JP2014017131A - シールドケーブル - Google Patents

Abstract

【課題】複数本の信号線でなる束の周囲にシールド導体を施したシールドケーブルにおいて、高周波域での急激な信号減衰を防止し、且つ量産性を良くする。
【解決手段】シールドケーブル１ａは、複数本の信号線４でなる束の周囲にシールド導体を施したシールドケーブルである。このシールド導体は、片面が金属層５ｂ，６ｂである２枚の金属樹脂テープを、金属層５ｂ，６ｂの面が向かい合うように螺旋状に巻き付けてなる。これにより、上下の金属層５ｂ，６ｂが互いに電気的に接触する。
【選択図】図１

Description

本発明は、２本以上の信号線の束の周囲にシールド導体を施したシールドケーブルに関する。

複数本、例えば２本の信号線を対にしたシールドケーブルは、デジタル信号を差動伝送方式で信号を伝送するのに用いられるケーブルとして知られている。この差動信号伝送方式は、例えば、位相を１８０度反転させた信号を１対の信号線に同時に入力して送信し、受信側で差分合成することで信号出力を２倍にすることができる。
また、送信から受信に至る伝送系路途中で受けたノイズ信号は、１対の信号線に等しく加えられているので、受信側で差動信号として出力したときにキャンセルされ、ノイズが除去されるという機能を有している。

特許文献１には、複数本の信号線の周囲に一括して金属箔樹脂テープを螺旋状に巻き付けてなるシールド導体を備え、金属箔樹脂テープの巻き付けの重なり部分で上下の金属箔が互いに電気的に接触しているシールドケーブルが開示されている。この電気的な接触は、金属箔樹脂テープの一方のエッジ部を、金属箔を外側にして折り返すことで実現している。このシールドケーブルは、高周波数（７ＧＨｚ程度）でのサックアウト現象（信号減衰の急激な落ち込み）を防止し、信号レベルの低下を防ぐことが可能になっている。

特開２０１１−２２２２６２号公報

しかしながら、特許文献１に記載のシールドケーブルは、金属箔を折り返して短時間で大量にシールドケーブルを安定して生産する点で、さらに改良が望まれる。
本発明は、上述した実状に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数本の信号線でなる束の周囲にシールド導体を施したシールドケーブルにおいて、高周波域での急激な信号減衰を防止し、且つ量産性を良くすることにある。

本発明によるシールドケーブルは、複数本の信号線でなる束の周囲にシールド導体を施したシールドケーブルであって、このシールド導体は、片面が金属層である２枚の金属樹脂テープを、金属層の面が向かい合うように螺旋状に巻き付けてなることを特徴とする。
上記２枚の金属樹脂テープのうち少なくとも一方が金属蒸着テープであることが好ましい。また、上記２枚の金属樹脂テープのそれぞれに施した金属層には同種の金属が用いられていることが好ましい。

本発明のシールドケーブルによれば、複数本の信号線でなる束の周囲に、２枚の金属樹脂テープを螺旋状に巻き付けてシールド導体を構成しているだけであるため、量産性を上げることが可能で、且つ、金属層の面が向かい合うようにして２枚の金属樹脂テープを巻き付けることで金属層が上下で電気的に接触されているため、高周波域での急激な信号の減衰をなくすことができる。

本発明によるシールドケーブルの一例を示す概略図である。 本発明によるシールドケーブルの他の例を示す概略図である。 本発明によるシールドケーブルの信号減衰の検証結果を示す図である。 従来のシールドケーブルの信号減衰の検証結果を示す図である。

図１及び図２を参照しながら、本発明のシールドケーブルの一例について説明する。図中、１ａ，１ｂはシールドケーブル、２は信号導体、３は絶縁体、４は信号線、５，６は金属樹脂テープ、５ａ，６ａは樹脂テープ、５ｂ，６ｂは金属層、７は外被を示す。

図１（Ａ）に示すように、本発明によるシールドケーブル１ａは、単心線又は撚線からなる信号導体２を所定の誘電率を有する絶縁体３で被覆した信号線（又は心線）４を、例えば、２本を平行に並べた対ケーブルで形成する。また、信号線の本数は複数であればよく、例えば４本の信号線からなるカッドケーブルとしてもよい。なお、信号線４として、この他に、各絶縁体３の外側に外部導体として、金属素線を編組、横巻き、又は金属樹脂テープの巻き付けで形成した同軸線を用いることもできる。

信号導体２は、銅やアルミ等の電気良導体、又はこれらの電気良導体に錫メッキ等を施した単心線又は撚線で形成され、例えば、ＡＷＧ１８〜４６相当の線材が用いられる。信号導体２を電気的に絶縁する絶縁体３としては、できるだけ誘電率の小さいものが用いられ、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、フッ素樹脂等が用いられる。これらの線材と絶縁樹脂により形成される信号線４の外径は、０.１５ｍｍ〜３.０ｍｍで、例えば、ＡＷＧ２６の線材を用いた場合の信号線４の外径は、１.２ｍｍ程度となる。

対にされた２本の信号線４の外周には、金属樹脂テープ５を螺旋状に巻き付け（斜め巻きし）、さらにその上から２枚目の金属樹脂テープ６を逆方向に且つ螺旋状に巻き付けることで、シールド導体を構成している。なお、金属樹脂テープ５と金属樹脂テープ６とは同方向に螺旋状に巻き付けてもよい。シールドケーブル１ａでは、このようなシールド導体が、２本の信号線４の束の周囲に施されて、２本の信号線４がシールドされる。つまり、シールドケーブル１ａは、２枚の金属樹脂テープ５，６をシールド層として用いた二重シールド電線となる。本発明は、金属樹脂テープ５，６を巻き付ける向き（表裏関係）に特徴を有するが、その点については後述する。

そして、金属樹脂テープ５，６でなるシールド導体の外周には、巻き付けられたシールド導体を外部と電気的により絶縁すると共に、汚染を防ぎ、ケーブルとしての耐水性を持たせ、保護するために、外被７が施される。この外被７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の押出し成形で形成してもよく、樹脂テープの巻付けで形成してもよい。

次に、図１（Ｂ）を併せて参照しながら、金属樹脂テープ５，６の層構造及びその巻き付ける向き（表裏関係）等について説明する。図１（Ｂ）には図１（Ａ）のシールドケーブル１ａにおける金属樹脂テープの巻き付け例を断面で示している。

まず、シールド導体を形成する金属樹脂テープ５，６は、いずれも片面が金属層である樹脂テープである。より具体的には、金属樹脂テープ５（６）は、アルミ箔又は銅箔などの金属層５ｂ（６ｂ）を、それと同じ幅をもつポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等のプラスチック基材（樹脂テープ）５ａ（６ａ）にラミネートしたものが用いられる。なお、例えば金属層の厚さは３μｍ〜３０μｍで、プラスチック基材の厚さは３μｍ〜５０μｍで、金属樹脂テープ５，６の厚さは６μｍ〜８０μｍであり、テープ幅は例えば１０ｍｍ程度である。

但し、巻き付ける２枚の金属樹脂テープ５，６のうち一方が金属蒸着テープであるか、両方が金属蒸着テープであることが好ましい。金属蒸着テープの金属層は０.３μｍ程度であり、ラミネートにより製造した場合に比べ１／１０程度の厚みで済み、金属樹脂テープ５の重なり部分での段差や金属樹脂テープ６の重なり部分での段差を小さくすることができる。

また、銅とアルミなど異種金属同士ではガルバニ腐食のおそれがあるため、２枚の金属樹脂テープ５，６のそれぞれに施した金属層には同種の金属が用いられていることが好ましい。なお、同種とは全く同じを指すことが好ましいが、腐食をしないような組であればよい。

そして、本発明で用いるシールド導体は、図１（Ｂ）で示すように、２枚の金属樹脂テープ５，６を金属層５ｂ，６ｂの面が向かい合うように螺旋状に巻き付けてなる。つまり、シールドケーブル１ａでは、金属層５ｂと樹脂テープ５ａがラミネートされた金属樹脂テープ５を、金属層５ｂが外側になるように信号線４の外周に巻き付け、その上から、金属層６ｂと樹脂テープ６ａがラミネートされた金属樹脂テープ６を、金属層６ｂが内側になるように巻き付けている。このような巻き付けを行うことで、金属層５ｂと金属層６ｂとが重なり、電気的に接触する。また、本発明では、特許文献１に記載のシールドケーブルのように折り返しを必要としないため、量産性を良くすることができる。

なお、図１（Ｂ）では、金属樹脂テープ５の重なり部分と金属樹脂テープ６の重なり部分とが重なる部分についての断面を示している。また、図１（Ｂ）では、金属樹脂テープ５と金属樹脂テープ６とを逆方向に巻いた場合を図示しているが、上述したように同方向に巻いてもよい。

また、金属樹脂テープ５，６の巻き付けピッチＰは、３ｍｍ〜５０ｍｍ程度とし、金属樹脂テープ５と金属樹脂テープ６とでピッチＰを異ならせてもよい。また、図１（Ａ）に示す金属樹脂テープ６の重ね巻き付け角度θは、ケーブル長手方向に直交する軸Ｘ−Ｘに対して例えば８°〜７０°とすればよい。金属樹脂テープ５についても同様の角度で巻き付ければよいが、金属樹脂テープ６と異なる角度で巻き付けてもよい。

以上、図１（Ａ），（Ｂ）では、信号線４を２本平行に並べた対ケーブルを用いた例を挙げたが、図２に示すシールドケーブル１ｂのように、信号線（又は心線）４を、２本撚り合わせた対ケーブルで、つまりツイストペアケーブルで形成することもできる。このように対撚りした場合にも信号線の本数は２本に限らず複数であってもよい。
また、図１（Ａ）や図２では、シールド導体の外側に樹脂ジャケットとして外被７が成型された例を挙げたが、単にシールド導体の外側にさらに樹脂テープを巻くだけでもよい。

図３は、本発明による、金属樹脂テープを金属層を合わせるように２重に巻き付けたシールドケーブルの信号減衰の検証結果を示す図である。図３（Ａ）は、下側に銅蒸着（０.３μｍ）テープを用いてピッチ１７ｍｍで左巻きし、その上側に銅箔（９μｍ）テープを用いてピッチ１７ｍｍで右巻きした場合の信号減衰状態を示し、図３（Ｂ）は、下側にアルミ箔（７μｍ）テープを用いてピッチ１７ｍｍで左巻きし、その上側に銅箔（９μｍ）テープを用いてピッチ１７ｍｍで右巻きした場合の信号減衰状態を示している。

図４は、従来のシールドケーブルの信号減衰の検証結果を示す図で、シールド導体として銅箔（９μｍ）テープを一枚用いてピッチ８ｍｍで右巻きした場合の信号減衰状態を示している。なお、図３（Ａ），（Ｂ）及び図４の検証結果は、シールドケーブルとして２心平行の信号線に金属樹脂テープを螺旋状に巻き付けたツイナックスケーブルを用いて検証したものである。

図４に示すように、従来のシールドケーブルでは、特に８ＧＨｚ以上で信号減衰があり、そして、１１〜１２ＧＨｚ付近、１４ＧＨｚ付近、及び１９ＧＨｚ以降で信号が落ち込んでおり、サックアウト現象が生じているのが分かる。また、特許文献１には、従来の２心平行のツイナックスケーブルで巻きピッチを１５ｍｍとした場合に７ＧＨｚ付近でザックアウト現象が生じることが示してある。このように周波数帯は金属樹脂テープの巻きピッチにより異なるが、一般的に言うと、従来の２心平行のツイナックスケーブルでは、５ＧＨｚを越えるとサックアウト現象が生じることがあり、従来の２心対撚りのツイストペアケーブルでは、３ＧＨｚを越えるとサックアウト現象が生じることがある。

これに対し、本発明のシールドケーブルでは、図３（Ａ）に示すように、信号減衰はなだらかでサックアウト現象が生じていない。また、本発明のシールドケーブルにおいて、異なる金属を用いた場合には、図３（Ｂ）に示すように、信号減衰はなだらかであるがザックアウト現象はやや生じている。但し、この場合のザックアウト現象は問題となる程度ののではない。なお、ここでは図示しないが、金属樹脂テープの巻きピッチを変えても信号減衰はなだらかであることが確認された。

この理由は明らかではないが、通常の金属樹脂テープの巻き付けでは、巻き付けターン間の重なり部分で、上下の金属層は樹脂層により電気的に絶縁されているため、シールド電流は信号線の周りを螺旋状に流れる。一方、本発明では、２枚の金属樹脂テープの金属層が電気的に接触され導通しているため、シールド電流は信号線と平行に直線状に流れ、金属樹脂テープ巻きピッチによる信号減衰の状態に影響がない結果、サックアウト現象の発生を無くすことができたと考えられる。なお、喩え１枚目の金属樹脂テープと２枚目の金属樹脂テープとを同じ方向に巻いた場合でも、このような電気的な導通なされるため、逆方向に巻いた場合と同様に信号減衰を防ぐ効果を奏する。

また、図３（Ａ）と図３（Ｂ）とを比較すると、図３（Ａ）の方が信号の減衰がより直線的であり、図３（Ｂ）の方が１０ＧＨｚあたりで少し損失が悪い。
この理由は、図３（Ａ）の場合は、下層に巻いた金属樹脂テープの金属層が金属を蒸着させたものであって、図３（Ｂ）で下層に巻いた金属樹脂テープの金属箔よりも１０倍以上薄いので、テープの重なり部分での段差が小さくなるためと考えられる。よって、本発明においても、上述したように巻き付ける２枚の金属樹脂テープのうち一方が金属蒸着テープであることが好ましく、両方が金属蒸着テープであることがさらに好ましいと言える。

１ａ，１ｂ…シールドケーブル、２…信号導体、３…絶縁体、４…信号線、５，６…金属樹脂テープ、５ａ，６ａ…樹脂テープ、５ｂ，６ｂ…金属層、７…外被。

Claims (3)

1. 複数本の信号線でなる束の周囲にシールド導体を施したシールドケーブルであって、
   前記シールド導体は、片面が金属層である２枚の金属樹脂テープを、金属層の面が向かい合うように螺旋状に巻き付けてなることを特徴とするシールドケーブル。
2. 前記２枚の金属樹脂テープのうち少なくとも一方が金属蒸着テープであることを特徴とする請求項１に記載のシールドケーブル。
3. 前記２枚の金属樹脂テープのそれぞれに施した金属層には同種の金属が用いられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のシールドケーブル。

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