特許 5920278 差動信号伝送用ケーブル及び多対差動信号伝送用ケーブル

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5920278

(24)【登録日】2016年4月22日

(45)【発行日】2016年5月18日

(54)【発明の名称】差動信号伝送用ケーブル及び多対差動信号伝送用ケーブル

(51)【国際特許分類】

   H01B 11/00 20060101AFI20160428BHJP

   H01B 7/02 20060101ALI20160428BHJP

   H01B 7/08 20060101ALI20160428BHJP

   H01B 11/02 20060101ALI20160428BHJP

【ＦＩ】

   H01B11/00 G

   H01B7/02 G

   H01B7/08

   H01B11/02

【請求項の数】5

【全頁数】7

(21)【出願番号】特願2013-84834(P2013-84834)

(22)【出願日】2013年4月15日

(65)【公開番号】特開2014-207178(P2014-207178A)

(43)【公開日】2014年10月30日

【審査請求日】2015年6月19日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005083

【氏名又は名称】日立金属株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100068021

【弁理士】

【氏名又は名称】絹谷 信雄

(72)【発明者】

【氏名】杉山 剛博

(72)【発明者】

【氏名】石松 洋輔

(72)【発明者】

【氏名】中山 明成

【審査官】 北嶋 賢二

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１２−５０７８３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１９２８１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０２１５８５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｂ １１／００

Ｈ０１Ｂ ７／０２

Ｈ０１Ｂ ７／０８

Ｈ０１Ｂ １１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

導体の外周に絶縁層を設けた２本の芯線を平行配置し、該２本の芯線を一括して覆うように外部導体を設けた差動信号伝送用ケーブルであって、
前記絶縁層は、前記導体の外周に、非発泡の樹脂からなる内層スキン層と、発泡樹脂からなる発泡層と、非発泡の樹脂からなる外層スキン層とを順次設けて構成され、
前記外層スキン層の比誘電率が、前記内層スキン層の比誘電率より大きい
ことを特徴とする差動信号伝送用ケーブル。

【請求項2】

前記外層スキン層の比誘電率が、３以上である
請求項１記載の差動信号伝送用ケーブル。

【請求項3】

前記外層スキン層の厚さが、前記内層スキン層の厚さより大きい
請求項１または２記載の差動信号伝送用ケーブル。

【請求項4】

前記外部導体は、前記２本の芯線の外周に、導体テープを縦添え巻きして形成される
請求項１〜３いずれかに記載の差動信号伝送用ケーブル。

【請求項5】

請求項１〜４いずれかに記載の差動信号伝送用ケーブルを複数備え、該複数の差動信号伝送用ケーブルの周囲に保護用のジャケットを設けた
ことを特徴とする多対差動信号伝送用ケーブル。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、差動信号伝送用ケーブル及び多対差動信号伝送用ケーブルに関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来より、図２に示すような差動信号伝送用ケーブル２１が知られている。

【0003】

図２に示す従来の差動信号伝送用ケーブル２１は、１本の導体２２の外周に絶縁層２３を設けた２本の芯線２４を平行配置し、２本の芯線２４を一括して覆うように外部導体２５を設けて構成されている。

【0004】

絶縁層２３として発泡樹脂からなるものを用いる場合、導体２２と接する絶縁層２３の内側の部分、および外部導体２５と接する絶縁層２３の外側の部分に、スキン層と呼ばれる非発泡の層を設けることが一般に行われている。以下、内側のスキン層を内層スキン層２６、外側のスキン層を外層スキン層２８、内層スキン層２６と外層スキン層２８間に設けられる発泡樹脂からなる絶縁層２３を発泡層２７と呼称する。

【0005】

内層スキン層２６は、発泡層２７と導体２２間に空気が溜まることによる絶縁層２３の導体２２への密着性の低下を抑制するためのものであり、外層スキン層２８は、発泡層２７に水分が入ることを抑制するためのものである。内層スキン層２６、発泡層２７、外層スキン層２８としては、発泡の有無が異なるのみで同じ材料を用いることが一般的であり、このような三層の絶縁層２３を形成することは、三層押出し等と呼ばれ従来より一般的に実施されている。

【0006】

外部導体２５は、テープ状の樹脂の一方の面に金属層を形成した導体テープを巻き付けて形成される。導体テープの巻き方としては、スパイラル状に巻き付ける横巻きや縦添え巻きが知られている。

【0007】

導体テープを横巻きにして外部導体２５を形成した場合、ケーブル長手方向に沿って樹脂層と金属層が周期的に配列された状態となり、特定の周波数で伝送特性が悪化することが知られている。これを抑制するため、高速伝送に用いる差動信号伝送用ケーブル２１においては、導体テープを縦添えにした外部導体２５を用いることが望まれる。

【0008】

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、特許文献１がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開２００２−３５８８４１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

ところで、差動信号伝送用ケーブル２１では、一対の導体２２で差動信号を伝送する差動モードと、一対の導体２２で同相信号を伝送する同相モードの２つの伝送モードが存在している。

【0011】

差動モードの信号伝送では、導体２２付近に電界が集中するため、差動モードの伝播速度は主に導体２２間に存在する絶縁層２３の比誘電率で決まる。

【0012】

他方、同相モードの信号伝送では、導体２２と外部導体２５との間に電界が集中するため、同相モードの伝播速度は導体２２と外部導体２５の間に存在する絶縁層２３の比誘電率で決まる。

【0013】

差動信号伝送用ケーブル２１では、２本の芯線２４と外部導体２５との間に隙間（空気層２９という）が生じる。この空気層２９は外部導体２５の近傍に多く存在するため、差動モードに比べて同相モードがその影響を受けやすい。そのため、同相モードの伝播速度が差動モードの伝播速度よりも速くなり、差動モードと同相モードでは伝播速度が異なってしまう。つまり、従来の差動信号伝送用ケーブル２１では、差動・同相モード間でスキューが発生してしまう。

【0014】

高速伝送では主に差動信号が用いられているため、理想的には、差動・同相モード間のスキューは伝送特性に影響を及ぼさない。しかし、製造上のばらつきなどでケーブル構造の対称性が崩れた場合など、差動モードから同相モード、同相モードから差動モードといった相互の結合（差動−同相間結合（ＳＣＤ２１、ＳＤＣ２１））が発生した場合には、差動・同相モード間のスキューにより伝送特性（差動信号のスキュー特性）が悪化してしまうという問題が生じる。

【0015】

導体テープを横巻きにして外部導体２５を形成した場合には、同相成分が減衰するために大きな問題は生じないことが多いが、導体テープを縦添えにして外部導体２５を形成した高速伝送用の差動信号伝送用ケーブル２１においては、同相成分が減衰することなく伝送されるため、差動・同相モード間のスキューの影響を受けやすく、差動−同相間結合による伝送特性の悪化が顕著に生じてしまう。

【0016】

差動−同相間結合を完全に無くすことは困難であるため、差動−同相間結合が発生した場合であっても伝送特性の悪化を抑制できる差動信号伝送用ケーブルが望まれる。

【0017】

本発明は上記事情に鑑み為されたものであり、差動−同相間結合が発生した場合であっても伝送特性の悪化を抑制できる差動信号伝送用ケーブル及び多対差動信号伝送用ケーブルを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0018】

本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、導体の外周に絶縁層を設けた２本の芯線を平行配置し、該２本の芯線を一括して覆うように外部導体を設けた差動信号伝送用ケーブルであって、前記絶縁層は、前記導体の外周に、非発泡の樹脂からなる内層スキン層と、発泡樹脂からなる発泡層と、非発泡の樹脂からなる外層スキン層とを順次設けて構成され、前記外層スキン層の比誘電率が、前記内層スキン層の比誘電率より大きい差動信号伝送用ケーブルである。

【0019】

前記外層スキン層の比誘電率が、３以上であるとよい。

【0020】

前記外層スキン層の厚さが、前記内層スキン層の厚さより大きいとよい。

【0021】

前記外部導体は、前記２本の芯線の外周に、導体テープを縦添え巻きして形成されてもよい。

【0022】

また、本発明は、本発明の差動信号伝送用ケーブルを複数備え、該複数の差動信号伝送用ケーブルの周囲に保護用のジャケットを設けた多対差動信号伝送用ケーブルである。

【発明の効果】

【0023】

本発明によれば、差動−同相間結合が発生した場合であっても伝送特性の悪化を抑制できる差動信号伝送用ケーブル及び多対差動信号伝送用ケーブルを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】本発明の一実施の形態に係る差動信号伝送用ケーブルの横断面図である。

【図2】従来の差動信号伝送用ケーブルの横断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下、本発明の実施の形態を添付図面にしたがって説明する。

【0026】

図１は、本実施の形態に係る差動信号伝送用ケーブルの横断面図である。

【0027】

図１に示すように、差動信号伝送用ケーブル１は、導体２の外周に絶縁層３を設けた２本の芯線４を平行配置し、２本の芯線４を一括して覆うように外部導体５を設けて構成されている。

【0028】

絶縁層３は、導体２の外周に、非発泡の樹脂からなる内層スキン層６と、発泡樹脂からなる発泡層７と、非発泡の樹脂からなる外層スキン層８とを順次設けて構成されている。

【0029】

２本の芯線４と外部導体５との間には、外部導体５の接地用のドレイン線９が設けられている。なお、ドレイン線９は必須ではなく、省略可能である。

【0030】

外部導体５は、テープ状の樹脂の一方の面に銅やアルミニウムなどからなる金属層を形成した導体テープを用い、この導体テープを２本の芯線４の外周に縦添え巻きして形成されている。

【0031】

本実施の形態では、導体２の外径を０．５１１ｍｍ、芯線４の外径を１．５ｍｍ、内層スキン６の厚さを０．０５ｍｍとし、特性インピーダンスは１００Ωに設定することとした。２本の芯線４と外部導体５とドレイン線９の間には、隙間（空気層１０という）が形成されている。

【0032】

内層スキン層６と発泡層７としては、従来通り、同じ樹脂からなるものを用いた。ここでは、内層スキン層６として比誘電率２．１の非発泡のＰＥ（ポリエチレン）、発泡層７として比誘電率１．６の発泡ＰＥを用いた。

【0033】

さて、本実施の形態に係る差動信号伝送用ケーブル１では、外層スキン層８の比誘電率を、内層スキン層６の比誘電率より大きくしている。発泡層７の比誘電率は内層スキン層６の比誘電率より小さいので、差動信号伝送用ケーブル１では、発泡層７、内層スキン層６、外層スキン層８の順に比誘電率が大きくなっている。

【0034】

導体２間に電界が集中する差動モードと比較して、導体２と外部導体５間に電界が集中する同相モードの方が、外層スキン層８の誘電率の影響を受けやすい。そこで、本実施の形態では、外層スキン層８の比誘電率を高くすることで、比誘電率の低い空気層１０による影響を抑えて、差動モードと同相モード間で伝播速度に差が生じること、つまりスキューの発生を抑制している。

【0035】

ところで、同相モードの伝播速度には、外層スキン層８の比誘電率と厚さａの両者が影響を及ぼす。つまり、外層スキン層８の比誘電率を高くすると、外層スキン層８の厚さａを小さくしてもスキューを抑制可能となり、外層スキン層８の厚さａを大きくすると、外層スキン層８の比誘電率が低くてもスキューを抑制可能になる。

【0036】

ただし、外層スキン層８の比誘電率は、３以上とすることが望ましい。これは、外層スキン層８の比誘電率を３未満とすると、内層スキン層６と発泡層７としてＰＥ等の一般的な樹脂を用いる場合において、外層スキン層８を厚く形成しても差動モードと同相モード間で伝播速度のバランスをとることが困難となるためである。

【0037】

また、外層スキン層８の厚さａは、内層スキン層６の厚さｂより大きくすることが望ましい。従来のケーブルでは、内層および外層のスキン層の厚さは０．１ｍｍ以下とするのが通常であるが、外層スキン層８の厚さａをこれと同程度とすると、比誘電率の非常に高い材料を用いる必要が生じ、現実的でないためである。よって、内層スキン層６の厚さｂを一般的な厚さである０．１ｍｍ以下とする場合、外層スキン層８の厚さａは、内層スキン層６の厚さｂより大きくすることが望ましい。

【0038】

本実施の形態では、外層スキン層８として、比誘電率３．２に調整したＥＶＡ（エチレン酢酸ビニル樹脂）を用い、外層スキン層８の厚さａを０．２ｍｍとした。このときの外層スキン層８の厚さａは、絶縁層３全体の厚さの約４０％であり、芯線４の半径の約２７％である。

【0039】

なお、外層スキン層８として用いる樹脂としては、ＥＶＡに限らず、内層スキン層６や発泡層７に用いた樹脂（ＰＥ）と密着性がよく、押出成型が可能で、かつ比誘電率が３以上となるものであればよく、例えば、ナイロン等のポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂などを用いることもできる。また、外層スキン層８として、内層スキン層６や発泡層７に用いた樹脂と同じ樹脂（ここではＰＥ）を用い、これにシリカ等の無機物を添加して比誘電率を調整することも可能である。

【0040】

本発明の差動信号伝送用ケーブル１を複数本備え、その周囲に保護用のジャケットを設けると、本発明の多対差動信号伝送用ケーブルが得られる。なお、多対差動信号伝送用ケーブルに含まれる全ての差動信号伝送用ケーブルに本発明の差動信号伝送用ケーブル１を用いなければならないというわけではなく、多対差動信号伝送用ケーブルに含まれる差動信号伝送用ケーブルの少なくとも１つに差動信号伝送用ケーブル１を用いていれば本発明に含まれる。

【0041】

以上説明したように、本実施の形態に係る差動信号伝送用ケーブル１では、外層スキン層８の比誘電率を、内層スキン層６の比誘電率より大きくしている。

【0042】

外層スキン層８の比誘電率を大きくすることにより、同相モードにおける実効誘電率を増加させること、すなわち、空気層１０の低い誘電率を外層スキン層８の高い誘電率で相殺することが可能となり、差動モードと同相モードの実効誘電率を等しくする（あるいは近づける）ことが可能になる。その結果、差動モードと同相モードの伝播速度を等しくして（あるいは近づけて）、差動・同相モード間のスキューを抑制し、製造上のばらつきなどで差動−同相間結合が発生した場合であっても波形の乱れ等の伝送特性の悪化を抑制することが可能になる。

【0043】

なお、従来の差動信号伝送用ケーブルでは、誘電損を減少させるために絶縁層３の比誘電率をできるだけ小さくするのが通常である。本実施の形態では、逆に外層スキン層８の比誘電率を大きくし、かつ外層スキン層８を従来よりも厚く形成することにより、差動・同相モード間のスキューを抑制している。

【0044】

本発明は、同相成分が減衰することなく伝送される縦添えタイプの外部導体５を用いた場合に、特に顕著な効果を奏する。

【0045】

本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。

【0046】

例えば、上記実施の形態では外部導体５として縦添えタイプのものを用いたが、これに限らず、横巻きタイプのものを用いてもよい。

【符号の説明】

【0047】

１ 差動信号伝送用ケーブル
２ 導体
３ 絶縁層
４ 芯線
５ 外部導体
６ 内層スキン層
７ 発泡層
８ 外層スキン層
９ ドレイン線
１０ 空気層

【図1】

【図2】