JP7327421B2

JP7327421B2 - 二芯平行ケーブル

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Publication number: JP7327421B2
Application number: JP2021010961A
Authority: JP
Inventors: 優斗小林
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2017-04-12
Filing date: 2021-01-27
Publication date: 2023-08-16
Anticipated expiration: 2037-04-12
Also published as: JP2021073657A

Description

本発明は、二芯平行ケーブルに関する。

例えば、特許文献１には、一対の絶縁電線の撚り線を押し出し被覆して、その外周にドレイン線やシールドテープを巻く構成が開示されている。また、特許文献２には、２本の絶縁電線と共にドレイン線を並列した状態で金属テープが縦添えされ、該金属テープの外側に樹脂が押出形成されて被覆が形成されている多心ケーブルが開示されている。

米国特許第８９８１２１６号明細書特開２０１５－７２７７２号公報

Ｓｃｄ２１の伝送において、シールド層と二本の絶縁電線の位置関係がケーブルの長さ方向にずれると、ケーブルのインピーダンスが長さ方向に変化する場合がある。このような、ケーブルのインピーダンスの変化により、差動モードの入力信号に対するコモンモードの出力量（Ｓｃｄ２１）が大きくなることがある。

本発明は、差動信号の伝送において、差動モードの入力信号に対するコモンモードの出力量（Ｓｃｄ２１）を小さくできる二芯平行ケーブルを提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る二芯平行ケーブルは、導体の周囲に絶縁層を有する一対の絶縁電線と、
前記一対の絶縁電線に接触して前記絶縁電線を一括被覆している被覆樹脂層と、
前記被覆樹脂層の外側に前記被覆樹脂層に接触して配置され、金属層を含むシールド層と、
を備え、
前記絶縁電線が互いに接触して撚られずに平行に並べられ、前記被覆樹脂層が樹脂が押し出されたものである。

本発明によれば、差動信号の伝送において、差動モードの入力信号に対するコモンモードの出力量（Ｓｃｄ２１）を小さくすることができる。

第一実施形態に係る二芯平行ケーブルの構成を示す斜視図である。図１の二芯平行ケーブルの長さ方向に直交する断面図である。第二実施形態に係る二芯平行ケーブルの構成を示す斜視図である。図３の二芯平行ケーブルの長さ方向に直交する断面図である。第二実施例の二芯平行ケーブルの長さ方向に直交する断面図である。比較例の二芯平行ケーブルの長さ方向に直交する断面図である。実施例１、２および比較例のシミュレーション結果（Ｓｃｄ２１）である。実施例１、２および比較例のシミュレーション結果（Ｓｄｄ２１）である。

［本発明の実施形態の説明］
最初に本発明の実施形態を列記して説明する。
本発明の実施形態に係る二芯平行ケーブルは、
（１）導体の周囲に絶縁層を有する一対の絶縁電線と、
前記一対の絶縁電線に接触して前記絶縁電線を一括被覆している被覆樹脂層と、
前記被覆樹脂層の外側に前記被覆樹脂層に接触して配置され、金属層を含むシールド層と、
を備え、
前記絶縁電線が互いに接触して撚られずに平行に並べられ、前記被覆樹脂層が樹脂が押し出されたものである。
一対の絶縁電線が被覆樹脂層によって被覆されているので、絶縁電線同士がずれにくく、被覆樹脂層の外側に配置されたシールド層との位置関係が安定する。よって、二芯平行ケーブルのインピーダンスがケーブル長さ方向で変化しにくくなる。これにより、上記構成の二芯平行ケーブルは、差動信号の伝送において、差動モードの入力信号に対するコモンモードの出力量（Ｓｃｄ２１）を小さくできる。

（２）前記被覆樹脂層は、前記絶縁電線の前記絶縁層との間を隙間なく被覆している。
一対の絶縁電線が被覆樹脂層によって隙間なく被覆されているので、絶縁電線同士がさらにずれにくくなる。

（３）前記被覆樹脂層を構成する第一樹脂と前記絶縁電線の前記絶縁層を構成する第二樹脂とは異なる特性を有する樹脂であり、
前記第一樹脂は、前記第二樹脂よりも機械的強度が大きく、
前記第二樹脂は、前記第一樹脂よりも誘電率が小さい。
被覆樹脂層の樹脂は、機械的強度が大きいので内部の絶縁電線を保護し易くすることができる。また、絶縁電線の絶縁層は、誘電率が小さい樹脂であるので、絶縁電線の導体間の電気的特性を所望の値に調整し易くすることができる。また、絶縁電線の導体間の絶縁層を薄くすることができる。

（４）前記シールド層の金属層と電気的に接触するように配置されているドレイン線を有する。
ドレイン線を外部のグランド端子に接続することにより、二芯平行ケーブルのシールド層を容易に接地することができる。

（５）前記ドレイン線が、前記シールド層の外側にある。
シールド層が樹脂被覆層に密着できて、インピーダンスが安定する。

（６）前記シールド層および前記ドレイン線の外側に設けられた絶縁性のジャケット層を有する。
シールド層およびドレイン線の外側に絶縁性のジャケット層を設けることにより、シールド層の絶縁が可能になると共に、ケーブルの機械強度を高め、また、耐水性のあるケーブルとすることができる。

［本発明の実施形態の詳細］
本発明の実施形態に係る二芯平行ケーブルの具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。
なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

（第一実施形態）
図１および図２に示すように、二芯平行ケーブル１は、互いに接触して撚られずに平行に並べられた一対の絶縁電線２と、一対の絶縁電線２を被覆している被覆樹脂層３とを備えている。被覆樹脂層３は絶縁電線２に接触している。
また、二芯平行ケーブル１は、被覆樹脂層３の外側にシールド層４と、シールド層４の外側に配置されているドレイン線５と、シールド層４およびドレイン線５の周囲に設けられたジャケット層６とを備えている。

絶縁電線２は、中央部に設けられている信号導体（導体）２１と、信号導体２１の周囲を被覆する絶縁層２２とで構成されている。信号導体２１は、例えば銅やアルミニウムなどの導体、錫や銀などでメッキされた導体等で形成された単線または撚り線である。絶縁層２２は、例えば、ＬＤＰＥ（低密度ポリエチレン）樹脂等で形成されている。
信号導体２１に用いられる上記導体の寸法は、ＡＷＧ（ＡｍｅｒｉｃａｎＷｉｒｅＧａｕｇｅ）の規格において、例えばＡＷＧ３８～ＡＷＧ２２である。絶縁層２２は、例えばポリエチレン（ＰＥ）、エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、フッ素樹脂等で形成されている。絶縁電線２の外径は、例えば０．３ｍｍ～３．０ｍｍ程度であり、例えばＡＷＧ３０の信号導体２１を用いた場合は、０．９ｍｍ程度である。

被覆樹脂層３は、例えば、充実押出成形によって、一対の絶縁電線２を一体的に被覆するように形成されている。この充実押出成形は、例えば、絶縁電線２の絶縁層２２と、被覆樹脂層３となる溶融状態のＨＤＰＥ（高密度ポリエチレン）樹脂等と、を金型（図示せず）内において加圧状態で接触させて、金型から押し出すことにより成形を行う。充実押出成形を行うことにより、図２に示ように、一対の絶縁電線２が被覆樹脂層３に隙間なく接した状態で密着する。

被覆樹脂層３を構成する樹脂（以下、第二樹脂とも称する）は、絶縁層２２を構成する樹脂（以下、第一樹脂とも称する）と種類の異なる樹脂とすることができる。例えば、上記の第二樹脂は、第一樹脂とは電気特性や機械強度などが異なる樹脂とすることができる。

例えば、第一樹脂は第二樹脂よりも機械的強度が大きく、また、第二樹脂は第一樹脂よりも誘電率が小さい樹脂としてもよい。例えば、第一樹脂は、電気特性が優れる低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）樹脂とし、第二樹脂は、機械強度が優れる高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）樹脂などとする。この場合は、第二樹脂（被覆樹脂層３の樹脂）は、機械強度が大きいので内部の絶縁電線２を保護し易くすることができる。また、第一樹脂（絶縁層２２の樹脂）は、誘電率が小さい樹脂であるので、一対の絶縁電線２の信号導体２１間の電気的特性を所望の値に調整し易くすることができる。

なお、第一樹脂および第二樹脂は、上述したもの以外の樹脂を用いてもよく、第一樹脂および第二樹脂の材質を適宜調整することにより、二芯平行ケーブル１の電気的特性、機械的特性、外径等を所望のものに調整することができる。

なお、第一樹脂と第二樹脂を同じ種類の樹脂としてもよい。この場合は、単一の樹脂を用意すればよいので、複数の種類の樹脂をそれぞれ用意するよりも、コストを低くすることができる。

シールド層４は、例えば銅またはアルミニウムなどの金属層４ａをＰＥＴ等の樹脂テープに接着または蒸着した金属層付樹脂テープで形成されている。
シールド層４の厚さは、例えば１０μｍ～５０μｍ程度であり、金属層４ａの厚さは、例えば０．１μｍ～２０μｍ程度である。なお、シールド層４には、例えば両面が金属で構成される金属テープや樹脂テープの両面に金属テープが貼られたまたは蒸着された金属層付樹脂テープを用いるようにしてもよい。
シールド層４は、例えば、被覆樹脂層３の外側に縦添えで巻かれている。縦添え巻きされたシールド層４は、重ね目になる部分に接着剤が付いているのが好ましい。重なり部分が接着剤で固着され、巻かれた形状が維持される。また、シールド層４は、金属層４ａが外側に配置されるように巻かれている。

ドレイン線５は、例えば、図１および図２に示す例では、二芯平行ケーブル１の長さ方向に直交する方向（図２の横方向）の左右の横側面にそれぞれ縦添えされている。なお、ドレイン線５が縦添えされている位置は、横側面以外の箇所でもよい。図２に示す断面図において、ケーブル中心について点対称な位置に二本のドレイン線５を配置するのが好ましい。また、ドレイン線５は、図１および図２に示す例のように、２本でなくてもよく、１本のみまたは３本以上であってもよい。ドレイン線５は、金属層４ａと電気的に接触するように設けられている。図１および図２に示す例では、ドレイン線５は、シールド層４の外側に配置されている。なお、ドレイン線５が、シールド層４の内側に配置される場合は、金属層４ａは、シールド層４の内側に配置される。ドレイン線５の外径は例えば０．０８ｍｍ～０．８ｍｍ程度である。

ドレイン線５は、二芯平行ケーブル１の外部のグランド端子等に接続することにより、二芯平行ケーブル１のシールド層を容易に接地することができる。また、ドレイン線が、シールド層４の外側に配置されている場合は、シールド層４が被覆樹脂層３に密着できて、二芯平行ケーブル１のインピーダンスがケーブルの長さ方向に安定する。

ジャケット層６は、例えば、ＰＥＴ、ＰＶＣ等の樹脂テープが巻き付けられて形成された絶縁層である。ジャケット層６は、複数の層で形成されていてもよい。また、ジャケット層６は、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、フッ素樹脂等の熱可塑性樹脂を押出成形により形成するようにしてもよい。

上記の第一実施形態の二芯平行ケーブル１によれば、一対の絶縁電線２が被覆樹脂層３によって被覆されているので、絶縁電線２同士がずれにくく、被覆樹脂層３の外側に配置されたシールド層４との位置関係が安定する。よって、二芯平行ケーブル１のインピーダンスがケーブル長さ方向で変化しにくくなる。これにより、二芯平行ケーブル１は、差動信号の伝送において、差動モードの入力信号に対するコモンモードの出力量（Ｓｃｄ２１）を小さくできる。
また、充実押出成形を行うことにより、一対の絶縁電線２が被覆樹脂層３に隙間なく接した状態で密着するので、絶縁電線同士がさらにずれにくくなる。

二芯平行ケーブル１のような結合型ケーブルは、一対の信号線（信号導体２１）間のインピーダンスＺ１と、各信号線（信号導体２１）のグランド（シールド層４）に対するインピーダンスＺ２，Ｚ３とによって、特性インピーダンスが決定される。すなわち、上記の各インピーダンスＺ１，Ｚ２，Ｚ３を調整することにより、二芯平行ケーブル１の特性インピーダンスを所定の値（例えば、１００Ω）にすることができる。本実施形態は、絶縁電線２の絶縁層２２とシールド層４との間に被覆樹脂層３が設けられているので、信号導体２１とシールド層４との間のインピーダンスＺ２，Ｚ３は、絶縁層２２を薄くしても被覆樹脂層３で補償（例えば、厚くするなど）して大きくすることができる。絶縁層２２を薄くすれば、信号導体２１同士を近づけることができるので、信号導体２１間の電磁界的な結合（カップリング）を強くして、伝送特性を良くすることができる。

また、二芯平行ケーブル１は、例えば、特許文献１に開示されたケーブルのように、一対の絶縁電線が撚られているケーブルよりも高周波信号の損失が少なく高周波伝送の特性が優れている。

また、シールド層４およびドレイン線５の外側に絶縁性のジャケット層６が設けられている場合は、シールド層４を絶縁することができるとともに、ケーブルの機械強度を高め、また、耐水性のある二芯平行ケーブル１とすることができる。

（第二実施形態）
図３および図４に示すように、二芯平行ケーブル１１は、互いに接触して撚られずに平行に並べられた一対の絶縁電線２と、一対の絶縁電線２を被覆している被覆樹脂層１３とを備えている。
また、二芯平行ケーブル１１は、被覆樹脂層１３の外側にシールド層４と、シールド層４の外側に配置されているドレイン線５と、シールド層４およびドレイン線５の周囲に設けられたジャケット層６とを備えている。
なお、上述した第一実施形態と同一番号を付した部分については、同じ構成であるため、繰り返しとなる説明は省略する。

第二実施形態の被覆樹脂層１３は、例えば、引き落とし押出成形によって、一対の絶縁電線２を一体的に被覆するように形成されている。この引き落とし押出成形は、例えば、被覆樹脂層１３となる溶融状態のＨＤＰＥ（高密度ポリエチレン）樹脂等が金型（図示せず）を出た後に縮径して、絶縁電線２の絶縁層２２と金型の外部で接触するようにして成形を行う。このような引き落とし押出成形を行うことにより、一対の絶縁電線２は被覆樹脂層に密着するが、図４に示ように、一対の絶縁電線２と被覆樹脂層１３との間の一部に隙間が生じた状態となる。

被覆樹脂層１３を構成する樹脂は、第一実施形態の被覆樹脂層３と同様に、絶縁層２２を構成する樹脂と種類の異なる樹脂とすることができ、その組み合わせ等は、第一実施形態と同様にすることができる。
また、第一実施形態と同様に、被覆樹脂層１３を構成する樹脂と絶縁層２２の樹脂とを同じ種類の樹脂としてもよい。

第二実施形態の二芯平行ケーブル１１によれば、前述の第一実施形態と同様の効果を得ることができる。

実施例及び比較例の二芯平行ケーブルにおけるＳｃｄ２１およびＳｄｄ２１の解析結果について説明する。
なお、Ｓｃｄ２１は、ポート１（一方の信号導体２１）からポート２（他方の信号導体２１）における作動モードからコモンモードへの変換量のことであり、ミックスモードＳパラメータの１つである。
また、Ｓｄｄ２１は、ポート１（一方の信号導体２１）およびポート２（他方の信号導体２１）の両端が差動モードの場合（通常の平衡伝送で使うとき）の出力量である。

（実施例１）
実施例１の二芯平行ケーブル１の構成は、図１，図２に示した第一実施形態の構成であり、下記のように設定した。
ＡＷＧ２８（導体断面積０．０８９ｍｍ^２）の信号導体２１を有する直径０．９６ｍｍの絶縁電線２を二本平行に並べたものとした。絶縁電線２の絶縁層２２の厚さおよび被覆樹脂層３の厚さは、二芯平行ケーブル１の特性インピーダンスが１００Ωとなる厚さとした。
銅の金属層４ａが設けられたシールド層４を、金属層４ａが外側に配置されるようにして、被覆樹脂層３の周囲に縦添え巻きした。ドレイン線５を縦添えしてシールド層４の外側に配置した。シールド層４およびドレイン線５の外側に絶縁テープを螺旋状に巻き、ジャケット層６とした。
上記構成の二芯平行ケーブル１に対して、１ＧＨｚから２０ＧＨｚの高周波信号を伝送するシミュレーションを実施し、Ｓｃｄ２１およびＳｄｄ２１を求めた。

（実施例２）
実施例２の二芯平行ケーブル１Ａは、実施例１の二芯平行ケーブル１に対して、信号導体間の距離を４０％近づけた構成（図５に示す形態）としたものである。
絶縁電線２Ａの信号導体２１Ａは、実施例１と同サイズである。絶縁層２２Ａの厚さおよび被覆樹脂層３Ａの厚さは、二芯平行ケーブル１Ａの特性インピーダンスが１００Ωとなる厚さとした。他の構成は実施例１と同様の構成とした。
上記構成の二芯平行ケーブル１Ａに対して、１ＧＨｚから２０ＧＨｚの高周波信号を伝送するシミュレーションを実施し、Ｓｃｄ２１およびＳｄｄ２１を求めた。

（比較例）
図６に示すように、比較例の二芯平行ケーブル３１は、被覆樹脂層を有していない構成である。このため、絶縁電線３２の絶縁層３２２の周囲に直接シールド層３４が縦添えで巻かれている（なお、３４ａは金属層）。ドレイン線５およびジャケット層６の構成は実施例１と同様である。絶縁電線３２の信号導体３２１は、実施例１と同サイズである。
上記構成の二芯平行ケーブル３１に対して、１ＧＨｚから２０ＧＨｚの高周波信号を伝送するシミュレーションを実施し、Ｓｃｄ２１およびＳｄｄ２１を求めた。

以上の実施例１、２および比較例のシミュレーションで求めたＳｃｄ２１およびＳｄｄ２１の周波数特性の結果を比較した（図７および図８参照）。
図７に示すように、Ｓｃｄ２１は、実施例１，２が比較例よりも良好な結果を得た。Ｓｃｄ２１について、比較例よりも実施例１および実施例２が好ましい。

以上の結果のように、二芯平行ケーブル１，１Ａは、被覆樹脂層を有していない構成の二芯平行ケーブルよりも、Ｓｃｄ２１を小さくすること（伝送特性を良くすること）ができる。
また、二芯平行ケーブル１Ａのように、信号導体同士を近づけると、信号導体間の電磁界的な結合（カップリング）が強くなり、図７および図８に示すように、Ｓｃｄ２１およびＳｄｄ２１についてより伝送特性を良くすることができる。

なお、例えば、特許文献１に開示されたケーブルのように、一対の絶縁電線が撚られている二芯平行ケーブルの場合は、実施例１、２と同様に被覆樹脂層を有する構成としても、実施例１、２の方がＳｃｄの値が良好である。さらにＳｄｄの値も、実施例１、２の方が上記一対の絶縁電線が撚られている二芯平行ケーブルよりも良好である。すなわち、二芯平行ケーブル１，１Ａの方が、一対の絶縁電線が撚られているケーブル二芯平行ケーブルよりも、高周波伝送の特性が優れている。

以上、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ことは当業者にとって明らかである。また、上記説明した構成部材の数、位置、形状等は上記実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等に変更することができる。

１、１１二芯平行ケーブル
２絶縁電線
３、１３被覆樹脂層
４シールド層
４ａ金属層
５ドレイン線
６ジャケット層
２１信号導体（導体）
２２絶縁層

Claims

導体の周囲に絶縁層を有する一対の絶縁電線と、
引き落とし押出成形によって形成され、前記一対の絶縁電線に接触して前記絶縁電線を一括被覆している被覆樹脂層と、
前記被覆樹脂層の外側に前記被覆樹脂層に接触して配置され、金属層を含むシールド層と、
前記シールド層の金属層と電気的に接触する一対のドレイン線と、
を備え、
前記絶縁電線が互いに接触して平行に並べられ、
前記一対の絶縁電線間と前記被覆樹脂層との間に隙間が設けられており、
前記被覆樹脂層の外周の断面形状は、前記被覆樹脂層の外側の方向に膨らんだ二つの円弧部と、前記二つの円弧部の間をつなぐ直線部とで構成された形状であり、
前記シールド層は、前記被覆樹脂層の外側に縦添えで巻かれており、
前記一対のドレイン線は、前記一対の絶縁電線と接触せずに前記金属層の外側に設けられ、かつ、前記二つの円弧部のそれぞれの外周の位置で前記金属層に接触する、
二芯平行ケーブル。
前記シールド層の重なり部分は、断面視における前記一対の絶縁電線の中心を結ぶ直線に垂直かつ前記一対の絶縁電線間の中央を通る直線上に設けられる、
請求項１に記載の二芯平行ケーブル。
前記被覆樹脂層を構成する第一樹脂は、前記絶縁電線の前記絶縁層を構成する第二樹脂よりも機械的強度が大きく、
前記第二樹脂は、前記第一樹脂よりも誘電率が小さい、
請求項１または請求項２に記載の二芯平行ケーブル。
前記シールド層および前記ドレイン線の外側に設けられた絶縁性のジャケット層を有する、
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の二芯平行ケーブル。
前記一対のドレイン線は、断面視における前記二芯平行ケーブルの中心について点対称な位置に設けられている、
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の二芯平行ケーブル。