JP2017062950A - 同軸ケーブル及びこれを用いたワイヤーハーネス - Google Patents

Abstract

【課題】外部導体を２層構造としつつも、製造時間の短縮を図り、且つ、特性インピーダンスを安定させることが可能な同軸ケーブル及びこれを用いたワイヤーハーネスを提供する。
【解決手段】同軸ケーブル１は、内部導体１０と、内部導体１０の外周に設けられた内部絶縁体２０と、内部絶縁体２０の外周に設けられた外部導体層３０と、外部導体層３０の外周に設けられた外部絶縁体４０とを備え、外部導体層３０は、金属層からなる第１遮蔽層３１と、第１遮蔽層３１の外周に設けられた絶縁層３２と、絶縁層の外周に設けられた金属層からなる第２遮蔽層３３と、を有したフィルム３０ａからなり、当該フィルム３０ａが内部絶縁体２０上に縦添えされてラップ部３０ｂを有しており、外部絶縁体４０は、フィルム３０ａの非ラップ部３０ｃからラップ部３０ｂへ延びる方向と同じ方向に螺旋状に巻かれた絶縁性の絶縁テープ４０ａである。
【選択図】図２

Description

本発明は、同軸ケーブル及びこれを用いたワイヤーハーネスに関する。

従来、内部導体の外周に絶縁体を設け、その周囲に外部導体を設けると共に、外部導体の外周にシースを設けた同軸ケーブルが提案されている。また、同軸ケーブルにおいて外部導体には、銅線を網状に編んだもの（以下編組という）、銅線をスパイラル状に巻いたもの（以下横巻きという）、又は、銅やアルミ箔を巻いた上で箔上に編組や横巻きを設けた２層構造のものが提案されている（特許文献１，２参照）。

特開２０１０−１８６７２２号公報 特開２００９−１４６７０４号公報

しかし、特許文献１，２に記載の同軸ケーブルは、編組や横巻きの製造に時間が掛かり過ぎてしまう問題があった。すなわち、同軸ケーブルを製造するにあたっては、内部導体と絶縁層とからなるコア線の押出を行うが、外部導体についてはコア線の押出速度の２０〜５０倍の製造時間を要してしまう。特に、外部導体を２層構造とする同軸ケーブルについては、２層構造とすることから、一層製造時間を要してしまう。

さらに、このような同軸ケーブルは、特性インピーダンスが安定していることが望ましい。特性インピーダンスは、外部導体の内径、内部導体の直径、及び外部導体と内部導体との間に設けられる絶縁体の比誘電率から求まる。しかし、特許文献１，２に記載の同軸ケーブルにおいて絶縁体上の編組等が絶縁体に対して密着しない場合には、上記外部導体の内径が安定しないこととなり、特性インピーダンスが不安定となってしまう。

本発明はこのような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、外部導体を２層構造としつつも、製造時間の短縮を図り、且つ、特性インピーダンスを安定させることが可能な同軸ケーブル及びこれを用いたワイヤーハーネスを提供することにある。

本発明の同軸ケーブルは、内部導体と、前記内部導体の外周に設けられた内部絶縁体と、前記内部絶縁体の外周に設けられた外部導体層と、前記外部導体層の外周に設けられた外部絶縁体とを備えた同軸ケーブルであって、前記外部導体層は、金属層からなる第１遮蔽層と、前記第１遮蔽層の外周に設けられた絶縁層と、前記絶縁層の外周に設けられた金属層からなる第２遮蔽層とを有したフィルムからなり、当該フィルムが前記内部絶縁体上に縦添えされてラップ部を有しており、前記外部絶縁体は、前記フィルムの非ラップ部からラップ部へ延びる方向と同じ方向に螺旋状に巻かれた絶縁性の絶縁テープである。

本発明の同軸ケーブルによれば、外部導体層が金属層からなる第１遮蔽層及び第２遮蔽層とを有したフィルムにより構成され、このフィルムを内部絶縁体上に縦添えするため、金属線を編み込んだりスパイラル状に巻いたりした外部導体と比較すると、製造時間を短縮することができる。また、金属層を有するフィルムを外部導体に用いた場合には、インピーダンス特性が規定値を外れることが懸念されるが、外部絶縁体が、フィルムの非ラップ部からラップ部へ延びる方向と同じ方向に螺旋状に巻かれた絶縁テープとなっているため、絶縁テープによってフィルムが内部絶縁体に締め付けられるよう押さえ付けられることとなり、インピーダンス特性が規定値を外れることを防止することができる。従って、外部導体を２層構造としつつも、製造時間の短縮を図り、且つ、特性インピーダンスを安定させることができる。

また、本発明のワイヤーハーネスは、上記に記載の同軸ケーブルと、前記同軸ケーブルの周囲に配置される複数の他のケーブルと、を備えることを特徴とする。

このワイヤーハーネスによれば、同軸ケーブルと、同軸ケーブルの周囲に配置される複数の他のケーブルとから構成されている。このため、車両の振動により同軸ケーブルの絶縁テープが剥がれ易くなる環境において、同軸ケーブルを複数の他のケーブルで保護することとなる。これにより、絶縁テープが剥がれてしまう頻度を低減することができ、特性インピーダンスを安定させた同軸ケーブルをワイヤーハーネスとして用いることができる。

本発明によれば、外部導体を２層構造としつつも、製造時間の短縮を図り、且つ、特性インピーダンスを安定させることができる。

本実施形態に係る同軸ケーブルを含むワイヤーハーネスである。 図１に示した同軸ケーブルを示す構成図であって、（ａ）は断面図であり、（ｂ）は側面図である。 図２に示した外部導体層の一部拡大図である。 本実施形態に係る同軸ケーブルと比較例に係る同軸ケーブルとの減衰量を示すグラフである。 本実施形態に係る同軸ケーブルと比較例に係る同軸ケーブルとの特性インピーダンスを示す表である。 本実施形態に係る同軸ケーブルと比較例に係る同軸ケーブルとのシールド効果を示すグラフである。 同軸ケーブルのシールド効果を説明する第１の図であり、（ａ）は側面模式図を示し、（ｂ）は断面模式図を示している。 同軸ケーブルのシールド効果を説明する第２の図であり、（ａ）は側面模式図を示し、（ｂ）は断面模式図を示している。

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態に係る同軸ケーブルを含むワイヤーハーネスである。図１に示すように、ワイヤーハーネスＷＨは、同軸ケーブル１と、複数本の他のケーブルＣとから構成されている。同軸ケーブル１の周囲には複数本の他のケーブルＣが設けられており、これらが一括してテープ巻き等されることによってワイヤーハーネスＷＨが構成されている。

このようなワイヤーハーネスＷＨは、例えばケーブル１，Ｃの両端部にコネクタ（図示せず）を備えていてもよいし、複数本のケーブル１，Ｃを内部に収納するコルゲートチューブ等の外装部品（図示せず）を備えていてもよい。

図２は、図１に示した同軸ケーブル１を示す構成図であって、（ａ）は断面図であり、（ｂ）は側面図である。同図に示す同軸ケーブル１は、複数本の導体素線からなる内部導体１０と、内部導体１０の外周に設けられた内部絶縁体２０と、内部絶縁体２０の外周に設けられた外部導体層３０と、外部導体層３０の外周に設けられた外部絶縁体４０とを備えている。

内部導体１０には、例えば軟銅線、銀メッキ軟銅線、錫メッキ軟銅線、及び錫メッキ銅合金線などが金属素線として用いられる。なお、本実施形態において内部導体１０は、複数本の金属素線で構成されているが、１本の金属素線によって構成されていてもよい。

内部絶縁体２０は、内部導体１０上に被覆される部材であって、例えばＰＥ（polyethylene）やＰＰ（polypropylene）、又は発泡させたＰＥやＰＰが用いられる。

図３は、図２に示した外部導体層３０の一部拡大図である。図２及び図３に示す外部導体層３０は、第１遮蔽層３１と、第１遮蔽層３１の外周に設けられた絶縁層３２と、絶縁層３２の外周に設けられた第２遮蔽層３３とを備えている。

第１遮蔽層３１及び第２遮蔽層３３は、銅やアルミなどの圧延箔や電解箔からなる金属層（金属箔）で構成されている。絶縁層３２は、ＰＥ、ＰＰ及びＰＥＴ（Polyethylene terephthalate）などの素材や不織布により構成されている。また、第１遮蔽層３１、絶縁層３２、及び第２遮蔽層３３は、１枚のフィルム３０ａにより構成されている。すなわち、これらはＰＥＴ等の絶縁フィルムの両面に金属箔が張り付けられて一体化したフィルム３０ａにより構成されている。なお、第１遮蔽層３１及び第２遮蔽層３３は、金属箔に限られるものではない。すなわち、第１遮蔽層３１及び第２遮蔽層３３は、絶縁層３２の両面に対して形成される金属層であれば、金属箔を張り付けて構成するものに限られない。

また、フィルム３０ａは、内部絶縁体２０上に縦添えされており、ラップ部３０ｂと非ラップ部３０ｃとを有している。ラップ部３０ｂは、フィルム３０ａが内部絶縁体２０上に１周を超えて巻かれることによりフィルム３０ａ上に重なる部分であり、非ラップ部３０ｃはラップ部３０ｂ以外の部分である。

図２を参照する。本実施形態において同軸ケーブル１において外部絶縁体４０は、フィルム３０ａ上に巻かれる絶縁性の絶縁テープ４０ａにより構成されている。この絶縁テープ４０ａは、例えばＰＥやＰＰなどにより構成され、螺旋状にハーフラップして巻かれている。

加えて、絶縁テープ４０ａは、非ラップ部３０ｃからラップ部３０ｂへ延びる方向（図３に示す矢印Ａ参照）と同じ方向に巻かれている。このため、絶縁テープ４０ａによってフィルム３０ａが内部絶縁体２０に締め付けられるよう押さえ付けられることとなる。これにより、フィルム３０ａが内部絶縁体２０に密着して内部導体１０との距離が一定化し、特性インピーダンスが安定化することとなる。

なお、絶縁テープ４０ａを逆向き（矢印Ａと反対方向）に巻いた場合には、フィルム３０ａが解ける方向に力が作用してしまうこととなり、特性インピーダンスが安定し難くなる原因となってしまう。

ここで、従来の同軸ケーブルでは、０．１０ｍｍ以上０．１４ｍｍ以下の径を有する銅線又はアルミ線を編組状又は横巻きにした遮蔽層を構成するため、外部導体層の厚さが０．１０ｍｍ以上０．３５ｍｍ以下程度となってしまう。これに対して、本実施形態において第１遮蔽層３１と第２遮蔽層３３とは、金属層によって構成され、厚さが９μｍ以上１００μｍ以下とされており、フィルム３０ａの厚みは０．０５ｍｍ以下となっている。よって、本実施形態に係る同軸ケーブル１は細径化を図ることができる。さらに、本実施形態では使用される金属量（例えば銅）も低減されることから、軽量化を図ることもできる。

次に、本実施形態に係る同軸ケーブル１と比較例に係る同軸ケーブルとの減衰量、及び、特性インピーダンスについて説明する。図４は、本実施形態に係る同軸ケーブル１と比較例に係る同軸ケーブルとの減衰量を示すグラフであり、図５は、本実施形態に係る同軸ケーブル１と比較例に係る同軸ケーブルとの特性インピーダンスを示す表である。

本実施形態の同軸ケーブル１としては、内部導体１０に径０．３２ｍｍの軟銅線７本を撚って外径を０．９６±０．０３ｍｍとした軟銅撚り線を用い、内部絶縁体２０に厚さ０．８７ｍｍとし外径を２．７±０．１ｍｍとした架橋発泡ＰＥを用いた。また、外部導体層３０の第１遮蔽層３１には、外径約２．８ｍｍとなるように糊付き片面金属箔テープを用い、絶縁層３２には外径約２．９ｍｍとなるようにＰＥＴを用い、第２遮蔽層３３には外径約３．０ｍｍとなるように片面銅箔テープを用いた。さらに、外部絶縁体４０には、厚さ約０．０９ｍｍとし外径を３．３６±０．２ｍｍとなるように絶縁テープ４０ａをハーフラップさせて螺旋状に巻いた。

一方、比較例に係る同軸ケーブルとして、内部導体及び内部絶縁体には本実施形態の同軸ケーブル１と同じものを用いた。また、外部導体層は、外径約２．８ｍｍとなるように片面金属箔テープを用い、その外周に外径が約３．２ｍｍとなるように錫メッキ軟銅編組（素線構成：持数／打数／ｍｍ ０．０８／１０／１６）を用いた。また、シースには、厚さ約０．３４ｍｍとし外径を３．８±０．２ｍｍとなるように耐熱性ＰＶＣ（polyvinyl chloride）を用いた。

図４に示すように、本実施形態に係る同軸ケーブル１の減衰量は、０．２ＭＨｚ〜１０００ＭＨｚの周波数において、比較例に係る同軸ケーブルとほぼ同じ性能を示した。

また、本実施形態に係る同軸ケーブル１では、外部導体層３０を絶縁テープ４０ａにて絞め付けるようにするため、外部導体層３０と内部絶縁体２０とを隙間無く配置できることとなり、インピーダンス特性が安定したものとなる。なお、比較例に係る同軸ケーブルについても、編組が金属箔を絞め付けるように配置されるため、金属箔と絶縁体とを隙間なく配置できることとなり、インピーダンス特性が安定したものとなる。具体的に特性インピーダンスは、図５に示すように本実施形態が５１．６Ωであり比較例が５１．８Ωである。

図６は、本実施形態に係る同軸ケーブル１と比較例に係る同軸ケーブルとのシールド効果を示すグラフである。図６に示すように、本実施形態に係る同軸ケーブル１は、４ＭＨｚ未満の領域においてシールド効果が劣るものの、４ＭＨｚ以上２００ＭＨｚ以下の領域ではシールド効果が優れているといえる。これは以下の理由によるものと考えられる。

図７は、同軸ケーブルのシールド効果を説明する第１の図であり、（ａ）は側面模式図を示し、（ｂ）は断面模式図を示している。図７（ａ）に示すように、同軸ケーブルでは、内部導体に電流Ｉａが流れると共に、外部導体層にリターン電流Ｉｂが流れることとなる。これにより、図７（ｂ）に示すように、双方の電流Ｉａ，Ｉｂがつくる磁界Ｈａ，Ｈｂが逆向きに発生し、それらが互いに打ち消し合うことで良好なシールド効果を得ることができる。

ここで、電流の周波数が低い帯域では、外部導体層の直流抵抗が小さいほど、シールド効果が大きくなる。これは、周波数が低い電流の場合、電流の波長が大きくほぼ直流と考えられるためである。

これに対して、電流の周波数が高い帯域では表皮効果の影響がある。すなわち、周波数が高くなると導体の表面にしか電流が流れなくなるため、外部導体層の表面が平滑であることが望ましい。

従来品では外部導体層が金属箔とその金属箔を覆う編組により構成されていたため、周波数が高い電流は編組の表面の凹凸に沿って流れることとなり、凹凸を通る分だけ抵抗が大きくなり、それにより発生する磁界も小さくなってしまう。よって、内部導体に流れる電流Ｉａにより発生する磁界Ｈａと、外部導体層を流れるリターン電流Ｉｂにより発生する磁界Ｈｂとの相殺効果が小さくなる。

これに対して、本実施形態に係る同軸ケーブル１は、第１遮蔽層３１と第２遮蔽層３３とが金属箔という表面が平滑な金属層により構成されているため、遮蔽層が編組により構成されている場合と比較して抵抗が小さくなり、発生する磁界も大きくなることから磁界の相殺効果を高めることができる。

図８は、同軸ケーブルのシールド効果を説明する第２の図であり、（ａ）は側面模式図を示し、（ｂ）は断面模式図を示している。詳細に本実施形態に係る同軸ケーブル１は第１遮蔽層３１と第２遮蔽層３３とを有するため、図８（ａ）に示すように、第１遮蔽層３１と第２遮蔽層３３との間で容量結合が起こり、双方にリターン電流Ｉｂ，Ｉｃが流れる。そして、リターン電流Ｉｂ，Ｉｃにより磁界Ｈｂ，Ｈｃが発生して、これが内部導体１０を流れる電流Ｉａにより発生する磁界Ｈａと相殺し合うこととなる。これにより、高周波域ではシールド効果が向上することとなる。

次に、本実施形態に係る同軸ケーブル１の製造方法について説明する。本実施形態に係る同軸ケーブル１を製造するにあたっては、まず、内部導体１０の外周に押出機にて内部絶縁体２０を被覆していく。

次に、第１遮蔽層３１、絶縁層３２、及び第２遮蔽層３３が一体化したフィルム３０ａを内部絶縁体２０上に貼り付ける。このとき、フィルム３０ａは内部絶縁体２０の外周に１周を超えて巻き付けられる。

その後、フィルム３０ａ上に絶縁テープ４０ａを螺旋状に巻き付けていく。このとき、絶縁テープ４０ａがハーフラップするようにして巻き付けていく。加えて、絶縁テープ４０ａは、フィルム３０ａの非ラップ部３０ｃからラップ部３０ｂへ延びる方向と同じ方向に螺旋状に巻かれる。これにより、フィルム３０ａを内部絶縁体２０略隙間なく密着させることとなる。

このようにして、本実施形態に係る同軸ケーブル１によれば、外部導体層３０が金属層からなる第１遮蔽層３１及び第２遮蔽層３２とを有したフィルム３０ａにより構成され、このフィルム３０ａを内部絶縁体２０上に縦添えするため、金属線を編み込んだりスパイラル状に巻いたりした外部導体と比較すると、製造時間を短縮することができる。また、金属層を有するフィルム３０ａを外部導体に用いた場合には、インピーダンス特性が規定値を外れることが懸念されるが、外部絶縁体４０が、フィルム３０ａの非ラップ部３０ｃからラップ部３０ｂへ延びる方向と同じ方向に螺旋状に巻かれた絶縁テープ４０ａとなっているため、絶縁テープ４０ａによってフィルム３０ａが内部絶縁体２０に締め付けられるよう押さえ付けられることとなり、インピーダンス特性が規定値を外れることを防止することができる。従って、外部導体を２層構造としつつも、製造時間の短縮を図り、且つ、特性インピーダンスを安定させることができる。

また、本実施形態に係るワイヤーハーネスＷＨによれば、同軸ケーブル１と、同軸ケーブル１の周囲に配置される複数の他のケーブルＣとから構成されている。このため、車両の振動により同軸ケーブル１の絶縁テープ４０ａが剥がれ易くなる環境において、同軸ケーブル１を複数の他のケーブルＣで保護することとなる。これにより、絶縁テープ４０ａが剥がれてしまう頻度を低減することができ、特性インピーダンスを安定させた同軸ケーブル１をワイヤーハーネスＷＨとして用いることができる。

以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更を加えてもよい。

例えば、本実施形態に係る同軸ケーブル１は、上記したものに限らず、種々の変更が可能である。例えば、内部導体１０は軟銅撚り線でなくともよいし、内部絶縁体２０や外部導体層３０についても同様に種々の変更が可能である。

さらに、本実施形態に係る同軸ケーブル１において第１遮蔽層３１と第２遮蔽層３３とは異なる厚さであってもよいが、同じ厚さであることが望ましい。或る特性を得るために必要となる双方の遮蔽層３１，３３のうちいずれか一方が無駄に厚くならず、細径化を図ることができるからである。

１…同軸ケーブル
１０…内部導体
２０…内部絶縁体
３０…外部導体層
３０ａ…フィルム
３１…第１遮蔽層
３２…絶縁層
３３…第２遮蔽層
４０…外部絶縁体
４０ａ…絶縁テープ
ＷＨ…ワイヤーハーネス

Claims (2)

1. 内部導体と、前記内部導体の外周に設けられた内部絶縁体と、前記内部絶縁体の外周に設けられた外部導体層と、前記外部導体層の外周に設けられた外部絶縁体とを備えた同軸ケーブルであって、
   前記外部導体層は、金属層からなる第１遮蔽層と、前記第１遮蔽層の外周に設けられた絶縁層と、前記絶縁層の外周に設けられた金属層からなる第２遮蔽層とを有したフィルムからなり、当該フィルムが前記内部絶縁体上に縦添えされてラップ部を有しており、
   前記外部絶縁体は、前記フィルムの非ラップ部からラップ部へ延びる方向と同じ方向に螺旋状に巻かれた絶縁性の絶縁テープである
   ことを特徴とする同軸ケーブル。
2. 請求項１に記載の同軸ケーブルと、
   前記同軸ケーブルの周囲に配置される複数の他のケーブルと、
   を備えることを特徴とするワイヤーハーネス。

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