JP7331042B2 - 通信ケーブルおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は通信ケーブルおよびその製造方法に関する。

ＬＡＮ（Local Area Network）などで使用する通信ケーブルでは、導体を樹脂で絶縁した絶縁心線を２本または４本撚り合わせ、これを１対または複数対束ねた上で外側をシースで被覆している。周囲環境からケーブルへのノイズの侵入を抑制したり、ケーブルから放射されるノイズを抑制したりする場合は、遮蔽テープも増設し巻き付けている。

かかる通信ケーブルでは、導体と遮蔽テープとは銅やアルミニウム箔などが用いられ共に金属で構成される。これらが近接するとデータ伝送の妨げとなるため、導体と遮蔽テープとの間に押巻きや内被などを介在させ一定の距離を確保している。
特許文献１では特に、押巻きを、その始端と終端とが重ならないようにかつ始端と終端との間隔が対撚径（対撚線の外径）以内となるように巻き、対の減衰量や対間の漏話減衰量の増大を抑えている。

技術的見地から考察すると、上記構造の通信ケーブルの静電容量Ｃは式１のとおりＫａｄｅｎの式から導かれ、当該式中の各係数は式２で表現される。式１中、「ε」は絶縁体の誘電率を示す。式２中、「２α」は導体中心間距離（ｍｍ）、「ｄ」はシース厚さ（ｍｍ）、「ｅ」は等価半径（ｍｍ）、「γ_ｃ」は導体半径（ｍｍ）、「γ_ｓ」はシース内半径（ｍｍ）をそれぞれ示す。
かかる関係性から、導体と遮蔽テープとの距離が近接するほど（押巻きの厚さが薄くなるほど）、係数Ｂおよび係数Ｆが小さくなり、静電容量Ｃが大きくなる。

静電容量Ｃが大きくなると、式３の特性インピーダンスＺ_０は小さく（ＬＡＮ用メタルケーブルの特性インピーダンスは１００Ωが標準である。）、式４の挿入損失αは大きくなる。このように導体と遮蔽テープとの距離は電気特性に影響を及ぼす。
なお、式３中、「Ｌ」は自己インダクタンスを示す。式４中、「Ｒ」は導体抵抗を示し、「Ｌ」は自己インダクタンス（ほぼ一定値）を示す。

特許第５２１１３０４号公報

一方で、導体と遮蔽テープとの間に一定の距離を確保する場合で押巻きを介在させるとき、特許文献１も含め従来の通信ケーブルでは、押巻きとして不織布テープやプラスチックテープなどを使用しこれを絶縁電線の撚線（ケーブル芯）に横巻きしている。「横巻き」とは、長尺なテープをケーブルの長さ方向に沿ってらせん状に巻き付ける意であって、テープの側縁部を先に巻き付けたテープに重ねながら巻き付ける、という意である。
押巻きの横巻き時（テーピング時）においては、（ｉ）テーピング張力が重要な技術要素となりうる。すなわち、テーピング張力を調整できない場合、テーピング張力が変動し、結果的に押巻きの張力にバラツキが生じ、導体と遮蔽テープとの距離が変動する。（ｉｉ）生産性を向上させる場合（テーピング線速を上昇させる場合）、テーピング回転数が上がることでテーピング張力が強くなりケーブル芯を締め付け、結果的に導体と遮蔽テープとの距離が近接してしまう。押巻きの横巻き時の当該問題を解決するには、低張力仕様のテーピング設備が必要になり、高額な設備投資が求められる。
本発明の主な目的は、高額な設備投資をしなくても導体と遮蔽テープとの間に一定の距離を確保し、一定の電気特性を満足しうる通信ケーブルおよ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ため本発明によれば、
複数対の対撚線を含むケーブル芯と、
前記ケーブル芯を被覆する複数枚の押巻きと、
前記押巻きを被覆する遮蔽テープとを備え、
前記各押巻きがケーブル芯に対し縦添え巻きされかつその重複枚数がケーブル芯の全周にわたり一定であることを特徴とする通信ケーブルが提供される。

本発明によれば、高額な設備投資をしなくても導体と遮蔽テープとの間に一定の距離が確保され、一定の電気特性を満足させることができる。

通信ケーブルの概略断面図である。 縦添え巻きの態様を説明するための断面図である。 サンプル３の概略断面図である。

以下、本発明の好ましい実施形態にかかる通信ケーブルについて説明する。
当該通信ケーブルはいわゆるＬＡＮ（Local Area Network）用ツイストペアケーブルから構成された通信ケーブルである。

図１に示すとおり、通信ケーブル１は主に、ケーブル芯１０、押巻き２０、遮蔽テープ３０および外被４０を有している。

ケーブル芯１０は主に４対の対撚線８と十字介在９とで構成されている。
各対撚線８は２本の絶縁電線６を撚り合わせた構成を有している。絶縁電線６は導体２を絶縁体４で被覆した構成を有している。導体２は軟銅線から構成され、絶縁体４はポリエチレン樹脂から構成されている。
十字介在９はポリエチレン樹脂から構成されている。十字介在９は通信ケーブル１の長さ方向に延在しており、対撚線８同士を非接触状態で分離している。十字介在９は通信ケーブル１の長さ方向に沿って撚られており、それに伴い対撚線８同士も十字介在９に分離されながら撚られている。

押巻き２０は不織布テープから構成されている。押巻き２０はケーブル芯１０の長さ方向に沿って縦添え巻きされ、ケーブル芯１０の外周を被覆して導体２と遮蔽テープ３０との距離を一定に保持している。「縦添え巻き」とは、横巻きとは対照的な巻き付けであり、長尺なテープをケーブルの長さ方向に沿って配置して両側縁部を内側に包み込むように円筒状に巻き付ける、という意である。縦添え巻きでは、テープの側縁部同士が互いに重なってもよいし突き合わされてもよい。

遮蔽テープ３０はアルミニウム箔（Ａｌ）をポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ；Poly ethylene terephthalate）テープ上に接着した、いわゆるＡｌ／ＰＥＴテープから構成されている。アルミニウム箔部分には導通を遮断するためのスリットが形成されている。遮蔽テープ３０はケーブル芯１０の長さ方向に沿って横巻きされ、押巻き２０の外周を被覆している。
外被４０はポリ塩化ビニル樹脂から構成されている。外被４０はいわゆるシースであって、押巻きの外周を被覆して通信ケーブル１の最外層を形成している。

本実施形態では、図２に示すとおり、押巻き２０として複数枚の不織布テープが使用され、各不織布テープがケーブル芯１０に対し縦添え巻きされかつその重複枚数がケーブル芯１０の全周にわたり一定である。当該縦添え巻きの態様は図２Ａまたは図２Ｂのとおりである。
図２Ａの縦添え巻きの態様では、押巻き２０としてケーブル芯１０の外周長の１．５倍程度の幅を有する２枚の不織布テープ２２、２４を準備し、１枚目の不織布テープ２２をケーブル芯１０に縦添え巻きし、引き続き２枚目の不織布テープ２４を１枚目の不織布テープ２２に縦添え巻きする。かかる場合、１枚目の不織布テープ２２の重複部分に対し２枚目の不織布テープ２４の重複部分が半周分ずれる位置で２枚目の不織布テープ２４を縦添え巻きする。かかる構成によれば、ケーブル芯１０の中心から外周に向かういずれの放射方向においても、押巻き２０は３枚分の不織布テープ２２、２４の厚さを有することになる。
図２Ｂの縦添え巻きの態様では、押巻き２０としてケーブル芯１０の外周長と同程度の幅を有する２枚の不織布テープ２６、２８を準備し、１枚目の不織布テープ２６をケーブル芯１０に縦添え巻きし、引き続き２枚目の不織布テープ２８を１枚目の不織布テープ２８に縦添え巻きする。かかる場合、１枚目の不織布テープ２６でも２枚目の不織布テープ２８でも側縁部同士を突き合わせ、１枚目の不織布テープ２６の突合せ部分に対し２枚目の不織布テープ２８の突合せ部分がずれる位置で２枚目の不織布テープ２８を縦添え巻きする。かかる構成によれば、ケーブル芯１０の中心から外周に向かういずれの放射方向にいても、押巻き２０は２枚分の不織布テープ２６、２８の厚さを有することになる。

図２Ａの縦添え巻きの態様においては、導体２と遮蔽テープ３０との間に一定の距離を確保する関係上、１枚目の不織布テープ２２と２枚目の不織布テープ２４との位置関係が重要であって、１枚目の不織布テープ２２の側縁部２２ａと２枚目の不織布テープ２４の側縁部２４ａとを突き合わせる必要があり、これら部位が互いに重なったり過大に離間したりしないように留意する（ただ、２枚目の不織布テープ２４の側縁部２４ｂで多少の段差が形成される可能性はある。）。
他方、図２Ｂの縦添え巻きの態様においては、１枚目の不織布テープ２６と２枚目の不織布テープ２８との位置関係には自由度があり、押巻き２０の厚さも均一であるため、電気特性が安定しうる。図２Ａおよび図２Ｂの縦添え巻きの態様では、図２Ｂの縦添え巻きの態様のほうが好ましい。
なお、図２Ａおよび図２Ｂの縦添え巻きの態様は一例であって、図２Ａおよび図２Ｂの規則性が３枚目以降の不織布テープで適用されるのであれば、不織布テープの枚数を増設してもよい。

次に通信ケーブル１の製造方法について説明する。

導体２として、軟銅線の単線を準備する。導体２として、複数本の軟銅線（素線）を撚り合わせた撚線導体を使用してもよい。
その後、導体２を長さ方向に搬送しながらポリエチレン樹脂を押出機のダイスから押し出し、導体２を絶縁体４で被覆し、絶縁電線６を形成する。
その後、２本の絶縁電線６を撚り合わせ対撚線８を形成する。
その後、４対の対撚線８を十字介在９に沿わせてケーブル芯１０を構成する。

その後、押巻き２０として２枚の不織布テープを準備し、１枚目の不織布テープをケーブル芯１０に縦添え巻きし、引き続き２枚目の不織布テープを１枚目の不織布テープに縦添えする。縦添え巻きの態様は図２Ａの態様であってもよいし、図２Ｂの態様であってもよい。

その後、遮蔽テープ３０としてＡｌ／ＰＥＴテープを押巻き２０に横巻きする。
その後、押巻き２０および遮蔽テープ３０を巻き付けたケーブル芯１０を長さ方向に搬送しながら、ポリ塩化ビニル樹脂を押出機のダイスから押し出し、遮蔽テープ３０を外被４０で被覆し、通信ケーブル１が製造される。

以上の本実施形態によれば、押巻き２０として２枚の不織布テープを準備し、２枚の不織布テープを図２Ａまたは図２Ｂの態様で縦添え巻きしているため、高額な設備投資をしなくても導体２と遮蔽テープ３０との間に一定の距離が確保され、一定の電気特性を満足させることができる（下記実施例参照）。
２０１５年９月の国連サミットで採択された「持続可能な開発のための２０３０アジェンダ」にて記載された２０３０年までに持続可能でよりよい世界を目指す国際標である持続可能な開発目標（ＳＤＧｓ）の目標４「すべての人に包摂的かつ公正な質の高い教育を確保し、生涯学習の機会を促進する」に貢献することにもつながる。

（１）サンプルの準備
（１．１）サンプル１
導体として、外径０．５５５～０．５７０ｍｍの軟銅線（単線）を準備した。その後、絶縁体の樹脂として高密度ポリエチレンを準備し、これを押出機のダイスから押し出して導体を絶縁体で被覆し、絶縁電線を形成した。その後、２本の絶縁電線を撚り合わせ、外径１ｍｍ程度の対撚線を形成した。その後、長さ５．０ｍｍ×厚さ０．７５ｍｍの十字介在を準備し、４対の対撚線を十字介在に沿わせてケーブル芯を構成した。

その後、押巻きとして厚さの異なる２枚の高密度ポリエチレンテープを準備し、１枚目の高密度ポリエチレンテープ（厚さ０．１５ｍｍ）を１／２ラップでケーブル芯に横巻きし、引き続き２枚目の高密度ポリエチレンテープ（厚さ０．１０ｍｍ）を１／２ラップで１枚目の押巻きに横巻きした。「１／２ラップで」とは、先に横巻きした押巻きに対し、その後に横巻きする押巻きを押巻き幅の１／２ぶん重複させる、という意である。

その後、遮蔽テープとしてＡｌ／ＰＥＴテープを準備し、これを押巻きに横巻きした。その後、外被の樹脂としてポリ塩化ビニルを準備し、これを押出機のダイスから押し出して遮蔽テープを外被で被覆し、外径７．５ｍｍ程度の通信ケーブルを製造した。

（１．２）サンプル２
サンプル１において、押巻きを横巻きする際に低張力仕様のテーピング設備を使用した。それ以外はサンプル１と同様の手法で通信ケーブルを得た。

（１．３）サンプル３
押巻きとして厚さ０．３５ｍｍの不織布テープを１枚準備し、これを１／２ラップでケーブル芯に横巻きした。押巻きを横巻きする際に低張力仕様のテーピング設備を使用した。それ以外はサンプル１と同様の手法で通信ケーブルを得た。

（１．４）サンプル４
押巻きとして厚さ０．１４ｍｍの不織布テープを２枚準備し、１枚目の不織布テープをケーブル芯に縦添え巻きし、引き続き２枚目の不織布テープを１枚目の押巻きに縦添え巻きした。縦添え巻きの態様は図３のとおりとした。それ以外はサンプル１と同様の手法で通信ケーブルを得た。

（１．５）サンプル５
押巻きとして厚さ０．１４ｍｍの不織布テープを２枚準備し、１枚目の不織布テープをケーブル芯に縦添え巻きし、引き続き２枚目の不織布テープを１枚目の押巻きに縦添え巻きした。縦添え巻きの態様は図２Ａのとおりとした。それ以外はサンプル１と同様の手法で通信ケーブルを得た。

（１．６）サンプル６
押巻きとして厚さ０．１４ｍｍの不織布テープを２枚準備し、１枚目の不織布テープをケーブル芯に縦添え巻きし、引き続き２枚目の不織布テープを１枚目の押巻きに縦添え巻きした。縦添え巻きの態様は図２Ｂのとおりとした。それ以外はサンプル１と同様の手法で通信ケーブルを得た。

（２）サンプルの電気的特性試験
各サンプルを２００ｍ切り出し、各切出し片について静電容量、特性インピーダンス、反射減衰量（ＲＬ：Return Loss）、挿入損失および近端漏話減衰量（ＮＥＸＴ：Near End crosstalk）を測定した。測定結果を表１に示す。

（３）まとめ
表１に示すとおり、サンプル１－３から、押巻きを横巻きする際に低張力仕様のテーピング設備を使用すると電気的特性は良好であった。
サンプル２－３、４から、押巻きを図３の態様で縦添え巻きしただけでは電気的特性は一部（挿入損失）良好ではないものの、サンプル２－３、５－６から、押巻きを図２Ａまたは図２Ｂの態様で縦添え巻きすると、低張力仕様のテーピング設備を使用しなくても電気的特性は良好であった。

１ 通信ケーブル
２ 導体
４ 絶縁体
６ 絶縁電線
８ 対撚線
９ 十字介在
１０ ケーブル芯
２０ 押巻き
２２、２４、２６、２８ 不織布テープ
３０ 遮蔽テープ
４０ 外被

Claims (4)

1. 複数対の対撚線を含むケーブル芯と、
   前記ケーブル芯を被覆する複数枚の押巻きと、
   前記押巻きを被覆する遮蔽テープとを備え、
   前記各押巻きがケーブル芯に対し縦添え巻きされかつその重複枚数がケーブル芯の全周
   にわたり一定であることを特徴とする通信ケーブル。
2. 請求項１に記載の通信ケーブルにおいて、
   前記各押巻きが前記ケーブル芯の外周長の１．５倍の幅を有し、
   当該通信ケーブルを断面視した場合に、先に縦添え巻きされた前記押巻きの重複部分に対し、後に縦添え巻きされた前記押巻きの重複部分が半周分ずれていることを特徴とする通信ケーブル。
3. 請求項１に記載の通信ケーブルにおいて、
   前記各押巻きが前記ケーブル芯の外周長と同じ幅を有し、
   当該通信ケーブルを断面視した場合に、先に縦添え巻きされた前記押巻きの側縁部同士の突合せ部分に対し、後に縦添え巻きされた前記押巻きの側縁部同士の突合せ部分がずれていることを特徴とする通信ケーブル。
4. 複数対の対撚線を含むケーブル芯を準備する工程と、
   複数枚の押巻きで前記ケーブル芯を被覆する工程と、
   遮蔽テープで前記押巻きを被覆する工程とを備え、
   前記ケーブル芯を被覆する工程では、前記各押巻きをケーブル芯に対し縦添え巻きしかつその重複枚数をケーブル芯の全周にわたり一定にすることを特徴とする通信ケーブルの製造方法。