JP2008027913A - 極細同軸ケーブル - Google Patents

Abstract

【課題】絶縁層に発泡セルが均一に形成され、誘電率が局所的に変動を示さず均一になることで、優れた伝送特性を有する極細同軸ケーブルを提供する。
【解決手段】極細同軸ケーブルを、内部導体と、当該内部導体を取り囲むように形成された発泡セルを備える絶縁層と、当該発泡セルの均一な形成のために、当該絶縁層を取り囲むように形成された過発泡遮断層と、当該過発泡遮断層を取り囲むように形成された金属シールド層と当該金属シールド層を取り囲むように形成された保護被覆層とを備えるものとする。過発泡遮断層を備えることで、絶縁層に形成される発泡セルの非正常的な成長を抑制して発泡セルの大きさが均一になり、発泡セルが連続的に隣合って形成されるので、誘電率が局所的な違いを示さず全体的に均一になって、優れた伝送特性を示す。
【選択図】図１

Description

本件発明は、極細同軸ケーブルに関する。さらに詳しくは、絶縁層内の発泡セルが均一に形成され、絶縁層の誘電率が局所的にばらつかず均一であり、優れた伝送特性を有する極細同軸ケーブルに関する。

同軸ケーブルは信号を伝送するための内部導体と、内部導体の同軸上に外部導体（金属シールド層）が形成される構造のケーブルであって、大きさ別／種類別に数多くの製品が開発されている。そして、主に建物の地下のアンテナまたはＣＡＴＶなどに信号を伝送するためのケーブルとして用いられてきた。従来の同軸ケーブルに関する主な開発テーマは、エネルギーの損失を減らすための内部導体と外部導体との間の構造設計、誘電特性の改善及び外部導体に対する種々の機能性の付与などであった。

特に最近は、高度情報化社会への進展に伴い、情報通信機器及びその機器に実装される半導体素子の試験装置及び検査装置などに対し、伝送速度の高速化に対応する要請が高まっている。

従来の一般的な同軸ケーブルを図５に示す。図５の同軸ケーブルは、内部導体１１と外部導体（金属シールド層）１７、内部導体１１と外部導体１７との間に形成される高分子絶縁層（誘電層）１３及び外部導体１７の外周部に形成される保護被覆層１９とを備える。この様な構成を備える同軸ケーブルの伝送速度は、絶縁層の誘電率によって決まる。即ち、伝送速度は絶縁層の誘電率が低くなるほど高くなり、誘電率は絶縁層の発泡度が高くなるほど低くなる。

従って、従来技術では、絶縁層に誘電率が低いフッ素系樹脂を用いる方法、一般樹脂の配合比率を調節する方法、誘電率が最も低い空気層が中心導体の周りを取り囲むように中心導体と外部導体の間隔を支持するサポーター（Ｓｕｐｐｏｒｔｅｒ）を用いる方法などにより、高レベルの伝送速度を得て損失を防止していた。特に最近は、高分子材料を発泡させて誘電率を低めようとする研究が主に行われている。

一方、ポータブルマルチメディア機器及び内視鏡などの医療機器の小型化が進行し、これらを駆動するための直径１ｍｍ以下の極細同軸ケーブルの開発が行われている。極細同軸ケーブルも内部導体、絶縁層、外部導体、保護被覆層などから構成され、基本構成は従来の同軸ケーブルと殆ど同様である。そして、極細同軸ケーブルは場合によってＧＨｚ帯域の高周波用途に用いられる。この場合、高周波伝送による「表皮効果（Ｓｋｉｎ Ｅｆｆｅｃｔ）」が発生するため、極細同軸ケーブルを取り囲む高分子絶縁層の誘電率が、極細同軸ケーブルの伝送特性にとって重要な要素となる。

一方、極細同軸ケーブルの高分子絶縁層が、発泡セルがある部分と発泡セルのない部分が交差するように形成されると、「表皮効果」によって誘電率が局所的に変わることになり、これによって伝送特性に致命的な悪影響をもたらす恐れが出てくる。したがって、高分子絶縁層内の「発泡の均一性」は非常に重要なパラメータになる。従来の一般同軸ケーブル、または大口径同軸ケーブルは、通常、直径が５ｍｍ〜４２ｍｍレベルである。そのため、絶縁層の厚さが充分大きく、発泡過程においても均一な外径が維持され、均一な発泡サイズの具現が可能であった。しかし、極細同軸ケーブルにおいては、全体の直径が１ｍｍ以下という構造上の特性により、気泡がバラツキを持って成長したり、外径の不均衡が発生するなどの問題があった。特に、絶縁層の厚さが０．０５ｍｍ程度しかないため、絶縁層厚さの不均一は、誘電率の局所的な違いを誘発して伝送特性の悪化をもたらすことになる。このような問題を解決するための努力が関連分野で重ねられており、このような技術的背景下で本件発明が案出された。

米国特許第６１３０３８５号 米国特許公開２００３−５１８９７号公報

本件発明が解決しようとする技術的課題は、発泡セルが絶縁層内に均一に形成され、誘電率が局所的な違いを示さず均一になることで、優れた伝送特性を有する極細同軸ケーブルを提供することにある。

前述した技術的課題を果たすため、本件発明で提供する極細同軸ケーブルは、内部導体と、当該内部導体を取り囲むように形成された発泡セルを備える絶縁層と、当該発泡セルの均一な形成のために当該絶縁層を取り囲むように形成された過発泡遮断層と、当該過発泡遮断層を取り囲むように形成された金属シールド層と当該金属シールド層を取り囲むように形成された保護被覆層とを備えることを特徴とする。

前記のような構成を有する極細同軸ケーブルは、１ｍｍ以下の直径を有する極細同軸ケーブルを製造する場合さらに効果を発揮できる。前記絶縁層の厚さは０．０３ｍｍ〜０．０９ｍｍであることが好ましく、０．０３５ｍｍ〜０．０７５ｍｍであることがより好ましい。前記発泡セルの大きさは０．０２ｍｍ〜０．０７ｍｍであることが好ましく、前記過発泡遮断層の厚さは０．０１ｍｍ〜０．０４ｍｍであることが好ましい。

前記過発泡遮断層の溶融温度は前記絶縁層の溶融温度よりも低いことが好ましい。前記絶縁層はフッ素系樹脂を用いることが好ましく、その中でも四フッ化エチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂（ＰｅｒＦｌｕｏｒｏ Ａｌｋｏｘｙ Ｒｅｓｉｎ：以下、「ＰＦＡ樹脂」と称する。）を用いることがより好ましい。前記過発泡遮断層は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレートから選択される一つまたは二つ以上を混合した高分子樹脂を用いることが好ましい。前記絶縁層と過発泡遮断層は、共押出または連続タンデム押出方式により形成されたものであることが好ましい。

本件発明に係る極細同軸ケーブルは、絶縁層を取り囲むように形成される過発泡遮断層を備えることで、絶縁層に形成される発泡セルの成長バラツキを抑制している。その結果、発泡セルの大きさが均一で、発泡セルが連続的に隣り合って形成されるので、発泡状態が均一であり、絶縁層において、誘電率が局所的な違いを示さず全体的に均一になるため、伝送特性を向上させることができる。

以下、本件発明の好ましい実施形態を詳しく説明する。しかし、本件発明に係る明細書及び請求範囲に用いられている用語や単語は、通常の意味や辞書に記載の意味に限定して解釈されるものではなく、発明者は自分の発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義することができるという原則に則り、本件発明の技術的思想に符合する意味と概念とに解釈すべきものである。従って、本明細書に記載された実施形態は、本件発明の最も好ましい一実施形態に過ぎず、本件発明の技術的思想の全てを代弁するものではないため、本出願時点においてこれらに代替できる多様な均等物と変形例があり得ることを断っておく。

本件発明に係る極細同軸ケーブルは、絶縁層を取り囲むように形成される過発泡遮断層を備えることにより、絶縁層に形成される発泡セルの大きさが均一であり、発泡セルが連続的に隣合って形成される。このような発泡状態の均一性により、絶縁層の誘電率が局所的にばらつかず、全体的に均一になって、優れた伝送特性を示す。

本件発明に係る極細同軸ケーブルの直径は特に限定されない。但し、直径１ｍｍ以下の極細同軸ケーブルでは、絶縁層に発泡セルを形成する際に、気泡がバラツキを持って成長するか、外径の不均衡が発生するなどの問題が大きく発生することがある、従って、本件発明に係る同軸ケーブルは、直径１ｍｍ以下の極細同軸ケーブルにおいてさらに有効に用いることができる。

図１に、本件発明の一実施形態における、極細同軸ケーブルの断面及び側面を示す。図１に示すように、本件発明の一実施形態における極細同軸ケーブルは、内部導体２１とこれを取り囲むように形成された絶縁層２３、当該絶縁層２３に面して当該絶縁層２３を取り囲むように形成された過発泡遮断層２５、当該過発泡遮断層２５に面しながら当該過発泡遮断層を取り囲むように形成された金属シールド層２７及び当該金属シールド層２７に面しながら当該金属シールド層を取り囲むように形成された保護被覆層２４とで構成される。

内部導体２１は、一本または数本の導線を備えることができ、数本の導線を所定のピッチを有するように捻ってスレッドに構成することが好ましい。前記導線は電気伝導性及び経済性を考慮すると銅合金を用いることが好ましい。内部導体の直径は、極細同軸ケーブルとして製造される場合、極細同軸ケーブルの全体直径を考慮すると、０．０４ｍｍ〜０．０９ｍｍであることが好ましく、数本の導線を捻って内部導体を形成する場合、それぞれの導線は、０．０１ｍｍ〜０．０４ｍｍであることが好ましい。

内部導体２１の外周部には、伝送特性を向上させるために、誘電率が低い高分子を押出して被覆することで絶縁層２３を形成する。誘電率を低くするためにフッ素系高分子を用いることが好ましく、その中でＰＦＡを最も好ましく用いることができる。また、誘電率をさらに低くするために、高分子を発泡させ、絶縁層２３内に発泡セルが形成されるようにする。このために、押出機の内部にガス注入装置、混合スクリュー及びノズルを適用して押出機の出口で発泡セルが形成されるようにする。前記絶縁層の厚さは電気的特性を考慮して設計し、極細同軸ケーブルとして製造される場合、０．０３ｍｍ〜０．０９ｍｍであることが好ましく、０．０３５ｍｍ〜０．０７５ｍｍであることがより好ましい。絶縁層の厚さが０．０３ｍｍ未満の場合には、適切な伝送特性を有するように特性インピーダンスを合わせにくく、０．０９ｍｍを超えると極細同軸ケーブルとして用いにくい。本件発明において、絶縁層に形成される発泡セルは、従来の方式とは異なり、互いに隣合って形成され、これによって誘電率を均一にすることができる。前記発泡セルの大きさは０．０２ｍｍ〜０．０７ｍｍであることが好ましい。０．０２ｍｍ未満は具現しにくく、０．０７ｍｍを超える領域は、絶縁層の厚さで制限される。

前記過発泡遮断層２５は、前記絶縁層２３に面して当該絶縁層２３を取り囲むように形成される。絶縁層２３に発泡セルを形成する際に、過発泡を防止して、発泡セルが絶縁層内に均一に形成されるようにする。また、発泡セルの形成のバラツキを抑制して、発泡セルが互いに隣合って形成されるようにする。このような過発泡遮断層２５は、絶縁層２３より溶融温度が低いことが好ましい。絶縁層２３の発泡冷却を助けて、セルの均一な成長を誘導するためである。従って、過発泡遮断層２５は、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）から選択される一つまたは二つ以上の混合物を用いることが好ましく、その中でも冷却速度が早い、ポリエチレンテレフタレートを用いることが最も好ましい。特に、ポリエチレンテレフタレートの加工温度は、フッ素樹脂とほぼ同等の２００℃程度であるため、加工温度が１００℃程度に過ぎないポリエチレン、ポリプロピレンなどに比べて熱的安全性の面で有利である。前記過発泡遮断層の厚さは、前記絶縁層の厚さより薄いことが好ましく、０．０１ｍｍ〜０．０４ｍｍであることが好ましい。

前記絶縁層２３及び過発泡遮断層２５の形成の際に、押出機ノズルは発泡された絶縁層２３の外周面に、過発泡遮断層２５がすぐ覆われるように、共押出（Ｃｏ‐ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ）またはタンデム押出する。これによって、絶縁層２３が押出されると同時に絶縁層の外周部に過発泡遮断層２５が押出されるようにする。前記過発泡遮断層２５は、溶融状態でノズルを通過しながらすぐ冷却されて、絶縁層２３でガスが発泡する際に過成長を抑制し、均一で微細な発泡がなされるように助ける役割を果たす。このような効果の他、前記共押出または連続タンデム押出方式を適用することで、別途の冷却ラインが必要なくなり、生産性を向上させることができる。

図２に、本件発明に係る極細同軸ケーブルの製造に用いられる共押出用押出機を概略的に示す。図２に示すように、前記共押出用押出機は、絶縁層用レジン供給装置３１、遮断層用レジン供給装置３３及びヘッド３５から構成され、導線３７が導線進行方向（Ａ）に進みながら、導線の外周部に絶縁層２３が押出されると同時に絶縁層の外周部に過発泡遮断層２５が押出される。

前記過発泡遮断層２５の外周部には、金属網（Ｍｅｓｈ）、金属細線（Ｍｅｔａｌ Ｆｉｌａｍｅｎｔ）、横巻（Ｈｅｌｉｃａｌ Ｗｉｎｄｉｎｇ）または金属薄膜などを用いた金属シールド層２７が形成され、前記金属シールド層２７の外周部には、極細同軸ケーブルの保護のための保護被覆層２４が形成される。前記保護被覆層２４には、従来の同軸ケーブルの保護被覆層２４の形成に用いられる材料から選択して用いることができる。

前記のような構成を有する、即ち、絶縁層２３の外周部に過発泡遮断層２５が形成された極細同軸ケーブルは、絶縁層２３に均一な大きさの発泡セルを形成することができ、絶縁層の誘電率が、発泡の割れや、部分的な固まりによる局所的な違いを示さず、高周波伝送における信号劣化を抑制することができる。

図３に、本件発明に係る極細同軸ケーブルの、絶縁層２３における発泡セルの写真を示す。図３から、発泡セルが均一なサイズで形成され、発泡セルが連続的に形成されていることが分かる。また、図４に、本件発明に係る極細同軸ケーブルの特性インピーダンス（Ｚ：Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ）をインピーダンス分析機（Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ Ａｎａｌｙｚｅｒ）で測定した結果を模式的に示す。図４から、特性インピーダンスが上下限値内でほぼ均一に維持されていることが分かる。

図６に、従来の極細同軸ケーブル、即ち、過発泡遮断層が形成されていない構造の同軸ケーブルにおける発泡セルの写真を示す。図７に、従来の極細同軸ケーブルの特性インピーダンスをインピーダンス分析機で測定した結果を模式的に示す。図６から、発泡セルの大きさが均一ではなく、発泡セルが隣合って形成されず、疎らに形成されていることが分かる。図７から、長さ方向及び外周方向に不均一な大きさの発泡セルが存在することにより、誘電率が局所的に異なり、特性インピーダンスが時間軸方向に変動している。特に変動が大きな区間においては、規格の上限と下限に近接しており、特性が安定していないことが分かる。

以上のように、本件発明を限定された実施形態と図面とによって説明したが、本件発明はこれによって限定されるものではない。本件発明が属する技術分野において、通常の知識を有する者であれば、本件発明の技術思想と特許請求範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能なことは言うまでもない。

本件発明に係る極細同軸ケーブルを用いれば、従来は不可能であったＧＨｚ帯域の超高周波伝送の際にも信号干渉のない信号伝送が可能になる。同時に、本件発明に係る極細同軸ケーブルは直径が１ｍｍ以下の極細サイズ、ひいては０．２１ｍｍ以下の超極細サイズで製造しても、絶縁層の誘電率が均一であるため、優れた伝送特性を有する。即ち、同軸ケーブルの極細化を達成でき、これによって内視鏡などの医療機器の極小型化が可能であるため、診療の際に患者の苦痛を軽減させることができる。

本明細書に添付される下記の図面は本件発明の好ましい実施例を例示するものであって、発明の詳細な説明とともに本件発明の技術思想をさらに理解させる役割を果たすものであるため、本件発明はそのような図面に記載された事項にのみ限定されて解釈されてはいけない。
本件発明の一実施形態における極細同軸ケーブルの断面及び側面を示した図面である。 本件発明に係る極細同軸ケーブルの製造に用いられる共押出用押出機を概略的に示した図面である。 本件発明に係る極細同軸ケーブルの絶縁層における発泡セルを示す写真である。 本件発明に係る極細同軸ケーブルの特性インピーダンス（Ｚ：Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ）をインピーダンス分析機（Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ Ａｎａｌｙｚｅｒ）で測定した結果を模式的に示した図面である。 従来の通常の同軸ケーブルの構造を概略的に示した図面である。 従来の極細同軸ケーブルにおける発泡セルを示す写真である。 従来の極細同軸ケーブルの特性インピーダンスをインピーダンス分析機で測定した結果を模式的に示した図面である。

符号の説明

２１、１１１ 部導体
２３、１２３ 絶縁層
２４、１１９ 保護被覆層
２５ 過発泡遮断層
２７、１１７ 金属シールド層
３１ 絶縁層用レジン供給装置
３３ 遮断層用レジン供給装置
３５ ヘッド
３７ 導線

Claims (11)

1. 同軸ケーブルにおいて、
   内部導体と、当該内部導体を取り囲むように形成された発泡セルを備える絶縁層と、当該発泡セルを均一に形成するために当該絶縁層を取り囲むように形成された過発泡遮断層と、当該過発泡遮断層を取り囲むように形成された金属シールド層と、当該金属シールド層を取り囲むように形成された保護被覆層とを備えることを特徴とする極細同軸ケーブル。
2. 直径が１ｍｍ以下である請求項１に記載の極細同軸ケーブル。
3. 前記絶縁層の厚さは、０．０３ｍｍ〜０．０９ｍｍである請求項１又は請求項２に記載の極細同軸ケーブル。
4. 前記絶縁層が備える発泡セルの大きさは、０．０２ｍｍ〜０．０７ｍｍである請求項１〜請求項３のいずれかに記載の極細同軸ケーブル。
5. 前記過発泡遮断層の厚さは、０．０１ｍｍ〜０．０４ｍｍである請求項１〜請求項４のいずれかに記載の極細同軸ケーブル。
6. 前記過発泡遮断層の厚さは、前記絶縁層の厚さより薄いものである請求項１〜請求項５のいずれかに記載の極細同軸ケーブル。
7. 前記過発泡遮断層は、その溶融温度が前記絶縁層の溶融温度よりも低いものである請求項１〜請求項６のいずれかに記載の極細同軸ケーブル。
8. 前記絶縁層は、フッ素系樹脂を用いたものである請求項１〜請求項７のいずれかに記載の極細同軸ケーブル。
9. 前記フッ素系樹脂は、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樹脂である請求項８に記載の極細同軸ケーブル。
10. 前記過発泡遮断層は、ポリエチレン、ポリプロピレン及びポリエチレンテレフタレートから選択される一つまたは二つ以上を混合した高分子樹脂を用いたものである請求項１〜請求項９のいずれかに記載の極細同軸ケーブル。
11. 前記絶縁層と過発泡遮断層は、共押出または連続タンデム押出方式により形成されたものである請求項１〜請求項１０のいずれかに記載の極細同軸ケーブル。