JP2014143055A

JP2014143055A - 屈曲性に優れた同軸ケーブル

Info

Publication number: JP2014143055A
Application number: JP2013010243A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Kamoshita; 真一鴨志田; Tadaaki Miono; 忠昭三尾野; Yasunori Hattori; 保徳服部; Takeshi Shimizu; 剛清水
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 2013-01-23
Filing date: 2013-01-23
Publication date: 2014-08-07

Abstract

【課題】公知の同軸ケーブルと比べて安価であり、かつさらに高度な屈曲性、可とう性を備えた同軸ケーブルを提供する。
【解決手段】内部導体１を内包する絶縁体２の外周に、アルミニウムめっき鋼線を素線として、これを編組した外部導体３を配したことを特徴とする同軸ケーブル。前記素線は、アルミニウムめっき後に伸線加工を施したアルミニウムめっき鋼線であり、前記素線のアルミニウムめっきの組成が、アルミニウムを８０質量％以上含有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、外部導体が金属の編組線からなる同軸ケーブルにおいて、編組線の素線にアルミニウムめっきを施した鋼線を用いることにより、同軸ケーブルが繰り返し屈曲を受けても編組線の素線が破断しにくいため、安価でありながら、耐屈曲性、可とう性に優れる同軸ケーブルに関するものである。

従来、産業用ロボット等のFA機器や、携帯電話、ノートパソコン等の携帯機器等に用いられる同軸ケーブルには、内部導体あるいは外部導体の素材として銅線が用いられてきた。銅線が用いられる理由としては、電気抵抗が小さいことに由来する導電性の高さや電磁波シールド性の良さや、軟質であることに由来して、製造時や製品として可とう性が高く、取り扱いやすいという点があげられる。

しかし、銅線は、繰り返し曲げあるいはねじれといった変形に対しては弱いため、容易にケーブルの断線に至りやすい欠点がある。そのため、特許文献１は、内部導体あるいは外部導体に抗張力の高い材質のものを用いることにより、屈曲性、捻回性の向上を図った発明を開示している。外部導体の素線として、具体的には、銀入り銅合金素線が好適であり、軟銅素線あるいはスズ入り銅合金素線を用いて外部導体の編組組織を構成した同軸ケーブルと比較して、断線が発生するまでの屈曲回数が１０倍程度向上したとしている。

特開２００３−１３２７４５号

しかしながら、上記の従来技術による同軸ケーブルは、素線として銀入り銅合金素線を用いるため、銀を含有しない銅合金素線を用いる従来の同軸ケーブルよりも高価なものになってしまう。また、さらに高度な屈曲性を備えた同軸ケーブルが求められても、銅合金素線に多量の合金元素を添加して抗張力を高めることには限界がある。
本発明は、公知の同軸ケーブルと比べて、安価であり、かつさらに高度な屈曲性を備えた同軸ケーブルを提供することにある。

本発明者らは、上記課題を解決するために検討を重ね、外部導体の素線としてアルミニウムめっきにより鋼芯線を被覆したアルミニウムめっき鋼線を用い、これを編組して外部導体として配した同軸ケーブルによって、上記の課題を解決できることを見出した。

アルミニウムめっき鋼線を素線とした編組組織を外部導体とする本発明の同軸ケーブルと、銅素線編組を素線とした編組組織を外部導体とする従来の同軸ケーブルを比較すると、直流抵抗、高周波損失のどちらも本発明の同軸ケーブルのほうが大となる。しかし、高周波損失の点で本発明の同軸ケーブルは、素線がアルミニウムにより被覆されているため、表皮効果により５００ＭＨｚ以上の高周波領域において損失差は小さくなる。

また、本発明の同軸ケーブルは、外部導体の編組素線の芯線が鋼線であるため、銅合金素線よりも容易に高い抗張力が得られる。さらに、鋼線のヤング率が銅合金のヤング率の約２倍であることから、鋼線と銅線が同一の変形量を付与された場合に、鋼線のほうが弾性変形として受ける変形量が大きい。すなわち、塑性変形として受ける変形量は鋼線のほうが少ない。従って、同軸ケーブルが繰り返し屈曲を受ける場合でも、素線に蓄積されていく塑性歪みの量は鋼線のほうが少ない。それにより、破断までの屈曲回数が格段に増大すると考えられる。

また、繰り返し屈曲を受ける場合、外部導体の素線同士が接触したまま互いに擦（こす）られ、擦られた直後の素線の表面には金属の新生面が露出すると考えられる。このとき、素線が銅の場合は、引き続き擦られると新生面同士が凝着を起こして、素線自体が摩耗するようになり、次第に線径が減少してやがて破断に至る。しかし、素線の表面がアルミニウムの場合は、アルミニウムの新生面は直ちに酸化されて薄い酸化膜で覆われてしまい、新生面同士の凝着は起こりにくい。そのため、素線の摩耗も起こらず、破断に至りにくいと考えられる。

まず、図１に本発明の同軸ケーブルを断面図で示す。
本発明では、内部導体１は特に限定しない。例えば、外径φ０．２７ｍｍの銅線を単線で用いることができる。あるいは、例えば外径φ０．１ｍｍの銅線７本からなる撚り線を用いてもよい。
内部導体１の周囲に絶縁体２を配する。絶縁体２は、例えばポリエチレンを厚さ０．６７ｍｍとする。本発明では、絶縁体２についても特に限定しない。
絶縁体２の周囲には、金属編組からなる外部導体３を単層で配設する。本発明の同軸ケーブルは、この外部導体３を、アルミニウムめっきされた鋼線を素線として、この編組線を用いる。例えば、素線系が外径φ０．１ｍｍのものを、持数は５、打数１６、編素ピッチ２３ｍｍで編組して、外径がφ２．１ｍｍとなる同軸ケーブルを構成することができる。
外部導体３の外周を、さらに保護被覆層としてPVC等による被覆層４を設ける。本発明では、外部被覆層４についても特に限定しない。

ここで、外部導体３の素線となるアルミニウムめっきされた鋼線について説明する。
アルミニウムめっき鋼線は、発明者らが製造技術を開発しためっき鋼線であり、一例として、特開２０１１−２０８２６３号に開示した技術を用いればよい。例えば、市中からφ0.2ｍｍの亜鉛めっき硬鋼線（0.37％C）を調達し、これに溶融めっき法により約１０μｍの付着量となるようにアルミニウムをめっきした。そのあと、伸線加工を行い、外径をφ０．１ｍｍに仕上げたものである。

（同軸ケーブルの製造）
（外部導体に用いる素線の準備）
市中からφ0.2ｍｍの亜鉛めっき硬鋼線（0.37％C）を調達し、これに溶融めっき法により約１０μｍの付着量となるようにアルミニウムをめっきした。めっき浴はSiを添加しない純Alとし、浴温６８５℃、通線速度は１６０ｍ／分の条件で製造したものである。そのあと、めっき線に伸線加工を施し、外径をφ０．１ｍｍに仕上げた。素線単体の破断強度は約１１N、電気抵抗は約１３Ω／ｍであった。
一方、比較例の同軸ケーブルに用いる銅素線は、外径φ０．１ｍｍの電線用軟銅線（AC線）を用いた。破断強度は約２N、電気抵抗は約２．２Ω／ｍであった。
（内部導体、絶縁体）
内部導体は、外径φ０．１ｍｍの電線用軟銅線（AC線）を７本撚りにして用いた。この内部導体の外周に絶縁体として、外径φ１．６ｍｍのポリエチレンを押出し被覆した。
（外部導体）
発明例の同軸ケーブルを製造する場合は、外部導体の素線として外径φ０．１ｍｍのアルミニウムめっき鋼線を用いた。一方、比較例には外径φ０．１ｍｍの電線用軟銅線（AC線）を用いた。これらの素線を用いて、持数は５、打数１６、編組ピッチは１６ｍｍと２０ｍｍの２種類とした編組線を絶縁体の外周に形成し外部導体とした。
（保護被覆）
保護被覆として、ポリオレフィン系の熱収縮チューブを被覆した。以上の工程により製造した本発明の同軸ケーブル、比較例の同軸ケーブルともに、外径φ２．６ｍｍとなった。

（耐屈曲試験）
製造した同軸ケーブルから長さ１ｍの供試体を切り取り、耐屈曲試験に供した。試験方法の概要を、図２に示す。耐屈曲試験の条件は次のとおりである。
供試体の下端に５００ｇの錘（おもり）を吊り下げ、常に約５Nの引張荷重が付与されるようにした。上端を回転板に固定し、その回転板を±９０°回転させることにより、供試体を曲げ半径２５ｍｍのマンドレルに接触させて屈曲を与えた。屈曲速度は１往復を１回と数えて、毎分３０回とした。
屈曲による編組線の破断状況を定量的に把握するため、適当な屈曲回数の時点で回転板を止め、供試体の編組線のみの部分の電気抵抗を測定した。

（試験結果）
編組線のみの電気抵抗の測定結果を図３に示す。比較例の同軸ケーブルは、屈曲回数１０万回の時点で抵抗値が試験開始前の１０倍以上に増大したので、試験終了とした。一方、発明例の同軸ケーブルは、１００万回の時点でも、抵抗値は試験開始時と比べてほとんど変化が認められなかった。
そこで、屈曲回数が１００万回の時点で屈曲試験を終了とし、保護被覆を除去して編組線を露出させて破断状況を確認した。その状況を図４に示す。
比較例の同軸ケーブルは、編組ピッチが１６ｍｍ、２０ｍｍのどちらも、屈曲回数が１０万回の時点で、すべての素線が破断していた。一方、本発明の同軸ケーブルは、編組ピッチ１６ｍｍのものは一部の素線が破断していたが、２０ｍｍのものは破断していた素線はごく少数であった。
この結果から、アルミニウムめっき鋼線を外部導体の編組素線に用いた本発明の同軸ケーブルは、従来の銅線を外部導体の編組素線に用いた同軸ケーブルと比較して１０倍以上の耐屈曲性を示すことが確認できた。

本発明によれば、外部導体を構成する編組線の素線にアルミニウムめっき鋼線を用いることにより、耐屈曲性に極めて優れた同軸ケーブルを得ることができる。

本発明に係る同軸ケーブルの一例を示す断面図同軸ケーブルの耐屈曲試験方法同軸ケーブルの屈曲による抵抗変化屈曲試験後の編組線外観

１内部導体
２絶縁体
３外部導体
４保護被覆層
５供試体の同軸ケーブル
６マンドレル（曲げ半径：２５ｍｍ）
７おもり

Claims

内部導体を内包する絶縁体の外周に、アルミニウムめっき鋼線を素線として編組した外部導体を配した同軸ケーブル。
前記素線は、アルミニウムめっき後に伸線加工を施したアルミニウムめっき鋼線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。
前記素線のアルミニウムめっきの組成が、アルミニウムを８０質量％以上含有す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。