特許 7339042 差動伝送ケーブル及びワイヤーハーネス

(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】

(24)【登録日】2023-08-28

(45)【発行日】2023-09-05

(54)【発明の名称】差動伝送ケーブル及びワイヤーハーネス

(51)【国際特許分類】

   H01B 11/12 20060101AFI20230829BHJP

   H01B 11/00 20060101ALI20230829BHJP

   H01B 7/00 20060101ALI20230829BHJP

【ＦＩ】

H01B11/12

H01B11/00 J

H01B7/00 310

H01B7/00 301

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2019130880

(22)【出願日】2019-07-16

(65)【公開番号】P2021015749

(43)【公開日】2021-02-12

【審査請求日】2022-06-15

(73)【特許権者】

【識別番号】000006895

【氏名又は名称】矢崎総業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100145908

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 信雄

(74)【代理人】

【識別番号】100136711

【弁理士】

【氏名又は名称】益頭 正一

(72)【発明者】

【氏名】三瓶 有輝

(72)【発明者】

【氏名】熊田 健人

(72)【発明者】

【氏名】向後 宏亮

【審査官】木村 励

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－３３７３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平５－１２０９２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／１６８８４２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平８－１８０７４１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｂ １１／１２

Ｈ０１Ｂ １１／００

Ｈ０１Ｂ ７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数本の導体と、前記複数本の導体の周囲を覆う絶縁体とを有した電線を、対にして撚り合わせたツイスト電線と、前記ツイスト電線を覆うシースとを備えた差動伝送ケーブルであって、
前記複数本の導体の中心に設けられると共に、引張強度が８００ＭＰａ以上３０００ＭＰａ以下で、前記複数本の導体よりも高い引張強度を有したテンションメンバーを備え、
前記絶縁体は、比誘電率が３．８以下であり、誘電正接が４．０×１０ ^－３ 以下である
ことを特徴とする差動伝送ケーブル。

【請求項2】

前記テンションメンバーは、引張強度が１２００ＭＰａ以上である
ことを特徴とする請求項１に記載の差動伝送ケーブル。

【請求項3】

前記ツイスト電線は、撚りピッチが前記電線の外径の１５倍以上４５倍以下である
ことを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか１項に記載の差動伝送ケーブル。

【請求項4】

請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の差動伝送ケーブルを備えることを特徴とするワイヤーハーネス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、差動伝送ケーブル及びワイヤーハーネスに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、自動車用の通信ケーブルには２芯の差動伝送ケーブルが用いられている。差動伝送ケーブルは、例えばイーサネット（登録商標）通信に用いられ、特性インピーダンスを厳しく管理することが求められている。

【0003】

このような差動伝送ケーブルには、例えば引張強度が４００ＭＰａ以上の導体と導体の外周を被覆する絶縁被覆とからなる絶縁電線が対となって撚り合わせられた対撚線と、対撚線の外周を被覆するシースとを備えたものが提案されている（例えば特許文献１参照）。この差動伝送ケーブルによれば、導体が４００ＭＰａ以上という高い引張強度を有するため、電線として必要となる所定の破断強度を確保することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特許第６１０８０５７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、特許文献１に記載の差動伝送ケーブルは、引張強度が４００ＭＰａ以上の導体を用いているため剛性が高く、このような導体を撚り合わせた構成となるとケーブルとしても曲げ難く、柔軟性に劣ったものとなってしまう。

【0006】

加えて、特許文献１に記載の差動伝送ケーブルは、必要な強度を得るために或る程度以上の導体断面積を確保する必要があり、細径化や軽量化には限界が生じてしまう。

【0007】

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、所定の破断強度を確保しつつ細径化・軽量化を図り、より柔軟化した差動伝送ケーブル及びワイヤーハーネスを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明は、複数本の導体と、複数本の導体の周囲を覆う絶縁体とを有した電線を、対にして撚り合わせたツイスト電線と、ツイスト電線を覆うシースとを備えた差動伝送ケーブルである。この差動伝送ケーブルは、複数本の導体の中心に設けられると共に、引張強度が８００ＭＰａ以上３０００ＭＰａ以下で、複数本の導体よりも高い引張強度を有したテンションメンバーを備え、絶縁体は、比誘電率が３．８以下であり、誘電正接が４．０×１０ ^－３ 以下である。

【0009】

また、本発明に係るワイヤーハーネスは、上記の差動伝送ケーブルを備える。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、引張強度が８００ＭＰａ以上で複数本の導体よりも高い引張強度を有したテンションメンバーを備えるため、導体に高い引張強度の金属を用いたり導体断面積を大きくしたりしなくとも所定の破断強度を確保することができる。これにより、所定の破断強度を確保しつつ細径化・軽量化を図り、より柔軟化した差動伝送ケーブルを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の実施形態に係る差動伝送ケーブルを含むワイヤーハーネスの一例を示す断面図である。

【図2】図１に示した差動伝送ケーブルを示す側面図である。

【図3】実施例１～３及び比較例１，２に係る差動伝送ケーブルを示す概略図である。

【図4】実施例１，２に係る差動伝送ケーブルの特性を示すグラフであり、特性インピーダンスを示している。

【図5】実施例１，２に係る差動伝送ケーブルの特性を示すグラフであり、周波数に応じた挿入損失を示している。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明を好適な実施形態に沿って説明する。なお、本発明は以下に示す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において適宜変更可能である。また、以下に示す実施形態においては、一部構成の図示や説明を省略している箇所があるが、省略された技術の詳細については、以下に説明する内容と矛盾が発生しない範囲内において、適宜公知又は周知の技術が適用されていることはいうまでもない。

【0013】

図１は、本発明の実施形態に係る差動伝送ケーブルを含むワイヤーハーネスの一例を示す断面図である。図２は、図１に示した差動伝送ケーブルを示す側面図である。

【0014】

図１に示すように、本実施形態に係るワイヤーハーネスＷＨは、複数の電線Ｗを束にしたものであり、複数の電線Ｗの少なくとも１本（１回路）が以下に詳細説明する差動伝送ケーブル１により構成されている。

【0015】

このようなワイヤーハーネスＷＨは、例えば複数の電線Ｗの両端部にコネクタ（図示せず）を備えていてもよいし、複数の電線Ｗをまとめるためにテープ（図示せず）が巻かれていてもよい。また、ワイヤーハーネスＷＨは、コルゲートチューブ等の外装部品（図示せず）を備えていてもよい。

【0016】

差動伝送ケーブル１は、ツイスト電線ＴＷと、シース２０とを備えている。ツイスト戦線ＴＷは、電線１０を対にして（すなわち２本の電線１０を）撚り合わせたものであって、各電線１０は、複数本の導体１１ｂと、絶縁体１２とを有している。

【0017】

複数本の導体１１ｂは、例えば軟銅線、錫メッキ軟銅線、及び銀メッキ軟銅線等によって構成されている。導体１１ｂは単線であっても撚線であってもよい。このような複数本の導体１１ｂは、引張強度が４００ＭＰａ未満であることが好ましい。なお、導体１１ｂの本数は、例えば４本以上であって図１に示す例では６本となっている。

【0018】

絶縁体１２は、複数本の導体１１ｂの周囲を覆う被覆部材であって、例えばＰＥ（Polyethylene）、ＰＰ（Polypropylene）、又は発泡させたＰＥ及びＰＰ等が用いられている。

【0019】

シース２０は、ツイスト電線ＴＷの周囲を覆う絶縁部材であって、例えばポリオレフィン等によって構成されている。本実施形態においてシース２０は、例えば２本のケーブル１０間の空間部Ｓを除き全体的に充填された構造となっている。なお、シース２０は、これに限らず円筒状のチューブ等であってもよい。

【0020】

さらに、本実施形態に係る各電線１０はテンションメンバー１１ａを備えている。テンションメンバー１１ａは、複数本の導体１１ｂの中心位置に設けられており、複数本の導体１１ｂよりも高い引張強度を有したもので構成されている。具体的にテンションメンバー１１ａは、ポリアリレート繊維やガラス繊維によって構成されており、引張強度が８００ＭＰａ以上とされている。なお、テンションメンバー１１ａはポリアリレート繊維やガラス繊維に限られるものではない。

【0021】

本実施形態に係る差動伝送ケーブル１は、このようなテンションメンバー１１ａを備えることから、導体１１ｂに高い引張強度の金属を用いたり導体断面積を大きくしたりしなくとも所定の破断強度を確保することができる。

【0022】

特に、導体１１ｂの断面積を抑えることができることから、テンションメンバー１１ａ及び複数本の導体１１ｂからなる内側構成１１の断面積（非圧縮の断面積）を０．２２ｍｍ^２以下（例えば０．１３ｍｍ^２）としても必要となる破断強度を確保とすることができる（さらには、導体１１ｂに引張強度４００ＭＰａ未満の金属を用いたとしても必要となる破断強度を可能とすることができる）。

【0023】

具体的に説明すると、例えばテンションメンバー１１ａ（例えば引張強度８００ＭＰａ）及び導体１１ｂ（例えば軟銅線２３０ＭＰａ）のそれぞれの素線径を０．１６ｍｍ（０．１３ｓｑに用いられる素線径）とした場合、６本の導体１１ｂの合計断面積が０．１２ｍｍ^２となり、テンションメンバー１１ａの断面積が０．０２ｍｍ^２となる。このため、６本の導体１１ｂの破断強度は０．１２×２３０＝２７．６Ｎとなり、テンションメンバー１１ａの破断強度は０．０２×８００＝１６Ｎとなる。本実施形態において電線１０は２本であるため、２本の内側構成１１の破断強度は（２７．６＋１６）×２＝８７．２Ｎとなる。ここで、絶縁体１２及びシース２０の破断強度を例えば２０Ｎと想定すると、差動伝送ケーブル１の破断強度は８７．２＋２０＝１０７．２Ｎとなる。よって、自動車用電線に求められる破断強度１００Ｎを達成することができる。

【0024】

また、テンションメンバー１１ａは、引張強度が１２００ＭＰａ以上とされていることが好ましい。これにより、内側構成１１だけで１００Ｎ以上の破断強度を可能とすることができるからである。

【0025】

この場合、６本の導体１１ｂの破断強度は０．１２×２３０＝２７．６Ｎとなり、テンションメンバー１１ａの破断強度は０．０２×１２００＝２４Ｎとなる。本実施形態において電線１０は２本であるため、２本の内側構成１１の破断強度は（２７．６＋２４）×２＝１０３．２Ｎとなる。よって、自動車用電線に求められる破断強度１００Ｎを内側構成１１だけで達成することができる。

【0026】

さらに、本実施形態に係る絶縁体１２は、比誘電率が４．０以下であり、誘電正接が４．０×１０^－３以下であることが好ましい。

【0027】

比誘電率が４．０以下であると、特性インピーダンスを１００±１０Ωとするために絶縁体１２が必要以上に厚くならず例えば絶縁体１２の厚さを０．３２ｍｍ以下とでき細径化に寄与することができるからである。また、誘電正接が４．０×１０^－３以下であると、伝送する信号の周波数が高くなるに従って挿入損失に影響を与える誘電損失を小さくすることができるからである。

【0028】

なお、シース２０の誘電率は特性への影響度が小さいことから誘電正接は絶縁体１２よりも大きくされていてもよく、具体的には１．０×１０^－３以下とされている。

【0029】

加えて、図２に示すように、２本の電線（ツイスト電線ＴＷ）１０は撚りピッチが電線１０の外径の１５倍以上４５倍以下（より好ましくは４０倍以下）であることが好ましい。

【0030】

撚りピッチが１５倍未満のように撚り中央側に応力が加わり絶縁体１２が潰れて特性インピーダンスに影響を与えてしまう可能性を低減することができるからである。また、撚りピッチが４５倍を超えるときのように撚りが弱くピッチが不安定となり電気ノイズの放射又は耐性に関わるモード変換の特性が劣化してしまう可能性を低減することができるからである。

【0031】

さらに、撚り合わせ後の２本の電線１０は、１ｍ当たりの長さの違いが３ｍｍ以下とされていることが好ましい。これによっても、電気ノイズの放射又は耐性に関わるモード変換の特性が劣化してしまう可能性を低減することができるからである。

【0032】

次に、本実施形態に係る差動伝送ケーブル１に関する実施例及び比較例について説明する。

【0033】

図３は、実施例１～３及び比較例１，２に係る差動伝送ケーブルを示す概略図である。

【0034】

図３に示すように、実施例１に係る差動伝送ケーブルにおいては、テンションメンバーをガラス繊維（破断強度３０００ＭＰａ）によって構成した。また、導体本数は６本であり、各導体は素線径０．１６ｍｍとなる軟銅線（破断強度２３０ＭＰａ）によって構成した。この結果、内側構成について外径は０．４８ｍｍとなった。また、絶縁体は架橋ＰＥ（比誘電率２．３、誘電正接１．３×１０^－３）によって構成され、電線仕上外径は０．８３ｍｍとなった。このような電線を２本撚り合わせた結果、撚り合わせ外径は１．６６ｍｍとなった。ツイスト電線の周囲にはポリオレフィン（比誘電率４．０、誘電正接４．２×１０^－３）からなる厚さ（シース外側から最も内部構成に近い部位への距離）０．４２ｍｍのシースを設けた。この結果、実施例１に係る差動伝送ケーブルは仕上外径が２．５０ｍｍとなった。

【0035】

また、実施例２に係る差動伝送ケーブルについては、テンションメンバーをガラス繊維（破断強度３０００ＭＰａ）によって構成した。また、導体本数は６本であり、各導体は素線径０．１６ｍｍとなる軟銅線（破断強度２３０ＭＰａ）によって構成した。この結果、内側構成について外径は０．４８ｍｍとなった。また、絶縁体は難燃材として水酸化マグネシュウム５０ｗｔ％が含まれたＰＰ（比誘電率３．８、誘電正接４．２×１０^－３）によって構成され、電線仕上外径は０．８８ｍｍとなった。このような電線を２本撚り合わせた結果、撚り合わせ外径は１．７６ｍｍとなった。２本の電線の周囲にはポリオレフィンからなる厚さ（シース外側から最も内部構成に近い部位への距離）０．３７ｍｍのシース（比誘電率４．１、誘電正接４．２×１０^－３）を設けた。この結果、実施例２に係る差動伝送ケーブルは仕上外径が２．５ｍｍとなった。

【0036】

実施例３に係る差動伝送ケーブルについては、テンションメンバーを炭素繊維（破断強度８４０ＭＰａ）によって構成した。また、導体本数は６本であり、各導体は素線径０．１６ｍｍとなる軟銅線（破断強度２３０ＭＰａ）によって構成した。この結果、内側構成について外径は０．４８ｍｍとなった。また、絶縁体は難燃材として水酸化マグネシュウム５０ｗｔ％が含まれたＰＰ（比誘電率３．８、誘電正接４．２×１０^－３）によって構成され、によって構成され、電線仕上外径は０．８８ｍｍとなった。このような電線を２本撚り合わせた結果、撚り合わせ外径は１．７６ｍｍとなった。２本の電線の周囲にはポリオレフィンからなる厚さ（シース外側から最も内部構成に近い部位への距離）０．３７ｍｍのシース（比誘電率４．１、誘電正接４．２×１０^－３）を設けた。この結果、実施例３に係る差動伝送ケーブルは仕上外径が２．５ｍｍとなった。

【0037】

比較例１に係る差動伝送ケーブルについては、テンションメンバーを設けることなく構成した。また、導体本数は７本であり、各導体は素線径０．１６ｍｍとなる軟銅線によって構成した。この結果、内側構成について外径は０．４８ｍｍとなった。また、絶縁体は架橋ＰＥによって構成され、電線仕上外径は０．８３ｍｍとなった。このような電線を２本撚り合わせた結果、撚り合わせ外径は１．６６ｍｍとなった。２本の電線の周囲にはポリオレフィンからなる厚さ（シース外側から最も内部構成に近い部位への距離）０．４３ｍｍのシースを設けた。この結果、比較例１に係る差動伝送ケーブルは仕上外径が２．５ｍｍとなった。

【0038】

比較例２に係る差動伝送ケーブルについては、テンションメンバーをＰＰ繊維（破断強度２９０ＭＰａ）によって構成した。また、導体本数は６本であり、各導体は素線径０．１６ｍｍとなる軟銅線によって構成した。この結果、内側構成について外径は０．４８ｍｍとなった。また、絶縁体は架橋ＰＥによって構成され、電線仕上外径は０．８３ｍｍとなった。このような電線を２本撚り合わせた結果、撚り合わせ外径は１．６６ｍｍとなった。２本の電線の周囲にはポリオレフィンからなる厚さ（シース外側から最も内部構成に近い部位への距離）０．４２ｍｍのシースを設けた。この結果、比較例２に係る差動伝送ケーブルは仕上外径が２．５ｍｍとなった。

【0039】

ここで、実施例１～３に示す差動伝送ケーブルは、８００ＭＰａ以上のテンションメンバーを備えることから、計算上例えば自動車用電線に必要となる１００Ｎの破断強度を満たすものとなっている。

【0040】

これに対して、比較例１，２に示す差動伝送ケーブルは、８００ＭＰａ以上のテンションメンバーを備えない。このため、比較例１，２に示す差動伝送ケーブルは、計算上例えば自動車用電線に必要となる１００Ｎの破断強度を満たさないものとなっている。ここで、比較例１，２に示す差動伝送ケーブルについて１００Ｎの破断強度を満たすようにするためには、導体断面積を大きくする必要がある。このため、細径化、軽量化及び柔軟化の面で支障が出てしまう。

【0041】

なお、実施例１，２の差動伝送ケーブルは、引張強度が１２００ＭＰａ以上となるテンションメンバーを備えることから、内側構成のみで１００Ｎの破断強度を満たすことができる。一方、実施例３において実施例１，２と同等の破断強度を実現するためには、実施例１，２よりも差動伝送ケーブルの仕上外径が大きくなってしまう。

【0042】

図４及び図５は、実施例１，２に係る差動伝送ケーブルの特性を示すグラフであり、図４は特性インピーダンスを示し、図５は周波数に応じた挿入損失を示している。

【0043】

図４に示すように、実施例１，２に係る差動伝送ケーブルは、特性インピーダンスが１００±１０Ω（規格値）の範囲内に収まっている。このため、実施例１，２に係る差動伝送ケーブルは、所望の特性インピーダンスが得られている。

【0044】

しかし、実施例２に係る差動伝送ケーブルは誘電正接が４．２×１０^－３となっている。このため、図５に示すように、実施例２に係る差動伝送ケーブルは挿入損失が実施例１のものよりも高くなっている。特に、挿入損失の１つである誘電損失は周波数が高くなるに従って誘電正接への依存度が高くなる。このため、実施例１，２を比較すると高周波数域ほど、両者間の挿入損失の差が大きくなってしまう。一方、実施例１に係る差動伝送ケーブルは、誘電正接が１．３×１０^－３となっているため、誘電損失を抑えることができ、実施例２のものよりも挿入損失が小さく、その効果は高周波数域において顕著となった。

【0045】

このようにして、本実施形態に係る差動伝送ケーブル１によれば、引張強度が８００ＭＰａ以上で複数本の導体１１ｂよりも高い引張強度を有したテンションメンバー１１ａを備えるため、導体１１ｂに高い引張強度の金属を用いたり導体断面積を大きくしたりしなくとも所定の破断強度を確保することができる。これにより、所定の破断強度を確保しつつ細径化・軽量化を図り、より柔軟化した差動伝送ケーブル１を提供することができる。

【0046】

また、テンションメンバー１１ａは引張強度が１２００ＭＰａ以上であるため、内側構成１１だけで１００Ｎ以上の破断強度を可能とすることができる。

【0047】

また、絶縁体１２の比誘電率が４．０以下であるため、特性インピーダンスを１００±１０Ωとするために絶縁体１２が必要以上に厚くならず細径化に寄与することができる。また、絶縁体１２の誘電正接が４．０×１０^－３以下であるため、伝送する信号の周波数が高くなるに従って挿入損失に影響を与える誘電損失を小さくすることができる。

【0048】

また、ツイスト電線ＴＷは撚りピッチが電線１０の外径の１５倍以上であるため、１５倍未満のように撚り中央側に応力が加わり絶縁体が潰れて特性インピーダンスに影響を与えてしまう可能性を低減することができる。また、撚りピッチが電線１０の外径の４５倍以下であるため、４５倍を超えるときのように撚りが弱くピッチが不安定となり電気ノイズの放射又は耐性に関わるモード変換の特性が劣化してしまう可能性を低減することができる。

【0049】

また、本実施形態に係るワイヤーハーネスＷＨによれば、上記差動伝送ケーブル１を備えるため、所定の破断強度を確保しつつ細径化・軽量化を図り、より柔軟化したワイヤーハーネスＷＨを提供することができる。

【0050】

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し、可能であれば公知又は周知の技術を組み合わせてもよい。

【0051】

例えば、本実施形態においてテンションメンバー１１ａは複数本の導体１１ｂの中心に配置されているが、厳密な中心でなくともよく、許容範囲内で或る程度のずれを有するものであってもよい。

【符号の説明】

【0052】

１ ：差動伝送ケーブル
１０ ：電線
１１ ：内側構成
１１ａ ：テンションメンバー
１１ｂ ：導体
１２ ：絶縁体
２０ ：シース
Ｗ ：電線
ＷＨ ：ワイヤーハーネス
ＴＷ ：ツイスト電線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】