JP2009295402A - ケーブル - Google Patents

Abstract

【課題】導体として裸導線を使用しても、信号の減衰特性の劣化を十分に抑制することができるケーブルを提供すること。
【解決手段】導体１と、導体１を被覆する絶縁層２とを備えており、絶縁層２が、フッ素樹脂を含む発泡体で構成される発泡層２ａと、フッ素樹脂を含む非発泡体で構成される非発泡層２ｂとを有し、非発泡層２ｂが、発泡層２ａと導体１との間に配置されていることを特徴とするケーブル１０。
【選択図】図２

Description

本発明は、ケーブルに関する。

通信ケーブルの一種である同軸ケーブルは、内部導体と、内部導体を被覆する絶縁層と、絶縁層を包囲する外部導体と、この外部導体を被覆し外部導体を保護するシースとを備えており、低損失で高耐熱性を有する通信ケーブルでは一般に、内部導体を被覆する絶縁層として、耐熱性及び誘電特性に優れるフッ素樹脂が使用される。

このようなフッ素樹脂は耐熱性に優れるとはいえ、絶縁層の形成に際して加工されるときに高温状態とされる。このとき、フッ素樹脂の加工温度と分解温度とは一般に近いためにフッ素樹脂の一部が分解して腐食性のガスを発生したり、フッ化物イオンが溶出されたりすることが知られている。このため、フッ素樹脂が被覆される内部導体として裸導線、即ちめっきが施されていない導線を使用すると、内部導体の表面が上記の腐食性ガスや溶出フッ化物イオン等の腐食性成分によって腐食され、内部導体表面の抵抗値が増加するおそれがある。特に高周波通信ケーブルではフッ素樹脂に接する内部導体の表面部分に電流が流れるため、腐食による抵抗値の増加はさらに顕著なものになる。そのため、フッ素樹脂を絶縁層として使用するケーブルにおいては、耐腐食性のために内部導体としてメッキ線、特に銀メッキ線が使用されるのが一般的となっている。

一方、同軸ケーブルなどの通信ケーブルは細くなればなるほど、コストや減衰量に対する導体の寄与が大きくなる。言い換えるならば、メッキ線を使用すると、同径の裸導線を使用する場合に比べて導体に占めるメッキ部の割合が増加する。このため、通信ケーブルとしての電気特性は良好になるものの、メッキ部として銀が一般に使用されるため、コストが高くなるという問題があった。

また、導体の寄与が大きいとはいえ、絶縁層の低損失化も重要であり、そのために、ポリエチレンと同様、フッ素樹脂を発泡体とするケーブルが提案されている（下記特許文献１）。
特開２００５−７８８３５号公報

しかし、上記特許文献１のケーブルにおいては、フッ素樹脂が発泡体とされているため、発泡体の導体表面側には、フッ素樹脂内の空隙（以下、「発泡セル」という）による微小な凹部が形成されるものと考えられる。このため、導体表面はその発泡セルに晒された状態となる。このとき、上述したように、フッ素樹脂中では高温下で腐食性ガスや溶出不純物等の腐食性成分が発生するが、これら腐食性成分は、発泡体中に存在する発泡セルに集まりやすい。このため、ケーブルのコストを低減させるべく内部導体を裸導線にすると、空隙に充填された腐食性のガスが内部導体表面に接触して内部導体の表面部分を腐食することになる。その結果、内部導体の表面抵抗が大きく増加し、それに伴ってケーブルにおける信号の減衰特性も大きく劣化する。また内部導体の表面が斑状に不連続的に腐食されると、ＶＳＷＲ（Voltage Standing Wave Ratio）が小さくなり、このこともケーブルにおける信号の減衰特性を劣化させる要因となる。従って、導体として裸導線を使用しても、信号の減衰特性の劣化を十分に抑制できるケーブルが求められていた。

そこで、本発明は、導体として裸導線を使用しても、信号の減衰特性の劣化を十分に抑制することができるケーブルを提供することを目的とする。

本発明者らは上記課題を解決するため鋭意研究を重ねた結果、導体上に被覆するとケーブルの減衰特性を劣化させると考えられていた非発泡層を、フッ素樹脂を含む発泡層と導体との間に設けることで、上記課題を解決し得ることを見出し、本発明を完成するに至ったものである。

即ち本発明は、導体と、前記導体を被覆する絶縁層とを備えており、前記絶縁層が、フッ素樹脂を含む発泡体で構成される発泡層と、フッ素樹脂を含む非発泡体で構成される非発泡層とを有し、前記非発泡層が、前記発泡層と前記導体との間に配置されていること、を特徴とするケーブルである。

このケーブルによれば、発泡層と導体との間に非発泡層が存在しているため、導体表面が、発泡層を構成する発泡体中の発泡セルに晒されなくなる。このため、絶縁層を構成するフッ素樹脂中に、導体に対して腐食性を有するガスや溶出不純物等の腐食性成分が存在していても、その腐食性成分による導体の表面部分の腐食が十分に抑制される。このため、導体の表面部分の抵抗増加を抑制することができ、ひいてはケーブルにおける信号の減衰特性の劣化を十分に抑制することができる。特に、絶縁層が被覆される導体に高周波電流が流されると、この高周波電流は表皮効果により導体の表面部分に集中して流れるため、導体の表面部分の抵抗増加の抑制は、減衰特性の劣化抑制に極めて効果的である。

また上記ケーブルにおいて、前記発泡体に含まれるフッ素樹脂、及び前記非発泡体に含まれるフッ素樹脂がいずれも、１．５ｐｐｍ以下の溶出フッ化物イオン濃度を有し且つ０．５質量％未満の加熱重量変化率を有することが好ましい。

この場合、上記フッ素樹脂中の腐食性成分が十分に低減されているため、導体表面を腐食しうる腐食性成分の量が大きく減少する。このため、ケーブルの減衰特性の劣化をより十分に抑制することができる。

上記ケーブルにおいては、前記導体が内部導体であり、前記絶縁層を包囲する外部導体と、前記外部導体を被覆するシースとをさらに備えてもよい。この場合、ケーブルは同軸ケーブルとして使用することができる。

本発明によれば、導体として裸導体を使用しても、信号の減衰特性の劣化を十分に抑制することができるケーブルが提供される。

以下、本発明の実施形態について図１を用いて詳細に説明する。

（ケーブル）
図１は、本発明に係るケーブルの一実施形態を示す部分側面図、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。図１に示すように、本実施形態のケーブル１０は同軸ケーブルを示しており、内部導体１を備えている。内部導体１はチューブ状の絶縁層２によって被覆され、絶縁層２はチューブ状の外部導体３によって包囲されている。そして、外部導体３はチューブ状のシース４によって被覆されている。

図２に示すように、絶縁層２は、フッ素樹脂を含む発泡体で構成されるチューブ状の発泡層２ａと、フッ素樹脂を含む非発泡体で構成されるチューブ状の非発泡層２ｂとの積層体で構成されている。発泡層２ａを構成する発泡体は発泡セルを有している。ここで、非発泡層２ｂは、発泡層２ａに対してその内側に同軸状に配置されている。即ち、非発泡層２ｂは、内部導体１と発泡層２ａとの間に配置されている。

このケーブル１０によれば、発泡層２ａと内部導体１との間に非発泡層２ｂが配置されているため、内部導体１の表面が、発泡層２ａを構成する発泡体中の発泡セルに晒されなくなる。このため、絶縁層２を構成するフッ素樹脂中に、内部導体１に対して腐食性を有するガスや溶出不純物等の腐食性成分が存在していても、その腐食性成分による内部導体１の表面部分の腐食が十分に抑制される。このため、内部導体１の表面部分の抵抗増加を抑制することができ、ひいてはケーブル１０の減衰特性の劣化を十分に抑制することができる。特に、絶縁層２が被覆される内部導体１に高周波電流が流されると、この高周波電流は表皮効果により内部導体１の表面部分に集中して流れるため、内部導体１の表面部分の抵抗増加の抑制は、減衰特性の劣化抑制に極めて効果的である。

次に、内部導体１、絶縁層２、外部導体３及びシース４のそれぞれについて詳細に説明する。

内部導体１は裸導線となっている。ここで、裸導線は単一の金属材料で構成されており、この材料と異なる金属材料からなるメッキ導体によって被覆されていない。これは、ケーブル１０のコスト低減に大きく寄与するとともに、内部導体１の溶融による再利用を容易化するためである。裸導線としては、例えば銅線、銅合金線、アルミニウム線等が挙げられ、内部導体１は、裸導線の単線または撚線を用いることができる。また裸導線は、中空状でも中実状であってもよい。

絶縁層２を構成する発泡層２ａは、フッ素樹脂を含む発泡体で構成されている。フッ素樹脂を含む発泡体で構成するのは、フッ素樹脂が耐熱性及び誘電特性に優れているためである。

上記フッ素樹脂としては、例えばテトラフルオロエチレン／パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン／ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）などが挙げられる。なお、上記パーフルオロアルキルビニルエーテルとしては、パーフルオロプロピルビニルエーテル又はパーフルオロメチルビニルエーテルなどを好適に使用することができる。

発泡体の発泡度は、下記式：
発泡度（％）＝１００−１００×（発泡後の比重／発泡前の比重）・・・（１）
によって求めることができる。発泡層２ａにおける発泡度は、好ましくは４０％〜６０％であり、より好ましくは４５％〜５５％である。発泡度が上記範囲内にあると、絶縁層２の低損失化と、腐食性成分量とをうまくバランスさせることができ、減衰特性の劣化をより十分に抑制することができる。

発泡体は、上記フッ素樹脂のほか、例えばポリプロピレン、ポリエチレン等、内部導体１の被覆用に一般に使用される樹脂などを含んでいてもよい。

但し、発泡体中のフッ素樹脂の含有率は、９０質量％〜１００質量％であることが、絶縁層２の低損失化及び耐熱性の点から好ましい。

絶縁層２を構成する非発泡層２ｂは、フッ素樹脂を含む非発泡体で構成されている。非発泡体は、上記（１）式で求められる発泡度が０％であるものを言う。非発泡体を構成するフッ素樹脂としては、発泡層２ａのフッ素樹脂と同様のものを用いることができる。非発泡層２ｂに含まれるフッ素樹脂は、発泡層２ａに含まれるフッ素樹脂と同一でも異なっていてもよいが、同一であると、発泡層２ａと非発泡層２ｂとの密着性が増すため好ましい。

絶縁層２を形成する方法としては次の方法を挙げることができる。１つの方法としては、内部導体１を非発泡層２ｂで被覆した後、非発泡層２ｂを発泡層２ａで被覆する方法が挙げられる。

ここで、内部導体１を非発泡層２ｂで被覆するためには、フッ素樹脂を押出機等で加熱して溶融状態とし、この溶融状態のフッ素樹脂に発泡剤を注入することなく、チューブ状に押出被覆すればよい。このとき、チューブ状のフッ素樹脂と、内部導体１との間の空間を真空引きすることが好ましい。この場合、内部導体１に対するフッ素樹脂の被覆時間を短縮できるとともに、フッ素樹脂の密着度を高めることができる。

また非発泡層２ｂを発泡層２ａで被覆するためには、フッ素樹脂を押出機等で加熱して溶融状態とし、この溶融状態のフッ素樹脂に発泡剤を注入し、チューブ状に押出被覆すればよい。ここで、発泡剤としては、プロパン等の炭化水素のほか、窒素ガスや炭酸ガス等の不活性ガスを用いることができるが、コスト等を考慮すると、不活性ガスを用いることが好ましい。なお、発泡剤をフッ素樹脂に注入する前に、予めフッ素樹脂に発泡核剤を混入させておくことが好ましい。この場合、発泡核剤を起点として発泡を促進させることができる。発泡核剤としては、窒化ホウ素、二酸化ケイ素、二酸化チタン、アルミナ等の無機物を用いることができる。これらに対しては、同じく発泡核剤として機能する分散剤として、フッ化脂肪酸金属塩などを添加しておくと、上記無機物の分散性を高めることがででき、フッ素樹脂の全体にわたって万遍無く発泡を起こさせることができる。また、このとき、チューブ状のフッ素樹脂と、非発泡層２ｂとの間の空間を真空引きすることが好ましいのは上記と同様である。

別の方法としては、発泡剤が注入されない第１押出機と、発泡剤が注入される第２押出機とに共通の１つのクロスヘッドを接続し、このクロスヘッドから、非発泡体で構成される非発泡層２ｂを第１押出機から内部導体１に押出被覆した後、発泡体で構成される発泡層２ａを第２押出機から非発泡層２ｂに押出被覆する方法である。

またさらに別の方法として、押出機でフッ素樹脂を溶融状態にし、フッ素樹脂に発泡剤を注入した後、発泡剤が注入されたフッ素樹脂を内部導体１上に押出被覆する方法である。この方法では、フッ素樹脂を内部導体１に押出被覆すると、フッ素樹脂のうち内部導体１に近い部分は冷却されて発泡が抑制された状態となり、内部導体１から遠い部分では、発泡が起こりやすい状態になる。その結果、内部導体１が非発泡層２ｂで被覆され、非発泡層２ｂが発泡層２ａで被覆された状態になる。

なお、発泡層２ａ及び非発泡層２ｂに含まれるフッ素樹脂はいずれも、１．５ｐｐｍ以下の溶出フッ化物イオン濃度を有し且つ０．５質量％未満の加熱重量変化率を有することが好ましい。この場合、上記フッ素樹脂中の腐食性成分が十分に低減されているため、内部導体１の表面を腐食しうる腐食性成分の量が大きく減少する。このため、ケーブル１０の減衰特性の劣化をより十分に抑制することができる。

ここで、「加熱重量変化率」とは、フッ素樹脂を３６０℃で１時間加熱する前後での重量変化率を言う。

「溶出フッ化物イオン濃度」とは、フッ素樹脂のペレットを、３８０℃で５分間加熱して溶融させた後、溶融物を元のペレットのサイズまで切断し、この切断したペレットを、水／エタノールを容量比で１：１に混合した混合液１０ｍｌにＯＲＩＯＮ社製ＴＩＳＡＢ（ＩＩ）を１０ｍｌ加えてなるイオン抽出液に入れ、室温（２３℃±２℃）で撹拌してから２４時間放置した後、ＯＲＩＯＮ社製のフッ素イオン電極で測定した値を言う。

なお、上記のように、１．５ｐｐｍ以下の溶出フッ化物イオン濃度を有し且つ０．５質量％未満の加熱重量変化率を有するフッ素樹脂は、市販されており、容易に入手することができる。

外部導体３は、従来より使用されている公知のものを使用することができる。例えば外部導体３は、導線や、導電シートを樹脂シートの間に挟んで構成したテープなどを絶縁層２の外周に沿って巻くことにより構成することができる。また、外部導体３は、コルゲート加工、即ち波形成形した金属管で構成することもできる。この場合には、ケーブル１０の屈曲性を向上させることができる。

シース４は、外部導体３を物理的又は化学的な損傷から保護するものであり、シース４を構成する材料としては、例えばフッ素樹脂、ポリエチレン等が挙げられるが、耐熱性及び誘電特性の観点からは、フッ素樹脂が好ましく用いられる。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、ケーブル１０が、内部導体１と、絶縁層２、外部導体３及びシース４とを備える場合について説明されているが、本発明のケーブルにおいては、外部導体及びシースは省略されてもよい。

以下、実施例及び比較例を挙げて本発明の内容をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

（実施例１〜４）
フッ素樹脂として、下記表１に示す２種類のテトラフルオロエチレン／パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）を用意した。表１中、４４０ＨＰ−Ｊ及び９４０ＨＰ−ｐｌｕｓは、フッ化物イオンの溶出や分解ガスの発生を抑制するための処理を施したものであり、４４０ＨＰ−Ｊ及び９４０ＨＰ−ｐｌｕｓは、表１に示すように溶出フッ化物イオン濃度および加熱重量変化率の点で相違するものである。

一方、導体の種類として、表１に示す裸銅線を用意した。そして、上記フッ素樹脂を、押出機に投入して３６０℃で溶融混練させた後、導体上に被覆し、導体上に厚さ７０μｍの非発泡層を形成した。なお、押出機において発泡剤は注入しなかった。

次に、上記フッ素樹脂に対し、発泡核剤である窒化ホウ素を微量を添加して発泡コンパウンドを調製した。

そして、この発泡コンパウンドを、上記押出機に投入して３６０℃で溶融混練させた後、窒素ガスを２０ＭＰａの圧力で、発泡コンパウンドに注入して溶解させた。続いて、発泡コンパウンド中に発泡セルを形成してから上記非発泡層上に被覆した。こうして非発泡層上に、表１に示す厚さを有する発泡層を形成した。こうしてケーブルを得た。

（比較例１〜４）
導体上に非発泡層を形成せず、導体上に直接発泡層を形成し、導体の種類、導体径、発泡層を構成するフッ素樹脂及び発泡層の厚さを表１に示す通りとしたこと以外は実施例１と同様にしてケーブルを得た。

実施例１〜４及び比較例１〜４で得られたケーブルについて、以下の評価を行った。

（導体の変色）
実施例１〜４及び比較例１〜４で得られたケーブルについて、加熱試験を行った。このとき、加熱試験は、ケーブルを、大気中、１０５℃で１０００時間放置することにより行った。そして、その試験後のケーブルの導体について表面を目視することによって導体の変色を評価した。結果を表１に示す。

（導体の抵抗上昇率）
上記加熱試験後のケーブルについて導体の抵抗値Ｒ１を測定し、このＲ１と、加熱試験前に測定しておいた初期抵抗値Ｒ０とを用い、下記式に従って導体抵抗の上昇率を測定した。結果を表１に示す。
導体抵抗の上昇率＝１００×〔（Ｒ１／Ｒ０）−１〕

表１に示す結果より、実施例１〜４のケーブルは、比較例１〜４のケーブルと比較して、導体として裸導線を使用しても、導体の抵抗上昇率がかなり小さく抑えられており、信号の減衰特性の劣化を十分に抑制することができることが分かった。

このことから、本発明のケーブルによれば、導体として裸導線を使用しても、信号の減衰特性の劣化を十分に抑制することができることが確認された。

本発明のケーブルの一実施形態を示す部分側面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。

符号の説明

１…内部導体（導体）、２…絶縁層、２ａ…発泡層、２ｂ…非発泡層、３…外部導体、４…シース、１０…ケーブル。

Claims (3)

1. 導体と、
   前記導体を被覆する絶縁層とを備えており、
   前記絶縁層が、
   フッ素樹脂を含む発泡体で構成される発泡層と、
   フッ素樹脂を含む非発泡体で構成される非発泡層とを有し、
   前記非発泡層が、前記発泡層と前記導体との間に配置されていること、
   を特徴とするケーブル。
2. 前記発泡体に含まれるフッ素樹脂、及び前記非発泡体に含まれるフッ素樹脂がいずれも、１．５ｐｐｍ以下の溶出フッ化物イオン濃度を有し且つ０．５質量％未満の加熱重量変化率を有すること、
   を特徴とする請求項１に記載のケーブル。
3. 前記導体が内部導体であり、
   前記絶縁層を包囲する外部導体と、前記外部導体を被覆するシースとをさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のケーブル。