JP2005343916A - 発泡核剤およびそれを使用した高周波同軸ケーブル - Google Patents

Abstract

【課題】 高周波帯域（１ＧＨｚ以上）での誘電特性、特に誘電正接を増大させることがないと共に、比較的低コストの発泡絶縁材料用の発泡核剤を提供すること、また、それを用いて高発泡度の発泡絶縁体層を有すると共に、高周波帯域での減衰量が少ない高周波同軸ケーブルを提供することにある。
【解決手段】 発泡絶縁材料の製造に使用される発泡核材であって、電子線照射により架橋されたポリエチレン微粉末からなる発泡核剤とすることによって、解決される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、特に高周波同軸ケーブル等の発泡絶縁体に使用される発泡核剤に関するものである。

高周波用の発泡同軸ケーブルは、銅からなる内部導体とその上に設けられる発泡絶縁体層と、その外周に設けられる外部導体、シース等から構成される。そして最近は、周波数域がＧＨｚ帯域においても減衰量が小さい発泡同軸ケーブルが要求されるため、高発泡度であると共に、誘電正接の小さい発泡絶縁体層が望まれている。このため発泡セルの形成に重要な役割を果たす発泡核剤が問題となっている。例えば、従来から良く使用される無機系の発泡核剤であるタルク粉末、シリカ粉末の場合は、その特性から誘電率や誘電正接が大きく誘電ロスの増加の問題が避けられなかった。また特許文献１に記載されるような、ボロンナイトライドやその比較例としてアルミナ、ジルコニア、マグネシア、アゾジカルボンアミド等の発泡核剤が記載されているが、これらも前述と同様に誘電率や誘電正接が大きく、誘電ロスの増加の問題が避けられないと共に、ボロンナイトライドの場合には高価である問題もあった。さらにアゾジカルボンアミド等の化学発泡剤は、その分解残渣の中に電気的特性が悪いものや吸水して電気的特性を悪化させるものがあり、安定して良好な発泡絶縁体を得ることが困難であった。さらに特許文献２には、発泡セルが微細で且つ均一な高発泡度の同軸ケーブルを得るために、熱溶融押出し可能なポリエチレン系樹脂と、発泡核剤としてフッ素系樹脂粉末とを含有する同軸ケーブルが記載されているが、このような発泡核剤は電気的特性上からは好ましいが、非常に高価なものなので得られた発泡絶縁材料のコストアップの問題があり、実用上から問題となっている。
特開平４−３４８１４１号公報 特公平７−４５１６７号公報

よって本発明が解決しようとする課題は、高周波帯域（１ＧＨｚ以上）での誘電特性、特に誘電正接を増大させることがないと共に、比較的低コストの発泡絶縁材料用の発泡核剤を提供すること、また、それを用いて高発泡度の発泡絶縁体層を形成することによって、高周波帯域での減衰量が少ない高周波同軸ケーブルを提供することにある。

前記解決しようとする課題は、請求項１に記載されるように、発泡絶縁材料の製造に使用される発泡核材であって、電子線照射により架橋されたポリエチレン微粉末からなる発泡核剤とすることによって、解決される。

また請求項２に記載されるように、前記ポリエチレン微粉末からなる発泡核材は、架橋度がゲル分率で５０％以上、平均粒径が０．５〜１０μｍである請求項１に記載の発泡核剤とすることによって、解決される。

さらに請求項３に記載されるように、請求項１または２に記載される発泡核剤を用いて、内部導体上に発泡絶縁体層を形成した高周波用同軸ケーブルとすることによって、解決される。

以上のような本発明は、発泡絶縁材料用の発泡核剤として、電子線照射により架橋されたポリエチレン微粉末からなる発泡核剤としたので、また前記ポリエチレン微粉末からなる発泡核材は、架橋度がゲル分率で５０％以上、平均粒径が０．５〜１０μｍである発泡核剤とすることによって、高周波帯域（１ＧＨｚ以上）での誘電特性、特に誘電正接（ｔａｎδ）を増大させることがなく、また比較的低コストの発泡絶縁材料用の発泡核剤を提供できることになる。

また、以上の発泡核剤を用いて内部導体上に、発泡絶縁体層を形成した高周波用同軸ケーブルとすることによって、高周波帯域（１ＧＨｚ以上）での減衰量が少ないと共に、実用的な価格の高周波同軸ケーブルとなる。

以下に本発明を詳細に説明する。請求項１に記載される発明は、特に高周波同軸ケーブル等の発泡絶縁材料用として使用される発泡核材であって、電子線照射により架橋されたポリエチレン微粉末からなる。電子線照射により架橋されたポリエチレン微粉末からなる発泡核剤を用いることによって、特に誘電正接を増加させることがなく、また高発泡度の高周波同軸ケーブルの発泡絶縁体層を形成することができる。

ポリエチレン系樹脂は、高周波同軸ケーブルの発泡絶縁体層として用いられるように誘電特性に優れたものであるから、この種材料が発泡核剤として使用できれば誘電特性上からは好ましいものとなる。しかしながら、ポリエチレン系樹脂をそのまま微粉末化しただけでは、高周波同軸ケーブルを製造する際の溶融押出し時に溶融して、発泡核剤としての機能が喪失してしまう。このため、ポリエチレン系樹脂微粉末を発泡核剤として用いるには、溶融温度（軟化温度）を向上させる必要がある。その場合、特に誘電正接が増加しないようにすることが必要である。このため、架橋による溶融温度の向上が考えられるが、誘電正接を増加させる架橋剤を用いる方法は好ましくない。そこで、電子線照射による架橋を試みた。その結果、ポリエチレン系樹脂を電子線照射することにより架橋し、微粉末化したものは、高周波同軸ケーブルを製造する際の溶融押出し時に、前記微粉末の全てが溶融して発泡核剤としての機能がなくなることがないことを確認した。すなわち発泡核剤としての機能は、ポリエチレン系微粉末の一部が溶融しないで残っていればよいことが確認された。

このように、電子線照射により架橋し微粉末化したポリエチレン系樹脂は、発泡絶縁材料の発泡核剤として使用できることがわかった。また目的とする大きさの微粉末化についても、このため種々の微粉末化処理を試みた結果、通常行なわれている微粉化技術によって行なえば十分であることも確認できた。すなわち、低温破砕法、超臨界炭酸ガスを使用したスプレー法、異なる粉砕機を組み合わせて高温で粉砕する方法等によって微粉末化すれば、十分に発泡絶縁材料の発泡核剤として機能することがわかった。また、平均粒径もおおよそ１０μｍ以下程度のものとすることで、十分機能することがわかった。なお、ポリエチレン系樹脂としては、低密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、超高密度ポリエチレン等が使用できる。このように、ポリエチレン系樹脂を電子線照射して架橋し、これを微粉末化することによって、特に高周波同軸ケーブル用の発泡絶縁体層を形成するための発泡核剤として、十分使用できることが確認された。このことによって、誘電特性に優れた、特に誘電正接を増加させることがないと共に、比較的安価な発泡核剤を得ることができる。

そして前記ポリエチレン微粉末は、請求項２に記載する架橋度がゲル分率で５０％以上、平均粒径が０．５〜１０μｍであるポリエチレン微粉末とすることが好ましい。前述したように、ポリエチレン微粉末は押出し溶融時に全てが溶融しなければその目的を達成するので、どの程度の架橋度であればよいのかについて種々検討した結果、電子線照射による架橋度は、ゲル分率で５０％以上とすればよいことが確認された。またこの程度の架橋度は、電子線照射によって比較的簡単に得ることができるので、実用的なものでもある。例えば、薄いフィルム状のポリエチレンに対して、０．５〜１０Ｍｒａｄ程度の照射量とすることによって、ゲル分率５０％以上のポリエチレン架橋物を得ることができる。なお前記ゲル分率は、１２０℃のＯ−ジクロルベンゼンに２４時間浸漬した後、８０℃で乾燥した試料質量を、元の試料質量で除した残量質量率として求めたものである。このようにして得られた架橋ポリエチレンは、前述した微粉末化方法によって微粉化される。特に超臨界炭酸ガスを使用したスプレー法による微粉化が、平均粒径０．５〜１０μｍ程度のものを得るために好ましい。このようにして得られた架橋ポリエチレン微粉末は、発泡絶縁体用の発泡核剤として機能し、その製造も比較的容易であり実用的である。そして以上の本発明の発泡核剤は、従来使用されているタルク、ボロンナイトライド、シリカ等の微粉末やポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂の微粉末に比較して、高周波帯域での誘電特性に優れ、特に誘電正接を増加させることがないので、誘電ロスが少ない高発泡度の発泡絶縁体層を形成することができる。また電子線照射によって架橋し、これを微粉末化することによって得られるので、製品コストも実用的なものとすることができ有用である。

このような発泡核剤を用いることによって、請求項３に記載する高周波同軸ケーブルが得られる。すなわち、請求項１または２に記載される発泡核剤を用いて、内部導体上に発泡絶縁体層を形成することによって、誘電特性に優れた高周波用同軸ケーブルとなる。例えば絶縁体材料１００質量部に対して、０．０５〜１０質量部程度添加することによって、高周波帯域（１ＧＨｚ以上）での減衰量が少ない発泡絶縁体層とすることができる。具体的には、＠２．２ＧＨｚ、２０Dにおける減衰量が６５ｄＢ／ｋｍ以下のものである。またこの高周波同軸ケーブルは、前述した高価な発泡核剤を使用しないですむことから、コスト的にも実用的な高周波同軸ケーブルである。図１によって一例を説明する。

この高周波同軸ケーブルは、無酸素銅等からなる内部導体１とその上に設けられる発泡絶縁体層２から構成され、発泡絶縁体層２は内部導体１上の発泡体層２ａおよび充実体からなる外層２ｂの２層構造となっている。内部導体１は、通常０．５〜１５ｍｍ程度の導体径のものが使用される。外層２ｂは、発泡体層２ａを発泡させたときにガスを抑え込んで外部に逃がさないための層として機能する。このような外層２ｂによって発泡ガスを抑え込むことによって、発泡絶縁体層２の発泡度を高発泡度とすることが可能となる。なお３は外部導体で通常銅などの薄板等によって形成され、その外部にはプラスチック材料のシース４が設けられる。また、前記外層２ｂに使用されるポリオレフィン系樹脂の溶融破断張力を６〜２０ｇ程度のものを選択することによって、発泡絶縁体層２の発泡度をより高く維持させることが可能となる。また、外層２ｂの厚さを０．３ｍｍ以下とすることによって、高発泡度の発泡絶縁体層２が得られると共に、高周波帯域（１ＧＨｚ以上）で誘電特性（誘電率や誘電正接）を悪化させることもなくなる。より好ましくは、０．０５〜０．２ｍｍ程度である。なお、使用するポリオレフィン系樹脂の具体例としては、高密度ポリエチレンとして宇部興産社の２０７０、日本ユニカー社の６９４４ＮＴ、三井化学社のＨｉｚｅｘ５３９ＴＥ等、また中密度ポリエチレンとして宇部興産社のＺＭ００７等や、低密度ポリエチレンである宇部興産社のＢ０２８やＺ４６３、日本ユニカー社の１２５３ＮＴ等が、好ましい。

そして、前述した特性の高周波同軸ケーブルを得るためには、不活性ガスによって発泡度が７８％以上の発泡絶縁体層とするのがよい。このことによって、高周波帯域（１ＧＨｚ以上）での減衰量が少ない優れた高周波同軸ケーブルとなる。すなわち、窒素ガス、アルゴンガス、フロンガス、炭酸ガス等の不活性ガスによって発泡させることにより、化学発泡剤によって発泡させた場合のように、発泡残渣が誘電特性に悪影響を与えたり、また発泡度が十分でない等の問題がなくなる。なお、前記発泡にあたり、本発明の架橋ポリエチレン微粉末からなる発泡核剤を、発泡体層中に０．０５〜１０質量部程度添加するのがよい。このようにして発泡絶縁体層を形成した高周波同軸ケーブルは、高周波帯域（１ＧＨｚ以上）での誘電特性に優れ、特に誘電正接を増大させることがなく、高発泡度の発泡絶縁体層を有する高周波帯域での減衰量が少ない高周波同軸ケーブルとすることができる。また、前記発泡絶縁体層は外径変動も少ないものである。なお、前述した高周波同軸ケーブルの外部導体３を、銅製のコルゲート構造とすることによって、前述した特性を有すると共に、高周波同軸ケーブルに十分な可とう性を付与させることができる。この可とう性としては、２００ｍｍΦ程度まで曲げることが可能となる。またこのような波型の凹凸のコルゲート加工は、通常行なわれる方法によって形成すればよい。例えば銅薄板を用いてスパイラル状に波型が形成されたもので、比較的外径が大きな同軸ケーブルであっても可とう性（或いは屈曲性）を与えることができる。そしてその外部には、保護層として通常プラスチック材料からなるシースが施される。

表１に記載する実験例によって、本発明の効果を確認した。表に示したそれぞれの架橋度を有するポリエチレン微粉末からなる発泡核剤を用いて、発泡絶縁体層を形成し高周波同軸ケーブルを作製して、発泡度並びに減衰量を測定した。まず二段押出機の第１押出機を１８０〜２２０℃に、第２押出機を１４０〜１８０℃に温度調整する。ついでドライブレンドしたペレット材料を第１押出機に供給し、第１押出機の途中から窒素ガスを注入して溶融混合し、第２押出機において温度調整を行った後、外径９ｍｍの銅内部導体上に押出しすると共に、他の押出機から各種ポリオレフィン系樹脂の外層材料を同時に押出し被覆し、発泡させて発泡絶縁体層の外径が２２ｍｍΦの高周波同軸ケーブルを作製した。

この高周波同軸ケーブルについて、発泡絶縁体層（発泡体層と外層）の発泡度（％）を、[（ポリエチレン樹脂の比重−発泡後の比重）／（ポリエチレン樹脂の比重）]×１００として計算した。発泡度が７８％以上のものを合格とした。さらにネットワークアナライザーを用いて、２．２ＧＨｚにおける発泡絶縁体層の減推量（ｄB／ｋｍ）を、測定した。６５ｄB／ｋｍ以下を合格とした。表１に結果を記載した。

表１から明らかなとおり、実験例３〜１０に記載される架橋度（ゲル分率）が５０％以上で、平均粒径が０．５〜１０μｍの架橋ポリエチレン微粉末の発泡核剤を使用した高周波同軸ケーブルは、発泡度が７８％以上の高発泡度の発泡絶縁体層を有し、高周波帯域（１ＧＨｚ以上）での減衰量も、６５ｄＢ／ｋｍ以下と優れたものであることがわかる。これに対して、実験例１、２のようにゲル分率が５０％未満の架橋ポリエチレン微粉末の場合は、微粉末が樹脂中に溶けてしまい発泡度が７８％まで上がらず、また実験例１１および１２のように平均粒径が１０μｍを超えるものは、発泡セルの大きさが大きくなり過ぎるため発泡絶縁体層の外径および外観が安定しなくなって、好ましい高周波同軸ケーブルが得られないことがわかる。

以上のように、本発明の発泡核剤を使用した高周波同軸ケーブルは、高発泡度の発泡絶縁体層を有し、高周波帯域（１ＧＨｚ以上）での減衰量が少ない優れたものであるから、種々の用途の高周波同軸ケーブルとして使用することができる。

本発明の高周波同軸ケーブルの概略断面図である。

符号の説明

１ 内部導体
２ 発泡絶縁体層
２ａ 発泡体層
２ｂ 外層
３ 外部導体
４ シース

Claims (3)

1. 発泡絶縁材料の製造に使用される発泡核材であって、電子線照射により架橋されたポリエチレン微粉末からなることを特徴とする発泡核剤。
2. 前記ポリエチレン微粉末からなる発泡核材は、架橋度がゲル分率で５０％以上、平均粒径が０．５〜１０μｍであることを特徴とする請求項１に記載の発泡核剤。
3. 請求項１または２に記載される発泡核剤を用いて、内部導体上に発泡絶縁体層を形成したことを特徴とする高周波用同軸ケーブル。

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