JP5761226B2

JP5761226B2 - 多芯ケーブルおよびその製造方法

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Publication number: JP5761226B2
Application number: JP2013032892A
Authority: JP
Inventors: 達則林下; 佑樹磯谷
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2013-02-22
Filing date: 2013-02-22
Publication date: 2015-08-12
Anticipated expiration: 2033-02-22
Also published as: CN104008816A; US20140238722A1; CN104008816B; US9390842B2; TWI578337B; TW201447923A; JP2014164841A

Description

本発明は、複数本の絶縁電線と複数本の同軸電線とを有する多芯ケーブルおよびその製造方法に関する。

同軸電線を用いた多芯ケーブルとして、複数本の同軸電線がケーブル横断面において同一円周上に配置されたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許４１１０３８２号公報

特許文献１のように、複数本の同軸電線が同一円周上に配置する設計であっても、同軸電線を一括して撚り合わせた際に各同軸電線が所望の位置からずれてしまう場合がある。同軸電線の位置ずれが発生すると、多芯ケーブルの端部をコネクタ等の被接続部材へ接続する際に、同軸電線の位置を整えるための整線作業が必要となり、多芯ケーブルの端末処理の煩雑化や高コスト化につながってしまう。

本発明は、複数本の絶縁電線と複数本の同軸電線とを有する多芯ケーブルであって、ケーブル外径の小型化を実現できるとともに、ケーブル内における複数本の同軸電線の位置ずれを防止できる多芯ケーブルおよびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の多芯ケーブルは、
第一絶縁電線と、
前記第一絶縁電線より細径の第二絶縁電線と、
一対の同軸電線を偶数対含む同軸電線対と、
前記第一絶縁電線、前記第二絶縁電線および前記同軸電線対の周囲を覆うシースと、を備え、
ケーブルの長さ方向に垂直な断面において、前記第一絶縁電線および前記同軸電線対が同一円周上に互いに近接して配置され、
前記第一絶縁電線および前記同軸電線対の配置により形成された円の内部に前記第二絶縁電線が配置され、
前記第一絶縁電線、前記第二絶縁電線および前記同軸電線対が一括で撚り合わされていることを特徴とする。

本発明の多芯ケーブルにおいて、前記第一絶縁電線が前記同一円周上に等間隔で離間して配置され、
前記同軸電線対は、離間して配置された前記第一絶縁電線の間に配置されている構成としてもよい。

本発明の多芯ケーブルにおいて、前記同軸電線は、それぞれ、中心導体、絶縁体、外部導体、および外被から構成され、
前記絶縁体は、カーボンブラックが０．１５〜０．３５ｗｔ％含まれたフッ素樹脂からなる構成としてもよい。

また、本発明の多芯ケーブルの製造方法は、
ケーブルの長さ方向に垂直な断面において、第一絶縁電線と、一対の同軸電線を偶数対含む同軸電線対とを同一円周上に互いに近接して配置し、
前記第一絶縁電線および前記同軸電線対の配置により形成された円の内部に、前記第一絶縁電線より細径の第二絶縁電線を配置し、
前記第一絶縁電線、前記第二絶縁電線および前記同軸電線対を一括して撚り合わせ、
撚り合わされた前記第一絶縁電線、前記第二絶縁電線および前記同軸電線対の周囲をシースにより覆うことを特徴とする。

本発明の多芯ケーブルの製造方法において、前記第一絶縁電線と前記同軸電線対とを同一円周上に配置する際には、前記第一絶縁電線を前記同一円周上に等間隔で離間して配置し、前記同軸電線対を、離間して配置された前記第一絶縁電線の間に配置する構成としてもよい。

本発明によれば、同一円周上に配置された同軸電線対および第一絶縁電線により形成された円の内部に第二絶縁電線を収容することで、狭スペースに効率的に電線群を配置することができる。そのため、多芯ケーブルを小型化することができる。また、同一円周上に配置された同軸電線同士は互いに近接して配置されているため、位置ずれが発生することがない。そのため、多芯ケーブルの端末処理が容易となり、加工コストを抑制することができる。

本発明の実施形態に係る多芯ケーブルの一例を示す断面図である。従来の多芯ケーブルの一例を示す断面図である。

以下、本発明に係る多芯ケーブルおよびその製造方法の実施の形態の例を、図面を参照して説明する。
図１に示すように、本実施形態に係る多芯ケーブル１０は、最外層である外被３０（シース）の内側に、高速伝送用である複数本の同軸電線１１と、電力供給用または低速信号用の複数本の絶縁電線２１，２５とを有している。

この多芯ケーブル１０は、差動伝送用途に適したものとするために、同軸電線１１が二本一組で収容されている。本例の多芯ケーブル１０における一対の同軸電線１１を偶数対含む偶数の同軸電線対として、同軸電線対１１Ａ、同軸電線対１１Ｂ、同軸電線対１１Ｃおよび同軸電線対１１Ｄの四対が収容されている。それぞれの対となった同軸電線１１同士（例えば同軸電線対１１Ａの同軸電線１１同士）は近接して配置されていることが好ましい。また、多芯ケーブル１０における絶縁電線２１，２５として、絶縁電線２１Ａ，２１Ｂおよび絶縁電線２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄが収容されている。偶数対の同軸電線対１１Ａ〜１１Ｄに含まれる同軸電線１１の本数は４本から１６本程度が好ましく、絶縁電線２１の本数は２本から６本程度が好ましく、絶縁電線２５の本数は４本から９本程度が好ましい。

各同軸電線１１は、中心導体１２を絶縁体１３で覆い、絶縁体１３の外周に外部導体１４を配し、その外側を外被１５で覆って保護した構成である。高速伝送用の同軸電線１１としては、ＡＷＧ（American Wire Gauge）３０番より細いものが用いられる。本例では、ＡＷＧ３６番の細径同軸電線を用いている。

中心導体１２としては、例えば、銀メッキ軟銅線を複数本撚った撚線が用いられる。

絶縁体１３には、例えば、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）からなるフッ素樹脂にカーボンブラックを例えば０．１５〜０．３５ｗｔ％、好ましくは０．２５ｗｔ％含む樹脂材料が用いられ、絶縁体１３は、この樹脂材料を押出成形することにより形成される。

なお、絶縁体１３には、端末処理や配線作業を容易とするため、同軸電線１１ごとに異なる色の顔料が含まれ、着色されていることが好ましい。上記説明したように、本実施形態においては、例えば、絶縁体１３のフッ素樹脂からなる基材に黒色顔料であるカーボンブラックを０．１５〜０．３５ｗｔ％添加して、絶縁体１３の色を薄黒とするのが望ましい。絶縁体１３に含まれる顔料の違いにより、ケーブル長手方向における絶縁体１３の誘電率が異なり、それが同軸電線１１のスキューに影響する。同軸電線１１の端末処理時に外部導体１４をＹＡＧレーザで切断すると、絶縁体１３に含まれる顔料によっては絶縁体１３または中心導体１２が損傷してしまう場合がある。絶縁体１３または中心導体１２の損傷を防ぐためには、スキューを１６ｐｓ／ｍ以下に抑制する必要がある。そこで、本実施形態においては、絶縁体１３のフッ素樹脂にカーボンブラックを０．１５〜０．３５ｗｔ％添加することにより、ＹＡＧレーザで外部導体１４を切断した時の絶縁体１３や中心導体１２の損傷を少なくすることができる。

外部導体１４は、例えば、錫メッキ軟銅線を絶縁体１３の外周に横巻きで配して形成される。外被１５は、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）からなる樹脂テープを２重に巻き付けて形成されている。そして、この外被１５の外径は、例えば、約０．６ｍｍである。

このように構成された同軸電線１１の外部導体１４をＹＡＧレーザ等により切断したところ、絶縁体１３および中心導体１２の損傷は見られなかった。また、引っ張り強度も４０ｋｇ以上であり、十分な機械的強度を備えている。

絶縁電線２１（第一絶縁電線）は、何れも導体２２を外被２３によって覆った電線である。導体２２は、例えば、錫メッキ軟銅線からなる撚線で形成されている。また、外被２３の材料としては、耐熱性、耐薬品性、非粘着性、自己潤滑性などに優れたパーフルオロアルコキシ樹脂（ＰＦＡ）等のフッ素樹脂を用いることが好ましい。この外被２３の外径は、例えば、約０．８ｍｍであり、高速伝送用である同軸電線１１よりも太い。

絶縁電線２５（第二絶縁電線）は、何れも導体２６を外被２７によって覆った電線である。導体２６は、絶縁電線２１の導体２２と同様に、錫メッキ軟銅線からなる撚線で形成されている。また、外被２７の材料としては、パーフルオロアルコキシ樹脂（ＰＦＡ）等のフッ素樹脂を用いることが好ましい。この外被２７の外径は、絶縁電線２１の外被２３の外径よりも細径であって、例えば、約０．５８ｍｍである。

上記の絶縁電線２１，２５と、高速伝送用の一対の同軸電線１１を偶数対含む同軸電線対１１Ａ〜１１Ｄとを有する多芯ケーブル１０では、同軸電線１１および太径の絶縁電線２１がケーブルの長さ方向に垂直な横断面（図１の断面）で同一円周上に互いに近接して配置されている。このとき、複数本（ここでは、２本）の太径絶縁電線２１が等間隔に配置され、絶縁電線２１の間に偶数の同軸電線対１１Ａ〜１１Ｄが二対ずつ配置されている。偶数の同軸電線対１１Ａ〜１１Ｄは、等間隔に配置された複数本の絶縁電線２１の間に一対または偶数対ずつ配置されていればよい。太径絶縁電線２１と同軸電線対１１Ａ〜１１Ｄとの数により、図１のような長さ方向の断面において、円形として観察される多芯ケーブル１０の中心に対して、各太径絶縁電線２１や同軸電線対１１Ａ〜１１Ｄをできるだけ対称な位置に配置する。太径絶縁電線２１は１本ずつ離して配置せずともよい。例えば太径絶縁電線が３本ある場合は、２本を隣接し、もう１本はケーブル断面においてケーブル中心である円の中心に対称な位置（１８０°離れた位置）に配置することもできる。その間に、同軸電線対１１Ａ〜１１Ｄをできるだけ均等に分割されるように配置する。そして、これら偶数の同軸電線対１１Ａ〜１１Ｄおよび絶縁電線２１により形成された円の内部に、細径の絶縁電線２５Ａ〜２５Ｄが互いに近接して配置されている。なお、これらの絶縁電線２１，２５と同軸電線１１との隙間には、多数本のアラミド繊維からなる抗張力繊維３１やスフ糸等からなるフィラー３２が設けられている。そして、複数本の絶縁電線２１，２５と、偶数の同軸電線対１１Ａ〜１１Ｄとが、抗張力繊維３１とともに一括して螺旋状に撚り合わされて集合されている。

このように集合された複数本の絶縁電線２１，２５および同軸電線１１の周囲には、押さえ巻４１が巻き付けられており、これにより、同軸電線１１および絶縁電線２１，２５は、配置が崩れることなく束ねられている。

また、複数本の同軸電線１１および絶縁電線２１，２５は、その周囲が押さえ巻４１を介してシールド層４２によって覆われている。そして、このシールド層４２のさらに外周側が、外被３０によって覆われている。

押さえ巻４１としては、例えば、導電性樹脂テープが用いられている。この導電性樹脂テープを構成する樹脂テープは、耐熱性、耐摩耗性などに優れたポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂等のフッ素系樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂等のポリエステル系樹脂またはポリエチレン（ＰＥ）から形成されている。この押さえ巻４１として用いられる導電性樹脂テープは、導電性を持たせるために、樹脂テープを構成する樹脂にカーボン等の導電性物質が分散するように混入されている。この押さえ巻４１は、所定の厚さを有するフィルム状に形成されている。押さえ巻４１の巻方向は、絶縁電線２１，２５および同軸電線１１を集合するときの撚り方向と同一方向でも、逆方向でもよい。押さえ巻４１に使用される導電性樹脂テープの重なり幅は当該テープ幅の１／２〜１／４が望ましい。押さえ巻４１の巻角度はケーブルの長さ方向に対して１５〜４０°が望ましい。導電性樹脂テープを巻き付けるときに当該テープに１〜５Ｎの張力をかけることが望ましい。

シールド層４２は、例えば、外径数十μｍの錫メッキされた銅線または銅合金線を横巻きしてまたは編組して構成されている。シールド層４２により、同軸電線対１１Ａ〜１１Ｄを伝搬する信号にノイズが乗らないので、ノイズの影響によるエラーのない正確な信号伝送が実現される。外被３０は、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）やポリオレフィン系樹脂等から形成されている。ＡＷＧ３６番の細径同軸電線１１を８本含む四対の同軸電線対１１Ａ〜１１Ｄを有する本例の多芯ケーブル１０では、外被３０の外径は３．２ｍｍである。多芯ケーブル１０の外径は、２．５ｍｍ以上であり、上限は５ｍｍ程度であることが好ましい。また、多芯ケーブル１０のスキューは９ｐｓ／ｍである。
なお、図２に示すように、本実施形態の多芯ケーブル１０に含まれる同軸電線１１と同数（８本）で外径が０．６ｍｍのＡＷＧ３６の同軸電線のみを同一円周上に配置し、その内部に絶縁電線２１，２５と同数の絶縁電線を収容して構成される多芯ケーブル１００においては、その外被の外径は、たとえば４．０ｍｍとなり、本実施形態に係る多芯ケーブル１０の外被３０の外径の一例である３．２ｍｍよりも大きくなる。

このように構成された本実施形態の多芯ケーブル１０を製造するには、まず、ケーブルの横断面中心部に複数本の細径絶縁電線２５を互いに近接して配置する。そして、複数本の絶縁電線２５の周囲に、偶数の同軸電線対１１Ａ〜１１Ｄおよび複数本の太径絶縁電線２１を同一円周上に配置する。このとき、複数本の太径絶縁電線２１を等間隔に配置し、その間に偶数の同軸電線対１１Ａ〜１１Ｄを一対または偶数対ずつ配置する。そして、同軸電線対１１Ａ〜１１Ｄおよび絶縁電線２１，２５の隙間に抗張力繊維３１やフィラー３２を配置する。その後、偶数の同軸電線対１１Ａ〜１１Ｄと複数本の絶縁電線２１，２５とを一括して撚り合わせる。そして、その周囲に押さえ巻４１を巻き付け、さらにその外周にシールド層４２を形成する。最後に、このシールド層４２の外周に、外被３０を押し出し被覆する。

本実施形態の多芯ケーブル１０によれば、複数本の絶縁電線２１のうち細径絶縁電線２５Ａ〜２５Ｄがケーブルの横断面中心部に配置されているとともに、絶縁電線２５Ａ〜２５Ｄの周囲に、一対の同軸電線１１を偶数対含む偶数の同軸電線対１１Ａ〜１１Ｄおよび太径絶縁電線２１Ａ，２１Ｂが同一円周上に配置されている。これにより、偶数の同軸電線対１１Ａ〜１１Ｄおよび複数本の太径絶縁電線２１を同一円周上に近接して配置して、その円の内部に複数本の細径絶縁電線２５を効率的に収容することができ、多芯ケーブル１０の小型化を実現することができる。

上記の実施形態とは異なり、図２の多芯ケーブル１００のように、太径絶縁電線２１が細径絶縁電線２１とともにケーブル横断面の中心部に配置される場合、これらの絶縁電線２１の周囲に配置される複数本の同軸電線１１は、互いに離間して配置される。すると、同軸電線１１と絶縁電線２１とが一括して撚り合わされる際に同軸電線１１が所望の位置からずれてしまうことがある。
一方、本実施形態の多芯ケーブル１０によれば、同一円周上に配置された偶数の同軸電線対１１Ａ〜１１Ｄおよび絶縁電線２１は互いに隙間なく配置されているため、一括して撚り合わされる際に位置ずれが発生することがない。これにより、同軸電線１１や絶縁電線２１，２５の整線作業が不要となるため、多芯ケーブル１０の端末処理が容易となり、加工コストを抑制することができる。

また、複数本の細径絶縁電線２５の周囲には偶数の同軸電線対１１Ａ〜１１Ｄおよび複数本の太径絶縁電線２１が同一円周上に配置されており、それらの隙間に抗張力繊維３１が配置されている。これにより、横断面の中央部分にテンションメンバを配置する従来のケーブル構造と比較して、多芯ケーブル１０の外径を小さくすることができる。そして、多芯ケーブル１０の屈曲時に絶縁電線２１，２５および同軸電線対１１Ａ〜１１Ｄに歪が発生しにくく、多芯ケーブル１０を繰り返し屈曲させても、絶縁電線２１，２５および同軸電線１１が断線しにくい。また、同軸電線対１１Ａ〜１１Ｄの配列が安定するのでスキューが生じにくく、良好な電気特性を得ることができる。また、複数本の絶縁電線２１，２５と偶数の同軸電線対１１Ａ〜１１Ｄとが、抗張力繊維３１やフィラー３２とともに一括して撚り合わされているので、同軸電線対１１Ａ〜１１Ｄの配列がさらに安定する。

また、多芯ケーブル１０は、高速伝送用の同軸電線１１の周囲に導電性樹脂テープからなる押さえ巻４１を巻き付けることで、この押さえ巻４１とその周囲のシールド層４２とで同軸電線１１における減衰量の増加を極力抑え、良好な電気特性を得ることができる。したがって、高周波帯域での差動信号を伝送するケーブルとして好適に用いることができる。

（実施例）
上記説明した多芯ケーブル１０において、同軸電線１１の絶縁体１３の顔料の差異によるスキューの影響と加工性とを評価した。具体的には、表１に示される実施例１〜７の同軸電線について、スキューおよびＹＡＧレーザにより外部導体を切断した際の絶縁体および中心導体の損傷の有無を評価した。
その結果を表１に示す。実施例１は、絶縁体のフッ素樹脂にカーボンブラック等の顔料が含まれておらず、絶縁体が着色されていない同軸電線である。実施例２は、絶縁体のフッ素樹脂に黄色の顔料（チタン・ニッケル・ニオブ系複合酸化物）が０．５ｗｔ％含まれ、絶縁体が黄色に着色されている同軸電線である。実施例３は、絶縁体のフッ素樹脂に白色の顔料（酸化チタン）が０．５ｗｔ％含まれ、絶縁体が白色に着色されている同軸電線である。実施例４は、上記実施の形態の例に係る実施例であって、絶縁体のフッ素樹脂に黒色（カーボンブラック）の顔料が０．２５ｗｔ％含まれ、絶縁体が薄黒に着色されている同軸電線である。実施例５は、絶縁体のフッ素樹脂に黒色の顔料が０．１７ｗｔ％含まれ、絶縁体が実施例４よりもさらに薄い黒色に着色されている同軸電線である。実施例６は、絶縁体のフッ素樹脂に灰色の顔料（酸化チタン）が０．５ｗｔ％含まれ、絶縁体が灰色に着色されている同軸電線である。実施例７は、絶縁体のフッ素樹脂に灰色の顔料が０．２５ｗｔ％含まれ、絶縁体が実施例６よりも薄い灰色に着色されている同軸電線である。

表１に示されるように、実施例１〜７のいずれもスキューは１６ｐｓ／ｍ以下で好適である。遅延時間の標準偏差は４．０ｐｓ／ｍ以下である。これにより、各同軸電線が多芯ケーブル内で所定の位置からずれるという問題は発生しないと考えられる。ＹＡＧレーザによる加工性の評価については、実施例２〜４、６については、外部導体をＹＡＧレーザにより切断しても絶縁体または中心導体の損傷は見られなかった。一方、実施例１，５および７については、絶縁体または中心導体の損傷が見られた。以上より、本実施形態に係る絶縁体１３としては、絶縁体または中心導体を損傷しない点で実施例２〜４および６の絶縁体を用いることが好適である。

本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができる。

上記実施形態の多芯ケーブル１０における同軸電線１１および絶縁電線２１の本数や配置は、本実施形態に限定されない。例えば、複数本の同軸電線１１からなる偶数の同軸電線対および太径絶縁電線２１を複数層の同一円周上に配置し、その円の内部に細径絶縁電線２５を収容した構造であっても良い。

１０：多芯ケーブル、１１：同軸電線、１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ：同軸電線対、１２：中心導体、１３：絶縁体、１４：外部導体、１５：外被、２１（２１Ａ，２１Ｂ）：絶縁電線（第一絶縁電線）、２２：導体、２３：外被、２５（２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄ）：絶縁電線（第二絶縁電線）、２６：導体、２７：外被、３０：外被、３１：抗張力繊維、４１：押さえ巻、４２：シールド層

Claims

第一絶縁電線と、
前記第一絶縁電線より細径の第二絶縁電線と、
一対の同軸電線を偶数対含む同軸電線対と、
前記第一絶縁電線、前記第二絶縁電線および前記同軸電線対の周囲を覆うシースと、を備え、
ケーブルの長さ方向に垂直な断面において、前記第一絶縁電線および前記同軸電線対が同一円周上に互いに近接して配置され、
前記第一絶縁電線および前記同軸電線対の配置により形成された円の内部に前記第二絶縁電線が配置され、
前記第一絶縁電線、前記第二絶縁電線および前記同軸電線対が一括で撚り合わされ、
前記第一絶縁電線および前記同軸電線対の周囲に樹脂テープからなる押さえ巻が前記第一絶縁電線および前記同軸電線対に接して巻き付けられていることを特徴とする多芯ケーブル。
前記第一絶縁電線が前記同一円周上に等間隔で離間して配置され、
前記同軸電線対は、離間して配置された前記第一絶縁電線の間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の多芯ケーブル。
前記同軸電線は、それぞれ、中心導体、絶縁体、外部導体、および外被から構成され、
前記絶縁体は、カーボンブラックが０．１５〜０．３５ｗｔ％含まれたフッ素樹脂からなることを特徴とする請求項１または２に記載の多芯ケーブル。
ケーブルの長さ方向に垂直な断面において、第一絶縁電線と、一対の同軸電線を偶数対含む同軸電線対とを同一円周上に互いに近接して配置し、
前記第一絶縁電線および前記同軸電線対の配置により形成された円の内部に、前記第一絶縁電線より細径の第二絶縁電線を配置し、
前記第一絶縁電線、前記第二絶縁電線および前記同軸電線対を一括して撚り合わせ、
撚り合わされた前記第一絶縁電線および前記同軸電線対の周囲に樹脂テープを前記第一絶縁電線および前記同軸電線対に接せさせて巻き付け、
前記樹脂テープの周囲をシースにより覆うことを特徴とする多芯ケーブルの製造方法。
前記第一絶縁電線と前記同軸電線対とを同一円周上に配置する際には、前記第一絶縁電線を前記同一円周上に等間隔で離間して配置し、前記同軸電線対を、離間して配置された前記第一絶縁電線の間に配置することを特徴とする請求項４に記載の多芯ケーブルの製造方法。