JP4654957B2

JP4654957B2 - 同軸ケーブル及びその製造方法

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Publication number: JP4654957B2
Application number: JP2006089408A
Authority: JP
Inventors: 祐司越智; 將貴大谷木
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2006-03-28
Filing date: 2006-03-28
Publication date: 2011-03-23
Anticipated expiration: 2026-03-28
Also published as: JP2007265797A

Description

本発明は、中心導体の周囲に絶縁層とテープ層と外部導体と外被とを内側から順に備えた同軸ケーブル及びその製造方法に関する。

自動車用や電子機器用の内部配線等に用いられるケーブルとして、同軸ケーブルが広く用いられている。同軸ケーブルは、中央に配置された中心導体の周囲に絶縁体が被覆され、さらにその絶縁体の周囲に、編組あるいは横巻きされた外部導体（シールド層とも呼ばれる）が設けられているものである。中心導体や外部導体には、軟銅線等の導電性金属が用いられ、絶縁体には、ポリエチレン等の樹脂が用いられている。また、外部導体及びその内側の絶縁体等を保護するために、通常、配線される際の同軸ケーブルの形態は、外部導体の周囲にポリエチレンやポリ塩化ビニル等の樹脂で構成される外被が形成されたものである。

このような同軸ケーブルは、外部の回路などから発生するノイズに対するシールド性を高めるために種々の対策が採られており、例えば、絶縁層と外部導体の間に金属テープ層を設けたケーブルが知られている（例えば、特許文献１，２参照）。
特許文献１には、誘電体層（絶縁層）と外部導体層との間に、増大したシールド効果及び形状維持性を付与するために銅箔あるいはアルミニウム箔からなる金属箔を設けた同軸ケーブルが記載されている。また、この同軸ケーブルでは金属箔の厚みが誘導体層の外径の１％〜５％の範囲に設定されている。
また、特許文献２には、中心導体の上に設けられた絶縁体の上に外部導体を設け、その外部導体は、絶縁体の上に形成された金属テープ薄層とその上に施された導体編組とからなり、導体編組は、金属テープ薄層に融着されている同軸ケーブルが記載されている。また、その金属テープ薄層は、金属テープとその内側に積層されたプラスチックテープとの複合テープを金属テープを外側にして縦添えして形成されているものである。

特開２００５−１５８４１５号公報特開平７−３２６２３０号公報

ところで、絶縁層の周囲に外部導体を有する同軸ケーブルの場合には、配線後に温度変化や経時変化などにより絶縁層の収縮が発生すると、ケーブルの端末において中心導体と外部導体とが接触してショートしてしまうことが考えられる。また、絶縁層が収縮すると中心導体が断線する虞もある。特に、自動車用に使用される同軸ケーブルでは、その温度変化の厳しい環境に適合するために厳しいヒートショック試験が設定されており、例えば、−３０℃〜＋８０℃の急激な温度変化に耐えうる基準が規定されている。このような厳しい条件下では絶縁層が収縮してしまう問題があった。

また、テープ層として金属のみからなる金属箔を使用すると、同軸ケーブルに張力や曲げ、振動などの外力が加わった際に、金属箔は伸びずに切れやすい。また、テープ層、金属テープとその内側に積層されたプラスチックテープとの複合テープを金属テープを外側にして使用した場合には、絶縁層に接触する面がプラスチックテープであるためテープ層と絶縁層とが融着してしまうことがあり、同軸ケーブルの端末加工時に各層を段々に剥がす（所謂段剥き）ときに、うまく剥がすことができず作業性が悪くなってしまう。

本発明は、中心導体の周囲に配置された絶縁層の外周にテープ層を介して外部導体が配置された同軸ケーブルにおいて、絶縁体の収縮を小さく抑えることのできる同軸ケーブル及びその製造方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決することのできる同軸ケーブルは、中心導体と、前記中心導体の外周に配置された絶縁層と、前記絶縁層の外周に縦添えに配置された金属樹脂複合テープのテープ層と、前記テープ層の外周に配置された外部導体と、前記外部導体の外周に配置された外被と、を備えた同軸ケーブルであって、前記金属樹脂複合テープは、樹脂層の両面に金属層を有するとともに厚さが２４μｍ以上４０μｍ以下であり、前記絶縁層に対する厚さの比が０．０１４３以上０．０２３８以下であり、当該テープ中の前記樹脂層の厚さの比が０．２以上０．４以下であり、縦添えにされた重なり幅が前記絶縁層の外周の０．１９倍以上０．３８倍以下である。

また、上記課題を解決することのできる同軸ケーブルの製造方法は、中心導体の外周に絶縁樹脂を押し出し被覆して絶縁層を形成し、前記絶縁層の外周に金属樹脂複合テープを縦添えしてテープ層を形成し、前記テープ層の外周を外部導体で覆い、前記外部導体の外周に樹脂を押し出し被覆して外被を形成する同軸ケーブルの製造方法であって、前記金属樹脂複合テープは、樹脂層の両面に金属層を有するとともに厚さが２４μｍ以上４０μｍ以下であり、前記絶縁層に対する厚さの比が０．０１４３以上０．０２３８以下であり、当該テープ中の前記樹脂層の厚さの比が０．２以上０．４以下であり、前記テープ層を、前記金属樹脂複合テープ同士の重なり幅が前記絶縁層の外周の０．１９倍以上０．３８倍以下であるように前記絶縁層の外周に縦添えして形成する。

本発明によれば、絶縁層と外部導体との間に配置されたテープ層を構成する金属樹脂複合テープの厚さが、２４μｍ以上４０μｍ以下となっていて、外部導体が絶縁層を固定する力を十分に作用できる程度に薄い。そして、金属樹脂複合テープを縦添えした状態のテープ同士の重なり幅が絶縁層の外周の０．１９倍以上であるため、温度上昇等で絶縁層が膨張しても絶縁層の外周を隙間なく覆うことができ、絶縁層の保持力を維持できる。また、重なり幅が０．３８倍以下であるため、重なり幅が大きすぎることによる製造性の低下を生じさせない。

また、金属樹脂複合テープは樹脂層の両面に金属層を有する構造であるため、外力が作用しても樹脂層が適度に伸びてテープの破断が防がれる。また、絶縁層や外部導体に接触する面は金属であるため金属樹脂複合テープがそれらと融着してしまうこともない。

以下、本発明に係る同軸ケーブル及びその製造方法の実施の形態の例を、図面を参照して説明する。
図１に、本実施形態の同軸ケーブルの斜視図を示す。なお、この図では、ケーブルの構成を明確に示すために、ケーブルを構成する各部材を段階的に露呈させた状態を示している。

図１に示すように、同軸ケーブル１は、中央に中心導体２が配置され、この中心導体２の周囲に絶縁層４が形成され、さらに絶縁層４の周囲に金属樹脂複合テープ層５を介して外部導体６が配置されている。外部導体６の周囲には、外被７が被覆されている。

中心導体２は、導電性金属の細径線材を１本または複数本用いて構成されるものである。本実施形態では、極細径の軟銅線３を７本用いて、１本の軟銅線３の周囲に６本の軟銅線３が撚られたものが用いられている。中心導体２には、錫や銀のメッキが施されていても良い。
絶縁層４は、ポリエチレンやフッ素樹脂等の樹脂が用いられ、例えば好適には、耐熱プラスチックを使用できる。絶縁層４の樹脂は発泡したものよりも充実体の方が好ましい。

金属樹脂複合テープ層５は、厚さが２４μｍ以上４０μｍ以下の金属樹脂複合テープを絶縁層４の周囲に縦添えして配置したものである。この金属樹脂複合テープは、ＰＥＴ等の樹脂からなる樹脂層の両面に、アルミニウム等の金属からなる金属層を有する構造である。各金属層は接着層を介して樹脂層と接着されて一体化されている。この金属層により、外部導体６とともに同軸ケーブル１のノイズ遮蔽作用を高めている。
また、絶縁層４の外周に沿う金属樹脂複合テープの幅は、常温において絶縁層４の外周より１．１９倍以上１．３８倍以下であり、縦添えした金属樹脂複合テープ同士の重なり幅が絶縁層４の外周の０．１９倍以上０．３８倍以下となっている。

外部導体６は、導電性金属の細径線材（例えば軟銅線）を複数本用いて編組あるいは横巻きされて、金属樹脂複合テープ層５の周囲を覆うように設けられている。本実施形態の外部導体６は、軟銅線が編組されたものである。

外被７となる樹脂は、ポリエチレンやポリ塩化ビニル等を用いることができる。本実施形態の同軸ケーブル１は、ポリオレフィン系樹脂の耐熱プラスチックにより外被７が形成されている。この外被７は、ダイスによる押し出し成形により形成されており、外部導体６に対して密着している。外被７が外部導体６に対して密着して締め付けている力は、外被７を長手方向に５０ｍｍ引き抜くための引き抜き力が５．０ｋｇｆ／５０ｍｍ程度（３．５〜６．５ｋｇｆ／５０ｍｍ）となるように設定されている。この外被７からの締め付け力によって、外部導体６が絶縁層４を締め付けるようにして絶縁層４の収縮を抑えている。

このような構成の同軸ケーブル１は、金属樹脂複合テープ層５を構成する金属樹脂複合テープの厚さが２４μｍ以上４０μｍ以下であり、これは外部導体６が絶縁層４を固定する力を十分に作用できる程度の薄さである。そのため、ノイズ遮蔽性を向上させるために金属樹脂複合テープ層５を設けた構成であっても、温度変化や経時変化による絶縁層４の収縮力に抗して外部導体６の剛性が作用し、絶縁層４の収縮を外部導体６による締め付け力で確実に抑えることができる。
金属樹脂複合テープの厚さが２４μｍ未満であると、金属樹脂複合テープの成形性やノイズ遮蔽性が低下し、金属樹脂複合テープの厚さが４０μｍを超えると、外部導体６の締め付け力を絶縁層４に伝えにくくなる。

また、金属樹脂複合テープ層５は、縦添えした金属樹脂複合テープ同士の重なり幅が絶縁層４の外周の０．１９倍以上であるため、温度上昇等で絶縁層４が膨張しても絶縁層４の外周を金属樹脂複合テープが隙間なく覆う状態が維持されるため、外部導体６から金属樹脂複合テープを介して絶縁層４に伝わる締め付け力を維持できる。重なり幅が絶縁層４の外周の０．１９倍以下であると、絶縁層４が膨張すると絶縁層４の外周上に金属樹脂複合テープの隙間ができるおそれがあり、隙間がある場合は低温になったときに収縮する絶縁層４を締め付けて抑える力が不十分となってしまう。また、金属樹脂複合テープ同士の重なり幅が絶縁層４の外周の０．３８倍を超えると、重なり幅が必要以上に大きすぎて、縦添えする際の製造性の低下を招いてしまう。

また、金属樹脂複合テープは樹脂層の両面に金属層を有する構造であるため、同軸ケーブル１に張力や曲げ、振動などの外力が加わった際にも、樹脂層が適度に伸びて金属樹脂複合テープの破断が防がれる。また、金属樹脂複合テープが絶縁層４や外部導体６に接触する面が金属となるため、絶縁層４や外部導体６に対して金属樹脂複合テープが融着してしまうことも防止される。

以上、図１に示した同軸ケーブル１は、車載用のケーブルとして好適に用いられ、例えば、車載用のラジオやテレビ等のオーディオ機器や、ＥＴＣ、衛星ラジオ、タイヤ空気圧センサ等のアンテナ配線に使用可能である。

次に、上記の同軸ケーブル１を製造する方法について説明する。
まず、中心導体２は、所定の径に伸線された複数の軟銅線３を撚り合わせて形成される。そして、中心導体２の外側に絶縁層４となるポリエチレン等の樹脂を押し出し被覆する。この絶縁層４は、電子線を照射することにより電子線架橋耐熱プラスチックとすることができる。

次いで、絶縁層４の外周に上記の金属樹脂複合テープをその重なり幅が絶縁層４の外周より１．１９倍以上１．３８倍以下となるように長手方向に沿って縦添えして配置し、金属樹脂複合テープ層５を形成しつつ、その外周に外部導体６を設ける。編組した外部導体６を設ける場合には、絶縁層４をその長手方向に送りつつ、編組する半数の軟銅線６を右撚りに、残りの半数を左撚りにして交差させ、絶縁層４の周囲に編組する。これにより、中心導体２、絶縁層４、金属樹脂複合テープ層５、外部導体５からなる編組コアが形成される。

編組コアは、押し出し工程でクロスヘッド内に送られ、編組コアの周囲に外被７が押し出し被覆される。その際、外被７は、外部導体６に密着して形成されるとともに、外部導体６を金属樹脂複合テープ層５に対して加圧してさらに密着させるように作用する。これにより、絶縁層４は、金属樹脂複合テープ層５を介して外部導体６により締め付けられる。

外被７が形成された同軸ケーブル１は、水槽内を通過させることにより冷却され、その形状が安定する。その後、同軸ケーブル１はコブ検出器やスパークテスタ等により品質チェックが行われ、巻き取り機に巻き取られる。
以上の工程により、製品として出荷される同軸ケーブル１が製造される。

上記の実施形態で説明した製造方法により、本発明に係る同軸ケーブル１を製造し、ヒートショック試験による絶縁層収縮の評価を行った。なお、評価の比較対象として、金属樹脂複合テープの厚さや重なり幅を変えたものを各種用意し、それらの同軸ケーブルについても同様に試験を行った。
評価対象の同軸ケーブルの共通の構成は、架橋ポリエチレンからなる絶縁層４の外径が１．６８ｍｍ、絶縁層４の外周が５．２８ｍｍ、金属樹脂複合テープがアルミ−ＰＥＴ−アルミの三層構造、外被７の樹脂が非架橋ポリオレフィン系樹脂、外被７の外径が３．０ｍｍである。

ヒートショック試験に用いる同軸ケーブルの試験サンプルは、１ｍの長さに切断したケーブルであって、収縮量を確認しやすいように端末部分で絶縁層を１〜２ｃｍ程度露呈させた状態のものである。

その試験サンプルを、−３０℃の恒温槽に３０分入れておき、次いで８０℃の恒温槽に３０分入れた。これを試験の１サイクルとし、１０００サイクルの試験を行った。そして、１０００サイクル後の絶縁層４の長さを測定した。そして、次式（１）により、絶縁層４の、試験前の長さに対する１０００サイクルの試験後の収縮率を求めた。
収縮率（％）＝｛（Ｌ_０−Ｌ_１０００）／Ｌ_０｝×１００・・・（１）
この式（１）中、Ｌ_０は試験前の絶縁層４の長さであり、Ｌ_１０００は１０００サイクル後の絶縁層４の長さである。

このようなヒートショック試験の評価を行った結果を表１に示す。

なお、表１に示す金属樹脂複合テープの各層厚の項目では、各層間の接着剤の厚さは表記していない。
また、絶縁層の収縮の項目は、収縮率の評価基準となる０．３％以下に収まるものを記号Ａで表し、そうでないものを記号Ｂで表した。
収縮率の基準を満たすものは、例２，例４〜例７，例９であるが、例９は重なり幅が必要以上に大きいため、金属樹脂複合テープの成形性が不良であった。また、例８は絶縁層の収縮が大きいだけでなく、金属樹脂複合テープが厚いために成形性が不良であった。金属樹脂複合テープの成形性が不良であると、テープにしわが発生したり、重なり部分に折れ曲がりが発生したりすることがある。
例１〜例７を絶縁層の収縮と照らし合わせて比較すると、収縮率の基準を満たす例２，例４〜例７では、金属樹脂複合テープの厚さが２４μｍ以上４０μｍ以下であるとともに、重なり幅が絶縁層の外周の０．１９倍以上０．３８倍以下である。

以上の試験結果から、本発明に係る同軸ケーブルは、金属樹脂複合テープ層の構成が適正な範囲に設定されていることで外部導体による締め付け力を絶縁層に良好に作用させて、絶縁層の収縮を効果的に抑えられることがわかった。

本発明に係る同軸ケーブルの一実施形態を示す斜視図である。

符号の説明

１同軸ケーブル
２中心導体
３軟銅線
４絶縁体
５金属樹脂複合テープ層（テープ層）
６外部導体
７外被

Claims

中心導体と、前記中心導体の外周に配置された絶縁層と、前記絶縁層の外周に縦添えに配置された金属樹脂複合テープのテープ層と、前記テープ層の外周に配置された外部導体と、前記外部導体の外周に配置された外被と、を備えた同軸ケーブルであって、
前記金属樹脂複合テープは、樹脂層の両面に金属層を有するとともに厚さが２４μｍ以上４０μｍ以下であり、前記絶縁層の外径に対する厚さの比が０．０１４３以上０．０２３８以下であり、当該テープ中の前記樹脂層の厚さの比が０．２以上０．４以下であり、縦添えにされた重なり幅が前記絶縁層の外周の０．１９倍以上０．３８倍以下である同軸ケーブル。
中心導体の外周に絶縁樹脂を押し出し被覆して絶縁層を形成し、前記絶縁層の外周に金属樹脂複合テープを縦添えしてテープ層を形成し、前記テープ層の外周を外部導体で覆い、前記外部導体の外周に樹脂を押し出し被覆して外被を形成する同軸ケーブルの製造方法であって、
前記金属樹脂複合テープは、樹脂層の両面に金属層を有するとともに厚さが２４μｍ以上４０μｍ以下であり、前記絶縁層の外径に対する厚さの比が０．０１４３以上０．０２３８以下であり、当該テープ中の前記樹脂層の厚さの比が０．２以上０．４以下であり、
前記テープ層を、前記金属樹脂複合テープ同士の重なり幅が前記絶縁層の外周の０．１９倍以上０．３８倍以下であるように前記絶縁層の外周に縦添えして形成する同軸ケーブルの製造方法。