(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーブルの中心に配置されるスペーサーの周囲に８本又は１６本又は３２本の芯線が配置され、どの芯線においても隣り合う芯線に行き線と帰り線が等距離に１本ずつ配置されている位置関係を持ち、ノイズキャンセリング能力を得ていることを特徴とするケーブルで、ケーブル内に内蔵されている全ての行き線と帰り線を１チャンネル分として使うケーブル。
【請求項２】
ケーブルの中心に配置されるスペーサーの周囲に８本又は１６本又は３２本の芯線が配置され、どの芯線においても隣り合う芯線に行き線と帰り線が等距離に１本ずつ配置されている位置関係を持ち、ノイズキャンセリング能力を得ていることを特徴とするケーブルで、ケーブル内に内蔵されている全ての行き線と帰り線を２チャンネル分として使うケーブル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、相互インダクタンスを考慮した特殊な芯線配置の構造を用いたケーブル関するものである。
【背景技術】
【０００２】
多くのメーカーから伝送特性を考慮して作られたさまざまなオーディオ用ケーブルが発売されている。オーディオ用ケーブルには多くのバリエーションがあるが、それは根本的な問題として損失ゼロの理想電線を作成することが不可能だからである。本発明は電線の隣り合う芯線からの磁気的な相互作用、いわゆる相互インダクタンスに着目し、それをを改善するためのケーブル構造に関する発明である。
【０００３】
一般的にはケーブルの劣化要素は大きく分けて、直流抵抗Ｒ、静電容量Ｃ、インダクタンスＬによる減衰や外部からのノイズ成分が上げられる。さらにオーディオの分野では振動対策として制振材で固めたものや被覆材に使われる色素の影響を考慮して無色透明の被覆材を使ったものが発売されている。
【０００４】
特に直流抵抗Ｒ、静電容量Ｃ、相互インダクタンスＭ、自己インダクタンスＬは信号減衰に関わるパラメーターで、直流抵抗Ｒは抵抗による減衰を意味し、静電容量Ｃはケーブルの行き線と帰り線間に生じる静電容量で、行き線と帰り線は絶縁体によって隔絶されているように見えるが、交流の世界においては実際には線間に形成される静電容量によって結合されている。その結合力を表す容量性リアクタンスは式ＸＣ＝１／２πｆＣによって表され、信号の周波数ｆと静電容量Ｃに反比例して小さくなる。つまり、信号の周波数ｆと静電容量Ｃが大きいほど行き線と帰り線間が小さな抵抗によって短絡されているとみなすことができ、周波数ｆが大きければ大きいほど、静電容量Ｃが大きければ大きいほど信号の減衰が生じる。
【０００５】
また、インダクタンスは芯線が発した磁界による電磁誘導による誘導抵抗である。相互インダクタンスＭは周りの芯線により発生する磁界による相互誘導、自己インダクタンスＬは自己の芯線により発生する磁界による自己誘導である。これらのパラメータにも周波数依存性があり、誘導性リアクタンスは式ＸＬ＝２πｆＬまたはＸＭ＝２πｆＭで表される。これは周波数ｆが大きければ大きいほど、また自己インダクタンスＬ、相互インダクタンスＭが大きければ大きいほど信号の減衰が生じる。
【０００６】
これらの信号減衰要素やノイズ成分などの問題を解決するためにシールド線やツイステッドペア、スペーサーをつけた平型平行線が存在するが、本発明では隣り合う芯線からの相互インダクタンスに着目し隣り合う芯線からの誘導起電力をキャンセリングできるケーブル構造を考案した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許公開２００４−１７２１３１
【特許文献２】特許公開２００３−２５８５１０
【特許文献３】特許公開２００３−３４６５６７
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】大沼  俊朗著  「最新電磁気学」朝倉書店  １９９２年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
解決しようとする問題点は、ケーブルの隣り合う芯線に電流が流れると、その周囲に磁界が発生し相互誘導による誘導起電力が生じる点である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は隣り合う芯線からの相互インダクタンスに着目し、隣り合う芯線からの誘導起電力をキャンセリングできるケーブル構造としている。
【００１１】
方法として、図１のようにひとつの芯線の隣り合う両端に行き線と帰り線を等距離に配置し、どの芯線から見ても隣り合う両端に行き線と帰り線がくるような芯線配置をしている。そのような配置をするのは隣り合う芯線からの誘導起電力をキャンセリングするためである。そのキャンセリングする現象をビジュアル化したモデルが図３〜５である。
【００１２】
図３〜５は行き線を座標（−５ｓｑｒ（２），−５ｓｑｒ（２））、帰り線を座標（５ｓｑｒ（２），−５ｓｑｒ（２））に置き、座標（０，０）に置いた芯線への磁気的な相互誘導の影響をコンピューターで計算し３Ｄ図として表示したものである。３Ｄ図の縦軸はその空間に生じた磁界ベクトルが、どの程度相互誘導として座標（０，０）に置いた芯線に影響を及ぼしているかを表している。縦軸の＋の領域はその空間の磁界が芯線に逆方向に誘導起電力を生じさせることを意味し（座標（０，０）の芯線が行き線ならば電圧降下が起こる）、−の領域は順方向に誘導起電力を生じさせることを意味している。図３〜５よりこの３Ｄ図は上下左右対称であることがわかるが、これは行き線と帰り線をある芯線から等距離に置けば相互誘導の影響は正負で打ち消しあうことを意味する。別の解釈では電磁誘導は空間に生じる磁束の時間変化として表されるが、図３〜５は磁束の時間変化が＋と−で打ち消しあい０となっていることを意味する。
本発明では、この原理を利用して隣り合う芯線からの誘導起電力をキャンセリング出来るような芯線配置をしている。
【００１３】
本発明の芯線配置の例を上げると、図１は１の芯線（行き線）の隣には行き線１と帰り線３が等距離に配置されている。行き線１は芯線２へ逆方向に誘導起電力を生じさせ、帰り線３は芯線２へ順方向に誘導起電力を生じさせる。行き線１と帰り線３は芯線２から等距離にあり、行き線１と帰り線３から生じた誘導起電力は芯線２のなかではキャンセリングされる。１〜８のどの芯線から見ても必ず行き線と帰り線が等距離にあり相互誘導起電力はキャンセリングされる。
【００１４】
しかし、この構造では隣の芯線からの誘導起電力はキャンセリングできても、隣の隣の芯線、そこからさらに隣の隣の芯線（例えば図１の芯線２から見た場合、芯線４、８と６）からの誘導起電力はキャンセルできない。
つまり、すべての芯線からの相互誘導を完璧に打ち消してるわけではなく部分的に打ち消しているので、例えば、図１のような本発明の８芯タイプのケーブルに電気信号を流した場合と図１の２、４、６、８のみで構成されたカッド構造に電気信号を流した場合では、芯線間の相互誘導がある点においては変わらないように見える。しかし、本発明のメリットは８芯の場合、４芯のカッド構造と比べて１芯あたりに流れる電流ｉは１／２になるので相互誘導／自己誘導による電圧変動は１／２になる点にある。それによって電磁誘導による電圧降下は２、４、６、８の並びのカッド構造と比べて１／２にすることが出来る。
【００１５】
また、この誘導起電力をキャンセリングする構造を利用して、図２のように別々のチャンネルの信号線を組み込むと、双方のチャンネルからの電磁誘導の影響をキャンセリングできる。
【００１６】
図２の場合、芯線１１、１５、１３、１７と１２、１６、１４、１８はそれぞれ別のチャンネルで、１１、１５はチャンネル１の行き線、１３、１７はチャンネル１の帰り線とする。同様に１２、１６はチャンネル２の行き線、１４、１８はチャンネル２の帰り線とする。この場合芯線１１に着目すると、芯線１１にはチャンネル２の行き線１２と帰り線１８が隣接しており、それぞれが芯線１１から等距離の位置にあるので、芯線１２と１８からの磁気的な相互誘導起電力をキャンセリングできる。また、チャンネル２の行き線１６と帰り線１４も芯線１１から等距離かつ対称な位置にあるので磁気的な相互誘導起電力をキャンセリング出来る。これはチャンネル２から芯線１１への磁気的な影響を打ち消してあっていることを意味する。
【００１７】
同様に、芯線１２〜１８のどの芯線から見ても、他チャンネルの行き線と帰り線が左右対称、等距離にあり、磁気的な相互誘導起電力をキャンセリング出来る。これによりチャンネル１とチャンネル２の磁気的なクロストークをキャンセリングできる。
【００１８】
また磁界だけでなく電界で見た場合、芯線１１、１５、１３、１７はそれぞれチャンネル２の行き線と帰り線に挟まれており、もしチャンネル２の行き線と帰り線に電圧が掛かり、チャンネル１の芯線１１、１５、１３、１７のある空間の電位ポテンシャルが上昇したとしても、芯線１１、１５、１３、１７のある空間の電位ポテンシャルの変動は同じなので、行き線と帰り線への影響は等価である。（行き線の電圧が１Ｖ上がっても帰り線の電圧が１Ｖ上がれば電位差としては変わらないと言う意味）これにより電界変動による影響を低減できる。チャンネル２の芯線１２、１６、１４、１８から見ても同様である。オフセットで芯線を詰め込むため対称性が悪いように思われるが、実は対称性が高く、合理的な構造である。
【００１９】
図２のような行き線と帰り線を等間隔に置いてチャンネル間のクロストークを低減する方法は、電話網でも利用されており、４本の芯線を縒ったカッド構造の対向配置の芯線を１チャンネル分として利用すると、お互いのチャンネルからの電磁誘導がキャンセルされる。また、特許文献１や特許文献２においても同様の原理が利用されているが、本発明における図２の構造の利点は、ひとつ目は同じ導体量であった場合、芯線数が増えるので細い芯線が利用でき、表皮効果の影響を抑制できる点。二つ目は１チャンネル分の芯線配置がカッド構造をなしているのでノイズキャンセリング効果が非常に高いと言う点があげられる。
【発明の効果】
【００２０】
・相互誘導／自己誘導による影響を低減できる。（８芯や１６芯などで１チャンネル分を組み込んだ場合）
【００２１】
・２チャンネル分の信号線を組み込んだ場合、双方のチャンネルからの磁界による誘導起電力をキャンセリングできる。
【００２２】
・対称性が高いので、外部からのノイズによる影響をキャンセリングできる。
【００２３】
・多芯ケーブルとなるので同じ導体量ならば芯線を細くでき、表皮効果の影響を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は８芯１チャンネルタイプのケーブルの構造を示した図である。（実施例１）
【図２】図２は８芯２チャンネルタイプのケーブルの構造を示した図である。（実施例２）
【図３】図３は隣接するケーブルからの相互誘導の影響を示した図である。行き線を座標（−５ｓｑｒ（２），−５ｓｑｒ（２））、帰り線を座標（５ｓｑｒ（２），−５ｓｑｒ（２））に置き、電流の流れていない芯線を座標（０，０）に置き、行き線と帰り線により生じる空間の磁界ベクトルと座標（０，０）と空間座標との単位ベクトルの外積成分をグラフ化したもの。
【図４】図４は隣接するケーブルからの相互誘導の影響を上方から示した図である。
【図５】図５は隣接するケーブルからの相互誘導の影響を下方から示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
ケーブルにおいてどの芯線から見ても隣り合う芯線に行き線と帰り線が一つずつくる、そしてそれが等距離にあるように芯線を配置することで実現する。
【実施例１】
【００２６】
図１は本発明のケーブル構造で８芯１チャンネルタイプを示した図である。１〜８のように芯線を並べている。芯線１から見て隣には行き線と帰り線が一本ずつ並んでいる。２から８も同様である。どの芯線から見ても隣り合う芯線に行き線と帰り線が一つずつくるように芯線を配置することで、芯線１、３、５、７と２、４、６、８のグループは磁気的にアイソレーションされるので、一芯あたりに流れる電流による磁界によって生じる誘導起電力の影響を低減出来る。当然、１６本や３２本など芯線の本数を増やして同様に並べる事も可能である。
【実施例２】
【００２７】
図２は本発明のケーブル構造で８芯２チャンネルタイプを示した図である。１１〜１８のように芯線を並べている。芯線１１、１５はチャンネル１の行き線１３、１７はチャンネル１の帰り線、１２、１６はチャンネル２の行き線、１４、１８はチャンネル２の帰り線とすると、どの芯線から見ても他チャンネルの行き線と帰り線が対称で等距離に並んでいる。これにより他チャンネルからの電磁誘導の影響をキャンセリングする。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
ケーブルの信号もしくはエネルギー伝送線路において、隣り合う芯線からの誘導起電力が問題となり、強力なノイズキャンセリング効果を得たい場合、さらにケーブルを小さくまとめなくてはならない場合に、その解決策として利用できる。
【００２９】
また２チャンネル分の信号線もしくは電源線をひとつのケーブルとして小さく纏める必要があり、お互い違う信号線もしくは電源線からの相互誘導の影響を抑えたい場合、かつ強力なノイズキャンセリング効果を得たい場合にその解決策として利用できる。
【符号の説明】
【００３０】
１    芯線１（行き線）
２    芯線２（行き線）
３    芯線３（帰り線）
４    芯線４（帰り線）
５    芯線５（行き線）
６    芯線６（行き線）
７    芯線７（帰り線）
８    芯線８（帰り線）
９    スペーサー
１０  外部ジャケット
１１  芯線１１（チャンネル１、行き線）
１２  芯線１２（チャンネル２、行き線）
１３  芯線１３（チャンネル１、帰り線）
１４  芯線１４（チャンネル２、帰り線）
１５  芯線１５（チャンネル１、行き線）
１６  芯線１６（チャンネル２、行き線）
１７  芯線１７（チャンネル１、帰り線）
１８  芯線１８（チャンネル２、帰り線）
１９  スペーサー
２０  外部ジャケット
【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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