(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号導体の上に高域ノイズを劣化させる為に、銅に比べ導体抵抗が大きく、複素透磁率の大きなめっきを施し、その上に更に、絶縁体を施して構成される絶縁心線を複数条設けた各々にシールドを施して独立した複数心の同軸構成とし、残りの１条〜複数条をＧＮＤ線として導体を適用して全体を集合撚りしたものの上にシースを施したことを特徴とするサージ抑制型高速メタリックケーブル。
【請求項２】
請求項１の絶縁体の代わりに静電容量を大きくして特性インピーダンスを下げる為に、高誘電率絶縁体として弗化ビニリデンを適用したことを特徴とするサージ抑制型高速メタリックケーブル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、モーター駆動ケーブルに代表される高インピーダンス負荷回路において、駆動回路、ケーブル、モーター間でのインピーダンスミスマッチにより生じるサージ(不整合反射による不要高電圧波形）を抑制することにより、ケーブル、モーターの絶縁劣化等による寿命劣化を抑える。更にケーブルそのものが持つフィルタリング機能により伝送ラインから放射する不要ノイズと外部から入ってくる不要ノイズの影響を低減化することにより経済性、操作性、生産性及び実用性に優れたサージ抑制型高速メタリックケーブルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、ＮＣマシーンやロボットを初めとしたサーボモーター技術のめざましい進歩と共にその伝送速度の高速化も急激な変化を見せている。これにより駆動回路、ケーブル、モーター間でのインピーダンスミスマッチにより生じるサージがシステム寿命劣化から考慮して無視出来ないレベルとなって来た。このような状況の中で理論的には、メタリックケーブルの特性インピーダンスをモーターのインピーダンスに整合させることによりサージ発生を抑制出来ることになるが、実際はモーターのインピーダンスがモーターの大きさにより千差万別であり、更にモーターのインピーダンスそのものの大きさにもよるが、通常高速伝送系からみると掛け離れた大きなインピーダンス（５００Ω以上）によることからモーターに整合させたケーブル作製は困難を極めた。このため現状は駆動回路、ケーブル、モーター間にＣとＬによるフィルタを挿入したり、駆動回路の立ち上がり時間を緩やかにすることによりサージレベルを抑えたり、適用ケーブルの長さをサージレベル影響が小さい範囲で使用するといった方策が採られている。しかしながら、高速化移行の市場要求の中で駆動回路の立ち上がり時間を抑えたり、使用ケーブル長を限定するといった方策は市場ニーズに合致しない。又、フィルタリングの適用は余計な部材が必要となり、特に駆動系が大きな電力を必要とされる場合は価格はもとより実装スペースも大きな課題となっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、これらの厳しい電気的特性要求に適合したケーブルで、不要サージによるシステムの寿命劣化を抑えることはもとより、外部からのノイズと不要ノイズによる放射の低減化がはかれ、経済性、操作性、生産性及び実用性に優れたサージ抑制型高速メタリックケーブルを提供しようとするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、これらの問題を解決するために、鋭意検討した結果、第１に、信号導体の上に高域ノイズを劣化させる為に、銅に比べ導体抵抗が大きく、複素透磁率の大きなめっきを施し、その上に更に、絶縁体を施して構成される絶縁心線を複数条設けた各々にシールドを施して独立した複数心の同軸構成とし、残りの１条〜複数条をＧＮＤ線として導体を適用して全体を集合撚りしたものの上にシースを施した構造で、第２に、第１の絶縁体の代わりに静電容量を大きくして特性インピーダンスを下げる為に高誘電率絶縁体として弗化ビニリデンを適用したサージ抑制型高速メタリックケーブルである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のサージ抑制型高速メタリックケーブル１の実施例を添付図面を参照して詳細に説明する。
【０００６】
【実施例】
始めに、 第１実施例は、図１に示すように信号導体３の上に高域ノイズを劣化させる為に、銅に比べ導体抵抗が大きく、複素透磁率の大きなめっき１１を施し、その上に更に、絶縁体４を施して構成される絶縁心線２−１を複数条設けた各々に編組シールド５を施して独立した複数心の同軸構成とし、残りの１条〜複数条をＧＮＤ線６として導体を適用して全体を集合撚りしたものの上にシース９を施したサージ抑制型高速メタリックケーブル１である。具体的には、信号導体３の上に高域ノイズを劣化させる為にＮｉめっき１１を施し、その上に更に、絶縁体４を施して構成される絶縁心線２ー１を３条設けた各々に編組シールド５を施して独立した３心の同軸構成とし、残りの１条をＧＮＤ線６として撚り線導体を適用し、介在７を入れて全体を集合撚りしたものに絶縁テープとシース９を施したサージ抑制型高速メタリックケーブル１である。ここで、第１実施例は、３条の絶縁心線２−１の各々を独立させて同軸構成の構造を適用している。この場合、絶縁体４としては、代表的なものとしてＰＥを使用して行った。又、シールドとしては、代表的な編組シールド５が好ましい結果を示した。更に、ＧＮＤ線６として通常の導体でも構わないが、撚り線導体を使用した方が好ましい結果が得られた。本発明の場合の絶縁テープとしては、和紙テープ８を使用した。又、介在７や和紙テープ８については、本発明の場合、入れた方が好ましい結果を示したが、性能や大きさ等必要に応じて省いても構わない。次に、本発明の第２実施例は、図２に示すように、第１実施例の絶縁体４の代わりに静電容量を大きくして特性インピーダンスを下げるために高誘電率絶縁体として弗化ビニリデン10を適用したものである。高誘電率絶縁体としては、絶縁体４のＰＥの代わりに静電容量を大きくして特性インピーダンスを下げるために、誘電率が大きく、誘電体損失の大きな絶縁材料の代表的なものとして弗化ビニリデンを使用した。めっき材としては銅に比べ導体抵抗が大きく、複素透磁率μ”の大きな材料、例えば代表的なＮｉめっきを使用した。その厚さは約１０μｍで行った。図１は、信号導体に表皮効果の原理を利用して信号線導体に高域ノイズ劣化を促進するめっき材を施したものである。表皮効果の表皮厚計算式は、以下の数式１に示す。
【０００７】
【数１】
0004093539.tif 000002
【０００８】
現在、課題となっている駆動回路、伝送ケーブル、モーターのシステム構成に代表される高インピーダンス負荷システムの中で反射による影響をなくし、不要サージを抑制するにはモーターのインピーダンスに整合させる必要が有るがモーターはコイルで構成されていることもあり、インピーダンスが大きく特に周波数が高くなるほどＺ＝ωＬによりインピーダンスは大きくなり、モーターの種類により違いは有るが５００Ωを越える値になるのが一般的である。更に、モーターのインピーダンスはモーターの大きさ、種類により変わるためモーターの大きさ、種類により特性インピーダンスを整合させたケーブルを準備するのは得策ではないし、インピーダンスが大きく通常ケーブルで整合させるのは不可能である。そこで反射影響をなくすために駆動回路のインピーダンスにケーブル特性インピーダンスに近づけ、必然的に増加される容量により不要サージで有る高域ノイズをＧＮＤに流すことが出来る。この状態は以下の表１と表２のシミュレーション結果から明確である。始めに、本発明ケーブルと従来ケーブルでのモーター負荷による周波数特性比較結果を以下の表１に示す。
【０００９】
【表１】
0004093539.tif 000003
【００１０】
このことから、従来のケーブルは、モーター負荷により大きな反射影響が発生しているのに対し、本発明ケーブルは、モーター負荷による反射影響がケーブル単体での高域フィルタリング効果により発生しないことがわかる。次に、本発明ケーブルと従来ケーブルのモーター負荷接続によるサージ発生比較結果を以下の表２に示す。
【００１１】
【表２】
0004093539.tif 000004
【００１２】
このことから、従来ケーブルは、モーター負荷により大きなサージが発生しているのに対し、本発明ケーブルは、モーター負荷でもサージは発生していないことがわかる。しかしながら、インピーダンスを下げるためには絶縁体肉厚を薄くする必要が有り、耐電圧の劣化を引き起こす。即ち、特性インピーダンスの値と耐電圧の関係は相反する状態である。ところがＴＰ（ツイストペア：対より）構成や単なる集合構成で、耐電圧レベルを劣化を抑え特性インピーダンスを下げるには以下の表３に示す如く同軸構成に比べ不向きで有る。このため耐圧劣化を抑え、希望とする特性インピーダンス（通常システムで５Ω以下）にするにはＴＰ構成や単なる集合構成では製造が不可能に近く安定供給は不可能である。従って、本発明の場合で耐圧が要求される用途では、３条の絶縁心線にＴＰ構造や単なる集合構成を採用しないで、第１実施例に示すような同軸構造を採用した理由である。これを裏付けるために、本発明ケーブル採用コア構造（同軸型）と従来ケーブルコア構造（ＴＰ型）の絶縁体肉厚と特性インピーダンス比較結果を以下の表３に示す。
【００１３】
【表３】
0004093539.tif 000005
【００１４】
このことから、本発明ケーブル採用の同軸型コア構造は、従来品に比べ、絶縁体肉厚が厚くてもインピーダンスを下げられるので、耐圧劣化も従来品に比べ小さいことがわかる。更に、本発明の高誘電率絶縁体の弗化ビニリデンと従来の一般材料であるＰＥとの周波数に対する減衰量の特性比較結果を以下の表４に示す。
【００１５】
【表４】
0004093539.tif 000006
【００１６】
このことから、本発明ケーブル採用絶縁体は従来品に比べ高誘電率、高誘電体損失なので同一ケーブル構造でもインピーダンスは小さく、高域での減衰効果が大きいため高域ノイズに対し、ケーブル単体でのフィルタリング効果が大であることがわかる。
【００１７】
本発明の実施例では、３条の絶縁心線を代表例にとり説明したが、絶縁心線の条数は、これに限るものではない。又、絶縁体４の一般材料として代表的なＰＥを、シールドとしては代表的な編組シールドを使用した。又、ＧＮＤ線６として撚り線導体を、絶縁テープとしては、和紙テープを、高誘電率材料として弗化ビニリデンを挙げたが、これに限るものではない。更に信号導体のめっきの場合、Ｎｉを適用材料として取り上げたが、これに限るものではない。この様に本発明は各種の変形を含むものであることはいうまでもない。
【００１８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかな様に、本発明のサージ抑制型高速メタリックケーブル１によれば、高速で制御が必要なモーター負荷に代表される高インピーダンス負荷に適用し不要サージをなくすことが出来るばかりでなく、外部からのノイズと不要ノイズによる放射の低減化がはかれ、経済性、操作性、生産性及び実用性、高スペース性に優れたサージ抑制型高速メタリックケーブルを提供することが可能になるので、その工業的価値は大なるものがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例で、信号導体３の上に高域ノイズを劣化させる為に、銅に比べ導体抵抗が大きく、複素透磁率の大きなめっき１１を施し、その上に更に、絶縁体４を施して構成される絶縁心線２−１を３条設けた各々に編組シールド５を施して独立した３心の同軸構成とし、残りの１条をＧＮＤ線６として撚り線導体を適用し、介在７を入れて全体を集合撚りしたものの上に和紙テープ８とシース９を施したサージ抑制型高速メタリックケーブル１の断面図である。
【図２】本発明の第２実施例で、第１実施例の絶縁体４の代わりに静電容量を大きくして特性インピーダンスを下げる為に高誘電率絶縁体として弗化ビニリデン１０を適用したサージ抑制型高速メタリックケーブル１の断面図である。
【符号の説明】
１      本発明のサージ抑制型高速メタリックケーブル
２ー１  絶縁心線
２ー２  絶縁心線
３      信号導体
４      絶縁体
５      編組シールド
６      ＧＮＤ線（ドレイン線）
７      介  在
８      和紙テープ
９      シース
10      高誘電率絶縁体として弗化ビニリデン
11      Ｎｉめっき
【図１】
0004093539.tif 000007
【図２】
0004093539.tif 000008