JP2005251522A

JP2005251522A - シールドケーブル及びその端末形成方法

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Publication number: JP2005251522A
Application number: JP2004059093A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Hirata; 久志平田; Shizuyoshi Sato; 静好佐藤; Kiyonori Yokoi; 清則横井
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2004-03-03
Filing date: 2004-03-03
Publication date: 2005-09-15
Anticipated expiration: 2024-03-03
Also published as: JP4352935B2

Abstract

【課題】外部導体の内側に耐熱性の被覆層を追加したり、外部導体を半田材により固定したりすることなく、外部導体を直接レーザで溶融切断しても電気的絶縁特性を維持できるシールドケーブルとその端末形成方法を提供する。
【解決手段】内部導体２の外周に内部絶縁体３、外部導体４、外被５を同軸状に順次形成したシールドケーブル１であって、内部絶縁体２はフッ素樹脂からなり、カーボンブラック０.０２５ｗｔ％〜０.１４ｗｔ％を添加して着色されたものを用いる。フッ素樹脂には、四フッ化パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体を用いるのが好ましく、内部絶縁体３の被覆厚さを５５μｍ以下とする。シールドケーブル１の端部分の外被５を所定長さ剥ぎ取って外部導体４を露出させ、外部導体４にＹＡＧレーザで切り込みを入れて剥ぎ取って内部絶縁体３を露出させて接続端末を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内部導体の外周に内部絶縁体、外部導体、外被を同軸状に順次形成したシールドケーブルとその端末形成方法に関する。

近年、ノートパソコン、携帯電話、小型ビデオカメラ等の普及で、これら情報通信機器の小型・軽量化の他に高速・高画質化が求められている。これに対応するために、内部導体の外周に内部絶縁体、外部導体、外被を同軸状に順次形成した極めて細い電線（ケーブルという場合もある）が使用されている。また、その他の制御機器、例えば、医療用超音波探触子等で不要なノイズが混入するのを防止するのに、同様な電線がシールド電線として使用されている。以下、上記の同軸状の電線を或いはシールド電線を含めて、シールドケーブルとする。

通常、シールドケーブルは複数本を束ねて使用され、その端部はフラット状にされて電気コネクタが接続される。電気コネクタとの接続に際しては、シールドケーブルに内部導体及び外部導体を電気接続するための端末形成が必要となる。しかし、ケーブル外径が１ｍｍ以下のような極細で、内部絶縁体の厚さが数十μｍ程度となると、ケーブルの配列ピッチ、電気的性能を損なうことなく接続端末を形成するのは容易ではない。

このため、この種のシールドケーブルの端末形成について、今までに種々の提案がされている。例えば、特許文献１には、レーザを用いて外部導体を切断するに際して、内部絶縁体に電気的導通が生じないようにするシールドケーブルが開示されている。図３は、この特許文献１で開示の構成の概略を示す図で、図中、１はシールドケーブル、２は内部導体、３は内部絶縁体、４は外部導体、５は外被、６は被覆層を示す。

このシールドケーブル１は、内部導体２の外周に同軸的に配された発泡フッ素樹脂から成る内部絶縁体３と外部導体４との間に、熱変形温度が発泡フッ素樹脂より高い材質の被覆層６を配して構成されている。なお、内部導体２は、外径０.０３ｍｍの錫メッキされた銅合金線を７本撚って形成され、内部絶縁体３は厚さが０.０３ｍｍの発泡フッ素樹脂テープを２層に巻きつけて形成され、被覆層６は発泡フッ素樹脂よりも耐熱性に優れた厚みが０.００５ｍｍ程度の高分子フィルムを巻きつけて形成されている。また、外部導体４は外径０.０３mmの銅線を多数本巻きつけて形成し、その外周の外被５を、ポリエステル樹脂フィルムを巻き付けるか又は成形機で形成している。

上記のように構成されたシールドケーブル１は、外被５を機械加工又はＣＯ_２レーザを用いて切断し、外部導体４から剥がす。次に外部導体４の外周に外部導体を切断できるように調整されたＣＯ_２レーザを照射して、外部導体４を溶融切断して取り除く。この後、露出した被覆層６及び内部絶縁体３を機械加工又はＣＯ_２レーザを用いて切断し剥離し、内部導体２を露出させる。外部導体４をレーザで切断する場合、内側の被覆層６までレーザ光が達しないように照射時間等を制御するとともに、耐熱性に優れた被覆層６でレーザの熱エネルギーが内部絶縁体３に波及するのを抑制し、電気的短絡が生じるのを回避するとされている。

また、特許文献２には、複数本のシールドケーブルをフラット状に配列した多心ケーブルの外部導体を同時に除去する方法が開示されている。図４は、この特許文献２で開示の方法の概略を示す図で、図中、Ｗは多心ケーブル、７，７ａは接着テープ、８は半田材、９は加工溝を示し、その他の符号は、図３で用いたのと同じ符号を用いることにより説明を省略する。

図４に示す多心ケーブルＷは、少なくともその端末部分が複数本のシールドケーブル１を所定のピッチで配列し、接着テープ７を用いて接着一体化して形成される。シールドケーブル１自体は、図３で示したのとほぼ同様な形状のもので、内部導体（図示されず）の外周に内部絶縁体３と外部導体４の層が同軸状に配され、その外側を外被５で覆って構成される。すなわち、図４では、図３における耐熱性の被覆層６を備えていない構成で示してある。

上記のように構成された多心ケーブルＷは、図４（Ａ）に示すように、その端部から所定の距離の位置にＣ０_２レーザでスリットを入れ、切断された接着テープ７ａと外被５とを一括してａ方向にずらして、外部導体４を露出させる。次いで、図４（Ｂ）に示すように露出した外部導体４の部分を、半田浴槽に浸漬させて、半田材８で一括するようにして覆う。次に、半田材８で一括された部分の中央部にＹＡＧレーザで加工溝９を入れる。加工溝９は外部導体４が存在する部分では外部導体４が露出し、外部導体４がない心線間では貫通孔となる形状で形成される。

次いで、加工溝９を支点として、半田材８で一括した部分を上下方向に屈曲させて外部導体４を切断する。この後、図４（Ｃ）に示すように、半田付けされた外部導体４とずらされた状態にある接着テープ７ａとを一括して引張って除去し、内部絶縁体３を露出させる。次いで、露出された内部絶縁体３を両面に絶縁フィルムを貼りつけて配列保持を維持させ、図４（Ａ）と同様な方法で、Ｃ０_２レーザでスリットを入れて内部導体を露出させている。
特開平１１−１４４５３３号公報特開２０００−２４５０２６号公報

特許文献１のように、内部絶縁体を耐熱性の被覆層で覆う構成は、絶縁体を多層構造とするためコスト高となる。また、耐熱性の被覆層として、四フッ化エチレン樹脂、エチレン・四フッ化エチレン共重合体樹脂、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体樹脂、パーフロロアルコキシ樹脂、ポリイミド樹脂が例示されている。しかし、これらの樹脂材料のみでは、レーザの熱エネルギーを抑え、電気絶縁特性を確保するには十分でなく、別途レーザ光の反射層を設けるなどの手段が必要である。

また、特許文献２のように、半田材による一括固定は、半田付けの作業が必要となりコスト高となり、また単心のシールドケーブルに対しては効率的でない。
本発明は、上述した実情に鑑みてなされたもので、外部導体の内側に耐熱性の被覆層を追加したり、外部導体を半田材により固定したりすることなく、外部導体を直接レーザで溶融切断しても電気的絶縁特性を維持できるシールドケーブルとその端末形成方法の提供を課題とする。

本発明によるシールドケーブルは、内部導体の外周に内部絶縁体、外部導体、外被を同軸状に順次形成したシールドケーブルであって、内部絶縁体はフッ素樹脂からなり、カーボンブラック０.０２５ｗｔ％〜０.１４ｗｔ％を添加して着色されたものを用いて構成する。フッ素樹脂には、四フッ化パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体を用いるのが好ましく、内部絶縁体の被覆厚さを５５μｍ以下とする。また、本発明によるシールドケーブルの端末形成方法は、上記のシールドケーブルの端部分の外被を所定長さ剥ぎ取って外部導体を露出させ、外部導体にＹＡＧレーザで切り込みを入れて剥ぎ取って内部絶縁体を露出させる。

本発明によれば、内部絶縁体の外周に追加の被覆層を設けたり、また、半田材を用いて外部導体を固定しなくても、加工レーザを用いて外部導体を切断し剥ぎ取ることができ、しかも、内部絶縁体の電気絶縁特性を低下させることなく安価に実施することができる。

図により本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明によるシールドケーブルの構造例を説明する図、図２は本発明の内部絶縁体についての検証結果を説明する図である。図中の符号は、図３で用いたのと同じ符号を用いることにより説明を省略する。本発明によるシールドケーブルは、構造的には従来のものと同じで、内部導体２の外周に内部絶縁体３、外部導体４、外被５を同軸状に順次形成したものである。

内部導体２は、例えば、外径約０.０２５ｍｍの錫めっきされた銅合金線を７本撚って形成され、その外面をフッ素樹脂からなる絶縁材で厚さ０.０４ｍｍ〜０.０５５ｍｍ程度に被覆して内部絶縁体３としている。内部絶縁体３の外周面に配する外部導体４は、例えば、外径約０.０３ｍｍの複数本の銅合金線を横巻で巻きつけて形成し、その外面に厚さ約０.００４ｍｍ程度のポリエステルテープを２枚重ね巻きして互いに融着して外被５とし、外径が約０.３ｍｍ以下のシールドケーブル１が得られるように形成される。なお、外部導体４の外面に銅蒸着テープ（図示せず）を銅蒸着面を内側にして巻きつけてよく、また、外部導体４は、銅合金線の巻方向を反対にして２層に巻付けた構造であってもよく、この他、編組構造であってもよい。

本発明の発明者によって、外部導体４をレーザ照射で切断する際に、内部絶縁体３に着色顔料（青色又は紫色）或いはカーボンブラック（黒色）を添加して着色することで、内部絶縁体３の絶縁特性の劣化を抑制できることが明らかにされた。これは、内部絶縁体３が着色されることによって、レーザ光の透過率或いは吸収率が関係するものと考えられるが、着色濃度を変えたり、黒の着色にカーボンブラックを用いた時は、その挙動が異なることから十分な解明はできていない。

図２は、内部絶縁体３の厚さと着色材の種類を変えて、外部導体４をＹＡＧレーザで切断した際の、内部絶縁体３の絶縁抵抗と切断部の外観を検証した結果を示す図である。内部絶縁体３の厚さを、試料１〜試料４は４０μｍとし、試料５〜１０は５０μｍとし、試料１１は６０μｍとした。試料１と５は、内部絶縁体が「薄青」となるような顔料を添加し、試料２と６は、内部絶縁体が「薄黒」となるようにカーボンブラックを添加し、試料３と７は、内部絶縁体が「薄紫」となるような顔料を添加したものである。試料８は、濃い「黒」となるように多い目のカーボンブラックを添加し、試料９と試料１１には濃い「紫」となるような顔料を添加したものである。また、試料４と１０は、内部絶縁体を従来の無着色の自然色としたものである。

また、試料１〜１１の内部絶縁体３に用いるフッ素樹脂としては、電気的特性、耐熱性に優れた四フッ化エチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（略称：ＰＦＡ）を用いた。そして、外部導体４をＹＡＧレーザで切断した後の内部絶縁体３の絶縁抵抗を測定し、その値が２０００ＭΩ以上を合格品、未満を不良品とした。また、外部導体４の切断によって、内部導体が損傷を受けていたり、内部絶縁体３が溶融や損傷を受けている場合を外観不良とし、特にこれらに損傷が無い場合を外観良とした。

図２の検証結果から、内部絶縁体を無着色の自然色とした試料４と１０は、それぞれ１０サンプルを作製してテストしたが１つも絶縁抵抗２０００ＭΩをクリアできず、内部導体にダメージが生じていた上に外観もよくなかった。これは、もともとＹＡＧレーザが、内部導体である金属自体に吸収されやすい性質をもっているためと考えられる。これに対し、内部絶縁体が着色された他の試料では、レーザ加工の後の絶縁特性と外観が改善され、内部絶縁体を着色することが有効であることを示していた。

また、内部絶縁体の厚さを、４０μｍ→５０μｍ→６０μｍと厚くすることにより、絶縁抵抗の合格数が多くなっていることから、絶縁特性を向上させることが可能と考えられる。しかし、内部絶縁体の厚さを厚くすると、シールドケーブルの線径が太くなってしまう。したがって、絶縁厚さを増加させることによる絶縁抵抗の改善は好ましくなく、絶縁体厚さは５５μｍ以下に抑えるのが望ましい。

また、内部絶縁体の着色が濃い方が、内部導体への影響が少ないことは確認できたが、試料７と９からの比較では絶縁抵抗が向上されておらず、必ずしも、着色が濃い方がよいとは言えない。これは、着色顔料に金属が含まれていることによるものと考えられ、絶縁厚さを制限すると不安定化が懸念される。一方、カーボンブラックを用いて着色した場合、他の着色顔料を用いた場合と比べて、その挙動が多少異なることが判明した。すなわち、試料２と６の内部絶縁体は「薄黒」で、試料８の内部絶縁体は濃い「黒」で形成されているが、「薄黒」の試料６は、絶縁抵抗、外観ともに良好である。また、試料２についても絶縁抵抗において多少不安定さはあるが、他の試料と比べて良くなっている。しかし、試料８の濃い「黒」とした場合は、絶縁抵抗、外観ともに不良となっている。

これは、「薄黒」及び「黒」への着色には、顔料とは異なるカーボンブラックが用いられていることによるものと思われる。すなわち、試料６の「薄黒」が良い結果を示したのは、適度のカーボンブラックの添加でレーザ光が吸収されて内部導体を損傷するには至らず、絶縁抵抗も所定値以上を維持することができたものと思われる。そして、試料８のように濃い「黒」とするために電気的には良導体であるカーボンブラックの添加量が増えるため、逆にレーザ照射で絶縁性が劣化するものと思われる。

そこで、カーボンブラックの添加量がどの程度が適正かについて検証した。内部絶縁体のベース樹脂（ＰＦＡ）に対して、カーボンブラック０.０２５ｗｔ％、０.０６ｗｔ％、０.１４ｗｔ％、０.３３ｗｔ％を添加した試料を作製し、外部導体をＹＡＧレーザで切断した。この後、内部絶縁体の絶縁抵抗とその切断部の外観を検証したところ、カーボンブラックが０.３３ｗｔ％添加したものは不良であったが、その他の試料は良の結果が得られた。すなわち、カーボンブラックの添加量がほぼ０.０２５ｗｔ％〜０.１４ｗｔ％の範囲では、外部導体をＹＡＧレーザにより切断加工しても、内部導体に対して損傷を与えず、電気的絶縁抵抗を所定値以上に保つことができるとともに、切断部の外観を良好に維持することができることが明らかとなった。

なお、試料１１も絶縁抵抗、外観ともに良の結果を示しているが、絶縁厚さを６０μｍ以上とする必要があり、シールドケーブルが太径となってしまう。また、フッ素樹脂には試料で用いたＰＦＡの他に、四フッ化エチレン（略称：ＰＴＦＥ）や四フッ化エチレン六フッ化プロピレン共重合体（略称：ＦＥＰ）を用いることができる。しかし、耐熱温度が高く、特に高周波特性に優れ、被覆成形性がよいＰＦＡが最も適している。さらに、外被及び内部絶縁体の切り込み形成には、ＣＯ_２レーザを用いるが、外部導体の切断には、微小エリアへの集光性がよく、高い出力を安定して得ることができるＹＡＧレーザを用いるのが最も適している。

本発明によるシールドケーブルは、上述したように内部絶縁体のベース樹脂のフッ素樹脂に、カーボンブラック０.０２５ｗｔ％〜０.１４ｗｔ％を添加して「薄黒」に着色することで、内部導体に損傷を与えず、内部絶縁体の絶縁特性を劣化させることなく外部導体をレーザ加工で直接切断することができる。このため、図３のように内部絶縁体と外部導体との間に耐熱層を配したり、図４のように半田材を付与する工程を用いたりする必要がない。なお、以上の説明では、単心のシールドケーブルの端末形成の例で説明したが、複数本のシールドケーブルをフラット状に配列した多心ケーブルにおいても同様な方法で端末形成を実施することができる。

本発明によるシールドケーブルの構造例を説明する図である。本発明の内部絶縁体についての検証結果を説明するための図である。従来のシールドケーブルの一例を説明する図である。従来のシールドケーブルの他の例を説明する図である。

符号の説明

１…シールドケーブル、２…内部導体、３…内部絶縁体、４…外部導体、５…外被、６…被覆層、７，７ａ…接着テープ、８…半田材、９…加工溝。

Claims

内部導体の外周に内部絶縁体、外部導体、外被を同軸状に順次形成したシールドケーブルであって、前記内部絶縁体はフッ素樹脂からなり、カーボンブラック０.０２５ｗｔ％〜０.１４ｗｔ％を添加して着色されていることを特徴するシールドケーブル。
前記フッ素樹脂は、四フッ化パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体であることを特徴とする請求項１に記載のシールドケーブル。
前記内部絶縁体の被覆厚さが５５μｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載のシールドケーブル。
前記請求１〜３に記載のシールドケーブルの端部分の外被を所定長さ剥ぎ取って外部導体を露出させ、前記外部導体にＹＡＧレーザで切り込みを入れて剥ぎ取り、内部絶縁体を露出させることを特徴とするシールドケーブルの端末形成方法。
前記シールドケーブルが複数本所定ピッチでフラット状に配列されていることを特徴とする請求項４に記載のシールドケーブルの端末形成方法。