JP5874595B2

JP5874595B2 - 差動信号伝送用ケーブル

Info

Publication number: JP5874595B2
Application number: JP2012224240A
Authority: JP
Inventors: 杉山　剛博; 剛博杉山; 南畝　秀樹; 秀樹南畝; 崇熊倉
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 2012-10-09
Filing date: 2012-10-09
Publication date: 2016-03-02
Anticipated expiration: 2032-10-09
Also published as: JP2014078338A

Description

本発明は、差動信号伝送用ケーブルに関する。

差動信号伝送用ケーブルとして、２本の絶縁電線を撚らずに平行に並べ、これらをシールド導体で被覆したツイナックスケーブルが知られている。ツイナックスケーブルは、数Ｇｂｐｓ以上の高速信号伝送に用いられている。

ツイナックスケーブルには、シールド導体として導体付きテープを用いたものや編組線を用いたものなどがある。シールド導体として金属箔付きテープ（テープ材料はＰＥＴ等の絶縁体）を用い、これを螺旋状にかつオーバーラップ部位を有するように絶縁電線に巻き付けた場合、ケーブルの減衰量−周波数特性において、１０ＧＨｚ以上の高周波数領域で急激な落ち込み（これを通常、サックアウトという）が生じる。これは、オーバーラップ部位にて金属箔と金属箔とで絶縁体を挟む構造となることが原因と考えられる。ゆえに、１０Ｇｂｐｓ以上の高速信号伝送用途においてサックアウトの影響を大きく受けるため、同用途に当該ケーブルを使用することは難しい。

近年、信号伝送の高速化が加速する中、サックアウトを抑制できるツイナックスケーブルが求められている。

一方、単芯の同軸ケーブルとして、信号線の周囲に絶縁層が設けられ、絶縁材テープの少なくとも一方の面に金属を蒸着した金属蒸着テープを、前記絶縁層の周囲に螺旋状に巻きつけてシールドグランド層が形成される同軸ケーブルであって、金属面を外側に向けた前記金属蒸着テープからなる複数の螺旋ループに対して、金属面を内側に向けた前記金属蒸着テープを重ねて、隣接する前記螺旋ループを巻軸方向に接合することを特徴とする同軸ケーブルが特許文献１に開示されている。特許文献１には、当該発明を２芯並行同軸ケーブルに展開することも可能であることが記載されている。

また、特許文献１には、シールドテープを螺旋状に巻き付ける横巻きにおける課題として、金属蒸着テープを少しオーバーラップして巻くことで生じる導通のとれない隙間が、信号のリターン電流がシールドグランド層を流れた場合に、スロットアンテナとして機能するため、同軸ケーブルとしては伝送損失が悪化することが記載されている（段落〔００１１〕）。

特開２０１０−３３９２８号公報（請求項１、段落〔００３２〕）

特許文献１の記載の発明によれば、上記課題を単芯同軸ケーブルにおいて解決することができると考えられるが（段落〔００１４〕）、ツイナックスケーブルに適用した場合、ツイナックスケーブルの断面が単芯同軸ケーブルのように円形ではないため、２層の金属箔付きテープを等ピッチ、かつ半ピッチずらして均一に巻くことは難しく、上下２層のテープがほぼ重なってしまう部分ができてしまう。この重なり部分はサックアウトの原因となるため、製造の歩留まりが悪くなる。また、金属箔付きテープを２重に巻き付けるため、製造工程が複雑になる。さらに、僅かな共振による減衰が発生するという問題がある。

そこで、本発明の目的は、１０ＧＨｚ以上の高周波数領域の減衰量が小さい差動信号伝送用ケーブルを提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために、下記［１］〜［６］の差動信号伝送用ケーブルを提供する。

［１］平行に並べられた２本の芯線を絶縁体で被覆して形成された絶縁電線と、前記絶縁電線の周囲に螺旋状にかつオーバーラップ部位を有するように巻き付けられたシールドテープとを備え、
前記シールドテープは、引っ張り強さが常温で１５０〜４５０Ｎ／ｍｍ^２である金属箔からなると共に、粗化処理された粗化面を有することを特徴とする差動信号伝送用ケーブル。
［２］前記シールドテープは、前記粗化面が外向きとなるように前記絶縁電線の周囲に螺旋状に巻き付けられていることを特徴とする前記［１］に記載の差動信号伝送用ケーブル。
［３］前記粗化面の表面粗さ（Ｒｚ）が１〜２μｍであることを特徴とする前記［１］又は［２］に記載の差動信号伝送用ケーブル。
［４］前記金属箔が銅箔であることを特徴とする前記［１］乃至［３］の何れか１つに記載の差動信号伝送用ケーブル。
［５］前記銅箔が圧延銅箔であることを特徴とする前記［４］に記載の差動信号伝送用ケーブル。

本発明によれば、１０ＧＨｚ以上の高周波数領域の減衰量が小さい差動信号伝送用ケーブルを提供することができる。

本発明の実施の形態に係る差動信号伝送用ケーブル（製造途中）の斜視図である。本発明の実施の形態に係る差動信号伝送用ケーブルのケーブル長手方向の要部を示す断面図である。実施例及び比較例に係る差動信号伝送用ケーブルの減衰量−周波数特性を示す図である。

（差動信号伝送用ケーブルの構成）
図１は、本発明の実施の形態に係る差動信号伝送用ケーブル（製造途中）の斜視図である。また、図２は、本発明の実施の形態に係る差動信号伝送用ケーブルのケーブル長手方向の要部を示す断面図である。

本発明の実施の形態に係る差動信号伝送用ケーブル１０は、平行に並べられた差動ペアをなす２本の芯線（信号線導体）１を絶縁体２で被覆して形成された絶縁電線３と、絶縁電線３の周囲に螺旋状にかつオーバーラップ部位４０を有するように巻き付けられたシールドテープ４とを備え、シールドテープ４は、引っ張り強さが常温で１５０〜４５０Ｎ／ｍｍ^２である金属箔からなる。なお、常温とは５〜３５℃のことであり、５〜３５℃の範囲内のいずれかの温度において１５０〜４５０Ｎ／ｍｍ^２であればよい。

差動信号伝送用ケーブル１０は、図１に示すようにシールドテープ４の周囲に押え巻きテープ５がシールドテープ４とは逆回しで螺旋状にかつオーバーラップ部位５０を有するように巻き付けられていることが、製造過程及び製造後におけるシールドテープ４の巻き緩みを防止できる点で好ましい。オーバーラップ部位５０とは、シールドテープ４の周囲に螺旋状に巻き付ける際のｎ巻き目に巻き付けた押え巻きテープ５とｎ＋１巻き目に巻き付けた押え巻きテープ５とがオーバーラップしている部分をいう（ｎは０を含まない正の整数）。

芯線１は、例えば、銅等の電気良導体の単線、この電気導体にメッキ等を施した単線である。

絶縁体２は、例えば、誘電率、誘電正接の小さい材料を用いて形成される。この材料は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエチレン、パーフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＡ）、発泡ポリエチレンや発泡テフロン等の発泡絶縁樹脂である。

絶縁電線３は、図１に示されるように２本の芯線１をそれぞれ別体の絶縁体２で被覆した形態としても良いし、２本の芯線１を絶縁体２で一括して被覆した形態（図示なし）としても良い。一括被覆する場合、絶縁体２の断面形状を２本の芯線１の並び方向に対して平行な平坦部を有する扁平楕円形状としてもよいし、２本の芯線１の並び方向に長い楕円形状としてもよい。絶縁電線３は、例えば、２芯一括押出しにより製造できる。

シールドテープ４は、絶縁電線３の周囲に螺旋状にかつオーバーラップ部位４０を有するように巻き付けられる。オーバーラップ部位４０とは、絶縁電線３の周囲に螺旋状に巻き付ける際のｎ巻き目に巻き付けたシールドテープ４とｎ＋１巻き目に巻き付けたシールドテープ４とがオーバーラップしている部分をいう（ｎは０を含まない正の整数）。オーバーラップ部位４０の幅は、シールドテープのテープ幅の１／４〜４／５とすることが好ましく、１／３〜３／４とすることがより好ましく、１／３〜１／２とすることがさらに好ましい。

シールドテープ４は、引っ張り強さが常温で１５０〜４５０Ｎ／ｍｍ^２である金属箔からなる。引っ張り強さは、常温で２００〜４５０Ｎ／ｍｍ^２であることが好ましく、常温で３５０〜４５０Ｎ／ｍｍ^２であることがより好ましい。金属箔は、銅箔であることが好ましい。また、銅箔は、圧延銅箔であることが好ましいが、電解銅箔を用いることもできる。

シールドテープ４は、粗化処理された粗化面４１と粗化処理されていない非粗化面４２とを有することが好ましい。

シールドテープ４は、粗化面４１が外向き（非粗化面４２が内向き）となるように絶縁電線３の周囲に螺旋状に巻き付けられていることが好ましい。

粗化面４１の表面粗さ（Ｒｚ）は、１〜２μｍであることが好ましい。

シールドテープ４は、種々の厚さ、幅のものを適宜使用できるが、厚さ８〜１２μｍ、幅４〜１０ｍｍであることが好ましく、厚さ９〜１０μｍ、幅５〜６ｍｍであることがより好ましい。

押え巻きテープ５の材料としては、例えば、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）を使用できる。

（差動信号伝送用ケーブルの用途）
本実施の形態に係る差動信号伝送用ケーブル１０は、数Ｇｂｐｓ以上の大容量の高速伝送に適しており、１０Ｇｂｐｓ以上クラスの高速伝送にも好適に使用できる。高速信号伝送を行なう多芯ハーネスの各ケーブルに使用でき、データセンタなどに設置されるルータ、スイッチ、サーバで使用されるケーブルアッセンブリに適用が可能である。また、パソコン（ＰＣ）やハードディスク（ＨＤＤ）などに用いられるケーブルアッセンブリに適用が可能である。さらに、上記用途に使用されるケーブルデバイス（アクティブケーブル）への適用が可能である。送受信ＩＣと組み合せたアクティブケーブルに使用してもよい。

（本発明の実施の形態の効果）
本実施の形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）１０ＧＨｚ以上の高周波数領域の減衰量が小さい差動信号伝送用ケーブルを提供することができる。

（２）１０ＧＨｚ以上の高周波数領域におけるサックアウトを抑制できるため、１０Ｇｂｐｓ以上の伝送が可能な差動信号伝送用ケーブルを実現することができる。

（３）シールドテープの片面が粗化された導体面であるため、テープが重なる部分において滑らかな面（非粗化面）に粗化面が接触するので、比較的導通がしっかり取れ、共振による僅かな減衰も殆ど発生しない差動信号伝送用ケーブルを実現することができる。

（４）シールドテープの粗化面が外向きとなるように絶縁電線の周囲に螺旋状に巻き付けられているため、粗化面無しの場合に比べて高周波数領域における減衰量の増加は見られない。なぜなら、高周波の信号は、導体の表皮効果によって、導体表面だけを流れ、芯線の電流に対向するように流れるので、シールドテープの内側、すなわち、非粗化面のみを流れる。このため、高周波の信号が粗化面を流れることによる減衰量増加は見られない。また、ノイズや余分な信号成分となる「同相信号成分」はシールドテープの粗化面を流れるので、「同相信号成分」を減少させる効果がある。これにより、耐ノイズ性の向上や、同相信号成分の除去等にも効果がある。

（５）シールドテープを２重巻きにする必要がないため、製造工程を単純化でき、かつ安定的かつ低コストで生産できる。

図３は、実施例及び比較例に係る差動信号伝送用ケーブルの減衰量−周波数特性を示す図である。

上記本発明の実施の形態に係る差動信号伝送用ケーブル（実施例１，２）と従来の差動信号伝送用ケーブル（比較例１）について、減衰量−周波数特性を測定した。使用した差動信号伝送用ケーブルは下記表１の通りであり、シールドテープは、オーバーラップ部位がシールドテープのテープ幅の１／３となるように螺旋状に巻き付けた。

図３に示されるように、シールドテープとしてＣｕ箔付きＰＥＴテープを使用した比較例１が１５ＧＨｚ付近で急激に大きく減衰しているのに対し、シールドテープとしてＣｕ箔（外側が粗化面）を使用した実施例１は減衰が生じておらず、また、シールドテープとしてＣｕ箔（粗化面無し、両面が非粗化面）を使用した実施例２も殆ど減衰が無い（減衰量が比較例１に比べて極めて小さい）ことが確認できた。

１０：差動信号伝送用ケーブル
１：芯線（信号線導体）、２：絶縁体、３：絶縁電線
４：シールドテープ
４０：オーバーラップ部位、４１：粗化面、４２：非粗化面
５：押え巻きテープ
５０：オーバーラップ部位

Claims

平行に並べられた２本の芯線を絶縁体で被覆して形成された絶縁電線と、前記絶縁電線の周囲に螺旋状にかつオーバーラップ部位を有するように巻き付けられたシールドテープとを備え、
前記シールドテープは、引っ張り強さが常温で１５０〜４５０Ｎ／ｍｍ^２である金属箔からなると共に、粗化処理された粗化面を有することを特徴とする差動信号伝送用ケーブル。
前記シールドテープは、前記粗化面が外向きとなるように前記絶縁電線の周囲に螺旋状に巻き付けられていることを特徴とする請求項１に記載の差動信号伝送用ケーブル。
前記粗化面の表面粗さ（Ｒｚ）が１〜２μｍであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の差動信号伝送用ケーブル。
前記金属箔が銅箔であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の差動信号伝送用ケーブル。
前記銅箔が圧延銅箔であることを特徴とする請求項４に記載の差動信号伝送用ケーブル。