WO2023090417A1

WO2023090417A1 - 通信ケーブルおよびその製造方法

Info

Publication number: WO2023090417A1
Application number: PCT/JP2022/042838
Authority: WO
Inventors: 伸明光地; 正義河田; 喬坂本
Original assignee: 昭和電線ケーブルシステム株式会社
Priority date: 2021-11-19
Filing date: 2022-11-18
Publication date: 2023-05-25

Abstract

本願は、高周波データ伝送に対応した通信ケーブルであって、ケーブルの内部構成の簡素化を実現しうる通信ケーブルの提供を課題とする。本願には、導体１４を絶縁体１６で被覆した絶縁電線１２を複数本撚り合わせた通信ケーブル１が開示されている。通信ケーブル１において、導体１４が断面円形状の単線または圧縮撚線で構成され、複数本の絶縁電線１２が一定のピッチで撚り合わせられている。

Description

通信ケーブルおよびその製造方法

　本発明は高周波データ伝送に対応した通信ケーブルおよびその製造方法に関する。

　近年、自動車においては、情報通信機器の高性能化、車載マルチメディアの多機能化が進んでおり、今後も先進運転支援システム（ＡＤＡＳ；Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ｄｒｉｖｅｒ－Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ　Ｓｙｓｔｅｍｓ）、自動運転などをキーワードに、一層の高性能化や搭載機器の増加が進展していくと考えられる。こうした進歩は情報通信量の大容量化をもたらしており、高周波でのデータ伝送が求められる。
　ただ、高周波データ伝送にはいくつかの課題があり、たとえば対内スキュー（対内の伝搬遅延時間の差）を抑制することや、高周波帯域でのサックアウト現象（信号減衰量の周波数特性の急激な落ち込み）を抑制することがあげられる。

　特許文献１にはこれら高周波データ伝送の課題を解決しようとした多芯ケーブルが開示されている。
　特許文献１の技術では、８対の同軸電線対（１１～１８）が多芯ケーブル（１）内に収容されている。各同軸電線１０は中心導体（２１）が絶縁体（２２）で被覆され、その外周が外部導体（２３）および外被（２４）で被覆されている。外部導体は内層部（２３Ａ）として金属細線（Ｍ）が絶縁体の周囲に横巻き（螺旋巻き）され、外層部（２３Ｂ）として金属樹脂テープ（Ｔ）が内層部の周囲に横巻きされている。
　当該技術では特に、金属細線と金属樹脂テープとの巻き方向を逆向きとしかつその巻き角度の差（角度θ３）を一定の範囲に設定することで、サックアウト現象を抑制している（段落００１７－００２７、図１－２、実施例、図４など参照）。

特許第６２６９７１８号公報

　しかしながら、特許文献１の電線対は上記のとおり、同軸電線内に外部導体を配しこれを金属細線および金属樹脂テープで構成し、金属細線と金属樹脂テープとの巻き方向や巻き角度まで設定しなければならない。特許文献１の技術はすなわち、ケーブルの内部構成が非常に複雑であり、ケーブルの内部構成には改善の余地がある。
　したがって本発明の主な目的は、高周波データ伝送に対応した通信ケーブルであって、ケーブルの内部構成の簡素化を実現しうる通信ケーブルを提供することにある。

　本発明者は上記課題を解決するため技術的検討を重ねたところ、特に、高周波信号は表皮作用により導体の表面近傍で電流密度が大きくなり、複数本の素線を撚り合わせた単なる撚線では高周波伝送という面において不利に働くが、断面形状が円形状の単線または圧縮撚線のように、断面形状が円形に近いほど高周波伝送での抵抗が少なくなること、併せて絶縁電線の撚りピッチを一定に制御すると高周波データ伝送に対応しうることを見出し、本発明を完成するに至った。
　すなわち本発明によれば、導体を絶縁体で被覆した絶縁電線を複数本撚り合わせた通信ケーブルであって、
　前記導体が断面円形状の単線または圧縮撚線で構成され、
　複数本の前記絶縁電線が７．０ｍｍ以上でかつ（光速×ＮＶＰ／周波数）×（１／前記絶縁体の誘電率）で導出される値以下のピッチで撚り合わせられてい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、単に導体が断面円形状の単線または圧縮撚線で構成されるというシンプルな構成で、高周波伝送での抵抗が少なくなると推察され、これを踏まえて絶縁電線の対撚りピッチを一定に制御すると、対内スキューが１０ｐｓ／ｍ以下であり伝送状態が安定しかつ挿入損失（ＩＬ；Ｉｎｓｅｒｔｉｏｎ　Ｌｏｓｓ）がたとえば１０ＧＨｚを超える高周波まで落ち込む（低下する）こともなく信号の減衰が抑制される。

通信ケーブルの概略構成を示す断面図である。サンプル１－２の周波数と挿入損失（ＩＬ）との関係を示す図である。サンプル１１の周波数と挿入損失（ＩＬ）との関係を示す図である。サンプル１２の周波数と挿入損失（ＩＬ）との関係を示す図である。サンプル１３の周波数と挿入損失（ＩＬ）との関係を示す図である。サンプル２１の周波数と挿入損失（ＩＬ）との関係を示す図である。サンプル２２の周波数と挿入損失（ＩＬ）との関係を示す図である。サンプル２３の周波数と挿入損失（ＩＬ）との関係を示す図である。

　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。
　本明細書において数値範囲を示す「～」は下限値および上限値を当該数値範囲に含む意味を有している。

　図１は通信ケーブル１の概略的な構成を示す断面図である。
　図１に示すとおり、通信ケーブル１は、対撚体１０、押巻き２０、内被３０、第１の遮蔽層４０、第２の遮蔽層５０および外被６０を有しており、対撚体１０の外周を押巻き２０、内被３０、第１の遮蔽層４０、第２の遮蔽層５０および外被６０がこの順に巻回し被覆している。

　対撚体１０は２心の（２本の）絶縁電線１２から構成され、第１種線心１０Ａと第２種線心１０Ｂとがペアで使用されている。第２の対撚体として第３種線心と第４種線心とが追加されこれらがペアで使用されてもよいし（４心で構成されてもよいし）、これ以降の線心のペアが追加され使用されてもよい。線心のペアを追加する場合は絶縁電線１２をカッド撚りする。

　絶縁電線１２は導体１４および絶縁体１６から構成され、導体１４の外周を絶縁体１６で被覆した構成を有している。
　導体１４は断面円形状を呈しかつ複数本の素線を撚り合わせ圧縮した圧縮撚線である。導体１４は断面円形状を呈していれば単線であってもよい。
　導体１４（素線を含む。）は好ましくは軟銅線であり、スズ、ニッケル、銀のいずれかのメッキ層（図示略）によって外周が被覆されてもよい。
　導体１４の外径は好ましくは０．４～０．６ｍｍである。
　絶縁体１６は絶縁性樹脂が押出機のダイスから押し出され形成されている。当該絶縁性樹脂は好ましくは架橋ポリエチレン（ＸＬＰＥ；Ｃｒｏｓｓ－ｌｉｎｋｅｄ　ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）またはポリプロピレン（ＰＰ；ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）から構成されている。
　絶縁体１６の厚さは好ましくは０．２～０．４ｍｍである。

　押巻き２０はテープ状のポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ；Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）またはポリプロピレン（ＰＰ；ＰｏｌｙＰｌｏｐｙｌｅｎ）が重ね巻きされ構成されている。押巻き２０はテープ状の不織布から構成されてもよい。

　内被３０は内被用樹脂が押出機のダイスから押し出され形成されている。当該内被用樹脂は好ましくはポリ塩化ビニル（ＰＶＣ；ＰｏｌｙＶｉｎｙｌ　Ｃｈｌｏｒｉｄｅ）または熱可塑性エラストマー（ＴＰＥ；Ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ　Ｅｌａｓｔｏｍｅｒｓ）から構成されている。
　内被３０は必須ではなく省略されてもよい。

　第１の遮蔽層４０は金属テープが重ね巻きされ構成されている。
　当該金属テープは金属箔と樹脂テープとが貼り合わされ構成されたテープであり、好ましくはアルミニウム箔とポリエチレンテレフタレートテープ（ＰＥＴテープ）とが貼り合わされ形成されている。第１の遮蔽層４０では金属箔が外周に露出するように重ね巻きされる。
　他方、第２の遮蔽層５０は複数本の金属線が編組され構成されている。第２の遮蔽層５０は複数本の金属線が一定のピッチ以下で横巻きされ構成されてもよい。当該各金属線は好ましくはスズのメッキ層で軟銅線を被覆した、いわゆるスズメッキ軟銅線（ＴＡ；Ｔｉｎｎｅｄ　Ａｎｎｅａｌｅｄ　ｃｏｐｐｅｒ）である。

　外被６０はいわゆるシースであり、外被用樹脂が押出機のダイスから押し出され形成されている。当該外被用樹脂は好ましくはポリ塩化ビニル（ＰＶＣ；ＰｏｌｙＶｉｎｙｌ　Ｃｈｌｏｒｉｄｅ）、ポリオレフィン（ＰＯ；ＰｏｌｙＯｌｅｆｉｎ）または熱可塑性エラストマー（ＴＰＥ；Ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ　Ｅｌａｓｔｏｍｅｒｓ）から構成されている。

　本実施形態では、対撚体１０は上記のとおり２心の（２本の）絶縁電線１２から構成され、２本の絶縁電線１２が一定のピッチで撚り合された構成を有している。

　絶縁電線１２の対撚りピッチの上限値および下限値は、対内スキューと挿入損失（ＩＬ）との観点から設定される。

　対撚りピッチの下限値は対内スキューを抑制しうる、安定的な製造が可能かどうかという観点から想定され、当該下限値は現実的には７．０ｍｍであり、好ましくは７．９ｍｍである。絶縁電線１２の対撚りピッチが短くなるほど対撚りが過剰に密となり、絶縁電線１２同士の撚りのバランスが不安定になる。その結果、絶縁電線１２同士で物理的な長さに差が生じ（長さがばらつき）、対内スキューを抑制するのが難しくなる。

　対撚りピッチの上限値はサックアウト現象を高周波で（たとえば１０ＧＨｚを超えるまで）抑制するという観点から導出される。本発明者は通信ケーブル１の試作と挿入損失の測定とを繰り返すなかで、対撚りピッチの上限値は絶縁体１６の材質（誘電率）と相関があり、絶縁体１６の誘電率に起因する下記関係式から導出されることを見出した。詳しくは、一般に波長＝波の速さ／周波数で表現されるところ、対撚りピッチの上限値が当該波長を絶縁体１６の誘電率で除した値に近似することを見出したのである（実施例参照）。これによれば、光の速度を１００とするとケーブル対内を伝わる信号の速度は技術常識としておよそ７０％である（ＮＶＰ：Ｎｏｍｉｎａｌ　Ｖｅｌｏｃｉｔｙ　ｏｆ　Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ）。周波数を１０ＧＨｚと設定すれば、対撚りピッチの当該上限値は理論的には下記式のとおりに導出されるのである。
　　　対撚りピッチの上限値［ｍｍ］
　　＝（波長）×（１／絶縁体１６の誘電率）
　　＝（光速×ＮＶＰ／周波数）×（１／絶縁体１６の誘電率）
　　＝３００，０００，０００［ｍ／ｓ］×０．７／１０×１０^９［Ｈｚ］×（１／絶縁体１６の誘電率）×１，０００［ｍｍ］

　ケーブル対内を伝わる信号の波長と絶縁電線１２の対撚りピッチとが同期して共振するとサックアウト現象が生じるところ、表１に示すとおり、（ｉ）絶縁体１６が架橋ポリエチレンで構成される場合は、絶縁電線１２の対撚りピッチの上限値が約９．５５ｍｍを超えると、１０ＧＨｚ以下の低周波で共振点が形成され、（ｉｉ）絶縁体１６がポリプロピレンで構成される場合は、絶縁電線１２の対撚りピッチの上限値が約１０．００ｍｍを超えると、１０ＧＨｚ以下の低周波で共振点が形成され、それぞれサックアウト現象が生じやすいのである。

　次に、通信ケーブル１の製造方法について説明する。

　はじめに、導体１４として断面円形状の単線または圧縮撚線を準備し、導体１４に対し絶縁性樹脂を押し出し被覆してこれに電子線を照射し架橋させ絶縁体１６を形成し、絶縁電線１２を製造する。
　その後、２本の絶縁電線１２を一定のピッチで撚り合わせる（対撚りする）。

　その後、対撚体１０に対しポリエチレンテレフタレートテープ（ＰＥＴテープ）を重ね巻きし押巻き２０を形成する。
　その後、押巻き２０に対し内被用樹脂を押し出し被覆し内被３０を形成する。
　その後、内被３０に対し金属テープを重ね巻きし第１の遮蔽層４０を形成し、複数本の金属線を編組し第２の遮蔽層５０を形成する。

　最後に、第２の遮蔽層５０に対し外被用樹脂を押し出し被覆し外被６０を形成し、通信ケーブル１を製造することができる。

　以上の通信ケーブル１によれば、単に導体１４が断面円形状の単線または圧縮撚線で構成されるというシンプルな構成で、高周波伝送での抵抗が少なくなると推察され、これを踏まえて絶縁電線１２の対撚りピッチを一定に制御すると、対内スキューが１０ｐｓ／ｍ以下であり伝送状態が安定しかつ挿入損失（ＩＬ）が１０ＧＨｚを超えるまで落ち込む（低下する）こともなく信号の減衰が抑制される（下記実施例参照）。本通信ケーブル１によれば、このような導体１４の形態選択と絶縁電線１２の対撚りピッチの制御とのシンプルな構成で、高周波データ伝送に対応した通信ケーブルであって、ケーブルの内部構成の簡素化を実現しうる通信ケーブルを提供することができる。

　なお、通信ケーブル１は通信用途であればいかなる用途にも使用可能であり、好ましくは車載用途に使用され、より好ましくは車載カメラの画像または映像信号の伝送に使用される。すなわち、通信ケーブル１はＩＳＯ－６７２２規格またはＩＳＯ－１９６４２規格に準拠するケーブルとして好適である。

（１）サンプルの作製
（１．１）サンプル１
　はじめに、直径０．１６ｍｍの軟銅線を７本撚り合わせ（２６ＡＷＧ）、外径０．４８ｍｍの導体を形成した。
　その後、当該導体に対し架橋ポリエチレン（ＸＬＰＥ）を押し出し被覆しこれに電子線を照射し架橋させ、厚さ０．２２５ｍｍの絶縁体を形成し、外径０．９３ｍｍの絶縁電線を形成した。
　その後、２本の絶縁電線をピッチ１６ｍｍで撚り合わせ（対撚りし）、対撚体を形成した。

　その後、対撚体に対し押巻きとして厚さ０．０２５ｍｍのポリエチレンテレフタレートテープ（ＰＥＴテープ）を１／４重ね巻きした（ＰＥＴテープ幅の１／４を重ねながら巻いた）。
　その後、押巻きに対しポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）を押し出し被覆し、外径２．７６ｍｍの内被を形成した。

　その後、第１の遮蔽層としてアルミニウム箔とポリエチレンテレフタレートテープ（ＰＥＴテープ）とを貼り合わせた金属テープを準備し、内被に対し当該金属テープを１／４重ね巻きし、外径２．９２ｍｍの第１の遮蔽層を形成した。
　その後、第２の遮蔽層として８５本の直径０．１ｍｍのスズメッキ軟銅線（ＴＡ）を準備し、第１の遮蔽層に対し当該スズメッキ軟銅線を編組し、外径３．４２ｍｍの第２の遮蔽層を形成した。
　最後に、当該第２の遮蔽層に対しポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）を押し出し被覆し、外径４．１２ｍｍの通信ケーブルを作製した。

（１．２）サンプル２
　サンプル１において主に、絶縁電線の対撚りピッチを７．９ｍｍに変更した。

（１．３）サンプル１１
　はじめに、導体として、直径０．１６ｍｍの軟銅線を７本撚り合わせ（２６ＡＷＧ）、これを圧縮して外径０．４５ｍｍの圧縮撚線を形成した。
　その後、当該導体に対し架橋ポリエチレン（ＸＬＰＥ）を押し出し被覆しこれに電子線を照射し架橋させ、厚さ０．３４５ｍｍの絶縁体を形成し、外径１．１４ｍｍの絶縁電線を形成した。
　その後、２本の絶縁電線をピッチ８．３ｍｍで撚り合わせ（対撚りし）、対撚体を形成した。

　その後、対撚体に対し押巻きとして厚さ０．０５ｍｍのポリエチレンテレフタレートテープ（ＰＥＴテープ）を１／２重ね巻きした（ＰＥＴテープ幅の１／２を重ねながら巻いた）。

　その後、第１の遮蔽層としてアルミニウム箔を準備し、押巻きに対し当該アルミニウム箔を１／２重ね巻きし、外径２．６４ｍｍの第１の遮蔽層を形成した。
　その後、第２の遮蔽層として８５本の直径０．１ｍｍのスズメッキ軟銅線（ＴＡ）を準備し、第１の遮蔽層に対し当該スズメッキ軟銅線を編組し、外径３．１０ｍｍの第２の遮蔽層を形成した。
　最後に、当該第２の遮蔽層に対し耐燃ポリオレフィン（ＰＯ）を押し出し被覆し、外径４．００ｍｍの通信ケーブルを作製した。

（１．４）サンプル１２
　サンプル１１において絶縁電線の撚りピッチを８．４ｍｍに変更した。

（１．５）サンプル１３
　サンプル１１において絶縁電線の撚りピッチを１１．６ｍｍに変更した。

（１．６）サンプル２１
　はじめに、導体として、直径０．１６ｍｍの軟銅線を７本撚り合わせ（２６ＡＷＧ）、これを圧縮して外径０．４５ｍｍの圧縮撚線を形成した。
　その後、当該導体に対しポリプロピレン（ＰＰ）を押し出し被覆し、厚さ０．３４５ｍｍの絶縁体を形成し、外径１．１４ｍｍの絶縁電線を形成した。
　その後、２本の絶縁電線をピッチ８．１ｍｍで撚り合わせ（対撚りし）、対撚体を形成した。

　その後、第１の遮蔽層としてアルミニウム箔を準備し、押巻きに対し当該アルミニウム箔を１／２重ね巻きし、外径２．６４ｍｍの第１の遮蔽層を形成した。
　その後、第２の遮蔽層として８５本の直径０．１ｍｍのスズメッキ軟銅線（ＴＡ）を準備し、第１の遮蔽層に対し当該スズメッキ軟銅線を編組し、外径３．１０ｍｍの第２の遮蔽層を形成した。
　最後に、当該第２の遮蔽層に対しポリオレフィン（ＰＯ）を押し出し被覆し、外径４．００ｍｍの通信ケーブルを作製した。

（１．７）サンプル２２
　サンプル２１において絶縁電線の対撚りピッチを８．４ｍｍに変更した。

（１．８）サンプル２３
　サンプル２１において絶縁電線の対撚りピッチを１２．４ｍｍに変更した。

（２）サンプルの評価
　各サンプルを５ｍ切り出してこれに対し対内スキューと高周波帯域における挿入損失とを測定した。測定結果を表２－表３および図２－図８に示す。
　表２－表３中、挿入損失の値はサックアウト現象が確認された周波数である。
　図３－図８中、太実線は車載Ｅｔｈｅｒｎｅｔ規格であって、ＩＥＥＥ８０２．３ｃｈ　Ｍｕｌｔｉ－Ｇｉｇ　Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ　Ｅｔｈｅｒｎｅｔ　ＰＨＹ　１０ＧＢＡＳＥ－Ｔ１（以下単に「Ｍｕｌｔｉ－Ｇｉｇ　Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ　Ｅｔｈｅｒｎｅｔ規格」という。）を示している。Ｍｕｌｔｉ－Ｇｉｇ　Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ　Ｅｔｈｅｒｎｅｔ規格では、規格値が最大４ＧＨｚの高周波帯域までしか制定されていない。

（３）まとめ
　表２－表３に示すとおり、サンプル１－２とサンプル１１－１３、２１－２３との比較から、導体形態が撚線の場合は対内スキューが１０ｐｓ／ｍ以上になり、圧縮撚線の場合では急激に小さくなる。これは圧縮撚線の場合、導体表面と遮蔽層との距離の変動がケーブルの長さ方向において少なく、電磁結合による反射（逆相電流）の影響が少なくなると推測される。対内スキューは一般的には１０ｐｓ／ｍ以下であり、実用的には好ましくは５ｐｓ／ｍ以下である。
　表２および図２に示すとおり、サンプル１－２では導体が撚線であり、対内スキューが大きいのに加え、周波数が１０ＧＨｚに到達する前にサックアウト現象がみられた。表３、図５および図８に示すとおり、サンプル１３、２３では導体が断面円形状の圧縮撚線ではあるものの絶縁電線の対撚りピッチが許容上限値を超え、周波数が１０ＧＨｚに到達する前にサックアウト現象がみられた。これに対し、図３－図４および図６－図７に示すとおり、サンプル１１－１２、２１－２２は導体が断面円形状の圧縮撚線でかつ絶縁電線の対撚りピッチが許容上限値以下であり、対内スキューが小さく、周波数が１０ＧＨｚを超えるまでサックアウト現象がみられなかった。
　以上から、高周波データ伝送に対応した通信ケーブルを提供するうえで、導体として断面円形状を呈する単線または圧縮撚線を適用しかつ絶縁電線の対撚りピッチを一定に制御することが有用であることがわかった。

　本出願は、２０２１年１１月１９日出願の特願２０２１－１８８４９９号に基づく優先権を主張する。当該出願明細書および図面に記載された内容は、すべて本願明細書に援用される。

　本願発明は通信ケーブルおよびその製造方法にかかり、特に高周波データ伝送に対応した通信ケーブルであって、ケーブルの内部構成の簡素化を実現しうる通信ケーブルを提供するのに有用である。

　１　通信ケーブル
　１０　対撚体
　１０Ａ～１０Ｂ　第１～第２種線心
　１２　絶縁電線
　１４　導体
　１６　絶縁体
　２０　押巻き
　３０　内被
　４０　第１の遮蔽層
　５０　第２の遮蔽層
　６０　外被

Claims

　導体を絶縁体で被覆した絶縁電線を複数本撚り合わせた通信ケーブルであって、
　前記導体が断面円形状の単線または圧縮撚線で構成され、
　複数本の前記絶縁電線が７．０ｍｍ以上でかつ（光速×ＮＶＰ／周波数）×（１／前記絶縁体の誘電率）で導出される値以下のピッチで撚り合わせられていることを特徴とする通信ケーブル。
　請求項１に記載の通信ケーブルにおいて、
　前記絶縁体が架橋ポリエチレンであり、
　複数本の前記絶縁電線が７．０ｍｍ以上でかつ９．５５ｍｍ以下のピッチで撚り合わせられていることを特徴とする通信ケーブル。
　請求項１に記載の通信ケーブルにおいて、
　前記絶縁体がポリプロピレンであり、
　複数本の前記絶縁電線が７．０ｍｍ以上でかつ１０．００ｍｍ以下のピッチで撚り合わせられていることを特徴とする通信ケーブル。
　請求項１～３のいずれか一項に記載の通信ケーブルにおいて、
　車載用途に使用されることを特徴とする通信ケーブル。
　導体として断面円形状の単線または圧縮撚線を準備する工程と、
　前記導体を絶縁体で被覆し絶縁電線を形成する工程と、
　複数本の前記絶縁電線を７．０ｍｍ以上でかつ（光速×ＮＶＰ／周波数）×（１／前記絶縁体の誘電率）で導出される値以下のピッチで撚り合わせる工程と、を備えることを特徴とする通信ケーブルの製造方法。