JP4370417B2 - シールドケーブル - Google Patents

Description

本発明は、携帯型のＡＶ機器、情報機器、電子機器等に用いるに適した可撓性のあるシールドケーブルに関する。

近年、小型電子機器の発達には顕著なものがあり、産業機器の分野では各種ロボットに代表されるように多くの可動部分を有する制御機器の使用がある。これらの機器は益々高度な性能が要求されているため、配線用の電線にシールドを施し、外部へのノイズ放射や、外部からのノイズ侵入を防止している。また、民生機器の分野では、携帯型の音響再生機器に代表されるＡＶ機器等があり、この機器の音声はイヤホーン（ヘッドホーンを含む）で聴取される。さらに、最近は携帯電話サイズのＴＶチューナーを装備した録画、再生が可能なモバイルＡＶ機器も実用化され、これに適したアンテナ兼用のオーディオ電線の開発も要望されている。

これらの機器における使用ケーブルの共通の課題として、繰り返し曲げられたり捻られたりして使用されるため、導体が断線しやすいという問題がある。これに対して、例えば、特許文献１に示されるように、本来の可撓性を損なうことなしに断線が起こりにくい構造の同軸線心が提案されている。図９は上記の特許文献１に開示の同軸線心を説明する図で、図中、１は同軸線心、２は中心導体、３は高発泡絶縁体、４はスキン層、５はシールド導体、５ａは素線横巻シールド、５ｂはステンレス鋼線、６はジャケットを示す。

同軸線心１は、外径が０.０４ｍｍの撚線の中心導体２の外周に、高発泡絶縁体３を施し、この上にスキン層４を介して素線横巻シールド５ａからなるシールド導体５を設け、最外層にジャケット６を有する構造のものである。素線横巻シールド５ａは、それ自身は錫メッキ硬銅線を用いると共に、この錫メッキ硬銅線と同一外径のステンレス鋼線５ｂを、素線横巻シールド５ａに対する割合が２０％以下となるように複数本混合して横巻する。これにより、同軸線心１の変形を抑え、極細の中心導体２や素線横巻シールド５ａのキンク断線を防止するようにしている。
特開平１０−３３４７５０号公報

従来は、例えば、中心導体及びシールド導体の導体材に錫入り銅合金線を用いたり、上記特許文献１に開示のように、横巻シールドの一部をステンレス鋼線のような坑張力の大きな線とすることで、屈曲時の断線特性を改善することが知られている。また、最近のＴＶチューナー或いはＦＭチューナー等を搭載した携帯用のＡＶ機器では、受信アンテナ用として高周波信号帯域（ＶＨＦ〜ＵＨＦ帯域）として同軸ケーブルを用いると共に、オーディオ用の低周波帯域（数十〜数ｋＨｚ）の信号線を同軸ケーブルに複合させた構成のシールドケーブルが開発されている。

この種の用途に用いるシールドケーブルとしては、できるだけ細径で柔軟性を有し、且つ曲げに対する抵抗が小さくスムーズな曲げを許容するものであることが望まれる。さらに、高周波信号を伝送する同軸線としては、減衰の少ない７５Ω又は５０Ωの特性インピーダンスを有していること、低周波信号線の信号と高周波信号が干渉しない構造であること、所定の屈曲特性の基準を満たすことが必要とされる。従来のように導体材料自体の坑張力を大きくすると、柔軟性が低下すると共に導電抵抗が増加して信号減衰が生じるという問題があった。

本発明は、上述した実情に鑑みてなされたもので、ケーブルの導体材料に特殊な材料を用いずに柔軟性および低抵抗を確保すると共に、屈曲による断線発生を低減し、また、高周波同軸線と低周波信号線が効果的に組合わされたシールドケーブルの提供を課題とする。

本発明によるシールドケーブルは、中心導体と横巻からなるシールド導体を同軸状に配し、シールド導体の外周に絶縁電線又は導体線を巻付けたシールドケーブルであって、絶縁電線又は導体線には、中心導体より伸び率を小さく、かつ抗張力を大きくするとともに、巻ピッチを前記シールド導体の巻ピッチ以上としたものが用いられる。
シールド導体の外側に巻付けられる絶縁電線としては、例えば、坑張力繊維の外周に複数本の極細導電線を撚り、外側に絶縁被覆を施した形状のもの、或いは、坑張力繊維の外周に絶縁被覆を施した複数本の極細導電線を撚った形状のものが用いられる。また、坑張力繊維には、例えば、アラミド繊維が用いられる。

本発明の構成を用いることにより、中心導体がシールド導体の外周に巻付けられた絶縁電線又は導体線により、極端な屈曲を抑制し、曲げによる疲労を軽減して断線発生を低減することができる。また、中心導体、シールド導体、絶縁電線又は導体線の導体材料には、何れも軟質で良導電性のものを用いることができるので、ケーブルの柔軟性を損なわず、信号減衰の少ないシールドケーブルを得ることができる。

図１〜図３により本発明の実施の形態を説明する。図１は同軸線が編組シールド導体の例を説明する図、図２は同軸線が横巻シールド導体の例を説明する図、図３は同軸線が２重横巻シールド導体の例を説明する図である。図中、１１はシールドケーブル、１２は中心導体、１３は絶縁体、１４は編組シールド導体、１５ａ，１５ｂは横巻シールド導体、１６は外被、１７は絶縁電線を示す。

シールドケーブル１１は、図１に示すように、中心導体１２の外周に絶縁体１３を施し、その外周に編組シールド導体１４を配し、その外周に絶縁電線１７を巻付け、全体を外被１６で被覆して構成される。中心導体１２は、例えば、外径が０.１ｍｍ程度の裸軟銅線を７本撚りして形成し、絶縁体１３は、例えば、架橋発泡ポリエチレンの絶縁材で外径が１.２２ｍｍ程度になるように形成され、その外周に編組シールド導体１４が、極細の軟銅線で編んで形成される。また、同軸ケーブルとしての特性インピーダンスは、７５Ω又は５０Ωとなるように絶縁材の誘電率等が調整されている。

絶縁電線１７は、例えば、２本のオーディオ用信号電線（ステレオ用）と１本の接地用電線で合計３本が、編組シールド導体１４の外周に巻付けられる。絶縁電線１７は、軟銅線のみの撚線からなる中心導体１２よりは、伸び率が小さく、且つ、中心導体１２より抗張力が大きい電線が用いられる。例えば、外径０.０８ｍｍ程度の錫メッキ軟銅線を７本撚りしてポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）のような絶縁材で外径０.６ｍｍ程度になるように形成された絶縁電線が用いられる。外被１６は、非ＰＶＣ系の絶縁材により外径が２.５ｍｍ程度となるように形成される。

図２は、シールド導体が横巻で形成されている例で、この場合も図１の編組シールド導体のケーブルと同様に構成される。すなわち、中心導体１２の外周に絶縁体１３を施し、その外周に横巻シールド導体１５ａを形成し、その外周に３本の絶縁電線１７を横巻シールド導体１５ａと同じ方向の横巻で巻付けて、全体を外被１６で被覆して構成される。そして、絶縁電線１７の巻付けピッチが横巻シールド導体１５ａの巻ピッチ以上となるようにして巻付けられる。また、絶縁電線１７は、図１の場合と同様に、軟銅線のみの撚線からなる中心導体１２より伸び率が小さく、且つ、中心導体１２より抗張力が大きい電線が用いられる。

図３は、シールド導体が２層の横巻で形成されている例で、この場合も図２の横巻シールド導体のケーブルと同様に構成される。すなわち、中心導体１２の外周に絶縁体１３を施し、その外周に第１の横巻シールド導体１５ａを形成し、その外側に第２の横巻シールド導体１５ｂを形成する。第１の横巻シールド導体１５ａと第２の横巻シールド導体１５ｂは、巻き方向を反対にして形成され、その外周に３本の絶縁電線１７を外側の第２の横巻シールド導体１５ｂと同じ方向の横巻で巻付けて、全体を外被１６で被覆して構成される。そして、絶縁電線１７の巻付けピッチは、第２の横巻シールド導体１５ｂの巻ピッチ以上となるようにして巻付けられる。また、絶縁電線１７は、図２の場合と同様に、軟銅線のみの撚線からなる中心導体１２より伸び率が小さく、且つ、中心導体１２より抗張力が大きい電線が用いられる。

上述のように同軸形状のシールド電線に絶縁電線を巻付けたシールドケーブル１１は、同軸形状のシールド電線部分をＴＶ信号受信用のアンテナとし、絶縁電線部分をオーディオ信号のような低周波信号伝送用に用いることができる。
絶縁電線１７の巻付けピッチをシールド導体１５ａ，１５ｂの巻ピッチ以上とすることにより、ケーブルを屈曲した際に、絶縁電線１７は、絶縁体１３上のシールド導体が長手方向にずれて移動するのを抑制する。この結果、中心導体１２が極端に曲がるのを防止し、中心導体１２の断線寿命を延ばすことが可能となる。また、絶縁電線１７を中心導体１２より伸び率が小さく、且つ、中心導体１２より抗張力が大きいものとすることにより、ケーブルを屈曲した際に、中心導体１２の伸びを抑制し、断線発生の要因となる金属疲労を軽減することが可能となる。

図４及び図５は、上述した絶縁電線１７の伸び率を小さくし、抗張力を大きくするための構成を説明する図である。図中、１８は抗張力繊維、１９は極細導電線（軟銅線）、２０，２３は絶縁体、２１は極細導電線（絶縁軟銅線）、２２は裸軟銅線を示し、その他の符号は図１に用いたのと同じ符号を用いることにより説明を省略する。

図４に示す絶縁電線１７の例は、抗張力繊維１８を中心にして複数本の極細導電線（軟銅線）１９を撚り、その外側を絶縁体２０で被覆したものである。抗張力繊維１８には、例えば、アラミド繊維が用いられ、軟銅線１９は、外径が０.０６ｍｍ程度の錫メッキされた８本の銅線を用い、外径が０.２２ｍｍ程度になるように抗張力繊維１８の外周に撚りつけられる。絶縁体２０は、フッ素樹脂（例えば、四フッ化エチレン−エチレン共重合：ＥＴＦＥ）で、例えば、外径０.３５ｍｍ程度で形成される。

また、図５に示す絶縁電線１７の例は、抗張力繊維１８を中心にして複数本の絶縁された極細導電線（絶縁軟銅線）２１を撚って形成したものである。絶縁軟銅線２１は、外径が０.０６ｍｍ程度の錫メッキされた裸軟銅線２２の外周を絶縁体２３で被覆したもので、図４の場合と同様にアラミド繊維の抗張力繊維１８の周りに撚りつけられる。この場合の絶縁電線１７は、互いに撚られる線自体のそれぞれが絶縁体２３により絶縁されているので、図４の例のような絶縁体２０を必要とせず、抗張力繊維１８の周りに複数本の絶縁軟銅線２１を撚りつけた状態で、シールド導体１４の外周にシールド導体の巻ピッチ以上のピッチで巻付けられる。

以上のように、絶縁電線の導体をアラミド繊維のような抗張力繊維を中心にして、極細の導電線を複数本撚って形成することにより、単に複数本の極細導電線を撚って形成した導体と比べて、導体の柔軟性を確保したまま伸び率を小さく、かつ、抗張力を大きくすることができる。したがって、このような構成の絶縁電線を同軸状のシールド電線に巻付けることにより、特許文献１のようにステンレス鋼線のような抗張力線を用いる必要がなく、複合される低周波信号用の絶縁電線により高周波信号用の中心導体の断線を低減することができる。

図６及び図７は他の実施形態を説明する図で、図６は絶縁電線の代わりに絶縁被覆を有しない導体線を用いる例を示す図、図７は図６の構成で低周波信号用の絶縁電線を付加した例を示す図である。図中、１１ａ，１１ｂはシールドケーブル、１７’は絶縁電線、２４は導体線で、その他の符号は、図１〜図５に用いた符号を用いることにより説明を省略する。

図６は、同軸形状のシールド電線のシールド導体の外周に絶縁電線を巻付ける代わりに、絶縁されていない導体のままの導体線２４を巻付けた例である。この導体線２４は、図４の絶縁体２０を有しない構造の電線とも言えるもので、アラミド繊維等の抗張力繊維１８の周りに、極細の導電線（軟銅線）１９を複数本撚って形成したものである。なお、この場合、導体線２４の本数は３本に限らず、２本以下であってもよく４本以上であってもよい。また、図６では、シールド導体を編組で形成した例を示しているが、図２及び図３で示したのと同様な横巻で形成したものにも適用することができる。

上述した図６の例は、低周波信号用の絶縁電線１７を有しない同軸状のケーブル構造で通常のシールドケーブルとしての使用形態となる。しかし、図１〜図５の低周波信号用の絶縁電線を複合したシールドケーブルと同様に、図９のようにステンレス鋼線のような補強のための線材を用いることなく、本来の柔軟性を維持した状態で伸び率を低下させ、抗張力を大きくした導体線２４により屈曲に対する断線寿命を延ばすことが可能となる。

また、図７は図６のように導体線２４で形成されたシールドケーブルに、低周波信号用の絶縁電線１７’を付加して、図１〜図５と同様なシールドケーブルとした例である。この場合、低周波信号伝送用の絶縁電線１７’は、内側の同軸状の高周波信号伝送用のシールドケーブルに対して、単に複合させるというもので、導体線２４とは巻き方向を反対にして巻付けてある。また、ケーブル断線に対しては、導体線２４が実質的に負担するので絶縁電線１７’は、このためシールド導体の巻ピッチとは無関係の任意のピッチで巻付けることができ、さらに、伸び率を小さくしたり抗張力を大きくする必要がないので、抗張力繊維を有しない通常の絶縁電線を用いることもできる。

図８は、本発明の評価のための試験方法を示す図である。試験条件として、シールドケーブルに対して軸方向に１００ｇの引張り荷重を加え、外径８ｍｍの丸棒２５を両側に配して、それぞれ左右に９０度に曲げる。左右の曲げの往復（合計３６０度の曲げ）を１回として屈曲速度を３０回／ｍｉｎとして、中心導体の断線までの屈曲回数を測定した結果を以下に示す。

（１）抗張力繊維を有しない絶縁電線を編組シールド導体上に巻付けた場合
ａ．巻ピッチがシールド導体の巻ピッチ未満 ５００〜９００回の屈曲で断線
ｂ．巻ピッチがシールド導体の巻ピッチと同じ ５００〜１０００回の屈曲で断線
ｃ．巻ピッチがシールド導体の巻ピッチ超 ５００〜１２００回の屈曲で断線
（２）抗張力繊維を有する絶縁電線を編組シールド導体上に巻付けた場合
ａ．巻ピッチがシールド導体の巻ピッチ未満 １０００〜２０００回の屈曲で断線
ｂ．巻ピッチがシールド導体の巻ピッチと同じ ５０００〜１００００回の屈曲で断線
ｃ．巻ピッチがシールド導体の巻ピッチ超 ５０００〜１００００回の屈曲で断線

以上の試験結果から、シールド導体上に巻付ける絶縁電線、又は導体線の巻ピッチをシールド導体の巻ピッチ以上とすることにより、中心導体の断線寿命を延ばすことが可能となることが判明した。また、シールド導体上に巻付ける絶縁電線あるいは導体線が、抗張力繊維を有する構造（抗張力繊維の外周に複数本の軟銅線を巻付ける構造）のものは、抗張力繊維を有しない構造のものと比べて、中心導体の断線寿命を大幅に延ばすことが可能であることも確認することができた。

本発明による編組シールド導体を有するシールドケーブルの例を説明する図である。 本発明による横巻シールド導体を有するシールドケーブルの例を説明する図である。 本発明による２重横巻シールド導体を有するシールドケーブルの例を説明する図である。 本発明による坑張力を大きくした絶縁電線の例を説明する図である。 本発明による坑張力を大きくした絶縁電線の他の例を説明する図である。 本発明による絶縁被覆を有しない導体線をシールド導体上に巻付けたシールドケーブルの例を説明する図である。 図６のシールドケーブルに絶縁電線を付加した例を説明する図である。 本発明の評価試験の方法を示す図である。 従来技術を説明する図である。

符号の説明

１１、１１ａ、１１ｂ…シールドケーブル、１２…中心導体、１３…絶縁体、１４…編組シールド導体、１５ａ，１５ｂ…横巻シールド導体、１６…外被、１７，１７’…絶縁電線、…１８…抗張力繊維、１９…極細導電線（軟銅線）、２０…絶縁体、２１…極細導電線（絶縁軟銅線）、２２…裸軟銅線、２３…絶縁体、２４…導体線、２５…丸棒。

Claims (8)

1. 中心導体、横巻からなるシールド導体、前記中心導体とシールド導体の間の絶縁体とを同軸状に配し、前記シールド導体の外周に絶縁電線を巻付けたシールドケーブルであって、
   前記絶縁電線は、前記中心導体より伸び率を小さく、かつ抗張力を大きくするとともに、巻ピッチを前記シールド導体の巻ピッチ以上としたことを特徴とするシールドケーブル。
2. 前記絶縁電線は、抗張力繊維の外周に複数本の極細導電線を撚り、その外周を絶縁材で被覆して形成されていることを特徴とする請求項１に記載のシールドケーブル。
3. 前記絶縁電線は、抗張力繊維の外周に複数本の予め電気絶縁されている極細導電線を撚って形成されていることを特徴とする請求項１に記載のシールドケーブル。
4. 前記絶縁電線は、２本のオーディオ線と１本の接地線の３本であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のシールドケーブル。
5. 中心導体、横巻からなるシールド導体、前記中心導体とシールド導体の間の絶縁体とを同軸状に配し、前記シールド導体の外周に絶縁被覆を有しない導体線を巻付けたシールドケーブルであって、
   前記導体線は、抗張力繊維の外周に複数本の極細導電線を撚って形成し、前記中心導体より抗張力を大きくするとともに、巻ピッチを前記シールド導体の巻ピッチ以上としたことを特徴とするシールドケーブル。
6. 前記シールド導体上に巻付けた導体線の外側に絶縁電線を巻付けたことを特徴とする請求項５に記載のシールドケーブル。
7. 前記絶縁電線の巻き方向を、前記導体線の巻き方向と反対にしたことを特徴とする請求項６記載のシールドケーブル。
8. 前記抗張力繊維がアラミド繊維であることを特徴とする請求項２〜７のいずれか一項に記載のシールドケーブル。

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