(57)【要約】      （修正有）【課題】ツイストケーブルの対地平衡度を改善し、且つツイストケーブル上を流れるコモンモードノイズの伝搬を抑制する。【解決手段】ツイストケーブル５の芯線を挿通する少なくとも２つ以上の貫通孔４ａ，４ｂを有する平板状の絶縁体で形成されるツイスト保持部材２と、ツイスト保持部材２の外周面に嵌合可能な環状の磁性体で形成される環状磁性部材３とを備えた。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２本以上の芯線を有するツイストケーブルを伝搬するノイズを抑制するノイズフィルタであって、
前記芯線を挿通する少なくとも２つ以上の貫通孔を有する平板状の絶縁体で形成されるツイスト保持部材と、
前記ツイスト保持部材の外周面に嵌合可能な環状の磁性体で形成される環状磁性部材とを備えたことを特徴とするノイズフィルタ。
【請求項２】
前記ツイスト保持部材は、円盤状の絶縁体で形成され、
前記環状磁性部材は、前記ツイスト保持部材の外周面に嵌合可能な円環状の磁性体で形成されることを特徴とする請求項１記載のノイズフィルタ。
【請求項３】
前記ツイスト保持部材は、６角形の平板状の絶縁体で形成され、
前記環状磁性部材は、前記ツイスト保持部材の外周面に嵌合可能な６角環状の磁性体で形成されることを特徴とする請求項１記載のノイズフィルタ。
【請求項４】
少なくとも２本以上の芯線を有するツイストケーブルと、
撚り合わせた前記少なくとも２本以上の芯線を挿通する貫通孔を前記芯線の本数と同一数設けた平板状の絶縁体で形成されるツイスト保持部材と、環状の磁性体で形成され前記ツイスト保持部材の外周面に嵌合される環状磁性部材とで構成される少なくとも１つ以上のノイズフィルタと、
前記ノイズフィルタの貫通孔に挿通された少なくとも２本以上の芯線の両端部を束ねて保持する１対のケーブルコネクタとを備えた信号伝送用ケーブル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ツイストケーブルに重畳したコモンモードノイズの伝搬を抑制し、且つツイストケーブルの対地平衡度を向上させるノイズフィルタ、当該ノイズフィルタを用いた信号伝送用ケーブルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の高速データ通信を実現する技術として、差動伝送方式が採用されることが多い。差動伝送方式は２本以上の伝送路を用いても成り立つ方法であるが、以下では説明を簡易にするために、２本の伝送路であるペア線（対線）を用いた場合における差動伝送の概要について説明する。
【０００３】
差動伝送方式は、互いに逆相で振幅の等しい＋側の信号と−側の信号からなる差動信号を、送信側の差動ドライバと受信側の差動レシーバの間で、１ペア（１対）の導線で構成される平衡ケーブル、またはプリント基板上に形成された２本の配線パターンを通じて伝送する方式である。この差動伝送方式は、導線１本あたりの電圧振幅が低くなることから、立ち上がり時間を短くすることができ、高速なデータ伝送に適している。
【０００４】
さらに、差動伝送方式は、ケーブルから放射されるノイズを低く抑える特徴を有する。１ペアのケーブルを構成する２本の導線には、同振幅で逆位相の信号がそれぞれ印加されることになり、流れる電流が逆方向を向くため、それぞれの導線から発生する磁界が打ち消しあい、放射ノイズをほとんど発生しない。さらに、外部から受けたノイズに対して２つの導線に等しく重畳することから、受信端側で差分を取り出すことによりノイズを相殺し、ノイズによる影響を除去することができる。これらのメリットを有することから、高速なデータ通信には差動伝送方式がよく用いられている。
【０００５】
差動伝送に用いる代表的なケーブルとしては、導線を絶縁体で被覆した２本の絶縁電線を撚り合せて対にしたツイストペアケーブルがある。ツイストペアケーブルは、安価かつ曲げも容易であるため、広く使われている。また、ツイストペアケーブルは、他のペアケーブルよりも対地平衡度が高いという特徴を持つ。
【０００６】
対地平衡度とは、１ペアのケーブルと送受信機で構成される差動伝送回路で成り立つディファレンシャルモードと、差動伝送回路と外部のグラウンド、その寄生容量を含めた経路で成り立つコモンモードの２つのモード間での相互の信号の変換比を表したパラメータである。この対地平衡度は、ケーブルの電気的特性に依存する部分も多く、ペアケーブルを構成する１本ずつの導線が持つ電気的な特性の差が大きいと悪い値になり、相互のモード変換が起こりやすくなることが知られている。一方、２本の導線が同じ電気的特性に近い場合は、対地平衡度は良い値を示し、相互のモード変換が起こりにくくなる。
【０００７】
前述のツイストペアケーブルは、ペアを構成する導線を互いに撚り合わせることにより、１本ずつの導線が持つ電気的な特性の差を平均化し、対地平衡度を良好な値に維持することが可能となる。
このとき対地平衡度は、ノイズの発生を抑制する指標としての意味も持つ。例えば、差動伝送方式で利用するディファレンシャルモードに対して、コモンモードに変換された信号は、差動信号の伝達に寄与しない成分となるため、差動伝送回路に対してはコモンモードノイズとしてふるまう。これより、差動伝送回路でコモンモードノイズの発生を抑制するためには、ディファレンシャルモードからコモンモードに変換されにくい伝送系を作ることが必要となり、言い換えれば対地平衡度が良いケーブルを利用すべきという結論が得られる。
【０００８】
以上より、差動伝送回路におけるコモンモードノイズの影響を低減するためには、コモンモードノイズそのものの伝搬を抑制する方法を適用する、あるいはコモンモードノイズが発生しにくくなるように対地平衡度を良くする方法を適用する、のどちらかに絞られる。そこで、ツイストケーブルのノイズ抑制を目的とした構成が、例えば特許文献１−３に開示されている。
【０００９】
特許文献１に係る接続ケーブルは、２個のフェライトビーズを一体化して１つの部品とし、一体化したフェライトビーズにそれぞれ独立した信号線を通す２つの穴を設け、それぞれの穴に撚った信号線を挿通し、コネクタ間ケーブルを構成している。一体化したフェライトビーズを１つのノイズフィルタとして取り扱い、多数のツイストペアケーブルを通すことにより、ツイストペアケーブル間の相互干渉の抑制、およびクロストーク抑制を実現している。
【００１０】
また、特許文献２に係るノイズフィルタは、金属からなる円盤の中心に小さい貫通孔を設け、当該貫通孔の内側の溝に、貫通孔に通す外部出力ケーブルの太さに合わせた環状フェライトコアを設けて構成している。これにより、外部出力ケーブルにフェライトコアを取り付ける必要がなく、また同時にケーブル引き出し口の隙間も塞ぐことができるコモンモードのノイズフィルタを実現している。
【００１１】
また、特許文献３に係る信号ケーブルは、ツイストペアケーブルに含まれる各芯線のうち、電源線と接地線を除いた信号線を２ｃｍ／１回以下のピッチで互いに撚り合わせて構成している。これにより、ケーブルに誘起されるコモンモードのバーストノイズによる誤動作や動作不良などの不具合を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平１０−２０８８１８号公報
【特許文献２】特開平１１−２１４９４１号公報
【特許文献３】特開２０００−３５７４２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上述した特許文献１に開示された技術では、ペアを構成している２線に対して、その１対のケーブルに対してビーズを通す構成をとっているため、コモンモードの伝搬は抑制されるものの、ツイストペアケーブルの対地平衡度を改善する機能は含まれていない。そのため、特許文献１内で示されているＩＥＥＥ１３９４ケーブル以外の対地平衡度が低いケーブルでは、ノイズ抑制効果を十分に得ることができないという課題があった。
【００１４】
また、上述の特許文献２に開示された技術では、筐体に貫通孔を設け、当該貫通孔にフィルタを実装することから、貫通孔ではなく、コネクタなどのケーブルを接続する形状を有する筐体には適用することができないという課題があった。また、ツイストペアケーブルの対地平衡度の改善には効果がないという課題があった。
【００１５】
さらに、上述した特許文献３では、ツイストペアケーブルの信号線の撚り合わせのピッチを変えているため、対地平衡度の改善は見込まれるものの、撚り合わせのピッチを固定する治具などの構造は明記されておらず、特許文献３内で示されているＵＳＢケーブル以外では適用しにくいという課題があった。また、コモンモードノイズの伝搬抑制に対しては、環状のフェライトコアを挿入するために、ツイストペアケーブルの信号線と電源線、接地線を別途で巻かなければならず、装加に手間がかかるなどの課題があった。
【００１６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、ツイストケーブルの対地平衡度を改善し、且つツイストケーブル上を流れるコモンモードノイズの伝搬を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
この発明に係るノイズフィルタは、芯線を挿通する少なくとも２つ以上の貫通孔を有する平板状の絶縁体で形成されるツイスト保持部材と、ツイスト保持部材の外周面に嵌合可能な環状の磁性体で形成される環状磁性部材とを備えるものである。
【発明の効果】
【００１８】
この発明によれば、ツイストケーブルを構成する各芯線の撚り合わせを密に配置することができ、対地平衡度を改善し、コモンモードノイズの発生を低減することができる。また、各芯線を束ねて環状磁性部材を装着するため、ツイストケーブルのコモンモードインピーダンスを高めることができ、コモンモードノイズの伝搬を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施の形態１に係るノイズフィルタの構成を示す斜視図である。
【図２】実施の形態１に係るツイスト保持部材の構成を示す斜視図である。
【図３】実施の形態１に係る環状磁性部材の構成を示す斜視図である。
【図４】実施の形態１に係るノイズフィルタをツイストケーブルに装着した状態を示す図である。
【図５】実施の形態１に係るノイズフィルタをツイストケーブルに２つ装着した状態を示す図である。
【図６】実施の形態２に係るノイズフィルタの構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係るノイズフィルタの構成を示す斜視図である。
ノイズフィルタ１は、ツイスト保持部材２と環状磁性部材３を嵌合させて構成している。ツイスト保持部材２および環状磁性部材３の詳細を図２および図３に示す。
【００２１】
図２は、この発明の実施の形態１に係るツイスト保持部材の構成を示す斜視図である。
ツイスト保持部材２は、外径２ａおよび幅２ｂを有する円盤形状の絶縁体で形成されている。また、ツイスト保持部材２には複数の貫通孔４が形成されている。該貫通孔４の内径は、ノイズフィルタ１を装着する対象となるツイストケーブルの各芯線の外径より大きい値に設定されている。また、貫通孔４の数は、装着するツイストケーブルの芯線の本数によって決まり、図２では２本の芯線を有するツイストペアケーブルを装着する場合を想定して２つの貫通孔４ａ，４ｂを設けている。
図２では、２本の芯線を有するツイストペアケーブルを装着する場合を想定したツイスト保持部材を示しているが、ツイストケーブルの芯線の数、および貫通孔４の数は適宜変更可能であり、ノイズフィルタ１は様々な種類および芯線を有するツイストケーブルに装着可能である。
【００２２】
図３は、この発明の実施の形態１に係る環状磁性部材の構成を示す斜視図である。
環状磁性部材３は、内径３ａ、幅３ｂおよび厚み３ｃを有する中空環形状を有している。環状磁性部材３の内径３ａは、ツイスト保持部材２の外径２ａと等しく、ツイスト保持部材２を環状磁性部材３に填め込むことが可能である。図３では、環状磁性部材３の幅３ｂと、ツイスト保持部材２の幅２ｂとを等しく構成しているが、当該構成に限定されるものではなく幅３ｂと幅２ｂとは異なっていてもよい。
【００２３】
ツイスト保持部材２に環状磁性部材３を嵌合し、ツイストケーブルに装着することにより、該環状磁性部材３がツイストケーブルの芯線に装着されたフェライトコアとして機能する。
フェライトコアは、円筒状態の磁性体のみで構成される部品であり、ツイストペアケーブルや差動伝送ケーブルにおいて、コモンモードに対するインピーダンスのみを高める効果を有することから、コモンモードノイズの伝搬抑制部材としてよく知られている。しかし、フェライトコアは出来合いのツイストペアケーブルに対して、追加で装着する部品であり、また、フェライトコア自体が大きな寸法を持ち、原価も高いという問題がある。しかし、この実施の形態１のノイズフィルタ１のように、ツイスト保持部材２と環状磁性部材３を嵌合して構成することにより、該環状磁性部材３がフェライトコアと等価なコモンモードノイズ抑制効果を発揮する。
【００２４】
次に、ノイズフィルタ１をツイストケーブルに装着する方法について説明する。
図４は、この発明の実施の形態１によるノイズフィルタをツイストケーブルに装着させた状態を示す図である。
【００２５】
まず、ツイストケーブル５の一端部にケーブルコネクタ６ａを装着し、他端部にはケーブルコネクタを装着しない状態でノイズフィルタ１の装着を開始する。
ケーブルコネクタが装着されていない側の２本の芯線を１対として撚りを付け、撚りを付けた芯線をそれぞれ、ツイスト保持部材２の貫通孔４ａおよび貫通孔４ｂに挿通する。このとき、１本の芯線を１つの貫通孔に挿通させる。さらに貫通孔４ａ，４ｂから出てきた２本の芯線を束ねて引っ張り、ツイストケーブル５の撚りピッチを狭める。撚りのピッチが十分に狭くなったツイストケーブル５の冗長な部分を切断し、ケーブルコネクタ６ｂを取り付ける。これにより、ケーブルコネクタ６ｂ近傍において撚りのピッチが密なツイストケーブル５が形成される。
【００２６】
なお、装着した１つのノイズフィルタ１では各芯線が十分に保持されない場合に、ツイストケーブル５の撚りのピッチが狭まらず、撚りが解けてしまうことが想定される。このような場合におけるノイズフィルタ１の装着例を図５に示している。
まず１つ目のノイズフィルタ１を上述した方法により装着し、ツイストケーブル５の２本の芯線を保持および固定する。さらに１つ目のノイズフィルタ１の貫通孔４ａ，４ｂから出てきた２本の芯線を１対としてさらに撚りを付け、撚りを付けた芯線をそれぞれツイスト保持部材２´の貫通孔４ａ´，４ｂ´に挿通する。貫通孔４ａ´，４ｂ´から出てきた２本の芯線を束ねて引っ張り、ツイストケーブル５の撚りピッチを狭め、冗長な部分を切断し、ケーブルコネクタ６ｂを取り付ける。これにより、１つ目のノイズフィルタ１と２つ目のノイズフィルタ１´の間に区間Ａにおいて撚りを密に保持することができる。
【００２７】
以上のように、この実施の形態１によれば、撚りを付けた芯線を挿通させ、各芯線を保持するツイスト保持部材２を備えるように構成したので、よりピッチが密なツイストケーブルを形成することができ、ツイストケーブルの各芯線を構成する各導線の電気的な特性の差をより細かく平均化することができ、対地平衡度を向上させることができる。さらに、ツイストケーブルにより伝送される信号がコモンモードノイズに変換されるレベルを抑えることができる。
【００２８】
また、この実施の形態１によれば、ツイスト保持部材２に環状磁性部材３を嵌合させたノイズフィルタ１をツイストケーブルの芯線に挿通するように構成したので、環状磁性部材３が芯線に装着されたフェライトコアとして機能し、フェライトコアと等価なコモンモードノイズ抑制効果を得ることができる。これにより、対地平衡度の向上と同時に、コモンモードノイズ伝搬の抑制を実現することができる。
【００２９】
さらに、この実施の形態１によれば、１つ目のノイズフィルタ１を装着してツイストケーブルを固定した後、さらに２つ目のノイズフィルタ１´を装着し、ツイストケーブルにより密なピッチで撚りを持たせるように構成したので、対地平衡度をより向上させることができる。
【００３０】
なお、上述した実施の形態１では、２本の芯線を有するツイストケーブルにノイズフィルタを装着する例を示したが、芯線の数は適宜変更可能である。芯線の種類や数に対応した貫通孔を設けることにより、様々なツイストケーブルに装着することができる。
【００３１】
実施の形態２．
上述した実施の形態１では、円盤状のツイスト保持部材２と円環状の環状磁性部材３でノイズフィルタ１を構成する例を示したが、ツイスト保持部材および環状磁性部材の形状は、その他の形状で置き換えて構成することができる。
図６は、この発明の実施の形態２に係るノイズフィルタの構成を示す斜視図である。
図６に示すノイズフィルタ１１は、６角形の平板状絶縁体のツイスト保持部材１２、および６角環状の環状磁性部材１３で構成されている。ツイスト保持部材１２と環状磁性部材１３は、互いに嵌合可能な形状およびサイズで構成されている。
【００３２】
ノイズフィルタ１１は、貫通孔を有する平板状の絶縁体で形成されるツイスト保持部材１２、および環状の磁性体で形成される環状磁性部材１３を備えていれば、実施の形態１と同様の機能を実現することができる。ツイスト保持部材１２および環状磁性部材１３の形状は、ノイズフィルタの機能にほとんど影響を与えることがない。すなわち、図６の形状を有するノイズフィルタ１１を用いた場合、あるいはその他の形状を有するノイズフィルタを用いた場合にも、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００３３】
上述のように環状磁性部材３，１３の形状は種々構成可能であり、少なくとも連続した環状形状（円、四角、六角など種々適用可能）で形成された磁性部材であればよい。また、磁性部材を２つの半円形状、あるいは２つ以上の円弧形状に分けて形成し、ノイズフィルタ構成時に環状に組み合わせる手法を用いてもよい。なお２つ以上の磁性部材を環状に組み合わせる場合には、各磁性部材を隙間なく密着させ連続した環状形状を形成する。一方、ツイスト保持部材２，１２は、ツイストケーブル５の撚りを保持する強度を有した部材および形状、且つ環状磁性部材３，１３に勘合可能な形状であればよい。
【００３４】
以上のように、この実施の形態２によれば、ツイスト保持部材および環状磁性部材の形状は種々変更した場合にも、実施の形態１と同様な対地平衡度の改善効果、およびコモンモードノイズ伝搬抑制効果を得ることができ、ノイズフィルタの形状に柔軟性を持たせることができる。
【００３５】
なお、上述した実施の形態１および実施の形態２では、円形の貫通孔を設ける構成を示したが、ツイストケーブルの各芯線が挿通可能な形状であれば適宜変更可能である。
【００３６】
また、上述した実施の形態１および実施の形態２において、ツイスト保持部材２，１２の幅２ｂは、芯線を構成する導体や絶縁被覆の張力によって破損することのない強度を確保可能な値の範囲内であれば、適宜変更可能である。
【００３７】
さらに、上述した実施の形態１および実施の形態２において、環状磁性部材３，１３はノイズフィルタを装着するケーブルに対して、コモンモードに対するインピーダンスのみを高めることでコモンモードノイズの伝播を抑制する機能を有する。そのため、環状磁性部材３，１３の好適な幅３ｂあるいは厚み３ｃは、磁性部材のインピーダンスと対応付けられる。また、一般的に磁性材料のインピーダンスにはインダクタンスが支配的に作用するため、コモンモードノイズの抑制量は磁性材料のインダクタンスに依存し、当該インダクタンスを求める過程から環状磁性部材３，１３の好適なサイズが算出可能である。具体的には、環状磁性部材３，１３の厚み３ｃが増すことによりインダクタンス値が大きくなり、環状磁性部材３，１３の幅３ｂが増すことによりインダクタンス値が大きくなる。
【００３８】
すなわち、インピーダンスが高いか低いかによって、ノイズフィルタが効果的であるか否かが決定される。この際インピーダンスが高いか低いかの基準は、当該ノイズフィルタを挿入する回路や装置が持つコモンモードインピーダンスの数値によって決定される。コモンモードインピーダンスが高い場合は、より大きなインダクタンス値を有する環状磁性部材３，１３が必要となり、コモンモードインピーダンスが低い場合は、小さなインダクタンス値を有する環状磁性部材３，１３であってもノイズを抑制することができる。
【００３９】
環状磁性部材３，１３の好適な幅３ｂおよび厚み３ｃの具体的な算出は、例えば以下のように構成される。
・あるコモンモードインピーダンスを有する機器からのノイズ伝播を抑制する場合
まず、伝播するノイズの周波数において、機器のコモンモードインピーダンスよりも大きなインピーダンスを有するノイズフィルタを構成し、当該インピーダンスを得るためのインダクタンスを以下の式（１）より算出する。
Ｚ＝２πｆ・Ｌ    ・・・（１）
Ｚ［Ω］：磁性材料のインピーダンス、π：円周率、ｆ［Ｈｚ］：コモンモードノイズの周波数、Ｌ［Ｈ］：磁性材料のインダクタンス
式（１）により算出したインダクタンスを得るための環状磁性部材３，１３の寸法値や物性値を以下の式（２）に基づいて算出する。
2013247190.tif 000003
Ｗ［ｍ］：円筒長、π：円周率、μ０：（真空の透磁率＝４×π×１０-7）、μｒ：磁性体の比透磁率、Ｒｏｕｔ［ｍ］：外半径、Ｒｉｎ［ｍ］：内半径、ｌｎ（  ）：自然対数をとる演算子
式（２）により算出した値に基づいて環状磁性部材３，１３の幅３ｂおよび厚み３ｃを決定し、ノイズフィルタを構成する。
【００４０】
・ある実装制約を有する環境に配線したケーブルのノイズ伝播を抑制する場合
まず、ケーブルや配線環境によって定まるノイズフィルタの寸法値、またはノイズフィルタの磁性体の物性値を上述した式（２）に代入し、得られるインダクタンス値を算出する。さらに上述した式（１）により、算出したインダクタンス値と伝播するノイズの周波数から得られるインピーダンスを算出する。算出したインピーダンスから必要なノイズの減衰量が得られるかを解析し、十分な減衰量が得られない場合にはノイズフィルタの寸法や磁性体の物性のうち、変更可能なパラメータを調整する、あるいは多数のノイズフィルタを組み合わせて用いる。以上により、環状磁性部材３，１３の幅３ｂおよび厚み３ｃを決定し、ノイズフィルタを構成する。
【００４１】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１，１´，１１  ノイズフィルタ、２，１２  ツイスト保持部材、３，３´，１３  環状磁性部材、４，４´，４ａ，４ｂ，４ａ´，４ｂ´  貫通孔、５  ツイストケーブル、６ａ，６ｂ  ケーブルコネクタ。
【図１】
2013247190.tif 000004
【図２】
2013247190.tif 000005
【図３】
2013247190.tif 000006
【図４】
2013247190.tif 000007
【図５】
2013247190.tif 000008
【図６】
2013247190.tif 000009