JP6459766B2 - 差動信号伝送用ケーブルの製造方法及び製造装置 - Google Patents

差動信号伝送用ケーブルの製造方法及び製造装置 Download PDF

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Description

本発明は、差動信号を伝送する差動信号伝送用ケーブルの製造方法、及びその製造装置に関する。
従来、差動信号を伝送する一対の信号線導体を溶融した樹脂材料によって一括して被覆する差動信号伝送用ケーブルの製造方法及び製造システムが知られている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1に記載の製造システムは、信号線導体(内部導体)を送り出す送り出し機と、送り出し機から送り出された一対の信号線導体の外周に発泡絶縁体を押し出して被覆する押し出し機と、押し出し機から差動信号伝送用ケーブルを引き出す引き出し機と、引き出された差動信号伝送用ケーブルを冷却する水槽とを備える。
この種の装置によって製造された差動信号伝送用ケーブルは、平行に延びる一対の信号線導体が断面円形又は断面楕円形の発泡絶縁体で一括被覆されている。ここで、差動信号伝送とは、対をなす2本の信号線導体により、位相を反転させた2つの信号をそれぞれ伝送し、受信端側で2信号の差分を取り出すものである。この差動信号伝送用ケーブルにおいては、一対の信号線導体間における長手方向の長さに差が少ないほど、2本の信号線導体における伝播時間の差、すなわちスキューが低減され、高速信号の伝送が可能となることが知られている。
特開2014−55249号公報
ところで、特許文献1に記載の製造システムにおいて、引き出し機によって一対の信号線導体に付与される張力のバラツキが大きいと、張力の低い方の信号線導体に弛みが生じることがある。この結果、一対の信号線導体間における長手方向の長さに差が出てしまい、これが差動信号用ケーブルにおけるスキュー低減の妨げの要因となり得る。このスキューの影響は、特に近年の高速通信(例えば25Gbps以上の通信)では顕著となる。
そこで、本発明では、一対の信号線導体間のスキューを低減させることができる差動信号伝送用ケーブルの製造方法及び製造装置を提供することを目的とする。
本発明は、上記課題を解決することを目的として、差動信号を伝送する一対の信号線導体及び溶融した樹脂材料を押出機に供給し、前記一対の信号線導体を前記樹脂材料によって一括して被覆する差動信号伝送用ケーブルの製造方法であって、前記押出機に供給される前記一対の信号線導体の張力を検出し、前記一対の信号線導体の張力を均等化するように、前記一対の信号線導体に張力を付与する張力付与機構を制御する、差動信号伝送用ケーブルの製造方法を提供する。
また、本発明は、上記課題を解決することを目的として、リールから送り出される一対の信号線導体の周囲に溶融した樹脂材料を押し出すことにより、前記一対の信号線導体を前記樹脂材料によって被覆する押出機と、前記リールから送り出される前記一対の信号線導体に張力を付与する張力付与機構と、前記リールから送り出される前記一対の信号線導体の張力を検出する張力検出部と、前記張力検出部による前記張力の検出結果に基づいて、前記張力付与機構を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記一対の信号線導体の張力を均等化するように、前記張力付与機構を制御する、差動信号伝送用ケーブルの製造装置を提供する。
本発明によれば、一対の信号線導体間のスキューを低減させることができる。
本実施の形態に係る製造装置を示す全体図である。 押出機の内面を示す断面図である。 (a)は本実施の形態に係る製造装置によって製造された差動信号伝送用ケーブルを示す斜視図であり、(b)は(a)のA−A線断面図である。 比較例に係る差動信号伝送用ケーブルの構成例を示し、(a)は側面図、(b)は(a)のB−B線断面図である。
[実施の形態]
以下、本発明に係る差動信号伝送用ケーブルの製造装置及び製造方法の具体例について図1及び図2を参照して説明する。この差動信号伝送用ケーブルは、差動信号を伝送する一対の信号線導体及び樹脂材料を押出機に供給し、一対の信号線導体を樹脂材料によって一括して被覆することにより製造される。
図1は、本実施の形態に係る製造装置の構成例を示す全体図である。図2は、製造装置における押出機の内部を示した断面図である。この製造装置100は、差動信号を伝送する一対の信号線導体を有する差動信号伝送用ケーブル1を製造するために用いられる。
(製造装置100の構成)
製造装置100は、第1及び第2のリール21,22からそれぞれ送り出される一対の信号線導体11,12の周囲に溶融した樹脂材料13を押し出すことにより、一対の信号線導体11,12を樹脂材料13によって被覆する押出機3と、押出機3によって被覆された樹脂材料13を冷却する冷却水槽4と、押出機3から一対の信号線導体11,12を樹脂材料13と共に引き出す引き出し機5と、押出機3に供給される一対の信号線導体11,12にそれぞれ制動力を付与する制動装置6と、第1及び第2のリール21,22から送り出される一対の信号線導体11,12のそれぞれの張力を検出する張力検出部としての第1及び第2の張力計71,72とを備えている。引き出し機5を通過した差動信号伝送用ケーブル1は、ドラム8に巻き取られる。
一対の信号線導体11,12は、断面円形状の良導電性を有する金属からなる単線である。一対の信号線導体11,12は、互いに平行かつ直線状に並列した状態で樹脂材料13に被覆される。以下の説明では、一対の信号線導体11,12を、第1の信号線導体11及び第2の信号線導体12という。
引き出し機5は、第1駆動プーリ511及び第2駆動プーリ521と、第1従動プーリ512及び第2従動プーリ522と、第1駆動プーリ511と第1従動プーリ512との間に張設されて回転する上方ベルト510と、第2駆動プーリ521と第2従動プーリ522との間に張設されて回転する下方ベルト520とを有し、上方ベルト510と下方ベルト520との間に差動信号伝送用ケーブル1を挟んでドラム8側へ送り出す構成をなしている。第1駆動プーリ511及び第2駆動プーリ521はそれぞれ図略の駆動源によって所定の回転速度で回転する。
本実施の形態では、制動装置6が、第1の信号線導体11に制動力を付与する第1のモータ61と、第2の信号線導体12に制動力を付与する第2のモータ62とからなる。ただし、制動装置6は、第1の信号線導体11及び第2の信号線導体12に制動力を付与することができるものであればよく、例えば摩擦抵抗によって第1の信号線導体11及び第2の信号線導体12に制動力を付与するものであってもよい。
第1のリール21は、第1のモータ61の回転軸611に相対回転不能に連結されている。また、第2のリール22は、第2のモータ62の回転軸(図示せず)に相対回転不能に連結されている。
引き出し機5及び制動装置6は、第1及び第2のリール21,22から送り出される第1及び第2の信号線導体11,12に張力を付与する張力付与機構10を構成する。
製造装置100はまた、この張力付与機構10を制御する制御部としてのECU(Electronic Control Unit)9を備えている。ECU9は、制動装置6の第1のモータ61を制御することにより、第1のリール21から引き出し機5までの間における第1の信号線導体11の張力を調節可能である。また、ECU9は、制動装置6の第2のモータ62を制御することにより、第2のリール22から引き出し機5までの間における第2の信号線導体12の張力を調節可能である。
押出機3は、第1及び第2の信号線導体11,12が通過するクロスヘッド31と、筒状の連結部33を介してクロスヘッド31へ溶融樹脂130を押し出すシリンダ32と、シリンダ32内に固形の樹脂チップを投入するための投入口となるホッパ34とを有する。ホッパ34に供給された樹脂チップは、シリンダ32内で加熱されて溶融し、シリンダ32内に配置された図略のスクリューによってクロスヘッド31へ送り込まれる。
クロスヘッド31は、第1及び第2の信号線導体11,12を導入するニップル311と、ニップル311の先端から導出された一対の信号線導体11,12の外周に樹脂材料13を押出成形するダイス312とで構成されている。
ニップル311は先端がテーパ状であり、その中心部に第1及び第2の信号線導体11,12を挿通する一対の挿通孔311a,311bが形成されている。ニップル311はダイス312内に収容され、ニップル311とダイス312との間を溶融樹脂130が流動する。
ダイス312は略円筒状の部材であり、連結部33と連結した連結孔312aを介してシリンダ32から溶融樹脂130がダイス312の内部へ流入する。また、ダイス312には、第1及び第2の信号線導体11,12及び溶融した樹脂材料13を外部へ流出させるためのダイス孔312bが形成されている。ダイス孔312bの開口は略楕円形状である。
クロスヘッド31に送り込まれた溶融樹脂130は、ニップル311の一対の挿通孔311a,311bから導出された第1及び第2の信号線導体11,12の外周を被覆し、ダイス312のダイス孔312bから吐出される。これにより、第1及び第2の信号線導体11,12が樹脂材料13によって一括して被覆された差動信号伝送用ケーブル1が得られる。
差動信号伝送用ケーブル1は、引き出し機5によって押出機3から引き出される。引き出し機5が作動すると、その引張力によって第1及び第2のリール21,22が回転し、第1及び第2の信号線導体11,12が押出機3のクロスヘッド31に供給される。この際、第1のリール21は第1のモータ61による回転抵抗力に基づく制動力を受けるので、第1の信号線導体11には、第1のリール21から送り出される送出方向に沿った張力が発生する。同様に、第2のリール22は第2のモータ62による回転抵抗力に基づく制動力を受けるので、第2の信号線導体12には、第2のリール22に送り出される送出方向に沿った張力が発生する。
ドラム8は、引き出し機5の上方ベルト510と下方ベルト520との間を通過した差動信号伝送用ケーブル1を巻き取る。ドラム8は、図略の駆動源により、一定の回転速度で回転させられている。
第1の張力計71は、第1のリール21と押出機3のクロスヘッド31との間に配置され、クロスヘッド31に供給される第1の信号線導体11の張力を検出する。第2の張力計72は、第2のリール22と押出機3のクロスヘッド31との間に配置され、クロスヘッド31に供給される第2の信号線導体12の張力を検出する。第1及び第2の張力計71,72としては、例えば2箇所に固定された一対の固定ローラーと、一対の固定ローラーの間に配置された1つ測定ローラーとを備え、一対の固定ローラー間を走行するケーブルの垂直荷重を測定ローラーにより測定する3点ローラー方式のテンションメータ等を用いることができる。第1及び第2の張力計71,72による第1及び第2の信号線導体11,12の検出結果を示す検出信号は、ECU9に出力される。
ECU9は、第1及び第2の張力計71,72によって検出された第1及び第2の信号線導体11,12の張力に基づいて、第1及び第2のモータ61,62によって第1及び第2の信号線導体11,12に付与される制動力を調節することにより、第1及び第2の信号線導体11,12の張力を均等化する。換言すれば、ECU9は、第1及び第2の信号線導体11,12の張力を均等化するように、張力付与機構10を制御する。
より具体的には、ECU9は、第1及び第2の信号線導体11,12のうち張力が高い一方の信号線導体(第1の信号線導体11又は第2の信号線導体12)の張力をTとし、他方の信号線導体(第2の信号線導体12又は第1の信号線導体11)の張力をTとしたとき、T/Tが0.9以上である状態を常に維持するように、第1及び第2のモータ61,62を制御する。例えば、第1の信号線導体11の張力が第2の信号線導体12の張力より高い場合、第2の信号線導体12の張力Tは、第1の信号線導体11の張力Tの90%以上である。これにより、第1及び第2の信号線導体11,12の張力のバラツキが抑制されて、例えば第1及び第2の信号線導体11,12が送り出される際に蛇行し、あるいは振動することが抑制される。
(差動信号伝送用ケーブル1の構成)
図3は、製造装置100によって製造された差動信号伝送用ケーブル1の構成例を示し、(a)は斜視図、(b)は(a)のA−A線断面図である。図4は、比較例に係る差動信号伝送用ケーブル1Aの構成例を示し、(a)は側面図、(b)は(a)のB−B線断面図である。
比較例に係る差動信号伝送用ケーブル1Aは、本実施の形態に係るECU9による張力の均等化制御を行わない製造装置で製造した場合の一例であり、製造装置及び製造方法が本実施の形態に係る製造方法及び製造装置と異なるが、その構成要素は本実施の形態に係る差動信号伝送用ケーブル1と同様である。そのため、差動信号伝送用ケーブル1Aの各構成要素については、本実施の形態に係る差動信号伝送用ケーブル1と同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
差動信号伝送用ケーブル1は、所定の間隔を保って互いに平行に延びる第1及び第2の信号線導体11,12と、第1及び第2の信号線導体11,12を一括して被覆する樹脂材料13とを備える。この差動信号伝送用ケーブル1は、例えば伝送速度が25Gbps以上の差動信号の伝送に用いられる。
第1及び第2の信号線導体11,12としては、例えば、銅、アルミニウム、アルミニウム合金等の電気良導体からなる単線、又はその電気良導体にメッキ等を施した単線を用いることができる。
樹脂材料13は、耐圧潰性であって低誘電率を有するものであれば特に限定されるものではないが、本実施の形態では樹脂材料13として発泡絶縁体を用いており、樹脂材料13に多数の気泡13aが形成されている。この発泡絶縁体としては、例えばフッソエチレンプロピレンコポリマー(FEP),ペルフルオロアルコキシコポリマー(PFA),エチレンテトラフルオロエチレンコポリマー(ETFE),ポリオレフィンコポリマー等の熱可塑性ポリマーを用いることができる。
図3(b)に示すように、差動信号伝送用ケーブル1の長手方向に直交する断面において、第1の信号線導体11の中心点11aと第2の信号線導体12の中心点12aとの間の距離Dは、差動信号伝送用ケーブル1の長手方向に亘って実質的に一定である。
比較例の差動信号伝送用ケーブル1Aは、第1の信号線導体11の張力が、第2の信号線導体12の張力よりも低い状態で製造されたものである。このため、第2の信号線導体12は、図4(a)に示すように、差動信号伝送用ケーブル1Aの長手方向と平行に延在しているが、第1の信号線導体11は、差動信号伝送用ケーブル1Aの長手方向に対して蛇行している。このため、図4(b)に示すように、第1の信号線導体11の中心点11aと第2の信号線導体12の中心点12aとの間の距離Dは、差動信号伝送用ケーブル1Aの長手方向の位置によってばらついてしまう。
つまり、仮に上記説明した製造装置100において第1及び第2の張力計71,72とECU9を省略した場合には、引き出し機5の引張力が第1及び第2の信号線導体11,12のうち一方の信号線導体に集中して作用してしまい、他方の信号線導体には弛みが生じてしまう。これにより、当該他方の信号線導体が蛇行してしまう。
この現象は一対の信号線導体11,12における張力T/Tが0.9以上に常時保たれた場合に顕著に抑制されることが本発明者らによって明らかになっており、本実施の形態によれば、図3(b)に示すように、差動信号伝送用ケーブル1の断面形状における対称性が保たれる。これにより、差動信号伝送用ケーブル1の長手方向における第1及び第2の信号線導体11,12の長さの差が抑制され、ケーブルの伝送損失を表すパラメータ値Scd21値を−15dBから−30dBにすることが可能となる。
なお、Scd21は差動−同相間結合を表すSパラメータであり、Scd21値が−15から−30dBの差動信号伝送用ケーブルであれば、スキューを8ps/m以下に低減することができ、25Gbps以上の高速伝送が可能となる。なお、Scd21のより望ましい範囲は−18dB以下であり、スキューのより望ましい範囲は4ps/m以下である。本実施の形態に係る差動信号伝送用ケーブル1は、これらの条件を満たしている。
(実施の形態の作用及び効果)
以上説明した実施の形態によれば、ECU9が第1及び第2の信号線導体11,12の張力を均等化するように第1及び第2のモータ61,62を制御するので、クロスヘッド31に導入される第1及び第2の信号線導体11,12の張力のバラツキが抑制される。これにより、差動信号伝送用ケーブル1の内部における第1及び第2の信号線導体11,12の蛇行が抑制される。すなわち、本実施の形態に係る製造装置100及び製造方法によれば、差動信号スキューが低減された差動信号伝送用ケーブル1を製造することができる。
また、本実施の形態では、上記のようにT/Tが0.9以上である状態を常に維持するように第1及び第2の信号線導体11,12の張力を調節するので、第1及び第2の信号線導体11,12の蛇行をより確実に抑制することができる。
(実施の形態のまとめ)
次に、以上説明した実施の形態から把握される技術思想について、実施の形態における符号等を援用して記載する。ただし、以下の記載における各符号は、特許請求の範囲における構成要素を実施の形態に具体的に示した部材等に限定するものではない。
[1]差動信号を伝送する一対の信号線導体(11,12)及び樹脂材料(13)を押出機(3)に供給し、前記一対の信号線導体(11,12)を前記樹脂材料(13)によって一括して被覆する差動信号伝送用ケーブル(1)の製造方法であって、前記押出機(3)に供給される前記一対の信号線導体(11,12)の張力を検出し、前記一対の信号線導体(11,12)の張力を均等化するように、前記一対の信号線導体(11,12)に張力を付与する張力付与機構(10)を制御する、差動信号伝送用ケーブルの製造方法。
[2]前記張力付与機構(10)は、前記押出機(3)から前記一対の信号線導体(11,12)を前記樹脂材料(13)と共に引き出す引き出し機(5)と、前記押出機(3)に供給される前記一対の信号線導体(11,12)にそれぞれ制動力を付与する制動装置(6)とを有し、前記検出された前記一対の信号線導体(11,12)の張力に基づいて、前記制動装置(6)によって付与される前記制動力を調節することにより、前記一対の信号線導体(11,12)の張力を均等化する、[1]に記載の差動信号伝送用ケーブル(1)の製造方法。
[3]前記押出機(3)に供給される前記一対の信号線導体(11,12)のうち、張力が高い一方の信号線導体の張力をTとし、他方の信号線導体の張力をTとしたとき、T/Tが0.9以上である状態を常に維持するように、前記張力付与機構(10)を制御する、[1]又は[2]に記載の差動信号伝送用ケーブル(1)の製造方法。
[4]前記一対の信号線導体(11,12)は、伝送速度が25Gbps以上の差動信号の伝送に用いられる、[1]乃至[3]の何れか1項に記載の差動信号伝送用ケーブル(1)の製造方法。
[5]リール(21,22)から送り出される一対の信号線導体(11,12)の周囲に溶融した樹脂材料(13)を押し出すことにより、前記一対の信号線導体(11,12)を前記樹脂材料(13)によって被覆する押出機(3)と、前記リール(21,22)から送り出される前記一対の信号線導体(11,12)に張力を付与する張力付与機構(10)と、前記リール(21,22)から送り出される前記一対の信号線導体(11,12)の張力を検出する張力検出部(71,72)と、前記張力検出部(71,72)による前記張力の検出結果に基づいて、前記張力付与機構(10)を制御する制御部(9)とを備え、前記制御部(9)は、前記一対の信号線導体(11,12)の張力を均等化するように、前記張力付与機構(10)を制御する、差動信号伝送用ケーブル(1)の製造装置(100)。
[6]前記張力付与機構(10)は、前記押出機(3)から前記一対の信号線導体(11,12)を前記樹脂材料(13)と共に引き出す引き出し機(5)と、前記押出機(3)に供給される前記一対の信号線導体(11,12)にそれぞれ制動力を付与する制動装置(6)とを有し、前記制御部(9)は、前記制動装置(6)によって付与される前記制動力を調節することにより、前記一対の信号線導体(11,12)の張力を均等化する、[5]に記載の差動信号伝送用ケーブル(1)の製造装置(100)。
[7]前記制御部(9)は、前記押出機(3)に供給される前記一対の信号線導体(11,12)のうち、張力が高い一方の信号線導体(11,12)の張力をTとし、他方の信号線導体の張力をTとしたとき、T/Tが0.9以上である状態を常に維持するように、前記張力付与機構を制御する、[5]又は[6]に記載の差動信号伝送用ケーブル(1)の製造装置(100)。
[8]前記一対の信号線導体(11,12)は、伝送速度が25Gbps以上の差動信号の伝送に用いられる、[5]乃至[7]の何れか1項に記載の差動信号伝送用ケーブル(1)の製造装置(100)。
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記に記載した実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。
また、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形して実施することが可能である。例えば、押出機3や引き出し機5は、図1に例示した構成に限らず、様々な構成のものを適用することができる。また、冷却水槽4に替えて、例えば空冷によって差動信号伝送用ケーブル1を冷却するようにしてもよい。
1,1A…差動信号伝送用ケーブル
3…押出機
5…引き出し機
6…制動装置
9…ECU(制御部)
10…張力付与機構
11,12…信号線導体
13…樹脂材料
21,22…リール
71,72…張力計(張力検出部)
100…製造装置

Claims (6)

  1. 差動信号を伝送する一対の信号線導体及び樹脂材料を押出機に供給し、前記一対の信号線導体を前記樹脂材料によって一括して被覆する差動信号伝送用ケーブルの製造方法であって、
    前記押出機に供給される前記一対の信号線導体の張力を検出し、前記一対の信号線導体のうち、張力が高い一方の信号線導体の張力をT 1 とし、他方の信号線導体の張力をT 2 としたとき、T 2 /T 1 が0.9以上である状態を常に維持するように、前記一対の信号線導体に張力を付与する張力付与機構を制御する、
    差動信号伝送用ケーブルの製造方法。
  2. 前記張力付与機構は、前記押出機から前記一対の信号線導体を前記樹脂材料と共に引き出す引き出し機と、前記押出機に供給される前記一対の信号線導体にそれぞれ制動力を付与する制動装置とを有し、
    前記検出された前記一対の信号線導体の張力に基づいて、前記制動装置によって付与される前記制動力を調節することにより、前記一対の信号線導体の張力を均等化する、
    請求項1に記載の差動信号伝送用ケーブルの製造方法。
  3. 前記一対の信号線導体は、伝送速度が25Gbps以上の差動信号の伝送に用いられる、
    請求項1又は2に記載の差動信号伝送用ケーブルの製造方法。
  4. リールから送り出される一対の信号線導体の周囲に溶融した樹脂材料を押し出すことにより、前記一対の信号線導体を前記樹脂材料によって被覆する押出機と、
    前記リールから送り出される前記一対の信号線導体に張力を付与する張力付与機構と、
    前記リールから送り出される前記一対の信号線導体の張力を検出する張力検出部と、
    前記張力検出部による前記張力の検出結果に基づいて、前記張力付与機構を制御する制御部とを備え、
    前記制御部は、前記一対の信号線導体のうち、張力が高い一方の信号線導体の張力をT 1 とし、他方の信号線導体の張力をT 2 としたとき、T 2 /T 1 が0.9以上である状態を常に維持するように、前記張力付与機構を制御する、
    差動信号伝送用ケーブルの製造装置。
  5. 前記張力付与機構は、前記押出機から前記一対の信号線導体を前記樹脂材料と共に引き出す引き出し機と、前記押出機に供給される前記一対の信号線導体にそれぞれ制動力を付与する制動装置とを有し、
    前記制御部は、前記制動装置によって付与される前記制動力を調節することにより、前記一対の信号線導体の張力を均等化する、
    請求項に記載の差動信号伝送用ケーブルの製造装置。
  6. 前記一対の信号線導体は、伝送速度が25Gbps以上の差動信号の伝送に用いられる、
    請求項4又は5に記載の差動信号伝送用ケーブルの製造装置。
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