JP2011228064A - 高周波同軸ケーブルの製造方法及び高周波同軸ケーブル並びに押出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】中心導体付近の発泡絶縁体に発生する「巣」をコントロールして発泡状態を均一分布とし、それによって伝送ロスを低減することができる高周波同軸ケーブルの製造方法を提供する。
【解決手段】心金４および口金５を有する押出金型から樹脂６を押出し発泡させて、中心導体２の外周に発泡絶縁体１４を形成する高周波同軸ケーブルの製造方法において、心金４の外周面に複数の突起１３を配置することで気泡７を成長させて発泡絶縁体１４を形成する方法である。
【選択図】図４

Description

本発明は、高周波伝送に用いる高周波同軸ケーブルの製造方法及び高周波同軸ケーブル並びに押出装置に関するものである。

情報通信の分野では使用する信号の伝送周波数が高くなっており、ケーブルにもＧＨｚ帯での長距離伝送が求められている。同軸ケーブルは、絶縁体を中心導体の表面に被覆して形成される絶縁コアに、外部導体及び絶縁性のシースを順次被覆して得られるものである。

同軸ケーブルの伝送ロスは使用周波数はもちろんのこと、導体の導電率、絶縁体の誘電率、誘電正接が影響する。導体は導電性の高い銅が使われているので導体損は固定であるが、誘電損は絶縁体で変化し下式の通りとなる。
（誘電損）＝９．１×ｆ×√ε×ｔａｎδ×１０^-8 （ｄＢ／ｍ）
ｆ：周波数（Ｈｚ）
ε：誘電率
δ：誘電正接

ここで、誘電率、誘電正接は絶縁体自身の特性以外にも発泡構造とすることで影響を低減できることが知られており、そのため発泡度を向上させる検討がなされている。

特開平４−１４４００７号公報 特開昭５３−２６８６６号公報 特開昭６４−７６６２２号公報

ところが発泡度が上昇すると局部的に「巣」と呼ばれる巨大気泡が発生する場合があり、これが長手方向に偏在するとインピーダンスがずれてしまい、それによってロスが増大することが知られている。また、伝送損失以外にも外形寸法の変動や機械的強度の低下などが発生し信頼性が劣る結果となる。

電線の製造プロセスとしては、中心導体の外周にポリエチレンを押出し被覆し、その後に外周を水冷などによって絶縁体を冷却し気泡の成長速度を制御するといった工程を経るものとなっている。ところが発泡絶縁体は熱伝導率が低いために冷却効率が悪く、外表面から冷却されていくので、中心付近すなわち中心導体周辺の温度が高い状態で維持されることとなり、気泡成長が制御されにくい。

そのため、「巣」の発生は中心導体周辺に集まりやすくなり、それが径方向に不均一に発生することで特性の悪化を招くこととなる。

気泡の成長を制御する手段を記載した公知例の一つとしては特許文献１がある。特許文献１では、発泡絶縁体の外周部ほど気泡径を大きくし、外周部にランダムな凹凸を形成することで外部導体との密着性を向上させようというものである。そのため、上述した中心導体付近の気泡の異常成長を制御するものではない。

また、特許文献１は、絶縁体外周の気泡径を拡大させる方法としてダイス温度をクロスヘッドの温度よりも高くする方法を開示している。そのため、これを逆の設定温度とすれば、中心導体付近の気泡径が大きくできる可能性があるが、径を揃える方法とはなっていないため、上記課題を解決できるものではない。

そこで、本発明の目的は、中心導体付近の発泡絶縁体に発生する「巣」をコントロールして発泡状態を均一分布とし、それによって伝送ロスを低減することができる高周波同軸ケーブルの製造方法及び高周波同軸ケーブル並びに押出装置を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、請求項１の発明は、心金および口金を有する押出金型から樹脂を押出し発泡させて、中心導体の外周に発泡絶縁体を形成する高周波同軸ケーブルの製造方法において、前記心金の外周面に複数の突起を配置することで気泡を成長させて前記発泡絶縁体を形成する高周波同軸ケーブルの製造方法である。

請求項２の発明は、中心導体の外周に発泡絶縁体を形成する高周波同軸ケーブルにおいて、前記発泡絶縁体中の最大径気泡の長径が、前記発泡絶縁体中の最小径気泡の長径の３．０倍以下である高周波同軸ケーブルである。

請求項３の発明は、前記発泡絶縁体の発泡度が、７６％以上である請求項２に記載の高周波同軸ケーブルである。

請求項４の発明は、心金および口金を有する押出金型からなる押出装置において、前記心金の外周面に、気泡を成長させて発泡絶縁体を形成するための複数の突起が配置されている押出装置である。

請求項５の発明は、前記突起が、８個以上形成されている請求項４に記載の押出装置である。

請求項６の発明は、前記突起の高さが、前記発泡絶縁体中の気泡の平均寸法の０．５〜２．０倍である請求項４又は５に記載の押出装置である。

本発明によれば、中心導体付近の発泡絶縁体に発生する「巣」をコントロールして発泡状態を均一分布とし、それによって伝送ロスを低減することができる。

一般的な押出ヘッドの断面図である。 図１の押出ヘッドを用いて製造された高周波同軸ケーブルの断面図である。 本発明の一実施の形態に係る高周波同軸ケーブルの断面図である。 本発明の一実施の形態に係る高周波同軸ケーブルの製造方法に用いる心金構造を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は出口部の断面図である。 本発明の心金構造の変形例を示す図である。 本発明の心金構造の変形例を示す図である。 （ａ），（ｂ）は本発明の心金構造の変形例を示す図である。

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。

図１は、一般的な押出ヘッドの心金、口金の構造を示す断面図である。

図１に示すように、高周波同軸ケーブルの絶縁コア１は、中心導体２が予熱されて（図示せず）押出ヘッド３内に導入され、心金４によって位置決めがなされ、その後に口金５との間から押出された樹脂（ポリエチレン樹脂など）６が被覆されて完成する。

樹脂６には、押出装置の中間にてガスが注入され、それが高圧で樹脂６中に溶解状態となっている。口金５から出された樹脂６は大気圧に開放され、溶解しているガスが気体となって気泡が成長する。これにより、中心導体２の外周に気泡を有する発泡絶縁体８が形成された絶縁コア１が得られる。

その後、図２に示すように、絶縁コア１の外周に外部導体９及び絶縁性のシース１０を順次被覆すると高周波同軸ケーブル１１が得られる。

ところが、中心導体２付近の発泡が不均一の場合、気泡７の合一により大きく成長した大径気泡（巣）１２が局部的、突発的に発生する。このときの気泡径について、前記大径気泡のうち最大径気泡の長径と最小径気泡の長径の比が３．０を超えると高周波同軸ケーブルを製造したときの特性インピーダンスが１Ω以上ずれてしまい、伝送ロスが増えてしまう。上述の比が２．５程度のときにはずれ量は０．７Ω程度となるが余裕は少ない。実用的には０．５Ω程度のずれにとどめる必要があるが、そのときの比は２．０以下となる。

そこで、本発明では、図３に示すように、中心導体２付近の気泡７を積極的に発生成長させて大きくし、突発的な大径気泡１２ではなく定常的に大径気泡１２となるようにして、高周波同軸ケーブル１６を製造する。

すなわち、本実施の形態に係る高周波同軸ケーブルの製造方法では、図４（ａ），（ｂ）に示すように、心金４の出口部外周面に複数の円錐形の突起１３を配置した押出装置を用い、気泡７を積極的に成長させて、中心導体２付近に定常的な大径気泡１２を有する発泡絶縁体１４を形成するようにした。

上述したように、口金５から出された樹脂６は大気圧に開放され、溶解しているガスが気体となって現れることになるが、この気泡７の発生成長は、熱力学的な不安定さがその駆動エネルギーとなる。

例えば、押出の際の大気圧と圧力差、温度、撹拌などが主な要因であり、この中の圧力差、温度については飽和溶解状態となったガスが気体となって現れるものである。撹拌は、炭酸水を揺動することで発泡する現象からも理解されるもので、本発明は突起１３によってその撹拌を起こしているものである。

心金４の外周面に突起１３を設置した理由は、中心導体２の表面付近に気泡７を位置させるためである。また、心金４の外周面に沿って突起１３を配置した理由は、中心導体２の周囲に均一に気泡７を成長させるためである。

突起１３の寸法は、最終的に形成する気泡７，１２の平均寸法の０．５〜２．０倍が望ましい。これは種々実験をした結果、気泡径は突起寸法相当となる傾向にあることが明確となったためである。配置する突起１３の数は、最小でも８個程度が望ましく、それ以上あれば概ね平均的な気泡分布となる。

さらに、図５，６に示すように、この突起１３を中心導体２の走行方向に２〜３重に施すことで、気泡数が増大して相対的に気泡径が小さくなり、それによってより安定な気泡径分布となる。

このような工法で製造した高周波同軸ケーブル１６は、中心導体２付近の気泡径が大きく成長するが、突起１３の加工条件を選択すれば、良好な特性の高周波同軸ケーブル１６を得ることができる。

ここで発泡絶縁体の発泡度が７３％以下であれば、気泡７が成長してもそれぞれが独立して存在できるので、巣が発生することはまれである。しかし、同一球径で充填したときの到達発泡度は７４％であることが理論的に証明されている（金属原子を球と見立てて充填したときの原子の球体の空間占有率であって、最も密に充填される結晶構造（最密充填構造）のときの空間占有率が７４％である）。すなわち、７４％を超える領域では気泡７の合一による巣の発生が必ず発生する。そのため、本実施の形態に係る高周波同軸ケーブルの製造方法は、特に発泡度７６％以上で効果が発揮される。

以上説明したように、本実施の形態に係る高周波同軸ケーブルの製造方法では、気泡７は大きく成長するものの、中心導体２の周囲に均一に分布する。つまり、中心導体２付近の発泡絶縁体１４に発生する「巣」をコントロールして発泡状態を均一分布とし、それによって本方法を用いて製造された高周波同軸ケーブル１６の伝送ロスを低減することができる。

従って、高周波伝送に適用する高発泡同軸ケーブルを、安定して製造できるようになる。

なお、本実施の形態においては、突起１３を円錐形としたが、図７（ａ）に示すように円筒形（或いは直方体）の突起１７としてもよいし、図７（ｂ）に示すように、凹加工を施して凹部１５を形成してもよい。これは樹脂６の流れを乱して、撹拌する効果を有するものであればよい。凹加工により凹部１５を形成する場合には加工が容易で、低コストにできる利点がある。

本発明の具体的な実施例と比較例を表１に示す。

（比較例１）
樹脂としては、高密度品と低密度品を配合したポリエチレン材料を使用し、これを押出装置にて溶融混練し、窒素ガスを注入した後に押出ヘッドから発泡体を押出す手順とした。

適用した中心導体は直径９．０ｍｍの無酸素銅（ＯＦＣ）で、発泡絶縁体の外径は２３ｍｍ程度である。押出温度１７０℃、ガス圧（樹脂圧との差圧）２５ＭＰａとして押出しを実施すると、発泡体の平均気泡径（最終気泡径）はほぼ３００〜７００μｍとなった。

このプロセス条件では、発泡度７３％までが巣が無く良好な発泡体が形成されるが、それ以上の領域では、中心導体周辺の一部に巣が発生した。例えば、発泡度を７７％としたときの、中心導体付近の気泡径比（最大径／最小径）は３．０となった。このときの特性インピーダンスのずれは１．２Ωとなり伝送ロスは大きくなってしまった。

（実施例１〜５）
これに対して、突起形状を円筒とし、高さ、直径を最終的に予定している気泡径と同等として数を変えてみたところ、突起数の増大に伴って気泡径比が小さくなり、８個のときに気泡径比は２．０を下回った。しかし、突起数が１０個以上では大きな改善効果は見られなかった。

（実施例６〜１１）
突起高さ比（突起高さ／最終気泡径）を変えてみたところ、突起高さ比が大きくなるにしたがって気泡径比も減少し、１．０以上のときに気泡径比は２．０を下回った。しかし、突起高さ比２．０以上では気泡径比は変わらなかった。

（実施例１２〜２５）
次に、突起を８個、突起配置を多重とした。３重にするところまでは気泡径比が減少する傾向が見られたが、それ以上では大きな効果はなかった。

これは、突起を多重化することで気泡の数が増大し、相対的に気泡径が小さくなったためである。また、突起をそれ以上多重化しても気泡径比は向上せず、３重化程度が限界であった。

なお、上述の最大径、最小径、最終気泡径は、発泡体の断面（横断面）を露出させて取り込んだ画像を基に面積を算出し、各気泡の面積に相当する円の径から求めることができる。

なお、上述の気泡径は次の方法から求められる。

発泡絶縁体断面の画像をまず取り込み、気泡の輪郭を抽出する。このときの画像処理の対象とする領域は導体直上から導体の１．２倍の直径内にある絶縁体の領域である。

上記抽出された画像から各気泡の長径が求められ、それによって最大気泡径の長径と、最小気泡径の長径を得ることができる。

最終気泡径は抽出された画像から気泡面積を求め、その面積から平均的な径を計算することによって得る。

２ 中心導体
４ 心金
５ 口金
６ 樹脂
７ 気泡
１３ 突起
１４ 発泡絶縁体
１６ 高周波同軸ケーブル

Claims (6)

1. 心金および口金を有する押出金型から樹脂を押出し発泡させて、中心導体の外周に発泡絶縁体を形成する高周波同軸ケーブルの製造方法において、前記心金の外周面に複数の突起を配置することで気泡を成長させて前記発泡絶縁体を形成することを特徴とする高周波同軸ケーブルの製造方法。
2. 中心導体の外周に発泡絶縁体を形成する高周波同軸ケーブルにおいて、前記発泡絶縁体中の最大径気泡の長径が、前記発泡絶縁体中の最小径気泡の長径の３．０倍以下であることを特徴とする高周波同軸ケーブル。
3. 前記発泡絶縁体の発泡度が、７６％以上である請求項２に記載の高周波同軸ケーブル。
4. 心金および口金を有する押出金型からなる押出装置において、前記心金の外周面に、気泡を成長させて発泡絶縁体を形成するための複数の突起が配置されていることを特徴とする押出装置。
5. 前記突起が、８個以上形成されている請求項４に記載の押出装置。
6. 前記突起の高さが、前記発泡絶縁体中の気泡の平均寸法の０．５〜２．０倍である請求項４又は５に記載の押出装置。

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