JP2006351229A - シールドケーブル - Google Patents

Abstract

【課題】市販の安価な一般的な材料で、製造上においても安価な構成で、電気的特性を損なうことなく難燃性を実現することが可能なシールドケーブルを提供する。
【解決手段】電気導体１３の外周を電気絶縁体１４で絶縁した複数本の絶縁コア１２の外周に導線を巻き付けてシールド導体１５とし、その外周を外被１７で覆ったシールドケーブル１１である。シールド導体１５と外被１７の間に金属テープ１６を螺旋状に巻き付けて、外被１７を難燃ポリオレフィンで形成する。また、複数本の絶縁コア１２とシールド導体１５の間の隙間にドレインワイヤ１８を配した形態とするようにしてもよい。さらに、複数本の絶縁コア１２を撚り合せる場合は、シールド導体１５の巻き付ピッチを絶縁コア１２の撚りピッチ以下とする。また、金属テープ１６の巻き付けの重なり幅は、テープ幅の１／３〜３／４とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、導体の周囲を電気絶縁体で絶縁した複数本の絶縁コアの外周に導線を巻き付け、その外側を外被で覆ったシールドケーブルに関する。

近年、電子機器の高性能、多機能化に加えて情報量の増大と伝送信号の高速化、デジタル化が進み、機器内配線の高密度化が進められている。また、外来ノイズ等による影響の低減や高周波電流から外部に放射する電磁波を低減するために、信号線の絶縁体外周を導体で覆ったシールドケーブルの使用が増加している。図３は、例えば、特許文献１に開示されるような一般的なシールドケーブルの概略を示す図で、図中、１は２芯平行シールドケーブル、２は絶縁電線、３ａ，３ｂはシールド層、４は外被を示す。

図３に示すシールドケーブルは、２本の信号線を有する２芯平行シールドケーブルの例で、ノートパソコン、携帯電話、ビデオカメラ等の情報機器等の本体部と液晶ディスプレイの捻回を伴う部分の配線等に用いるシールドケーブルの例である。２本の信号線２は、平行又は撚った状態にして、その外周に導体を巻き付けてシールド層３ａ，３ｂとし、その外側を外被４で被覆した構成である。

シールド層３ａ，３ｂは、錫メッキ銅合金線等の導線を横巻で巻き付けて形成し、シールド層３ａと３ｂは、互いに反対方向に巻き付けている。この構成は、ケーブルが曲げられたり捻られたりした際に、導線間に隙間が生じてシールド効果が不十分であったり、線くせが生じたりするのを軽減している。また、シールド層３ａ，３ｂの外側に金属箔テープを巻き付けて、第３のシールド層とすることができるとしている。

絶縁電線２には、銅等の電気良導体からなる単線又は撚り線が用いられ、電気絶縁体にはフッ素樹脂やポリエチレン等の電気絶縁材が用いられる。シールド層３ａ，３ｂは、通常、中心導体１に用いたのと同様な電気良導体からなる導線を横巻きするか編組形状で形成され、その外周を外被４で覆っている。外被４は、シース又はジャケットと称されることもあり、ポリオレフィン、塩化ビニル等の樹脂で形成されている。

近年は、電子機器内あるいは機器間の配線に用いるこれらのシールドケーブルに対しても、機器の発火事故に際して、ケーブルを伝って火が広がらないように難燃性とすることが求められている。機器配線材に関する難燃性については、例えば、米国のＵＬ規格（Underwriters Laboratories）におけるＶＷ−１試験と呼ばれる垂直燃焼試験による評価が、１つの基準とされることが多い。

図４は、上記ＵＬ規格のＶＷ−１の垂直燃焼試験方法を説明する図である。この燃焼試験方法は、長さ約６０ｃｍの試料５（被試験ケーブル）を遮蔽壁１０の上下位置に配した１対の保持部６で垂直に保持させる。ガスバーナー７の火炎８を、外側の赤い外炎８ａが１２７ｍｍで内側の青い内炎８ｂが３８ｍｍの火炎となるように調整して、火炎８の先端を２０°の角度で試料５に当てる。火炎８の先端が当てられる位置から２５ｃｍ上方位置に、標識旗９を取付ける。この標識旗９は、長さ２ｃｍ、幅１.２５ｃｍ、厚さ０.０１３ｃｍのクラフト紙を用い、試料５に１回巻き付けて取付ける。火炎８を１５秒点火し１５秒消し、これを５サイクル繰り返した後、火炎を当てて着火させてから６０秒以内に消え、かつ標識旗９が２５％以上燃えない場合が合格とされる。

従来、この基準に対応するために、上記分野のシールドケーブルの外被４には、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）等の難燃性ポリマーや、ポリエチレン等のポリオレフィン系樹脂に塩素、臭素系の難燃剤を添加して難燃化したものが使用されてきた。しかし、近年は地球環境保全の観点からさまざまな分野で環境にやさしい製品の開発とリサイクル化が求められ、当該電線・ケーブルの分野においても、焼却時に腐食性の高いハロゲンガスの発生が地球環境汚染の一つとして問題視されるようになってきている。

このため、電線・ケーブルの難燃性を高めるのにハロゲン化合物の使用は極めて有効ではあるが、例えば、特許文献２に開示のように、地球環境保全のためにハロゲン化合物を含まない（一般に、ノンハロゲン、ハロゲンフリーとも言われる）難燃化シールドケーブルの開発が進められている。
特開２００４−６３４１８号公報 特開２００１−５２５３７号公報

特許文献２においては、シールド電線の外部導体３と外被４を除去した状態での難燃化を実現させることを前提としている。このため、絶縁体２について、信号の伝送特性を損なわないような低誘電率を確保し、ノンハロゲンの難燃性シールド電線を得るものであるが、特殊材料の使用となるためコスト高となる。一般には、信号の伝送速度アップや伝送損失低減のために、絶縁体２は誘電損失の少ないポリエチレンや発泡ポリエチレン等を用い、シールド電線全体としての難燃性については、外被４により確保されていれば十分とされる場合がある。この場合、外被４には、ノンハロゲンで価格的にも安価な難燃ポリオレフィンを用いることが望まれているが、ポリ塩化ビニルのようなハロゲン系の外被と比べ難燃性に劣り、ＶＷ−１の燃焼試験をクリアさせることが難しかった。

本発明は、上述した実情に鑑みてなされたもので、市販されている安価な一般的な材料で、製造上においても安価な構成で、電気的特性を損なうことなく難燃性を実現することが可能なシールドケーブルの提供を課題とする。

本発明によるシールドケーブルは、電気導体の外周を電気絶縁体で絶縁した複数本の絶縁コアの外周に導線を巻き付けてシールド導体とし、その外周を外被で覆ったシールドケーブルであって、シールド導体と外被の間に金属テープを螺旋状に巻き付けて、外被を難燃ポリオレフィンで形成する。また、複数本の絶縁コアとシールド導体の間の隙間にドレインワイヤを配した形態とするようにしてもよい。さらに、複数本の絶縁コアを撚り合せる場合は、シールド導体の巻き付ピッチを絶縁コアの撚りピッチ以下とする。また、金属テープの巻き付けの重なり幅は、テープ幅の１／３〜３／４とする。

本発明のシールドケーブルによれば、金属テープの金属箔自体が難燃性であるうえに、シールド導体上に密に巻きつけている。このため、燃焼時に内部の絶縁体への酸素供給を抑えて電気絶縁体が延焼するのを抑制することができる。また、シールドケーブルは、一般的で安価な材料を用い、シールド導体を横巻形態の安価な製造方法で形成することができる。さらに、金属テープは外被と密着させることも可能であり、端末形成に際しては、外被の除去と共に容易に剥ぎ取ることができ、作業性が低下することもない。

図により本発明の実施の形態を説明する。図１（Ａ）は、本発明によるシールドケーブルの概略を説明する図、図１（Ｂ）は他のシールドケーブルの例を説明する図、図２（Ａ），（Ｂ）は本発明に用いる金属箔テープの例を説明する図、図２（Ｃ）は金属箔テープの巻き付け例を説明する図である。図中、１１はシールドケーブル、１２は絶縁コア、１３は電気導体、１４は電気絶縁体、１５はシールド導体、１６は金属テープ、１６ａは金属箔、１６ｂはテープ基材、１７は外被、１８はドレインワイヤを示す。

本発明によるシールドケーブルは、基本的な構成については、図１（Ａ）に示すように、従来と同様で、電気導体１３の外周を電気絶縁体１４で絶縁した絶縁コア１２の複数本を平行又は撚り合わせ、その外周にシールド導体１５を導線の横巻で形成し、外被１７で被覆して構成される。絶縁コア１２の電気導体１３は、銅又はアルミ或いは銅合金線，各種メッキ銅線などからなる電気良導体を単線又は撚り線にしたものが用いられ、例えば、外径約０.０８〜０.１６ｍｍの錫メッキ軟銅線で、これを７本撚ったものが用いられる。

電気絶縁体１４には、ポリエチレンや発泡ポリエチレン等のノンハロゲンの電気絶縁材が用いられ、誘電率の調整が必要な場合は、絶縁体の厚さや発泡度等を変えて調整される。なお、電気絶縁体１４として、特許文献２に開示したような難燃化されたノンハロゲンの発泡絶縁体を用いるとしても、本発明を排除するものではない。

シールド導体１５は、通常、電気導体１３に用いたのと同様な太さの電気良導体の導線を横巻きして形成される。本発明においては、このシールド導体１５とその外側に金属テープ１６を螺旋状に巻き付け、その外周を外被１７で被覆する。また、図１（Ｂ）に示すように、シールド導体１５と複数本の絶縁コア１２との間にできる隙間部分にドレインワイヤ１８を介在させる構成としてもよい。このドレインワイヤ１８は、シールド導体１５を形成する多数本の導線と電気的に接触して、端末部での接地接続を容易にするものである。

金属テープ１６は、図２（Ａ）に示すように、樹脂製のテープ基材１６ｂに金属箔１６ａを貼りつけて、強度を高めた形状として使用するようにしてもよい。また、図２（Ｂ）に示すように、テープ基材１６ｂの両面に金属箔１６ａを貼りつけた形状のものを使用するようにしてもよい。テープ基材１６ｂとしては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などのポリエステルテープを用いることができる。

金属箔１６ａは、シールド導体１５の外周に巻きつけ易い軟質性と、燃焼時の温度が１０００℃位になるとすれば、この温度では溶融して消失しないような金属材料であることが望ましい。これには、例えば、融点が１０００℃以上あり、軟質な銅箔を用いるのが好ましい。また、この金属箔１６ａは、強度維持や酸素遮蔽を効果的に行なわせるには、ある程度の厚さが必要で、少なくとも５μｍ以上の厚さ（好ましくは、８μｍ〜２０μｍ）で形成されていることが望ましい。

金属テープ１６の螺旋巻きつけの形状としては、図２（Ｃ）に示すように、テープ幅をＴとしたときテープの重なり幅Ｗが、テープ幅Ｔの「１／３〜３／４」倍となるようにするのが望ましい。金属テープ１６を比較的大きい重なり幅を持たせて螺旋巻きすることで、燃焼時に外部から内部への酸素供給を抑制するようにしている。これにより、シールド導体１５の内側の電気絶縁体１４に燃焼が生じた場合には、延焼を抑えることができる。また、金属テープ１６は、銅、鉄、アルミ、その他ステンレス等の薄い各種金属で、シールド導体１５上に巻きつけ可能な形態のものであればよい。

金属テープ１６の外側には、外被１７が施される。この外被１７としては、塩化ビニルに代わる素材としてノンハロゲンプラスチックと称されているポリオレフィンを用いることが望ましい。しかし、このポリオレフィンは塩化ビニルと比較して燃えやすく、上述したように金属テープ１６で内部の電気絶縁体１４に対する難燃化を図るとしても、外被１７自体でも難燃性を備えていることが好ましい。このため、外被１７には、ノンハロゲンの難燃ポリオレフィン又は架橋難燃ポリオレフィンを用いるのが好ましい。ノンハロゲンの難燃ポリオレフィンとしては、例えば、ポリオレフィン樹脂に水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウムを難燃剤としたものが知られている。

上述した構成によれば、図４に示したような、ＶＷ−１の燃焼試験をクリアできる難燃性のシールドケーブルを得ることが可能となる。すなわち、金属テープ１６自体は難燃性であり、内部の絶縁コア１２を比較的密に覆うことにより、電気絶縁体１４の燃焼に必要な酸素の供給を遮断できる。このため、電気絶縁体１４を特に難燃剤としなくても、延焼を抑制することが可能となる。図３の従来構造（特許文献１）においても、シールド層と外被の間に金属テープを巻きつけてもよいとされているが、シールド効果を補うためのもので、難燃性を意図したものではない。このため、巻き付け状態がどのようなのか不明であり、難燃化は期待することができないものである。

また、金属テープ１６を絶縁コア１２とシールド導体１５との間に巻き付ける構成であっても難燃効果を持たせることは可能であるが、端末形成の際に金属テープ１６を除去するのに比較的労力を要することになる。金属テープ１６を外被１７と接する側に設けることにより、端末形成時には、外被１７の剥ぎ取りと一緒に金属テープ１６の剥ぎ取りができるので、作業性を向上させることができる。また、シールド導体１５を編組で形成してもよいが、横巻に比べて、巻き付け機構が大掛かりで、製造線速が遅くなり、生産性が低下して製造コストが大きくなってしまう。

また、本発明では、複数本の絶縁コア１２を用いるため、絶縁コア１２と外周に巻き付けるシールド導体１５との間に、空隙が生じて燃焼に必要な酸素を含む空隙ができ易い。このため、ドレインワイヤを介在させることにより、空隙部分の容積を減らすことができ、併せて電気的接地をしやすくすることができる。

また、複数本の絶縁コア１２を撚る構成とした場合、絶縁コア１２の撚り、シールド導体１５の巻き付け並びに金属テープ１６の巻き付け関係について調べたところ、金属テープ１６自体の巻き付け方向や巻きピッチと、絶縁コア１２の撚り及びシールド導体１５巻き付けの状態による燃焼特性への影響は特になかった。しかし、シールド導体１５の巻きピッチが絶縁コア１２の撚りピッチを越えるとシールド不良が発生しやすかった。したがって、シールド導体１５の巻き付ピッチが絶縁コア１２の撚りピッチ以下とするのが望ましい。

なお、絶縁コア１２の撚りピッチを１６ｍｍ、シールド導体１５の巻きピッチを１０ｍｍとした場合は、ＶＷ−１の燃焼試験をクリアしないことがあったが、絶縁コア１２の撚りピッチを１６ｍｍ、シールド導体１５の巻きピッチを１５ｍｍとした場合は、ＶＷ−１の燃焼試験を確実にクリアした。したがって、シールド導体１５の巻きピッチが絶縁コア１２の撚りピッチの７０％以上とすることが、難燃性向上の点で好ましい。

具体例として、銅撚り線からなる電気導体１３の外周を発泡ポリエチレンからなる絶縁体１４で絶縁し、その外周に横巻きでシールド導体１５を形成した。このシールド導体１５の外周に、厚さ９μｍの銅箔を厚さ１２μｍのポリエステルテープ基材に貼りつけてなる金属テープ１６を、重なり幅Ｗがテープ幅Ｔの１／２となるように１５ｍｍのピッチで螺旋状に巻きつけた。巻きつけた金属テープ１５の外周には、被覆厚さ０.２５ｍｍ〜０.４５ｍｍ程度となるように難燃ポリオレフィン樹脂を被覆して外被１７とし、ノンハロゲンで難燃性のシールドケーブルを作製した。

上述のシールドケーブルを図４に示したＶＷ−１の垂直燃焼試験方法で試験したところ、この燃焼試験をクリアすることができた。なお、金属テープ１６の金属箔にアルミ箔を用い、重なり幅Ｗをテープ幅Ｔの１／４としたシールドケーブルは、ＶＷ−１の垂直燃焼試験をクリアすることができなかった。また、垂直燃焼試験の燃焼状況からは、重なり幅Ｗがテープ幅Ｔの１／３以上あれば、ＶＷ−１の垂直燃焼試験をクリアできるものと思われる。また、重なり幅Ｗは大きい方が燃焼試験はクリアし易いが、あまり大きくすると製造線速が低下して生産性が下がることから、重なり幅Ｗをテープ幅Ｔの３／４以下とするのが製造上の観点から望ましい。

本発明の実施の形態を説明する図である。 本発明で用いる金属テープ例と巻き付け状態を説明する図である。 従来技術を説明する図である。 ＵＬ規格のＶＷ−１の垂直燃焼試験方法を説明する図である。

符号の説明

１１…シールドケーブル、１２…絶縁コア、１３…電気導体、１４…電気絶縁体、１５…シールド導体、１６…金属テープ、１６ａ…金属箔、１６ｂ…テープ基材、１７…外被、１８…ドレインワイヤ。

Claims (4)

1. 電気導体の外周を電気絶縁体で絶縁した複数本の絶縁コアの外周に導線を巻き付けてシールド導体とし、その外周を外被で覆ったシールドケーブルであって、
   前記シールド導体と前記外被の間に金属テープを螺旋状に巻き付けて、前記外被を難燃ポリオレフィンで形成したことを特徴とするシールドケーブル。
2. 前記複数本の絶縁コアと前記シールド導体の間の隙間にドレインワイヤを配したことを特徴とする請求項１に記載のシールドケーブル。
3. 前記絶縁コアが撚り合わされており、前記シールド導体の巻き付ピッチが前記絶縁コアの撚りピッチ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。
4. 前記金属テープの巻き付けの重なり幅は、テープ幅の１／３〜３／４であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のシールドケーブル。

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