JP4591094B2 - 同軸ケーブル及び多心同軸ケーブル - Google Patents

Description

本発明は、ノートパソコン、携帯電話等の情報通信機器や超音波診断装置、内視鏡、ＣＣＤカメラ等に用いられる同軸ケーブル及び多心同軸ケーブルに関する。

近年、ノートパソコン、携帯電話、小型ビデオカメラ等の普及で、これら情報通信機器の小型・軽量化に加えて、データの高速伝送、高密度化が求められている。そして、これらの情報通信機器においては、通常、液晶表示部は折りたたみ可能な構造とされている。このため、機器本体部と表示部との間の電気接続は、回動又は捻回を伴う配線構造とされている。また、一般に、高周波の信号線から放射される電磁波によって、回路間に電磁干渉（ＥＭＩ）が生じるのを抑制することが必要とされている。

これに対応するために、従来、機器内への回路実装や配線に折り曲げ可能なフレキシブル基板（ＦＰＣ）が用いられている。しかし、従来の折りたたみ式のものに加えて、最近では開閉＋捻回タイプの情報機器が登場し、さらに使用周波数の高周波化、高速伝送に対応したものが求められるようになった。そこで、従来は医療機器の分野で広く用いられていた極細同軸ケーブル及びそのアセンブリが、情報通信機器の配線材料として注目され、その利用が試みられている。

図５（Ａ）は、一般的に知られている同軸ケーブルの一例を示す図である。この同軸ケーブル１は、中心に内部導体２、その外側を絶縁体３で覆い、絶縁体３の外周に押えテープ３ａを巻き、その外周に外部導体４並びに外被５を同軸的に配して構成される。同軸ケーブル１の細径化を図るため、内部導体２と外部導体４との間の絶縁体３の誘電率を小さくして絶縁体３の厚さを薄くするようにしている。通常、絶縁体３には、他の樹脂と比べて比較的誘電率が小さいフッ素樹脂系のものが用いられ、また、これを発泡させて微小な気泡を多数形成させて誘電率を下げている（例えば、特許文献１参照）。

また、図５（Ｂ）に示すようなコルデル構造の同軸ケーブルが知られている。この同軸ケーブル１’は、中央の内部導体２’の外周に絶縁材からなるコルデル紐７を螺旋状に巻き付け、その外周に絶縁チューブ６を押出し成形し、又はテープ巻き付けで形成している。そして、絶縁チューブ６の外周に外部導体４’を配し、その外面を外被５’で覆って保護するようにしたものである。この同軸ケーブル１’は、内部導体２’と外部導体４’の間を絶縁物で充満させずに空気層を介在させることで、低誘電率で誘電体損失を少なくするものとして知られているものである（例えば、特許文献２参照）。
特開平１１−１４４５３３号公報 特開平７−１８２９３０号公報（図３）

しかしながら、図５（Ａ）の同軸ケーブル１の発泡フッ素樹脂絶縁体３は、内部導体２の外面に押出し又はテープ巻き付けで形成されるが、発泡状態が潰れて内部導体２と外部導体４とが短絡する恐れがある。また、押えテープ３ａには、通常、接着剤付きポリエステルテープが用いられるが、熱により収縮して半田付け加工中に絶縁体３が露出することがあり、耐熱性もよくない。さらに、絶縁体３をフッ素樹脂のテープ巻き付けで形成する場合は、内部導体２との密着性が低くて内部導体２が抜け出しやすく、また、製造線速が遅いなどの問題もある。

図５（Ｂ）のコルデル構造の同軸ケーブル１’は、絶縁チューブ６が薄く形成されるためピンホールが発生しやすく、内部導体２’と外部導体４’の電気短絡が発生しやすい。また、絶縁チューブ６の内径は、「内部導体２’の外径＋２×コルデル紐７の外径」となり、同軸ケーブルの細径化という点で問題がある。
本発明は、上述した実情に鑑みてなされたもので、コルデル構造の空気層を含む低誘電率の絶縁体を備え、外径を細径化できると共に、屈曲性に優れ生産性を向上させることが可能な同軸ケーブル及び多心同軸ケーブルの提供を課題とする。

本発明による同軸ケーブルは、内部導体を形成する銅線または銅合金線と電気絶縁性の樹脂製の介在紐とが互いに撚り合わせられ、その外側を内部導体との間に空気層が生じるようにチューブ状の絶縁体で覆い、絶縁体の外周に外部導体を配している。なお、介在紐及び絶縁体は共にフッ素樹脂で形成するのが好ましい。前記の同軸ケーブルの複数本を共通の外被で一括して被覆することにより多心同軸ケーブルとする。また、この場合、複数本の同軸ケーブルを平行一列に並べてフラット状の多心同軸ケーブルとしてもよい。

本発明によれば、コルデル構造の空気層を有する低誘電率を備えた同軸ケーブルで、しかも、従来の発砲フッ素樹脂テープを巻付けてなる同軸ケーブルと同程度の細径化された同軸ケーブルを得ることができる。また、本発明による同軸ケーブルは、内部導体と絶縁紐を撚り合わせているため、チューブ状の絶縁体から内部導体が抜け出しにくくなり、また、丸形状に近い形でその外側にチューブ状絶縁体の薄肉成形が容易となり、生産性を高めることが可能となる。また、耐屈曲特性にも優れ、情報通信機器の屈曲部の配線などにも有用である。

図１により、本発明の同軸ケーブルの概略を説明する。図中、１１は同軸ケーブル、１２は内部導体、１３は介在紐、１４は絶縁体、１５は外部導体、１６は外被、１７は空気層１７を示す。本発明による同軸ケーブル１１は、内部導体１２を形成する導電線条体と電気絶縁性の樹脂からなる介在紐１３とを撚り合わせ、その外周をチューブ状の絶縁体１４で覆ってコア部分が形成される。そして、絶縁体１４の外周には、外部導体１５を同軸状に配し、その外側を外被１６で被覆して構成される。

内部導体１２には、銅線、銅合金線等の導電線条体が単線又は撚り線の形態で用いられ、例えば、外経０.０２５ｍｍの銀メッキ銅合金線７本を撚って、外経０.０７５ｍｍの撚り線とされる。介在紐１３は、フッ素樹脂系の電気絶縁材で形成され、内部導体１２とほぼ同程度の太さ（例えば、外径０.０７５ｍｍ）のものが用いられる。内部導体１２と介在紐１３とは、ピッチ０.５ｍｍ〜１０ｍｍ程度で撚り合わされる。

絶縁体１４は、撚り合わせられた内部導体１２と介在紐１３の外側に、内部導体１２の太さと介在紐１３の太さの合計分を内径とし、厚さ０.０７ｍｍ程度で外径が０.２９ｍｍ程度の円形チューブとなるように押出し成形で形成される。なお、この円形チューブの絶縁体１４は、正確な円形断面形状を有していなくてもよく、内部導体１２と介在紐１３の両方に接触する円形断面形状であればよい。そして、絶縁体１４の内径面と内部導体１２との間には、誘電体としての空気層１７が生じるようにする。

絶縁体１４の外周には、銅線、銅合金線等の導電線が横巻又は編組で巻き付けられ、例えば、外経０.０３ｍｍの銀メッキ銅合金線を横巻で巻き付けて外部導体１５とする。外部導体１５の外周には、例えば、厚さ約０.００４ｍｍ程度のポリエステルテープを２枚重ね巻きして互いに融着して外被１６とする。この結果、外経が０.３８ｍｍ程度の極細同軸ケーブル１１が得られる。

上述のようにして形成された同軸ケーブル１１は、内部導体１２が絶縁体１４と接する部分と接しない部分があるが、全体としては、内部導体１２と外部導体１５との間の絶縁体層は、多くの空気層を含むこととなる。この結果、平均値としての全体の誘電率は小さくなり、誘電体損失の少ない同軸ケーブルが得られる。しかも、従来のコルデル構造の同軸ケーブルと比べて絶縁体内径を小さくすることができ、従来の発泡フッ素樹脂絶縁体を用いた同軸ケーブルと同程度の電気的特性を確保することができる。さらに、絶縁体１４の内径面には、内部導体１２と介在紐１３とが、互いに反対の位置で同時に接する形態となるので、円筒状の薄肉成形が可能となり、ピンホールの発生を少なくすることができる。

また、発泡フッ素樹脂絶縁テープを用いた従来の同軸ケーブルと比べて、絶縁体１４は押出し成形で形成できるので製造線速を高めて生産性を向上させることができる。さらに、内部導体１２と介在紐１３とが撚られた状態で絶縁体１４内に配されることから、内部導体１２の導体抜けが発生し難くなる。また、介在紐１３と絶縁体１４の両者を、同じ材料のフッ素樹脂（例えば、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共重合体：略称ＰＦＡ）を用いることにより耐熱性（２５０℃程度）を高め、耐半田処理性を向上させることができる。さらに、レーザによる端末処理において、絶縁体１４と同時に介在紐１３の切断除去も行なうことができ作業性がよくなる。

図２は、上述した同軸ケーブルを複数本用いて多心同軸ケーブルを形成する例を示す図である。図中、１８，１８’，１９，１９’は共通外被、２０，２０’，２１，２１’は多心同軸ケーブルを示し、その他の符号は図１で用いたのと同じ符号を用いることで説明を省略する。図２（Ａ）に示す多心同軸ケーブル２０は、単心の同軸ケーブル１１の複数本を円形状に配して、共通外被１８で多心化した例である。この例においては、各同軸ケーブル１１は、それぞれが外被１６で保護され、単心に分岐しての配線が容易であり、外部導体１５がバラけることもなく、その取扱性がよいものである。

図２（Ｂ）に示す多心同軸ケーブル２０’は、外被１６を有しない状態の同軸ケーブル１１’の複数本を円形状に配して、共通外被１８’で多心化した例である。この例においては、各同軸ケーブル１１’の外部導体１５は、互いに接触して電気的に共通接続され、低抵抗にすることができ、シールド電位差を小さく抑えることができる。なお、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）のように複数の同軸ケーブルを円形状に集合させることにより、回動部における捻回性能を高めることができる。

図２（Ｃ）は、外被１６を有する同軸ケーブル１１の複数本を、平行一列に並べて共通外被１９でフラット形状にした多心同軸ケーブル２１の例を示し、図２（Ｄ）は、外被１６を有しない同軸ケーブル１１’の複数本を、平行一列に並べて共通外被１９’でフラット形状にした多心同軸ケーブル２１’の例を示す。なお、図２（Ｃ）及び図２（Ｄ）の構成において、共通外被１９，１９’は、絶縁テープを同軸ケーブル１１，１１’の上下面に外被用のテープを接着接合させて被覆する形態であってもよい。

なお、図２（Ｃ）及び図２（Ｄ）は、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）の多心同軸ケーブルをフラット形状としたもので、それぞれの利点としては、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）の場合と同様である。そして、フラット形状とすることにより、ＦＰＣと同様な使い方が可能であり、特に平坦面に沿っての配線に適し、また、屈曲性能を高めることができる。なお、図２（Ａ）〜図２（Ｄ）の何れの例においても、各同軸ケーブルは、それぞれが外部導体１５でシールドされていて、インピーダンス整合とＥＭＩ特性を確保することができる。

図３は、図２の各種の多心同軸ケーブルに電気接続端末部を形成した例を示す図である。電気接続端末部は、図３（Ａ）に示すように電気接続しやすい形態に各同軸ケーブル１１，１１’の端部を配列した接続端末２２ａ、或いは、図３（Ｂ）に示すように、電気コネクタ等の接続手段を接続した接続端末２２ｂで形成することができる。電気コネクタの場合は、通常、多数のコンタクトを高密度で一列に配列したジャックコネクタとプラグコネクタが用いられる。このため、多心同軸ケーブル１１、１１’の各ケーブル端を平行一列に並べて、予め所定のピッチでフラット形状に整列させておくか、電気コネクタを接続して電気コネクタ付きの多心同軸ケーブルとして提供されるのが好ましい。

図４は、本発明の評価結果を説明する図で、図４（Ａ）は、従来品と本発明品との構成及び電気特性を比較した図、図４（Ｂ）は屈曲試験方法を示す図である。図４（Ａ）において、従来品としては、絶縁体として発泡フッ素樹脂テープ、具体的には、ポアフロンテープ（住友電工登録商標）を使用した。同軸ケーブルの中心に配される内部導体としては、従来品も本発明品も同じものを用い、外径０.０２５ｍｍの銀メッキ銅合金線を７本撚りし、外径０.０７５ｍｍの撚り線とした。

絶縁体としては、従来品に発泡フッ素樹脂テープとその押え巻きにポリエステルテープを用い、トータルの絶縁外径が０.２５ｍｍになるようにした。これに対し、本発明品では、ＰＦＡの介在紐とＰＦＡ樹脂の押出し成形を用い、絶縁体の外径が０.２９ｍｍとなるようにした。外部導体は、従来品も本発明品も同じものを用い、外径０.０３ｍｍの銀メッキ銅合金線を横巻で形成した。外被には、従来品も本発明品も同じポリエステルテープを用いて重ね巻きしたところ、従来品の同軸ケーブル外径が０.３４ｍｍ、本発明品の同軸ケーブル外径が０.３８ｍｍとなった。

これらの電気特性を測定したところ、従来品も本発明品も同じ特性が得られ、導体抵抗で５８００Ω／ｋｍ、特性インピーダンスが８０Ω（１０ＭＨｚ）、減衰量が４３０ｄＢ／ｋｍ（１０ＭＨｚ）であった。上記のように形成した合軸ケーブルを図４（Ｂ）に示す方法で屈曲試験を行なった。

試験結果（１）
マンドレル外径φ＝２ｍｍ、荷重Ｗ＝２０ｇとし、屈曲角度±９０°で３０回／分の速度で屈曲させた。この結果、５サンプルの平均で、従来品は、７４１９回目で内部導体に断線が生じた。本発明品は、２１８６０回目で断線が生じ、従来品のほぼ３倍の寿命を備えていた。

試験結果（２）
マンドレル外径φ＝１０ｍｍ、荷重Ｗ＝１００ｇとし、屈曲角度±９０°で３０回／分の速度で屈曲させた。この結果、５サンプルの平均で、従来品は、２９５２１回目で内部導体に断線が生じた。本発明品は、７６２５９回目で断線が生じ、従来品のほぼ２.５倍の寿命を備えていた。
以上の結果から、本発明による同軸ケーブルは耐屈曲特性にも優れ、情報通信機器の屈曲部、例えば、ヒンジ部分を通る配線などに有用であることが判明した。

本発明による同軸ケーブルの概略を説明する図である。 本発明による多心同軸ケーブルの一例を説明する図である。 多心同軸ケーブルに電気接続端末部を形成した例を示す図である。 本発明の評価結果を説明する図である。 従来の技術を説明する図である。

符号の説明

１１，１１’…同軸ケーブル、１２…内部導体、１３…介在紐、１４…絶縁体、１５…外部導体、１６…外被、１７…空気層、１８，１８’，１９，１９’…共通外被、２０，２０’，２１，２１’…多心同軸ケーブル、２２ａ，２２ｂ…接続端末。

Claims (5)

1. 内部導体を形成する銅線または銅合金線と電気絶縁性の樹脂製の介在紐とが互いに撚り合わせられ、その外側を前記内部導体との間に空気層が生じるようにチューブ状の絶縁体で覆い、前記絶縁体の外周に外部導体が配されていることを特徴とする同軸ケーブル。
2. 前記介在紐及び絶縁体が共にフッ素樹脂で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の同軸ケーブル。
3. 請求項１又は２に記載の同軸ケーブルの複数本を、絶縁材からなる共通外被で覆ったことを特徴とする多心同軸ケーブル。
4. 前記同軸ケーブルの複数本が、平行一列に並べられていることを特徴とする請求項３に記載の多心同軸ケーブル。
5. 少なくとも一方の端部に電気接続端末が形成されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の多心同軸ケーブル。

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