JP2012503842A - 同軸ケーブルのための熱質量補償型誘電発泡支持構造および製造方法 - Google Patents

Abstract

【解決手段】 内部導体およびまたは内部導体支持構造などの同軸ケーブル用の熱質量補償型発泡支持構造。発泡支持構造は粘着性固体あるいは高密度発泡高分子または混合層を備え、それにより、発泡誘電体が硬化するにつれて発泡誘電体中に許容できないほど大きいボイドを形成することなく、発泡体が粘着性固体あるいは高密度発泡高分子または混合層を取り囲むことができるように支持構造の熱質量が十分に高められる。
【選択図】 図９

Description

同軸ケーブルの細線内部導体またはプラスチックロッド内部導体の支持体などの誘電発泡体（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｏａｍ）を伴う低い熱質量（ｔｈｅｒｍａｌ ｍａｓｓ）を有する支持構造をコーティングする従来の試みは、支持構造の近傍に適用される誘電発泡体中の許容できないほど多数の長手方向ボイド（空所）に悩まされてきた。

例えば図１に示されるような細線内部導体１０の周囲にボイド５を伴う従来技術の同軸ケーブルは、正確な内部導体位置が変化し得るため、相互接続を成すことが難しい。また、内部導体１０が発泡誘電体１５によって十分に支持されるケーブルとは異なり、相互接続中に内部導体１０に作用する任意の圧力によって、内部導体が曲がってボイド５中へ崩れ込んでケーブル端から離れる場合がある。

参照することにより全体が本願に組み入れられる２００４年１０月５日に発行された“Ｃｏａｘｉａｌ Ｃａｂｌｅ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｍａｋｉｎｇ Ｓａｍｅ”と題されるＭｏｅらによる共有の米国特許第６，８００，８０９号（特許文献１）は、その周囲に発泡誘電体層を伴う円筒状のプラスチックロッド支持構造を備える円筒状フィラー・支持構造の周囲に金属ストリップを適用することにより内部導体が形成される同軸ケーブル構造を開示する。結果として生じる内部導体構造は、固体金属内部導体を利用する同軸ケーブルと比べると、材料コストおよび重量のかなりの節約をもたらす。

同軸ケーブル業界内での競争は、材料コストおよび製造コストの低減、電気特性の均一性、欠陥減少、および、全体の改善された製造品質制御に焦点を絞ってきた。

米国特許第６，８００，８０９号

したがって、本発明の目的は、そのような従来技術の欠陥を克服する同軸ケーブルおよび製造方法を提供することである。

この明細書中に組み入れられてこの明細書の一部を構成する添付図面は本発明の実施形態を示しており、また、先に与えられた本発明の一般的な説明と共に、以下に与えられる実施形態の詳細な説明は、本発明の原理を明らかにするのに役立つ。

従来技術の極細中心導体同軸ケーブルの概略端面図である。 本発明に係る極細中心導体同軸ケーブルの概略端面図である。 概略的な製造プロセス図である。 図３の冷却領域５０の拡大図である。 プラスチックロッドを利用する従来技術の支持構造の概略端面図である。 本発明に係る支持構造の概略端面図である。 図６の支持構造を組み込む内部導体構造の概略端面図である。 本発明に係る低熱質量内部導体構造を有する典型的な同軸ケーブルの概略端面図である。 本発明に係る低熱質量内部導体構造を有する別の典型的な同軸ケーブルの概略図である。

低熱質量を有する内部導体または他の支持構造の周囲に適用される誘電発泡体を含む同軸ケーブルの連続生産製造は、内部構造に隣接する誘電発泡体中に現れる許容できないほど多くの数の長手方向ボイド、または、支持要素のサイズ、したがって熱質量を増大させるなどの余儀なくされる設計変更を既に含んでいる。本発明者（ら）は、これらのボイドが出現する理由を認識した。

高インピーダンスケーブルの発泡誘電体の面積は、他の同様の低インピーダンスケーブルの面積よりも大きい。発泡誘電体拡張ステップ中、発泡誘電体は、外周を流れる冷却クエンチ（ｃｏｏｌｉｎｇ ｑｕｅｎｃｈ）よりはむしろケーブルの中心へと向かう誘電発泡体の硬化を手助けするべく内部導体の熱質量に依存する。拡張されていないプラスチックの従来の薄い接着コーティングが内部導体の周囲に存在する場合であっても、誘電発泡体からの熱伝達を受けるために、すなわち、発泡誘電体が拡張されるにつれて発泡誘電体のコアを冷却するために不十分な内部導体熱質量（ｉｎｎｅｒ ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｔｈｅｒｍａｌ ｍａｓｓ）が存在すれば、発泡誘電体が内部導体から引き離され、それにより、内部導体の周囲にボイドが形成される。同様に、米国特許第６，８００，８０９号の内部導体支持構造は、十分な熱質量を与えて、許容できないほど大きいボイドを伴うことなく均一な発泡誘電体層を得るため過度なサイズの直径を有する。

本発明者の研究は、固体あるいは高密度発泡高分子または混合物などの接着樹脂の厚い外層を発泡誘電体支持構造の周囲に適用すると、熱質量が増大するとともに、更なる製造ステップ中に、組み合わされた支持構造と誘電発泡体との組み合わせ機械特性が向上することを検証してきた。熱質量の増大およびコーティングされた支持構造の機械特性の向上は、特性インピーダンスの均一性および使い易さがかなり向上する細線内部導体同軸ケーブルをもたらす。

図２に示されるように、本発明の第１の典型的な実施形態は細線内部導体１０を有し、細線内部導体１０は、内部導体１０の直径の少なくとも３０％の厚さを有する例えばポリオレフィン接着樹脂コーティングまたは他の固体あるいは高密度発泡高分子または混合層２０によって取り囲まれる。図２に示される第１の典型的な実施形態の内部導体１０は、０．０２インチの内部導体１０の直径を有する。したがって、本発明に係る固体あるいは高密度発泡高分子または混合層２０は少なくとも０．００６インチ厚でなければならない。この実施形態では、固体あるいは高密度発泡高分子または混合層２０が内部導体１０に適用された後、結果として生じるコーティング済み内部導体２５が少なくとも０．０３２インチの全外径を有する。

固体あるいは高密度発泡高分子または混合層２０は発泡誘電体１５によって取り囲まれ、発泡誘電体１５は外部導体３０によって取り囲まれる。典型的な実施形態において、発泡誘電体１５および固体あるいは高密度発泡高分子または混合層２０は、適合する分子特性を有するように選択されるポリオレフィン樹脂である。また、固体あるいは高密度発泡高分子または混合層２０は、適切な粘着性を内部導体１０に与え且つ許容できる信号損失特性（ｓｉｇｎａｌ ｌｏｓｓ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ）を与えるように選択されてもよい。

第１の実施形態の細線内部導体１０は、引っ張り強さを高めるためにスチールコアを有してもよい。スチールコアを腐食から保護して伝導率を高めるために、銅または他の高伝導金属電気めっきがスチールコアに適用されてもよい。内部導体に対する半田付け接続を簡略化するために、スズの外部層が適用されてもよい。

外部導体３０は、要望通りに、波状部を伴うあるいは伴わない固体アルミニウムまたは銅材料であってもよい。あるいは、箔およびまたは編組外部導体３０が適用されてもよい。必要に応じて、プラスチック外部保護シース（ｓｈｅａｔｈ）が加えられてもよい。

図３に示されるように、本実施形態に係る連続製造プロセス中、細線内部導体１０は、固体あるいは高密度発泡高分子または混合層２０を内部導体１０の周囲に内部導体１０直径の少なくとも３０％の厚さまで適用する第１の押し出し機３５へと供給される。冷却チューブ４０または他の冷却機構を通過することにより、導体１０および周囲の熱い固体あるいは高密度発泡高分子または混合層２０（コーティング済み内部導体２５）が冷却される。十分なプロセス空間が利用できる場合、冷却機構は、外気を通り抜ける延在輸送経路（ｅｘｔｅｎｄｅｄ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｐａｔｈ）として形成されてもよい。

第２の押し出し機４５は発泡誘電体樹脂層をコーティング済み内部導体２５に対して適用し、発泡誘電体樹脂層は、第２の押し出し機４５から出るときに発泡誘電体１５を形成するように拡張する。拡張（ｅｘｐａｎｓｉｏｎ）は、発泡誘電体１５がその望ましい拡張に達するまで図４に示されるように冷却領域（ｑｕｅｎｃｈ ａｒｅａ）５０に通すことにより制御される。固体あるいは高密度発泡高分子または混合層２０によってコーティングされる内部導体１０は、従来の高インピーダンス細線内部導体同軸ケーブルよりも十分に高い熱質量を有するため、内部導体１０および固体あるいは高密度発泡高分子または混合層２０は、熱い発泡誘電体１５が拡張するにつれて熱い発泡誘電体１５から熱を引き出すことができる。それにより、誘電発泡体のセルサイズよりも大きい、コーティング済み内部導体２５と発泡誘電体１５との間のボイド５の形成が、最小限に抑えられおよびまたは根本的に排除される。

発泡誘電体１５コーティング済み内部導体２５は、所望の期間にわたって硬化されてもよく、または、外部導体３０適用プロセス（図示せず）へ直接に送られてもよい。所望の外部導体３０は、例えば発泡誘電体１５の周囲に内部導体１０と同軸な固体金属外部導体３０をシーム溶接することによって適用されてもよい。発泡誘電体１５コーティング済み内部導体２５に対して外部導体３０を適用するための方法は、当該技術分野において良く知られており、したがって、ここでは更に詳しく説明しない。

材料要件を最小限に抑えるため、固体あるいは高密度発泡高分子または混合層２０の厚さ、したがって、プラスチックロッド５５と固体あるいは高密度発泡高分子または混合層２０との組み合わせの熱質量は、所望の発泡誘電体１５適用パラメータ、したがって、完全な同軸ケーブル特性を生み出すように許容できる熱質量が存在するまで調整されてもよい。

米国特許第６，８００，８０９号に係る内部導体支持構造５２に関しては、プラスチックロッド５５と発泡誘電体１５の層との間の許容できないボイドおよびまたは位置シフトを避けるため、プラスチックロッド５５が例えば図５に示されるように既に大きな直径を伴って適用されてている。単位断面積当たりのプラスチックロッド５５の材料コストは、接着剤６０および／または発泡誘電体１５高分子層における材料コストよりも非常に高いため、プラスチックロッド５５の直径が増大するにつれて、結果として生じる内部導体支持構造の材料コストもかなり増大する。

プラスチックロッド５５はここで前述した細線内部導体１０よりも大きい直径を有してもよいが、プラスチック材料は一般に単位断面積当たりの熱質量が金属よりも低い。したがって、本発明者らは、かなり大きい直径を有するプラスチックロッド５５に伴う周囲発泡誘電体１５ボイド形成問題およびまたは位置シフト問題にも気付いた。細線内部導体１０と同様に、固体あるいは高密度発泡高分子または混合層２０をプラスチックロッド５５に適用すると、プラスチックロッド５５の熱質量が増大し、それにより、許容できない低熱質量発泡誘電体１５適用ボイド欠陥に直面することなく、例えば図６および図７に示されるようにかなり小さいプラスチックロッド５５直径を適用できる。

プラスチックロッド５５と固体あるいは高密度発泡高分子または混合層２０との間の接着性を高めるために、中間接着層６０が適用されてもよい。同様に、中間接着層６０が固体あるいは高密度発泡高分子または混合層２０と発泡誘電体１５との間に適用されてもよい。

プラスチックロッド５５支持構造５２の実施形態において、内部導体１０は、当該技術分野において良く知られるように、例えば発泡誘電体１５の外径の周囲に適用される金属ストリップをシーム溶接することにより適用される金属６５でプラスチックロッド支持構造全体の外径を取り囲むあるいは金属化することによって更に形成される。

同軸ケーブルにおける内部導体１０の直径は、一般に、所望の同軸ケーブル構造およびインピーダンス特性にしたがって選択される。例えば米国特許第６，８００，８０９号によって開示されるような従来のプラスチックロッド内部導体支持構造を含む最大直径の一般に製造される同軸ケーブルの中には、プラスチックロッドが３．５ｍｍの直径となるように求められる場合がある。本発明によれば、プラスチックロッド５５の直径を劇的に減らすことができる。例えば、選択されたプラスチックロッド５５の直径の約３０％の厚さを有する固体あるいは高密度発泡高分子または混合層２０を適用することにより、３．５ｍｍプラスチックロッド５５を、１．０ｍｍ以下の直径を有するプラスチックロッド５５に取って代えることができる。

プラスチックロッド５５の直径が減少されるにつれて、プラスチックロッド材料の引っ張り強さ限度は大きくなり得る。高引っ張り強度プラスチックロッド５５の例としてはＫｅｖｌａｒファイバ（Ｋｅｖｌａｒ ｆｉｂｅｒｓ）およびまたはガラス強化プラスチックが挙げられる。プラスチックロッド５５が適切な引っ張り強度特性を有する高強度高分子材料で設けられる場合には、プラスチックロッド５５の直径を更に減少させることができるとともに、固体あるいは高密度発泡高分子または混合層の厚さを例えばプラスチックロッド５５の直径の５０％以上増大させることができる。

内部導体支持構造５２を製造するための方法は、固体あるいは高密度発泡高分子または混合層２０でコーティングされる細線内部導体１０を生成するための前述した手法に類似している。この場合、プラスチックロッド５５が細線内部導体１０に取って代わり、それに応じて層の厚さが調整されることにより、内部導体１０構造が形成され、該内部導体１０構造は、その後、完成した同軸ケーブルを製造するために従来の製造プロセスへ入力として適用される。内部導体１０構造の製造における更なるステップは、必要に応じてプラスチックロッド５５および／または固体あるいは高密度発泡高分子または混合層２０の外径を更なる中間接着層６０で中間コーティングすることを含んでもよい。

内部導体の典型的な実施形態における細線内部導体１０およびプラスチックロッド５５支持構造５２に関して本発明を明らかにしてきた。当業者であれば分かるように、本明細書中のケーブル構造および製造プロセスは、発泡誘電体の厚さが所望の特性インピーダンスおよび導体直径が最大０．１インチの固体内部導体に対応する同軸ケーブルに適用できる。更に厚い固体金属内部導体を有する同軸ケーブルにおいて、コーティングされていない内部導体１０の熱質量は、過度な温度での発泡誘電体１５コーティングのための第２の押し出し機４５へと内部導体１０が供給されない限り、発泡誘電体１５の硬化中、前述したボイド５の出現を回避するのに十分でなければならない。

当業者であれば分かるように、本発明は、例えば図８および図９に示されるように金属６５外径を有するプラスチックロッド５５またはチューブ７０などの低熱質量を有する他の同軸ケーブル内部導体１０構造にも適用できる。この場合、内部導体１０の直径は、固体あるいは高密度発泡高分子または混合層２０の厚さの制限ではない。代わりに、固体あるいは高密度発泡高分子または混合層２０は、前述したように、所望の熱質量を得ることにより誘電発泡体１５の適用中のボイド最小限効果を達成するように選択される厚さで適用されてもよい。

プラスチックロッド５５の金属６５外径は、例えばプラスチックロッド５５の周囲に折り重ねられる金属ストリップをシーム溶接することによって、コーティング、堆積、およびまたは、めっき工程によってプラスチックロッド５５を金属化することにより適用されてもよい。あるいは、金属化は、プラスチックロッド５５またはチューブ７０の外径上に金属箔を適用することによってなされてもよい。

製造プロセスが連続プロセスとして記載されるが、請求項に記載される本発明から逸脱することなく、プロセスが幾つかの別個のセクションに分けられ、各セクションから進展する加工品が次のセクションへ供給される前に保管されてもよい。

前述した説明で既知の等価なものを有する割合、整数、または、成分が言及される場合、そのような等価なものは、あたかも個別に記載されているかのように本願に組み入れられる。

本発明をその実施形態の説明によって例示してきたが、また、実施形態をかなり詳しく説明してきたが、添付の特許請求の範囲をそのような詳細な内容に制限することあるいは多少なりとも限定することは出願人の意図ではない。更なる利点および変更は当業者に容易に理解できると思われる。したがって、本発明は、その更に広い態様において、特定の詳細な内容、典型的な装置、方法、および、図示して説明される例示的な実施例に限定されない。そのため、出願人の一般的な発明概念の思想または範囲から逸脱することなく、そのような詳細な内容から外れてもよい。また、以下の請求項によって規定される本発明の範囲または思想から逸脱することなく、本発明に対して改良および／または変更がなされてもよいことは言うまでもない。

５ ボイド（ｖｏｉｄ）
１０ 内部導体（ｉｎｎｅｒ ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）
１５ 発泡誘電体（ｆｏａｍ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）
２０ 固体あるいは高密度発泡高分子または混合層（ｓｏｌｉｄ ｏｒ ｈｉｇｈ ｄｅｎｓｉｔｙ ｆｏａｍ ｐｏｌｙｍｅｒ ｏｒ ｂｌｅｎｄ ｌａｙｅｒ）
２５ コーティング済み内部導体（ｃｏａｔｅｄ ｉｎｎｅｒ ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）
３０ 外部導体（ｏｕｔｅｒ ｃｏｎｄｕｔｃｏｒ）
３５ 第１の押し出し機（ｆｉｒｓｔ ｅｘｔｒｕｄｅｒ）
４０ 冷却チューブ（ｃｏｏｌｉｎｇ ｔｕｂｅ）
４５ 第２の押し出し機（ｓｅｃｏｎｄ ｅｘｔｒｕｄｅｒ）
５０ 冷却領域（ｑｕｅｎｃｈ ａｒｅａ）
５２ 支持構造（ｓｕｐｐｏｒｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）
５５ プラスチックロッド（ｐｌａｓｔｉｃ ｒｏｄ）
６０ 接着層（ａｄｈｅｓｉｖｅ ｌａｙｅｒ）
６５ 金属（ｍｅｔａｌ）
７０ チューブ（ｔｕｂｅ）

Claims (19)

1. 内部導体と、
   内部導体を取り囲んで内部導体直径の少なくとも３０％の厚さを有する粘着性固体あるいは高密度発泡高分子または混合物と、
   粘着性固体あるいは高密度発泡高分子または混合物を取り囲む発泡誘電体と、
   発泡誘電体を取り囲む外部導体と、
   を備える同軸ケーブル。
2. 粘着性固体あるいは高密度発泡高分子または混合物は、発泡誘電体が硬化するにつれて発泡誘電体のセルサイズよりもかなり大きいボイドを形成することなく発泡誘電体を硬化させるレベルまで粘着性高密度高分子コーティング済み内部導体の熱質量を増大させるように寸法付けられる請求項１の同軸ケーブル。
3. 内部導体が金属化されたプラスチックロッドである請求項１の同軸ケーブル。
4. 内部導体が金属化されたプラスチックチューブである請求項１の同軸ケーブル。
5. プラスチックロッドと、
   プラスチックロッドを取り囲んでプラスチックロッド直径の少なくとも３０％の厚さを有する粘着性固体あるいは高密度発泡高分子または混合物と、
   粘着性固体あるいは高密度発泡高分子または混合物を取り囲む発泡誘電体と、
   を備える同軸ケーブルのための内部導体支持構造。
6. プラスチックロッドがガラス強化プラスチックロッドである請求項５の内部導体支持構造。
7. プラスチックロッドと粘着性固体あるいは高密度発泡高分子または混合物との間に接着コーティングを更に含む請求項５の内部導体支持構造。
8. 粘着性固体あるいは高密度発泡高分子または混合物と誘電発泡体との間に接着コーティングを更に含む請求項５の内部導体支持構造。
9. 粘着性固体あるいは高密度発泡高分子または混合物を取り囲む金属層を更に含む請求項５の内部導体支持構造。
10. 粘着性固体あるいは高密度発泡高分子または混合物で内部導体をコーティングするステップと、
    内部導体直径の少なくとも３０％の厚さを有する粘着性固体あるいは高密度発泡高分子または混合物で内部導体を取り囲むステップと、
    粘着性固体あるいは高密度発泡高分子または混合物を発泡誘電体で取り囲むステップと、
    発泡誘電体を外部導体で取り囲むステップと、
    を含む同軸ケーブルを製造する方法。
11. 内部導体は、第１の押し出し機を通過することにより粘着性固体あるいは高密度発泡高分子または混合物でコーティングされる請求項１０の方法。
12. 粘着性固体あるいは高密度発泡高分子または混合物は、第２の押し出し機を通過することにより発泡誘電体によって取り囲まれる請求項１０の方法。
13. 発泡誘電体および粘着性固体あるいは高密度発泡高分子または混合物がポリオレフィンである請求項１０の方法。
14. 粘着性固体あるいは高密度発泡高分子または混合物を適用する前に接着コーティングが内部導体に適用される請求項１０の方法。
15. 発泡誘電体を適用する前に接着コーティングが粘着性固体あるいは高密度発泡高分子または混合物に適用される請求項１０の方法。
16. 粘着性固体あるいは高密度発泡高分子または混合物でコーティングされるときの内部導体の熱質量が、発泡誘電体が硬化するにつれて発泡誘電体のセルサイズよりも実質的に大きいボイドを形成することなく発泡誘電体が接着樹脂を取り囲むことができるために十分な大きさである請求項１０の方法。
17. 内部導体と、
    内部導体を取り囲む粘着性固体あるいは高密度発泡高分子または混合物と、
    粘着性固体あるいは高密度発泡高分子または混合物を取り囲む発泡誘電体と、
    発泡誘電体を取り囲む外部導体と、
    を備え、
    粘着性固体あるいは高密度発泡高分子または混合物は、発泡誘電体が硬化するにつれて発泡誘電体のセルサイズよりも実質的に大きいボイドを形成することなく発泡誘電体を硬化させるレベルまで粘着性高密度高分子コーティング済み内部導体の熱質量を増大させるように寸法付けられる厚さを有する、
    同軸ケーブル。
18. 内部導体が金属化されたプラスチックロッドである請求項１７の同軸ケーブル。
19. 内部導体が金属化されたプラスチックチューブである請求項１７の同軸ケーブル。

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