JP4702224B2

JP4702224B2 - シールドケーブル及びその端末加工方法

Info

Publication number: JP4702224B2
Application number: JP2006226403A
Authority: JP
Inventors: 裕寿遠藤; 稔之堀越; 量松井; 正史国井; 智博佐藤
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2006-01-31
Filing date: 2006-08-23
Publication date: 2011-06-15
Anticipated expiration: 2026-08-23
Also published as: JP2007234574A

Description

本発明は、内部導体の外周に絶縁体を形成した芯線を１本もしくは２本以上有し、それら芯線の外周に外部導体、外皮を順次形成したシールドケーブル及びその端末加工方法に関する。

近年、ノートパソコン、携帯電話、小型ビデオカメラなどの普及で、これらの情報通信機器の小型化と共に高画質化が求められている。これらの機器には内部導体の外周に内部絶縁体、外部導体、外皮を順次形成した細い電線（ケーブル）が用いられている。

これらのケーブルは外径が１ｍｍ以下と非常に細いために、その端末処理にはレーザ加工を用いる方法（例えば特許文献１）が知られている。図５にその横断面図を示すように、特許文献１のシールドケーブル５１は、内部導体５２の外周に内部絶縁体５３、耐熱性に優れた被覆層５４、外部導体５５、外皮５６を順次形成したものである。

このシールドケーブル５１の端末加工方法は、まず外皮５６をＣＯ₂ レーザを用いて切断し、外部導体５５から剥離する。この後に外部導体５５をレーザで切断する際、内側の被覆層５４までレーザ光が達しないよう照射時間などを制御すると共に、耐熱性に優れた被覆層５４でレーザの熱エネルギーが内部絶縁体５３に波及しないように抑制し、電気的短絡が生じるのを回避する方法である。

また、外部導体５５を切断する方法として、ＣＯ₂ レーザではなくＹＡＧレーザを用いる方法も行われている。

特開平１１−１４４５３３号公報特開平１１−１２１５０１号公報特開２００４−１９２８１５号公報特開２００２−２５３５７号公報特開２００５−２５１５２２号公報

しかしながら、特許文献１のシールドケーブル５１では、被覆層５４を有することからケーブル構造が多層となるため、シールドケーブル５１自身がコスト高となり、その端末加工方法もコスト高となる。

また、被覆層５４を配置せずにＹＡＧレーザで外部導体５５を切断する方法は、内部導体５２の内部絶縁体５３にもＹＡＧレーザの熱による影響が及んでしまい、絶縁信頼性が低下してしまうおそれがあった。通常、内部絶縁体５３は各色の顔料を含んでおり、識別のために着色されているが、いずれの絶縁体色においても、端末加工時のＹＡＧレーザによる絶縁体損傷が避けられない。

そこで、本発明の目的は、外部導体を直接レーザで溶融切断しても絶縁特性を維持できるシールドケーブル及びその端末加工方法を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、請求項１の発明は、内部導体の外周に絶縁体を形成した芯線を１本もしくは２本以上有し、それら芯線の外周に外部導体、外皮を順次形成したシールドケーブルにおいて、前記内部絶縁体はフッ素樹脂にＴｉＯ ₂ である金属成分を０．０５〜５．０ｗｔ％添加し、かつ着色顔料を練り込んだシールドケーブルである。

請求項２の発明は、前記フッ素樹脂は４フッ化エチレン・パーフロロプロピルビニルエーテル共重合体、または４フッ化エチレン・６フッ化プロピレン共重合体、またはエチレン・４フッ化エチレン共重合体である請求項１記載のシールドケーブルである。

請求項３の発明は、前記絶縁体の被覆厚さが６０μｍ以下である請求項１又は２に記載のシールドケーブルである。

請求項４の発明は、前記絶縁体はＹＡＧレーザ光波長（１０６４ｎｍ）における透過率が５〜６０％である請求項１〜３いずれかに記載のシールドケーブルである。

請求項５の発明は、前記絶縁体はＹＡＧレーザ光波長（１０６４ｎｍ）における透過率が８〜４０％である請求項１〜３いずれかに記載のシールドケーブルである。

請求項６の発明は、前記絶縁体はＹＡＧレーザ光波長（１０６４ｎｍ）における吸収率が１５％以下である請求項１〜５いずれかに記載のシールドケーブルである。

請求項７の発明は、請求項１〜６いずれかに記載したシールドケーブルが複数本所定のピッチでフラット状に配列されているシールドケーブルである。

請求項８の発明は、請求項１〜７いずれかに記載したシールドケーブルの端部分の外皮を所定長さ剥ぎ取って前記外部導体を露出させ、その露出した外部導体にＹＡＧレーザで切り込みを入れて前記外部導体を剥ぎ取り、前記絶縁体を露出させ、その露出した絶縁体を剥ぎ取って前記内部導体を露出させるシールドケーブルの端末加工方法である。

本発明によれば、いずれの絶縁体色を選定しても、ＹＡＧレーザを用いてケーブルの端末加工が可能であり、そのときの絶縁体損傷を従来の顔料を用いた場合よりも大幅に低減できる。また、内部導体にはＹＡＧレーザの熱による影響が全く発生しない。したがって、信頼性が高い端末加工が可能となる。

以下、本発明の好適な実施形態を添付図面にしたがって説明する。

図１は、本発明の好適な第１の実施形態を示すシールドケーブルの横断面図である。

図１に示すように、第１の実施形態に係るシールドケーブル１は、内部導体２の外周に内部絶縁体３を形成した芯線４を１本有し、その芯線４の外周に外部導体５、外皮６を順次形成したものであり、同軸ケーブルと同様の構造である。

内部導体２は素線を複数本（図１では６本）撚り合わせて構成される。外部導体５は内部絶縁体３の外周に素線を複数本横巻きして構成される。

さて、内部絶縁体３に混練する顔料は内部導体２にレーザ光を透過させない性質のものが必要であり、そのために内部絶縁体３はレーザ光を吸収するか、反射散乱させるものが必要である。ここでカーボンブラックは吸収特性に優れるため一つの選択肢となるが、内部絶縁体３での吸収が大きいとレーザ光の光パワーが熱エネルギーに変化し、内部絶縁体３の損傷につながる。

５０μｍ厚の内部絶縁体３での光の吸収特性と内部絶縁体３自身の損傷の関係については、内部絶縁体３にレーザ光を照射したとき、一般に２０％程度、場合によっては１０％程度の光の吸収で内部絶縁体３に著しい損傷が発生することがわかっている。そのため、他の顔料系統でも光の吸収が大きくなるものの組成は避けるべきである。

一方、光を散乱させる性質を持つ顔料としてはＴｉＯ₂ がある。本顔料を適正量練り込んだものは内部絶縁体３、内部導体２双方とも損傷を少なくできる。

以上の点を考慮して本実施の形態では、内部絶縁体３として、フッ素樹脂に金属成分としてのＴｉＯ₂ を０．０１〜５．０ｗｔ％、好ましくは０．０５〜５．０ｗｔ％、さらに好ましくは０．０１〜１．０ｗｔ％添加し、かつ着色顔料を練り込んでなるものを使用する。

ＴｉＯ₂ は白色の細かい粉末であり、化学的、物理的に安定で無害であることから、白色顔料として使用されている。このＴｉＯ₂ は屈折率が大きく、可視光やＹＡＧレーザの波長が１０６４ｎｍのレーザ光をよく散乱（反射）する性質を有する。

内部絶縁体３の顔料としてＴｉＯ₂ を０．０１〜５．０ｗｔ％含有させる理由は、内部絶縁体３でのレーザ光の反射散乱を大きくし、内部導体２へ到達するレーザ光の量を少なくすることにある。これによって後述するように、内部絶縁体３、内部導体２の損傷が大幅に抑制される。

内部絶縁体３は通常目視で芯線４を識別可能とするために、芯線（信号線）４毎に数色に色分けされている。よって、着色顔料としては、特に色を限定するものではなく、青、緑、赤、黄、茶、橙、紫、灰などの各色の着色顔料を用いる。

フッ素樹脂としては、４フッ化エチレン・パーフロロプロピルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、または４フッ化エチレン・６フッ化プロピレン共重合体、またはエチレン・４フッ化エチレン共重合体を用いる。内部絶縁体３にＰＦＡを用いる理由は、耐熱性を重視し、レーザ光によって内部絶縁体３が発熱して損傷を受ける可能性を抑えるためである。

内部絶縁体３の被覆厚さは６０μｍ以下であるとよい。内部絶縁体３の厚さを６０μｍ以下とする理由は、内部絶縁体３でのレーザ光の吸収を抑え、それによって絶縁体損傷を抑制するためである。

また、内部絶縁体３はＹＡＧレーザ光波長（１０６４ｎｍ）における透過率が５〜６０％、好ましくは８〜５０％、より好ましくは８〜４０％、さらに好ましくは１０〜３０％であるとよい。内部絶縁体３でのレーザ光透過率を５〜６０％とする理由は、透過率が５％未満となるように内部絶縁体３が含有するＴｉＯ₂ を多くしてしまうと、ＴｉＯ₂ の含有量が多すぎ、ケーブルの成形性が悪化するためである。また、透過率が６０％を超えるように内部絶縁体３が含有するＴｉＯ₂ を少なくしてしまうと、ＴｉＯ₂ の含有量が少なすぎてレーザ光透過率が大きくなり、内部導体３の損傷が発生するからである。

内部絶縁体３はＹＡＧレーザ光波長（１０６４ｎｍ）における吸収率が１５％以下、好ましくは１０％以下であるよい。内部絶縁体３でのレーザ光吸収率を１５％以下とする理由は、内部絶縁体３でのレーザ光エネルギー吸収を抑え、それによって絶縁体損傷を抑制するためである。

これらの中で内部絶縁体３として望ましくは、ＹＡＧレーザ光波長（１０６４ｎｍ）における透過率が１０〜５０％、かつ吸収率が１０％以下となるような構成とすることである。

本発明に記載の内部絶縁体３に対する透過率および吸収率は以下の測定方法により求めることができる。ＹＡＧレーザ光波長（１０６４ｎｍ）を内部絶縁体３に照射し、そのときの反射光量と被測定サンプルを透過した際の光量を分光計により測定する。また、その際に光の散乱が生じてしまうため、散乱した光も測定できるよう半球面形状のセンサ（積分機）を用いる。上記方法により求めた光量と下記式（１）、（２）により、透過率および吸収率を測定する。

（透過率）＝（透過光量）／（照射光量）×１００（％）（１）
（吸収率）＝［（照射光量）−｛（透過光量）＋（反射光量）｝］／（照射光量）×１００（％）（２）
次に、シールドケーブル１の端末加工方法を説明する。

まず、シールドケーブル１を用意する（図２（ａ））。このシールドケーブルの端末部分の外皮６を所定長さ剥ぎ取って外部導体５を露出させる（図２（ｂ））。露出した外部導体５にＹＡＧレーザを照射して切り込み（図２（ｃ）中の一点鎖線）を入れる（図２（ｃ））。切り込みを入れた外部導体５の先端部分を剥ぎ取って内部絶縁体３を露出させる（図２（ｄ））。露出した内部絶縁体３の先端部分に工具などにより切り込みを入れ、内部絶縁体３を剥ぎ取って内部導体３を露出させる（図２（e））。さらに、接続すべき相手側の接続端子に内部導体２を接続すると共に、グランドに外部導体５を接続して端末加工を終了する。

第１の実施形態の作用を説明する。

シールドケーブル１は、内部絶縁体３として、フッ素樹脂にＴｉＯ₂ を０．０１〜５．０ｗｔ％、好ましくは０．０５〜５．０ｗｔ％、さらに好ましくは０．０１〜１．０ｗｔ％添加し、かつ着色顔料を練り込んでなる。すなわち、内部絶縁体３を着色するための着色顔料にＴｉＯ₂ を混練している。

このため、端末加工時に外部導体５に直接レーザを照射して外部導体５を溶融切断しても、内部絶縁体３が含有するＴｉＯ₂ により、内部絶縁体３の表面でレーザ光が反射散乱されるので、絶縁特性を維持でき、シールドケーブル１の信頼性が高い。

また、シールドケーブル１は、内部絶縁体３としていずれの絶縁体色を選定しても、ＹＡＧレーザを用いてシールドケーブル１の端末加工が可能であり、そのときの絶縁体損傷を従来の通常の顔料を用いた場合よりも大幅に低減できる。さらに、内部導体２にはＹＡＧレーザの熱による影響が全く発生しない。したがって、シールドケーブル１を用いれば、信頼性が高い端末加工が可能となる。

シールドケーブル１は、図５の従来のシールドケーブル５１とは異なり、耐熱性に優れる被覆層５４が不要なので、シールドケーブル５１に比べてケーブル自身が低コストになり、その端末加工も低コストで実施できる。

ここで、内部絶縁体３の厚さが５０μｍの場合について、内部絶縁体３を青、緑、赤、黄、茶、橙、紫、灰の各色にそれぞれ着色した各シールドケーブル１についてレーザ照射実験を行った。その結果、いずれの色系についても内部絶縁体３にＴｉＯ₂ を０．０１〜５．０ｗｔ％、好ましくは０．０５〜５．０ｗｔ％、さらに好ましくは０．０１〜１．０ｗｔ％添加したものでは内部絶縁体３の損傷は微少であり、内部導体２の損傷は全く発生しないことを確認できた。

第１の実施形態では、フッ素樹脂にＴｉＯ₂ を添加することで、内部絶縁体３に金属成分としてＴｉＯ₂ を含有させた例で説明したが、内部絶縁体３に含有させる金属成分としては、このほかにＡｕ、Ａｇ、Ｃｕなどがある。これは、光の反射率がＣｕで９０％、ＡｕやＡｇで９７％と非常に高いためである。この場合高価であるが、レーザ光反射効果としてはＴｉＯ₂ と同等の特性が得られる。

また、単芯のシールドケーブル１のみならず、図３に示す第２の実施形態であるシールドケーブル３１のように、多心ケーブルへの応用も可能である。このシールドケーブル３１は、芯線４を複数本（図３では４本）撚り合わせ、それら複数本の芯線４の外周に外部導体５、外皮６を順次形成したものである。このシールドケーブル３１によっても、色の識別が可能な範囲で単芯のシールドケーブル１と同様、信頼性が高い端末接続が可能となる。

さらに、図４に示す第３の実施形態であるシールドケーブル４１のように、シールドケーブル１を複数本所定のピッチでフラット状に並列配列し、並列配列した複数本のシールドケーブル１の両面を絶縁フィルム４２，４２で挟み込んだものでもよい。

（実施例１〜４）
内部導体２の外周に、フッ素樹脂に金属成分としてのＴｉＯ₂ を０．０５〜５．０ｗｔ％の範囲で種々に変えて添加し、かつ着色顔料を練り込んでなる内部絶縁体３を形成した芯線４を１本有し、その芯線４の外周に外部導体５、外皮６を順次形成して図１のシールドケーブル１を作製し、実施例１〜４とした。
（比較例１〜３）
実施例１〜４と同様にして、内部導体２の外周に、フッ素樹脂に金属成分としてのＴｉＯ₂ を０．００５，６．０，７．０ｗｔ％添加し、かつ着色顔料を練り込んでなる内部絶縁体を形成した芯線を１本有し、その芯線の外周に外部導体５、外皮６を順次形成してシールドケーブルを作製し、比較例１〜３とした。

これら実施例１〜４のシールドケーブル１、比較例１〜３のシールドケーブルについて、種々の評価・検討によって得られた結果を表１に示す。透過率（％）はＹＡＧレーザ光波長（１０６４ｎｍ）における値であり、吸収率（％）は式（１）、（２）で求めた。

表１中の判定項目、基準は次の通りである。絶縁体損傷は絶縁破壊試験の結果による。各シールドケーブルの内部導体と外部導体の間に所定の電圧を負荷し、絶縁破壊しないものを○とし、破壊したものを×とした。導体損傷は内部導体を２００倍程度で拡大観察し、キズがないものを○、キズではないが色相の変化が見受けられたものを△、えぐれのような明らかなキズが見られたものを×とした。成形性は外皮成形の際に問題なく加工ができたものを○、周方向に偏肉が見られたものを△、長手方向に肉厚が不均一になったものを×とした。

表１に示すように、実施例１〜４は、内部絶縁体３のＴｉＯ₂ の含有量が０．０５〜５．０ｗｔ％の範囲であるため、透過率が１０〜６０％になり、絶縁体損傷、導体損傷ともに合格であり、成形性もよい。

これに対し、比較例１は内部絶縁体のＴｉＯ₂ の含有量が０．００５ｗｔ％と少ないため、導体が損傷し、比較例２，３は内部絶縁体のＴｉＯ₂ の含有量が６．０，７．０ｗｔ％と多いため、成形性が悪い。

本発明の好適実施の形態を示すシールドケーブルの横断面図である。図２（ａ）〜図２（ｅ）は図１に示したシールドケーブルの端末加工方法を説明する概略図である。本発明の第２の実施形態を示すシールドケーブルの横断面図である。本発明の第３の実施形態を示すフラット状シールドケーブルの横断面図である。従来のシールドケーブルの横断面図である。

符号の説明

１シールドケーブル
２内部導体
３内部絶縁体
４芯線
５外部導体
６外皮

Claims

内部導体の外周に絶縁体を形成した芯線を１本もしくは２本以上有し、それら芯線の外周に外部導体、外皮を順次形成したシールドケーブルにおいて、前記内部絶縁体はフッ素樹脂にＴｉＯ ₂ である金属成分を０．０５〜５．０ｗｔ％添加し、かつ着色顔料を練り込んだことを特徴とするシールドケーブル。
前記フッ素樹脂は４フッ化エチレン・パーフロロプロピルビニルエーテル共重合体、または４フッ化エチレン・６フッ化プロピレン共重合体、またはエチレン・４フッ化エチレン共重合体である請求項１記載のシールドケーブル。
前記絶縁体の被覆厚さが６０μｍ以下である請求項１又は２に記載のシールドケーブル。
前記絶縁体はＹＡＧレーザ光波長（１０６４ｎｍ）における透過率が５〜６０％である請求項１〜３いずれかに記載のシールドケーブル。
前記絶縁体はＹＡＧレーザ光波長（１０６４ｎｍ）における透過率が８〜４０％である請求項１〜３いずれかに記載のシールドケーブル。
前記絶縁体はＹＡＧレーザ光波長（１０６４ｎｍ）における吸収率が１５％以下である請求項１〜５いずれかに記載のシールドケーブル。
請求項１〜６いずれかに記載したシールドケーブルが複数本所定のピッチでフラット状に配列されていることを特徴とするシールドケーブル。
請求項１〜７いずれかに記載したシールドケーブルの端部分の外皮を所定長さ剥ぎ取って前記外部導体を露出させ、その露出した外部導体にＹＡＧレーザで切り込みを入れて前記外部導体を剥ぎ取り、前記絶縁体を露出させ、その露出した絶縁体を剥ぎ取って前記内部導体を露出させることを特徴とするシールドケーブルの端末加工方法。