JP5863943B2 - スターカッドケーブル - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前文に明記されているように、少なくとも二対の電気導体と、導電材料製のシールドとを有し、電気導体のそれぞれが、導電材料製のコアと、径方向位置においてコアを包み込む電気絶縁材料製の導体シースとを有し、電気導体は、スターカッドケーブルの断面において正方形の各隅に、かつ対をなす電気導体が正方形の対角線上の対向する隅に配設され、４本の電気導体が一度に所定の撚り係数でスターカッド構造に撚り合わされ、シールドは、二対の電気導体が定位置に位置するように二対の電気導体の径方向の外側を包み込み、シールドが個々のシールドコアのメッシュから構築される、電気信号を伝達するためのスターカッドケーブルに関する。

「スターカッド」と呼ばれるものは、例えば銅製コアを有する電気導体に関連する集積用語である。対となる電気導体からなる４本の電気導体が撚り合わされ、十字交差配置に集積された２つのツイン電気導体を形成する。相互に対向して位置する２本の電気導体は対を形成し、それぞれの電気信号がそれぞれの対で伝達される。言い換えると、４本の電気導体はスターカッドの断面において正方形の各隅に配設され、対をなす電気導体は対角線上で対向する隅に配設される。このようにして、対となる電気導体は相互に垂直となり、一方の対から他方の対への混線について、望ましい高減衰を生じる。

スターカッドケーブルは、対称ケーブルの一つである。このようなケーブルでは、４本の電気導体が十字交差配置で撚り合わされる。これが意味するのは、対向する位置に配置される電気導体がそれぞれ、電気導体対を形成することである。電気導体対は相互に垂直に位置するため、非常に低レベルの混線しか存在しない。電気導体相互の配置により得られる機械的な強化に加えて、スターカッド集積の別の長所は、撚り合わされた電気導体対よりも高い充填密度となることである。

撚りのため、電気導体、つまり個々のコアはケーブル自体よりも長い。いわゆる撚り係数とは、個々の電気導体の長さとケーブルの長さの比である。例えば電気通信ケーブルの場合には、撚り係数はおよそ１．０２から１．０４である。撚り係数は、撚り合わされる電気導体の螺旋構成の結果であるピッチまたはリードと相互関係を持つ。ねじ山の場合では、ピッチまたはリードは、２本のねじ溝の間の軸方向距離を規定するものである。

本発明の根本の目的は、電気信号を伝達するための電気的特性に関して、上述した種類のスターカッドケーブルを改良することである。

この目的は、請求項１の特徴記載部分に挙げられた特徴を有する上述した種類のスターカッドケーブルにおける本発明によって達成される。発明の好都合な実施形態は、他の請求項に記載されている。

上述した種類のスターカッドケーブルにおいて、本発明では、少なくとも１本のシールドコア、または少なくとも１束のシールドコアが電気導体を径方向位置において包み込むように撚られることで、少なくとも１本の撚られたシールドコアまたは少なくとも１束のシールドコアが電気導体のそれぞれのコア（１８）に対して、軸方向に平行に延在するにように設けられる。

これは、電気シールド電流の伝導の改良と、これに比例したスターカッドケーブルの電気的特性の改良が達成されるという長所を有する。

スターカッドケーブルの電気的特性、言い換えるとその特徴的な伝達曲線のさらなる改良は、少なくとも４本のシールドコアまたは少なくとも４束のシールドコアを、径方向位置において電気導体を包み込むように撚ることで、少なくとも１本の撚られたシールドコアまたは少なくとも１束のシールドコアが電気導体のそれぞれのコアに対して軸方向に平行に延在することによって達成される。

スターカッドケーブルへの曲げおよびねじり応力が存在する時でも、所定の電気導体のコアと平行にシールドコアまたはシールドコアの束をガイドする、特に確実な手法は、電気導体の撚り係数に対応する撚り係数で１本のシールドコア、または複数本のシールドコア、または、１束のシールドコア、又は複数束のシールドコアを撚ることによって達成される。

それぞれのコアと関連するシールド電流の特に良好な伝導は、シールドコアまたはシールドコアの束と、コアとが、スターカッドケーブルの断面のすべての点で正方形の同一対角線上に位置し、かつ、シールドコアまたはシールドコアの束が正方形から離れたコア側に配設されるように、軸方向において相互に平行に延在する、一方の各シールドコアまたはシールドコアの束と、他方の所定のコアとを有することによって達成される。

銅製コアを製造することにより、良好な電気伝導率と同時に低い製造コストが達成される。

シールドに機械的に影響する曲げおよびねじり応力が存在する時でも伝達特性を維持しながらのシールド電流の減少と、これに比例するスターカッドケーブルの伝達特性の改良は、電気絶縁材料製の追加の絶縁体シースを電気導体とシールドとの間に配設することにより達成される。外側絶縁体シースが切り開かれる時にコアが損傷する危険性が低いことから、スターカッドケーブルのあらゆる変位現象が回避され、スターカッドケーブルから絶縁体を剥離することが単純になる。これに加えて、追加の絶縁体シースはコア導体のシースに径方向予負荷を加え、これにより曲げおよびねじり応力を受けてもスターカッド構造の機械的強度が上昇する。

追加の電気補償電流がシールドに流れるようにすることによるスターカッドケーブルの特徴的な伝達曲線のさらなる改良は、シールドに電気的に導電接続された第２シールドをシールドの径方向外側に配設することによって達成される。シールドコアおよび関連する電気導体が相互に平行に延在しないという結果を生じる製造公差が存在することがあり、補償電流はこれらの公差の補償を可能にする。

第２シールドの特に広い範囲を流れる補償電流の伝導は、導電材料製のシースまたはホイルとして第２シールドを形成することによって達成される。

第２シールドにもかかわらずスターカッドケーブルがその柔軟性を維持できるようにする特に良好な手法は、第２シールドを個々の第２シールドコアのメッシュとして構築することによって達成される。

特にシールドのコアの撚り係数に対応する撚り係数でシールドのコアと反対方向に第２シールドコアを撚ることにより、第２シールドの第２コアとその径方向内側に所在するシールドのコアとの間に多数の電気接点が得られる。

本発明は、図面を参照して、以下に詳細に説明される。

本発明によるスターカッドケーブルの実施形態の斜視図である。 図１に示されるスターカッドケーブルの断面の概略図である。 電界分布の図示を含む従来のスターカッドケーブルの断面の概略図である。 電界分布の図示を含む、本発明によるスターカッドケーブルの断面の概略図である。 図３に示される従来のスターカッドケーブルについての周波数関数としての電気信号の伝達率を図示したものである。 図４に示される本発明によるスターカッドケーブルについての周波数関数としての電気信号の伝達率を図示したものである。 図１および図２に示されるスターカッドケーブルの実施形態の撚り合わせ導体およびシールドコアを単純かつ概略的に表したものである。

図１および図２に示された本発明によるスターカッドケーブルの好適な実施形態は、導電材料製のコア１８と電気絶縁材料製の導体シース２０とを各々有する４本の電気導体１０，１２，１４，１６を備える。電気導体１０，１２，１４，１６はスターカッド構造で撚り合わされており、つまり電気導体１０，１２，１４，１６はスターカッドケーブルの断面のいかなる点でも正方形１７の各隅に位置する。正方形１７のそれぞれの対角線１９上で相互に対向する位置にある電気導体１０，１２および電気導体１４，１６は対を、つまり電気導体１０，１２は電気導体の第１対または第１電気導体対１２，１４を、電気導体１４，１６は電気導体の第２対または第２電気導体対１４，１６を形成する。電気導体１０，１２，１４，１６の撚りは、対応のピッチまたはリードまたは撚り長さｓを生成する所定の撚り係数で実行される。本実施形態において、撚り長さｓとは、導体１０，１２，１４，１６がスターカッドケーブルの長手軸を中心として螺旋状に一周する際の軸方向距離である。図２に示されているのは、ｘ軸４０とｙ軸４２とを有する座標系である。座標系４０，４２の原点４４がスターカッドケーブルの長手軸に正確に位置して、座標系４０，４２の空間でスターカッドケーブルの長手軸がｚ方向となるように、座標系４０，４２が配置される。

信号伝達において、第１信号が第１電気導体対１０，１２により、第２信号が第２電気導体対１４，１６により伝達される。２つの電気導体対１０，１２および電気導体対１４，１６の間の混線の高い減衰は、上述したように、第１および第２信号の間に結果的に生じる位相シフトによる、またスターカッド構造での電気導体１０，１２，１４，１６相互の空間での配置による周知の手法で達成される。ディファレンシャルモードと呼ばれるモードでは、電気導体対１０，１２および電気導体対１４，１６の信号は１８０°の位相シフトを有する。

径方向外側で撚られた電気導体１０，１２，１４，１６を包み込むように配設されているのは、個別つまり個々のシールドコア２３から構築されるシールド２２である。径方向外側では、電気絶縁材料製のシース２５が、電気導体１０，１２，１４，１６とシールド２２とを備えたアセンブリ全体を包み込んでいる。電気絶縁材料製の追加の絶縁シース２４が、一方の撚られた電気導体対１０，１２および電気導体対１４，１６と他方のシールド２２との間に配設されている。この絶縁シースは、一方の電気導体１０，１２，１４，１６のコア１８と他方のシールド２２との間の径方向の空間の距離を追加する。これにより達成される効果は、図３および図４を参照して以下で説明される。

図３に示されているのは、それぞれのコア１８と導体シース２０とを有する電気導体１０，１２，１４，１６と、シールド２２とを有する従来のスターカッドケーブルの断面の概略図である。径方向外側には、この場合、電気導体１０，１２，１４，１６の導体シース２０にシールド２２が直接に当接することで、コア１８とシールド２２との間の径方向距離を最小にする。矢印は、適当な電気信号が電気導体１０，１２，１４，１６を介して伝達される時の電界の分布を示しており、電界が強くなるほど、図示される矢印は大きくなっている。第２電気導体対１４，１６のコア１８とシールド２２との間に強い電界が発生することが、図３から分かる。これは、比例して高い電流、以下では、この電流を略して「シールド電流」と称する、がシールド２２に沿って存在することを表す。スターカッドケーブルの電気的特性、つまり特徴的な伝達曲線に大きな影響を持つ、シールド２２に作用する要因すべては、高いシールド電流から結果的に生じるものである。こうして、スターカッドケーブルのコア１８が機械的な変化または損傷により影響されないことがあり得るが、例えばシールド２２の変形またはシールドの損傷という結果を生むスターカッドケーブルへの曲げおよびねじり応力は、スターカッドケーブルの電気的特性つまり特徴的な伝達曲線の著しい悪化を招く。また、シールド２２は通常、個々のシールドコア２３のメッシュにより形成され、例えばコア１８を追従するため、一つのシールドコア２３から別のシールドコアでは、これらシールドコア２３が接触している点でシールド電流が変化しなければならない。時間の経過とともにこれらの接触点が老朽化した場合には、それに対応してシールド電流の流れに妨害が生じ、ゆえに、コア１８自体には老朽化に関連する機械的劣化が発生しないこともあるが、スターカッドケーブル全体による電流の伝達が対応して悪化する。

図４は、本発明により追加の絶縁シース２４を有するように設計されたスターカッドケーブルの電界分布を示す、図３と類似した図である。この場合、一方の電気導体１０，１２，１４，１６と他方のシールド２２との間に配設された追加の絶縁シース２４のため、シールド２２は、図３に示されたスターカッドケーブルの従来実施形態よりもコア１８から径方向に長い距離にある。この時、電気導体１０，１２，１４，１６の間に電界が集中することが、図４から明らかである。これは、信号が伝達されている時には本発明によるスターカッドケーブルで発生するシールド電流がかなり少ないことを意味する。この結果、図３に関連して上述されたシールド２２の劣化による影響は、本発明によるスターカッドケーブルにおいては、信号伝達に関するスターカッドケーブルの電気的特性に与える影響はさらに小さい。劣化とは、例えばスターカッドケーブルにおける有効信号の減衰の増加である。シールド２２が損傷するか老朽化した時でも、スターカッドケーブルの伝達特性への悪影響はかなり少ない。言い換えると、電気信号の伝達特性に関して、本発明により設計されたスターカッドケーブルはシールド２２の損傷または老朽化に対するかなり高い耐性を持つ。

図５および図６の各々には、周波数ＧＨｚが水平軸２６にプロットされ、電気信号の伝達率ｄＢが垂直軸２８にプロットされている。図５の第１曲線３０は、共通モードにおける信号伝達（電気導体対１０，１２および電気導体対１４，１６の間に位相シフトなし）の周波数２６の関数として伝達率２８を示し、図５の第２曲線３２は、ディファレンシャルモードにおける信号伝達（電気導体対１０，１２および電気導体対１４，１６の信号の間に位相シフトあり）の周波数２６の関数として伝達率２８を示し、これらは、図３に示された従来のスターカッドケーブルの場合のものである。図６の第３曲線３４は、共通モード信号伝達（電気導体対１０，１２および電気導体対１４，１６の信号の間に位相シフトなし）の周波数２６の関数として伝達率２８を示し、図６の第４曲線３６は、ディファレンシャルモード信号伝達（電気導体対１０，１２および電気導体対１４，１６の信号の間に位相シフトあり）の周波数２６の関数として伝達率２８を示し、これらは、図４に示された本発明によるスターカッドケーブルの場合のものである。曲線３０，３２，３４，３６は、図３および図４に示された構造のそれぞれのシミュレーションから得られたものである。

図５の第２曲線３２から分かるように、従来のスターカッドケーブルにおいて、ディファレンシャルモードの伝達では約２．９ＧＨｚで伝達率の落ち込みが発生する。図６の第４曲線から分かるように、本発明によるスターカッドケーブルでは、この落ち込みは存在しない。このシミュレーション結果は、電気信号を伝達するときに、本発明によるスターカッドケーブルの電気的特性において、顕著で、予想外の改良を印象的に実証するものである。この場合、シールドが損傷する、または老朽化する前でも、このような改良が見られる。

本発明によれば、電気信号用のスターカッドケーブルの電気的特性または伝達特性の相当な改良は、少なくとも個々のシールドコア２３が電気導体１０，１２，１４，１６のそれぞれを平行に追従するようにさせることによって達成される。言い換えると、少なくとも個々のシールドコア２３は、電気導体１０，１２，１４，１６と同じ撚り長さｓまたは同じ撚り係数で撚られている。これは、図７にシールドコア２３ａの例として示されている。図７には撚り長さｓ４６も示されている。撚りにより、シールドコア２３ａが電気導体１４と平行に延在するように、シールドコア２３ａが径方向位置で電気導体１０，１２，１４，１６の周りを螺旋状に周回する。シールドコア２３ａと電気導体１４との間の正確な相対的構造は、図２から分かる。電気導体１４とシールドコア２３ａとがスターカッドケーブルの断面のいかなる点でも共通の対角線上に位置し、シールドコア２３ａが正方形１７から離れた電気導体１４側に配置されるように、シールドコア２３ａが電気導体１０，１２，１４，１６の周囲を周回する。シールドコア２３ａがこのように配置されているため、電気導体１４と関連するシールド電流は、別のシールドコア２３ａへ移行することなしに、電気導体１４を追随する。一つのシールドコア２３から別のシールドコアへのシールド電流の移行の回避は、シールド２２に沿ったシールド電流の電気伝導を改良し、したがって、電気信号伝達用のスターカッドケーブルの電気的特性、つまり特徴的な伝達曲線の全体的な改良が見られる。特有の結果は、例えば、本発明によるスターカッドケーブルによって伝達される有効な電気信号の減衰が少ないことである。

電気導体１４と関連するシールド電流を搬送するにはシールドコア２３ａが好ましいが、この電気導体１４からのシールド電流が、必要に応じて、シールドコア２３ａに隣接する２本のシールドコア２３の一方によって搬送されてもよい。ゆえに、万一、曲げまたはねじり応力のためにシールドコア２３ａが損傷した場合にも、電気導体１４に対して実質的に平行なシールドコア２３ａを通ってシールド電流が流れることが可能であり、その際に異なるシールドコア２３に変更を加える必要はない。

撚り長さｓ４６は、例えば４０ｍｍである。シールド２２の半径５４は、例えばｒ_{Ｓｈｉｅｌｄ}＝１．５ｍｍである。コア１８の直径５６は例えばｄ_Ｃｏｒｅ＝０．４８ｍｍである。導体シース２０の直径５８は、例えばｄ_{Ｃｏｒｅ ｉｎｓｕｌ．}＝ａ＝０．８３ｍｍである。シールドコア２３，２３ａの直径５０は、例えばｄ_{Ｓｈｉｅｌｄ}＝０．１ｍｍである。

オプションとして、導電材料製の第２シールド（不図示）がシールド２２の径方向外側に追加して配設されてもよい。この第２シールドは、径方向内側に位置する側でシールド２２へ電気的に導電接続され、ゆえに電気的補償電流が第２シールドを介して流れることが可能である。このように、例えば関連する電気導体１４に対してシールドコア２３ａが正確に平行に延在していない（図２）という結果を生じさせる製造公差は、必要に応じて、補償電流によって補償され得る。第２シールドを介して流れる補償電流によって、シールド２２の老朽化現象または損傷も同様に補償され得る。

Claims (8)

1. 少なくとも二対の電気導体（１０，１２，１４，１６）と、導電材料製のシールド（２２）と、を有し、
   前記電気導体（１０，１２，１４，１６）のそれぞれが、導電材料製のコア（１８）と、径方向位置において前記コア（１８）を包み込む電気絶縁材料製の導体シース（２０）とを有し、
   各電気導体（１０，１２，１４，１６）がスターカッドケーブルの断面において正方形の各隅に配設され、且つ対をなす電気導体（１０，１２，１４，１６）が前記正方形の対角線上の対向する隅に配設されるように、前記電気導体（１０，１２，１４，１６）が一度にスターカッド構造に撚り合わされ、
   前記シールド（２２）は、前記二対の電気導体（１０，１２，１４，１６）が定位置に位置するように前記二対の電気導体（１０，１２，１４，１６）の径方向の外側を包み込み、
   前記シールド（２２）は、個々のシールドコアのメッシュから構築される、電気信号を伝達するためのスターカッドケーブルにおいて、
   少なくとも１本のシールドコア、または少なくとも１束のシールドコアが前記電気導体（１０，１２，１４，１６）を径方向位置において包み込むように撚られることで、少なくとも１本の撚られたシールドコアまたは少なくとも１束のシールドコアが前記電気導体（１０，１２，１４，１６）のそれぞれのコア（１８）に対して、軸方向において実質的に平行に延在し、
   前記シールドコアまたは前記シールドコアの束と前記コア（１８）とが前記スターカッドケーブルの断面のすべての点で前記正方形の同一対角線上に位置し、かつ前記シールドコアまたは前記シールドコアの束が前記正方形から離れた前記コア（１８）側に配設されるように、一方のシールドコアまたはシールドコアの束と、他方のそれぞれのコア（１８）とが、軸方向において相互に平行に延在することを特徴とするスターカッドケーブル。
2. 請求項１に記載のスターカッドケーブルにおいて、
   少なくとも４本のシールドコア、または少なくとも４束のシールドコアが、前記電気導体（１０，１２，１４，１６）を径方向位置において包み込むように撚られることで、少なくとも１本の撚られたシールドコアまたは少なくとも１束のシールドコアが、前記電気導体（１０，１２，１４，１６）のそれぞれのコア（１８）に対して、軸方向において平行に延在することを特徴とするスターカッドケーブル。
3. 請求項１又は請求項２に記載のスターカッドケーブルにおいて、
   前記コア（１８）が銅で製造されることを特徴とするスターカッドケーブル。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のスターカッドケーブルにおいて、
   電気絶縁材料製の追加の絶縁体シース（２４）が、前記電気導体（１０，１２，１４，１６）と前記シールド（２２）との間に配設されることを特徴とするスターカッドケーブル。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のスターカッドケーブルにおいて、
   前記シールド（２２）に電気的に導電接続された第２シールドが前記シールド（２２）の径方向の外側に配設されることを特徴とするスターカッドケーブル。
6. 請求項５に記載のスターカッドケーブルにおいて、
   前記第２シールドは、導電材料製のシースまたはホイルの形を取ることを特徴とするスターカッドケーブル。
7. 請求項５に記載のスターカッドケーブルにおいて、
   前記第２シールドは、個々の第２シールドコアのメッシュとして構築されることを特徴とするスターカッドケーブル。
8. 請求項７に記載のスターカッドケーブルにおいて、
   前記第２シールドコアは、前記シールド（２２）の前記コアと反対方向に撚られることを特徴とするスターカッドケーブル。

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