JP6519324B2 - 多芯ケーブル - Google Patents

Description

本発明は、複数本の電線対と複数本の絶縁電線を有する多芯ケーブルに関する。電線対は差動伝送信号を伝送するのに使用される。

多芯ケーブルとして、ケーブル内に同軸電線と絶縁電線とが混在して配置されたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−００６４４３公報

上記のような多芯ケーブルについては、さらなる高速信号伝送を実現するとともに、多芯ケーブル内に含まれる電線間のクロストークを最小限に抑えることが要求されている。

本発明は、高速信号伝送を実現できるとともに、絶縁電線間のクロストークおよび差動伝送電線対間のクロストークを抑制可能な多芯ケーブルを提供することを目的とする。

本発明の多芯ケーブルは、
２本の電線から構成される電線対を少なくとも二対と、
少なくとも２本の絶縁電線と、
前記電線対と前記絶縁電線との周囲を覆うシースと、を備え、
ケーブルの長さ方向に垂直な断面において、前記電線対が同一円周上に配置され、
各前記電線対の間において、各絶縁電線が前記電線対の片方の電線と接触して配置されている。

本発明によれば、高速の差動信号伝送を実現できるとともに、絶縁電線間のクロストークおよび差動伝送電線対間のクロストークを抑制可能な多芯ケーブルを提供することができる。

本発明の実施形態に係る多芯ケーブルの一例を示す断面図である。 （ａ）は図１の多芯ケーブルを構成する絶縁電線間のクロストークの評価結果を示すグラフであり、（ｂ）は従来例の多芯ケーブルを構成する絶縁電線間のクロストークの評価結果を示すグラフである。 （ａ）は図１の多芯ケーブルを構成する同軸電線間のクロストークの評価結果を示すグラフであり、（ｂ）は従来例の多芯ケーブルを構成する同軸電線間のクロストークの評価結果を示すグラフである。 図２（ｂ）および図３（ｂ）で示した従来例に係る多芯ケーブルの断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施形態に係る多芯ケーブルの変形例をそれぞれ示す断面図である。

[本願発明の実施形態の説明]
最初に本願発明の実施形態の内容を列記して説明する。
本願発明の実施形態に係る多芯ケーブルは、
（１）２本の電線から構成される電線対を少なくとも二対と、
少なくとも２本の絶縁電線と、
前記電線対と前記絶縁電線との周囲を覆うシースと、を備え、
ケーブルの長さ方向に垂直な断面において、前記電線対が同一円周上に配置され、
各前記電線対の間において、各絶縁電線が前記電線対の片方の電線と接触して配置されている。
この構成によれば、一つの電線対が差動伝送信号を伝送することができる。また、同一円周上に配置された電線対の間に、絶縁電線が配置されているため、絶縁電線間のクロストークおよび差動伝送電線対間のクロストークを抑制させることができる。さらに、絶縁電線が電線対（の片方の電線）と接触しているので、電線対同士が離れかつその距離が安定し、一層クロストークを抑制できる。

（２）前記シースの内側に、前記電線対および前記絶縁電線を覆う一括シールド層が設けられていることが好ましい。
この構成によれば、ノイズの影響によるエラーのない正確な高速信号伝送を実現することができる。また、外部の機器へノイズの影響を与えることもない。

（３）前記シースの内側に、前記電線対および前記絶縁電線を覆う抑え巻が設けられ、
前記抑え巻は、前記電線対および前記絶縁電線と接触していることが好ましい。
この構成によれば、電線対や絶縁電線の上に一括シールド層（金属細線を編組または横巻きしたもの）を付けるときに、電線対の外被や絶縁電線の絶縁層が破れて、その下の導体が露出するおそれがない。そのため、ケーブル使用時に露出された導体が一括シールド層と接触してスパークしてしまうことを防止することができる。

（４）前記断面において、前記電線対よりもケーブル中心側に前記少なくとも２本の絶縁電線とは異なる絶縁電線が配置されていることが好ましい。
この構成によれば、少なくとも電線対とそれらの間の絶縁電線とを円周上に配置することが確保され、スキューを抑制することができる。

（５）前記電線対は、前記２本の電線が一体となって遮蔽層に覆われていることが好ましい。
遮蔽層により差動伝送信号にノイズが乗らないため、高速信号伝送を実現できる。

（６）前記電線対が二芯平行電線であって、当該二芯平行電線を構成する各電線が前記多芯ケーブルの周方向に沿って並列していることが好ましい。
この構成によれば、信号の減衰量、差動信号のスキューおよびクロストークを小さくすることができる。

（７）前記電線対を構成する前記２本の電線はそれぞれ同軸電線であることが好ましい。
同軸電線は各線が遮蔽されているので差動伝送信号にノイズが乗らず高速信号伝送を実現できる。

（８）各前記同軸電線が、前記多芯ケーブルの周方向に沿って並列していることが好ましい。
この構成によれば、信号の減衰量、差動信号のスキューおよびクロストークを小さくすることができる。

[本願発明の実施形態の詳細]
以下、本発明に係る多芯ケーブルの例を、図面を参照して説明する。
図１に示すように、本実施形態に係る多芯ケーブル１は、最外層である外被３０（シースの一例）の内側に、高速信号伝送用である複数本の同軸電線１１（差動伝送電線の一例）と、低速信号伝送用あるいは電力供給用の複数本（少なくとも２本）の絶縁電線２１とを有している。

この多芯ケーブル１は、差動伝送用途に適したものとするために、同軸電線１１が２本一組で収容されている。本例の多芯ケーブル１内には、一対の同軸電線１１から構成される同軸電線対として、同軸電線対１０Ａ、同軸電線対１０Ｂ、同軸電線対１０Ｃおよび同軸電線対１０Ｄの四対が収容されている。それぞれの対となった同軸電線１１同士（例えば同軸電線対１０Ａの同軸電線１１同士）は近接して配置されていることが好ましい。なお、一対を構成する同軸電線１１同士は撚られていないことが好ましい。

各同軸電線１１は、中心導体１２が絶縁体１３で覆われ、絶縁体１３の外周に外部導体１４が配され、外部導体１４の周囲が外被１５で覆われた同軸構造を有している。同軸電線１１は、高速デジタル伝送を行うために、ＡＷＧ（Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｗｉｒｅ Ｇａｕｇｅ）２８番より細いものであることが好ましく、本例では、例えばＡＷＧ２８番〜４０番の細径同軸電線（導体断面積０．０９８ｍｍ^２〜０．００４ｍｍ^２）を用いている。

中心導体１２としては、例えば、軟銅線や銅合金線（錫メッキや銀メッキがされていてもよい）の単線、または複数本撚った撚線が用いられる。本例においては、中心導体１２として、例えば錫メッキ軟銅線を撚り合わせた撚線を用いることができる。中心導体１２の外径は、例えば０．０９ｍｍ〜０．４ｍｍである。

絶縁体１３には、例えば、ポリエチレンやテトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＦＡ）等からなるフッ素樹脂やポリメチルペンテンが用いられ、絶縁体１３は、このような樹脂材料を中心導体１２の周囲に押出成形することにより形成される。絶縁体１３の外径は、例えば０．２ｍｍ〜１．０ｍｍである。

外部導体１４は、例えば、複数本の金属細線を絶縁体１３の外周に横巻きで配して（螺旋状に巻き付けて）形成される。金属細線としては、軟銅線や合金線を用いることができ、メッキされていてもよい。外部導体１４は、例えば錫メッキ軟銅線を巻き角度（同軸電線１１の中心軸線に対する角度）が例えば５度以上１０度以下で横巻きすることができる。錫メッキ軟銅線の巻き角度を５度以上１０度以下の範囲としておくことで、同軸電線１１における減衰量の増加を十分に抑制することができる。

また、外被１５は、ポリエチレンやポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）やＦＥＰ等のフッ素樹脂を外部導体１４の外周に押出被覆することで、または樹脂テープ（例えばポリエチレンテレフタレート）を外部導体１４の外周に巻き付けることで形成されている。外被１５の外径は、例えば０．３ｍｍ〜１．２ｍｍである。

また、多芯ケーブル１には、複数本（本例では、７本）の絶縁電線２１が収容されている。本実施形態においては、複数本（本例では、７本）の絶縁電線２１のうちの一部（以下、第一の絶縁電線２１Ａとする）は、同軸電線対１０Ａ〜１０Ｄ同士の間にそれぞれ配置されている。第一の絶縁電線２１Ａは、各同軸電線対１０Ａ〜１０Ｄの片方の同軸電線１１と接触して配置されている。また、第一の絶縁電線２１Ａとは別の複数本の絶縁電線２１（以下、第二の絶縁電線２１Ｂとする）は、同軸電線対１０Ａ〜１０Ｄと第一の絶縁電線２１Ａとで形成される円の内部に配置されている。

絶縁電線２１Ａ，２１Ｂは、何れも導体２２を外被２３によって覆った電線である。
導体２２は、単線または撚線から形成されている。導体２２の外径は、例えば０．１５ｍｍ〜０．８ｍｍである。また、導体２２を覆う外被２３の材料としては、ポリエチレンやポリ塩化ビニルやＦＥＰ等のフッ素樹脂を用いることが好ましく、外被２３の外径は、例えば０．２５ｍｍ〜１．２ｍｍである。図１に示されるように、第一の絶縁電線２１Ａは第二の絶縁電線２１Ｂよりも小径であるが、多芯ケーブル１に含まれる同軸電線１１の外径や数により、第一および第二の絶縁電線２１Ａ，２１Ｂの外径や数は適宜変更可能である。

２本一組の同軸電線１１により構成された四対の同軸電線対１０Ａ〜１０Ｄと複数本の絶縁電線２１Ａ，２１Ｂとを有する多芯ケーブル１では、ケーブルの長さ方向に垂直な断面（図１の断面）において、四対の同軸電線対１０Ａ〜１０Ｄが同一円周上に配置されている。同軸電線１１はその中心導体１が前記円周上に配置されることが好ましい。製造上の誤差や使用中の電線の動きにより中心導体１が前記円周上から少しずれることは許容される。また、同軸電線１１が配置される前記の円が少し楕円形状となることも許容される。四対の同軸電線対１０Ａ〜１０Ｄの間には、１本ずつ第一の絶縁電線２１Ａが配置されている。各第一の絶縁電線２１Ａは、隣り合う同軸電線対１０Ａ〜１０Ｄの同軸電線１１、すなわち各同軸電線対１０Ａ〜１０Ｄの片方の同軸電線１１と接触して配置されている。図１の断面における多芯ケーブル１の中心から各絶縁電線２１Ａまでの距離が同じであることが好ましい。

同軸電線対１０Ａ〜１０Ｄと第一の絶縁電線２１Ａとで形成される円の内部には、複数本の第二の絶縁電線２１Ｂが配置されている。第二の絶縁電線２１Ｂにより、同軸電線対１０Ａ〜１０Ｄとそれらの間の第一の絶縁電線２１Ａとを同一円周上に配置することが確保され、スキューを抑制することができる。

このように配置された同軸電線対１０Ａ〜１０Ｄや絶縁電線２１Ａ，２１Ｂの隙間には、多数本のアラミド繊維からなる抗張力繊維３１やスフ糸等からなるフィラー３２が配置されている。

本実施形態においては、各同軸電線対１０Ａ〜１０Ｄを構成する同軸電線１１同士は撚り合わされずに、四対の同軸電線対１０Ａ〜１０Ｄと第一および第二の絶縁電線２１Ａ，２１Ｂとが、抗張力繊維３１等とともに一括して螺旋状に撚り合わされて集合されている（いわゆる層撚り方式）。従来のように同軸電線同士が撚り合わされたいわゆる対撚り方式により同軸電線対が構成されると、同軸電線１１間のクロストークが増加しやすいためである。

層撚り方式で集合された同軸電線対１０Ａ〜１０Ｄおよび絶縁電線２１Ａ，２１Ｂの周囲には、抑え巻４１が巻き付けられており、これにより、同軸電線対１０Ａ〜１０Ｄおよび絶縁電線２１Ａ，２１Ｂの配置が崩れることなく束ねられている。
また、同軸電線対１０Ａ〜１０Ｄおよび絶縁電線２１Ａ，２１Ｂは、その周囲が抑え巻４１を介して一括シールド層４２によって覆われている。そして、この一括シールド層４２のさらに外周側が、外被３０によって覆われている。

抑え巻４１としては、例えば、導電性樹脂テープが用いられている。この導電性樹脂テープを構成する樹脂テープは、耐熱性、耐摩耗性などに優れたポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂等のフッ素系樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂等のポリエステル系樹脂またはポリエチレン（ＰＥ）等から形成されている。この抑え巻４１として用いられる導電性樹脂テープは、導電性を持たせるために、樹脂テープを構成する樹脂にカーボン等の導電性物質がテープ全体に分散するように混入されている。この抑え巻４１は、所定の厚さを有するフィルム状に形成されている。抑え巻４１の巻き方向は、同軸電線対１０Ａ〜１０Ｄおよび絶縁電線２１Ａ，２１Ｂを一括撚りにて集合するときの撚り方向と同一方向でもよく、逆方向でもよい。なお、抑え巻４１として、銅箔やアルミ箔等からなる金属テープを用いてもよい。

このように、抑え巻４１を設けることで同軸電線対１０Ａ〜１０Ｄや絶縁電線２１Ａの周囲に一括シールド層４２を作製するときに、同軸電線対１０Ａ〜１０Ｄの外被１５や絶縁電線２１Ａの外被２３が破れて、その下の導体１４，２２が露出するおそれがない。これらの導体１４，２２が露出すると一括シールド層４２と接触して、多芯ケーブルが使用時にスパークしてしまう場合がある。抑え巻４１が金属テープであれば、多芯ケーブル１外の機器（外部機器）へのまたは外部機器からのノイズの影響を受けにくい。また、抑え巻４１が導電性テープであれば、信号の減衰量を減らすことができる。

一括シールド層４２は、金属細線を横巻きまたは編組して構成される。一括シールド層４２は、例えば、外径０．０３ｍｍ〜０．０８ｍｍの錫メッキ軟銅線を編組して構成されている。一括シールド層４２により、同軸電線対１０Ａ〜１０Ｄを伝搬する信号にノイズが乗らないので、ノイズの影響によるエラーのない正確な高速信号伝送が実現される。また、外部の機器へノイズの影響を与えることもない。
また、外被３０は、例えばポリ塩化ビニルやポリオレフィン系樹脂等から形成されている。外被３０の外径は例えば２．０ｍｍ〜６．０ｍｍである。

このように構成された本実施形態の多芯ケーブル１を製造するには、まず、ケーブル１の横断面中心部に複数本（本例では３本）の第二の絶縁電線２１Ｂを配置する。そして、この第二の絶縁電線２１Ｂの周囲に、四対の同軸電線対１０Ａ〜１０Ｄを同一円周上に配置する。このとき、同軸電線対１０Ａ〜１０Ｄと同一円周上であって同軸電線対１０Ａ〜１０Ｄの間にそれぞれ１本の第一の絶縁電線２１Ａを同軸電線１１と接触するように配置する。そして、同軸電線対１０Ａ〜１０Ｄおよび絶縁電線２１Ａ，２１Ｂの隙間に抗張力繊維３１あるいはフィラー３２を配置する。その後、同軸電線対１０Ａ〜１０Ｄおよび絶縁電線２１Ａ，２１Ｂを抗張力繊維３１あるいはフィラー３２ともに一括して撚り合わせる。次に、このようにして撚り合わされたものの周囲に抑え巻４１を巻き付け、さらにその外周を一括シールド層４２により覆う。最後に、このシールド層４２の外周に、外被３０を押し出し被覆する。

本実施形態の構成によれば、同軸電線対１０Ａ〜１０Ｄのそれぞれの電線対により差動伝送信号を伝送することができる。また、同一円周上に配置された同軸電線対１０Ａ〜１０Ｄの間に、絶縁電線２１Ａが配置されているため、絶縁電線２１Ａ間のクロストークおよび差動伝送電線対（同軸電線対１０Ａ〜１０Ｄ）間のクロストークを抑制させることができる。さらに、絶縁電線２１Ａが各同軸電線対１０Ａ〜１０Ｄの片方の電線１１と接触しているので、同軸電線対１０Ａ〜１０Ｄ同士が離れかつその距離が安定し、一層クロストークを抑制できる。

（実施例）
実施例である例１として、図１に示す多芯ケーブルを用いて、絶縁電線間および同軸電線対間のクロストークの評価試験を行った。当該評価試験においては、図１に示す多芯ケーブルを３本用意し、各ケーブルに対してクロストークの評価を行った。その結果を図２（ａ）および図３（ａ）に示す。
一方、比較例である例２として、複数の同軸電線対および複数本の絶縁電線を含む多芯ケーブルであって、隣り合う同軸電線対の間には絶縁電線が配置されていない多芯ケーブルを用いて、絶縁電線間および同軸電線対間のクロストークの評価試験を行った。当該評価試験においては、図４に示す多芯ケーブルを３本用意し、各ケーブルに対してクロストークの評価を行った。その結果を図２（ｂ）および図３（ｂ）に示す。図４は、図２（ｂ）および図３（ｂ）で示した例２（比較例）に係る多芯ケーブル１００の断面図である。多芯ケーブル１００においては、同一円周上に配置された複数の同軸電線対１１０Ａ〜１１０Ｄの間には絶縁電線１２１は配置されていない。絶縁電線１２１は、同軸電線対１１０Ａ〜１１０Ｄで形成される円周の内側に収容されている。

図２（ａ），（ｂ）に示されるように、例１においては、絶縁電線間のクロストークは１００ＭＨｚ〜５００ＭＨｚの周波数帯域において、−３０〜−５０ｄＢ程度であった。一方、例２においては、絶縁電線間のクロストークは同一の周波数帯域において、−２０〜−４０ｄＢ程度であった。このように、上記の実施形態に係る多芯ケーブルを用いることで、絶縁電線間のクロストークが抑制できることが確認された。

また、図３（ａ），（ｂ）に示されるように、例１においては、同軸電線対間のクロストークは１００ＭＨｚ〜５００ＭＨｚの周波数帯域において、−５０〜−８０ｄＢ程度であった。一方、例２においては、同軸電線対間のクロストークは同一の周波数帯域において、−３０〜−６０ｄＢ程度であった。このように、上記の実施形態に係る多芯ケーブルを用いることで、同軸電線対間のクロストークも抑制できることが確認された。

以上、本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。また、上記説明した構成部材の数、位置、形状等は上記実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等に変更することができる。

上記実施形態の多芯ケーブル１における同軸電線対１０Ａ〜１１Ｄおよび絶縁電線２１の本数や配置は、本実施形態に限定されない。同軸電線対は少なくとも２対、絶縁電線は少なくとも２本が多芯ケーブル内に収容されていればよい。

多芯ケーブルは、例えば、図５（ａ）〜（ｃ）に示される変形例のような配置関係とすることができる。
図５（ａ）および図５（ｂ）に示される多芯ケーブル１Ａ，１Ｂのように、同軸電線対１０Ａ〜１０Ｄの間には２本の第一の絶縁電線２１Ａが並列して配置される構成であってもよい。これらの多芯ケーブル１Ａ，１Ｂはクロストークを考慮する必要のない用途に使用される。
また、図５（ｂ）に示されるように、同軸電線対１０Ａ〜１０Ｄの間に配置される第一の絶縁電線２１Ａの外径は、同軸電線１１よりも大径であってもよい。この大径の絶縁電線２１Ａは電流を供給する給電線であり他の電線とのクロストークを考慮する必要がない。太径の絶縁電線２１Ａは、他の絶縁電線に比べて、図５（ｂ）の断面において中心導体の位置が多芯ケーブル１Ｂの中心寄りにずれるが、同軸電線対１０Ａ〜１０Ｄが配置される円周上に絶縁電線２１Ａの中心導体がかかる程度であれば、そのずれが許容される。太径の絶縁電線２１Ａが隣接する同軸電線１１および抑え巻４１に接すれば、同軸電線１１と同一円周上にあると見なすことができる。
さらに、図５（ｃ）に示される多芯ケーブル１Ｃのように、同一円周上に配置される同軸電線対１０Ａ〜１０Ｄにより形成される円の内部に収容される第二の絶縁電線２１Ｂは、各同軸電線対１０Ａ〜１０Ｄを構成する一対の同軸電線１１の間に配置される構成としてもよい。

また、上記の実施形態においては多芯ケーブル１に含まれる差動信号伝送用の電線対として一対の同軸電線１１から構成される同軸電線対１０Ａ〜１０Ｄを用いているがこの例に限られない。例えば、差動信号伝送用（高速信号伝送）の電線対として、２本の絶縁電線を撚り合せて対にしてその周囲をシールドしたＳＴＰ（Ｓｈｉｅｌｄｅｄ Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｐａｉｒ）と呼ばれるツイストペアケーブルや、２本の絶縁電線を撚らずに並行にした状態で対にしてその周囲をシールドした二芯平行（ツイナックス）電線を用いてもよい。ＳＴＰを使用する場合は、図１の断面において各ＳＴＰの中心が同一円周上にあると見なせればよい。二芯平行電線を使用する場合は、図１に示した同軸電線１１の配置と同様に、二芯平行電線を構成する各電線が多芯ケーブルの周方向に沿って並んで配置され、他の二芯平行電線および絶縁電線と層撚りされるのが好ましい。これにより多芯ケーブルを構成する電線の位置ずれが起こりにくく、信号の減衰量、差動信号のスキューおよびクロストークを小さくすることができる。

なお、同軸電線の特長は、ケーブルを繰り返し屈曲させた場合に断線のおそれが少ないことである。一方、ＳＴＰおよび二芯平行電線の特長は、スキューが小さいことである。
ケーブルの使用環境により各線（同時電線、ＳＴＰ、二芯平行電線）の長所を活かして差動信号伝送用の電線対に採用する電線を決定することができる。

１：多芯ケーブル
１０Ａ〜１０Ｄ：同軸電線対（電線対の一例）
１１：同軸電線（差動伝送電線の一例）
１２：中心導体
１３：絶縁層
１４：外部導体
１５：外被
２１：絶縁電線（２１Ａ：第一の絶縁電線、２１Ｂ：第二の絶縁電線）
２２：導体
２３：外被
３０：外被（シースの一例）
３１：抗張力繊維
３２：フィラー
４１：抑え巻
４２：シールド層

Claims (8)

1. ２本の電線から構成される電線対を少なくとも二対と、
   少なくとも２本の絶縁電線と、
   前記電線対と前記絶縁電線との周囲を覆うシースと、を備え、
   ケーブルの長さ方向に垂直な断面において、前記電線対が同一円周上に配置され、
   各前記電線対の間において、各絶縁電線が前記電線対の片方の電線と接触して配置されている、多芯ケーブル。
2. 前記シースの内側に、前記電線対および前記絶縁電線を覆う一括シールド層が設けられている、請求項１に記載の多芯ケーブル。
3. 前記シースの内側に、前記電線対および前記絶縁電線を覆う抑え巻が設けられ、
   前記抑え巻は、前記電線対および前記絶縁電線と接触している、請求項２に記載の多芯ケーブル。
4. 前記断面において、前記電線対よりもケーブル中心側に前記少なくとも２本の絶縁電線とは異なる絶縁電線が配置されている、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の多芯ケーブル。
5. 前記電線対は、前記２本の電線が一体となって遮蔽層に覆われている、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の多芯ケーブル。
6. 前記電線対が二芯平行電線であって、当該二芯平行電線を構成する各電線が前記多芯ケーブルの周方向に沿って並列している、請求項５に記載の多芯ケーブル。
7. 前記電線対を構成する前記２本の電線はそれぞれ同軸電線である、請求項１から４のいずれか一項に記載の多芯ケーブル。
8. 各前記同軸電線が、前記多芯ケーブルの周方向に沿って並列している、請求項７に記載の多芯ケーブル。

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