JP7474590B2 - 多芯通信ケーブル - Google Patents
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Description
外層集合撚り線20は、その内側には内層集合撚り線10を備え、その外側にシールド層30及び外被シース40を備える。外層集合撚り線20は、2本の同軸電線21,21からなる4組以上の同軸電線組22を含む。この外層集合撚り線20は、同軸電線21,21の間には、信号線として機能する絶縁線25が配置されていてもよい。
同軸電線21は、図1~図3に示すように、中心導体1と、中心導体1の外周に長手方向に連続した絶縁体2と、その絶縁体2の外周に設けられた外部導体3と、その外部導体3の外周に設けられた外被体4とで構成されている。こうした同軸電線21は、外径が0.7~1.0mmの範囲内であることが好ましい。本発明に係る多芯通信ケーブル50は、2本の同軸電線21からなる同軸電線組22を4組以上含み、例えば図1の例では、4組の同軸電線組22かならなる態様を示している。同軸電線組22の数は、少なくとも4組以上の複数であればよく、上限も特に限定されないが、4組~8組程度とすることができる。
中心導体1は、同軸電線21の長手方向に延びる1本の素線で構成される、又は複数本の素線を撚り合わせて構成される。素線は、良導電性金属であればその種類は特に限定されないが、銅線、銅合金線、アルミニウム線、アルミニウム合金線、銅アルミニウム複合線等の良導電性の金属導体、又はそれらの表面にめっき層が施されたものを好ましく挙げることができる。高周波用の観点からは、銅線、銅合金線が特に好ましい。めっき層としては、はんだめっき層、錫めっき層、金めっき層、銀めっき層、ニッケルめっき層等が好ましい。素線の断面形状も特に限定されないが、断面形状が円形又は略円形の線材であってもよいし、角形形状であってもよい。
絶縁体2は、中心導体1の外周に、長手方向に連続して設けられている低誘電率の絶縁層である。この絶縁体2は、中実構造体であってもよいし中空構造体であってもよいし発泡構造体であってもよい。図2(B)と図3に示す中空構造体は、内環状部2B、外環状部2C及びこれらを連結する連結部2Dで構成されたものであって、長手方向に連続する空隙部2Aを有している。空隙部2Aは、絶縁体2の中に連続して設けられているが、その形態は、丸形でも矩形でもよく特に限定されない。特に、内環状部2B、外環状部2C及びこれらを連結する連結部2Dで構成された中空構造体からなる絶縁体2は、空隙部2Aが内環状部2B、外環状部2C及び連結部2Dで囲まれた断面形態になっている。こうした中空構造体は、屈曲時に加わる応力等によっても変形しにくく、高周波特性を安定なものとすることができる。
外部導体3は、絶縁体2の外周に設けられている。外部導体3は、後述する全体を覆うシールド層30とは区別して設けられている。この外部導体3は、金属細線を横巻きしたもので構成されている。外部導体3の厚さは、使用する金属細線の線径や撚り本数によっても異なり、特に限定されない。
外被体4は、外部導体3の外周に設けられ、絶縁性があればその材質は特に限定されない。片面に融着層を設けた樹脂テープを螺旋巻きして設けてもよいし、樹脂を押出して設けてもよい。外被体4の構成樹脂としては、樹脂押出の場合は絶縁体2に適用されている種々のものを使用することができ、例えばPFA、ETFE、FEP等のフッ素系樹脂であってもよいし、塩化ビニル樹脂であってもよいし、ポリエチレン等のポリオレフィン樹脂であってもよいし、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル樹脂であってもよい。外被体4の厚さは、例えば0.1~1.0mm程度の範囲内とすることができる。
外層集合撚り線20には、上記以外の構成として、信号線として機能する絶縁線25、接地線として機能するアース線(図示しない)等が任意に含まれていてもよい。なお、絶縁線25を含ませる場合、図1に示すように、外層用押さえ巻きテープ24に接するように同心円状に配置されることが好ましく、同軸電線組22間に設けてもよいし(図1参照)、1本1本の同軸電線21間に設けてもよい(図示しない)。絶縁線25は、導電性の良い金属導体とその外周に設けられた絶縁層とで構成されたものであれば特に限定されない。金属導体の材質は特に限定されないが、上記した中心導体1で例示したものを挙げることができる。絶縁層の材質も特に限定されないが、一般的な絶縁電線に用いられている樹脂材料であればよい。
外層集合撚り線20は、図1に示すように、上記した同軸電線組22が内層集合撚り線10の外周周上に単層として配置されている。外層集合撚り線20の撚り方向は、内層集合撚り線10の撚り方向と逆になっている。逆方向に撚ることで、外層集合撚り線20は非真円になりにくく、同軸電線組22のスキューもずれにくくなる。その結果、多芯通信ケーブル50を屈曲させても特性の低下が起きにくく、柔軟性が向上した多芯通信ケーブル50となる。こうした多芯通信ケーブル50は、USB Type-C規格に準拠した高速信号伝送用の伝送ケーブルとして好ましく適用される。一方、内層集合撚り線10と外層集合撚り線20の撚り方向を同じにすると、同軸電線組22のスキューがずれて伝送特性が悪くなる。その理由は、内層集合撚り線10の形状が扁平したり凸凹となったりして非真円となりやすくなるためである。
外層用押さえ巻きテープ24は、2以上の同軸電線組22を覆い束ねるように設けられている。外層用押さえ巻きテープ24は、複数の同軸電線組22がばらけないように押さえることができるものであれば特に限定されないが、ポリエステルテープ、紙テープ等を挙げることができ、特に和紙テープを好ましく挙げることができる。これら外層用押さえ巻きテープ24の厚さも特に限定されず、0.003~0.01mmの範囲内であることが好ましい。テープ幅は、巻ピッチ等によって任意に選択される。なお、外層用押さえ巻きテープ24は、同軸電線組22とともに絶縁線25等が必要に応じて設けられている場合には、それらをまとめて巻き押さえるように作用する。この外層用押さえ巻きテープ24により、外層集合撚り線20を束ねることができる。
内層集合撚り線10は、電源線11、グランド線12及び撚り対線13を含む。電源線11は、電力を伝導する線であり、導電性の良い金属導体とその外周に設けられた絶縁層とで構成されたものであれば特に限定されない。金属導体の材質は特に限定されないが、上記した中心導体1で例示したものを挙げることができる。絶縁層の材質も特に限定されないが、一般的な絶縁電線に用いられている樹脂材料であればよい。例えば、ポリウレタン、ポリエステルイミド、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリエステル、ポリフェニルサルファイド(PPS)、ETFEやFEP等のフッ素樹脂等を挙げることができる。図1の例では、2本1組の電源線11が例示されている。グランド線12は、電源線11とともに配線されるものであり、導電性の良い金属導体とその外周に設けられた絶縁層とで構成されたものであれば特に限定されない。それらについては、電源線と同様の材質で構成することができる。図1の例では、2本1組のグランド線12が例示されている。こうした内層集合撚り線10の撚りピッチは、10~40mmの範囲内であることが好ましい。
撚り対線13は、信号線として作用するものである。撚り対線13の構成は、上記絶縁線25と同様、導電性の良い金属導体とその外周に設けられた絶縁層とで構成された2本の絶縁線13a、13bからなるものであれば特に限定されない。各絶縁線13a、13b構成する金属導体の材質は特に限定されず、上記した中心導体1で例示したものを挙げることができる。絶縁層の材質も特に限定されず、一般的な絶縁電線に用いられている樹脂材料であればよい。
撚り対線用シールド層16は、図4に示すように、撚り対線13を覆うように撚り対線13の外周に設けられている。この撚り対線用シールド層16を設けることにより、従来のように内層集合撚り線全体を覆う金属箔、金属編組又は横巻きシールドが不要となる。その結果、多芯通信ケーブル50の柔軟性向上と細径化を実現することができ、屈曲させても特性が劣化しにいという効果を奏する。
ドレン線15は、任意に設けられ、図1及び図4(B)に示すように、撚り対線13とともに撚り対線用シールド層16で覆われていてもよい。ドレン線15は、電源のリターン機能と接地機能という本来機能とともに、撚り対線用シールド層16で覆った撚り対線13の屈曲性と加工性を高めることができる。ドレン線15の構成は、上記絶縁線25と同様、導電性の良い金属導体とその外周に設けられた絶縁層とで構成されたものであれば特に限定されない。金属導体の材質は特に限定されないが、上記した中心導体1で例示したものを挙げることができる。絶縁層の材質も特に限定されないが、一般的な絶縁電線に用いられている樹脂材料であればよい。
電源線11、グランド線12及び撚り対線13は、内層用押さえ巻きテープ14で覆われていることが好ましい。内層用押さえ巻きテープ14としては、電源線11、グランド線12及び撚り対線13がばらけないように押さえることができるものであれば特に限定されないが、例えば、ポリエステルテープ等を好ましく挙げることができる。その厚さも特に限定されず、0.003~0.01mmの範囲内であることが好ましい。こうした内層用押さえ巻きテープ14で巻かれた後の内層集合撚り線10の外径は、その役割や用途に応じて任意に選択され、特に限定されない。なお、テープ幅は、巻ピッチ等によって任意に選択され、特に限定されない。
シールド層30は、外層集合撚り線20の外側を覆っている。シールド層30の構成は特に限定されないが、金属細線を一重又は二重に横巻したものを好ましく挙げることができる。二重横巻きの場合においては、1層目の横巻きと、2層目の横巻きとを同じ方向に1層毎重ねて巻いたものであってもよいし、異なる方向に1層毎重ねて巻いたものであってもよい。逆方向に横巻きすることにより、断線を発生し難くすることができる。シールド層30は、上記中心導体1で例示した金属細線と同様の金属細線を任意に選択して設けることができる。シールド層30の厚さは、シールド性能を発揮できる程度の厚さになっていればよく、特に限定されないが、例えば0.05~0.30mm程度の範囲内である。
外被シース40は、シールド層30の外側を覆っている。外被シース40は、樹脂押し出しでもテープ巻きでもよい。樹脂押し出しした外被シース40は、上記外被体4と同様、絶縁性があればその材質は特に限定されない。例えば、一般に適用されている種々のものを使用することができ、例えばETFE等のフッ素系樹脂であってもよいし、塩化ビニル樹脂であってもよいし、ポリエチレン等のポリオレフィン樹脂であってもよいし、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル樹脂であってもよい。樹脂押し出しした外被シース40の厚さは、例えば0.5~1.5mm程度の範囲内とすることができる。こうした樹脂押し出しシース7を設けることにより、多芯通信ケーブル50の仕上がり外径は特に限定されない。
多芯通信ケーブル50は、その外径が3.8~5.0mmの範囲内であることが好ましい。多芯通信ケーブル50は、USB Type-C規格に準拠した高速信号伝送用の伝送ケーブルとして好ましく適用することができる。特に、外層集合撚り線20の内側に配置された電源線11、グランド線12、及び撚り対線13を含む内層集合撚り線10の外周に編組や横巻きのシールド層が設けられていないので、柔軟性と細径化が阻害されない、屈曲時の伝送特性が良い多芯通信ケーブル50となっている。そのため、10Gbps以上の高速デジタル信号の伝送特性の向上と、細径化と柔軟性の向上を実現できる。
(同軸電線)
先ず、図2(A)に示す形態の同軸電線21を作製した。各同軸電線21について、中心導体1として、直径0.10mmの錫めっき軟銅線を7本撚りしたAWG30(外径約0.3mm)を用いた。次に、中心導体1の外周に、中空構造体用ダイスニップルにて350℃でPFA樹脂(デュポン社製)を押出しして、空隙部2Aが内環状部2B、外環状部2C及び連結部2Dで囲まれた断面形態の図2(B)に示す中空構造体からなる絶縁体2を形成した。この絶縁体2において、内環状部2Bの厚さは0.05mm、外環状部2Cの厚さは0.05mm、連結部2Dの厚さは0.05mmであり、絶縁体全体の外径は0.71mmであり、空隙部2Aの空隙率は絶縁体全体の面積に対して29%であった。なお、空隙部2Aの形状は、図3に示すように、ほぼ台形形状であった。次に、絶縁体2の上に外部導体3を形成した。外部導体3は、直径0.05mmの錫めっき軟銅線(金属細線であり、TCWと略す。)を43本用いて14mmのピッチで左巻きした。外部導体3を設けた後の外径は、0.81mmであった。その上に、樹脂テープからなる外被体4を設けた。樹脂テープ4aは、厚さ0.004mmのPET基材の上に厚さ0.008mmの融着層が設けられた幅3mmのテープであり、融着層を外部導体3側にして4mmピッチで右巻きした。樹脂テープ4aからなる外被体4を設けた後の外径は、0.85mmであった。
内層集合撚り線10として、電源線11、グランド線12及び撚り対線13を準備した。撚り対線13は、直径0.08mmの錫めっき軟銅線を7本撚りしたAWG32(外径約0.24mm)からなる線径0.56mmのものを2本準備し、均一に撚り合わせ、撚り対線用シールド層16で覆った。撚り対線用シールド層16は金属樹脂テープ16Aを0.8mmの重なり部分17を有するように10mmピッチで横巻きした。電源線11は直径0.10mmの錫めっき軟銅線を19本撚りしたAWG26(外径約0.5mm)からなる線径0.66mmのものを2本準備した。グランド線12は直径0.10mmの錫めっき軟銅線を7本撚りしたAWG30(外径約0.3mm)からなる線径0.44mmのものを2本準備した。押さえ巻きテープ14はポリエステルからなる厚さ0.012mmで幅5.5mmのものをピッチ4mmで巻いた。こうして内層集合撚り線10を作製した。
外層集合撚り線20として、上記同軸電線21を2本1組とした同軸電線組22を4組準備し、内層集合撚り線10の外周に単層になるように配置した。さらに、信号線として機能する絶縁線25を、同軸電線組22間に1本ずつ配置した。準備した各線を、撚りピッチ71mmで集合撚りした。こうして集合撚りした外層集合撚り線20の撚り方向は、上記した内層集合撚り線10の撚り方向とは逆方向とした。その後、それらを外層用押さえ巻きテープ24で覆って形成した。押さえ巻きテープ24は和紙テープからなる厚さ0.03mmで幅15mmのものをピッチ11mmで巻いた。こうして外層集合撚り線20を作製した。
外層集合撚り線20を覆うように、シールド層30と外被シース40を形成した。シールド層30は、直径0.10mmの錫めっき軟銅線を105本用いて右巻きした。巻きピッチは40mmとした。その後、厚さ0.4mmの軟質PVCを押し出して外被シース40を設けた。こうして最終外径が4.8mmの多芯通信ケーブル50を得た。
実施例1の多芯通信ケーブルにおいて、P1:外層集合撚り線の撚りピッチ(mm)、P2:内層集合撚り線の撚りピッチ(mm)、D1:同軸電線の外径(mm)、D2:多芯通信ケーブルの外径(mm)を、表1に示す値に変化させた。それ以外は実施例1と同様にして、実施例2~6の多芯通信ケーブルを得た。
実施例1とは異なり、内層集合撚り線10の撚り方向と、外層集合撚り線20の撚り方向を同じにした。それ以外は実施例1と同様にして、比較例1の多芯通信ケーブルを得た。
比較例1と同様、内層集合撚り線10の撚り方向と、外層集合撚り線20の撚り方向を同じにした。さらに、P1:外層集合撚り線の撚りピッチ(mm)、P2:内層集合撚り線の撚りピッチ(mm)、D1:同軸電線の外径(mm)、D2:多芯通信ケーブルの外径(mm)を、表1に示す値に変化させて、比較例2~6の多芯通信ケーブルを得た。
図6は、実施例と比較例の多芯通信ケーブルの屈曲試験方法を示す説明図である。測定は、長さ2mの多芯通信ケーブルを対向する固定板61,61の固定部62,62で図5に示す態様で、R20mm(多芯通信ケーブルの4倍径)のU字状の曲がり部になるように固定した。対向する固定板61,61を相対移動(±50mm)させて、多芯通信ケーブル50の曲がり部を屈曲させた。屈曲試験後の通信ケーブル50の減衰量(dB/m)をネットワークアナライザで測定した。屈曲回数20000回に到達した段階での減衰量が試験前の減衰量に比べて90%まで悪化するか否かを評価した。実施例1~6は、屈曲回数20000回に達しても減衰量の低下は認められなかった。一方、比較例3,6は、屈曲回数20000回に達した際には減衰量の低下が認められた。また、比較例5は、減衰量の値が不安定であった。
2 絶縁体
2A 空隙部
2B 内環状部
2C 外環状部
2D 連結部
3 外部導体
4 外被体
4a 第1の樹脂テープ
4b 第2の樹脂テープ
10 内層集合撚り線
11 電源線
12 グランド線
13 撚り対線
13a、13b 撚り対線を構成する各絶縁線
14 内層用押さえ巻きテープ
15 ドレン線
16 撚り対線用シールド層
16A 金属樹脂テープ
16a 金属層
16b 基材
17 重なり部分
20 外層集合撚り線
21 同軸電線
22 同軸電線組
23 アース線
24 外層用押さえ巻きテープ
25 絶縁線(信号線)
30 シールド層
40 外被シース
50 多芯通信ケーブル
61 固定板
62 固定部
Claims (3)
- 電源線、グランド線及び撚り対線を含み、内層用押さえ巻きテープで覆われた内層集合撚り線と、該内層集合撚り線の外側に円周状に単層として配置され、2本の同軸電線からなる4組以上の同軸電線組を含み、外層用押さえ巻きテープで覆われた外層集合撚り線と、該外層集合撚り線の外側を覆うシールド層及び外被シースとを有する多芯通信ケーブルであって、
前記撚り対線を覆う撚り対線用シールド層が設けられており、前記撚り対線用シールド層が金属樹脂テープであり、
前記同軸電線は、中心導体と、該中心導体の外周に長手方向に連続した絶縁体と、該絶縁体の外周に設けられた外部導体と、該外部導体の外周に設けられた外被体とで構成され、前記絶縁体は、内環状部、外環状部及びこれらを連結する連結部で構成された中空構造体からなり、前記外部導体は、金属細線を横巻きしたもので構成されており、前記外被体は、片面に融着層を設けた樹脂テープを螺旋巻きして設けられており、前記樹脂テープの横巻き方向は、前記金属細線の横巻き方向と逆向きの巻き方向であり、
前記内層集合撚り線及び前記外層集合撚り線を非真円になりにくくするため、前記外層集合撚り線の撚り方向が前記内層集合撚り線の撚り方向と逆になっている、ことを特徴とする多芯通信ケーブル。 - 前記外被体が2枚の樹脂テープで構成されている場合、前記樹脂テープからなる第1の樹脂テープと、融着層を含まない第2の樹脂テープとで構成されている、請求項1に記載の多芯通信ケーブル。
- 前記外層集合撚り線の撚りピッチが、前記内層集合撚り線の撚りピッチの2~4倍である、請求項1又は2に記載の多芯通信ケーブル。
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