は、信号導体となる内部導体１２と、この内部導体１２を覆う所定の誘電率を有する絶縁体１３とから構成されている。

信号導体となる内部導体１２は、例えば、ＡＷＧ（Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｗｉｒｅ Ｇａｕｇｅ）の規格によるＡＷＧ２８に該当するものであり、外径０．１２７ｍｍの錫メッキ軟銅の素線を７本撚って形成されている。なお、内部導体１２としては、ＡＷＧ２２からＡＷＧ３０の範囲の寸法のものが使用に適しており、銅合金等の電気良導体またはこれらの電気良導体に錫メッキ等を施した単線、または撚線を用いることができる。

内部導体１２の絶縁体１３は、押出機のクロスヘッドにより供給される絶縁樹脂材の直接被覆により形成される。絶縁体１３は、できるだけ誘電率が小さいものが望ましく、例えば、ポリエチレン系またはポリオレフィン系の絶縁樹脂（ポリエチレン、エチレンビニル酢酸共重合体（ＥＶＡ）、エチレンエチルアクリレート共重合体（ＥＥＡ）など）が用いられる。内部導体１２を絶縁体１３によって被覆したコア電線１１は、その外径が０．６ｍｍ以上１．６ｍｍ以下とされている。なお、本実施形態では、コア電線１１の外径は１．０ｍｍである。

一対のコア電線１１は、互いに撚り合わされている。コア電線１１同士の撚りピッチＰ１は、１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下の範囲とされており、本実施形態では、撚り方向を右方向（図１中矢印Ａ方向）とし、撚りピッチＰ１は２５ｍｍである。

撚り合わせたコア電線１１の周囲を覆うシールド層２１としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの樹脂テープに銅箔またはアルミニウム箔などの金属箔が設けられた金属樹脂テープ２１ａが用いられている。金属箔及び樹脂テープのそれぞれの厚さは数μｍから十数μｍ程度とされており、本実施形態では、厚さ７μｍの金属箔が厚さ８μｍの樹脂テープに設けられている。なお、シールド層２１としては、樹脂テープに金属を蒸着させたものを用いても良い。この場合、金属箔の厚さは約５μｍよりも薄くなる。

このシールド層２１は、コア電線１１に対して金属樹脂テープ２１ａを螺旋状に横巻きすることにより形成されている。この金属樹脂テープ２１ａの巻き方向は、コア電線１１の撚り方向に対して逆方向（図１中矢印Ｂ方向）とされている。したがって、撚り方向を右方向として撚り合わされた一対のコア電線１１に対して、金属樹脂テープ２１ａは、左方向へ螺旋状に巻き付けられている。
また、この金属樹脂テープ２１ａの巻きピッチＰ２は、５ｍｍ以上５０ｍｍ以下とされており、その巻き角度θは、１５°以上３５°以下とされている。本実施形態では、金属樹脂テープ２１ａの巻きピッチＰ２が１８ｍｍであり、巻き角度θが２０°である。巻き角度θはケーブルの長さ方向と金属樹脂テープ２１ａとがなす角（０°＜θ＜９０°）である。

コア電線１１の撚りピッチＰ１及び金属樹脂テープ２１ａの巻きピッチＰ２は、それぞれ独立に設定されるものであり、撚りピッチＰ１を巻きピッチＰ２より大きくすることが好ましい。コア電線１１の撚りは、その撚りピッチＰ１が大きいと可撓性が低下して固くなるのに対して、撚りピッチＰ１が小さいと可撓性が向上して耐屈曲性も高くなる。したがって、このコア電線１１の撚りピッチＰ１は、要求される可撓性に応じて設定される。

金属樹脂テープ２１ａは、その幅寸法と巻き付け時の重なり量とで設定される。金属樹脂テープ２１ａは、一対のコア電線１１が太い場合では大きな幅寸法のものが用いられ、一対のコア電線１１が細い場合では小さな幅寸法のものが用いられる。また、金属樹脂テープ２１ａは、幅寸法が小さいと巻き付けに要する巻き張力が小さくなり、幅寸法が大きいと巻き付けに要する巻き張力が大きくなる。このように、金属樹脂テープ２１ａは、幅寸法が小さい方が要する巻き張力が小さくなり巻き易いが、一対のコア電線１１が太い場合では、幅寸法が大きい方が効率的に迅速に巻き付けることができる。つまり、金属樹脂テープ２１ａの幅寸法は、撚り合わせた一対のコア電線１１の太さ及び巻き付け作業性を考慮して決められる。

また、金属樹脂テープ２１ａの重なりを、その幅寸法の１／２とすることにより、長手方向へわたって金属樹脂テープ２１ａを二重とすることができるが、金属樹脂テープ２１ａの重なりは、幅寸法の１／２以下であれば、長手方向へわたって金属樹脂テープ２１ａの一部を確実に重ね合わせながら巻き付けることができる。なお、この金属テープ２１ａの重なりは、幅寸法の１／３程度でも良い。

なお、シールド層２１の外周に、樹脂を押出被覆したり、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などからなる樹脂テープを巻き付けることにより、外被を設けても良い。外被を設ける場合、金属樹脂テープ２１ａは、金属箔に接着剤を塗布して樹脂テープが外側となるように巻き付けることが好ましい。

上記構造のツイストペアケーブル１０によれば、金属樹脂テープ２１ａからなるシールド層２１に電流が流れる際に発生する磁界によって、電気特性差を打ち消させ、スキューを大幅に改善させることができる。

ツイストペアケーブルでは、コア電線１１の内部導体１２を流れる電流による磁界と反対方向の磁界を生じるように、金属樹脂テープ２１ａからなるシールド層２１に電流が流れる。このシールド層２１に流れる電流は、金属樹脂テープ２１ａの巻き角度とコア電線１１の撚り角度とにより角度の変わった磁界を生じさせ、この磁界が一対のコア電線１１に流れる電流に影響を与える。シールド層２１に流れる電流によって生じる磁界は、各コア電線１１の撚り方向と金属樹脂テープ２１ａの巻き方向が同じであると、２本のコア電線１１の電気特性差を増幅させることとなる。

これに対して、各コア電線１１の撚り方向と金属樹脂テープ２１ａの巻き方向が逆の場合、シールド層２１に流れる電流によって発生した磁界は、電気特性差を打ち消す作用がある。
これにより、コア電線１１の外径が０．６ｍｍ以上１．６ｍｍであり、コア電線１１の撚りピッチＰ１が１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下であり、金属樹脂テープ２１ａの巻きピッチＰ２が５ｍｍ以上５０ｍｍ以下であり、金属樹脂テープ２１ａの巻き角度θが１５°以上３５°以下であり、コア電線１１の撚り方向と金属樹脂テープ２１ａの巻き方向とが逆方向であるツイストペアケーブル１０によれば、シールド層２１に電流が流れる際に発生する磁界によって、電気特性差を打ち消させ、スキューを大幅に改善させることができる。そして、スキューが改善されることで受信信号の劣化を軽減することができると共に、伝送路中間からのノイズの発生を低減し、外部回路への悪影響を防止することができる。

なお、上記実施形態では、コア電線１１の撚り方向を右方向としたが、コア電線１１の撚り方向を左方向としても良い。この場合、金属樹脂テープ２１ａの巻き方向は、コア電線１１の撚り方向と逆の右方向となる。

上記のツイストペアケーブル１０を製造するには、内部導体１２の外側に絶縁体１３となる樹脂が押出被覆されて外径が０．６ｍｍ以上１．６ｍｍ以下とされたコア電線１１を２本用意し、これらのコア電線１１を、１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下の範囲の撚りピッチＰ１で一方向へ撚り合わせる。
その後、撚り合わせた一対のコア電線１１の周囲に、５ｍｍ以上５０ｍｍ以下の範囲の巻きピッチＰ２で、なおかつ、１５°以上３５°以下の巻き角度θで、コア電線１１の撚り方向と逆の他方向へ金属樹脂テープ２１ａを巻き付けてシールド層２１を形成する。
これにより、金属樹脂テープ２１ａからなるシールド層２１に電流が流れる際に発生する磁界によって、電気特性差が打ち消され、スキューが大幅に改善されるツイストペアケーブル１０を容易に製造することができる。
コア電線１１の撚り方向と金属樹脂テープ２１ａの巻き方向を逆にすると可撓性の点で一般的には不利となるが、外径が０．６ｍｍ以上１．６ｍｍ以下の電線で上記の範囲の撚りピッチならびに巻きピッチおよび巻き角度とすると可撓性の点でも問題がない。

コア電線の撚り方向と金属樹脂テープの巻き方向とを逆方向とした上記実施形態のツイストペアケーブルを実施例１として用意し、コア電線の撚り方向と金属樹脂テープの巻き方向とを同一方向としたツイストペアケーブルを比較例１として用意し、これらの実施例１及び比較例１のスキューを測定した。
なお、実施例１及び比較例１では、同一のコア電線及び金属樹脂テープを用いた。コア電線の導体は０．１２７ｍｍの径の錫メッキ軟銅線を７本撚り合わせた撚り線であり、絶縁体はポリエチレンを用いた。コア電線の外径は１．０ｍｍ、コア電線の撚りピッチは２５ｍｍとした。金属樹脂テープは厚さ７μｍの銅箔を厚さ８μｍのＰＥＴテープに貼られたものを使用した。金属樹脂テープの巻きピッチは１８ｍｍ、金属樹脂テープの巻き角度は１９．８°とし、サンプル数はそれぞれ３０とした。

実施例１及び比較例１のそれぞれのスキューを測定した。測定方法としては、ＴＤＲ（Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ）で終端反射波の立ち上がり時間差を測定した。
その結果、実施例１では平均１１．０ｐｓ／ｍであるのに対して、比較例１では平均３７．７ｐｓ／ｍであった。また、標準偏差は、実施例１では６．０ｐｓ／ｍであったのに対して、比較例１では２０．７ｐｓ／ｍであった。このことから、コア電線の撚り方向と金属樹脂テープの巻き方向とを逆方向にした実施例１のツイストペアケーブルでは、スキューを大幅に改善することができ、また、そのばらつきも改善することができることがわかった。
実施例１と比較例１との可撓性は使用時に取り扱いに差がでることがなく同等であった。

１０：ツイストペアケーブル、１１：コア電線、１２：内部導体（導体）、１３：絶縁体、２１：シールド層、２１ａ：金属樹脂テープ、Ａ：撚り方向、Ｂ：巻き方向、Ｐ１：撚りピッチ、Ｐ２：巻きピッチ、θ：巻き角度

Claims (4)

1. 導体の外周を絶縁体で被覆してなる一対のコア電線が撚り合わされ、その外周が金属樹脂テープを巻き付けたシールド層で被覆されたツイストペアケーブルであって、
   前記コア電線の外径が０．６ｍｍ以上１．６ｍｍであり、
   前記コア電線の撚り方向と前記金属樹脂テープの巻き方向とが逆方向であり、
   前記コア電線の撚りピッチが１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下であり、
   前記金属樹脂テープの巻きピッチが５ｍｍ以上５０ｍｍ以下であり、
   前記金属樹脂テープの巻き角度が１５°以上３５°以下であることを特徴とするツイストペアケーブル。
2. 請求項１に記載のツイストペアケーブルであって、
   前記コア電線の撚りピッチが前記金属樹脂テープの巻きピッチより大きいことを特徴とするツイストペアケーブル。
3. 導体の外周を絶縁体で被覆した外径０．６ｍｍ以上１．６ｍｍの一対のコア電線を、１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下の撚りピッチで互いに撚り合わせ、
   一対の前記コア電線の外周に、５ｍｍ以上５０ｍｍ以下の巻きピッチで、かつ１５°以上３５°以下の巻き角度で金属樹脂テープを前記コア電線の撚り方向と逆方向に巻き付けることを特徴とするツイストペアケーブルの製造方法。
4. 請求項３に記載のツイストペアケーブルの製造方法であって、
   前記コア電線の撚りピッチよりも小さなピッチで前記金属樹脂テープを巻き付けることを特徴とするツイストペアケーブルの製造方法。

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