(57)【要約】【課題】信号の高周波成分のノイズを抑制するケーブルを得る。【解決手段】ケーブルの長手方向に沿って伸びる円柱状の第１の絶縁体と、ケーブルに沿って第１の絶縁体の外周面に螺旋状に巻かれた第１の導線と、ケーブルに沿って第１の絶縁体および第１の導線を覆う第２の絶縁体と、ケーブルに沿って第２の絶縁体を覆う網状の第２の導線と、ケーブルに沿って第２の絶縁体および第２の導線を覆う絶縁体カバーとを有するものである。【選択図】図１
2020202058.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号を伝送するケーブルであって、
前記ケーブルの長手方向に沿って伸びる円柱状の第１の絶縁体と、
前記長手方向に沿って前記第１の絶縁体の外周面に螺旋状に巻かれた第１の導線と、
前記長手方向に沿って前記第１の絶縁体および前記第１の導線を覆う第２の絶縁体と、
前記長手方向に沿って前記第２の絶縁体を覆う網状の第２の導線と、
前記長手方向に沿って前記第２の絶縁体および前記第２の導線を覆う絶縁体カバーと、
を有するケーブル。
【請求項２】
前記第１の導線で構成されるコイルのインダクタンスによるカットオフ周波数が、前記信号における抑制対象の周波数よりも小さくなるように、前記インダクタンスが設定される、
請求項１に記載のケーブル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号を伝送するケーブルに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車溶接などの製造ラインにおいて、信号を伝送するケーブルの一例として、耐屈曲性および捻回性を向上させた同軸ケーブルが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この同軸ケーブルは、信号を伝送する導線と、導線を覆う絶縁層と、絶縁層を覆うシールド層と、シールド層を覆うシースとを有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１８−１８１８６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示された同軸ケーブルでは、導線を伝送される信号に対して外部からのノイズの影響がシールド層によって抑制されるが、信号の高周波成分も伝送される。この同軸ケーブルを、例えば、電子楽器とアンプとを接続するケーブルに使用し、電子楽器で発生した信号を増幅して音にして出力する場合を考える。この場合、高周波数成分に含まれるノイズも同軸ケーブルを介してアンプに伝送される。高周波成分のノイズがアンプによって増幅されると、聞く人に耳障りな音と感じられてしまうことがある。
【０００５】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、信号の高周波成分のノイズを抑制するケーブルを得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るケーブルは、信号を伝送するケーブルであって、前記ケーブルの長手方向に沿って伸びる円柱状の第１の絶縁体と、前記長手方向に沿って前記第１の絶縁体の外周面に螺旋状に巻かれた第１の導線と、前記長手方向に沿って前記第１の絶縁体および前記第１の導線を覆う第２の絶縁体と、前記長手方向に沿って前記第２の絶縁体を覆う網状の第２の導線と、前記長手方向に沿って前記第２の絶縁体および前記第２の導線を覆う絶縁体カバーと、を有するものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、第１の導線がコイルの役目を果たし、伝送される信号の高周波成分に対してフィルタとして機能する。そのため、高周波成分の信号の伝送が抑制され、高周波ノイズが抑制される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１に係るケーブルの一構成例を示す斜視透過図である。
【図２】図１に示したＡ−Ａ線分の断面図である。
【図３】図１に示したケーブルの使用状態の一例を説明するための模式図である。
【図４】図３に示したピックアップの動作を説明するための模式図である。
【図５】図１に示したケーブルの等価回路の一例を示す図である。
【図６】図５に示した回路において、伝送される信号の周波数と損失との関係を示すグラフである。
【図７】図１に示したケーブルの等価回路の別の例を示す図である。
【図８】図７に示した回路において、伝送される信号の周波数と損失との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
本実施の形態１のケーブルの構成を説明する。図１は、実施の形態１に係るケーブルの一構成例を示す斜視透過図である。図１に示すように、ケーブル１は、芯材となる第１の絶縁体２と、第１の導線３と、第２の絶縁体４と、第２の導線５と、絶縁体カバー６とを有する。
【００１０】
第１の絶縁体２は、ケーブル１の長手方向に沿って伸びる円柱状の絶縁体である。第１の絶縁体２の材料は、可撓性のある材料である。第１の導線３は、ケーブル１の長手方向に沿って第１の絶縁体２の外周面に螺旋状に巻かれた導電体である。第１の導線３の材料は、例えば、銅である。第２の絶縁体４は、ケーブル１の長手方向に沿って第１の絶縁体２および第１の導線３を覆う絶縁体である。第２の絶縁体４の材料は、例えば、ポリエチレンなどの合成樹脂である。
【００１１】
第２の導線５は、ケーブル１の長手方向に沿って第２の絶縁体４を覆う網状の導電体である。第２の導線５の材料は、例えば、銅である。絶縁体カバー６は、ケーブル１の長手方向に沿って第２の絶縁体４および第２の導線５を覆う絶縁体である。絶縁体カバー６の材料は、例えば、ポリ塩化ビニールなどの合成樹脂である。
【００１２】
第１の導線３は、図１に示すように第１の絶縁体２の外周面に沿って螺旋状に設けられているため、コイルとしての役目を果たす。ケーブル１の単位長さ当たりのコイルの巻数をｎとし、ケーブル１の長さをＪとすると、コイルの巻数Ｎは、Ｎ＝ｎ×Ｊで表される。図１では、ケーブル１の構成を説明するために、ケーブル１の一部を拡大して模式的に示しているが、ケーブル１の直径φは、例えば、５〜１０ｍｍである。ケーブル１の長さＪは、例えば、５〜１０ｍである。
【００１３】
図２は、図１に示したＡ−Ａ線分の断面図である。第１の絶縁体２の断面積をＳとし、第１の絶縁体２の透磁率をμとすると、第１の導線３のコイルのインダクタンスＬ［Ｈ］は、次の式（１）で表される。ただし、ｋは係数である。
Ｌ＝ｋμＮ２Ｓ／Ｊ    ・・・（１）
【００１４】
図１に示すケーブル１の両端はそれぞれ異なるプラグ（不図示）に接続される。第１の導線３の一方の端３ａおよび第２の導線５の一方の端５ａが同じプラグ（不図示）に接続される。また、第１の導線３の他方の端３ｂおよび第２の導線５の他方の端５ｂが同じプラグ（不図示）に接続される。
【００１５】
次に、本実施の形態１のケーブル１の使用例を説明する。図３は、図１に示したケーブルの使用状態の一例を説明するための模式図である。ここでは、ケーブル１が、電子楽器とアンプとを接続し、電子楽器で発生した信号をアンプ４０に伝送する場合で説明する。電子楽器は電子ギター２０とする。アンプ４０は、電子ギター２０から入力される信号を増幅する装置である。
【００１６】
図３に示すように、図１に示したケーブル１の両端のうち、一方の端にプラグ３１が接続され、他方の端にプラグ３２が接続されている。プラグ３１の電極３３は図１に示した第１の導線３の端３ａと電気的に接続され、電極３５は図１に示した第１の導線３の端５ａと電気的に接続されている。プラグ３２の電極３４は図１に示した第１の導線３の端３ｂと電気的に接続され、電極３６は図１に示した第１の導線３の端５ｂと電気的に接続されている。電極３５および３６は、グランドと接続され、接地電位に維持される。
【００１７】
電子ギター２０は、６つの弦２１と、弦２１で発生した振動を信号に変換するピックアップ２２と、プラグ３１が接続されるジャック２３とを有する。アンプ４０は、プラグ３２が接続されるジャック４２と、増幅された信号を音に変換して出力するスピーカ４１とを有する。
【００１８】
図４は、図３に示したピックアップの動作を説明するための模式図である。図３に示した弦２１の材料は鉄である。ピックアップ２２は、６つの弦２１のそれぞれに対応する円柱状の磁石２４と、６つの磁石２４に巻かれたコイル２５とを有する。各磁石２４には、Ｎ極からＳ極に向かう磁力線による磁界Ｈが形成されている。図４に示すように、コイル２５の一方の端２６ａは図３に示した電極３３と電気的に接続され、コイル２５の他方の端２６ｂは図３に示した電極３５と電気的に接続される。
【００１９】
演奏者によって弦２１が振動すると、磁石２４の周りの磁界Ｈが変化する。コイル２５には、電磁誘導の法則により、磁界Ｈの変化を打ち消す磁界を発生させる起電力が生じ、微小電流Δｉが流れる。微小電流Δｉは、弦２１に発生した振動を示す信号として、コイル２５から電極３３およびケーブル１を介してアンプ４０に伝送される。
【００２０】
電子ギター２０の演奏者が、６つの弦２１のうち、１つの弦２１を指で振動させると、基本振動数の２倍、３倍など、基本振動数の整数倍の高調波が発生する。電子ギター２０の音の周波数の範囲は、高調波も含めて、８０［Ｈｚ］〜１５［ｋＨｚ］となる。電子ギター２０では、実際には、負スチフネス成分により高調波の振動数は、基本振動数の整数倍からずれが生じる。これらの高調波の出力スペクトルは、指で弦２１を弾く場合よりもピックで弦２１を弾く場合の方が鋭くなる。そのため、人には音が際立って聞こえ、華やかな音に聞こえる。高調波などの高い周波数の信号にノイズがのってしまうと、ノイズが際立ってしまうことになる。
【００２１】
次に、本実施の形態１のケーブル１による作用を説明する。図５は、図１に示したケーブルの等価回路の一例を示す図である。ケーブル１において、図５に示すように、第１の導線３はインダクタンスＬのコイルとして機能する。コイルは、時間的に変化せず一定の値をとる直流の信号をそのまま通過させるが、時間変化する交流の信号に対して流れを遮る性質がある。コイルのインピーダンスが、周波数が高くなるにつれて大きくなるからである。
【００２２】
図６は、図５に示した回路において、伝送される信号の周波数と損失との関係を示すグラフである。図６の横軸は信号の周波数ｆであり、縦軸は信号の損失［ｄＢ］である。縦軸の損失はゲイン（利得）に相当し、縦軸の下の方ほど、損失が大きいことを意味する。図６において、実線のグラフはインダクタンスＬ＝Ｌ１の場合の損失を示し、破線のグラフはインダクタンスＬ＝Ｌ２の場合の損失を示す。Ｌ２＜Ｌ１の関係である。また、図６に示す周波数ｆｃ１およびｆｃ２は伝送される信号が３［ｄＢ］減衰したときの周波数であり、カットオフ周波数ｆｃと称される。
【００２３】
図６において、例えば、インダクタンスＬ１の場合に注目すると、周波数ｆがカットオフ周波数ｆｃ１以下では、伝送される信号がほとんど減衰していないため、ケーブル１をそのまま通過することがわかる。一方、周波数ｆがカットオフ周波数ｆｃ１より大きくなると、周波数ｆが大きいほど損失が大きくなる。そのため、カットオフ周波数ｆｃ１よりも周波数が高い高周波成分に含まれるノイズがケーブル１を通過できない。第１の導線３が高周波成分のノイズフィルタとしての役目を果たすことがわかる。
【００２４】
また、図６を参照すると、インダクタンスＬ１のカットオフ周波数ｆｃ１とインダクタンスＬ２のカットオフ周波数ｆｃ２とが異なる値になっている。そのため、ノイズが発生する周波数ｆｘがわかっていれば、カットオフ周波数ｆｃが抑制対象の周波数ｆｘより小さくなるようにインダクタンスＬの値を設定すれば、ノイズをケーブル１で遮断することができる。式（１）に示した、第１の絶縁体２の断面積Ｓおよび透磁率μと、第１の導線３の巻数Ｎと、ケーブル１の長さＪとからなる各パラメータを、インダクタンスＬに対応するカットオフ周波数ｆｃが目標値になるように設定すればよい。
【００２５】
（変形例１）
図１に示したケーブル１において、第１の導線３とグランドに接続される第２の導線５との間に、第２の絶縁体４を誘電体とする寄生コンデンサが構成されると考えることもできる。図７は、図１に示したケーブルの等価回路の別の例を示す図である。
【００２６】
図７に示すように、ケーブル１において、コイルとして機能する第１の導線３と、第１の導線３とグランドとの間に接続された寄生コンデンサとで構成される等価回路が考えられる。寄生コンデンサは、第１の導線３およびグランドを２つの電極とし、２つの電極の間に誘電体として第２の絶縁体４が設けられた構成である。寄生コンデンサの寄生容量をＣｓとする。
【００２７】
コンデンサは、直流の信号を遮断するが、交流の信号に対しては周波数が高いほど通しやすくなる性質がある。これは、コンデンサのインピーダンスが、周波数の低い成分に対して高くなるが、周波数の高い成分に対して低くなるからである。図７に示す回路において、周波数の低い信号は第１の導線３をそのまま通過するが、周波数の高いノイズ成分は、グランド側の寄生コンデンサのインピーダンスが低くなるのでグランド側に流れ、第１の導線３を通過しにくくなる。このようにして、図７に示す回路は、直流の信号および低周波の交流の信号を通過させ、高周波の信号を遮断するフィルタ回路として機能する。
【００２８】
図８は、図７に示した回路において、伝送される信号の周波数と損失との関係を示すグラフである。図８の横軸は信号の周波数ｆであり、縦軸は信号の損失［ｄＢ］である。図８には、図７に示した回路の場合のグラフを実線で示し、比較のために、図６に示した、インダクタンスＬ＝Ｌ１の場合のグラフを破線で示している。
【００２９】
図８において、実線が示すグラフと破線が示すグラフとを比較すると、カットオフ周波数ｆｃ１はほとんど変わらないが、周波数ｆがカットオフ周波数ｆｃ１よりも高い領域で、減衰の傾きが大きくなっている。図８に示すグラフから、コイルだけでなく、寄生コンデンサの作用によって、高周波ノイズを遮断する効果が向上することがわかる。
【００３０】
また、コンデンサは、容量Ｃが大きいほど、カットオフ周波数ｆｃが小さくなることが知られている。そのため、寄生容量Ｃｓを変化させれば、図６に示したコイルの場合と同様に、図８に示すカットオフ周波数ｆｃ１を変化させることができる。よって、ケーブル１が図８に示す等価回路であっても、ノイズが発生する抑制対象の周波数ｆｘよりカットオフ周波数ｆｃが小さくなるように、インダクタンスＬおよび寄生容量Ｃｓの値を設定すれば、ノイズをケーブル１で遮断することができる。
【００３１】
コンデンサの２つの電極間の距離をｄとし、電極板の面積をＭとし、誘電体の誘電率をεとすれば、コンデンサの容量Ｃは、次の式（２）で表される。
Ｃ＝εＭ／ｄ    ・・・（２）
変形例１では、対象のコンデンサが寄生コンデンサなので、面積Ｍは有限だが小さい値であり、かつ設計値として変更するのは難しい値である。そのため、面積Ｍを一定値として、誘電体となる第２の絶縁体４の材料および厚みで寄生容量Ｃｓを設定すればよい。第２の絶縁体４の材料は誘電率εに関係し、第２の絶縁体４の厚みは電極間の距離ｄに相当するからである。
【００３２】
なお、本実施の形態１では、信号発生源が電子楽器の場合で説明したが、信号発生源の機器がマイクであってもよい。マイクが楽器から発生する音および人の音声などの音の音圧レベルおよび周波数を信号に変換して出力する場合にも、本実施の形態１のケーブル１を適用することができる。また、本実施の形態１では、ケーブル１が音による信号を伝送する音楽用ケーブルの場合で説明したが、ケーブル１が伝送する信号は音による信号に限らない。
【００３３】
本実施の形態１のケーブル１は、円柱状の第１の絶縁体２と、第１の絶縁体２の外周面に螺旋状に巻かれた第１の導線３と、第２の絶縁体４と、第２の絶縁体４を覆う網状の第２の導線５と、絶縁体カバー６とを有する。第２の絶縁体４は第１の絶縁体２および第１の導線３を覆い、絶縁体カバー６は第２の絶縁体４および第２の導線５を覆う構成である。
【００３４】
本実施の形態１によれば、第１の導線３がコイルの役目を果たし、伝送される信号の高周波成分に対してフィルタとして機能する。そのため、高周波成分の信号の伝送が抑制され、高周波ノイズが抑制される。電子楽器の信号の伝送にケーブル１が使用される場合、聞く人の耳に高周波領域の音が柔らかい音になる。
【００３５】
また、本実施の形態１によれば、第１の導線３がコイルの役目を果たし、寄生容量Ｃｓを持つ寄生コンデンサとインダクタンスＬを持つ第１の導線３とが、伝送される信号の周波数に対してフィルタとして機能してもよい。この場合、高周波成分の信号の伝送がより抑制され、高周波ノイズを遮断する効果が向上する。
【００３６】
また、本実施の形態１では、ケーブル１は、伝送される信号のうち、高周波成分を遮断するフィルタとして機能する受動回路の役目を果たす。そのため、フィルタとして機能させる能動回路をアンプ４０に設ける必要がなく、能動回路に供給する電力も不要となる。
【００３７】
さらに、電子楽器が電子ギターの場合、次のような効果が期待できる。例えば、ピックアップが２つ設けられたハムバッキングピックアップを備えた電子ギターでは、２つのピックアップで高周波ノイズが打ち消される。一方、ピックアップが１つであるシングルコイルピックアップの電子ギターであっても、本実施の形態１のケーブル１を用いれば、高周波ノイズが抑制される。
【符号の説明】
【００３８】
１  ケーブル、２  第１の絶縁体、３  第１の導線、３ａ、３ｂ  端、４  第２の絶縁体、５  第２の導線、５ａ、５ｂ  端、６  絶縁体カバー、２０  電子ギター、２１  弦、２２  ピックアップ、２３  ジャック、２４  磁石、２５  コイル、２６ａ、２６ｂ  端、３１、３２  プラグ、３３〜３６  電極、４０  アンプ、４１  スピーカ、４２  ジャック。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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