JP2010198973A - 同軸ケーブルとその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】絶縁体に発泡絶縁体を用いることなく、所定の電気特性と機械的特性が確保できると共に、コスト高とならない細径の同軸ケーブルとその製造方法を提供する。
【解決手段】中心導体２、絶縁体３、外部導体４、外被５からなる細径の同軸ケーブルであって、中心導体２の断面積が０.００５ｍｍ^２以下で３本撚りの撚線からなり、中心導体２と絶縁体３との密着力が中心導体２の破断強度の１／３以下であることを特徴とする。また、前記の中心導体２の撚りピッチは、撚線外径の１１〜１６倍とする。さらに前記の中心導体２は、銀の含有率が０.５重量％以上２.２重量％以下である銀銅合金で形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、中心導体、絶縁体、外部導体、外被からなる細径の同軸ケーブルとその製造方法に関する。

小型の通信機器、電子機器、医療機器等に用いられる同軸ケーブルは、通常、ケーブル外径が０.５ｍｍ以下の細径で形成され、さらなる細径化が求められている。この細径化の要求に対して、中心導体の線径や絶縁体の被覆厚さ等が小さくされるが、信頼性の確保の点から、機械的な強度や耐屈曲性についても改善が求められている。
また、近年の伝送信号の高速化に伴い、信号減衰の少ない同軸ケーブルが要求されている。信号減衰を少なくするには、中心導体を囲む絶縁体の誘電率を小さくすることが必要とされる。

細径の同軸ケーブルにおいて、例えば、特許文献１には、中心導体の素線導体に銀を１〜３重量％を含有し、残部が銅の銅合金線を用いた同軸ケーブルが開示されている。また、この同軸ケーブルの中心導体は、素線導体径が０.０１０ｍｍ〜０.０２５ｍｍの素線導体を７本撚りして、引張強さが８５０ＭＰａ以上、その導電率８５％以上とし、絶縁体の厚さは０.０７ｍｍ以下とする技術が開示されている。また、特許文献２には、上記の構成で、絶縁体に発泡絶縁体を用いる技術が開示されている。

また、特許文献３には、同軸ケーブルの中心導体を囲う絶縁体を、無発泡の充実層で形成するとともに、中心導体の表面と絶縁体との間に空隙を設けることにより、電気特性と機械的特性を改善することが開示されている。なお、中心導体の表面と絶縁体との間に空隙を設ける方法として、中心導体に螺旋状の凹凸を設けることが記載され、具体的には、２本あるいは３本の素線導体を撚り合わせた撚線を、さらに２本あるいは３本撚り合わせた２重撚線で形成することも開示されている。

特開２００７−１７２９２８号公報 特開２００７−１６９６８７号公報 特開２００７−２４２２６４号公報

細径の同軸ケーブルで、一層の信号伝送速度の高速化、細径化、耐屈曲性に加えて低コスト化についても要望されている。これらの要望に対して、特許文献１では、径の細い導線（素線）を撚り合わせた中心導体（撚線）を用い、これによる引張強度や導電率の低下を抑えるために、銀の含有量や熱処理を適正にすることを提示している。しかし、中心導体の素線の径を細径とすることは加工費が増加し、コスト高となると共に、伝送信号の減衰率が増加するという問題がある。

また、特許文献２に開示のように、絶縁体に発泡絶縁体を用いることにより絶縁体の厚さを薄くして細径化を図り、かつ、所定値以上の静電容量を確保することを提示している。しかし、中心導体を囲う絶縁体を発泡絶縁体で形成すると、上記の特許文献３おいても開示のように、電気特性にバラツキが生じやすい、細径化が難しい、生産性が悪くコストが高くなる等の問題がある。

このため、特許文献３では、中心導体に凹凸を持たせて絶縁体との間に空隙を有するようにして、絶縁体を無発泡としている。しかしながら、この特許文献３の中心導体は、１対の素線導体を撚った対撚線を、さらに複数本撚って２重撚線で形成している。また、比較例として１対の素線導体を撚った対撚線を中心導体とすることについても開示されているが、十分な空隙を得ることができず、２重撚線では撚り加工を２回かけるためコスト高であるという問題がある。

本発明は、上述した実情に鑑みてなされたもので、絶縁体に発泡絶縁体を用いることなく、所定の電気特性と機械的特性が確保できるとともに、コスト高とならない細径の同軸ケーブルとその製造方法の提供を目的とする。

本発明による同軸ケーブルは、中心導体、絶縁体、外部導体、外被からなる細径の同軸ケーブルであって、中心導体の断面積が０.００５ｍｍ^２以下で３本撚りの撚線からなり、中心導体と絶縁体との密着力が中心導体の破断強度の１／３以下であることを特徴とする。また、前記の中心導体の撚りピッチは、撚線外径の１１〜１６倍とするのが好ましい。さらに前記の中心導体は、銀の含有率が０.５重量％以上２.２重量％以下である銀銅合金で形成するのが好ましい。

また、本発明による同軸ケーブルの製造方法は、中心導体、絶縁体、外部導体、外被からなる細径の同軸ケーブルの製造方法であって、中心導体を３本撚りの撚線で製造してその断面積を０.００５ｍｍ^２以下とし、メルトフローレイト（ＭＦＲ）が４０ｇ／１０分以下のフッ素樹脂を押出して絶縁体とし、中心導体と絶縁体との密着力を中心導体の破断強度の１／３以下とすることを特徴とする。

本発明によれば、発泡絶縁体を用いなくても、従来と同程度の電気的特性と機械的特性を得ることができると共に、生産性を向上させて、低コスト化を図ることが可能となる。

本発明による細径の同軸ケーブルの概略を説明する図である。 中心導体と絶縁体との密着力を測定する方法を説明する図である。 本発明による同軸ケーブルを、中心導体が７本撚線で同程度の断面積を有する同軸ケーブルと比較した結果を示す図である。

図により本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明による細径の同軸ケーブルの一例を示す図で、図中、１は同軸ケーブル、２は中心導体、３は絶縁体、４は外部導体、５は外被を示す。

同軸ケーブル１は、図１に示すように、中心導体２の外側を誘電率の小さい絶縁体３で囲い、その外側に外部導体４を横巻きで形成し、外部導体４の外面を外被５（ジャケットとも言う）で被覆して構成される。細径（極細ともいう）の同軸ケーブルは、通常、ケーブル外径を細径するために、その中心導体径および絶縁体外径が細径化されている。なお、中心導体２と絶縁体３との間には、通常わずかな空隙６が生じる。

中心導体２は、例えば、ＡＷＧ（American Wire Gauge ）で＃４０相当以上の細径の撚線（中心導体の断面積にして０.００５ｍｍ^２以下、従来は７本撚り）が用いられている。また、絶縁体３に厚さ０.０６ｍｍ程度のフッ素樹脂を押出し成形あるいは樹脂テープを巻付けて形成している。また、外部導体４は、中心導体２に用いた素線導体と同程度の太さの導体を横巻きで巻付け、その外面を厚さ０.０３ｍｍ程度で押出し成形あるいは樹脂テープの巻付けで外被５を形成し、例えば、外径０.３ｍｍ前後の細径の同軸ケーブルとしている。なお、細径の同軸ケーブルは、複数本を平行一列に並べてまたは丸ケーブル状に束ねて多芯ケーブルとして構成されることが多い。

本発明では、上述の同軸ケーブルの中心導体２の断面積を変えずに、また、絶縁体３の誘電率を下げるのに発泡絶縁体とすることなく、中心導体２と外部導体４との間の誘電率（静電容量）を小さくして信号の減衰を少なくし、伝送性能を向上させることにある。このため、特許文献３で開示のように、中心導体２と絶縁体３との間に生じる空隙６の断面積を大きくする方法を用いて、中心導体２と外部導体４間の静電容量を低減し、電気特性の改善を図っている。

中心導体２と絶縁体３との間の空隙容積を拡大する方法としては、中心導体２の断面積を変えずに撚線の素線導体数を７本から３本とする。撚線の素線導体数が２本では、撚り状態が安定せず、長さ方向で均一な電気特性が得られず、外観を良好とすることも難しい。また、４本〜６本では、電気特性の改善に寄与する十分な空隙を得ることが難しい。

撚線の素線導体数を７本から３本とすることにより、中心導体２の外面に安定した撚り形状の凹凸断面が形成され、電気特性の改善に寄与するに十分な空隙６を得ることができる。また、中心導体２の断面積を変えずに、素線導体数を少なくする場合、撚線の素線導体を太径にすることができる。単位重量当たりの線材を得るのに、線材の導体径が小さければ小さいほど細径化のための加工コストがかかる。したがって、中心導体２の断面積を同じにして、その素線導体径を太径にすることは、コスト的に有利になる。

本発明では、さらに中心導体２と絶縁体３の密着力が中心導体２の破断強度の１／３以下であることを特徴とする。ここで中心導体２と絶縁体３の密着力は、図２（Ａ）に示すようにして測定することができる。
（１）同軸ケーブル１の外被５と外部導体４を除去して絶縁体３を５０ｍｍ剥き出す。
（２）露出された絶縁体３のうち４０ｍｍを除去して中心導体を４０ｍｍ剥き出す。そして、中心導体２の先端から５０ｍｍの位置で絶縁体３と中心導体２を同軸ケーブル１から切り離す。絶縁体３は１０ｍｍ剥き出しになる。
（３）中心導体２の径よりも大きくかつ絶縁体３の径よりも小さな径の穴のダイス１０を用意する。このダイス１０に中心導体２を通す。

次に、中心導体２をクランプ部材１１で把持し、ダイス１０をクランプ部材１２で把持し、ダイス１０は移動しないように固定し、中心導体２が絶縁体３から引き抜かれるように中心導体２を１００ｍｍ／分の速度で１０ｍｍ引っ張る。このとき、中心導体２を引き抜く力（Ｎ）を測定し、その平均値（Ｎ）を密着力とする。
中心導体２の破断強度は、同じ材質の導体を使用しても断面積により値が異なるが、例えば、中心導体２の破断強度が２.２６Ｎの場合、本発明の同軸ケーブルでは、中心導体２と絶縁体３との密着力が０.７５Ｎ以下とされる。

中心導体２と絶縁体３との密着力が大きいということは、図２（Ｂ）に示すように、絶縁体３が鎖線で示す円形状から中心導体２の隙間に落ち込んでいるということである。中心導体２と絶縁体３との間の空隙６が小さくなるので、静電容量が大きくなり電気特性が悪くなる。そして、この同軸ケーブルを曲げたときには中心導体２が絶縁体３に締め付けられる力が強いので繰り返しの曲げにより破断し易く機械特性（耐屈曲性）も悪くなる。本発明は、中心導体２を３本撚りとした場合に、中心導体２と絶縁体３との密着力が中心導体２の破断強度の１／３以下とすることにより、従来の７本撚りの中心導体と同等の電気特性と機械特性を有しかつ製造性がよくコストがかからないという効果を奏するものである。

上記の中心導体２と絶縁体３との密着力は、製造線速と絶縁体の成形ダイスから冷却水までの距離によって調整することができる。押出し成形された絶縁体３の冷却が遅くなると絶縁体３が中心導体２の隙間に落ち込み、早くに冷却すると絶縁体が中心導体２の隙間に落ち込む前にその形状を安定させることができる。例えば、製造線速を１００ｍ／分とした場合、成形ダイスから冷却水までの距離を３ｍ以下とすることにより、上記の密着力を中心導体２の破断強度の１／３以下とすることができる。一方、製造線速を１００ｍ／分で成形ダイスから冷却水までの距離を５ｍ程度とすると、上記の密着力が中心導体２の破断強度の１／３超となる。なお、成形ダイスから冷却水までの距離を３ｍ〜５ｍの間とすると、上記の密着力が中心導体２の破断強度の１／３以下となったり、ならなかったりして不確定である。

本発明においては、中心導体２の３本撚線の撚りピッチを、３本撚線外径の１１〜１６倍とするのが好ましい。この範囲の撚りピッチであれば、耐屈曲性を特に良好とすることができる。また、同軸ケーブルの端末加工（コネクタ付けなど）の場合に絶縁体３を除去して中心導体２を露出する際に、中心導体２がばらけることもなく加工性が良好となる。

また、本発明において、中心導体２として３本撚線で形成すると共に、その素線導体は銀の含有率が０.５〜２.２％の銀銅合金線を用いることが好ましい。この銀銅合金線を用いることにより中心導体２の引張強さを９００ＭＰａ以上、導電率を７０〜８５％と特に良好な範囲とすることができる。中心導体が３本撚りの場合も７本撚りの場合も、中心導体２の銀の含有率が０.５％未満では耐屈曲性がやや低下し、銀の含有率が３.０％を超えると信号の減衰率がやや低下する。

絶縁体３としては、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン−フルオロアルキルビニルエーテル共重合体）やＦＥＰ（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）等のフッ素系樹脂材の押出成型で形成される。この押出成型されるフッ素樹脂材は、その流動性を示すメルトフローレイト（ＭＦＲ：Melt Flow Rate）が４０ｇ／１０分以上のものを使用し、引き落とし率を大きくして、薄肉の絶縁体とすることが好ましい。本発明では、中心導体を７本撚りとする場合よりも絶縁体は薄肉とする必要があるので、そのためにはＭＦＲが４０ｇ／１０分以上のフッ素樹脂を使用するのが有効である。

外部導体４は、軟銅線、銅合金線など通常使用される導体を使用することがきる。中心導体２に用いた素線導体と同じ導体を用い、絶縁体３の外面に横巻きで形成することもできる。ただ、本発明では、中心導体２を３本撚線で形成しているので、その素線導体の線径が多少太径となっている。したがって、中心導体と同じ線径の素線導体を用いると、ケーブル外径が大きくなるので、中心導体２の素線導体径より多少細径のものを用いるようにしてもよい。
外被５は、上述したＰＦＡ、ＦＥＰ等のフッ素樹脂材を押出成形で形成することができる。外被５に使用するフッ素樹脂材もＭＦＲが４０ｇ／１０分以上のものが好ましい。また、この他に、ポリエステルテープやポリオレフィンテープ等を巻付けて形成するようにしてもよい。

図３は、本発明による同軸ケーブルを、７本撚線からなる中心導体と同程度の断面積を有する同軸ケーブルと比較した結果を示す図である。

中心導体がＡＷＧ＃４２相当の本発明による３本撚線の場合、中心導体断面積（外径０.０４ｍｍ×３本）は、０.００３７７ｍｍ^２となる。この場合、本発明では、中心導体が内接する絶縁体内の円の直径（撚線外径）が０.０８６ｍｍ、絶縁体の外径を０.１８ｍｍとなるように押出成形で引き落とし形成する。この絶縁体の外側に外部導体として外径０.０３ｍｍの錫メッキ軟銅線を横巻きし、その外面をＰＦＡを被覆厚さ０.０３ｍｍで覆うと、外径０.３０ｍｍ程度の細径の同軸ケーブルが得られる。

中心導体と絶縁体との間の空隙断面積は、引き落とし率、樹脂の押出し圧力、成形ダイスのニップル先端位置を調整することにより、０.００２ｍｍ^２が得られたとする。この場合、ケーブル長さ１ｍ当たりの空隙容積が、撚り倍率（＝撚りピッチ／撚線外径）が１１倍の場合は、１.９３６ｍｍ^３で、撚り倍率が１６倍のときで１.９５４ｍｍ^３となる。撚り倍率が１１倍（実施例１）のとき、絶縁体の容積に対する前記空隙の容積の割合は３３.３％となる。撚り倍率が１６倍（実施例２）のときは、絶縁体の容積に対する前記空隙の容積の割合が３３.６％となる。なお、撚り倍率を１１倍（実施例１）とした中心導体の素線導体には、銀の含有率が０.５％〜２.５％のものを用いた。

実施例１と実施例２の違いは、中心導体の撚りピッチである。実施例１では中心導体の撚りピッチを中心導体の径の１１倍とし、それを実施例２では１６倍とした。
また、実施例１，２は、いずれも中心導体の破断強度が３.３９Ｎであるものとし、中心導体と絶縁体との密着力はその１／３（１.１３Ｎ）以下とした。
比較例では、中心導体と絶縁体との密着力を中心導体の破断強度の１／３よりも大きなものとした。

一方、７本撚線の場合（参考例）は、導体断面積（外径０.０２５ｍｍ×７本）は、０.００３４４ｍｍ^２となる。この場合、中心導体が内接する絶縁体内の円の直径（撚線外径）が０.０７５ｍｍ、絶縁体外径０.１８ｍｍとなるように同様に押出成形で形成し、絶縁体の外側に外部導体として外径０.０３ｍｍの錫メッキ軟銅線を横巻きし、その外面をＰＦＡを被覆厚さ０.０３ｍｍで覆うと、外径０.３０ｍｍ程度のの細径の同軸ケーブルを得られる。

参考例の中心導体と絶縁体との間の空隙断面積は、引き落とし率、樹脂の押出し圧力、成形ダイスのニップル先端位置等を調整することにより、０.０００８ｍｍ^２が得られた。この７本撚線の中心導体の素線導体には、銀の含有率が０.５％〜２.５％の範囲内のものを用いた。

機械特性（耐屈曲性）、電気特性（減衰量および静電容量）、加工性について各例を評価した。機械特性は曲げ半径１ｍｍとして同軸ケーブルを直線状に伸ばした状態から±９０°屈曲させることを繰り返し、中心導体が断線するまでの回数を測定した。その回数が１２，０００回から２０，０００回の間であれば可、２０，０００回以上であれば良と評価した。

減衰量は１０ＭＨｚの信号の減衰量を測定した。減衰量が０.６ｄＢ／ｍ以下であれば良、０.６ｄＢを超え１.０ｄＢ以下を可と評価した。
静電容量は、測定する同軸ケーブルに１ＫＨｚの交流電圧を掛けてＬＣＲメータを用いて測定した。静電容量が１１０ｐＦ／ｍ以下のものを良、１１０ｐＦ／ｍを超え１２０ｐＦ／ｍのものを可と評価した。
加工性は、同軸ケーブルの端末部分で外被、外部導体を除去した後さらに絶縁体を１０ｍｍ除去して中心導体を露出するときの中心導体のばらけによる不良率を測定した。不良率が５％以下を良、５％を超え１０％以下を可と評価した。

各評価の結果、実施例１、実施例２、参考例のいずれの同軸ケーブルにおいても、機械特性、電気特性、加工性とも良となった。すなわち、中心導体を３本撚線で形成し、中心導体と絶縁体との密着力を中心導体の破断強度の１／３以下とすることにより、７本撚線と同等の電気的特性と機械的特性を備える細径の同軸ケーブルを得ることができる。この場合、３本撚線の中心導体からなる同軸ケーブルは、中心導体に素線導体径が太径のものを用いることができるので、コスト的に安価となる。

一方、比較例では機械特性、静電容量、加工性が可となり、中心導体を３本撚りとするときに中心導体と絶縁体との密着力が中心導体の破断強度の１／３より大きいと、中心導体を７本撚りとする場合よりも機械特性、電気特性、加工性が悪くなる結果となった。この理由は以下のように考えられる。３本撚りで中心導体と絶縁体との密着力が中心導体の破断強度の１／３より大きいということは、絶縁体が中心導体の撚りの隙間にやや落ち込んでいるということであるが、そうなると同軸ケーブルを屈曲させるための力が大きくなる。その分、導体に負荷がかかり断線し易くなると考えられる。また、中心導体と絶縁体との隙間が小さくなるので静電容量が大きくなると考えられる。そして、密着力が大きいと、絶縁体を剥いで中心導体を露出させるときに中心導体に掛かる力が大きくなり、中心導体がばらけ易くなるため不良率が大きくなると考えられる。

中心導体を３本撚りとする場合、中心導体の撚りピッチが撚線外径の１１倍以上であると機械特性および静電容量が良となる。撚りピッチを１０.８倍とした場合、機械特性が可、静電容量が可となった。また、中心導体の撚りピッチが撚線外径の１６倍以下であると加工性が良となる。撚りピッチを１６.２倍とした場合、中心導体がばらけ易く加工性が可となった。しかし、中心導体を７本撚りとしても、撚りピッチが１１倍よりも小さい場合、１６倍より大きい場合とも中心導体を３本撚りとする場合と同様な結果となった。逆にいうと、中心導体を３本撚りとする場合、中心導体と絶縁体との密着力が前記中心導体の破断強度の１／３以下であれば、中心導体の撚りピッチによらず中心導体を７本撚りとする場合と同等の機械特性、電気特性、加工性とすることができる。

中心導体の銀濃度が機械特性または減衰量に影響する。銀濃度が０.５％以上２.５％以下であれば、機械特性および減衰量とも良となった。中心導体の銀濃度を０.２％とすると機械特性が可となり、３.０％とすると減衰量が可となった。これは中心導体が３本撚り、７本撚りいずれも同様であった。つまり、中心導体を３本撚りとする場合、中心導体と絶縁体との密着力が前記中心導体の破断強度の１／３以下であれば、中心導体の銀濃度によらず中心導体を７本撚りとする場合と同等の機械特性、電気特性、加工性とすることができる。

上述の例では、ＡＷＧ４２の細径同軸ケーブルについて評価したが、ＡＷＧ４０より細い（中心導体の断面積にして０.００５ｍｍ^２以下）同軸ケーブルにおいて、中心導体と絶縁体との密着力が絶縁体の落ち込みを示すことには相似の関係があると考えられる。したがって、ＡＷＧ４０より細い同軸ケーブルにおいて同様の評価結果となるものと考えられる。

１…同軸ケーブル、２…中心導体、３…絶縁体、４…外部導体、５…外被、６…空隙。

Claims (4)

1. 中心導体、絶縁体、外部導体、外被からなる細径の同軸ケーブルであって、前記中心導体の断面積が０.００５ｍｍ^２以下で３本撚りの撚線からなり、前記中心導体と前記絶縁体との密着力が前記中心導体の破断強度の１／３以下であることを特徴とする同軸ケーブル。
2. 前記中心導体の撚りピッチが、撚線外径の１１〜１６倍であることを特徴とする請求項１に記載の同軸ケーブル。
3. 前記中心導体は、銀の含有率が０.５重量％以上２.２重量％以下である銀銅合金であることを特徴とする請求項１または２に記載の同軸ケーブル。
4. 中心導体、絶縁体、外部導体、外被からなる細径の同軸ケーブルの製造方法であって、前記中心導体を３本撚りの撚線で製造してその断面積を０.００５ｍｍ^２以下とし、メルトフローレイトが４０ｇ／１０分以下のフッ素樹脂を押出して前記絶縁体とし、前記中心導体と前記絶縁体との密着力を前記中心導体の破断強度の１／３以下とすることを特徴とする同軸ケーブルの製造方法。

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