JP3566286B2 - 複合多孔質絶縁材を有する同軸電気信号ケーブル - Google Patents

Description

発明の利用分野
本発明は、絶縁した同軸電気信号ケーブル、具体的には多孔質の絶縁材を有するそのようなケーブル、最も具体的には多孔質の絶縁材がフルオロカーボンのポリマーを含むそのようなケーブルに関係する。
背景技術
米国特許第3953566号、同3962153号、同4096227号、同4187390号、同4902423号、同4478665号に記載の低密度多孔質延伸ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）は電気導体を絶縁するために広範囲に使用されており、緻密性のポリマー絶縁材で絶縁された導体に比較して信号伝達速度、誘電損失、物理的寸法の改良された特性を有する絶縁した導体を提供する。高い気孔量と低い密度が特性の改良を提供する。
このような絶縁された電気導体を通る極めて速い信号伝達速度を達成する制約は、低密度と低誘電率を達成し、それによって高い信号伝達速度を達成するように非常に高い空隙容積すなわち気孔量を有するように製造する場合、本質的に耐圧漬性でないePTFE（延伸ポリテトラフルオロエチレン）の連続気孔（ノードおよびフィブリル）の性質にある。
このような絶縁材の圧漬性は絶縁材を熱可塑性ポリマーの表皮で囲むことによって改良することができるが、信号伝達速度は密な気孔のない絶縁材の表皮によって低下する。
ケーブル絶縁材に耐圧漬性を付与するためのもう１つの方法は、熱可塑性ポリマーを電気導体の周りに押出するときに発泡させ、電気導体の周りに耐圧漬性の独立気泡の発泡絶縁材を形成する方法であった。この方法は当該技術でよく知られており、米国特許第3072583号、同4711811号、同4394460号、及びEPO442346に記載されており、押出の際に溶融ポリマーの中に発泡用ガス又は液を注入する。これらの方法においては押出プロセスの間に発泡剤を使用して独立気泡のフルオロカーボンポリマー発泡体を形成し、これらは本質的に耐圧漬性の傾向がある。しかしながら、絶縁されたケーブルを通る高い信号伝達速度を有する絶縁ケーブルを提供するために十分な高い空隙容積を有し、同時に圧漬に対する十分な抵抗を与える発泡絶縁材を製造することは困難である。
発明の要旨
本発明は、信号導体を囲む多孔質ePTFE絶縁材の層と、独立気泡の発泡体ポリマー絶縁材の層で囲まれるこの絶縁された導体を含む、複合多孔質絶縁材を有する同軸電気信号ケーブルを構成する。ePTFE絶縁材は信号導体の上に押出又はテープ巻き付けすることができ、独立気泡の発泡体ポリマー絶縁材は、ePTFE被覆導体の上に押出ながら発泡剤によって発泡することができる、導体の絶縁に有用な任意の通常の絶縁材でよい。独立気泡の発泡ポリマーには例えばPFA、FEP等のような熱可塑性フルオロカーボンポリマーが好ましく、またポリエステル、ポリプロピレン、又はポリエチレンであってもよい。独立気泡の発泡ポリマーはePTFE層の上に押出するか、或いはテープ巻き付けのようにして適用することができる。本発明の複合絶縁材は、ノードやフィブリルの高度に多孔質の連続気孔絶縁材と、ePTFE被覆導体の電気的特性、特にはその信号伝達速度に悪影響を及ぼさない独立気泡の空隙容積が高い耐圧漬性の保護絶縁材とを組み合わせる。
２層の複合絶縁材を有する、この絶縁した信号導体は、例えば金属化されたポリマーテープ、金属箔、横巻き金属ワイヤー、又は金属チューブのような、同軸電気信号ケーブルの遮蔽材に通例なタイプの電気遮蔽材を備える。通常は遮蔽材を保護のポリマージャケットで囲み、これは遮蔽材の上にテープ巻き付け又は押出することができる。このようなジャケットはポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、フルオロポリマー等で形成することができ、これらに導電性物質を充填することもできる。信号導体と遮蔽材は銅、銅合金、貴金属メッキ銅、アルミニウム、ミューメタル磁気合金、又は他の導電性金属であることができる。
２層の複合絶縁材を有する、この絶縁した信号導体は、遮蔽材のない絶縁した導体の撚り合わせた対として使用することができ、このようにして複合絶縁材の耐圧漬性と良好な誘電特性を利用することができる。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明のケーブルの横断面図である。
図２は本発明のケーブルの透視図であり、見えやすいように横断面に切ってケーブルから除去した各種の層を有する。
発明の詳細な説明
次に図面を参照しながら本発明を詳細に記載し、よりたんねんに本発明の範囲と詳細事項を述べる。
図１は本発明のケーブルの横断面図であり、電気信号導体１が押出又はテープ巻き付けによって、好ましくは多孔質延伸ポリテトラフルオロエチレン（ePTFE）絶縁材２の層で囲まれている。この絶縁した導体を独立気泡のポリマー発泡絶縁材３の層で囲み、この絶縁材は好ましくはePTFEで被覆した導体の上に前述の方法によって押出し、具体的には加熱加圧条件下で発泡性熱可塑性プラスチックをコアの上に押出し、同時に非反応性ガス又はガス化性液体を押出機バレルに注入し、熱可塑性プラスチックを押出機から出しながら発泡させる。押出する前に熱可塑性ポリマーに核剤を添加し、それによって形成される気泡の数を最大限にし、そのサイズを最小限にする。この方法は発泡ポリマー層３を圧漬に対してかなりの強度を有する独立気泡体にする。
約95％の気孔率がほぼ有効に到達できる最大であり、好ましい範囲は約50〜90％の気孔率であり、これは、同軸信号ケーブルにおいて良好な耐圧漬性を備えて最大の信号伝達速度を提供することができる。
非常に低い誘電率を有し、多孔性が高い他のポリマーで、この好適なePTFEを置き換えることができ、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、フルオロカーボンがある。
中央の信号導体１は中実又は撚線であることができ、例えば銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム−銅複合材、炭素充填材入りポリマー、プラズマコーティング法によって別の金属で被覆した金属、貴金属をメッキした銅と銅合金、又は錫、及びニッケルをメッキした金属を含むことができる。
独立気泡の発泡絶縁材３に使用することができる発泡性熱可塑性ポリマーにはポリエチレン、芳香族ポリアミド、ポリプロピレン、フッ化エチレン−プロピレンコポリマー（FEP）、パーフルオロアルコキシテトラフルオロエチレンポリマー（PFA）、クロロトリフルオロエチレンポリマー、エチレン−クロロトリフルオロエチレンコポリマー、ポリビニリデンフルオライドポリマー、フッ化酸素含有環を含むPTFEポリマー、ポリスチレン、ポリホルムアルデヒドポリエーテル、ビニルポリマー、芳香族と脂肪族のポリアミド、及びエチレン−テトラフルオロエチレンコポリマー（Tefzel（商標））がある。
発泡剤は例えば窒素、フレオン（商標）系の部材、二酸化炭素、アルゴン、ネオン、塩化メチレン、又はペンタンのような低沸点炭化水素であることができる。熱可塑性ポリマーの押出条件下において、特に核剤を使用した場合、これらは多数の独立気泡の気孔を形成することができる。
最小サイズの気孔の最大数が生成することを確保するため、気泡発生を促進する核剤を使用する。これらは例えば窒化ホウ素、マグネシウム、カルシウム、バリウム、亜鉛、酸化鉛、炭酸鉛、アルミナ、シリカゲル、及び二酸化チタンの粒子を含むことができる。
独立気泡の発泡絶縁材３を囲んで導電性遮蔽材４があり、この遮蔽材は絶縁材３の周りに巻回、横巻き、又は押出することができる。金属箔又は金属被覆ポリマーテープを絶縁材３周りに螺旋状に巻き付けることができ、又は導電性のワイヤーやテープを絶縁材３の周りに横巻き又は編組することができる。銅、銅合金、又はアルミニウムの柔らかい導電性金属チューブをダイを通して絶縁材３の周りに線引きすることもできる。銀メッキ銅ワイヤーを絶縁材３の周りに横巻きすることもできる。導電性遮蔽材４は上記の中央の導体１に使用すると同じ金属を含むことができ、また、ミューメタル磁気合金、又は例えば導電性炭素又は金属の粒子を含む導電性粒子充填材入りポリマーであることもできる。金属被覆ポリマーテープを遮蔽材４に使用する場合、遮蔽材の適切な接地を保証するために、螺旋状の又は縦のドレンワイヤー６を遮蔽材に接触及び隣接させて使用することが多い。ドレンワイヤーは例えば銀メッキした銅でよい。
遮蔽材４と選択性のドレンワイヤー６を囲んで保護ジャケット５がある。ジャケット５は通常は上記に列挙したような押出した熱可塑性プラスチックであり、炭素や金属の導電性フィラー粒子を含むことができる。
図２は、ケーブルの構造を示すために層を順次はぎ取った本発明のケーブルの透視横断面図である。導体１をePTFE絶縁層２で囲み、次にこの絶縁層を独立気泡の発泡絶縁材３で囲み、多孔性の高い層２を保護するための圧漬強度を与える。発泡絶縁材３には、金属テープ又は金属被覆テープの遮蔽材４を螺旋状に巻いて示している。ドレンワイヤー６が遮蔽材の有効な接地を追加する。保護ポリマージャケット５が順に遮蔽材４とドレンワイヤー６を囲む。
例
0.21g/ccの密度と、密度から計算した約90％の気孔率を有するePTFEテープで0.762mmの銀メッキ銅ワイヤーを螺旋状に巻いた。ePTFEの上に発泡フルオロポリマー層を押出した。ePTFE層と発泡熱可塑性プラスチック層の密度を次の方法によって測定した。
ケーブルの小さな試験片をエポキシ注封材料の中に沈め、真空チャンバーの中に入れ、サンプルから空気を吸引した。エポキシ注封材料を硬化させ、次いでサンプルの横断面を切り、研磨した。
次いでビデオマイクロメーターを備えた顕微鏡を使用し、信号導体の直径、ePTFEコアと発泡熱可塑性ポリマー層の直径を測定した。次にePTFEと発泡熱可塑性ポリマー層について横断面積を計算することができた。次にケーブルの隣接した12インチ（30.48cm）のサンプルをその構成部材に分け、ePTFEと熱可塑性ポリマー層を別々に秤量し、重さを求めた。各々の層の体積は、断面積×長さ12インチ（30.48cm）によって計算することができた。次いで密度は、各々の層のグラムの重さを立方センチメートルの体積で割って計算した。ePTFE層の密度は平均で0.21g/ccで、約0.19〜約0.28g/ccの範囲であった。ePTFE層の肉厚は約0.294mmであった。
次いで押出機のバレルにフレオン113を注入しながら、耐圧漬性のPFAの層を、熱可塑性ポリマー押出の標準的な押出機によってePTFEを巻き付けた導体の上に押出した。押出機は30:1の長さ対直径の比を有した。PFAは約0.79重量％で窒化ホウ素の核剤を含んだ。PFA層の中に約０〜約55％の気孔率を有するいくつかのサンプルを押出した。これらの気孔率はPFA層を取り出し、PFA層の密度を測定して確認した。
螺旋状のドレンワイヤーとアルミ化されたポリエステル遮蔽材は当該技術で知られるテープ巻き付け法によって縦に並んで適用した。FEPの押出層を標準的な押出プロセスによって付加し、外側ジャケットとして利用した。これらのサンプルを信号伝達速度について試験し、外側ジャケットを有しない以外は同じサンプルと結果を比較した。これらの測定値からのデータは、PFA表皮層の気孔率が増すにつれて相応にケーブルの信号伝達速度が増し、ePTFE絶縁材コアの圧漬を防ぐPFA表皮層の性能は殆ど変化がないことを示した。

Claims (15)

1. ａ電気伝導性信号導体、ｂ前記導体を囲む多孔質の絶縁材の第１層、及びｃ前記絶縁材の第１層を囲む独立気泡のポリマー発泡体の絶縁材の第２層、を内側から外側に構成した同軸電気信号ケーブル。
2. 前記絶縁材の第２層を囲む電気伝導性遮蔽材と、前記遮蔽材を囲む保護ポリマージャケットを含む請求項１に記載のケーブル。
3. 前記多孔質の絶縁材の第１層が延伸ピリテトラフルオロエチレンを含む請求項１又は２に記載のケーブル。
4. 前記絶縁材の第２層が独立気泡の熱可塑性ポリマー発泡体の押出層を含む請求項３に記載のケーブル。
5. 前記発泡体が約５〜95％の気孔率を有する請求項４に記載のケーブル。
6. 前記発泡体が約50〜90％の気孔容積を有する請求項４に記載のケーブル。
7. 前記熱可塑性ポリマー発泡体がポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、フルオロポリマー、フッ化エチレン−プロピレンコポリマー、パーフルオロ−アルコキシテトラフルオロエチレンポリマー、クロロトリフルオロエチレンポリマー、エチレン−クロロトリクロロエチレンコポリマー、ポリビニリデンフルオライドポリマー、複素環含有フッ化酸素を含むポリテトラフルオロエチレンポリマー、ポリスチレン、ポリホルムアルデヒドポリエーテル、ビニルポリマー、芳香族と脂肪族のポリアミド、及びエチレン−テトラフルオロエチレンコポリマーからなる群より選択された請求項４に記載のケーブル。
8. 前記延伸ポリテトラフルオロエチレン絶縁材を、前記信号導体の上にテープ巻き付け又は押出した請求項３に記載のケーブル。
9. 前記電気伝導性遮蔽材と前記信号導体が金属を含む請求項２に記載のケーブル。
10. 前記金属が銅、銅合金、貴金属をメッキした銅、銅合金、若しくはアルミニウム、及びアルミニウム、アルミニウム−銅複合材、プラズマコーティング法によって別の金属で被覆した金属、鋼、錫、ニッケルをメッキした金属、及びミューメタル磁気合金からなる群より選択された請求項９に記載のケーブル。
11. 前記ジャケットが押出した熱可塑性ポリマーを含む請求項２に記載のケーブル。
12. 前記熱可塑性ポリマーが導電性フィラーを含む請求項11に記載のケーブル。
13. 前記導電性遮蔽材に接触及び隣接して配置した導電性金属ドレンワイヤーをさらに含む請求項２に記載のケーブル。
14. ａ多孔質延伸ポリテトラフルオロエチレンの第１絶縁層で電気伝導性信号導体を囲み、ｂ独立気泡のポリマー発泡体を含む第２絶縁材で前記第１絶縁層を囲み、ｃ電気伝導性金属遮蔽材の層で前記第２絶縁材層を囲み、ｄ所望により前記遮蔽材に接触及び隣接して電気伝導性ドレンワイヤーを配置し、そして、ｅ所望により保護ポリマージャケットで前記遮蔽材層を囲む、各工程を含む同軸電気信号ケーブルの製造方法。
15. 請求項１に記載のケーブルの２本以上を１本に撚り合わせたケーブル。

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