JP7454528B2 - 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）ケーブル等の通信ケーブルは、サーバどうしの間や、サーバとスイッチとの間、サーバとパーソナルコンピュータとの間等、様々な機器の接続に使用されている。このような通信ケーブルは、ＡＮＳＩ／ＴＩＡ等によって規格が定められており、伝送速度や伝送周波数帯域等によって、複数のカテゴリーに分類されている。

従来、ＡＮＳＩ／ＴＩＡ規格等において、伝送周波数帯域が５００ＭＨｚであるカテゴリー６Ａの規格特性を満たす通信ケーブルが多く開発されてきた。当該通信ケーブルは、複数の対撚線を含むケーブル芯と、これを覆う押巻きと、当該押巻きを覆う遮蔽層と、遮蔽層を覆う外被とを有することが一般的である（例えば特許文献１）。当該通信ケーブルでは、通常、ケーブル芯が１００ｍｍ程度のピッチで撚られている。また、上記遮蔽層としては、強度等の観点で、ポリエチレンテレフタレート（以下、「ＰＥＴ」とも称する）フィルム上にアルミニウム層が配置された積層テープが多く使用されている。

一方で近年、ＡＮＳＩ／ＴＩＡ規格等において、伝送周波数帯域が２０００ＭＨｚであるカテゴリー８規格が制定された。

特開２０１０－２３２０９２号公報

上記カテゴリー８規格を満たす通信ケーブルには、カテゴリー６Ａ等より高い周波数での電気特性の安定が求められ、特に周波数１０００ＭＨｚ以上の領域でも電気特性が優れることが求められる。しかしながら、従来の通信ケーブルでは、入力インピーダンス（Ｚｉｎ）や反射減衰量（ＲＬ）の周波数１０００ＭＨｚ超２０００ＭＨｚ以下の領域にスパイク部が生じやすかった。「スパイク部」とは波形の急激な乱れをいう。また、周波数１０００ＭＨｚ超の領域においては、挿入損失量（ＩＬ）や近端漏話減衰量（ＮＥＸＴ）等が、カテゴリー８規格を満たすことも難しかった。

本発明の主な目的は、カテゴリー８規格に対応しうる通信ケーブルであって２０００ＭＨｚの高周波数帯域においても電気特性が安定する通信ケーブルを提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明は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遮蔽テープとを備え、前記ケーブル芯の撚りピッチが４０ｍｍ以上５０ｍｍ以下であり、前記遮蔽テープがアルミ箔テープである、通信ケーブルを提供する。

本発明の通信ケーブルによれば、カテゴリー８規格に対応可能であって２０００ＭＨｚの高周波数帯域においても電気特性を安定させることができる。

本発明の一実施形態に係る通信ケーブルの概略断面図である。 図２Ａは従来の通信ケーブルの入力インピーダンス（Ｚｉｎ）を示すグラフであり、図２Ｂは当該通信ケーブルの反射減衰量（ＲＬ）を示すグラフである。 図３Ａは従来の通信ケーブルの長さ方向と平行な断面における遮蔽テープの模式図であり、図３Ｂは当該通信ケーブルの側面図である。 図４Ａは本発明の一実施形態に係る通信ケーブルの長さ方向と平行な断面における遮蔽テープの模式図であり、図４Ｂは当該通信ケーブルの側面図である。 図５Ａは本発明の一実施形態に係る通信ケーブルの入力インピーダンス（Ｚｉｎ）を示すグラフであり、図５Ｂは当該通信ケーブルの反射減衰量（ＲＬ）を示すグラフである。

本発明の通信ケーブルは、いわゆるＬＡＮ用ツイストペアケーブルとして非常に有用である。ただし、本発明の通信ケーブルの用途は、当該用途に限定されない。また、本発明の通信ケーブルの一実施形態について、図面を参照しながら説明するが、本発明の通信ケーブルは当該実施形態に限定されない。

本発明の一実施形態に係る通信ケーブル１の、長さ方向に垂直な断面図を図１に示す。本実施形態の通信ケーブル１は、ケーブル芯１０と、押巻き２０と、遮蔽テープ３０と、外被４０と、を有する。

従来公知の通信ケーブルでは、ケーブル芯の撚りピッチが１００ｍｍ程度であり、かつ遮蔽テープとして、ＰＥＴフィルムとアルミニウム層との積層テープが多く用いられてきた。なお、本明細書における「撚りピッチ」とは、ケーブル芯が３６０°回転するまでに要する通信ケーブルの長さ方向の距離をいい、ケーブル芯に後述の十字介在が含まれる場合は当該十字介在が３６０°回転するまでに要する通信ケーブルの長さ方向の距離をいう。上記構造の従来の通信ケーブルでは、高周波領域において、電気特性を安定に維持することが難しかった。

これに対し、本発明者らが鋭意検討したところ、ケーブル芯１０の撚りピッチが５０ｍｍ以下であり、かつ遮蔽テープ３０がアルミ箔テープであると、周波数１０００ＭＨｚ超２０００ＭＨｚ以下の領域でも、電気特性が非常に安定となり、例えばカテゴリー８の規格にも対応可能な通信ケーブルが得られることが明らかとなった。

まず、本発明者らの検討により、入力インピーダンス（Ｚｉｎ）や反射減衰量（ＲＬ）に生じるスパイク部の周波数と、ケーブル芯の撚りピッチとの間には、密接な関係があることが実証された。例えば、撚りピッチが９０ｍｍの通信ケーブルでは、入力インピーダンス（Ｚｉｎ）や反射減衰量（ＲＬ）の周波数１１０９ＭＨｚ付近に、スパイク部が生じた。当該通信ケーブルの撚りピッチを１１０ｍｍとしたところ、上記スパイク部の周波数は９１１ＭＨｚ付近となった。また、当該通信ケーブルの撚りピッチを１３０ｍｍとしたところ、上記スパイク部の周波数は７７７ＭＨｚ付近となった。さらに、当該通信ケーブルの撚りピッチを５０ｍｍとしたところ、上記スパイク部が周波数２０５０ＭＨｚ付近となった。つまり、撚りピッチを小さくするほど、スパイク部の周波数が高まった。そして、撚りピッチが５０ｍｍ以下であると、周波数２０００ＭＨｚ以下にスパイク部が生じ難くなった。

その理由は、以下のように考えられる。一般的に、波長＝波の速さ／周波数で表現され、ケーブル内を伝わる信号の周波数と波長との間にも、当該関係が成り立つ。ここで、ケーブル内を伝わる信号の速さは、光速×ＮＶＰで表され、ＮＶＰ(Ｎｏｍｉｎａｌ Ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｏｆ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ）は０．７程度である。そこで、これを上記式（波長＝波の速さ／周波数）に当てはめると、周波数２０００ＭＨｚの電気信号の波長は、３００，０００，０００［ｍ／ｓ］×０．７／２［ＧＨｚ］＝１０５ｍｍとなる。ここで、ケーブル内を伝わる信号の波長が、撚りピッチの整数倍（ここでは２倍）に相当すると、これらが共振し、スパイク部が生じやすくなると考えられる。そこで撚りピッチを、周波数２０００ＭＨｚのときの信号の波長の1／２（＝５２．５ｍｍ）未満である５０ｍｍ以下とすれば、周波数２０００ＭＨｚ以下の領域で上記共振が生じ難くなり、スパイク部が生じ難くなると考えられる。

一方で、ケーブル芯の撚りピッチを５０ｍｍ以下とすると、上述のように、最大のスパイク部は周波数２０００ＭＨｚ超の領域に移行し概ね抑制できるものの、例えば図２Ａの入力インピーダンス（Ｚｉｎ）のグラフや、図２Ｂの反射減衰量（ＲＬ）のグラフに示すように、周波数１２００ＭＨｚ付近にスパイク部が残ることも確認された。また、ケーブル芯の撚りピッチを５０ｍｍ以下としただけでは、挿入損失量（ＩＬ）や近端漏話減衰量（ＮＥＸＴ）等を良好にすることが難しかった。そこで、遮蔽テープ３０を、アルミ箔テープとしたところ、周波数１２００ＭＨｚ付近のスパイク部が消失し、かつ挿入損失量（ＩＬ）や近端漏話減衰量（ＮＥＸＴ）等が良好になった。その理由は、以下のように考えられる。

従来の通信ケーブルの、長さ方向に平行な断面における遮蔽テープ３１０の模式図を図３Ａに示す。また、当該通信ケーブルの側面図（遮蔽テープ３１０を巻きつけた状態）を図３Ｂに示す。当該通信ケーブルでは、遮蔽テープ３１０が、ＰＥＴフィルム３１０ａとアルミニウム層３１０ｂとから構成され、これがらせん状に、かつ一定の幅ずつ重なるように、巻き付けられている。この場合、図３Ａに示すように、遮蔽テープ３１０どうしが重なる部分で、２つのアルミニウム層３１０ｂの間にＰＥＴフィルム３１０ａが配置される。つまり、２つのアルミニウム層３１０ｂ間で電気が導通しない。したがって、図３Ｂに示すように、当該遮蔽テープ３１０に伝搬する電流（図３ＢにおいてＣで表す点線）は、遮蔽テープ３１０の巻き付け方向に沿って、らせん状に流れる。その結果、遮蔽テープ３１０を流れる電流と、通信ケーブルの内部を流れる信号とが相互作用し、スパイク部が生じたり、電気特性が改善しなかったりすると考えられる。

本実施形態の通信ケーブルの、長さ方向に平行な断面における遮蔽テープ３０の模式図を図４Ａに示し、当該通信ケーブルの側面図（遮蔽テープ３０を巻きつけた状態）を図４Ｂに示す。本実施形態の通信ケーブルでは、遮蔽テープ３０がアルミ箔テープで構成される。そのため、遮蔽テープ３０をらせん状に、かつ一定の幅ずつ重なるように巻き付けたとしても、遮蔽テープ３０が重なった部分で電気が導通可能である。したがって、当該遮蔽テープ３０に伝搬する電流（図４ＢにおいてＣで表す点線）は、通信ケーブルの長さ方向に直線状に進む。よって、遮蔽テープ３０を流れる電流と、通信ケーブルの内部を流れる信号とが相互作用し難い。その結果、例えば図５Ａの入力インピーダンス（Ｚｉｎ）のグラフや、図５Ｂの反射減衰量（ＲＬ）のグラフに示すように、周波数１２００ＭＨｚ付近のスパイク部が消失し、その他の電気特性も安定になると考えられる。

以下、本実施形態の通信ケーブルのより具体的な構成について説明する。
本実施形態の通信ケーブル１ではケーブル芯１０が、複数対（ここでは４対）の対撚線８と、当該複数の対撚線８を互いに離隔するための十字介在９と、を有する。各対撚線８は、導体２が絶縁体４で被覆された絶縁電線６が、２本撚り合わせられた構成を有している。通常、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。

ここで、導体２の長さ方向に垂直な断面の直径は特に制限されないが、０．４０５ｍｍ以上０．５１０ｍｍ以下が好ましく、２６～２４ＡＷＧ（Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｗｉｒｅ Ｇａｕｇｅ）に相当する径が好ましい。上述のように、本実施形態では、ケーブル芯１０の撚りピッチが５０ｍｍ以下である。したがって、導体２の直径が上記範囲であると、ケーブル芯１０を無理なく撚ることができる。

また、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どうしを互いに隔離し、これらが接触しないように分離するための部材である。当該十字介在９は、複数の対撚線８を隔離可能であれば、その形状は特に制限されない。また、十字介在９は、ポリエチレン樹脂から構成されている。

上述のように、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。このときの撚りピッチは、５０ｍｍ以下であればよいが、無理なく撚ることができる、または製造上の観点で３０ｍｍ以上５０ｍｍ以下が好ましく、４０ｍｍ以上５０ｍｍ以下がより好ましい。

上記ケーブル芯１０の周囲には、押巻き２０が設置されている。当該押巻き２０は、ケーブル芯１０中の導体２と遮蔽テープ３０との距離を一定に保持するための部材である。押巻き２０の種類は特に制限されないが、本実施形態では、押巻き２０が例えば高密度ポリエチレンテープとすることができる。また、押巻き２０の巻き方は特に制限されず、本実施形態では、ケーブル芯１０の長さ方向に沿って横巻きされている。本明細書において「横巻き」とは、長尺なテープをケーブル芯１０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２０の厚さや枚数は、本実施形態の目的および効果を損なわない範囲であれば特に制限されない。

上記押巻き２０の周囲には、遮蔽テープ３０が設置されている。当該遮蔽テープ３０は、上述のようにアルミ箔テープから構成されている。本明細書における「アルミ箔テープ」とは、アルミニウムのみから構成されるテープをいう。

上記遮蔽テープ３０（アルミ箔テープ）における、厚さは特に制限されないが、３０ｍｍ以上５０ｍｍ以下が好ましく、３５ｍｍ以上４５ｍｍ以下がより好ましい。遮蔽テープ３０の厚さが薄すぎると、強度が不十分になることがあり、一方で厚すぎると、巻き付けにくくなったりすることがある。

また、上記遮蔽テープ３０（アルミ箔テープ）の幅は特に制限されないが、１０ｍｍ以上２０ｍｍ以下が好ましく、１２ｍｍ以上１５ｍｍ以下がより好ましい。遮蔽テープ３０の幅が狭すぎると、巻き付けに時間がかかる。一方、遮蔽テープ３０の幅が広すぎると、取り扱い性が低くなる。

ここで、上記遮蔽テープ３０の巻き方は特に制限されないが、本実施形態では、遮蔽テープ３０がケーブル芯１０の長さ方向に沿って横巻きされていることが好ましい。本実施形態では、遮蔽テープ３０が一定の幅で重なるように、巻き付けられている。

遮蔽テープ３０を巻き付ける際の、遮蔽テープ３０の重ね幅は、遮蔽テープ３０の幅の１／４以上１／２程度が好ましい。またこのときの巻付ピッチは、１０．０ｍｍ以上１３．５ｍｍ以下が好ましい。重ね幅や巻付ピッチを当該範囲とすると、通信ケーブル１の性能がより安定しやすくなる。なお、巻付ピッチとは、遮蔽テープ３０を押巻き２０の周囲にらせん状に巻き付ける際、押巻き２０を一周（３６０°）させるために必要な遮蔽テープ３０の長さをいう。

また、遮蔽テープ３０の外周には、外被４０が形成されている。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、遮蔽テープ３０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。

次に上述の通信ケーブル１の製造方法について説明する。
まず、導体２として、軟銅線の単線を準備する。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で被覆して、絶縁電線６を形成する。続いて、２本の絶縁電線６を撚り合わせ対撚線８を形成し、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、ケーブル芯１０を所定のピッチ（本実施形態では、５０ｍｍ以下のピッチ）で撚り、押巻き２０（高密度ポリエチレンテープ）をケーブル芯１０に横巻きする。

当該押巻き２０の周囲に、遮蔽テープ３０（アルミ箔テープ）を、上述の巻付ピッチおよび重ね幅で横巻きする。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で被覆する。これにより、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、高い周波数でも電気特性が安定であり、例えばカテゴリー８の規格も満足しうる通信ケーブルが得られる。
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）実験例１
(１．１)サンプル１
導体として、外径０．５８５ｍｍ（ＡＷＧ２３）の軟銅線（単線）を準備した。そして、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た。その後、外径１ｍｍの絶縁電線を２本撚り合わせ、外径２ｍｍ程度の対撚線を形成した。続いて、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、当該ケーブル芯をピッチ９０ｍｍで撚った。

その後、押巻き（高密度ポリエチレンテープ）を３枚準備し、上記ケーブル芯に横巻きした。さらに、遮蔽テープとしてＡｌ／ＰＥＴテープ（Ａｌ厚さ３０μｍ、ＰＥＴ厚さ１２μｍ、幅２０ｍｍ）を準備し、これを押巻きの周囲に横巻きした。このとき、巻付ピッチは１８．９ｍｍとし、５ｍｍ（１／４ラップ）ずつ重ねて巻き付けた。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８．８ｍｍ程度の通信ケーブルを製造した。

(１．２)サンプル２～６
サンプル１において、ケーブル芯の撚りピッチを下記表１に示すように変更した。
それ以外は、サンプル１と同様に通信ケーブルを製造した。

（１．３）評価
各サンプルを３０ｍ切り出し、各切出し片について、ＬＡＮケーブル自動測定機器（ＢＥＴＡ ＬＡＳＥＲ ＭＩＫＥ社製ＥＳ－２Ｇ）を用いて、入力インピーダンス（Ｚｉｎ）、反射減衰量（ＲＬ）、挿入損失（ＩＬ）および近端漏話減衰量（ＮＥＸＴ）を測定し以下の基準で評価した。

・Ｚｉｎ高周波スパイク
〇：１０００ＭＨｚ超の周波数帯域でスパイク部が確認されない
×：１０００ＭＨｚ超の周波数帯域でスパイク部が確認される

・ＲＬ
〇：ＡＮＳＩ／ＴＩＡ規格のカテゴリー８規格を満たしている
×：ＡＮＳＩ／ＴＩＡ規格のカテゴリー８規格を満たさない
・ＲＬ高周波スパイク
〇：１０００ＭＨｚ超の周波数帯域でスパイク部が確認されない
×：１０００ＭＨｚ超の周波数帯域でスパイク部が確認される

・ＩＬ
〇：ＡＮＳＩ／ＴＩＡ規格のカテゴリー８規格を満たしている
×：ＡＮＳＩ／ＴＩＡ規格のカテゴリー８規格を満たさない
・ＩＬ高周波スパイク
〇：１０００ＭＨｚ超の周波数帯域でスパイク部が確認されない
×：１０００ＭＨｚ超の周波数帯域でスパイク部が確認される

・ＮＥＸＴ
〇：ＡＮＳＩ／ＴＩＡ規格のカテゴリー８規格を満たしている
×：ＡＮＳＩ／ＴＩＡ規格のカテゴリー８規格を満たさない

サンプル１～３とサンプル４～６との比較から、ケーブル芯の撚りピッチを短く変更することで、入力インピーダンス（Ｚｉｎ）および反射減衰量（ＲＬ）の高周波スパイク部（最大のスパイク部）が高周波数側に移動することが確認された。ただし、上記表１に示すように、サンプル１～６のいずれにおいても、入力インピーダンス（Ｚｉｎ）、反射減衰量（ＲＬ）、挿入損失量（ＩＬ）のいずれもが、所望の基準を満たさなかった。

（２）実験例２
（２．１）サンプル７
サンプル１において、導体として外径０．５１０ｍｍ（２４ＡＷＧ）の軟銅線（単線）を使用し、ケーブル芯の撚りピッチを４０ｍとし、押巻きとして高密度ポリエチレンテープを２枚使用した。
それ以外は、サンプル１と同様に通信ケーブルを作製した。

（２．２）サンプル８
サンプル７において、押巻きとして高密度ポリエチレンテープを１枚使用し、遮蔽テープの巻付ピッチを表２に示すように変更した。
それ以外は、サンプル７と同様に通信ケーブルを作製した。

（２．３）サンプル９および１０
サンプル８において、ケーブル芯の撚りピッチを表２に示すように変更した。
それ以外は、サンプル８と同様に通信ケーブルを作製した。

（２．４）サンプル１１
サンプル８において、遮蔽テープの幅および巻付ピッチを表２に示すように変更した。
それ以外は、サンプル８と同様に通信ケーブルを作製した。

（２．５）サンプル１２
サンプル１１において、遮蔽テープをアルミ箔テープ（厚さ４０μｍ）に変更した。
それ以外は、サンプル１１と同様に通信ケーブルを作製した。

（２．６）サンプル１３および１４
サンプル１２において、遮蔽テープの幅および巻付ピッチを表２に示すように変更した。それ以外は、サンプル１２と同様に通信ケーブルを作製した。

（２．７）評価
各サンプルを３０ｍ切り出し、各切出し片について、上記と同様に入力インピーダンス（Ｚｉｎ）、反射減衰量（ＲＬ）、挿入損失（ＩＬ）および近端漏話減衰量（ＮＥＸＴ）を測定し評価した。

上記表２に示されるように、ケーブル芯の撚りピッチを５０ｍｍ以下にするだけでなく、遮蔽テープをアルミ箔に変更することで、各スパイク部が消失し、入力インピーダンス（Ｚｉｎ）、反射減衰量（ＲＬ）および挿入損失量（ＩＬ）がいずれも良好な結果となった。

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
３０ 遮蔽テープ
４０ 外被
３１０ 遮蔽テープ
３１０ａ ＰＥＴフィルム
３１０ｂ アルミニウム層

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遮蔽テープとを備え、
   前記ケーブル芯の撚りピッチが４０ｍｍ以上５０ｍｍ以下であり、
   前記遮蔽テープがアルミ箔テープである、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、
   前記遮蔽テープがらせん状に巻き付けられており、
   前記遮蔽テープの巻付ピッチが１０ｍｍ以上１３．５ｍｍ以下である、通信ケーブル。
3. 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遮蔽テープとを備える通信ケーブルの製造方法であって、
   前記ケーブル芯を４０ｍｍ以上５０ｍｍ以下のピッチで撚る工程と、
   前記遮蔽テープとしてアルミ箔テープを準備し当該遮蔽テープを前記ケーブル芯に横巻きする工程とを備える、通信ケーブルの製造方法。
4. 請求項３に記載の通信ケーブルの製造方法において、
   前記遮蔽テープを横巻きする工程では、前記遮蔽テープを巻付ピッチ１０ｍｍ以上１３．
   ５ｍｍ以下で前記ケーブル芯にらせん状に巻き付ける、通信ケーブルの製造方法。