WO2020218203A1

WO2020218203A1 - 通信ケーブル

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Publication number: WO2020218203A1
Application number: PCT/JP2020/016907
Authority: WO
Inventors: 大輔望月; 征臣東; 将大石川
Original assignee: Nissei Electric Co Ltd
Current assignee: Nissei Electric Co Ltd
Priority date: 2019-04-26
Filing date: 2020-04-17
Publication date: 2020-10-29
Anticipated expiration: 2021-10-26
Also published as: JP7640216B2; US20220199291A1; JPWO2020218203A1; CN113678212A

Abstract

導体（３）を被覆する絶縁層（４）を備えた信号線（２）を撚り合わせた対撚り線（５）と、対撚り線（５）を収容する外被（７）を有する通信ケーブル（１）であって、対撚り線（５）は、一対の信号線（２）と一対の介在線（６）を有し、信号線（２）と介在線（６）とが交互に並ぶように撚り合わされていることを特徴とする。

Description

通信ケーブル

　本発明は通信ケーブルに関するものであり、特にカテゴリー６及びカテゴリー６Ａの規格値を満たすＬＡＮ用の信号伝送路に用いられると共に、産業用ロボットやヒューマノイド等の各種サービスロボットをはじめとするロボット類、半導体製造装置等の各種産業用装置の可動部に好適に用いられるものである。

　対撚り線を複数本集合した集合体の外周に外被を設けた構造を有するＬＡＮケーブルは、代表的な通信ケーブルとして幅広く使用されている。通信機器の普及と、これに伴う通信データ量の増大に伴い、通信ケーブルには高速・大容量のデータ伝送機能が求められている。

　ＬＡＮケーブルの性能を示す規格として「カテゴリー」という規格が使用されている。一般的に普及しているＬＡＮケーブルは、性能の低いものから順にカテゴリー５、カテゴリー５ｅ、カテゴリー６、カテゴリー６Ａ、カテゴリー７であり、昨今の通信環境ではカテゴリー６以上のＬＡＮケーブルを使用することが推奨されている。

　加えて、ＩｏＴ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ　оｆ　Ｔｈｉｎｇ）の普及により、産業用ロボットや半導体装置に代表される各種の産業用装置などにデータ通信機能が搭載される場面が増えてきており、これらの装置に用いられる通信ケーブルとしてＬＡＮケーブルが使用される場面も多い。

　一般的なカテゴリー６のＬＡＮケーブル（通信ケーブル）の構造を図８に示す。通常、通信ケーブル５０は信号線５２を２本撚り合わせた対撚り線５５を４対集合させた集合体の外周に外被５７を設けた構造をしており、カテゴリー６の通信ケーブル５０では４対の対撚り線５５を断面が十字状の介在（十字介在５８）を介して集合させた構造が多い。十字介在５８によって対撚り線５５間の距離が一定値以上に保たれることで、対撚り線５５が接近した際に発生する漏話減衰が抑制され、通信特性の向上に寄与している。

　しかしながら、十字介在５８を用いた一般的な通信ケーブル５０を産業用ロボットや半導体装置に使用する際は、以下に示す問題が存在する。

　産業用ロボットや半導体装置には回転部、屈曲部、Ｕ字屈曲部といった可動部が存在することが一般的であり、これらの装置に使用された通信ケーブルには装置の可動に伴って屈曲などの負荷が発生する。

　十字介在５８はその形状の関係上、可撓性に乏しいため、屈曲に追従することが困難であり、屈曲量に制限が発生することが多いと共に、屈曲による負荷で破壊されやすい。十字介在５８が破壊された場合、通信ケーブル５０内の対撚り線５５が接近して漏話減衰が増大し、カテゴリーに見合った通信特性が得られなくなる事態も発する。

　十字介在以外の手法を用いてカテゴリー６に対応したＬＡＮケーブルとしては、特許文献１、２に記載のものが存在する。特許文献１に記載のＬＡＮケーブルでは、ＬＡＮケーブルを構成する対撚り線の撚りピッチを対撚り線毎に変えることで、介在を使用することなくカテゴリー６の規格値を満たしている。特許文献２に記載のＬＡＮケーブルでは、ＬＡＮケーブルを構成する対撚り線の撚り角度を所定の値に設定することで、介在を使用することなくカテゴリー６の規格値を満たしている。

　しかしながら、特許文献１、２に記載のＬＡＮケーブルは、屈曲が発生する場面における通信特性の維持に関しては言及されていない。特に、介在を使用しないＬＡＮケーブルにおいては、ＬＡＮケーブルを構成する対撚り線が常時接近しており、屈曲によって対撚り線が異常近接した際の通信特性の低下が懸念される。

　加えて、ＬＡＮケーブルを構成する対撚り線の挙動に注目した場合、屈曲による負荷で対撚り線を構成する信号線の被覆が圧縮され、屈曲部において信号線間の距離、特に信号線を構成する導体間の距離が変動する場合がある。この距離の変動によって、対撚り線が有する電磁誘導ノイズの輻射抑制効果及び外部電磁誘導ノイズの遮蔽効果が変動することがあり、この現象も通信特性の低下の一因となる。

特開２０１４－２８３７号公報特開２００１－１５５５５９号公報

　このように、従来の通信ケーブルは、耐屈曲性に劣り、屈曲が繰り返されることで通信特性を維持することが困難になってしまう。

　本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、耐屈曲性に優れ、屈曲が繰り返されても通信特性が維持される通信ケーブルを提供することにある。

　請求項１記載の通信ケーブルは、導体を被覆する絶縁層を備えた信号線を撚り合わせた対撚り線と、対撚り線を収容する外被を有する通信ケーブルであって、対撚り線は、一対の信号線と一対の介在線を有し、信号線と介在線とが交互に並ぶように撚り合わされていることを特徴とする。

　請求項２記載の通信ケーブルは、対撚り線と外被の間に、シールド層が設けられていることを特徴とする。

　請求項３記載の通信ケーブルは、対撚り線を複数本撚り合わせた集合線を、外被で被覆したことを特徴とする。

　請求項４記載の通信ケーブルは、集合線と外被の間に、シールド層が設けられていることを特徴とする。

　請求項５記載の通信ケーブルは、対撚り線を長さ方向に直交する面で断面視した際に、対撚り線を構成する一対の信号線が互いに接触した状態となっていることを特徴とする。

　請求項６記載の通信ケーブルは、介在線の外径は、信号線の外径よりも小さいことを特徴とする。

　請求項７記載の通信ケーブルは、介在線の外径をＲ_１、信号線の外径をＲ_２と定義した際、式１の関係を満たすことを特徴とする。

　請求項８記載の通信ケーブルは、介在線の外径をＲ_１、信号線の外径をＲ_２と定義した際、式２の関係を満たすことを特徴とする。

　請求項９記載の通信ケーブルは、介在線の外径をＲ_１、信号線の外径をＲ_２と定義した際、式３の関係を満たすことを特徴とする。

　請求項１０記載の通信ケーブルは、介在線の伸びが、信号線の伸び以上であることを特徴とする。

　請求項１１記載の通信ケーブルは、介在線の伸びが、信号線の伸びの１０倍以上であることを特徴とする。

　請求項１２記載の通信ケーブルは、介在線は、動摩擦係数が０．３以下の材料で構成されていることを特徴とする。

　請求項１３記載の通信ケーブルは、介在線は、静摩擦係数が動摩擦係数以下の材料で構成されていることを特徴とする。

　本願の発明によれば、対撚り線を構成する信号線の被覆の圧縮が抑制され、屈曲しても所定の導体間距離が維持されるため、所定の通信特性が維持される。

本発明に係る通信ケーブルの構成の一例を示す説明図である。本発明に係る通信ケーブルの構成の他の例を示す説明図である。図１及び図２の通信ケーブルの対撚り線を説明する説明図である。図２の通信ケーブルの対撚り線の近接の様子を示す説明図である。耐屈曲性試験の試験方法を示す説明図である。実施例１の通信ケーブル伝搬特性を示す説明図である。実施例１の通信ケーブル伝搬特性を示す説明図である。実施例２の通信ケーブル伝搬特性を示す説明図である。実施例２の通信ケーブル伝搬特性を示す説明図である。従来の十字介在を有する通信ケーブルの基本的構造を示す説明図である。従来の２本の信号線のみを撚り合わせた構造の対撚り線にシールド層を設けた場合の説明図である。従来の介在線を有しない通信ケーブルの基本的構造を示す説明図である。

　以下、本発明の通信ケーブルの例として、基本構成について、図面を参照しながら説明する。

　図１における通信ケーブル１は、導体３に絶縁層４を被覆した構造を有する一対の信号線２と一対の介在線６とを撚り合わせた対撚り線５からなり、対撚り線５が外被７に収容されている。通信ケーブル１は、特に、外被７に収容される信号線２や介在線６を一括して覆うシールド層８が設けられている例である（但し、通信ケーブルにおいて、シールド層は、必須ではない）。

　また、図２における通信ケーブル１０は、導体１３に絶縁層１４を被覆した構造を有する一対の信号線１２と一対の介在線１６とを撚り合わせた対撚り線１５からなり、対撚り線１５を複数本撚り合わせた集合線が外被１７に収容されている。通信ケーブル１０は、特に、外被１７に収容される通信線を覆うシールド層１８が設けられている例である（但し、通信ケーブルにおいて、シールド層は、必須ではない）。また、通信ケーブル１０は、特に、シールド層１８と集合線との間にテープ層１９が設けられている例である（但し、通信ケーブルにおいて、テープ層は、必須ではない）。

　本発明で特徴的なことは、通信ケーブル１，１０を構成する対撚り線５，１５が、図３に示すように、一対の信号線２，１２と一対の介在線６，１６を有し、信号線２，１２と介在線６，１６とが交互に並ぶように撚り合わされた構造を有していることである。

　信号線２，１２と介在線６，１６とが交互に並ぶように撚り合されていることで、通信ケーブル１，１０の屈曲に伴って対撚り線５，１５が屈曲する際、特に図３中の線分Ｌに沿って屈曲する際に、絶縁層４，１４を圧縮しようとする負荷の一部が、介在線６，１６に吸収される。このため屈曲時に絶縁層４，１４に与えられる負荷が減少し、絶縁層４，１４の圧縮が抑制される。

　絶縁層４，１４の圧縮が抑制されることで、対撚り線５，１５を構成する信号線２，１２の導体３，１３間の距離の変動が少なくなり、対撚り線５，１５が有する電磁誘導ノイズの輻射抑制効果及び外部電磁誘導ノイズの遮蔽効果の変動が少なくなる。この結果、対撚り線５，１５を使用した通信ケーブル１，１０の屈曲による通信特性の変動が抑制され、所定の通信特性の維持に寄与する。

　また、通信ケーブル１，１０を屈曲させた際に発生する負荷を介在線６，１６が吸収するため、信号線２，１２への負荷が低減し、屈曲による導体３，１３の断線を抑制することもできる。

　加えて、介在線６，１６を撚り合わせることで、以下に示すようにシールド層８，１８への耐屈曲性の向上効果も得られる。

　通常、通信ケーブル１，１０を構成する際は、図１及び図２に示したように、外被７，１７に収容される信号線類を一括して覆うシールド層８，１８が設けられることが多い。

　図９に示すように、一般的に、２本の信号線６２のみを撚り合わせた構造の対撚り線６５にシールド層６８を設けた場合、シールド層６８が略楕円形状に設けられた部分が存在し、この部分では長軸と短軸が存在する断面形状となる。

　このような長軸と短軸が存在する断面形状のシールド層６８を有する通信ケーブルを屈曲させる場合、長軸と短軸の間に寸法の違いがあるため、シールド層６８に発生する負荷に偏りが生じ、特定の場所に負荷が集中する傾向にある。このため、負荷が集中する場所を起点としてシールド層６８の破断が発生しやすい。

　一方、本発明に使用する対撚り線５は、シールド層８を設けた際に、その形状が図１に示したように正方形に近くなり、長軸と短軸の間の寸法の違いが概ね解消される。このため、通信ケーブル１を屈曲させた際にシールド層８に発生する負荷が均一に分散し、シールド層８の破断が抑制される。結果として、通信ケーブル１の耐屈曲性の向上に寄与する。

　さらに、介在線６の存在は、以下に示すように通信ケーブル１の細径化にも寄与する。

　信号線６２のみを撚り合わせた対撚り線６５にシールド層６８を設けた場合、図９に示すようにシールド層６８は信号線６２に近接した状態となり、２本の信号線６２とシールド層６８によって包囲された空間が２つ形成される。一方、介在線６も撚り合わされた対撚り線５にシールド層８を設けた場合、介在線６の存在によって、２本の信号線２と介在線６によって包囲された２つの空間に加えて、信号線２、介在線６、シールド層８によって包囲された空間が４つ形成される。

　形成された空間により、シールド層８に囲まれた対撚り線５の実効誘電率を低下させる作用を奏し、形成された空間が多いほど実効比誘電率は大きく低下する。

　対撚り線５の特性インピーダンスを設定する際、対撚り線５の実効誘電率に応じて導体間距離を調節する必要があるが、実効誘電率が低下した際、所定の特性インピーダンスに設定するための導体間距離が短くなるため、信号線２の外径を細くでき、結果として対撚り線５の外径を細くできる。

　すなわち、介在線６を撚り合わせた対撚り線５は、介在線６の存在によって多くの空間が形成されるため、実効比誘電率は大きく低下し、介在線６を撚り合わせない場合と比較して外径を細く設定できるため、対撚り線５を使用した通信ケーブル１の細径化に寄与する。

　併せて、実効比誘電率の低下に伴い、誘電損失による信号減衰も抑制されるため、介在線６の存在は通信特性の向上にも寄与する。

　上述のように、信号線１２と介在線１６とが交互に撚り合された対撚り線１５は、図２に示したような、対撚り線１５を複数本撚り合わせた集合線を使用して通信ケーブル１０を構成する場合でも、通信特性の維持に寄与する。

　図２に示す複数の対撚り線１５を有する通信ケーブル１０は、対撚り線１５同士が近接してしまうと、一方の対撚り線１５を構成する信号線１２を伝送する信号が、他方の対撚り線１５を構成する信号線１２へと伝わる漏話減衰が発生しやすくなり、漏話減衰によって通信ケーブル１０の通信特性が低下する。

　通信ケーブル１０を構成する各対撚り線１５の撚りピッチを、各対撚り線１５で異なる値に設定した際は、図４に示すように対撚り線１５の外径円が接触する程度で近接する分には、通信特性を著しく低下させるような漏話減衰が確認されず、通信ケーブル１０の通信特性が維持される。

　しかしながら、図１０に示すように、介在線を有しない通信ケーブル７０では、対撚り線７５の外径円が重なる程度に対撚り線７５が近接すると、漏話減衰が増大し、特に一方の対撚り線７５を構成する信号線７２の片方が、他方の対撚り線７５を構成する２つの信号線７２の間の隙間に入り込み、他方の対撚り線７５を構成する２つの信号線７２に接触してしまうと、通信特性が低下することが確認できた。

　本発明においては、対撚り線１５に介在線１６を撚り合わせることで、対撚り線１５を構成する信号線１２の異常近接を制限し、漏話減衰を抑制することで、通信ケーブル１０の通信特性が維持される。

　本発明に用いられる通信ケーブル１０の対撚り線１５は、一対の信号線１２と一対の介在線１６を有し、信号線１２と介在線１６とが交互に並ぶように撚り合された構造を有しているため、図１０に示すような他方の対撚り線７５を構成する２本の信号線７２の間の隙間に入り込み、他方の対撚り線７５を構成する２本の信号線７２に接触することがなくなり、所定の通信特性を維持することができる。

　図１０に示した対撚り線７５の異常接近は、通信ケーブル７０を屈曲させた時に発生しやすいため、対撚り線１５に介在線１６を撚り合わせることで、屈曲による通信特性の悪化が抑制される。

　加えて、介在線１６は信号線１２と撚り合わされた状態で外被１７の中に存在するため、本発明の通信ケーブル１０は十字介在を使用した通信ケーブル５０と比較して耐屈曲性に優れる。

　また、本発明においては、図３に示したように、対撚り線５，１５を構成する一対の信号線２，１２を断面視した際に、信号線２，１２が互いに接触した状態になるよう、一対の信号線２，１２が撚り合されていることが好ましい。

　対撚り線５，１５を構成する一対の信号線２，１２が互いに接触していることで、対撚り線５，１５の構造に起因して対撚り線５，１５が有する、電磁誘導ノイズの輻射抑制効果及び外部電磁誘導ノイズの遮蔽効果が安定し、通信特性の維持に寄与する。

　加えて、本発明において、介在線６，１６の外径は信号線２，１２の外径よりも小さいことが好ましい。介在線６，１６の外径が信号線２，１２の外径より小さいことによって、介在線６，１６が対撚り線５，１５を構成する信号線２，１２の接触を妨げることが抑制されるとともに、対撚り線５，１５の外径も抑制され、通信ケーブル１，１０の細径化に寄与する。

　介在線６，１６の外径をＲ_１、信号線２，１２の外径をＲ_２と定義した際、介在線６，１６の外径Ｒ_１は以下の式１に示した範囲になっていることが好ましい。

　介在線１６の外径Ｒ_１が式１の範囲となっていることで、対撚り線１５を複数本撚り合わせた通信ケーブル１０において対撚り線１５が近接した場合でも、対撚り線１５を構成する信号線１２が通信特性に影響を及ぼす程度近接してしまうことを抑制でき、通信特性の維持に寄与する。

　さらに、Ｒ_１は以下の式２に示した範囲になっていることが好ましい。

　介在線６，１６の外径Ｒ_１が式２の範囲となっていることで、介在線６，１６の存在による対撚り線５，１５の外径の上昇が抑制され、通信ケーブル１，１０の細径化に寄与する。また、介在線１６の外径Ｒ_１が式２の上限値付近にある場合は、対撚り線１５が全体として円形状となり、対撚り線１５を複数本撚り合わせた通信ケーブル１０において外被１７を設けた際の対撚り線１５間の隙間が減少するため、通信ケーブル１０を屈曲させた際に対撚り線１５の位置関係が崩れにくく、通信特性の維持に寄与する。

　以上をまとめると、本発明において特に好ましいＲ_１の範囲は以下の式３に示した範囲である。

　介在線６，１６の外径Ｒ_１が式３の範囲となっていることで、通信特性に影響を及ぼす程度の信号線２，１２同士の近接を抑制できると共に、介在線６，１６の存在による対撚り線５，１５の外径の上昇も抑制され、通信特性の維持と細径化の両立に寄与する。

　本発明に使用する介在線６，１６は、摺動性に優れる材料を使用することが好ましい。摺動性に優れた介在線６，１６を使用することで、対撚り線５と外被７の内周面との間、及び対撚り線１５を複数本使用した場合は対撚り線１５同士の間でも、摩擦抵抗が低減し、通信ケーブル１，１０を屈曲させた際に発生する対撚り線５，１５の摺動が滑らかになる。この結果、対撚り線５，１５に発生する負荷が低減し、屈曲による信号線２，１２の断線を抑制することができ、通信ケーブル１，１０の耐屈曲性の向上に寄与する。

　加えて、後述するテープ層１９やノイズ対策用のシールド層８，１８を対撚り線５，１５と外被７，１７の間に設けた態様の場合、介在線６，１６に摺動性に優れる材料を使用することで、テープ層１９やシールド層８，１８の摩耗による損傷が抑制されるため、通信特性の維持にも寄与する。

　具体的には、介在線６，１６として動摩擦係数が０．３以下の材料を使用するのが好ましい。動摩擦係数が０．３以下の材料としてはふっ素樹脂、ポリエチレン、ナイロン６６などが挙げられる。

　さらに好ましくは、静摩擦係数が動摩擦係数以下の材料を介在線６，１６として使用するのが好ましい。一般的な材料は、静摩擦係数が動摩擦係数より大きいが、一部の摺動性材料には静摩擦係数が動摩擦係数以下のものが存在する。そのような材料を介在線６，１６として使用することで、通信ケーブル１，１０を屈曲させた際に発生する対撚り線５，１５の摺動がより滑らかとなり、通信ケーブル１，１０の耐屈曲性の向上に寄与する。

　なお、本発明で「静摩擦係数が動摩擦係数以下の材料」とは、同じ材料同士を接触・摺動させた際に、静摩擦係数が動摩擦係数以下となる性質を示す材料のことを指す。また、本発明における動摩擦係数、静摩擦係数はＪＩＳＫ７１２５に準拠して測定される値である。

　加えて介在線６，１６の伸びが、信号線２，１２の伸び以上であることが好ましい。介在線６，１６の伸びが信号線２，１２の伸び以上であることで、屈曲時における介在線６，１６の断線が抑制され、通信ケーブル１，１０を屈曲させた際の通信特性の維持に寄与する。

　より好ましくは、介在線６，１６の伸びは信号線２，１２の伸びの１０倍以上であることが好ましい。介在線６，１６の伸びが信号線２，１２の伸びと比較して十分高いことで、屈曲時における介在線６，１６の断線抑制効果、及び通信特性維持効果が向上する。

　本発明に使用する介在線６，１６は、モノフィラメントのもの、マルチフィラメントのものを適宜選択して使用することができる。

　通信特性の維持の観点では、屈曲時に変形しにくいモノフィラメントの介在線６，１６が好ましい。変形しにくいモノフィラメントの介在線６，１６を使用することで、対撚り線５，１５内における絶縁層４，１４の圧縮、対撚り線１５を複数本使用した場合は対撚り線１５の接近も抑制され、通信特性の維持に寄与すると共に、モノフィラメントの介在線１６は表面の凹凸が少なく、摺動性にも優れる点で好ましい。

　本発明で特に好ましく使用される介在線６，１６の具体的な材料は、ふっ素樹脂の一種であるＰＴＦＥである。ＰＴＦＥは静摩擦係数が動摩擦係数以下であるとともに、高い伸びなど、優れた機械的強度を有する。加えて、誘電率が小さいため、信号線２，１２と撚り合わせた際の伝送損失が抑えられ、通信特性の維持にも寄与する。

　他のふっ素樹脂であるＰＦＡ、ＦＥＰ、ＥＴＦＥも静摩擦係数が動摩擦係数以下であるとともに、高い伸び、低い誘電率を有するため、本発明に好ましく使用できる。

　また、通信特性の維持の観点では、介在線６，１６を多孔質構造や中空構造としても良い。多孔質構造、中空構造は空気を含んでいるため、充実構造と比較して低い誘電率を示し、通信特性の維持に寄与するともに、柔軟性にも優れるため、耐屈曲性の向上にも寄与する。

　多孔質構造を有する介在線６，１６としては、製造過程で延伸処理がなされることで、ノードとフィブリルによる多孔質構造が形成された延伸ＰＴＦＥが好ましく利用できる。延伸処理されたＰＴＦＥは伸びに対する機械的強度に優れるため、耐屈曲性の向上の観点においても好ましく使用できる。

　中空構造の介在線６，１６としては、ふっ素樹脂をチューブ状に押出したものが使用できる。

　加えて、誘電率が低い介在線６，１６は、通信ケーブル１，１０の細径化の観点でも好ましく使用できる。

　通信ケーブルの一例として対撚り線を４本使用したＬＡＮケーブル（通信ケーブル１０）が存在するが、従来のＬＡＮケーブルは外径が５～７ｍｍ程度であり、外径５ｍｍ以下のものが細径ケーブルとして扱われる傾向にある。

　ＬＡＮケーブルの外径を５ｍｍ以下とする場合、対撚り線１５の外径を１ｍｍ以下とするのが好ましく、対撚り線１５の外径を小さくするには実効比誘電率を十分に小さくする必要がある。誘電率の低い介在線１６を使用し、介在線１６によって形成される空間の存在に起因する実効比誘電率の低下作用も併用することで、対撚り線１５の実効比誘電率を十分に小さくすることができる。

　対撚り線１５の外径を１ｍｍ以下とするには、誘電率が２．４以下の材料で構成された介在線１６を使用すれば良く、各種のふっ素樹脂が好ましく利用できる。ふっ素樹脂の中ではＰＴＦＥが特に好ましく利用できる。

　対撚り線１５を複数本使用して通信ケーブル１０を構成する場合、対撚り線１５の撚り方向は、撚り方向を揃えた対撚り線１５を使用しても良いし、撚り方向が異なる対撚り線１５を組み合わせて使用しても良い。

　通信特性維持の観点では、撚り方向が異なる対撚り線１５を組み合わせるのが好ましい。対撚り線１５の撚り方向を異ならせることで、対撚り線１５の表面に存在する凹凸の向きが異なり、対撚り線１５の外径円が重なるような接近を抑制することができる。

　本発明においては、介在線１６の存在によって、対撚り線１５の外径円が重なるような接近を抑制することができるため、本発明は対撚り線１５の撚り方向を揃える場合に特に好適に利用できる。

　本発明に使用される導体３，１３は、電線・ケーブル用導体として公知のものを適宜選択して利用できる。耐屈曲・耐捻回の観点から、耐屈曲・耐捻回に優れた構成のものを選択するのが好ましい。

　本発明に使用される絶縁層４，１４は電線・ケーブル用の絶縁材料として公知のものを適宜選択して利用できる。耐屈曲の観点から、介在線６，１６と同様、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ、ＥＴＦＥといったふっ素樹脂が好ましく利用できる。

　加えて、本発明の通信ケーブル１，１０は、対撚り線５，１５を構成する介在線６，１６の材料と、信号線２，１２に使用される絶縁層４，１４の材料との組み合わせによって、耐屈曲性をより一層向上させることができる。

　一例として、絶縁層４，１４に、介在線６，１６よりも曲げ弾性率が大きい材料を使用した態様が挙げられる。絶縁層４，１４の曲げ弾性率が介在線６，１６よりも大きいことで、通信ケーブル１，１０が屈曲した際に、絶縁層４，１４と比較して介在線６，１６の変形が大きくなる。この結果、屈曲による負荷を主に介在線６，１６が吸収することになり、絶縁層４，１４の破損や導体３，１３の断線の抑制に寄与する。

　他の例として、絶縁層４，１４に、介在線６，１６よりも引張弾性率が小さい材料を使用した態様が挙げられる。通信ケーブル１，１０が屈曲した際に、屈曲部の両側に向かって対撚り線５，１５を引張る力が発生する。この時、絶縁層４，１４の引張弾性率が介在線６，１６よりも小さいことで、介在線６，１６が引張り変形を開始するまでは、介在線６，１６と共に撚られた信号線２，１２を構成する絶縁層４，１４の引張り変形が起こりにくい状態となる。すなわち、引張りによる負荷を主に介在線６，１６が吸収する状態となり、絶縁層４，１４の破損や導体３，１３の断線の抑制に寄与する。

　本発明で特に好ましく使用されるＰＴＦＥ製の介在線６，１６を使用する場合、好ましく利用できる絶縁層４，１４の材料は、ＰＴＦＥよりも曲げ弾性率が大きく、引張弾性率が小さい傾向を示すＦＥＰである。

　加えて、絶縁層４，１４と介在線６，１６とを同種の材料で構成した態様も好ましく利用できる。絶縁層４，１４と介在線６，１６とを同種の材料で構成した場合は、通信ケーブル１，１０が屈曲した際に、信号線２，１２と介在線６，１６に発生する負荷が、信号線２，１２と介在線６，１６とに概ね均等に分散するため、信号線２，１２への負荷の集中が抑制されるため、絶縁層４，１４の破損や導体３，１３の断線の抑制に寄与する。

　絶縁層４，１４と介在線６，１６とを同種の材料で構成した態様としては、共にＦＥＰを使用した態様、共にＰＦＡを使用した態様などが挙げられる。

　なお、上記の説明では、導体３，１３に絶縁層４，１４を被覆した絶縁電線を信号線２，１２として採用したが、信号線２，１２の構造はこれに限定されるものではなく、公知の同軸ケーブルを信号線２，１２として使用することもできる。

　外被７，１７は、ＰＶＣ、シリコーンゴムなど、ケーブルの外被用材料として公知のものを適宜選択して利用できる。

　対撚り線１５と外被１７の間には、図２に示すように、対撚り線１５を被覆するテープ層１９や、ノイズ対策用のシールド層１８を設けても良い。また、本発明は十字介在を使用せずに優れた通信特性を有した通信ケーブルを得ることを主眼にしたものであるが、必要に応じて十字介在を使用した変形例を採用しても良い。

　以下、本発明の実施例として、対撚り線５，１５を４本もしくは１本使用して構成された通信ケーブル１，１０を示す。

　実施例１の通信ケーブル１０は、図２に示すように、対撚り線１５を４本使用し、対撚り線１５に使用する信号線１２と介在線１６は、各対撚り線１５で共通設計とした。

　信号線１２として、直径０．２６ｍｍのスズメッキ軟銅線で構成された導体１３の外周に、押出成型機を用いて絶縁層１４となるＦＥＰを肉厚０．１６ｍｍで被覆し、外径０．５８ｍｍとしたものを準備した。信号線１２の伸びは１０％未満であった。

　介在線１６として、直径０．３８ｍｍのＰＴＦＥ繊維を準備した。この介在線１６の直径は、上記式２で示された範囲の上限値に略等しい。また、介在線１６の伸びは２００％以上であった。

　２本の信号線１２と２本の介在線１６とを有し、信号線１２と介在線１６とが交互に並ぶように撚り合わせ、対撚り線１５を形成した。対撚り線１５によってピッチを変更し、４種類の対撚り線１５を準備した。

　対撚り線１５の撚り方向は全て同じ方向に統一した。また、各対撚り線１５は、撚り合わせが完了した段階で、断面視した際に信号線１２が互いに接触した状態となっており、外径は１．２ｍｍであった。

　準備した４種類の対撚り線１５を総撚りし、集合線とした。撚り方向は対撚り線１５の撚り方向と逆にした。総撚りされた対撚り線１５の直径は２．８ｍｍであった。

　総撚りされた対撚り線１５の外周に、アルミニウム積層ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）テープをテープ層１９として横巻きした。

　次いで、テープ層１９の外周にシールド層１８を設ける。シールド層１８は、８本のシールド素線を互いに平行に引き揃えてなる素線束を１組として、１６組の素線束で構成された編組シールドとし、シールド素線には、外径０．０８ｍｍの銅箔糸を使用した。

　最後に、押出成型機を用いて、シールド層１８の外周に、外被１７となるＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）を肉厚０．４ｍｍで被覆し、実施例１の通信ケーブル１０が完成した。通信ケーブル１０の外径は最終的に４ｍｍとなった。

　実施例２の通信ケーブルは、実施例１と同様の構造を有するので図２を用いて説明する。実施例２としての通信ケーブル１０は、対撚り線１５を４本使用し、対撚り線１５に使用する信号線１２と介在線１６は、各対撚り線１５で共通設計とした。

　信号線１２として、直径０．０８ｍｍのスズメッキ軟銅線を７本同心撚りして構成された外径０．２４ｍｍの導体１３の外周に、押出成型機を用いて絶縁層１４となるＦＥＰを肉厚０．０９５ｍｍで被覆し、外径０．４３ｍｍとしたものを準備した。信号線１２の伸びは１０％未満であった。

　介在線１６として、直径０．４２ｍｍのＰＴＦＥ繊維を準備した。この介在線１６の直径は、信号線１２の直径と同程度の値であり、上記式２で示された範囲の範囲外である。また、介在線１６の伸びは２００％以上であった。

　対撚り線１５の撚り方向は全て同じ方向に統一した。また、各対撚り線１５は、撚り合わせが完了した段階で、断面視した際に信号線１２が互いに接触した状態となっており、外径は０．９ｍｍであった。

　最後に、押出成型機を用いて、シールド層１８の外周に、外被１７となるＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）を肉厚０．４ｍｍで被覆し、実施例２の通信ケーブル１０が完成した。通信ケーブル１０の外径は最終的に４ｍｍとなった。

　実施例３の通信ケーブル１は、図１に示すように、対撚り線５を１本のみ使用した。

　信号線２として、直径０．０５ｍｍのスズメッキ銅合金線を７本撚り合わせた撚線を、３本撚り合わせた集合撚線で構成された導体３の外周に、押出成型機を用いて絶縁層４となるＦＥＰを肉厚０．１５ｍｍで被覆し、外径０．５８ｍｍとしたものを準備した。信号線２の伸びは１０％未満であった。

　介在線６として、直径０．３８ｍｍのＰＴＦＥ繊維を準備した。この介在線６の直径は、上記式２で示された範囲の上限値に略等しい。また、介在線６の伸びは２００％以上であった。

　２本の信号線２と、２本の介在線６とを、信号線２と介在線６とが交互に並ぶように撚り合わせ、対撚り線５を形成した。完成した対撚り線５は、撚り合わせが完了した段階で、断面視した際に信号線２が互いに接触した状態となっており、外径は１．２ｍｍであった。

　次いで、信号線２及び介在線６の外周にシールド層８を設ける。シールド層８は、７本のシールド素線を互いに平行に引き揃えてなる素線束を１組として、２４組の素線束で構成された編組シールドとし、シールド素線には、外径０．０８ｍｍの銅箔糸を使用した。

　最後に、押出成型機を用いて、シールド層８の外周に、外被７となるＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）を肉厚０．４ｍｍで被覆し、実施例３の通信ケーブル１が完成した。通信ケーブル１の外径は最終的に２．３ｍｍとなった。

［比較例］
　実施例３に対する比較例の通信ケーブルとして、実施例３の通信ケーブル１から介在線６を割愛した以外は、実施例３の通信ケーブルと同様に作成した通信ケーブルを作成した。

　以上のように作成した実施例、比較例の通信ケーブルの伝送特性を耐屈曲試験の前後で比較した。なお、複数の対撚り線１５で構成された実施例１，２の通信ケーブル１０と、１本の対撚り線５で構成された実施例３、比較例の通信ケーブルとでは、寸法・構造の違いによる耐久性や評価可能項目の差が存在するため、これを考慮して試験条件や評価項目を一部変更しており、詳細は以下に示す。

［実施例１，２に対する伝送特性評価方法］
　通信ケーブル１０のＮＥＸＴ（Ｎｅａｒ　Ｅｎｄ　Ｃｒｏｓｓ　Ｔａｌｋ：近端漏話減衰量）を、ＴＩＡ／ＥＩＡ－５６８－Ｂ．２－１に準拠した方法で評価し、カテゴリー６Ａの通信ケーブルに要求されるＮＥＸＴに対する最小マージンの大小で、伝送特性の良否を評価した。

［実施例１，２に対する耐屈曲性試験方法］
　図５に示す屈曲性試験装置１００にて通信ケーブル１０の耐屈曲性を評価した。試験条件は、上方を固定部１０１で固定して５００ｇの荷重１０３を付けた長さ１０００ｍｍの通信ケーブル１０を、Ｒ２０ｍｍのマンドレル１０２の間に軽く挟み、左右へ９０度ずつ、６０回／分の速度で屈曲させる。左右へ９０度ずつ曲げて１回とし、１０万回屈曲させた後のＮＥＸＴを調べ、屈曲前のＮＥＸＴと比較する。

　実施例１，２の通信ケーブル１０の設計と評価結果を表１に、耐屈曲試験前後における実施例１，２のＮＥＸＴを図６Ａ、図６Ｂ、図７Ａ及び図７Ｂにそれぞれ示す。

　実施例１の通信ケーブル１０はカテゴリー６Ａの規格値に対して＋８．９ｄＢの最小マージンを有し、この値は耐屈曲性試験後も変化が無かった。このことから、実施例１の通信ケーブル１０は屈曲を繰り返しても通信特性が維持される、耐屈曲性に優れた通信ケーブルであると言える。

　実施例２の通信ケーブル１０はカテゴリー６Ａの規格値に対して＋４．３ｄＢの最小マージンを有し、この値は耐屈曲性試験後に＋３．８ｄＢまで低下した。このことから、実施例２の通信ケーブル１０は屈曲を繰り返すと通信特性の低下が発生するもの、カテゴリー６Ａの要求特性に対するマージンは依然として存在するため、実用的な耐屈曲性を有するカテゴリー６Ａ向け通信ケーブルであると言え、同時にカテゴリー６向け通信ケーブルとしては十分な性能を有した通信ケーブルであると言える。

　実施例１，２の結果から、対撚り線１５を構成する介在線１６の直径は信号線１２の直径と同程度とするよりも、上記式２に基づいて、信号線１２の直径よりも小さくする方が、通信特性の面と耐屈曲性の面で好ましい態様と言える。

［実施例３、比較例に対する伝送特性評価方法］
　通信ケーブル１を構成する信号線２の導体抵抗値の大小で、伝送特性の良否を評価した。導体抵抗値の測定は、所定の長さに切断した通信ケーブル１の一端において、通信ケーブル１を構成する２本の信号線２の導体３を接触させ、通信ケーブル１の他端において、テスターのプラス側のテストリードを一方の信号線２の導体３、マイナス側のテストリードを他方の信号線２の導体３に接続して行った。測定は常温で行い、伝送特性の良否を評価した。なお、導体抵抗値が高いほど、伝送特性が悪化する。

［実施例３、比較例に対する耐屈曲性試験方法］
　実施例３に対しても、図５に示す耐屈曲性試験装置１００にて通信ケーブル１の耐屈曲性を評価した。試験条件は、上方を固定部１０１で固定して１００ｇの荷重１０３を付けた長さ１０００ｍｍの通信ケーブル１を、Ｒ３ｍｍのマンドレル１０２の間に軽く挟み、左右へ９０度ずつ、９０回／分の速度で屈曲させる。左右へ９０度ずつ曲げて１回とし、屈曲回数の増加に伴う導体抵抗値の変化を調べ、屈曲前の導体抵抗値と比較する。

　実施例３、比較例の通信ケーブル１の設計と評価結果を表２に示す。

　実施例３の通信ケーブル１の導体抵抗値は６００ｍΩと、通信ケーブルとして使用されるにあたり不都合が無い程度の値を示し、屈曲回数が１万６０００回に達した時点では変化がなく、屈曲回数が１６万回に達した時点で６１２ｍΩに上昇した。上昇量は２％で、通信ケーブルと使用するにあたり特段の不都合は無い程度の上昇である。加えて、信号線２を構成する導体３の断線は確認されなかった。

　一方、比較例の通信ケーブルの導体抵抗値は、耐屈曲試験前は実施例３と同じく６００ｍΩであったが、屈曲回数が１万６０００回に達した時点で６９０ｍΩと１０％以上上昇し、同時に導体の断線も確認された。比較例の通信ケーブルは屈曲による負荷で導体の断線が進行し、導体抵抗値が上昇したと推測され、実施例３の通信ケーブル１は介在線６が屈曲による負荷を吸収し、導体３への負荷が低減されることで断線の進行が抑制されたものと推測される。

　このことから、実施例３の通信ケーブル１は屈曲を繰り返しても通信特性が維持される、耐屈曲性に優れた通信ケーブルであると言える。

　以上のように、本発明者は、通信ケーブルの構造を鋭意検討した結果、通信ケーブルを構成する対撚り線に存在する信号線の被覆の圧縮を抑制するとともに、信号線間の隙間に隣接する対撚り線を構成する信号線が落ち込まなければ、実使用上十分な通信特性が得られることを突き止め、被覆の圧縮、信号線の落ち込みが抑制されるとともに、屈曲に対する耐久性も向上した通信ケーブルを得るに至ったものである。

　そして、本発明の通信ケーブルにあっては、以下に記載した優れた効果が期待できる。
（１）対撚り線を構成する信号線の被覆の圧縮が抑制され、屈曲しても所定の導体間距離が維持されるため、所定の通信特性が維持される。
（２）対撚り線の外径変化を最小限に抑えながら所定の通信特性を得ることができるため、通信ケーブルの細径化に寄与する。
（３）対撚り線を複数本使用して通信ケーブルを構成した場合は、十字介在を使用しなくても優れた通信特性を有し、十字介在がないため、十字介在を使用した通信ケーブルと比較して耐屈曲性が向上する。
（４）対撚り線を複数本使用して通信ケーブルを構成した場合は、対撚り線の異常近接が抑制され、通信ケーブルを屈曲させても所定の通信特性が維持される。

　本出願は、２０１９年４月２６日に出願された日本国特許出願特願２０１９－０８５７２２号に基づく。本明細書中に日本国特許出願特願２０１９－０８５７２２号の明細書、特許請求の範囲、図面全体を参照として取り込むものとする。

　本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、この発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。すなわち、本発明の範囲は、実施の形態ではなく、請求の範囲によって示される。そして、請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、この発明の範囲内とみなされる。

　以上のように、本発明の通信ケーブルは、産業用ロボットやヒューマノイド等の各種サービスロボットをはじめとするロボット類、半導体製造装置等の各種産業用装置の可動部に好適に用いられるものであるが、用途はこれらに限定されるものでは無く、可動部以外に使用される通信ケーブルや、通信を伴わない、可動部用の電源ケーブルとしても好適に利用できる。

１・・・・通信ケーブル
２・・・・信号線
３・・・・導体
４・・・・絶縁層
５・・・・対撚り線
６・・・・介在線
７・・・・外被
８・・・・シールド層
１０・・・通信ケーブル
１２・・・信号線
１３・・・導体
１４・・・絶縁層
１５・・・対撚り線
１６・・・介在線
１７・・・外被
１８・・・シールド層
１９・・・テープ層

Claims

　導体を被覆する絶縁層を備えた信号線を撚り合わせた対撚り線と、該対撚り線を収容する外被を有する通信ケーブルであって、
該対撚り線は、一対の該信号線と一対の介在線を有し、該信号線と該介在線とが交互に並ぶように撚り合わされていることを特徴とする通信ケーブル。
　該対撚り線と該外被の間に、シールド層が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の通信ケーブル。
　該対撚り線を複数本撚り合わせた集合線を、外被で被覆したことを特徴とする請求項１に記載の通信ケーブル。
　該集合線と該外被の間に、シールド層が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の通信ケーブル。
　該対撚り線を長さ方向に直交する面で断面視した際に、該対撚り線を構成する一対の信号線が互いに接触した状態となっていることを特徴とする請求項１～４の何れか一項に記載の通信ケーブル。
　該介在線の外径は、該信号線の外径よりも小さいことを特徴とする請求項１～５の何れか一項に記載の通信ケーブル。
　該介在線の外径をＲ_１、該信号線の外径をＲ_２と定義した際、式１の関係を満たすことを特徴とする、請求項１～６の何れか一項に記載の通信ケーブル。
　該介在線の外径をＲ_１、該信号線の外径をＲ_２と定義した際、式２の関係を満たすことを特徴とする請求項１～６の何れか一項に記載の通信ケーブル。
　該介在線の外径をＲ_１、該信号線の外径をＲ_２と定義した際、式３の関係を満たすことを特徴とする請求項１～６の何れか一項に記載の通信ケーブル。
　該介在線の伸びが、該信号線の伸び以上であることを特徴とする請求項１～９の何れか一項に記載の通信ケーブル。
　該介在線の伸びが、該信号線の伸びの１０倍以上であることを特徴とする請求項１～１０の何れか一項に記載の通信ケーブル。
　該介在線は、動摩擦係数が０．３以下の材料で構成されていることを特徴とする請求項１～１１の何れか一項に記載の通信ケーブル。
　該介在線は、静摩擦係数が動摩擦係数以下の材料で構成されていることを特徴とする請求項１～１２の何れか一項に記載の通信ケーブル。