JP2001357730A - 高周波信号伝送用製品およびその製法 - Google Patents

高周波信号伝送用製品およびその製法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 優れた高周波信号伝送特性をもち、しかも末
端加工性が向上した高周波ケーブルやプリント配線基板
などの高周波信号伝送用製品を提供する。 【解決手段】 示差走査熱量計で測定した結晶融解曲線
上の吸熱カーブの最大ピーク温度が338℃以下の低融
点ポリテトラフルオロエチレン絶縁層と示差走査熱量計
で測定した結晶融解曲線上の吸熱カーブの最大ピーク温
度が342℃以上の高融点ポリテトラフルオロエチレン
絶縁層との2層構造の絶縁層を有する高周波信号伝送用
製品。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高周波の誘電損失
が少なく、しかも末端加工性にも優れた高周波信号伝送
用ケーブルやプリント配線基板などの高周波信号伝送用
製品、およびその製法に関する。
【0002】
【従来の技術】同軸ケーブルやLANケーブルのような
高周波信号を伝送するケーブルには常に誘電損失が生ず
る。同じく高周波信号を伝送する各種伝送機器に使用さ
れるプリント配線基板についても、誘電損失が重要なフ
ァクターとなっている。
【0003】誘電損失は誘電率(ε)と誘電正接(tan
δ)との関数であり、いずれも小さい方が好ましい。
誘電損失を低減するため、これらの電気的特性に優れた
PTFEを絶縁被覆層材料として使用している高周波ケ
ーブルが提案されている(特開平11−31422号公
報、特開平11−283448号公報、特開2000−
21250号公報)。
【0004】PTFEは分子量や変性の有無などにより
融点、電気的特性、成形加工性などが異なり、また、熱
処理(焼成処理)することによって融点、誘電率、誘電
正接、さらには機械的強度が変化する。たとえば融点が
340±7℃と高い高分子量PTFEは高融点の低分子
量PTFEよりも電気的特性に優れており、未焼成のと
きは誘電率(ε)は1.8、誘電正接(tan δ)は
0.3×10-4(いずれも12GHzで測定した値。以
下同様)と低いが、不完全に焼成(半焼成)すると融点
が327±5℃と下がり誘電率(ε)は2.15、誘電
正接(tan δ)は0.7×10-4と高くなる。完全に
焼成すると、融点は323±5℃とさらに低くなり、誘
電率(ε)は2.10、誘電正接(tan δ)は2.0
×10-4と高くなる。また、機械的強度は焼成すること
により向上する。
【0005】したがって、誘電損失の点からは高分子量
高融点の未焼成または半焼成PTFEを使用することが
有利である。
【0006】そこで前記公報では、誘電率や誘電正接と
いった電気的特性を維持しつつ、加工性を向上させるた
めに焼成PTFE、半焼成PTFEおよび未焼成PTF
Eを組み合せた絶縁被覆層が提案されている。
【0007】特開平11−31442号公報では、未焼
成PTFE絶縁被覆層の焼成の仕方を外表面側の焼成度
を高くする(ラジアル方向のPTFEの焼成度の傾斜
化)方法を提案している。
【0008】特開平11−283448号公報では、絶
縁被覆層を基本的に未焼成または半焼成PTFEとし、
加工すべき末端部分(末端から10cm程度)のみ完全
焼成PTFEを使用すること(芯線の長手方向での焼成
度の傾斜化)を提案している。
【0009】さらに特開2000−21250号公報で
は、絶縁被覆層としてPTFEの多孔質層を用い、さら
に表面部分を焼成して結晶化率を75〜92%と高くし
ている(ラジアル方向での焼成度の傾斜化)。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしケーブルの末端
を加工するときの末端加工性は、ラジアル方向での焼成
度の傾斜化では、末端をニッパなどで剥離したり切断し
たとき未焼成または半焼成PTFEでは綺麗に切れず繊
維化し、糸を引いた状態となる。
【0011】したがって、前記特開平11−28344
8号公報のように完全焼成PTFEを使用しない限り、
末端加工を綺麗に行なうことはできないと考えられてい
た。
【0012】このように従来は、高周波ケーブルの絶縁
被覆層用のPTFEについては、焼成度や結晶化度など
の検討は種々行なわれているが、融点に関しての検討は
されていない。本発明は今まで未検討であった融点にも
着目し、低融点PTFEが繊維化しにくい点を考慮し、
さらに焼成度を加味して、電気的特性だけではなく加工
性、特に末端加工性にも優れたPTFE絶縁被覆層用の
材料を開発した。
【0013】本発明は、PTFEを絶縁被覆層として有
する高周波信号伝送用製品の末端加工をスムーズに行な
うことができ、しかも誘電損失が少ない高周波信号伝送
用製品、およびその製法を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、示差
走査熱量計で測定した結晶融解曲線上の吸熱カーブの最
大ピーク温度が338℃以下の低融点PTFE絶縁層と
示差走査熱量計で測定した結晶融解曲線上の吸熱カーブ
の最大ピーク温度が342℃以上の高融点PTFE絶縁
層との2層構造の絶縁層を有する高周波信号伝送用製
品、たとえば高周波信号伝送用ケーブルやプリント配線
基板に関する。
【0015】前記低融点PTFE絶縁層が焼成層であ
り、また前記高融点PTFE絶縁層が半焼成または未焼
成層であることが好ましい。
【0016】さらにまた、低融点PTFEおよび高融点
PTFEの両方または一方が変性PTFEであることが
好ましい。
【0017】高周波信号伝送用ケーブルとしては、金属
芯線とフッ素樹脂絶縁層とを有する高周波信号伝送用ケ
ーブルであって、フッ素樹脂絶縁層が、前記低融点PT
FEの外側絶縁層と前記高融点PTFEの内側絶縁層と
の2層構造であるものが特に好ましい。
【0018】かかる高周波信号伝送用ケーブルは、前記
低融点PTFEと前記高融点PTFEを芯線上に低融点
PTFEが外側になるように共ペースト押出し、ついで
実質的に外側の低融点PTFE層のみを完全に焼成する
ことにより製造できる。
【0019】また、焼成を溶融塩浴中に共ペースト押出
物を通すことにより行なうことにより、焼成をコントロ
ールし易くなる、
【0020】
【発明の実施の形態】本発明で使用する低融点PTFE
粉末は、示差走査熱量計による結晶融解曲線上に現れる
吸熱カーブの最大ピーク温度(以下、「最大吸熱ピーク
温度」という)が332℃以下、好ましくは332〜3
38℃の粉末である。一方の高融点のPTFE粉末は、
最大吸熱ピーク温度が342℃以上、好ましくは342
〜348℃である粉末である。
【0021】これらのPTFE粉末は、TFEの単独重
合体であっても、他の単量体で変性された変性PTFE
であってもよい。変性用の単量体としてはパーフルオロ
(メチルビニルエーテル)やパーフルオロ(プロピルビ
ニルエーテル)などのパーフルオロ(アルキルビニルエ
ーテル)、ヘキサフルオロプロピレンなどがあげられ、
溶融加工できないという性質を損わない範囲の量で変性
される。なお以下、特に断らない限り、変性PTFEも
含めてPTFEという。
【0022】この低融点PTFEは、乳化重合法で重合
し製造された粉末であり、前記の最大吸熱ピーク温度
(結晶融点)を有し、誘電率(ε)は2.08〜2.
2、誘電正接(tan δ)は1.9×10-4〜4.0×
10-4である。市販品としては、たとえばダイキン工業
(株)製のポリフロンファインパウダーF201、同F2
03、同F205、同F301、同F302;旭硝子工
業(株)製のCD090、CD076;デュポン社製のT
F6C、TF62、TF40などがあげられる。
【0023】一方の高融点PTFE粉末も、、乳化重合
法で重合し製造された粉末であり、前記の最大吸熱ピー
ク温度(結晶融点)を有し、誘電率(ε)は2.0〜
2.1、誘電正接(tan δ)は1.6×10-4〜2.
2×10-4と全体的に低い。市販品としては、たとえば
ダイキン工業(株)製のポリフロンファインパウダーF1
04;旭硝子工業(株)製のCD1、CD141、CD1
23;デュポン社製のTF6、TF65などがあげられ
る。
【0024】なお、両PTFE重合粒子が2次凝集した
粉末の平均粒径は通常、250〜2000μmであるの
が好ましい。特に、溶媒を用いて造粒して得られる造粒
粉末は予備成形の際の金型充填時の流動性が向上する点
から好ましい。
【0025】本発明の2層構造の絶縁層には、誘電特性
を改善するために、いずれか一方または両方の絶縁層に
さらにチッ化ボロンなどのフィラーを配合してもよい。
また、低融点PTFE絶縁層にはカーボン(カーボンブ
ラックやカーボン繊維など)を配合して、その誘電特性
を変化調整してもよい。
【0026】本発明の2層構造の絶縁層は、高周波信号
伝送用製品の各種部品または絶縁被覆層などがあげら
れ、高周波信号伝送機器用の各種部品としては、たとえ
ば携帯電話、各種コンピュータ、通信機器などのプリン
ト配線基板、ケーシング、アンテナのコネクタなどが代
表例としてあげられるが、これらのみに限られるもので
はない。プリント配線基板などの平板状の成形品は、本
発明の2種類のPTFE粉末を順次圧縮成形などの従来
公知の成形法によって積層して製造できる。絶縁層全体
の厚さおよび低融点PTFE絶縁層と高融点PTFE絶
縁層の厚さの比は、目的とする周波数、適用個所、製品
や部品の種類などによって異なる。通常、平板状の場
合、全体厚さは0.1〜3mm、低融点PTFE絶縁層
と高融点PTFE絶縁層の厚さの比は1/10〜4/1
程度である。
【0027】高周波信号伝送機器用の絶縁層としては、
同軸ケーブル、LANケーブル、フラットケーブルなど
の高周波信号伝送用ケーブルの絶縁被覆層、プリント配
線基板などの絶縁層などが代表例としてあげられるが、
これらのみに限られるものではない。
【0028】本発明は前記のとおり、さらに本発明の特
定の2層構造の絶縁層を有する高周波信号伝送用ケーブ
ル、特に同軸ケーブルにも関する。
【0029】本発明の高周波信号伝送用同軸ケーブルの
構造は、図1にその一実施形態の概略断面図示すよう
に、金属の芯線1の周囲にまず高融点PTFE絶縁層2
を設け、ついで低融点PTFE絶縁層3を積層し、さら
にその外側に外皮として金属製の外装4が設けられた構
造となっている。
【0030】以下、同軸ケーブルの絶縁被覆層をぺース
ト共押出法で形成する方法について説明するが、この製
法に限られるものではない。
【0031】まず前記低融点PTFE粉末を公知のペー
スト押出助剤と混合して圧縮予備成形して円筒状の外側
絶縁層用予備成形体とし、別途、高融点PTFE粉末を
公知のペースト押出助剤と混合して圧縮予備成形して円
筒状の内側絶縁層用予備成形体とする。サイズは外側絶
縁層用予備成形体の内径が内側絶縁層用予備成形体の外
周より若干大きくなるようにする。ついで内側絶縁層用
予備成形体を外側絶縁層用予備成形体の中に入れ、この
形でペースト押出機に装填し、芯線上に共押出し、加熱
(150〜250℃)乾燥したのち、焼成処理を外側絶
縁層の低融点PTFEのみが完全に焼成される条件で行
なう。その後、外皮を常法にしたがって被覆する。
【0032】なお、本発明において、未焼成、半焼成お
よび(完全)焼成の状態とはそれぞれつぎの状態をい
う。未焼成状態とは、吸熱カーブにおいて最大ピークが
焼成前と同じ位置にあってかつ結晶転化率が20%未満
の状態であり、半焼成状態とは、吸熱カーブにおいて最
大ピークが焼成前と同じ位置にあってかつ結晶転化率が
20%以上で90%未満の状態であり、完全焼成状態と
は、吸熱カーブにおいて最大ピークが焼成前から低温側
にシフトしかつ結晶転化率が90%以上の状態である。
【0033】本発明の製法においては、このペースト共
押出工程および焼成工程においても、優れた加工特性を
発揮する。
【0034】すなわち、従来は未焼成の高融点PTFE
粉末を単独でペースト押出して絶縁被覆層を形成してい
たが、未焼成の高融点PTFE粉末は容易に繊維化して
しまうため、押出圧を高くする必要があり、また被覆層
の表面がウネることがあった。本発明では繊維化しない
低融点PTFE粉末ペーストを外側で同時に押出してい
るため、押出圧を小さくすることができると共に押出成
形時の繊維化が抑えられ、得られる絶縁被覆層表面を平
滑にすることができる。
【0035】また焼成処理は、高融点PTFEからなる
内側絶縁層の優れた電気的特性を維持するため、内側絶
縁層の高融点PTFEはできるだけ未焼成または半焼成
の段階で止める必要があるが、従来の高融点PTFE単
独押出法の場合、誘電率や誘電正接などの高周波信号伝
送に関係する特性が焼成温度の影響を大きく受けるため
焼成温度管理を慎重にしなければならなかった。ところ
が本発明の2層構造の絶縁層では、元々高周波信号伝送
特性において劣る低融点PTFE絶縁層を外側絶縁層に
設けているため、焼成温度の内側絶縁層の高融点PTF
E層への影響が緩和され、多少焼成温度がブレても高周
波信号伝送特性において比較的類似したものが得られる
ので、焼成温度の管理が容易になり、また歩留も向上す
る。
【0036】本発明においては、結晶化率は内側および
外側の全体で10〜90%、好ましくは20〜80%で
ある。
【0037】このように焼成の加熱条件は重要なファク
ターであり、製品の特性に影響を与えるので、できるだ
け正確かつ均一に温度管理できる方法が好ましい。本発
明では、限定されるものではないが、溶融塩中にペース
ト共押出後のケーブルを通して加熱焼成する、いわゆる
溶融塩法(ソルトバス法)が好適に採用される。使用す
る溶融塩としては硝酸カリウムと硝酸ナトリウムの1/
1混合物などが好ましい。
【0038】本発明の高周波信号伝送用ケーブルにおけ
る外側絶縁層の厚さは、ケーブルの規格、用途などによ
って異なるが、通常0.5〜5mm、好ましくは1〜3
mmである。また内側絶縁層の厚さは同じくケーブルの
規格、用途などによって異なるが、通常0.1〜1m
m、好ましくは0.2〜0.5mmである。外側絶縁層
と内側絶縁層との厚さの比は通常、外側/内側が1/9
〜9/1、好ましくは3/7〜7/3である。
【0039】かくして得られるプリント配線基板や高周
波信号伝送用ケーブルなどの本発明の高周波信号伝送用
製品は、低融点PTFEからなる外側絶縁層の働きによ
り末端加工や剥離時に基板や絶縁被覆層が繊維化を起こ
しにくく、現場での作業性が向上する。
【0040】
【実施例】つぎに本発明を実施例および比較例をあげて
説明するが、本発明はかかる実施例のみに限定されるも
のではない。
【0041】実施例1 (ペースト押出用予備成形体の製造)乳化重合で得られ
た低融点PTFE粒子(最大吸熱ピーク温度337℃。
ダイキン工業(株)製のポリフロンファインパウダーF
201)100重量部と押出助剤(エクソン社製の石油
系溶剤「アイソパーE」)21重量部とを混合して24
時間熟成し、外側絶縁層用ペーストを調製した。つぎに
このペーストを円筒状金型(内径38mm、中芯の外径
28mm)の空隙に充填し、プレス機で面圧1.96M
Pa(20kgf/cm2)にて加圧し、長さ50mm
の外側絶縁層形成用予備成形体を10個作製した。
【0042】別途、内側絶縁層形成用の予備成形体とし
て、乳化重合で得られた高融点PTFE粒子(最大吸熱
ピーク温度345℃。ダイキン工業(株)製のポリフロ
ンファインパウダーF104)100重量部と押出助剤
(アイソパーE)24重量部とを混合して24時間熟成
し、内側絶縁層用ペーストを調製した。つぎにこのペー
ストを円筒状金型(内径27mm、中芯の外径16m
m)の空隙に充填し、プレス機で面圧1.96MPa
(20kgf/cm2)にて加圧し、長さ50mmの予
備成形体を10個作製した。
【0043】なお、PTFE粉末の最大吸熱ピーク温度
は、結晶融解曲線を示差走査熱量計(セイコー電子
(株)製のRDC220)により、昇温速度10℃/分
の条件で描くことにより決定した。
【0044】(ペースト共押出および焼成)内側絶縁層
用予備成形体を外側絶縁層用予備成形体に入れ、このも
のを10段重ねてつぎの電線被覆用のペースト共押出に
使用した。
【0045】二重の円筒状予備成形体をペースト押出機
(ジェニングス社製。シリンダー径38mm、マンドレ
ル径16mm、ダイオリフィス径1.32mm)に装填
し、芯線(アメリカンワイヤーゲージサイズ24:直径
0.127mmの銀メッキ銅線19本の撚り線、見掛け
外径0.65mm)上に巻取り速度15m/分でペース
ト共押出して被覆し、150℃のオーブン(通過時間1
0秒)ついで250℃のオーブン(通過時間10秒)に
て押出助剤を乾燥除去した。外側絶縁層(低融点PTF
E)の厚さは0.130mmであり、内側絶縁層(高融
点PTFE)の厚さは0.115mmであった。
【0046】ついで340℃のソルトバス(硝酸カリウ
ム/硝酸ナトリウム=1/1)中を20秒間通過させて
加熱処理(焼成処理)し、外径1.15mmの絶縁被覆
層を有するPTFE被覆ケーブルを作製した。
【0047】得られた被覆ケーブルの表面は平滑でウネ
リは認められなかった。また、ペースト押出時のラム圧
力は54MPaと低圧であった。
【0048】この被覆ケーブル20mから芯線を抜き取
り、2mごと(計11点)に前記の条件で示差走査熱量
計により結晶吸熱カーブを調べたところ、低融点PTF
Eの337℃の最大吸熱ピークが消失し、代わりに32
7℃に新たな焼成後の吸熱ピークが発現した。高融点P
TFEの吸熱ピーク温度に変化はなかった。
【0049】また、原料PTFE粉末と得られた絶縁被
覆層との結晶融解熱量変化から算出した結晶転化率は、
0.60〜0.62の範囲に入っていた。
【0050】これらの吸熱ピークおよび結晶転化率の変
化から、外側絶縁層(低融点PTFE)のみが焼成さ
れ、内側絶縁層(高融点PTFE)は殆ど未焼成である
ことがわかる。
【0051】さらに末端加工性を調べるため、ワイヤー
ストリッパーで被覆を剥がしたところ、繊維化せずに容
易に絶縁層を切断でき、しかも綺麗な切断面であった。
【0052】比較例1 実施例1において高融点PTFEを単独で使用して押出
用予備成形体(外径38mm、内径16mm)を作製し
たほかは同様にしてペースト押出し、PTFE被覆ケー
ブルを作製した。ペースト押出時のラム圧力は72MP
aであった。
【0053】また、実施例1と同様に吸熱ピークを調べ
たところ原料の高融点PTFE粉末と同じ位置にピーク
を有していたが、結晶融解熱量が変化しており、それか
ら算出した結晶転化率は0.20〜0.23であった。
【0054】さらに末端加工性を調べるため、ワイヤー
ストリッパーで被覆を剥がしたところ、切断面で繊維化
が生じた。
【0055】
【発明の効果】本発明によれば、成形性に優れ、かつ焼
成温度管理がしやすい2層構造の絶縁層を有する高周波
信号伝送用製品を提供できる。この高周波信号伝送機器
の絶縁層は、低い値の誘電率や誘電正接といった高周波
信号伝送特性に優れており、しかも末端加工性が向上し
たものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の高周波信号伝送用ケーブルの一実施形
態の概略断面図である。
【符号の説明】 1 芯線 2 内側絶縁層 3 外側絶縁層 4 外装
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石割 和夫 大阪府摂津市西一津屋1番1号 ダイキン 工業株式会社淀川製作所内 (72)発明者 矢野 真一 大阪府摂津市西一津屋1番1号 ダイキン 工業株式会社淀川製作所内 Fターム(参考) 5G305 AA02 AA06 AB10 AB36 BA22 BA25 BA26 CA38 DA12

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 示差走査熱量計で測定した結晶融解曲線
    上の吸熱カーブの最大ピーク温度が338℃以下の低融
    点ポリテトラフルオロエチレン絶縁層と示差走査熱量計
    で測定した結晶融解曲線上の吸熱カーブの最大ピーク温
    度が342℃以上の高融点ポリテトラフルオロエチレン
    絶縁層との2層構造の絶縁層を有する高周波信号伝送用
    製品。
  2. 【請求項2】 前記低融点ポリテトラフルオロエチレン
    の示差走査熱量計で測定した結晶融解曲線上の吸熱カー
    ブの最大ピーク温度が332〜338℃であり、前記高
    融点ポリテトラフルオロエチレンの示差走査熱量計で測
    定した結晶融解曲線上の吸熱カーブの最大ピーク温度が
    342〜348℃である請求項1記載の高周波信号伝送
    用製品。
  3. 【請求項3】 前記低融点ポリテトラフルオロエチレン
    絶縁層が焼成層であり、前記高融点ポリテトラフルオロ
    エチレン絶縁層が半焼成または未焼成層である請求項1
    または2記載の高周波信号伝送用製品。
  4. 【請求項4】 前記低融点ポリテトラフルオロエチレン
    および高融点ポリテトラフルオロエチレンの両方または
    一方が変性ポリテトラフルオロエチレンである請求項1
    〜3のいずれかに記載の高周波信号伝送用製品。
  5. 【請求項5】 金属芯線とフッ素樹脂絶縁層とを有する
    高周波信号伝送用ケーブルであって、フッ素樹脂絶縁層
    が、示差走査熱量計で測定した結晶融解曲線上の吸熱カ
    ーブの最大ピーク温度が338℃以下の低融点ポリテト
    ラフルオロエチレンの外側絶縁層と示差走査熱量計で測
    定した結晶融解曲線上の吸熱カーブの最大ピーク温度が
    342℃以上の高融点ポリテトラフルオロエチレンの内
    側絶縁層との2層構造であることを特徴とする高周波信
    号伝送用ケーブル。
  6. 【請求項6】 前記外側絶縁層を形成する低融点ポリテ
    トラフルオロエチレンの示差走査熱量計で測定した結晶
    融解曲線上の吸熱カーブの最大ピーク温度が332〜3
    38℃であり、前記内側絶縁層を形成する高融点ポリテ
    トラフルオロエチレンの示差走査熱量計で測定した結晶
    融解曲線上の吸熱カーブの最大ピーク温度が342〜3
    48℃である請求項5記載の高周波信号伝送用ケーブ
    ル。
  7. 【請求項7】 前記低融点ポリテトラフルオロエチレン
    外側絶縁層が焼成層であり、前記高融点ポリテトラフル
    オロエチレン内側絶縁層が半焼成または未焼成層である
    請求項5または6記載の高周波信号伝送用ケーブル。
  8. 【請求項8】 前記低融点ポリテトラフルオロエチレン
    および高融点ポリテトラフルオロエチレンの両方または
    一方が変性ポリテトラフルオロエチレンである請求項5
    〜7のいずれかに記載の高周波信号伝送用ケーブル。
  9. 【請求項9】 示差走査熱量計で測定した結晶融解曲線
    上の吸熱カーブの最大ピーク温度が338℃以下の低融
    点ポリテトラフルオロエチレンと示差走査熱量計で測定
    した結晶融解曲線上の吸熱カーブの最大ピーク温度が3
    42℃以上の高融点ポリテトラフルオロエチレンを芯線
    上に低融点ポリテトラフルオロエチレンが外側になるよ
    うに共ペースト押出し、ついで実質的に外側の低融点ポ
    リテトラフルオロエチレン層のみを完全に焼成する請求
    項5〜8のいずれかに記載の高周波信号伝送用ケーブル
    の製法。
  10. 【請求項10】 前記焼成を溶融塩浴中に共ペースト押
    出物を通すことにより行なう請求項9記載の製法。
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