JP2006294528A - 極細径同軸ケーブル及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 層厚が10μｍ未満のシールド層を備えた極細径同軸ケーブル及びその製造方法を提供するものである。
【解決手段】 本発明に係る極細径同軸ケーブル１０は、中心導体１１の外周に、フッ素樹脂で構成された絶縁被覆層１２を設け、その絶縁被覆層１２の表面に、金属ナノ粒子の焼結体で構成され、層厚が10μｍ未満のシールド層１３を設けたものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、高周波信号の伝達線路に使用される極細径同軸ケーブル及びその製造方法に関するものである。

図５に示すように、一般的な同軸ケーブル５０の構造として、中心導体５１の外周に、順に低誘電率の絶縁被覆層５２、金属細線５３を横巻きしてなるシールド層（横巻シールド）５４、樹脂（例えば、ポリ塩化ビニル（PVC））を押出被覆してなる保護被覆層（外被）５５を設けたものがある。シールド層５４は、この他にも、例えば、金属細線の編組からなる編組シールド、金属薄膜からなる薄膜シールドなどが挙げられる。薄膜シールドは、金属箔の巻回し、金属メッキ（例えば、特許文献１参照）などによって形成可能である。

超音波診断装置の診断プローブや内視鏡などの医療機器などに使用される同軸ケーブルとしては、外径が数十μｍの極細径同軸ケーブルを数百本撚り合わせたものが使用される。

近年、医療機器用同軸ケーブルにおいては、高周波伝送特性の更なる向上が要求されており、外径は従来のものと同等のまま、線心数をより多くしたものが求められている。この要求を満足するには、シールド層の層厚を薄くする必要がある。

特開平６−１８７８４７号公報

ところが、図５に示した横巻シールド５４や編組シールドは、薄肉化が困難であり、最も薄いものでも10μｍ以上となってしまう。また、横巻シールド５４や編組シールドは、シールド形成に手間と時間がかかるため、製造ラインの走行スピードが遅くなってしまう。その結果、絶縁被覆層５２の製造ラインとシールド層５４の製造ラインを、単一のタンデムラインとすることが困難であり、絶縁被覆層５２の製造ラインとシールド層５４の製造ラインを、別々のパラレルラインとする必要があった。

また、金属箔の巻回しやメッキによって薄膜シールドを形成する場合、薄膜化（例えば、膜厚を10μｍ未満に形成）が困難である。ここで、金属薄膜の形成が可能な方法として、ガラス基板、シリコン基板、プラスチックフィルムなどのデバイス用素材の薄膜形成に用いられるスパッタ法やCVD法などが挙げられる。しかしながら、これらの方法は、薄膜形成面が平面状である場合に適した方法であり、ケーブル被覆層の外周部などの曲面部に薄膜を形成するのには適していなかった。

以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、層厚が10μｍ未満のシールド層を備えた極細径同軸ケーブル及びその製造方法を提供することにある。

上記目的を達成すべく本発明に係る極細径同軸ケーブルは、中心導体の外周に、絶縁被覆層、シールド層を有する極細径同軸ケーブルにおいて、
フッ素樹脂で構成された絶縁被覆層の表面に、金属ナノ粒子の焼結体で構成され、層厚が10μｍ未満のシールド層を設けたものである。

絶縁被覆層の表層部に表面粗化層を設けてもよい。シールド層は、金属ナノ粒子及び金属粉末の焼結体で構成することが好ましい。

一方、本発明に係る極細径同軸ケーブルの製造方法は、中心導体の外周に、絶縁被覆層、シールド層を有する極細径同軸ケーブルの製造方法において、
中心導体の外周に絶縁被覆層を形成する工程と、
その絶縁被覆層の表層部に金属ナノ粒子、金属粉末、及びバインダ樹脂で構成される金属ペーストを塗布、付着させ、絶縁被覆層の外周に金属ペースト層を形成する工程と、
その金属ペースト層に焼結処理を施す工程と、
を備えたものである。

金属ペーストを構成する各金属ナノ粒子の表面に保護膜を形成し、各金属ナノ粒子同士の凝集、融着を抑制させることが好ましい。

金属ナノ粒子は、Agナノ粒子であってもよい。

絶縁被覆層の表面に溝パターンを形成すると共に、その溝パターンを金属ペーストで埋め、その絶縁被覆層の外周に金属ペースト層を形成してもよい。絶縁被覆層の形成工程の後に、絶縁被覆層の表層部に表面粗化処理を施す工程を有していることが好ましい。

焼結工程は、170〜230℃の温度範囲で行う低温焼結処理であることが好ましい。

本発明によれば、シールド層の層厚が10μｍ未満の極細径同軸ケーブルを得ることができるという優れた効果を発揮する。

以下、本発明の好適一実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

本発明の好適一実施の形態に係る極細径同軸ケーブルの横断面図を図１に示す。

図１に示すように、本実施の形態に係る極細径同軸ケーブル１０は、中心導体１１の外周に、順に、フッ素樹脂で構成される絶縁被覆層１２、金属ナノ粒子の焼結体で構成され、層厚が10μｍ未満、好ましくは5μｍ以下のシールド層１３、及び外被１４を設けたものである。

中心導体１１は、素線１６を複数本（図１中では７本を図示）撚り合わせてなるものであり、導体径が0.200ｍｍ以下、好ましくは0.127ｍｍ以下（又は導体断面積が0.01267ｍｍ²以下）とされる。

絶縁被覆層１２の表層部には、表面処理による表面粗化層が形成される。シールド層１３は、後述するように金属ナノ粒子及び金属粉末の各焼結体で構成され、金属粉末群の焼結体の隙間を埋める位置に金属ナノ粒子群の焼結体が配設される。

次に、本実施の形態に係る極細径同軸ケーブル１０の製造方法を、図２に基づいて説明する。図２中において、図１と同様の部材には同じ符号を付しており、これらの部材についての説明は省略する。

図２に示すように、本実施の形態に係る極細径同軸ケーブル１０の製造方法は、
中心導体１１の外周に絶縁被覆層１２を形成する工程S21と、
絶縁被覆層１２の表層部（絶縁被覆層１２の外周面）に表面粗化処理を施す表面粗化工程S22と、
絶縁被覆層１２の表層部に金属ナノ粒子、金属粉末、及びバインダ樹脂で構成される金属ペーストを塗布、付着させ、絶縁被覆層１２の外周に金属ペースト層を形成する工程S23と、
その金属ペースト層に焼結処理を施す工程S24と、
シールド層１３の外周に外被１４を形成する工程S25と、
を備える。図２中の破線で囲んだ工程、すなわち工程S23及び工程S24が、シールド層１３の形成工程となる。

表面粗化工程S22は、絶縁被覆層１２と金属ペーストの密着性を高めるために行われるものであり、プラズマ処理などによって、絶縁被覆層１２の表面に細かい凹凸が形成される。活性イオンを用いて表面アタックを行うことが可能な方法であれば、プラズマ処理以外の方法も適用可能である。ここで、表面粗化処理時に、サンドブラストのような固体物を用いた表面アタック処理を行うと、絶縁被覆層１２の表面に異物が付着し、後段の工程の金属ペーストの塗布、付着性が悪化する要因となるため、好ましくない。

金属ペーストの塗布、付着は、絶縁被覆層１２の表面に均一に行う必要がある。このため、例えば、絶縁被覆層１２の周りに配置されたノズルから金属ペーストのミストを噴射させたり、絶縁被覆層１２を有する中心導体１１を金属ペースト浴中を通過させ、金属ペーストの表面張力を利用することで、金属ペーストの均一な塗布、付着が行われる。

焼結工程S24は、170〜230℃、好ましくは170〜200℃の温度範囲で行う低温焼結処理であり、例えば、電気炉を用いてなされる。この焼結処理によって、後述するバインダ樹脂が揮発すると共に、金属ナノ粒子群及び金属粉末群がそれぞれ焼結される。また、一部の金属ナノ粒子群と金属粉末群が焼結によって一体化され、これによって、シールド層１３の全体が一体化される。

金属ナノ粒子の構成材としては、高導電性の金属又は合金が好ましく、例えば、Ag、Cu、Auなどが挙げられる。金属ナノ粒子の平均粒子径は、例えば、約5ｎｍとされる。

金属ナノ粒子としては、各粒子の表面に分散剤などで保護膜を形成したものが好ましい。この保護膜によって、各金属ナノ粒子同士の凝集、融着を抑制させることができる。

金属粉末の構成材は、金属ナノ粒子の構成材と同種又は異種のいずれであってもよい。また、金属粉末の平均粒子径は、例えば、約5μｍとされる。

バインダ樹脂としては、特に限定するものではなく、バインダとして慣用的に用いられている樹脂が全て適用可能であるが、熱硬化性樹脂、例えば、フッ素樹脂などが挙げられる。

次に、本実施の形態の作用を説明する。

本実施の形態に係る極細径同軸ケーブル１０は、シールド層１３を、金属ナノ粒子の焼結体で構成される層厚が10μｍ未満の金属薄膜で構成している。このシールド層１３においては、金属ペーストの構成材の１つである金属粉末群の焼結体の隙間を、金属ナノ粒子群の焼結体が埋めている。このため、本実施の形態に係る極細径同軸ケーブル１０においては、従来の横巻シールドや編組シールドのようにシールド層表面に外部導体間の隙間が存在せず、その結果、シールド特性がより良好となる。

シールド層１３の層厚が10μｍ未満と非常に薄いことから、極細径同軸ケーブル１０の曲げ特性、すなわち巻取性が非常に良好となる。その結果、本実施の形態によれば、一条が1000ｍ以上の長尺ケーブルを得ることができる。また、本実施の形態に係る極細径同軸ケーブル１０は、シールド層１３の層厚が10μｍ未満と非常に薄いことから、外径が200μｍ以下の極細径同軸ケーブルを容易に得ることができる。よって、本実施の形態に係る極細径同軸ケーブル１０は、数百本のケーブルを撚り合わせてなるような医療用ケーブルなどの細径化に対して、非常に有効である。

本実施の形態に係る極細径同軸ケーブル１０は、シールド層１３を構成する金属ペースト層の、バインダ樹脂以外の構成材として、金属粉末だけではなく、金属ナノ粒子も用いている。金属ナノ粒子は、金属粉末と比べて粒子径が格段に小さいことから、金属ナノ粒子及び金属粉末を含む金属ペーストは、金属粉末だけを含む金属ペーストよりも、低温、短時間（又は高速）で焼結が可能となる。よって、焼結工程S24において、170〜230℃の温度範囲の低温焼結であっても、十分に金属ペースト層の焼結が可能である。また、焼結時に絶縁被覆層１２の絶縁体が熱膨張して金属ペースト層から突き出たり、中心導体１１にクラックが発生するのを防止することができる。

シールド層１３の層厚は金属ペーストの塗布厚さの調整によって自在に調整できることから、高い寸法精度で、周方向に均一なシールド層１３を形成することができ、延いては本実施の形態に係る極細径同軸ケーブル１０の高周波伝送特性が安定となる。

シールド層１３を構成する金属ペースト層の構成材である金属ナノ粒子及び金属粉末を、Agナノ粒子とCu粉末とした金属ペースト（Ag-Cuハイブリッド金属ペースト）は、Cuナノ粒子とCu粉末を用いて構成した金属ペースト（Cu-Cu金属ペースト）と比較して、酸化による影響が少なくなる（酸化皮膜が形成されにくい）。よって、Ag-Cuハイブリッド金属ペーストを用いることで、シールド層１３の抵抗値がより安定すると共に、シールド効果がより高くなる。もちろん、ハイブリッド化することなく、Agナノ粒子とAg粉末を用いて構成した金属ペースト（Ag-Ag金属ペースト）であってもよい。このAg-Ag金属ペーストを用いた場合、原料コストはより高くなるものの、抵抗値はさらに安定し、かつ、シールド効果は最も高くなる。また、Agの代わりにAuを用いてもよい。この場合、原料コストはより高くなり、かつ、シールド効果は若干低くなるものの、酸化による影響がより少なくなる。

表面粗化工程S22、金属ペースト層の形成工程S23、及び焼結処理工程S24は、それぞれ連続処理に適しており、かつ、短時間で処理が可能である。よって、各工程S22,S23,S24のラインスピードを、絶縁被覆層１２の被覆工程S21及び外被１４の被覆工程S25のラインスピードとほとんど変わらない程度まで高めることができる。その結果、各工程S21〜S25を、それぞれ別々のパラレルラインとする必要はなく、単一のタンデムラインとすることができ、延いては、極細径同軸ケーブル１０の生産性が向上する。

本実施の形態に係る極細径同軸ケーブル１０は、情報通信機器、情報処理機器などの電子機器や超音波診断装置などの医療機器において、高周波信号の伝達線路として使用される信号線や電力供給線に適用することができる。

次に、本発明の他の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

本発明の他の好適一実施の形態に係る極細径同軸ケーブルの横断面図を図３に示す。尚、図１と同様の部材には同じ符号を付しており、これらの部材についての説明は省略する。

図３に示すように、本実施の形態に係る極細径同軸ケーブル３０は、中心導体１１の外周に、順に、フッ素樹脂で構成される絶縁被覆層１２、層厚が10μｍ未満、好ましくは5μｍ以下のシールド層１３、及び外被１４を設けたものであり、かつ、絶縁被覆層１２の表面に金属パターン３２を有する。金属パターン３２とシールド層１３が、極細径同軸ケーブル３０のシールドを構成する。

金属パターン３２は、絶縁被覆層１２の表面に形成された溝パターン３１に埋込んだ金属ペーストを焼結してなるものである。溝パターン３１のパターン形状は特に限定するものではなく、例えば、中心導体１１の長手方向に延びる直線パターン、らせんパターン、波形パターンなどが挙げられる。また、溝パターン３１の断面形状は特に限定するものではなく、例えば、矩形状、三角形状、半円状などが挙げられる。

次に、本実施の形態に係る極細径同軸ケーブル３０の製造方法を、図４に基づいて説明する。図４中において、図１〜図３と同様の部材には同じ符号を付しており、これらの部材についての説明は省略する。

本実施の形態に係る極細径同軸ケーブル３０の製造方法は、基本的には前実施の形態に係る極細径同軸ケーブル１０の製造方法と同じであるが、溝パターン形成工程を有する点などが異なる。

具体的な製造方法は、図４に示すように、
絶縁被覆層１２の形成工程S21と、
絶縁被覆層１２の表面に溝パターン３１を形成する工程S46と、
絶縁被覆層１２の表層部（絶縁被覆層１２の外周面及び溝パターン３１の表面）に表面粗化処理を施す表面粗化工程S42と、
絶縁被覆層１２の表層部（溝パターン３１の内部及び絶縁被覆層１２の外周面）に金属ナノ粒子、金属粉末、及びバインダ樹脂で構成される金属ペーストを塗布、付着させ、溝パターン３１内及び絶縁被覆層１２の外周に金属ペースト層を形成する工程S43と、
溝パターン３１内及び絶縁被覆層１２の外周の金属ペースト層に焼結処理を施し、金属パターン３２及びシールド層１３を形成する工程S44と、
シールド層１３の外周に外被１４を形成する工程S25と、
を備える。

本実施の形態に係る極細径同軸ケーブル３０においても、前実施の形態に係る極細径同軸ケーブル１０と同様の作用効果が得られる。

また、本実施の形態に係る極細径同軸ケーブル３０においては、金属パターン３２が絶縁被覆層１２に埋設された構造、視点を変えると金属パターン３２が絶縁被覆層１２に食い込んだ（打ち込まれた）構造となっている。このため、金属パターン３２を有する絶縁被覆層１２の表面に、金属パターン３２と同材質のシールド層１３を形成することで、金属パターン３２とシールド層１３が強固に密着されると共に、金属パターン３２がシールド層１３のアンカーとして作用する。

よって、本実施の形態に係る極細径同軸ケーブル３０は、前実施の形態に係る極細径同軸ケーブル１０と比較して、絶縁被覆層１２とシールド層１３の密着性がより高まると共に、曲げ特性やシールド特性がより向上する。

以上、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、他にも種々のものが想定されることは言うまでもない。

本発明の好適一実施の形態に係る極細径同軸ケーブルの横断面図である。 図１の極細径同軸ケーブルの製造方法のフローを説明するための図である。 本発明の他の好適一実施の形態に係る極細径同軸ケーブルの横断面図である。 図３の極細径同軸ケーブルの製造方法のフローを説明するための図である。 従来の極細径同軸ケーブルの横断面図である。

符号の説明

１０ 極細径同軸ケーブル
１１ 中心導体
１２ 絶縁被覆層
１３ シールド層

Claims (9)

1. 中心導体の外周に、絶縁被覆層、シールド層を有する極細径同軸ケーブルにおいて、
   フッ素樹脂で構成された上記絶縁被覆層の表面に、金属ナノ粒子の焼結体で構成され、層厚が10μｍ未満のシールド層を設けたことを特徴とする極細径同軸ケーブル。
2. 上記絶縁被覆層の表層部に表面粗化層を設けた請求項１記載の極細径同軸ケーブル。
3. 上記シールド層を、金属ナノ粒子及び金属粉末の焼結体で構成した請求項１又は２記載の極細径同軸ケーブル。
4. 中心導体の外周に、絶縁被覆層、シールド層を有する極細径同軸ケーブルの製造方法において、
   中心導体の外周に絶縁被覆層を形成する工程と、
   その絶縁被覆層の表層部に金属ナノ粒子、金属粉末、及びバインダ樹脂で構成される金属ペーストを塗布、付着させ、絶縁被覆層の外周に金属ペースト層を形成する工程と、
   その金属ペースト層に焼結処理を施す工程と、
   を備えたことを特徴とする極細径同軸ケーブルの製造方法。
5. 上記金属ペーストを構成する各金属ナノ粒子の表面に保護膜を形成し、各金属ナノ粒子同士の凝集、融着を抑制させた請求項４記載の極細径同軸ケーブルの製造方法。
6. 上記金属ナノ粒子が、Agナノ粒子である請求項４又は５記載の極細径同軸ケーブルの製造方法。
7. 上記絶縁被覆層の表面に溝パターンを形成すると共に、その溝パターンを上記金属ペーストで埋め、その絶縁被覆層の外周に上記金属ペースト層を形成した請求項４から６いずれかに記載の極細径同軸ケーブルの製造方法。
8. 上記絶縁被覆層の形成工程の後に、絶縁被覆層の表層部に表面粗化処理を施す工程を有する請求項４から７いずれかに記載の極細径同軸ケーブルの製造方法。
9. 上記焼結工程が、170〜230℃の温度範囲で行う低温焼結処理である請求項４から８いずれかに記載の極細径同軸ケーブルの製造方法。
   

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