CN101809683B - 同轴电缆及多芯同轴电缆 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种同轴电缆以及多芯同轴电缆，其确保空隙部相对于绝缘体的比例而得到低介电常数，并且可以得到足够的强度。同轴电缆(11)构成为中心导体(12)由具有沿长度方向连续的空隙部(14)的绝缘体(13)覆盖，在该绝缘体(13)的外周配置外部导体(15)，该同轴电缆中，空隙部(14)形成剖面圆形或椭圆形状，在绝缘体(13)中均等地配置6～9个空隙部(14)。在所述同轴电缆的与长度方向垂直的剖面上，在将空隙部相对于所有的空隙部(14)的面积和绝缘体(13)的面积之和的比例作为空隙率时，使得所有空隙部总计的空隙率大于或等于43％。另外，也可以收容多根上述同轴电缆(11)而构成多芯同轴电缆。
Description
技术领域
本发明涉及一种应用于电气通信设备、信息设备的配线等中的同轴电缆以及多芯同轴电缆。
背景技术
在电子设备内或者设备间的配线、高速信号的传送中，使用同轴电缆。对于该同轴电缆，其结构通常为，由绝缘体包覆中心导体，由外部导体覆盖绝缘体的外周，由保护包覆体覆盖该外部导体的外侧，与用途对应而电缆外径为0.25mm～数mm。对于该同轴电缆，为了在细径下得到良好的电气特性，重要的是使得包覆中心导体外周的绝缘体的介电常数尽可能小。
作为同轴电缆的绝缘体，在现有技术中使用氟类树脂或聚烯烃树脂等低介电常数的树脂，并且，为了降低其介电常数，也使用将绝缘体通过气体发泡或者化学发泡等发泡而形成的绝缘体。但是，绝缘体通过发泡挤出而进行的包覆成型，形状难以稳定，绝缘体容易产生外径变动。另外，如果发泡率增加，则发泡状态容易恶化，长度方向的传送特性等的稳定性降低。并且，发泡后的绝缘体与导体之间的密合力较弱。
与此相对，已知一种如图2(A)所示的同轴电缆，其具有沿绝缘体的长度方向设置多个中空部的构造(例如，参照专利文献1)。该同轴电缆1a中，作为中心导体2的绝缘体3而使用下述形状的绝缘体，即，将与中心导体2紧密接触的内环状体3a和卷绕有外部导体5的外环状体3b由多根肋部3c连结，从而设置多个剖面扇状的中空部4。并且，使得中空部4在绝缘体3中占据的比例大于或等于40％。此外，外部导体5的外周由保护包覆体6包覆，保护电缆整体。
另外，已知一种如图2(B)所示的差动传送电缆1b，其具有在对中心导体2a进行绝缘的绝缘体7中设置沿长度方向的多个空隙部8的构造(例如，参照专利文献2)。对于该差动传送电缆1b，作为包围中心导体2a的绝缘体7，使用具有在中心导体2a的周围均等地配置6个剖面椭圆状的空隙部8的形状的绝缘体。此外，将中心导体2a由绝缘体7进行绝缘而得到的一对信号线，连同加蔽线9在内由外部导体5a屏蔽，在外部导体5a的外周由保护包覆体6a进行包覆。
专利文献1：日本国特开2007-335393号公报
专利文献2：日本国特开2008-103179号公报
发明内容
如果图2(A)所示的同轴电缆的中空部(空隙部)的剖面为扇状，则可以使空隙部在绝缘体中所占的比例增加，但无法针对外部压力确保足够强度。因此，存在电缆容易损坏，在弯折时空隙部容易变形的问题，在实际使用时难以确保传送特性的稳定。另外，即使在如图2(B)的同轴电缆所示空隙部的剖面形成为椭圆或者圆形的情况下，如果单个空隙部的剖面积过大，则空隙周围的绝缘体的厚度变薄，难以确保足够的强度。另一方面，如果单个空隙部的剖面积减小，则虽然确保了强度，但所有空隙部在绝缘体中所占的比例变小，绝缘体的介电常数变大，因此无法使电缆的电气特性或尺寸落入规定的范围内。
本发明的目的在于提供一种同轴电缆以及多芯同轴电缆，其可以确保空隙部相对于绝缘体的比例而得到低介电常数，并且可以得到足够的强度。
本发明所涉及的同轴电缆，其构成为中心导体由具有沿长度方向连续的空隙部的绝缘体覆盖，在该绝缘体的外周配置外部导体，该同轴电缆的特征在于，
所述空隙部形成为剖面圆形或者椭圆形状，在所述绝缘体中均等地配置6至9个所述空隙部，在所述同轴电缆的与长度方向垂直的剖面上，在将空隙部相对于所有的空隙部面积和绝缘体面积之和的比例作为空隙率时，使得所有空隙部总计的空隙率大于或等于43％。
优选配置7至9个所述空隙部，1个空隙部的空隙率小于或等于6.8％。
优选所述空隙部为8个，所述绝缘体的空隙率为43％至54％。
优选所述绝缘体的直径相对于所述中心导体的直径的比为2.4至2.7倍。
优选所述绝缘体的直径相对于所述中心导体的直径的比为3.2至4.0倍，所述空隙部为6个，1个空隙部的空隙率为9.0％至10％。
另外，也可以形成为收容多根上述同轴电缆而构成的多芯同轴电缆。
发明的效果
根据本发明，可以确保空隙部相对于绝缘体的比例而得到低介电常数，并且针对外部压力或弯折不易破损，确保稳定的传送特性。
附图说明
图1是说明本发明的实施方式的例子的图。
图2是说明现有技术的图。
图3是本发明的同轴电缆的制造方法所使用的挤出机的要部的斜视图。
标号的说明
11…同轴电缆、12…中心导体、13…绝缘体、14…空隙部、15…外部导体、16…外皮
具体实施方式
图1是本发明所涉及的同轴电缆的实施方式的例子。在图中，11表示同轴电缆，12表示中心导体，13表示绝缘体，14表示空隙部，15表示外部导体，16表示外皮。
本实施方式的同轴电缆11的形状为，中心导体12由绝缘体13覆盖，在绝缘体13的外周配置外部导体15，由外皮16保护外部导体15的外侧，绝缘体13具有沿长度方向连续的多个空隙部14。另外，在中心导体12及外部导体15与绝缘体13之间毫无空隙地紧密接触。
中心导体12由单芯线或绞合线形成，该单芯线或绞合线由镀银或镀锡软铜线、或者铜合金线构成。在绞合线的情况下，例如，使用将裸线导体直径为0.025mm的裸线绞合7根而形成的外径0.075mm(相当于AWG(American Wire Gauge)#42)的绞合线，或将裸线导体直径为0.127mm的裸线绞合7根而形成的外径0.38mm(相当于AWG#28)的绞合线。
另外，外部导体15形成为，将与中心导体12所使用的裸线导体相同程度粗细的裸铜线(软铜线或铜合金线)、镀银或镀锡软铜线、或者铜合金线，在绝缘体13的外周横向卷绕或以编织构造而进行配置。并且，为了提高屏蔽功能，也可以如图1中外部导体15紧外侧的那层所示，形成为同时设置金属箔带的构造。外皮16由氟类树脂等树脂材料挤出成型、或者将聚酯带等树脂带进行卷绕而形成。
对于绝缘体13，使用杨氏模量为400至1300MPa的聚乙烯(PE)、杨氏模量为1500至2000MPa的聚丙烯(PP)、或者杨氏模量为500MPa左右的氟类树脂等热塑性树脂，通过挤出成型而形成。此外，作为氟类树脂材料，例如使用PFA(四氟乙烯·全氟烷氧基乙烯醚共聚物)、FEP(四氟乙烯·六氟丙烯共聚物)、ETFE(四氟乙烯·乙烯共聚物)等。
优选在使中心导体12的导体直径为D2时，绝缘体13的外径D1成为D2×(2.2～3.0)左右。例如，在上述的中心导体12的导体直径为0.38mm(AWG#28)的情况下，使绝缘体13的外径为0.84mm～1.1mm。对于中心导体12的导体直径小于AWG#42的电缆，根据用途而有时需要使绝缘体13的静电容量成为低容量(例如小于或等于60pF/m)，在此情况下，优选绝缘体13的外径D1为D2×(2.2～3.6)。例如，在中心导体12的导体直径为0.075mm的情况下，使绝缘体13的外径为0.17mm～0.27mm。此外，在本发明中，将绝缘体13的外径形成为小于或等于1.1mm的同轴电缆作为对象。
该尺寸的同轴电缆，大多用作为在移动电话和笔记本型计算机中的天线配线或连结LCD(Liquid Ctystal Display)与CPU(CentralProcessing Unit)的配线等，或者用作为连结传感器与设备的多芯电缆，由于这些终端装置的小型化、薄形化，要求同轴电缆的细径化以及多芯电缆的细径化。同轴电缆需要具有规定的阻抗(50Ω、75Ω或者80～90Ω)，在实现该阻抗的前提下尽可能形成细径。因此，需要使中心导体12和外部导体15之间的绝缘层的介电常数减小。在本发明中，通过在绝缘体13中设置空隙部14，使所有空隙部14总计的整体空隙率大于或等于43％，从而在上述范围的尺寸内实现细径化。如果要使得整体的空隙率小于43％且满足细径化，则难以使同轴电缆的阻抗成为规定的值。
在本发明的同轴电缆的绝缘体13的外径D1为D2×(2.4～2.7)的情况下，由于细径且绝缘体13的厚度较薄，所以有时无法承受对电缆施加的外部压力或弯折。由此，在作为本发明的对象的较细的同轴电缆中，设置在绝缘体13中的每一个空隙的尺寸成为问题。这是在比该同轴电缆粗径的同轴电缆中不存在的课题。在本实施方式中，通过使每一个空隙的空隙率小于或等于6.8％，从而在该尺寸的同轴电缆中实现足够的耐久性。
优选绝缘体13的空隙部14形成为剖面圆形(正圆、椭圆)，在中心导体12的周围以均等配置的方式设置有7至9个空隙部。优选该空隙部14形成为例如大致正圆，如果其内径设为D3，则1个空隙部14相对于绝缘体13的比例形成在
“0.068≥({D3/2}2×π)/({D1/2}2×π-{D2/2}2×π)”的范围内。
此外，上述算式的考虑方式对于椭圆的空隙部也同样适用。即，优选使1个空隙部14的空隙率小于或等于6.8％，以满足空隙部自身的强度。另外，如果1个空隙部14的空隙率过小，则得不到规定的空隙率，无法确保低介电常数。使空隙部整体成为大于或等于43％的空隙率。在空隙部为7个的情况下，每一个的空隙率大于或等于6.1％，在空隙部为8个的情况下，每一个的空隙率大于或等于5.4％，在空隙部为9个的情况下，每一个的空隙率大于或等于4.8％。另外，在这里所称的椭圆不限于数学意义中的椭圆，也包括圆变形后的形状。
在设置于绝缘体13中的空隙部14的数量为7个的情况下，整体的空隙率为43％～47.6％，在8个的情况下为43％～54.4％，在9个的情况下为43％～61.2％。由此可以确保得到规定阻抗的低介电常数。并且，由于1个的空隙率小于或等于6.8％，所以作为绝缘体整体可以提高机械强度，针对外部压力或弯折不易破损，可以确保传送特性的稳定性。
在空隙部14的数量为8个的情况下，如果使中心导体12的导体直径D2为0.38mm，绝缘体13的外径D1为0.96mm，空隙部14的内径D3为0.225mm，则绝缘体13的空隙率为52％。此外，如果在该绝缘体上卷绕外径0.127mm的镀层软铜线作为外部导体15，作为外皮16而挤出包覆厚度0.04mm左右的氟类树脂(例如，PFA)，则可以得到外径1.3mm的同轴电缆。
此外，如图2(B)所示，在设置于绝缘体中的空隙部的数量为6个的情况下，为了确保与上述相同程度的空隙率，1个空隙部的空隙率成为大于或等于7.2％，在D1/D2为2.4～2.7的情况下，针对外部压力或弯折易于破损。另外，如果空隙部的数量大于或等于10个，则存在每一个空隙部14的空隙直径变小而使整体空隙率变小这一情况。如果使整体空隙率成为规定的范围，则有可能产生空隙部间的绝缘体的厚度较薄的部分等，使绝缘体的强度变差。因此，针对外部压力或弯折易于破损。
优选在使得D1/D2为3.2～4.0且绝缘体的静电容量小于或等于60pF/m的情况下，所有空隙部总计的空隙率大于或等于54％。如后所述的实施例3、4所示，在中心导体使用将外径0.025mm的镀银的银铜合金线绞合7根而形成的绞合线(相当于AWG#42)的情况下，在使所有空隙部总计的空隙率为54％的情况下，可以使该同轴电缆的静电容量为60pF/m。为了实现该空隙率，只要将空隙部设为6个即可。由于如果D1/D2为3.2～4.0，则与中心导体直径相对，绝缘体略微厚壁，所以为了使静电容量为60pF/m，需要提高所有空隙部总计的空隙率。在此情况下，如果空隙部的数量多于7个，则空隙部间的绝缘体变薄，在施加来自外部的力的情况下，有可能空隙部间断裂而使绝缘体损坏。如果空隙部的数量为6个，则可以形成能够实现静电容量小于或等于60pF/m的空隙率，同时确保空隙部间的绝缘体的厚度。由此，即使在卷绕同轴电缆时等向同轴电缆施加力，绝缘体也不会被损坏。
本发明的同轴电缆，可以利用图3所示的由模具31和浇口(point)41组合而得到的挤出机30进行制造。
在浇口41上设置与空隙部数量对应的外形呈圆柱状的部件45，与具有圆形出口33的模具31组合，从浇口41和模具31之间(流路51、52)挤出树脂。从浇口41的圆筒部43的中心孔44拉出中心导体。挤出的树脂包覆中心导体。也可以利用将从模具31的出口挤出的树脂进行拉伸，使直径减小而进行包覆的拉拽方法，从而包覆树脂。在圆柱状的部件45中没有流过树脂，该部分形成空隙部。如果在该部件45中设置通气孔46，则可以在从模具31挤出的树脂中确保树脂没有流过的空隙部，其剖面形成为圆或者椭圆。
上述同轴电缆以单芯线为例进行了说明，但也可以捆束多根该同轴电缆、或者进一步利用共通的屏蔽导体进行屏蔽而形成多芯的同轴电缆。
为了对本发明所涉及的上述同轴电缆进行评价，制作本发明的实施例品和对比例品并进行实验。对于实施例1～2、对比例1～4的实验品，中心导体使用将外径为0.127mm的镀银软铜线绞合7根而形成的绞合线，在其上挤出包覆氟类树脂(FEP)而形成外径0.94mm的绝缘体。在挤出绝缘体时，使用如图3所示的形成空隙部的模具，在绝缘体中形成沿长度方向连续的空隙部。空隙部的尺寸、数量如下述的各例所示。外部导体为将镀锡软铜线单层编织，在其上挤出包覆氟类树脂(PFA)，从而形成外径1.35mm的同轴电缆。
(实施例1)
设置8个直径为0.20mm的空隙部。每一个空隙部的空隙率为5.4％，整体的空隙率成为43％。
(实施例2)
设置8个直径为0.224mm的空隙部。每一个空隙部的空隙率为6.8％，整体的空隙率成为54％。
(对比例1)
设置8个直径为0.230mm的空隙部。每一个空隙部的空隙率为7.2％，整体的空隙率成为57％。
(对比例2)
设置6个直径为0.234mm的空隙部。每一个空隙部的空隙率为7.4％，整体的空隙率成为44％。
针对上述各实验品的同轴电缆，进行下述实验。
(1)破损实验
在推拉力计(push-pull gauge)的前端以单边为5mm的正方形平面按压同轴电缆，测定使特性阻抗变化2Ω的力。
(2)卷绕实验
在直径4mm的心轴(mandrel)上卷绕5匝，测定卷绕前和卷绕后的特性阻抗的变化量(差)。
(3)扭转实验
将同轴电缆在长度为10mm的范围内扭转5次，测定扭转前和扭转后的特性阻抗的变化量(差)。
(4)弯折实验
将同轴电缆进行弯折，测定弯折前和弯折后的特性阻抗的变化量(差)。
实验的结果在下表中示出。
【表1】
通常，在破损实验中要求可以承受大于或等于2.0kg的力。在破损实验中，如果设定在阻抗变化2Ω时施加的力大于或等于2.0kg为合格，则每一个的空隙率为小于或等于6.8％的实施例品均在实验中合格，但每一个的空隙率为大于或等于7.2％的对比例品均不合格。另外，在卷绕实验、扭转实验、弯折实验的任意一个中，实施例品与对比例品相比，阻抗的变化较小，针对卷绕、扭转、弯折的耐久性优秀。
另外，制作以下的对比例品，与本发明的实施例品进行比较。
(对比例3)
对于空隙数量为6个、每一个的空隙率为6.5％、整体的空隙率为39％、中心导体及绝缘体的材质和尺寸与上述实施例品相同的同轴电缆，阻抗小于50Ω，无法得到合格品。
(对比例4)
对于空隙的形状形成如图2(A)所示的扇形、每一个的空隙率为6.8％的同轴电缆，在破损实验中存在无法承受2.0kg的力(在小于2.0kg的力下阻抗变化2Ω)这一情况，合格品的成品率较差。另一方面，对于空隙部的剖面为圆或者椭圆且每一个的空隙率为小于或等于6.8％的实施例品，全部在破损实验中合格。
如下所述制造中心导体更细、绝缘体直径与中心导体直径相比较大的同轴电缆，并进行实验。中心导体使用将外径0.025mm的镀银的银铜合金线7根绞合而形成的绞合线，在其上挤出包覆氟类树脂(PFA)，而形成外径0.29mm的绝缘体。绝缘体的直径与中心导体的直径相比为3.9倍。在挤出绝缘体时，使用形成空隙部的模具，在绝缘体中形成沿长度方向连续的空隙部。空隙部的尺寸、数量如下所述。外部导体为将镀锡软铜线单层编织，在其上挤出包覆氟类树脂(PFA)，从而形成外径0.42mm的同轴电缆。
(实施例3)
空隙部的直径0.084mm
空隙部的数量6个
每一个空隙部的空隙率9.0％
整体的空隙率54％
(实施例4)
空隙部的直径0.088mm
空隙部的数量6个
每一个空隙部的空隙率10％
整体的空隙率60％
(对比例5)
空隙部的直径0.074mm
空隙部的数量8个
每一个空隙部的空隙率7.0％
整体的空隙率56％
(对比例6)
空隙部的直径0.070mm
空隙部的数量8个
每一个空隙部的空隙率6.3％
整体的空隙率50％
在实施例3以及实施例4中可以制造静电容量小于或等于60pF/m的同轴电缆。
在对比例5中，空隙部间的绝缘断裂，在制造时(卷绕电缆时)同轴电缆破损，没有得到合格品。
在对比例6中，虽然可以制造同轴电缆，但是在该尺寸(绝缘体直径/中心导体直径)下无法使静电容量降低至60pF/m。
相对于上述中心导直径，可以使绝缘体直径比上述实施例略薄或略厚。可以使绝缘体直径形成为相对于中心导体直径为3.2～4.0倍。在此情况下，如果设置6个空隙部，每一个空隙部的空隙率为9.0％～10％，整体的空隙率为54％～60％，则可以得到静电容量小于或等于60pF/m的同轴电缆。
详细且参照特定的实施方式对本发明进行了说明，但对于本领域的技术人员而言，显然可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下进行各种变更或修正。本发明是基于2008年9月24日提交的日本专利申请(特愿2008-244033)而提出的，在这里，作为参照而引用其内容。
Claims (6)
1.一种同轴电缆，其构成为中心导体由具有沿长度方向连续的空隙部的绝缘体覆盖，在该绝缘体的外周配置外部导体，
该同轴电缆的特征在于，
所述空隙部形成剖面圆形或者椭圆形状，在所述绝缘体中均等地配置7至9个所述空隙部，在所述同轴电缆的与长度方向垂直的剖面上，在将空隙部相对于所有的空隙部的面积和绝缘体的面积之和的比例作为空隙率时，1个空隙部的空隙率小于或等于6.8％，所有空隙部总计的空隙率大于或等于43％。
2.如权利要求1所述的同轴电缆，其特征在于，
所述空隙部为8个，所有空隙部总计的空隙率为43％～54％。
3.如权利要求1所述的同轴电缆，其特征在于，
所述绝缘体的直径相对于所述中心导体的直径的比为2.4～2.7倍。
4.如权利要求2所述的同轴电缆，其特征在于，
所述绝缘体的直径相对于所述中心导体的直径的比为2.4～2.7倍。
5.一种同轴电缆，其构成为中心导体由具有沿长度方向连续的空隙部的绝缘体覆盖，在该绝缘体的外周配置外部导体，
该同轴电缆的特征在于，
所述空隙部形成剖面圆形或者椭圆形状，在所述绝缘体中均等地配置6个所述空隙部，在所述同轴电缆的与长度方向垂直的剖面上，在将空隙部相对于所有的空隙部的面积和绝缘体的面积之和的比例作为空隙率时，所有空隙部总计的空隙率大于或等于43％，
所述绝缘体的直径相对于所述中心导体的直径的比为3.2～4.0倍，1个空隙部的空隙率为9.0％～10％。
6.一种多芯同轴电缆，其特征在于，
收容多根权利要求1至5中任一项所述的同轴电缆而构成。
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