JP2018523272A - 超高速データ伝送用ｕｓｂケーブル - Google Patents

Abstract

少なくとも周波数１０ＧＨｚにて超高速でデータを送信するためのＵＳＢケーブルが提供され、このＵＳＢケーブルは、ジャケットを含み、ジャケット内に、少なくとも、１チャネル当たり最大速度１０Ｇｂｐｓでデータを送信するための電力ケーブルと、複数のシールド付き絶縁導体とが配置され、絶縁導体のうちの絶縁体は、１０ＧＨｚで０．０００３５以下の誘電正接を呈し、テトラフルオロエチレン／ヘキサフルオロプロピレンコポリマー、又はテトラフルオロエチレン／パーフルオロ（アルキルビニルエーテル）コポリマーなど、溶融加工性パーフルオロポリマーを含む。

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１５年７月２２日出願の米国仮出願第６２／１９５５９３号の利益を主張する。

（発明の分野）
本発明は、少なくとも１０ＧＨｚ、更には少なくとも１５ＧＨｚの周波数にて、データを超高速で伝送する動作のためのＵＳＢケーブルに関する。

ユニバーサルシリアルバス、すなわち「ＵＳＢ」ケーブルは、電子装置間の低電圧差動信号（データ）を伝送するための複数の絶縁導体を含むケーブルであり、これらの装置から相互接続として外部で使用される。絶縁導体のシールドは外部信号からの干渉を防ぐ。これは、無線周波数電磁波（外部信号）を送受信するための単一の絶縁導体からなり、電子装置の内部に位置付けられるＲＦケーブル（アンテナ線）とは対照的である。絶縁導体をシールドすることにより、アンテナ導線は動作不能になる。

ＵＳＢ ２．０ケーブルは、０．４ＧＨｚの最大周波数で最大速度０．４８０Ｇｂｐｓ（ギガビット／秒）でデータを伝送することができるとして電子的に特徴付けられている。この周波数でデータを伝送する絶縁電線の信号損失（減衰）は、−５．８０ｄＢ／ｍである。

ＵＳＢ ３．０ケーブルは、最大周波数７．５ＧＨｚで１チャネル当たり５Ｇｂｐｓの最大速度でデータを伝送できるシールド付き３２ＡＷＧ絶縁撚り導体の差動ペアを電子的特徴とし、３２ＡＷＧ絶縁撚り導体を使用する典型的な構造では、これにより、−７．１ｄＢ／ｍの減衰となる。ＵＳＢ ２．０ケーブルの最大速度０．４８０Ｇｂｐｓと比較して、ＵＳＢ ３．０ケーブルの１チャネル当たりの最大速度５Ｇｂｐｓは、ＵＳＢ−ＩＦ（ＵＳＢ Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｒｓ Ｆｏｒｕｍ）のＳｕｐｅｒＳｐｅｅｄ（Ｇｅｎ１）と定義されている。

２．０及び３．０ ＵＳＢケーブル内のデータ伝送導体の絶縁体は、典型的にはポリエチレンなどのポリオレフィンである。

しかし、ＵＳＢ ３．１ケーブル及びＵＳＢ ３．１タイプＣケーブルは、周波数１０ＧＨｚにて１チャネル当たり１０Ｇｂｐｓの最大速度に達することができ、この信号速度はＳｕｐｅｒＳｐｅｅｄ Ｐｌｕｓ（ＳｕｐｅｒＳｐｅｅｄ＋）又はＳｕｐｅｒＳｐｅｅｄ Ｇｅｎ２と定義されている。周波数が増加するにつれて減衰も増加するという事実にもかかわらず、ＵＳＢ ３．１タイプＣケーブルは、１０ＧＨｚで−７．２ｄＢ／ｍ（３２ＡＷＧ撚り導体を使用したツイストペア構造）までの減衰に制限される。これは、ＵＳＢ ３．０ケーブルの減衰からわずかに多い。ＵＳＢ ３．１ケーブルをＵＳＢ ３．０ケーブルの７．５ＧＨｚより低い周波数で動作させた場合、ＵＳＢ ３．１ケーブルの減衰は−５．９ｄＢ／ｍまで低下し（３２ＡＷＧ撚り導体を使用したツイストペア構造）、これにより、周波数が７．５ＧＨｚから１０ＧＨｚに増加したとき、減衰の増加が比較的大きいことが分かる。

ケーブル動作のデータ信号周波数の増加に起因する減衰の増加の問題は、ＡＷＧ導線サイズが減少するとき、すなわち導体の直径が小さくなるときに顕著である。直径の小さい方の導体が、３４ＡＷＧであることが好ましい。３２ＡＷＧ撚り導体（それぞれが０．０８３ｍｍの直径を有する７本のツイスト撚り導線）は、０．２４９ｍｍ（９．８ミル）の直径を有する。３４ＡＷＧ撚り導体は、わずかに０．２０１ｍｍ（７．９ミル）の直径を有する。このように導体直径が減少することに伴って、３４ＡＷＧ撚り導体の減衰は−１．２ｄＢ／ｍ増加する。

米国仮出願第６２／１９５５９３号

問題は、ＵＳＢ ３．１ケーブルとして機能するようにＵＳＢ ３．０ケーブルをどのように適合させるかである。

本発明は、一実施形態として、少なくとも周波数１０ＧＨｚにて超高速でデータを送信するためのＵＳＢケーブルを提供することによって、この問題を解決する。このＵＳＢケーブルは、ジャケットを含み、ジャケット内に、少なくとも、１チャンネル当たり１０Ｇｂｐｓの速度でデータを送信するための電力ケーブルと、複数のシールド付き絶縁導体とが配置され、絶縁導体のうちの絶縁体は、１０ＧＨｚで０．０００３５以下の誘電正接（dissipation factor）を呈し、溶融加工性パーフルオロポリマーを含む。複数の絶縁導体は、１チャネル当たり最大速度１０Ｇｂｐｓでデータを伝送することができるが、１５ＧＨｚではまた、１チャネル当たり最大速度１０Ｇｂｐｓでデータを伝送することもできる。送信されるデータは、電波ではなくデジタルである。１チャネル当たり最大速度１０Ｇｂｐｓでデータを伝送する絶縁導体は、データ伝送を達成するために相互に連携して動作する絶縁導体のシールド付き差動ペア（ＳＤＰ）である。

ＵＳＢ ３．１及び３．１タイプＣケーブルを含む本発明のＵＳＢケーブルは、以下のように、１０ＧＨｚで減衰（差動挿入損失）目標を満たすシールド付き差動ペアによって許容可能な減衰を示す：ＡＷＧ導線サイズ：

供給源：ＵＳＢ ３．１タイプＣケーブル及びコネクタ仕様、リリース１．１、２０１５年４月３日、ミニ同軸ケーブルの撚り線中心導体用。本発明のＵＳＢケーブルのシールド付き差動ペアは、これらの目標よりも低い減衰を呈する。参照によって本明細書に援用される同明細書には、絶縁されたツイストペア及びツイナックスペア用の撚り線導体の異なるＡＷＧサイズの減衰（差動挿入損失）を列挙している。

好ましくは、本発明のＵＳＢケーブルに存在する絶縁導体上で測定されたパーフルオロポリマーの誘電正接は、全て１０ＧＨｚで、０．０００３５以下、より好ましくは０．０００３４以下、０．０００３３以下、０．０００３２以下、０．０００３１以下、０．０００３０以下、０．０００２９以下、０．０００２８以下、０．０００２７以下、０．０００２６以下、又は０．０００２５以下の誘電正接である。本明細書における本発明のＵＳＢケーブル内の絶縁導体への言及は、特に断らない限り、１０ＧＨｚでの超高速データ伝送絶縁導体を指す。これらの絶縁導体は、シールド付きの差動ペアとしてデータ伝送を実施する。

本明細書に記載されるパーフルオロポリマー絶縁体により、詳細な説明で論じられるように、絶縁導体が低減衰を呈し得ることは驚くべきことである。

好ましくは、本発明のＵＳＢケーブルの絶縁導体のうちの絶縁体のコポリマーは、熱的に不安定な末端基の総量において、炭素原子１０^６個当たり１０個以下の、特に−ＣＯＮＨ_２、−ＣＯＦ、−ＣＯＯＨ、−ＣＨ_２ＯＨ、及びＣＯＯＣＨ_３を有する。−ＣＯＯＨ末端基は、−ＣＯＯＨ及び−ＣＯＯＨ二量体の両方を含む。これらの末端基の熱不安定性は、それ自体、溶融加工中に、揮発性物質の増加として現われ、このような末端基は、データ（信号）伝送中に分極を受ける。

本発明の一実施形態では、本発明のＵＳＢケーブルの絶縁導体は同軸ケーブルであり、同軸ケーブルの各々はシールドを含む。すなわち、絶縁導体の各々は、シールドされている。好ましくは、同軸ケーブルの各々内の導体は、０．２４９ｍｍ（９．８ミル）以下の直径を有し、絶縁導体絶縁体の絶縁体の厚さは、０．２１ｍｍ（８．２ミル）以下である。より好ましくは、絶縁体の厚さは０．１９ｍｍ（７．３ミル）以下であり、更により好ましくは０．１６ｍｍ（６．４ミル）以下である。

別の好ましいことは、同軸ケーブルの各々内の導体が０．２０１ｍｍ（７．９ミル）以下の直径を有し、絶縁導体のうちの絶縁体の厚さが０．１６ｍｍ（６．４ミル）以下であることである。より好ましくは、絶縁体の厚さは０．１４ｍｍ（５．６ミル）以下であり、更により好ましくは０．１２ｍｍ（４．９ミル）以下である。

これらの絶縁体の厚さは、同軸絶縁体のインピーダンス仕様４５オーム±３オームを満たしている。

撚り導体（一緒にツイストされた撚り線で作られた導体）の場合、直径０．２４９ｍｍ（９．８ミル）及び０．２０１ｍｍ（７．９ミル）は、それぞれ３２及び３４ＡＷＧの導線サイズを指し、この導体は、本発明のＵＳＢケーブルにおけるミニ同軸ケーブル及びツイストペア及びツイン同軸ペアの絶縁導体で使用するための好ましい導体である。撚り導体は、導体が単線である場合よりも柔軟性がある。

本発明の別の実施形態では、本発明のＵＳＢケーブルの絶縁導体は、シールド付きツイストペアである。好ましくは、本発明のＵＳＢケーブルのツイストペア内の絶縁導体のうちの各々の導体は、０．２０１ｍｍ（７．９ミル）以下の直径を有し、絶縁導体のうちの絶縁体の厚さは０．１４ｍｍ（５．６ミル）以下であり、好ましくは０．１３ｍｍ（５．１ミル）以下、より好ましくは０．１２ｍｍ（４．５ミル）以下である。別の好ましい点は、ツイストペアの実施形態内の絶縁導体のうちの導体が０．２４９ｍｍ（９．８ミル）以下の直径を有し、絶縁導体のうちの絶縁体の厚さが０．１８ｍｍ（７．０ミル）以下であり、好ましくは０．１６ｍｍ（６．３ミル）以下であり、より好ましくは０．１４ｍｍ（５．６ミル）以下である点である。本発明の別の変化形態では、本発明のＵＳＢケーブルの絶縁導体は、シールド付きツイン同軸（ツイナックス）ペアである。一実施形態では、本発明のＵＳＢケーブルのツイナックスペア内の絶縁導体のうちの各々の導体は、０．２０１ｍｍ（７．９ミル）以下の直径を有し、絶縁導体のうちの絶縁体の厚さは０．１６ｍｍ（６．４ミル）以下であり、好ましくは０．１４ｍｍ（５．６ミル）以下、より好ましくは０．１２ｍｍ（４．９ミル）以下である。別の実施形態では、ツイン同軸ペア実施形態内の絶縁導体のうちの導体が０．２４９ｍｍ（９．８ミル）以下の直径を有し、絶縁導体のうちの絶縁体の厚さが０．２１ｍｍ（８．２ミル）以下であり、好ましくは０．１９ｍｍ（７．３ミル）以下であり、より好ましくは０．１６ｍｍ（６．４ミル）以下である。

これらの絶縁体の厚さは、ツイストペア及びツイナックス絶縁体のインピーダンス仕様９０オーム±５オームを満たしている。

好ましくは、超高速データ伝送用絶縁導線の絶縁体の溶融加工性パーフルオロポリマーは、テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）／ヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）コポリマー、又はテトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）／パーフルオロ（アルキルビニルエーテル）（ＰＡＶＥ）コポリマーから構成され、アルキル基は、１〜５個の炭素原子を含有する。

好ましくは、本発明のＵＳＢケーブルは３．１ＵＳＢケーブル、より好ましくはＵＳＢ３．１タイプＣケーブルであり、ケーブル末端のコネクタは電子装置の受信機への挿入に対して両方向である。このケーブルでは、絶縁導体はミニ同軸ケーブル内又はツイストペア若しくはツイン同軸ケーブル内にあってもよく、これらのケーブルの導体の絶縁体はＴＦＥ／ＨＦＰコポリマー又はＴＥＦ／ＰＡＶＥコポリマーであってもよい。このケーブルには、少なくとも８つの絶縁導体がシールド付き差動ペアとして存在する。

本発明のフッ素化パーフルオロポリマーは、本明細書では、ＵＳＢ ３．１タイプのケーブルに使用される絶縁導体の一次絶縁体として使用可能である。しかし、フッ素化パーフルオロポリマーはまた、通信、電子機器、軍事、航空宇宙、及び高周波信号性能が所望される他の同様の用途において、他の同様の導線及びケーブル構成内で、絶縁導体の主要絶縁として使用される場合に、改善された電気的性能をもたらすこともできる。

明確に示すことを目的として、ＵＳＢ ３．１ケーブル及び３．１タイプＣケーブルなど、ＵＳＢ超高速データ伝送ケーブルの一実施形態を拡大した概略断面図である。

図を参照すると、ＵＳＢケーブル２は、ＵＳＢ ３．１ケーブル及び３．１タイプＣケーブルの特徴であるいくつかの要素を含む。これらの要素のうちの１つは、ミニ同軸ケーブル４であり、その中には、ＵＳＢケーブル２内に断面図で示された４本のこのようなケーブルが存在する。各ミニ同軸ケーブル４は、一緒にツイストした導線を撚り合わせたものから構成された中心導体６と、断面図内の導体６を取り囲むポリマー絶縁体８と、断面図内のポリマー絶縁体８の外面にわたって外部信号からの干渉を防止するための金属編組シールド１０と、断面図内の金属編組１０を取り囲むポリマージャケット１２と、からなる。マイクロ同軸ケーブル４は、ＵＳＢケーブル２の超高速データ伝送ケーブルである。これらの同軸ケーブル４のポリマー絶縁体８は、全てが本明細書に記載されるとおり１０ＧＨｚで、０．０００３５以下、好ましくは０．０００３４以下、０．０００３３以下、０．０００３２以下、０．０００３１以下、０．０００３０以下、０．０００２９以下、０．０００２８以下、０．０００２７以下、０．０００２６以下、及び０．０００２５以下のいずれかの誘電正接を有する溶融加工性パーフルオロポリマーを含む。超高速ミニ同軸ケーブル４は、絶縁導体のツイストペア又は絶縁導体のツイナックスペアと交換でき、それぞれは、ポリマー絶縁体によって取り囲まれ、一緒にツイストされた導線を撚り合わせた中心導体を含む。ツイストペア及びツイナックスペアは、ペア間のクロストークなど、外部信号からの干渉を防止する金属箔／ポリマーフィルムラミネートによって（包まれて）シールドされる。その後、交換用ツイストペアとツイナックスペアは、ＵＳＢケーブルの超高速データ伝送ケーブルになる。ポリマー絶縁体は、上述のポリマー絶縁体８と同じパーフルオロポリマーである。超高速データ伝送ケーブルは、ＵＳＢケーブル２のミニ同軸、ツイストペア、又はツイナックスであっても、図に示すよりも多くの数のＵＳＢケーブル２に存在し得る。これらの超高速ケーブルは、ケーブル２に超高速データ伝送を提供する。

ケーブル２内の４本のミニ同軸ケーブル４又は２本のツイストペア若しくはツイナックスペアは、１０ＧＨｚ、１０Ｇｂｐｓでデータを伝送できる１つのチャネルを形成する。これはＵＳＢ ３．１ケーブルの特徴である。ケーブル２内の８本のミニ同軸ケーブル４又は４本のツイストペア又はツイナックスペアは、１０ＧＨｚで２０Ｇｂｐｓの帯域幅に倍増する。これが、ＵＳＢ ３．１タイプのケーブルの特徴である。図に描写する４本のケーブル４群内のミニ同軸ケーブル４の各ペアは、シールド付き差動ペアであり、シールド１０は各ミニ同軸ケーブルの一部分である。各ツイストペア及び各ツイナックスケーブルはシールド付き差動ペアであり、シールドは上述のように提供される。

導体６のＡＷＧサイズは、好ましくはＡＷＧ ２６以下であり、より小さいサイズのＡＷＧ導線２８、３０、３２、３４、及び３６を含む。絶縁体８など絶縁体の厚さは、超高速データの伝送に必要な電気絶縁体（インピーダンス）を提供するため、すなわち特性インピーダンスの設計目標を満たすため、及びＵＳＢシステム全体においてデータ伝送のためのインピーダンスの不連続性を最小限に抑えるために、非常に効率的である。

導体が絶縁導体（ケーブル）のツイストペア又はツイン同軸ペア内にある場合、絶縁導体が同じＡＷＧ導線サイズのミニ同軸ケーブルである場合よりも、絶縁体の厚さが薄くなることもある。ＡＷＧ導線サイズが小さくなるにつれて、絶縁体の厚さも薄くして、上述の電気的効果を達成する。

導体のサイズがより小さい３２ＡＷＧミニ同軸ケーブル及びミニ同軸ケーブルの絶縁体の厚さは、特にＵＳＢ ３．１タイプＣケーブルの場合、インピーダンス設計目標４５オーム±３オームに適合する（を満たす）ことが好ましい。３２ＡＷＧツイストペア及びツイナックスペアの絶縁体の厚さ、及び導体のサイズがより小さいこのようなペアは、特にＵＳＢ ３．１タイプＣケーブルの場合、インピーダンス設計目標９０オーム±５オームに適合する（を満たす）ことが好ましい。

ＵＳＢケーブル３．１内の別の要素は、電力（供給）線１４及び電力（戻り）線１６であり（いずれも断面図に示す）、双方とも導線を撚り合わせたものを一緒にツイストした中心導体１８と、中心導体１８を取り囲むポリマー絶縁体２０を含む。ポリマー絶縁体２０のポリマーの例は、ポリ塩化ビニルである。ケーブル２の電力線１４及び１６は、最大電力出力１００ワット（５Ａにて２０Ｖ）を有することが好ましい。

ＵＳＢケーブル２内の別の要素は、ポリマー絶縁導体のシールド付きツイストペア２２であり、各ポリマー絶縁導体は、ポリマー絶縁体２６によって取り囲まれた導線を撚り合わせたものを一緒にツイストさせた中心導体２４を含み、その全てを断面図に示す。このツイストペア２２は、ＵＳＢケーブル２のＵＳＢ ２．０構成要素であり、ＵＳＢケーブル２．０は、最大データ速度０．４８Ｇｂｐｓを有する。これは、ケーブル２の低速データ伝送ケーブルであり、この動作状態と互換性のあるインターフェースへの接続を提供する。ポリマー絶縁体２６のポリマーの例はポリエチレンである。

図示されていないが、ケーブル２内に存在し得る他の要素の例としては、アナログ無線信号などの付加信号用の側波帯用ケーブル（ＳＢＵ）と、ケーブル２内の要素間の空きスペースを占有する充填材が挙げられる。

断面図に示すように、金属編組２８は、同軸ケーブル４、電力線１４及び１６、並びにツイストペア２２の組立体を取り囲み、ジャケット３０は金属編組２８を取り囲む。金属編組２８は、ケーブル２全体のシールドとなり、また、ケーブルの接地としても機能し得る。このシールドは、内部金属編組と、それらの間に挟まれたアルミニウム金属化ポリエステルフィルムを有する外部金属シールドとの複合体など、他の形態を有してもよい。ジャケット３０のポリマーの例は、エチレン／酢酸ビニルコポリマーである。

ケーブル２内の要素は、それらが緩く位置付けられているかのように示されている。好ましくは、ケーブル内の要素は、編組２８を適用する前に、要素のポリエステルテープラッピング（図示せず）によって一緒にしっかりと結合する。

本発明のＵＳＢケーブルに使用されるパーフルオロポリマーは、溶融加工性であるような溶融流動性である。すなわち溶融状態で押し出されて、図の絶縁体８など、超高速データ伝送用絶縁導体のうちの導体上に絶縁体を形成することができる。これらのパーフルオロポリマーのメルトフローレート（ＭＦＲ）は、好ましくは少なくとも約２０ｇ／１０分、より好ましくは少なくとも約２５ｇ／１０分、更により好ましくは少なくとも約２８ｇ／１０分、更により好ましくは少なくとも約３０ｇ／１０分である。高ＭＦＲは、絶縁体を形成する押出成形プロセスの間、絶縁体／導体界面で、空隙のない密接な接触を得るために望ましい溶融パーフルオロポリマーの流動性を提供するために好ましい。空隙は、誘電正接の増加の一因となる。ＭＦＲは、溶融パーフルオロポリマー上に５．０ｋｇの重りを使用して、ＡＳＴＭ Ｄ−１２３８に従って３７２℃で測定する。接頭辞「パー」によって示されるように、パーフルオロポリマー鎖を構成する炭素原子に結合した一価の原子は全てフッ素原子である。他の原子が、ポリマー末端基、すなわちポリマー鎖を終端させる基に存在してもよい。

本発明のＵＳＢケーブルに使用され得るパーフルオロポリマーの例としては、テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）と１つ以上のパーフルオロ化重合性コモノマー、例えば３〜８個の炭素原子を有するパーフルオロオレフィン、例えばヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）、及び／又は直鎖若しくは分枝アルキル基が１〜５個の炭素原子を含むパーフルオロ（アルキルビニルエーテル）（ＰＡＶＥ）、とのコポリマーが挙げられる。好ましいＰＡＶＥモノマーは、アルキル基が、それぞれ、パーフルオロ（メチルビニルエーテル）（ＰＭＶＥ）、パーフルオロ（エチルビニルエーテル）（ＰＥＶＥ）、パーフルオロ（プロピルビニルエーテル）（ＰＰＶＥ）、及びパーフルオロ（ブチルビニルエーテル）（ＰＢＶＥ）として既知の１、２、３、又は４個の炭素原子を含むものである。ＴＦＥ／ＰＡＶＥコポリマーは、いくつかのＰＡＶＥモノマー、製造業者によってＭＦＡと称されることもある、ＴＦＥ／パーフルオロ（メチルビニルエーテル）／パーフルオロ（プロピルビニルエーテル）ターポリマーなどを使用して製造することができる。ＴＦＥ／ＰＡＶＥコポリマーは、最も一般的にＰＦＡ（パーフルオロアルコキシパーフルオロポリマー）と称される。ＰＦＡは、典型的には、ＰＡＶＥがＰＰＶＥ又はＰＥＶＥである場合を含めて、少なくとも約１重量％のＰＡＶＥを含み、典型的には約１〜１５重量％のＰＡＶＥを含む。ＰＡＶＥがＰＭＶＥを含むとき、組成物は約０．５〜１３重量％のＰＭＶＥ及び約０．５〜３重量％のＰＰＶＥであり、合計１００重量％となる残りの部分はＴＦＥである。このパーフルオロポリマーのＭＦＲ測定条件は、ＡＳＴＭ Ｄ ３３０７−９３に開示されている。一実施形態におけるＭＦＲの範囲として上述の各最小ＭＦＲに適用可能である最大ＭＦＲは、５０ｇ／１０分であり、別の実施形態では４６ｇ／１０分であり、別の実施形態では４０ｇ／１０分であり、別の実施形態では３６ｇ／１０分である。

パーフルオロポリマーの別の基は、一般にＦＥＰ（フッ素化エチレンプロピレン）と称されるＴＦＥ／ＨＦＰコポリマーである。これらのコポリマーにおいて、ＨＦＰ含量は、典型的には約９〜１７重量％（ＨＦＰＩ×３．２から算出）である。好ましくは、ＴＦＥ／ＨＦＰコポリマーは、特性を改善するために少量の追加のコモノマーを含む。好ましいＴＦＥ／ＨＦＰコポリマーは、ＴＦＥ／ＨＦＰ／ＰＡＶＥターポリマーであり、このターポリマーでは、ＰＡＶＥがＰＥＶＥ又はＰＰＶＥであり、ＨＦＰ含量が約９〜１７重量％であり、ＰＡＶＥ含量、好ましくはＰＥＶＥが約０．２〜３重量％であり、コポリマーの合計１００重量％となる残りの部分はＴＦＥである。このパーフルオロポリマーのＭＦＲ測定条件は、ＡＳＴＭ Ｄ ２１１６−９１ａに開示されている。ＭＦＲの範囲として上述の各最小値に適用可能である最大ＭＦＲは、４０ｇ／１０分、好ましくは３６ｇ／１０分である。

パーフルオロポリマーは、部分的に結晶性である、すなわち、エラストマーでないことが好ましい。部分的に結晶性であるとは、ポリマーがいくらかの結晶化度を有し、ＡＳＴＭ Ｄ ３４１８に従って測定された検出可能な融点、及び融解吸熱が少なくとも約３Ｊ／ｇであることによって特徴付けられることを意味する。パーフルオロポリマーについて上述の誘電正接は、集合的に及び個別に、上述の各ＴＦＥ／ＨＦＰコポリマー及びＴＦＥ／ＰＦＡコポリマーのそれぞれに適用される。

パーフルオロポリマーは、種々の媒体中で適切なモノマーを既知の方法で重合することによって製造することができる。一実施形態では、パーフルオロポリマーは、経済的な目的、かつ取扱中、その完全性を保持するために、絶縁体に必要とされる強度と共に、溶融流動性などの所望の特性をパーフルオロポリマーにもたらすこのような重合化能力を目的として、水性媒体中で製造、即ち重合される。水性媒体中での重合化は、必然的に、媒体中に溶解された１種以上の添加剤を含有する媒体となり、媒体中に存在するイオン種を形成する。このような添加剤の例は、過硫酸アンモニウムなどの重合開始剤、メタノールなどの連鎖移動剤、及び／又はω−ヒドロキシフルオロカーボンアンモニウムなどの緩衝剤である。重合中に形成されたパーフルオロポリマー粒子の分散剤もまた、水性媒体への添加剤として存在し得る。水性媒体からパーフルオロポリマーを回収することには、これらの添加剤を除去するステップを含むが、１種以上の添加剤が十分にある場合には、依然として微量のパーフルオロポリマーと結合していることもある。それでも、これらはパーフルオロポリマーの誘電正接を増加させるのには十分である。この好ましいものはまた、上述のＴＦＥ／ＨＦＰコポリマー及びＴＦＥ／ＰＡＶＥコポリマーにも適用される。

上記のＦＥＰ及びＰＦＡコポリマーを含む、溶融加工性パーフルオロポリマーは、パーフルオロポリマーの重合粒子が、例えば、低ＭＦＲコア及び高ＭＦＲシェルから重合中に段階的に変化するＭＦＲではなく、一定のメルトフローレートを有するように重合されることが更に好ましい。

パーフルオロポリマーの誘電正接の別の要因は、ポリマー鎖の熱的に不安定な末端基、特に−ＣＯＮＨ_２、−ＣＯＦ、−ＣＯＯＨ、−ＣＨ_２ＯＨ、及び−ＣＯＯＣＨ_３であり、これらは重合プロセスの結果生じる。重合プロセスの違い、例えば、上述の添加剤のその使用においてなどにより、これらの熱的に不安定な末端基の一部がわずかにパーフルオロポリマー中に存在する可能性がある。水性媒体中で重合されたパーフルオロポリマーは、重合プロセスの詳細によって、少なくとも数百のこのような熱的に不安定な末端基及び場合によっては−ＣＦ_２Ｈ末端基を有することもある。これらの不安定な末端基を減らすため、及び／又は−ＣＦ_２Ｈ末端基を形成しないようにするために、種々の末端基安定化法を使用することができるが、以下で論じるフッ素化は、全てではないがほとんどの末端基を熱安定性−ＣＦ_３末端基に変換できるため、好ましい。

本発明の別の実施形態は、少なくとも周波数１０ＧＨｚにて超高速でデータを送信するためのＵＳＢケーブルとしても記述されてもよく、このＵＳＢケーブルは、ジャケットを含み、ジャケット内に、少なくとも、１０Ｇｂｐｓの速度でデータを送信するための電力ケーブルと、少なくとも１つのシールド付き差動ペアとが配置され、ペアの各部材は絶縁導体を含み、絶縁導体のうちの絶縁体は、１０ＧＨｚで０．０００３５以下の誘電正接を呈し、溶融加工性パーフルオロポリマーを含む。ケーブルは、好ましくは、シールド付き差動ペアのうちの少なくとも２つ、より好ましくはシールド付き差動ペアのうちの少なくとも４つを含む。

超高速データ伝送の絶縁体を形成するパーフルオロポリマーは、導体絶縁体を形成するために押出成形前に激しいフッ素化条件にさらす。これにより、誘電正接が有効量低下し、絶縁導体内の特定のＡＷＧ導線サイズの減衰目標を満たし、かつ、本発明のＵＳＢ ３．１ケーブルにおいて有用であるように、超高速データ伝送用絶縁導体が絶縁体自体以外から生じる減衰に積極的に寄与し得る。フッ素化により、上記の誘電正接が低い値となる。フッ素化の効果は、上記の熱的に不安定な末端基を安定な−ＣＦ_３末端基に少なくとも変換することである。存在する場合、−ＣＦ_２Ｈ末端基についても同様である。

フッ素化の一実施形態によれば、米国特許第４，７５３，６５８号に開示されているように、フッ素化は、パーフルオロポリマーのペレットをフッ素ガスに暴露することによって実施される。このフッ素化では、ペレットをダブルコーンブレンダに入れ、２００℃の温度に加熱し、続いてフッ素／窒素混合物を添加し、上記の熱的に不安定な末端基の全てではないが、そのほとんどを−ＣＦ_３末端基に変換させるために十分な時間、加熱を継続しながらブレンダを回転させる。一実施形態では、このような加熱時間は６〜８時間である。典型的には、ペレットのサイズは、直径２〜３ｍｍであってもよい。これらの温度及び加熱時間は、フッ素化のための好ましい最低値である。この実施形態では、ペレットは、フッ素化処理の間、引き続き固体形態である。

別の実施形態によれば、フッ素化は、米国特許第６，８３８，５４５号に開示されているように二軸スクリュー押出機中で溶融相にあるパーフルオロポリマーで行う。押出機は、ポリマーを溶融後、複数の混合要素を備えた押出機バレル内のある区画に溶融物を押し出す特殊なスクリューを備えている。フッ素と窒素の混合物を溶融ポリマーと反応させるためにこの区画に供給し、特に前述の不安定な末端基、及び存在する場合は、−ＣＦ_２Ｈ末端基を安定末端基−ＣＦ_３に変換する。得られたフッ素化パーフルオロポリマーは、ペレット状に押し出す。好ましくは、ＴＦＥ／ＨＦＰコポリマーか、又はＴＦＥ／ＰＡＶＥコポリマーかに関わらず、溶融加工性フルオロポリマーのフッ素化により、熱的に不安定な末端基−ＣＯＮＨ_２、−ＣＯＦ、−ＣＯＯＨ、−ＣＨ_２ＯＨ、及びＣＯＯＣＨ_３の数が、合計炭素原子１０^６個当たり１０個以下、好ましくは炭素原子１０^６個当たり８個以下まで減少する。

米国特許出願第４，７５３，６５８号及び同第６，８３８，５４５号の開示は、参照により本明細書に組み込まれる。フッ素化後、ペレットを通して窒素ガスを流すことにより抽出可能なフッ化物及び未反応のフッ素を除去するなど、ペレットにスパージング（sparging）を行う。

本発明のＵＳＢ超高速ケーブルに使用するために、得られたフッ素化パーフルオロポリマーを従来のプロセスによって撚り線導体上に押し出して、導体を取り囲む絶縁体を形成し、それにより、上記の低誘電正接を有するパーフルオロポリマーにより超高速絶縁導体を得る。押出成形は、絶縁体が固体パーフルオロポリマー、すなわち未発泡であるか、又は絶縁体を従来の押出成形プロセスによって発泡させるように実施することができる。好ましくは、押出成形発泡は、押出成形前、及び押出成形中に発泡体核形成剤をフルオロポリマーとブレンドし、溶融フルオロポリマーに窒素を注入することによって行われる。好ましくは、押出成形は、押出成形されたパーフルオロポリマーが導体上にコーティングされたときに、注入された窒素が膨張することによって発泡が生じる溶融延伸であり、発泡体核形成剤が存在することにより、発泡体は、絶縁体の厚さ内で微細で均一な空隙の形態になる。好ましくは、発泡絶縁体の空隙含有率は、米国特許第８，１７８，５９２号に開示された計算に従って求められるように３０〜５０％である。

絶縁体が固体であるか発泡体あるかにかかわらず、シールド付き差動ペア、電力線、及び所望のＵＳＢケーブルの他の要素を形成するために、複数のこれらの絶縁導体の組立体、並びにこの組立体の編組及びジャケット被覆を従来のプロセスによって行う。

驚くべきことに、パーフルオロポリマーのフッ素化により熱的に不安定な末端基のほとんど全てが置換されることにより、本発明によるＵＳＢ ３．１及び３．１タイプＣケーブルに使用される超高速データ伝送ケーブルが、これらのケーブル用に指定された最大値より低い減衰を示し得る。米国特許第７，６３８，７０９号（ＵＳ’７０９）では、導体に関して、このような置換は、ＴＦＥ／ＨＦＰコポリマー絶縁体の親和性が欠如すること起因して、反射損失が高いという欠点を有することを開示している。高度にフッ素化されたＴＦＥ／ＨＦＰコポリマーは、低い誘電正接を有し得るが、このコポリマーにより絶縁して得た導体は、絶縁体と導体との関係により、劣った電気的性能を有することもある。この点に関して、低誘電正接に起因するあらゆる電気的利益は、絶縁体と導体との間の界面での相互作用が不十分であることによって相殺される。

ＵＳ’７０９は、ＴＦＥ／ＨＦＰコポリマー絶縁体を導体に適用して、溶融延伸タイプとするための押出成形プロセスについて開示している。この押出成形には、管が導体を取り囲むようにコポリマーを押出成形し、押出成形管内で真空引きして管を導体上に延伸することを伴う。これは、導体の周囲に絶縁体を形成して、本発明のケーブルに使用される超高速データ伝送ケーブルを形成するための好ましい方法である。

溶融延伸によって円錐形になる管状の押出成形物は、導体との接触時に更に溶融する。ＵＳ’７０９では発泡絶縁体を形成することを対象にしているが、発泡は、溶融ポリマーが導体と接触するまで開始することはない。このように発泡を後発させることにより、溶融ポリマーは、溶融延伸中に生じる延伸中においてその完全性を保持し得る。溶融物は固体であり、この接触時点では発泡していない。

ＵＳ’７０９では、ＴＦＥ／ＨＦＰコポリマーが、導体に対してより大きな親和性を有するために、いくつかの熱的に不安定な末端基を必要とすることが開示されており、このように親和性がより大きいことにより、得られる同軸ケーブルの反射損失が低減する。このより大きな親和性は、それ自体、導体に対する絶縁体のより大きな接着性によって現われ、これはストリップ力の増加として測定される。ＵＳ’７０９によれば、ＴＦＥ／ＨＦＰコポリマーによって保持されるべき不安定な末端基の量は、例えば、より低いフッ素化度によると、炭素原子１０^６個当たり３０個〜１２０個である。本発明では、本発明で使用される一緒にツイストされた導線からなる直径の小さい導体では、パーフルオロポリマーの溶融延伸絶縁体に呈される導体表面が複雑であるにもかかわらず、導体と絶縁体との間の界面がＵＳ’７０９に開示されている反射損失の問題を呈さないことを発見した。

誘電正接は、ＡＳＴＭ ２５２０、Ｂ法（共振空洞摂動法）に従って、パーフルオロポリマーの厚さ２．５ｍｍの圧縮成形プラークで求める。共振空洞内の電場は、プラークの長さ（１５．２５ｃｍ）に平行である。

本発明に関するパーフルオロポリマーの不安定末端基は、以下の手順により求める：厚さ０．２５〜０．３ｍｍのパーフルオロポリマーの試験フィルムを圧縮成形により調製し、ＦＴ−ＩＲ分析に供して、以下の末端基の波長特性での吸収により、熱的に不安定な末端基の量を分析する：

吸光係数値は、診断波長における吸収に依存する。

同様に、分析されるべき末端基を有さないことが既知の基準物質のフィルムは、米国特許第４，７５３，６５８号に開示されているものなど、パーフルオロポリマーのペレットをフッ素に暴露することによって製造する。この方法では、ペレットをダブルコーンブレンダに入れ、２００℃の温度に加熱し、続いて２５モル％のフッ素及び７５モル％の窒素混合物を連続的に添加し、８時間加熱を続けながらブレンダを回転させる。得られた立方体から成形され走査されるフィルムが、１回のフッ素化処理から後続の処理まで末端基の既知の吸収ピークの変化を示さなくなるまで、ペレット上でフッ素化手順を繰り返す。より低い温度又はより低いフッ素濃度でのフッ素化では不安定な末端基が一部残存する可能性があり、これにより基準フィルムが完全にフッ素化されず、このため、不安定な末端を全て検出するのには有用ではない。

末端基に対応する各波長での示差吸光度を求め、これを以下の式によって、炭素原子１０^６個当たりの末端基の数に変換する。式：末端基／１０^６（ｐｐｍ）＝（示差吸光度×減衰係数）／試験フィルム厚（ｍｍ）。

ＴＦＥ／ＨＦＰコポリマーに関しては、末端基−ＣＦ_２Ｈは、約３９０℃の溶融加工（押出成形）温度において、熱的に不安定な末端基ではない。いずれの場合においても、−ＣＦ_２Ｈ末端基の数は、上記と同じ方法で求められ、３００５ｃｍ^−１に特徴的な吸収ピークがある。

（重合実施例１）
ＴＦＥ／ＨＦＰ／ＰＥＶＥの重合は、反応中の開始剤ポンプ速度を３．５ｍｌ／分から３．６７ｍｌ／分に上げることを除いて、米国特許出願公開第２０１２／０００４３６５（Ａ１）号の実施例７と同じ条件を用いて行う。得られたポリマーは、１０．２％のＨＦＰ含量、１．２％のＰＥＶＥ含量、及び２８．８ｇ／１０分のＭＦＲを有する。このパーフルオロポリマーは、高せん断力の機械的凝固によって分散液から単離し、乾燥させる。

（フッ素化実施例１）
重合実施例１の乾燥パーフルオロポリマーは、注入領域、混合領域、及び反応領域を含む領域が、ここで２０個のＴＭＥ元素及び１個のＺＭＥ元素を含有する反応区画により１１Ｌ／Ｄから２６Ｌ／Ｄに増加し、フッ素体ポリマーの比を２，０００重量ｐｐｍに調節することを除き、米国特許第６，８３８，５４５号の実施例２に開示されている手順を用いてフッ素化する。末端基分析により、炭素原子１０^６個当たり８個の熱的に不安定な末端基のみがコポリマー中に存在し、−ＣＦ_２Ｈ末端基は存在しないことが明らかである。コポリマーの誘電正接は、１０ＧＨｚで０．０００２３である。

（フッ素化実施例２）
重合実施例１の乾燥パーフルオロポリマーは、フッ素対ポリマーの比を９００重量ｐｐｍに調節することを除き、フッ素化実施例１に記載の手順を用いてフッ素化する。その後、パーフルオロポリマーは、米国特許第４，７５３，６５８号に開示されているように、事前にフッ素化したパーフルオロポリマーのペレットをフッ素に暴露することによって再びフッ素化し、ペレットをダブルコーンブレンダに入れ、２００℃の温度に加熱し、続いて２５モル％のフッ素と７５モル％の窒素混合物を添加し、８時間加熱を続けながらブレンダを回転させる。ダブルコーンブレンダのフッ素化手順を繰り返し行う。得られたパーフルオロポリマーは、１０ＧＨｚで誘電正接０．０００３１を呈し、炭素原子１０^６個当たり２個未満の不安定な末端基を含み、−ＣＦ_２Ｈ末端基を含まない。

（フッ素化実施例３）
ＭＦＲ ４２ｇ／１０分、及びＰＰＶＥ含量５．２重量％を有するＴＦＥ／ＰＰＶＥコポリマーは、米国特許第４，７５３，６５８号に開示されているようにペレットをフッ素に暴露することによってフッ素化する。この手順では、ペレットをダブルコーンブレンダに入れ、２００℃の温度に加熱し、続いて１０モル％のフッ素と９０モル％の窒素混合物を添加し、加熱を７時間継続しながらブレンダを回転させる。得られたパーフルオロポリマーは、１０ＧＨｚで誘電正接０．０００３４を呈し、炭素原子１０^６個当たり５個の不安定な末端基を含み、−ＣＦ_２Ｈ末端基は含まない。

（押出成形実施例１）
重合実施例１により調製し、フッ素化実施例１で調製し、フッ素化したパーフルオロポリマーを溶融延伸押出成形により３２ＡＷＧ撚り線導体（７／０．０８３ｍｍ）上に押し出し、以下の条件で厚さ０．１９ｍｍ、ＯＤ ０．６２ｍｍの絶縁体を製造する：
ダイ６．５ｍｍ、先端２．４ｍｍ、ＤＲＢ＝１．０５、ＤＤＲ＝１１２
３０ｍｍ押出機、Ｌ／Ｄ＝２４〜２８
ライン速度２００ｍ／分

押出機の温度プロファイル（単位：℃）

得られた絶縁導体を金属編組でシールドし、次にジャケットで被覆し、続いて８つの長さに切断する。その結果得られたミニ同軸ケーブルは、ＵＳＢ ３．１タイプＣケーブルに４つのシールド付き差動ペアとして組み込まれる。

ミニ同軸ケーブルのシールド付き差動ペアは、それぞれ１０ＧＨｚで−７．６ｄＢ／ｍ以下の減衰を呈する。

（押出成形実施例２）
重合実施例１で調製し、フッ素化２に従ってフッ素化した後のパーフルオロポリマーを、米国特許第８，１７８，５９２号に記載されたように、９１．１重量％の窒化ホウ素、２．５重量％の四ホウ酸カルシウム、及び６．４重量％のテロマーＢスルホン酸のバリウム塩を含む発泡体核生成剤０．３重量％とブレンドする。３２ＡＷＧ撚り導体へ押出成形し、０．１８ｍｍ（７．２ミル）の厚さで４５％の空隙率を有する絶縁体を形成することにより、絶縁体にとって所望のインピーダンス４８オームとなる。この発泡絶縁導体の８つの長さは、シールドされ、ジャケットで被覆され、ＵＳＢ ３．１タイプＣケーブルに組み込まれる。これらのミニ同軸ケーブル上の各シールド付き差動ペアの減衰は、超高速ケーブルの場合、１０ＧＨｚで−６．８ｄＢ／ｍ未満である。

押出成形条件は、以下のとおりである。
２０ｍｍスクリュー、Ｌ／Ｄ＝２８〜３２
ダイ１．６ｍｍ、先端０．８ｍｍ
導体ＯＤ：０．２４ｍｍ、
絶縁ＯＤ ０．６ｍｍ
窒素注入圧力３５〜４０ＭＰａ（３５０〜４００バール）、窒素インジェクターについては３０ＭＰａ（３００バール）で試験を行い、８ｃｃ／分の流量であった。
ライン速度８０ｍ／分

温度プロファイル：（単位℃）

（押出成形実施例３）
フッ素化実施例３で調製されたパーフルオロポリマーは、押出成形実施例１と同様の方法で３２ＡＷＧの撚り線導体上に押出成形され、同じ絶縁体の厚さを得る。編組及びジャケット被覆後のこの絶縁導体の長さは、ＵＳＢ ３．１タイプＣケーブルに組み込まれる。得られたミニ同軸ケーブルのシールド付き差動ペアは、１０ＧＨｚで−７．６ｄＢ／ｍ未満の減衰を呈する。

実施例で調製された超高速ケーブルはいずれも、１０ＧＨｚにて１チャネル当たり１０Ｇｂｐｓでデータを伝送することができる。

Claims (18)

1. 少なくとも１０ＧＨｚの周波数にて超高速でデータを送信するためのＵＳＢケーブルであって、前記ＵＳＢケーブルは、ジャケットを含み、前記ジャケット内に、少なくとも、１チャネル当たり最大速度１０Ｇｂｐｓで前記データを送信するための電力ケーブルと、複数のシールド付き絶縁導体とが配置され、前記絶縁導体のうちの絶縁体は、１０ＧＨｚで０．０００３５以下の誘電正接を呈し、溶融加工性パーフルオロポリマーを含む、ＵＳＢケーブル。
2. 前記誘電正接は、０．０００３１以下である、請求項１に記載のケーブル。
3. 前記絶縁導体は、同軸ケーブルであり、前記絶縁導体の各々はシールドされている、請求項１に記載のＵＳＢケーブル。
4. 各前記同軸ケーブル内の導体は、０．２４９ｍｍ（９．８ミル）以下の直径を有し、前記絶縁導体のうちの前記絶縁体の厚さは、０．２１ｍｍ（８．２ミル）以下である、請求項３に記載のＵＳＢケーブル。
5. 前記絶縁体の前記厚さは、０．１６ｍｍ（６．４ミル）以下である、請求項４に記載のＵＳＢケーブル。
6. 各前記同軸ケーブル内の導体は、０．２０１ｍｍ（７．９ミル）以下の直径を有し、前記絶縁導体のうちの前記絶縁体の厚さは、０．１６ｍｍ（６．４ミル）以下である、請求項３に記載のＵＳＢケーブル。
7. 前記絶縁体の前記厚さは、０．１２ｍｍ（４．９ミル）以下である、請求項６に記載のＵＳＢケーブル。
8. 前記絶縁導体は、ツイストペア又はツイン同軸ペアのいずれかであり、前記ペアの各々はシールドされている、請求項１に記載のＵＳＢケーブル。
9. 前記ツイストペア内の前記絶縁導体のうちの導体は、０．２０１ｍｍ（７．９ミル）以下の直径を有し、前記絶縁導体のうちの前記絶縁体の厚さは、０．１４ｍｍ（５．６ミル）以下である、請求項８に記載のＵＳＢケーブル。
10. 前記ツイストペア内の前記絶縁導体のうちの導体は、０．２４９ｍｍ（９．８ミル）以下の直径を有し、前記絶縁導体のうちの前記絶縁体の厚さは、０．１９ｍｍ（７．５ミル）以下である、請求項８に記載のＵＳＢケーブル。
11. 前記ツイン同軸ペア内の前記絶縁導体のうちの導体は、０．２０１ｍｍ（７．９ミル）以下の直径を有し、前記絶縁導体のうちの前記絶縁体の厚さは、０．１６ｍｍ（６．４ミル）以下である、請求項８に記載のＵＳＢケーブル。
12. 前記ツイン同軸ペア内の前記絶縁導体のうちの導体は、０．２４９ｍｍ（９．８ミル）以下の直径を有し、前記絶縁導体のうちの前記絶縁体の厚さは、０．２１ｍｍ（８．２ミル）以下である、請求項８に記載のＵＳＢケーブル。
13. 前記パーフルオロポリマーの熱的に不安定な末端基−ＣＯＮＨ_２、−ＣＯＦ、−ＣＯＯＨ、−ＣＨ_２ＯＨ、及び−ＣＯＯＣＨ_３の総量は、炭素原子１０^６個当たり１０個以下である、請求項１に記載のＵＳＢケーブル。
14. 前記パーフルオロポリマーはフッ素化されて、前記パーフルオロポリマーの−ＣＯＮＨ_２、−ＣＯＦ、−ＣＯＯＨ、−ＣＨ_２ＯＨ、及びＣＯＯＣＨ_３から選択される熱的に不安定な末端基を−ＣＦ_３末端基に変換し、前記得られたフッ素化パーフルオロポリマーの前記熱的に不安定な末端基の総量は、炭素原子１０^６個当たり１０個以下である、請求項１に記載のＵＳＢケーブル。
15. 前記絶縁導体のうちの少なくとも８つをシールド付き差動ペアとして含む、請求項１に記載のＵＳＢケーブル。
16. 前記絶縁体は発泡している、請求項１に記載のＵＳＢケーブル。
17. 前記溶融加工性パーフルオロポリマーは、テトラフルオロエチレン／ヘキサフルオロプロピレンコポリマー、又はテトラフルオロエチレン／パーフルオロ（アルキルビニルエーテル）コポリマーであり、アルキル基が１〜５個の炭素原子を含む、請求項１に記載のＵＳＢケーブル。
18. 前記溶融加工性パーフルオロポリマーのメルトフローレートは、少なくとも２８ｇ／１０分である、請求項１に記載のＵＳＢケーブル。

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