JP4720097B2 - シールドケーブルの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、中心導体と絶縁体と外部導体を有するシールドケーブル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、シールドケーブル（同軸ケーブルも含む）が広く用いられている。シールドケーブルは、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、ポリエチレンやポリ塩化ビニル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、配線される際のシールドケーブルの形態は、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。

このようなシールドケーブルは、その長手方向にわたって同径であることや、配線時に端末部分の加工性が良好であることが要求されている。また、配線後にその電気的特性や機械的特性を良好に保つことも重要である。

中心導体の周囲に絶縁体が被覆されてなる絶縁ケーブルでは、絶縁体の樹脂組成を考慮して絶縁体に歪みが残留することを防ぎ、絶縁体の歪みに起因して高温時や張力付加時に発生する収縮を防止することが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、絶縁体をエチレン系ポリマ及び無水マレイン酸変性ポリオレフィンを含有する樹脂組成によって構成することが記載されている。

特開２０００−２９４０３９号公報

ところで、絶縁体の周囲に外部導体を有するシールドケーブルの場合には、配線後に絶縁体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、絶縁体の収縮は、残留した歪みだけでなく配線後の温度変化や経時変化によっても発生するため、上記の技術のように絶縁体の樹脂組成を考慮する等して歪みを減らしただけでは、収縮を確実に防ぐことはできなかった。

本発明は、中心導体と絶縁体と外部導体を有するシールドケーブルにおいて、絶縁体の収縮を小さく抑えることのできるシールドケーブルの製造方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成することのできるシールドケーブルの製造方法は、中心導体の周囲に配置された絶縁体の周囲に外部導体を設け、その周囲に外被を設けるシールドケーブルの製造方法であって、
前記絶縁体が架橋耐熱プラスチックであり、
前記外部導体を設けた後に前記中心導体、前記絶縁体及び前記外部導体を加熱して前記絶縁体を軟化させて、その直後に前記外被を前記外部導体の周囲に押し出し被覆して前記外部導体を前記絶縁体に密着させて、前記外部導体の少なくとも一部を前記絶縁体に食い込ませるものである。

本発明のシールドケーブルの製造方法によれば、絶縁体の収縮を小さく抑えて、ケーブルの端部で中心導体と外部導体とが接触してショートすることを防止できるシールドケーブルを製造することができる。

以下、本発明に係るシールドケーブル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、本実施形態のシールド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、シールドケーブル１は、中央に中心導体２が配置され、この中心導体２の周囲に絶縁体４が形成され、さらに絶縁体４の周囲に外部導体５が配置されている。

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、直径１ｍｍ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。
絶縁体４は、ポリエチレンやポリ塩化ビニル等の樹脂が用いられ、例えば好適には、電子線架橋耐熱プラスチックを使用できる。
外部導体５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、絶縁体４の周囲を覆うように形成されている。本実施形態の外部導体５は、軟銅線が編組されたものである。

中心導体２、絶縁体４、編組された外部導体５からなるシールドケーブルは、編組コアと呼ばれる。この編組コア８の周囲には、通常、外被７が被覆されている。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。本実施形態のシールドケーブル１は、電子線架橋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５に対して密着している。

また、絶縁体４と外部導体５の部分拡大断面図を図２に示す。この図２に示すように、外部導体５を構成する軟銅線６は、その絶縁体４と接触した一部分６ａが絶縁体４に食い込み、巨視的にみて絶縁体４と外部導体５との間の摩擦係数が増大している。これにより、絶縁体４と外部導体５は相互に固定されている。この食い込みは、シールドケーブル１の全長にわたって形成されていると良い。従来のシールドケーブルでは、外部導体は絶縁体の周囲を覆うだけであって、外部導体から絶縁体を容易に引き抜くことができたが、本実施形態のシールドケーブル１では、絶縁体４と外部導体５との相対移動が防がれている。

また、シールドケーブル１は、絶縁体４が外部導体５に対して相対移動しないように密着していれば良く、外部導体５から絶縁体４をその長手方向に引き抜こうとしたときに要する引き抜き力が１ｋｇｆ／５０ｍｍ以上となっている。

このように、シールドケーブル１は、経時変化等によって絶縁体４に収縮しようとする力が働いても、絶縁体４が外部導体５に対して固定されているため、絶縁体４に比べ剛性の高い外部導体５によって収縮が防がれる。

以上、図１に示したシールドケーブル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の配線に使用可能である。また、車載用のアンテナとしての利用も可能である。

次に、上記のシールドケーブル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の外側に絶縁体４となるポリエチレン等の樹脂を押し出し被覆する。この絶縁体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、絶縁体４の外周に外部導体５を設ける。編組した外部導体５を設ける場合には、絶縁体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、絶縁体４の周囲に編組する。これにより、中心導体２、絶縁体４、外部導体５からなる編組コア８が形成される。

図３に、編組コア８に外被７を被覆する工程の装置概略図を示す。
図３に示すように、被覆装置１０は、サプライ１１から送り出される編組コア（シールドケーブル）８に、外被７を被覆して、巻き取り機２１に巻き取るまでの工程を行う装置である。

サプライ１１から送り出された編組コア８は、サプライダンサ１２を経てキャプスタン１３により電気炉１４内に送られる。電気炉１４では、絶縁体４がその熱変形温度より高い温度に昇温するように、編組コア８の送り速度等を考慮しつつ、炉内の温度が設定されている。

この電気炉１４によって編組コア８を加熱することで、絶縁体４を熱変形温度以上に昇温させることで軟化させて、絶縁体４の外周に密着した外部導体５を絶縁体４に食い込ませることができる。例えば、絶縁体４がポリエチレンである場合には、絶縁体４の熱変形温度は４９℃であり、外部導体５の食い込みを確実に実現するためには、編組コア８の表面が６０℃程度となるように加熱すると良い。例えば、編組コア８を送る線速が４０ｍ／分である場合には、炉内の温度は８００℃に設定する。
また、絶縁体４がポリプロピレンである場合には、絶縁体４の熱変形温度は１００℃であり、外部導体５の食い込みを確実に実現するためには、編組コア８の表面が１２０℃程度となるように加熱すると良い。

そして、電気炉１４を通過した編組コア８は、その直後にクロスヘッド１５内に送られる。このクロスヘッド１５により、編組コア８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５に密着して形成されるとともに、外部導体５を絶縁体４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、外部導体５は、より確実に絶縁体４に食い込まれる。

クロスヘッド１５により外被７が形成されたシールドケーブル１は、水槽１６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、シールドケーブル１はキャプスタン１７により張力が加えられてアキュムレータ１８へ送られ、コブ検出器１９及びスパークテスタ２０により品質チェックが行われ、巻き取り機２１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シールドケーブル１が製造される。

また、絶縁体４を加熱する手段は、電気炉に限るものではない。

また、絶縁体４を昇温させずに外部導体５を絶縁体４に食い込ませる方法もある。例えば、外部導体５を通して絶縁体４に対して外力を作用させ、外部導体５から絶縁体４に対して加圧することで絶縁体４を塑性変形させ、外部導体５を絶縁体４に食い込ませることができる。
また、絶縁体４を昇温させて軟化させ、さらに加圧を行うことで、より効果的に食い込ませることもできる。

上記の実施形態で説明した製造方法により、本発明に係るシールドケーブル１を製造し、ヒートショック試験による絶縁体収縮の評価と、引き抜き力試験による絶縁体と外部導体との密着性の評価を行った。なお、評価の比較対象として、絶縁体の加熱をせず、絶縁体に外部導体が食い込んでいない従来のシールドケーブルについても同様に試験を行った。

（ヒートショック試験）
ヒートショック試験に用いる、シールドケーブルの試験サンプルの形態を、図４に示す。
図中、長さＬ_Ａ及びＬ_Ｅで示す部分は、中心導体２が露呈されている。また、長さＬ_Ｂ及びＬ_Ｄで示す部分は、絶縁体４が露呈されている。また、長さＬ_Ｃで示す部分は、編組コア８の周囲に外被７が形成されている。今回の試験では、各部分の長さを、Ｌ_Ａ＝２５ｍｍ、Ｌ_Ｂ＝２０ｍｍ、Ｌ_Ｃ＝７００ｍｍ、Ｌ_Ｄ＝８ｍｍ、Ｌ_Ｅ＝４ｍｍとした。この試験サンプルにおいて、絶縁体４の長さは、Ｌ_Ｂ＋Ｌ_Ｃ＋Ｌ_Ｄであり、すなわち７２８ｍｍである。

図４に示す形態の試験サンプルを、−４０℃の恒温槽に３０分入れておき、次いで９０℃の恒温槽に３０分入れた。これを試験の１サイクルとし、２００サイクルの試験を行った。そして、２０サイクル後と２００サイクル後の絶縁体４の長さを測定した。図５に、従来のシールドケーブルを用いた比較例の試験結果を示し、図６に、本発明のシールドケーブルを用いた実施例の試験結果を示す。図５に示す比較例では大きく収縮しているのに対して、図６に示す実施例では殆ど収縮していないことがわかる。

さらに、図５と図６に示す試験結果から、それぞれ、絶縁体４の、試験前の長さに対する２００サイクルの試験後の収縮率を求めた。なお、収縮率は、次式（１）により求めた。
収縮率（％）＝｛（Ｌ_０−Ｌ_２００）／Ｌ_０｝×１００ ・・・（１）
この式（１）中、Ｌ_０は試験前の絶縁体４の長さであり、Ｌ_２００は２００サイクル後の絶縁体４の長さである。
比較例の収縮率は、８．６％であったのに対して、実施例の収縮率は、０．３％であり、明らかな改善が見られた。

（引き抜き力試験）
シールドケーブルから絶縁体を引き抜く際の引き抜き力を測定する試験の様子を、図７に示す。
図７に示すように、絶縁体４より僅かに太い径の貫通孔が形成されたダイス２５を用意した。そして、シールドケーブル１の端部から、絶縁体４を所定の長さで露呈させた。絶縁体４を露呈させていない部分のシールドケーブル１の長さは５０ｍｍとした。

そして、露呈した絶縁体をダイス２５に通し、絶縁体を把持してダイス２５と離反する方向（図中上方向）へ引っ張り、シールドケーブル１から絶縁体４の全長を引き出した。なお、その引っ張り速度は２００ｍｍ／分とした。
絶縁体４を引き出すために要した引き抜き力は、比較例のシールドケーブルでは０．５０ｋｇｆ／５０ｍｍであったのに対して、実施例のシールドケーブルでは１．１６ｋｇｆ／５０ｍｍであった。すなわち、本発明に係る実施例では、従来の比較例と比較して、絶縁体と外部導体との密着性が顕著に向上していることが確認できた。

以上の試験結果から、本発明に係るシールドケーブルは、外部導体が絶縁体に食い込んでいることにより、外部導体と絶縁体が一体的に固定されて、絶縁体の収縮が著しく抑えられることがわかった。

また、上記の試験の他に本発明に係るシールドケーブルの電気特性を測定した。その結果、２０℃の環境下における導体抵抗は３２５．６４Ω／ｋｍであり、２０℃の環境下における１ｋＨｚの周波数での静電容量は７１．４４ｐＦ／ｋｍであり、１０ＭＨｚの周波数での特性インピーダンスは７３．３Ωであり、２０℃の環境下における１０ＭＨｚの周波数での減衰量は８３．１ｄＢ／ｋｍであった。

これらの電気特性の測定結果は、いずれも仕様書の規格を満たしているものであった。したがって、外部導体を絶縁体に食い込ませても、電気特性が良好に保たれることがわかった。

本発明に係るシールドケーブルの一実施形態を示す斜視図である。 図１に示したシールドケーブルの絶縁体と外部導体の部分拡大断面図である。 本発明に係るシールドケーブルの製造方法における一工程を行う装置の概略図である。 ヒートショック試験を行うためのサンプルを示す側面図である。 ヒートショック試験の比較例の結果を示すグラフである。 ヒートショック試験の実施例の結果を示すグラフである。 引き抜き試験の様子を示す側面図である。

符号の説明

１ シールドケーブル
２ 中心導体
３ 軟銅線
４ 絶縁体
５ 外部導体
６ 軟銅線
７ 外被
８ 編組コア（シールドケーブル）
１４ 電気炉
１５ クロスヘッド

Claims (1)

1. 中心導体の周囲に配置された絶縁体の周囲に外部導体を設け、その周囲に外被を設けるシールドケーブルの製造方法であって、
   前記絶縁体が架橋耐熱プラスチックであり、
   前記外部導体を設けた後に前記中心導体、前記絶縁体及び前記外部導体を加熱して前記絶縁体を軟化させて、その直後に前記外被を前記外部導体の周囲に押し出し被覆して前記外部導体を前記絶縁体に密着させて、前記外部導体の少なくとも一部を前記絶縁体に食い込ませるシールドケーブルの製造方法。