JP2004164945A - 同軸ケーブルおよびその接続構造 - Google Patents

Abstract

【課題】他の同軸ケーブルまたはレセプタクル（コネクタの受部）との接続が容易な構造で、しかも安価に形成することができる構造の同軸ケーブルおよびその接続構造を提供する。
【解決手段】中心導体１の外周に誘電体２が設けられ、さらに誘電体２の外周に外部導体３が設けられることにより同軸ケーブルが構成され、中心導体１がパイプ状に形成されていることに特徴がある。中心導体１としては、メッキなどのメタライズで形成することもできるし、金属パイプを用いることもできる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば移動体通信などの端末機などに用いられるマイクロ波伝送用の同軸ケーブルおよびその接続構造に関する。さらに詳しくは、同軸ケーブル同士または同軸ケーブルとコネクタとの接続を容易な構造にした同軸ケーブルおよびその接続構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の同軸ケーブルは、たとえば図６にその一例の断面説明図が示されるように、金属棒または金属細線を束ねた中心導体２１の外周に誘電体２２が被覆され、さらにその外側に金属細線により網状に形成された外部導体２３が巻き付けられることにより、中心導体２１と外部導体２３とが同心になるように形成されている。そして、その外周にさらに塩化ビニールなどが被覆されて被覆膜２４が形成されている（たとえば非特許文献１参照）。
【０００３】
この同軸ケーブルは、ケーブルの特性インピーダンスＺ_０が、中心導体２１の直径をｄ、外部導体２３の内径をＤ、誘電体２２の比誘電率をε_ｒとすると、次式（１）で与えられることが知られている。そのため、できるだけ細いケーブルが望まれることから、中心導体２１の直径ｄを小さくすると共に、中心導体２１は前述のように、金属棒または金属細線を束ねたものを使用して細くし得るように形成されている。しかし、中心導体２１には電流が流れるため、際限なく細くすることはできず、一般的には細いものでも、直径ｄが０．５ｍｍ程度に形成され、同軸ケーブルの外径（被覆膜２４の厚さも含む）Ｗが２ｍｍ程度に形成されている。
【０００４】
【数１】

【０００５】
従来のこの種の同軸ケーブル同士を接続するには、中心導体２１と外部導体２３とをそれぞれ接続する必要があるため、図７に示されるように、被覆膜２４と誘電体２２とをそれぞれ別々の長さに剥き、中心導体２１と外部導体２３とをそれぞれ適切な長さで露出させることにより、接続をしている。
【０００６】
【非特許文献１】
ＪＩＳ Ｃ ３５０１
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、同軸ケーブルを接続するには、その先端部で中心導体２１と外部導体２３とをそれぞれ異なる長さに露出しなければならない。その作業は非常に面倒で、露出させる際に導体を切断してしまうという問題がある。
【０００８】
一方、中心導体に電流を流すため、電流容量を稼ぐために、その太さを一定の径以下に小さくすることができないが、たとえばマイクロ波帯で使用する場合には、マイクロ波は表皮効果によりその表面のみを電流が流れ、導体の中心部まで電流は流れない。すなわち、マイクロ波帯では、表皮効果により、導体表面の数μｍ厚程度があればよく、中心導体の内部にある金属は、何ら電流には寄与していない。この中心導体などの導体は、電流を流しやすくするため、銅線などが一般には用いられ、高価であるにも拘わらず、マイクロ波帯では中心導体の中心部の金属は、同軸ケーブルを重くし、コストアップになるだけであるという問題がある。
【０００９】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたもので、他の同軸ケーブルまたはレセプタクル（コネクタの受部）との接続が容易な構造で、しかも安価に形成することができる構造の同軸ケーブルを提供することを目的とする。
【００１０】
本発明の他の目的は、同軸ケーブルを接続する場合に、簡単に接続することができる同軸ケーブルの接続構造を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明による同軸ケーブルは、中心導体と、該中心導体の外周に設けられる誘電体と、該誘電体の外周にさらに設けられる外部導体とからなり、前記中心導体がパイプ状に形成されている。
【００１２】
この構造にすることにより、同軸ケーブルの中心導体がパイプ状に形成されているため、後述するように、同軸ケーブルを他の同軸ケーブルまたはコネクタと接続する際に、そのパイプ状中心導体の中空部に接続用金属棒を相互に挿入したり、コネクタのレセプタクルの接続ピンを同軸ケーブルの中心導体中空部に挿入することにより簡単に接続することができる。しかも、たとえばマイクロ波帯では、その表面のみを電流が流れるため、所望の電流を流すためには一定の径以下に小さくすることができず、従来必要とされる中心導体の太さの中心部の金属のみを除去することによりパイプ状にしても、電流に対しては何ら影響を受けず、その太さを殆ど大きくする必要はない。さらに、中心導体の中心部の金属が除去されることにより、銅などの高価な材料を減らすことができてコストダウンになると共に、同軸ケーブルの重量を軽くすることができる。
【００１３】
具体的には、前記中心導体および外部導体が、円筒状誘電体の内面および外面に金属を無電解メッキなどによりメタライズすることにより形成されてもよいし、前記中心導体が金属パイプからなり、該金属パイプの外周に設けられた誘電体の外周に金属がメタライズされることにより、前記外部導体が形成されてもよいし、前記誘電体が、前記金属パイプの外周に一体成形で形成されてもよい。この場合、誘電体を円筒状に一体成形することもできるが、部分的に中空として誘電体量を減らすことにより、平均的な比誘電率を小さくして前述の式（１）に基づき、外径を小さくすることもできる。この場合の外部導体は、その外周に被覆膜が設けられる場合はその内壁に金属を無電解メッキなどによりメタライズして被膜してもよいし、被覆膜を設けない場合は、セミリジッドケーブルのように金属パイプを外部導体として被せることもできる。
【００１４】
本発明による同軸ケーブルの接続構造は、中心導体がパイプ状に形成された同軸ケーブル同士、または中心導体がパイプ状に形成された同軸ケーブルとコネクタとの接続部が前記パイプ状に形成された中心導体の中空部に接続導体を差し込むことにより接続される構造である。この接続構造を用いることにより、非常に細い同軸ケーブルでも、非常に簡単に接続することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
つぎに、図面を参照しながら本発明の同軸ケーブルおよびその接続構造について説明をする。本発明による同軸ケーブルは、図１にその一実施形態の断面説明図が示されるように、中心導体１の外周に誘電体２が設けられ、さらに誘電体２の外周に外部導体３が設けられることにより同軸ケーブルが構成され、中心導体１がパイプ状に形成されていることに特徴がある。
【００１６】
中心導体１は、銅（Ｃｕ）のような電気抵抗の小さいものが好ましいが、この材料に限定されるものではない。また、通常の線状体とか棒状体ではなく、パイプ状のものが用いられれば、金属パイプとかメッキ被膜などその形態には限定されず、使用目的に応じて必要とされる電流が得られる断面積となる太さに形成されるが、マイクロ波帯での使用のためには、その厚さは少なくとも５〜６μｍ程度以上の厚さを有するものであればよい。
【００１７】
図１に示される例は、たとえば内径が０．４〜０．５ｍｍ程度で、肉厚が０．４〜０．５ｍｍ程度のポリテトラフルオロエチレンからなるパイプのような筒状の誘電体２の内壁および外壁にそれぞれ無電解メッキなどにより金属被膜が６μｍ程度の厚さに設けられることにより、中心導体１および外部導体３が形成されている。
【００１８】
このメッキにより中心導体１や外部導体３を形成する場合、まずＮｉメッキを２〜３μｍ程度設け、さらにその上にＰｄなどの反応開始層を非常に薄い膜として設けてからＣｕを３μｍ程度設けることが、誘電体２との密着性を向上させながら、電気抵抗の小さい銅被膜で電流が流れるようにすることができるため好ましい。また、マイクロ波帯ではない周波数帯で使用する場合には、電流はその断面積により制約されるため、できるだけ細い同軸ケーブルを形成するためには、厚い銅被膜を形成する必要があり、その場合には、ある程度無電解メッキにより形成された銅被膜を給電層として電解メッキによりその上にさらに銅被膜を形成することにより、１０μｍ以上の厚い被膜でも形成することができる。しかし、マイクロ波帯で使用する場合には、前述のように、その表皮効果により数μｍ程度の厚さがあれば充分である。
【００１９】
誘電体２としては、前述のポリテトラフルオロエチレンの他に、ポリプロピレンなどからなるパイプを用いることができ、また、後述する図２や図３で示されるように、フッ化エチレンプロピレン樹脂（ＦＥＰ）などの樹脂を中心導体１と一体成形で形成することもできる。また、外部導体３もマイクロ波帯で使用する場合には、数μｍ程度の厚さがあればよいため、前述のメッキ法などのメタライズにより形成するのが、小型化のために好ましいが、従来の同軸ケーブルのように、金属細線を網状に巻き付けてもよく、セミリジッドタイプのように、銅などからなる金属パイプを挿入して外部導体としてもよい。メタライズや金属細線などで外部導体３を形成する場合には、さらにその外周に塩化ビニールなどの絶縁体からなる被覆膜４を形成することが好ましいが、金属パイプからなる場合には、被覆膜も必要としない。
【００２０】
このようなメッキ法などによるメタライズによれば、中心導体と外部導体とを同時に形成することができるため好ましいが、長い同軸ケーブルなどで、パイプの内壁に充分にメタライズしにくい場合とか、機械的強度をある程度必要とする場合には、中心導体１として銅などからなる金属パイプを用いることもできる。この中心導体として、金属パイプ５を用いた例が、図２および図３に示されている。この場合の金属パイプ５としては、内径が０．２〜０．３ｍｍ程度で、肉厚が０．１〜０．１５ｍｍ程度のパイプを用いることができる。
【００２１】
図２に示される例は、金属パイプ５からなる中心導体の周囲に誘電体２が設けられ、その周囲に前述の例と同様に金属のメタライズにより外部導体３が設けられ、さらにその周囲に被覆膜４が設けられた構造になっている。この誘電体２は、前述の例のように、ポリテトラフルオロエチレンからなるパイプのような誘電体パイプを金属パイプ５の外周に挿入してもよく、また、金属パイプ５を樹脂成形金型により押し出すことにより、金属パイプと一体成形でＦＥＰなどからなる樹脂により形成してもよい。外部導体３を金属パイプなどにより形成してもよいことは、前述の例と同じである。
【００２２】
図３に示される例は、この誘電体を樹脂により一体成形する例の変形例であり、押し出し成形により樹脂により誘電体２を形成する際に、できるだけ誘電体の量を減らすように、金型を形成しておき、誘電体６を断面形状で、Ｔ字型が複数個形成された構造にしたものである。このように誘電体に空洞部（中空部）７が形成されることにより、中心導体５と外部導体３との間の誘電体６の比誘電率ε_ｒを見かけ上小さくすることができ、同じ特定インピーダンスの同軸ケーブルにする場合、前述の式（１）で説明した中心導体５の外径ｄと外部導体３の内径Ｄとの関係を小さくすることができる。すなわち、誘電体の厚さを小さくして、外部導体３の内径を小さくすることができる。その結果、中心導体として金属パイプを用いたことにより、その外径が大きくなっても、外部導体の外径を小さくすることができ、同軸ケーブル全体としての径をそれほど大きくする必要がなくなる。しかも、パイプにした方が機械的強度も向上し、小型で高性能な同軸ケーブを得ることができる。
【００２３】
なお、この場合、外部導体３をメッキで形成する場合、誘電体２の外表面が全面に形成されていないため、被覆膜４の内面にメッキにより形成したものを被せる構造にするとよい。また、誘電体６の形成は、同軸ケーブルの長手方向（図３の紙面と垂直方向）にも、数ｍｍから数ｃｍ程度づつの繰返し（誘電体のある部分と空洞部との繰り返し）で、断続的に空洞部を形成することにより、さらに平均的な比誘電率を小さくすることができる。そのような構造にしても、外径が数ｍｍ程度の細い同軸ケーブルであれば、充分に機械的強度を得ることができ、中心導体５と外部導体３との接触事故を防ぐことができる。
【００２４】
本発明の同軸ケーブルによれば、中心導体がパイプ状に形成されているため、同軸ケーブル同士または同軸ケーブルとコネクタのレセプタクルとの接続をする場合に、図７に示されるように、中心導体や外部導体を異なる長さに切断し、それぞれを露出させて別個に接続するという面倒な作業をしなくても、中心導体のパイプの中空部に接続導体を差し込むだけで接続することができる。その結果、たとえば外径が数ｍｍ程度の非常に細い同軸ケーブルでも、また、マイクロ波帯で使用する場合に、ノイズとなりやすい余計な金属部分を露出させることがきらわれたり、接続用金属を繋ぐことができない場合でも、そのような問題を生じさせることなく、簡単に接続することができる。しかも、中心導体の金属の量を中空にした分だけ減らすことができてコストダウンになると共に、中心導体として金属パイプを用いれば、機械的強度も向上する。
【００２５】
つぎに、本発明の同軸ケーブルを用いて、同軸ケーブル同士または同軸ケーブルとレセプタクルとを接続する接続構造について説明をする。図４は同軸ケーブル同士を接続する構造の断面説明図である。すなわち、同軸ケーブル接続用コネクタ１０に第１の同軸ケーブル１１の一端部と、第２の同軸ケーブル１２の一端部を差し込むだけで、それぞれの同軸ケーブル１１、１２の中心導体１同士および外部導体３同士を電気的に接続して、両者の接続がなされるようになっている。接続用コネクタ１０は、同軸ケーブル１１、１２の外部導体３の外径に合せた内径を有し、数ｍｍ〜１０ｍｍ程度の長さを有する金属リング１０３の内部に、絶縁体１０２を介して金属リング１０３と同心になるように金属棒（接続導体）１０１を保持した構造になっている。この金属棒１０１の外径は、同軸ケーブル１１、１２の中心導体１の内径と同じになるように形成されている。金属棒１０１の両側の先端部に割りを入れて少し太めにしておけば、中心導体１との電気的接続を確実にすることができる。
【００２６】
図５は、本発明による同軸ケーブルを、たとえば回路基板１４などに設けられた接続用のレセプタクル１３との接続構造を説明するための断面説明図である。レセプタクル１３は、前述の例の接続用コネクタと同様に同軸ケーブル１１の中心導体１の内径と一致する外径を有する金属棒１３１と、同軸ケーブル１１の外部導体３の外径と一致する内径を有する金属リング１３３とが絶縁体１３２により固定され、同軸ケーブル１１の先端部を差し込めば、中心導体１および外部導体３がそれぞれ金属棒１３１および金属リング１３３を介して、回路基板１４上に形成された配線と接続される構造に形成されている。なお、レセプタクル１３の金属棒１３１および金属リング１３３は、それぞれ回路基板１４上の所定の配線と接続されている。金属棒に割りを入れるのが好ましいなど、その他の構造に関しては、図４の例と同じである。
【００２７】
すなわち、本発明による同軸ケーブルの接続構造は、図４および図５にその実施形態が示されるように、同軸ケーブルのパイプ状に形成された中心導体の中空部に接続導体を差し込むことにより接続される構造である。この接続構造を用いることにより、非常に細い同軸ケーブルでも、非常に簡単に接続することができる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、同軸ケーブルの中心導体がパイプ形状に形成されているため、同軸ケーブル同士の接続または同軸ケーブルとレセプタクルとの接続をする場合に、従来のように、同軸ケーブルの中心導体と外部導体とをそれぞれ異なる長さにして別々に露出しなくても、その先端部を中心導体の内径と一致する外径の接続用導体を有するコネクタまたはレセプタクルに、ただ差し込むだけで接続することができる。その結果、非常に細い同軸ケーブルであっても、非常に簡単に接続することができる。
【００２９】
さらに、同軸ケーブルの中心導体をパイプ状に形成しているため、中心導体の材料を節約することができ、中心導体は、一般に電気抵抗の小さい銅などの高価な材料が用いられるため、その材料節約により、コストダウンを図ることができる。とくに、マイクロ波の場合には、その表皮効果により表面部分のみしか電流が流れないため、中心部の材料は無駄になっており、その無駄を省くことができると共に、同軸ケーブルの重量を軽くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による同軸ケーブルの一実施形態を示す断面説明図である。
【図２】図１の変形例を示す断面説明図である。
【図３】図１のさらに他の変形例を示す断面説明図である。
【図４】本発明による接続構造の一実施形態の断面説明図である。
【図５】本発明による接続構造の他の実施形態を示す断面説明図である。
【図６】従来の同軸ケーブルの一例を示す断面説明図である。
【図７】従来の同軸ケーブル接続の場合に導体を露出させる例の斜視説明図である。
【符号の説明】
１ 中心導体
２ 誘電体
３ 外部導体
４ 被覆膜
５ 金属パイプ
６ 誘電体
１０ 接続コネクタ
１１ 同軸ケーブル
１２ 同軸ケーブル
１３ レセプタクル

Claims (5)

1. 中心導体と、該中心導体の外周に設けられる誘電体と、該誘電体の外周にさらに設けられる外部導体とからなり、前記中心導体がパイプ状に形成されてなる同軸ケーブル。
2. 前記中心導体および外部導体が、円筒状誘電体の内面および外面に金属がメタライズされることにより形成されてなる請求項１記載の同軸ケーブル。
3. 前記中心導体が金属パイプからなり、該金属パイプの外周に設けられた誘電体の外周に金属がメタライズされることにより、前記外部導体が形成されてなる請求項１記載の同軸ケーブル。
4. 前記誘電体が、前記金属パイプの外周に一体成形で形成されてなる請求項３記載の同軸ケーブル。
5. 中心導体がパイプ状に形成された同軸ケーブル同士の接続部、または中心導体がパイプ状に形成された同軸ケーブルとコネクタとの接続部を前記パイプ状に形成された中心導体の中空部に接続導体を差し込むことにより接続する同軸ケーブルの接続構造。

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