対撚り｜電磁ノイズを相殺し信号劣化を防ぐ

2025.09.23

対撚り

対撚りは、二本の導体（線心）を一定ピッチで互いに撚り合わせ、外来ノイズの打消しと相互結合の均質化を図る配線技術である。平行二線に比べ、近接する空間に対する電界・磁界の位相反転が生じるため、誘導ノイズの総和を低減できる。通信、計装、制御、データ伝送、音響、車載ワイヤハーネスなど広範な用途で採用され、カテゴリ化（例：Cat.5e/Cat.6A）や差動伝送（例：LVDS、CAN、Ethernet）において基本構造となる。電磁適合性（EMC）の観点では、撚りピッチ、ペア間のレイアップ、シールドの有無が伝送路の特性インピーダンス、近端/遠端漏話、放射エミッションに影響する。

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定義と目的

対撚りとは、二本の絶縁導体を均一な角速度で螺旋状に組み、対称形の二線式回路を構成することをいう。目的は、（1）誘導ノイズの自己打消し、（2）線間容量と相互インダクタンスの均一化、（3）外来電磁界に対する受信面積の縮小、（4）機械的な柔軟性と耐振性の向上である。撚りによって回路は平衡（バランス）化され、差動信号の共通モード耐性が増す。

幾何学と撚りピッチ

撚りピッチ（lay length）は一回転あたりの軸方向長さで定義する。短ピッチは結合の周期性を高め、近傍ノイズの平均化に有利だが、製造応力の増加や曲げ剛性上昇を伴う。撚り率（twist rate）や撚り方向（S/Z）は多対ケーブルでは意図的にばらして混信（crosstalk）の相殺を図る。ペア間のピッチ差（lay variation）は、信号間の相関を下げ、特に近端漏話（NEXT）を抑えるのに有効である。

電気的特性：静電・電磁の抑制機構

差動二線は電荷分布が反対符号となるため、外部に対する電界は空間平均で小さくなる。磁界についても、撚りによりループ面積が周期反転し、誘導起電力が平均化して低減される。結果として、共通モードノイズの受容が小さく、放射エミッションも抑えられる。線間容量C、相互インダクタンスM、特性インピーダンスZ0は絶縁体の比誘電率、導体径、心線間距離、撚りピッチに依存し、広帯域用途では目標Z0（例：100 Ω差動）に合わせて設計する。

通信線・制御線での適用

対撚りペアはEthernet、RS-485、CAN、LIN、Profibus、I2C（バス配線の物理層工夫を含む）、音声バランス伝送などで用いられる。UTP（非シールド）とSTP/ScTP（シールド付）は設置環境のEMIレベルや接地方式で選定する。ビル内配線ではISO/IEC 11801やANSI/TIA-568に基づき、カテゴリ別に周波数帯域と漏話限界が規定される。

機械的特性と耐久性

撚り構造は曲げ繰返し時の局所ひずみ集中を分散し、可とう性と耐振動性を高める。一方で過度な短ピッチは残留トルクを増やし、敷設後の反りやより戻りを生むことがある。外被とフィラーの選定により円形度を保ち、ペアの幾何学を保持することが長期特性の安定に寄与する。

製造工程と品質管理

導体撚線→絶縁押出→ペア撚り→集合撚り→シールド→外被押出の順で構成する。撚り機の回転数制御、張力制御、温度管理がピッチ均一性と同心度に直結する。オンラインでのキャパシタンス、直流抵抗、偏心率の測定、完成後の伝送特性（RL、IL、NEXT、FEXT、PSANEXTなど）評価が不可欠である。

設計指針：ピッチ、ペア数、シールド併用

  • ピッチ：目標帯域と許容曲げ条件から最短許容ピッチを設定する。
  • ペア数：多対ではペアごとに異なるピッチを配し、集合撚りの位相を最適化する。
  • シールド：共通モード抑制や外来強電界での耐性が必要なら編組/箔を併用する。
  • 接地：シールドは片端/両端接地の方式を系統EMCとグランドループのリスクで決める。

規格と測定

ビル内配線はISO/IEC 11801、ANSI/TIA-568系、試験はIEC 61935シリーズが参照される。絶縁、耐電圧、難燃はIEC 60332、UL 444等が対象となることが多い。国内用途ではJISに準拠した導体寸法、許容抵抗、絶縁厚さ、難燃性の確認が行われる。

応用例

高速データ（10GBASE-T、PoE併用）、産業用フィールドバス、ロボットの可動配線、音響のバランスライン、医療機器の計測線、車載のCAN-FD/100BASE-T1などで対撚りは標準技術となっている。可動用途では撚りピッチと撚り方向の繰返しパターンを工夫し、連続曲げ耐性を確保する。

注意点とトラブルシュート

  • ばらし長（ツイスト解除長）の過大で漏話・RL悪化。端末処理では最短化を徹底する。
  • 異常曲げ・結束締め過ぎで幾何学が崩れ、Z0と減衰が劣化する。
  • シールド浮遊や誤接地により共通モードが増幅されることがある。
  • 異種ペア混在はペア間結合を悪化させるため、レイアップ設計を統一する。

歴史的背景

電話線での長距離伝送において、平行二線の誘導障害が深刻であったため、19世紀末から対撚りが普及した。後に多対ケーブルに発展し、ピッチ差の最適化や紙絶縁から高分子絶縁への転換を経て、現在のUTP/FTPへ至っている。

用語の混同

撚線（導体素線のより合わせ）と対撚り（絶縁後の二心より）は段階が異なる。さらに集合撚り（ケーブル化）や同軸構造、スターカッドなどの特殊対称配置と区別して運用することが重要である。

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