JP2017134925A - 信号用ケーブル - Google Patents

Abstract

【課題】伝送特性を向上させ、圧着不良の可能性を低減させることが可能な信号用ケーブルを提供する。
【解決手段】信号用ケーブル１は、それぞれが導体１１と導体１１上に被覆された絶縁体１２とからなる一対の電源線１０と、それぞれが導体２１と導体２１上に被覆された絶縁体２２とからなる一対の信号線２０と、を有し、電源線１０同士及び信号線２０同士が対角に配置され、電源線１０の絶縁体１２、及び、信号線２０の絶縁体２２は、それぞれが誘電率１．０以上３．２以下であり、伸びの上降伏点が２０％以下の材料で構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、信号用ケーブルに関する。

従来、一対の電源線と一対の信号線とを備え、電源線同士と信号線同士とをそれぞれ対角配置した信号用ケーブルや（特許文献１参照）、これら電源線と信号線とを一括して撚り加工した信号用ケーブルが提案されている（特許文献２参照）。

これらの特許文献１，２に記載の信号用ケーブルによれば、信号線が対角配置されていることから、信号線の導体同士の距離を長くすることができ、或る一定値以上の特性インピーダンスを有するケーブルの外径を小さくすることもできる。加えて、このような信号用ケーブルでは、電源線から信号線への誘導が起こり、信号にノイズが混入して機器が誤動作したり機器の反応が遅くなったりする可能性を低減することができる。

また、特許文献２に記載の信号用ケーブルによれば、電源線と信号線とを一括して撚るため、例えば信号線同士を撚ってツイストペアケーブルを作成すると共に、電源線同士を撚ってツイストペアケーブルを作成し、その後これらのツイストペアケーブル同士を本撚りする場合と比較して、撚り回数が１回で済み、電線製造時間の短縮を図ることができる。

特開２００２−２４５８６０号公報 特開平１１−３９９５８号公報

ここで、特許文献１，２に記載の信号用ケーブルでは上記の如く耐ノイズ性に優れるものであるが、伝送特性に関しては未だ向上の余地を残すものであった。

さらに、特許文献１，２に記載の信号用ケーブルは圧着不良を起こし難いことが好ましい。例えば、電線切断機の切断刃にて絶縁体を皮剥ぎする際に絶縁体が切れ残ってしまうと、その後端子圧着した場合に切れ残った絶縁体が端子に噛み込んで圧着不良を引き起こしてしまう。

本発明はこのような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、伝送特性を向上させ、圧着不良の可能性を低減させることが可能な信号用ケーブルを提供することにある。

本発明の信号用ケーブルは、それぞれが導体と前記導体上に被覆された絶縁体とからなる一対の電源線と、それぞれが導体と前記導体上に被覆された絶縁体とからなる一対の信号線と、を有し、前記電源線同士及び前記信号線同士が対角に配置された信号用ケーブルであって、前記電源線の絶縁体、及び、前記信号線の絶縁体は、それぞれが誘電率１．０以上３．２以下であり、伸びの上降伏点が２０％以下の材料で構成されていることを特徴とする。

本発明の信号用ケーブルによれば、電源線の絶縁体、及び、信号線の絶縁体は、それぞれが誘電率１．０以上３．２以下であり、一般的にこの様な材料は温度依存性が小さく、且つ誘電正接が小さいため、伝送特性を向上させることができる。また、電源線の絶縁体、及び、信号線の絶縁体は、伸びの上降伏点が２０％以下の材料で構成されているため、切断刃が入り込まない絶縁体部分を引き千切る際に絶縁体が比較的容易に千切れることとなり、うまく引き千切れずに絶縁体が導体上に残ってしまう可能性を低減させることができる。従って、伝送特性を向上させ、圧着不良の可能性を低減させることが可能な信号用ケーブルを提供する。

また、本発明の信号用ケーブルにおいて、前記一対の電源線及び前記一対の信号線は、それら全てが一括して撚り加工され、前記一対の電源線及び前記一対の信号線のそれぞれの外径が同じであって、当該外径をＡとし、前記一対の電源線及び前記一対の信号線のそれぞれの導体が素線の７本撚りにて構成されて、その素線径をｒとし、一括して撚り加工されるときの撚りピッチをＰとした場合、

の条件を満たすことが好ましい。

この信号用ケーブルによれば、撚りピッチは、上記式を満たすため、２％の以下の歪みによって塑性変形しない金属が導体である場合には、金属が塑性変形した状態で撚られておらず端末加工の際の撚り解きを容易に行え、端末加工作業の容易化を図ることができる。

本発明によれば、伝送特性を向上させ、圧着不良の可能性を低減させることが可能な信号用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信号用ケーブルを示す断面図である。 信号用ケーブルを示す斜視図であり、（ａ）比較例に係る信号用ケーブルを示し、（ｂ）は、本実施形態に係る信号用ケーブルを示している。 伸びと破断強度との相関を示すグラフである。 本実施形態に係る電源線及び信号線の絶縁体の適応領域を示す図である。 本実施形態に係る信号用ケーブルの一例を示す表である。

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態に係る信号用ケーブルを示す断面図である。同図に示す信号用ケーブル１は、一対の電源線１０と、一対の信号線２０と、シールド層３０と、シース４０とを備えている。

一対の電源線１０は、それぞれが導体１１と導体１１上に被覆された絶縁体１２とからなる電線であって、接続先となる機器に対して電源からの電力を供給するものである。一対の信号線２０についても、電源線１０と同様に、それぞれが導体２１と導体２１上に被覆された絶縁体２２とから構成されている。この信号線２０は、接続先となる機器を制御するための制御信号を当該機器に対して送信する役割を果たす。

このような電源線１０と信号線２０との導体１１，２１は軟銅線によって構成されているが、これに限らず、例えば合金線、銅被覆鋼線、銀メッキ軟銅線、錫メッキ軟銅線、錫メッキ銅合金線、及び錫メッキ銅被覆鋼線などによって構成されていてもよい。また、絶縁体１２，２２は、上記導体１１，２１を被覆するものである。

さらに、本実施形態において電源線１０及び信号線２０は一括して撚り加工されている（カッド構造）。すなわち、１回の撚り工程により４本の線１０，２０がまとめて撚られており、ツイストペアケーブルを作成するなど、複数回の撚りを必要とせず撚り工程の簡略化を図っている。

また、図１に示すように、電源線１０同士及び信号線２０同士は対角に配置されている。特に、信号線２０を対角線状に配置することで、導体２１間の距離を離すことができ、例えば９０Ω以上の特性インピーダンスを有するケーブルの外径を小さくすることができる。なお、電源線１０と信号線２０との仕上外径が異なる場合、信号線２０の導体２１間距離が安定しなくなるため、特性インピーダンスについても安定しなくなる。よって、電源線１０と信号線２０との仕上外径は同じとすることが望ましい。

さらに、電源線１０同士及び信号線２０同士を対角に配置することでノイズに強い信号用ケーブル１を提供できることとなる。図２は、信号用ケーブルを示す斜視図であり、（ａ）比較例に係る信号用ケーブルを示し、（ｂ）は、本実施形態に係る信号用ケーブル１を示している。なお、図２では、説明を簡略化する関係上、撚り加工については省略した状態で図示するものとする。

図２（ａ）に示すように、比較例に係る信号用ケーブルは、電源線同士が隣接しており、信号線同士も隣接している。また、電源線は接続先となる機器に対して電流を供給することから、一方の電源線の導体１１ａ’がプラス側となり、他方の電源線の導体１１ｂ’がマイナス側となる。これにより、それぞれの導体１１ａ’，１１ｂ’を中心にして磁界が発生し、その合成磁界の面は図２（ａ）に示すように、両者の導体１１ａ’，１１ｂ’の中間位置を通過する面となる。このため、合成磁界の面と信号線の導体２１ａ’，２１ｂ’によって形成される回路ループの面とは直交することとなり、電源線に発生する誘導電流が信号線に誘導し易い構造となる。

一方、図２（ｂ）に示すように本実施形態に係る信号用ケーブル１は、電源線１０同士及び信号線２０同士が対角に配置されている。よって、図２（ｂ）に示すように、両者の導体１１ａ，１１ｂの中間位置を通過する合成磁界の面と、信号線の導体２１ａ，２１ｂによって形成される回路ループの面とは平行となり、合成磁界により誘導電流は殆ど信号線２０に誘導しないこととなる。よって、本実施形態に係る信号用ケーブル１は、耐ノイズ性に優れた構造となっている。

再度、図１を参照する。図１に示すように、シールド層３０は、上記電源線１０及び信号線２０の外周に設けられる部材であって、例えば軟銅線、合金線、銅被覆鋼線、銀メッキ鋼線、及び錫メッキ軟銅線などを編組状に編んだものやアルミ箔等が用いられる。また、シールド層３０は、内側シールド層３１と外側シールド層３２とを有する２層構造となっている。

シース４０は、シールド層３０の外周に設けられる部材であって、例えばＰＥ、ＰＰ及びＰＶＣ（polyvinyl chloride）などにより構成されている。

ここで、電源線１０と信号線２０との絶縁体１２，２２は、それぞれが誘電率１．０以上３．２以下であり、伸びの上降伏点が２０％以下の材料で構成されており、具体的には、例えばＨＤＰＥ（High Density Polyethylene）、ＰＰ（Polypropylene）、フッ素樹脂、発泡ＰＥ（Polyethylene）、発泡ＨＤＰＥ、又は、発泡ＰＰで構成されている。

ここで、絶縁体１２，２２が誘電率１．０以上３．２以下の低誘電率材料である。低誘電率材料は一般的に温度変化における依存性が小さく安定した材料であり、且つ誘電正接も小さいため、伝送特性を向上させることができる。また、絶縁体１２，２２の伸びの上降伏点が２０％以下であるため、切断刃にて絶縁体１２，２２を皮剥ぎする際に絶縁体１２，２２が切れ残り難くなる。

絶縁体１２，２２の皮剥ぎの際には、まず絶縁体１２，２２に対して周状に切断刃を差し込む。切断刃を差し込んだ場合、絶縁体１２，２２の内側（導体１１，２１側）において僅かに切り込みが入っていない部位が存在してしまう。このため、切断刃の差し込み位置から電線１０，２０の端末方向に切断刃を移動させることで、僅かに切り込みが入っていない部位を引き千切るようにして絶縁体１２，２２を導体１１，２１から剥がしている。よって、絶縁体１２，２２の伸びの上降伏点が２０％以下の材料で構成されていると、切断刃が入り込まない絶縁体１２，２２部分を引き千切る際に絶縁体１２，２２が比較的容易に千切れることとなり、うまく引き千切れずに絶縁体１２，２２が導体１１，２１上に残ってしまう可能性を低減させることができる。

図３は、伸びと引張強度との相関を示すグラフである。なお、図３において縦軸は破断強度を示し、横軸は伸びを示している。図３に示すように、ＰＰは、伸び５％で引張強度が約２２ＭＰａであり、伸び１０％で引張強度が約２８ＭＰａである。また、ＰＰは、伸びの上降伏点となる伸び１６％で引張強度が３０ＭＰａ弱である。なお、ＰＰは、伸びが約２８％で破断し、そのときの破断強度が２７ＭＰａである。さらに、架橋ＨＤＰＥは、伸び５％で引張強度が約２２ＭＰａであり、伸びの上降伏点となる伸び１０％で破断強度が約２４ＭＰａである。なお、架橋ＨＤＰＥは、伸びが１１％強で破断し、そのときの破断強度が１９ＭＰａである。

ここで、伸びの上降伏点とは、この伸びを超えると樹脂が完全に塑性変形してしまい元に戻らない伸びを示すものであり、この値が低い方が絶縁体を伸ばした際に簡単に塑性変形して引き千切り易くなる。

なお、架橋ＬＤＰＥは、伸びの上降伏点が３０％を超えており、引き千切り難い素材であるといえる。

図４は、本実施形態に係る電源線１０及び信号線２０の絶縁体１２，２２の適応領域を示す図である。図４において縦軸は誘電率を示し、横軸は伸びの上降伏点を示している。上記したように、本実施形態に係る絶縁体１２，２２は、誘電率１．０以上３．２以下であり、伸びの上降伏点が２０％以下である。このため、図４に示す斜線領域Ｒに収まる絶縁性樹脂が電源線１０及び信号線２０の絶縁体１２，２２に用いられることとなる。

このため、図４に示す例において絶縁体１２，２２の素材としては、ＰＰ、ＨＤＰＥ等が該当し、ＰＶＣ（polyvinyl chloride）、及び、ＬＤＰＥ等は該当しないこととなる。

さらに、信号用ケーブルは、端子圧着時などの端末加工時において撚りを解く工程が必要である。そして、この撚りを解く工程に時間が掛かってしまうと、端末加工性の低下を招いてしまう。

そこで、本実施形態に係る信号用ケーブル１は、電源線１０の導体１１及び信号線２０の導体２１のそれぞれについて、撚り加工時における歪が弾性域の範囲内となるように撚り合わされている。具体的に電源線１０及び信号線２０は、外径が同じである場合において、電線１０，２０の外径をＡとし、素線径をｒとした場合において、導体１１，２１が素線の７本撚りにて構成されているとすると、導体１１，２１の外径が３ｒとなる。この場合において、撚りピッチＰは、

とすればよい。

これにより、導体１１，２１の歪みを２％以下に抑えることができる。よって、２％の以下の歪みによって塑性変形しない金属が導体である場合には、金属が塑性変形した状態で撚られておらず端末加工の際の撚り解きを容易に行え、端末加工作業の容易化を図ることができる。

ここで、絶縁体１２，２２を容易に引き千切るためには、絶縁体１２，２２の伸びの上降伏点が小さいほど好ましい。よって、伸びの上降伏点は、例えば図３に示すＰＰの伸び以下（すなわち１６％以下）とすることが好ましく、さらに好ましくは図４に示すＨＤＰＥ以下（すなわち１２．５％以下）とするとよい。また、例えば図３に示すＨＤＰＥ以下（すなわち１０％以下）とすることがより一層好ましく、さらには図４に示すＰＰ及びＨＤＰＥの発泡タイプの一部以下（すなわち８％以下）とするとよい。

さらに、伝送特性を向上させるためには、絶縁体１２，２２の誘電率が小さいことが好ましい。よって、誘電率は、図４に示すＰＰ並びにＰＰ及びＨＤＰＥの発泡タイプ以下（すなわち２．８０以下）であることが好ましく、より好ましくは図４に示すＨＤＰＥ以下（２．４０以下）であると良い。さらには、さらには図４に示すＰＰ及びＨＤＰＥの発泡タイプの一部以下（すなわち２．２以下）とするとよい。

次に、本実施形態に係る信号用ケーブル１の製造方法の一例について説明する。図５は、本実施形態に係る信号用ケーブル１の一例を示す表である。

本実施形態に係る信号用ケーブル１を製造するにあたっては、まず、電源線１０と信号線２０とを製造する。具体的に、ＡＷＧ２４の軟銅線（約０．２２ｓｑ）を７本撚り合わせて外径０．６０ｍｍとし、信号線２０の導体２１を作成する。同様に、ＡＷＧ２０の軟銅線（約０．５３ｓｑ）を７本撚り合わせて外径０．９６ｍｍとし、電源線１０の導体１１を作成する。

次に、導体１１，２１の外周に押出機にて絶縁体１２，２２を被覆していく。ここで、電源線１０の絶縁体１２にはＰＰが用いられ、信号線２０の絶縁体２２には架橋ＨＤＰＥが用いられる。絶縁体１２，２２の被覆後における外径は電源線１０及び信号線２０共に、１．４ｍｍとなる。なお、架橋ＨＤＰＥは伸びの上降伏点が１０％であり誘電率が２．３であり、ＰＰは伸びの上降伏点が１６％であり誘電率が２．３である。また、電源線１０は色がＲ（レッド）／Ｂ（ブルー）とされ、信号線２０は色がＧ（グリーン）／Ｗ（ホワイト）とされる。

次いで、電源線１０同士及び信号線２０同士を対角線上に配置し、一括して撚り加工を施す。このとき、撚りピッチは例えば４０ｍｍである。ここで、電源線１０及び信号線２０の外径Ａ＝１．４ｍｍであり、素線径０．３２ｍｍ（素線径が大きい方が歪みが大きいため電源線１０の素線径を採用している）であることから、上記式より、ピッチＰは２９．８ｍｍより大きければよく、撚りピッチは例えば４０ｍｍとされている。

次に、撚り合わせた後の電源線１０及び信号線２０上に内側シールド層３１を形成する。この内側シールド層３１は、金属箔シールドによって構成され、例えばアルミ蒸着ＰＥＴフィルムが縦添えされる。

その後、内側シールド層３１上に外側シールド層３２を設ける。外側シールド層３２は、編組シールドによって構成され、例えば錫メッキ軟銅線により編み込まれた編組が用いられる。編組シールドは、素線径０．１２ｍｍであり持数１０であり打数が１６である。なお、外側シールド層３２を形成した後の外径は４．０ｍｍである。

次いで、外側シールド層３２上にシース４０を形成する。シース４０は、例えばＰＶＣにより構成され、その肉厚は０．４５ｍｍとなっている。シース４０の形成後の仕上外径は４．９ｍｍとなる。

以上のように信号用ケーブル１が製造される。

このようにして、本実施形態に係る信号用ケーブル１によれば、電源線１０の絶縁体１２、及び、信号線２０の絶縁体２２は、それぞれが誘電率１．０以上３．２以下であるため、低誘電率の材料により導体１１，２１を被覆することで伝送特性を向上させることができる。また、電源線１０の絶縁体１２、及び、信号線２０の絶縁体２２は、伸びの上降伏点が２０％以下の材料で構成されているため、切断刃が入り込まない絶縁体部分を引き千切る際に絶縁体１２，２２が比較的容易に千切れることとなり、うまく引き千切れずに絶縁体１２，２２が導体１１，２１上に残ってしまう可能性を低減させることができる。従って、伝送特性を向上させ、圧着不良の可能性を低減させることが可能な信号用ケーブル１を提供する。

また、撚りピッチＰは、上記式を満たすため、２％の以下の歪みによって塑性変形しない金属が導体である場合には、金属が塑性変形した状態で撚られておらず端末加工の際の撚り解きを容易に行え、端末加工作業の容易化を図ることができる。

以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更を加えてもよい。

例えば、本実施形態に係る信号用ケーブル１は、図４を参照して説明したものに限らず、種々の変更が可能である。例えば、内部導体１０は軟銅撚り線でなくともよいし、シース４０はＰＶＣでなくともよい。また、絶縁体２０やシールド層３０についても同様に種々の変更が可能である。

１…信号用ケーブル
１０…電源線
１１…導体
１２…絶縁体
２０…信号線
２１…導体
２２…絶縁体
３０…シールド層
３１…内側シールド層
３２…外側シールド層
４０…シース

Claims (2)

1. それぞれが導体と前記導体上に被覆された絶縁体とからなる一対の電源線と、それぞれが導体と前記導体上に被覆された絶縁体とからなる一対の信号線と、を有し、前記電源線同士及び前記信号線同士が対角に配置された信号用ケーブルであって、
   前記電源線の絶縁体、及び、前記信号線の絶縁体は、それぞれが誘電率１．０以上３．２以下であり、伸びの上降伏点が２０％以下の材料で構成されている
   ことを特徴とする信号用ケーブル。
2. 前記一対の電源線及び前記一対の信号線は、それら全てが一括して撚り加工され、
   前記一対の電源線及び前記一対の信号線のそれぞれの外径が同じであって、当該外径をＡとし、
   前記一対の電源線及び前記一対の信号線のそれぞれの導体が素線の７本撚りにて構成されて、その素線径をｒとし、
   一括して撚り加工されるときの撚りピッチをＰとした場合、
   
   の条件を満たす
   ことを特徴とする請求項１に記載の信号用ケーブル。