JP5387512B2

JP5387512B2 - 電線の製造方法

Info

Publication number: JP5387512B2
Application number: JP2010129996A
Authority: JP
Inventors: 正道庭田; 達則林下; 裕之大塚
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2010-06-07
Filing date: 2010-06-07
Publication date: 2014-01-15
Anticipated expiration: 2030-06-07
Also published as: JP2011258336A

Description

本発明は、導体の外周が樹脂からなる絶縁体によって被覆された電線の製造方法、特に端末装置の小型化や薄型化に伴う細径の同軸電線の製造方法に関する。

電線の使用周波数帯域は、数ＧＨｚ帯域まで拡大しており、電線の絶縁体部分の誘電率の小さいものが求められている。誘電率を低減させるため、絶縁体に中空部を形成する技術としては、特許文献１に開示された製造方法が知られている。
この製造方法は、ケーブル中心導体を通すための内部縦導管を有するガイドと、このガイドと同軸でガイドを取り囲み、該ガイドの外表面と共に粘性状態の絶縁性材料のための通路を形成するダイスと、を含む。シースの形状は、ガイド自体中に設けられた開口によって得られる。その結果、得られた中間シースの横断面形状は、ダイスとガイドとの間に規定された通路の横断面形状に属するガイドの開口の横断面形状とほぼ同じである。

米国特許第３７７１９３４号明細書

上述したように特許文献１の製造方法では、中間シースの横断面形状は、ダイスとガイドとの間に規定された通路の横断面形状に属するガイドの開口の横断面形状とほぼ同じである。シースの横断面形状に対するダイス開口部の相似比は、一般的に引落しバランス（ＤＲＢ：ＤｒａｗＲａｔｉｏＢａｌａｎｃｅ）と呼ばれ、樹脂被膜の内・外面ができるだけ均一な引落しを受けるようＤＲＢ≒１になるように選定するのが望ましいとされている。このＤＲＢ≒１は、シースの横断面形状とダイス開口部の横断面形状がほぼ同じであることを意味している。
しかしながら、実際にはＤＲＢ＝１の設定では所定の仕上外径に仕上げた際に樹脂被膜の内径と導体径が丁度一致する状態であるため、樹脂被膜の中心方向（導体方向）へ加わる圧力が弱く、長手方向で安定的に樹脂被膜を追従させることが困難である。

本発明の目的は、中心導体を被覆する絶縁体に対して長手方向に空隙部が安定して形成されると共に、中心導体に対する絶縁体の長手方向の安定的な追従を実現して、仕上外径や静電容量の変動を抑制することができる電線の製造方法を提供することにある。

上記課題を解決することのできる本発明の電線の製造方法は、円錐台部に円筒が継がれた形状の内周面を有するダイス内に、円錐台部に円筒部が継がれた形状の外周面を有し、連通孔を有する複数の筒体が中心の前記円筒部の周囲に等間隔に且つ押出方向に沿って前記外周面上から延在するポイントを、前記円筒部が前記内周面の中心に配置されるように組み合わせてから、前記ダイスと前記ポイントとの隙間からなる環状の押出流路へ樹脂を押し出し且つ引き落とすことにより、前記ポイントの中心に形成された挿通孔から引き出される中心導体の周囲に前記樹脂を被覆して絶縁体を形成するとともに、長手方向に連続する複数の空隙部を前記絶縁体の周方向に間隔をあけて形成する電線の製造方法であって、
前記空隙部の断面積の和が、０．４３≦空隙部の断面積の和／（絶縁体の断面積の和＋空隙部の断面積の和）≦０．６０となる関係式を満たすとともに、
前記ダイスの内周面の内径と前記ポイントの前記円筒部の外径との間に、１．０４≦（ダイス出口の内周面径／電線径）／（ポイントの円筒部の外径／中心導体径）≦１．４７となる関係式が成り立つことを特徴とする。

また、本発明の電線の製造方法において、前記絶縁体の外周に外部導体を形成することが好ましい。

本発明の電線の製造方法によれば、空隙部の断面積の和が、０．４３≦空隙部の断面積の和／（絶縁体の断面積の和＋空隙部の断面積の和）≦０．６０となる関係式を満たすとともに、ダイスの内周面の内径とポイントの円筒部の外径との間に、１．０４≦（ダイス出口の内周面径／電線径）／（ポイントの円筒部の外径／中心導体径）≦１．４７となる関係式が成り立つ。これにより、中心導体を被覆する絶縁体に対して長手方向に空隙部が安定して形成されると共に、中心導体に対する絶縁体の長手方向の安定的な追従を実現して、仕上外径や静電容量の変動を抑制することができる。

本発明に係る電線の製造方法によって製造される同軸電線の一例を示す断面図である。本実施形態の電線の製造方法に用いるダイスとポイントの要部を示す断面図である。本実施形態の電線の製造方法に用いるポイントの要部を示す斜視図である。本実施形態の電線の製造方法における押出被覆工程を示すダイスとポイントの組み合わせの断面図である。

以下、本発明に係る電線の製造方法の一実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。
先ず、本実施形態の電線の製造方法によって製造される同軸電線１１について説明する。

図１に示すように、本実施形態の電線の製造方法によって製造される同軸電線１１は、中心導体１２を絶縁体１３で覆い、絶縁体１３の外周に外部導体１５を配し、その外側を外被１６で保護したものである。絶縁体１３は、長手方向に連続する８個の空隙部１４を有している。また、中心導体１２と絶縁体１３との間には設計上の空隙はない。

中心導体１２は、銀メッキまたは錫メッキされた軟銅線または銅合金線からなる素線７本からなる撚り線である。撚り線の場合は、例えば、素線導体径が０．０２５ｍｍのものを７本撚った外径０．０７５ｍｍ（ＡＷＧ＃４２相当）や、素線導体径が０．１２７ｍｍのものを７本撚った外径０．３８ｍｍ（ＡＷＧ＃２８相当）のものが用いられる。なお、中心導体１２は、１本の単線であっても良い。

外部導体１５は、中心導体１２に用いた素線導体と同程度の太さの銀メッキまたは錫メッキされた軟銅線または銅合金線を、絶縁体１３の外周に横巻き又は編組構造で形成されている。また、シールド機能を向上させるために、金属箔テープを併設する構造としてもよい。外被１６は、フッ素樹脂、ポリオレフィン系樹脂、塩化ビニル等の樹脂材を押出成形により形成される。なお、ポリエステルテープなどの樹脂テープを巻き付けて形成しても良い。

絶縁体１３は、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）或いはフッ素樹脂等の熱可塑性樹脂を用いて、押出成形により形成される。フッ素樹脂材としては、例えば、ＰＦＡ（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）、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体）、ＥＴＦＥ（テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体）等が用いられる。

絶縁体１３の外径Ｄ１は、中心導体１２の導体径Ｄ２に対して、（２．２〜３．０）×Ｄ２程度とするのが望ましい。例えば、導体径Ｄ２が０．３８ｍｍ（ＡＷＧ＃２８）の場合は、絶縁体１３の外径Ｄ１を０．８４ｍｍ〜１．１ｍｍとする。
導体径Ｄ２がＡＷＧ＃４２よりも細い線では、用途により絶縁体１３の静電容量を低容量とする必要がある。その場合は、絶縁体１３の外径Ｄ１を（２．２〜３．６）×Ｄ２とするのが望ましい。例えば、導体径Ｄ２が０．０７５ｍｍの場合は、絶縁体１３の外径Ｄ１を０．１７ｍｍ〜０．２７ｍｍとする。なお、本発明においては、絶縁体１３の外径Ｄ１が、１．１ｍｍ以下で形成される細径の電線を対象としている。

絶縁径がこの寸法の同軸電線１１は、携帯電話やノート型パソコンで、アンテナ配線やＬＣＤとＣＰＵを結ぶ配線に使用されるか、センサと機器とを結ぶ多心電線として使用されることが多く、これらの端末装置の小型化や薄型化により、同軸電線の細径化が要求される。同軸電線は、所定のインピーダンス（５０Ω、７５Ω、８０Ω〜９０Ω）とする必要があり、それを実現する限りにおいてできるだけ細径にする。そのため、中心導体１２と外部導体１５との間の絶縁体１３の誘電率を小さくすることが必要である。

本実施形態の同軸電線１１は、絶縁体１３に空隙部１４を設け、絶縁体１３も含めた全体の横断面積に対する全部の空隙部１４を合わせた空隙部１４の横断面積比（空隙率）は、以下の範囲内に収まるように設定され、細径化を実現している。
０．４３≦（空隙部１４の断面積の和）／｛（絶縁体１３の断面積の和）＋（空隙部１４の断面積の和）｝≦０．６０
仮に、全体の空隙率を０．４３（４３％）未満で細径化を実現させようとすると、同軸電線１１のインピーダンスを上記所定値に収めることは困難である。

同軸電線１１は、細径で絶縁体１３の厚さが薄いので、同軸電線１１に加えられる外圧や曲げに対して耐えられなくなることがある。したがって、本実施形態が対象とする細径の同軸電線１１では、絶縁体１３内に設けられる１個当たりの空隙部１４の大きさが問題となる。

本実施形態の同軸電線１１は、１つの空隙部１４当たりの空隙率を０．０６８（６．８％）以下とすることで、細径の同軸電線でも十分な耐久性を実現できる。空隙部１４を、例えば真円で形成し、空隙部１４の内径をＤ３とすると、１つの空隙部１４の絶縁体１３に対する割合は、下記関係式で表される。
Ｄ３^２／（Ｄ１^２−Ｄ２^２）

空隙部１４は、断面円形状（真円、楕円）で形成され、中心導体１２の周りに６〜９個、好ましくは６〜８個（本実施形態では８個）の空隙部１４が均等に設けられていることが望ましい。

次に、上記同軸電線１１の製造方法について説明する。

図２及び図３に示すように、同軸電線１１の製造に用いる押出機３０は、ダイス３１とポイント４１とを備えている。ダイス３１は、内周面が円錐台形状の円錐台部３２を有しており、その中心に円筒状の押出孔３３が形成されている。この押出孔３３の内径Ｄｄは一定である。ダイス３１の内周面は、円錐台に円筒を継いだ形状である。

ポイント４１は、外周面が円錐台形状の円錐台部４２を有しており、その先端の中心には、挿通孔４４を有する円筒部４３が形成されている。この挿通孔４４内に中心導体１２が挿通されて前方（図２では左側）へ向かって引き出される。

このダイス３１とポイント４１が組み合わされることで、ダイス３１の円錐台部３２とポイント４１の円錐台部４２との間、及びダイス３１の押出孔３３とポイント４１の円筒部４３との間に環状隙間が形成される。この環状隙間によって互いに連通する押出流路５１，５２が形成される。この押出流路５１の後方側から絶縁体１３を形成する溶融樹脂Ｒが導入され、押出流路５２へ送り込まれて押出孔３３から押し出される。

ポイント４１の円筒部４３には、同心円上に円筒形状の複数（本実施形態では８本）の筒体４５が周方向へ等間隔に配設されている。この筒体４５は、樹脂Ｒの押出方向（ポイント４１の円筒部４３の長さ方向）に沿って延在され、円筒部４３と共にダイス３１の押出孔３３内に挿通されている。筒体４５の先端は、円筒部４３の先端と同一面上又は先端近傍に配置されている。したがって、押出流路５１，５２内には、筒体４５が存在し、その部分には溶融した樹脂Ｒは流れない。

筒体４５は、連通孔４６を有している。この連通孔４６は、円錐台部４２を貫通してポイント４１の内面に開口されている。ポイント４１の内面は、押出機３０の外に通じている。なお、筒体４５は円筒に限らず、断面楕円形や角形でも良い。この場合、形成される空隙部の断面は楕円形になる。

図４に示すように、上記押出機３０を用いて中心導体１２に絶縁体１３を被覆させる場合、先ず中心導体１２をポイント４１の挿通孔４４に挿通させる。そして、中心導体１２を押出機３０から引き出しながら、押出流路５１内へ後方側から溶融樹脂Ｒを押し出す。溶融樹脂Ｒは、押出流路５１，５２を通って押出孔３３から押し出される。引き伸ばされた樹脂Ｒは、その径が徐々に小さくなり、押出孔３３の出口から一定の距離離れた箇所で中心導体１２上に乗って中心導体を被覆する。即ち、引落しによって、中心導体１２の外周に樹脂Ｒが絶縁体１３として被覆される。このとき、引落し比は、４００以上で、２０００以下とする。

引落し比は、ダイス３１の押出孔３３の内径Ｄｄ、ポイント４１の円筒部４３の外径Ｄｐ、絶縁体１３の仕上径Ｄ１及び中心導体１２の外径Ｄ２との関係から、下記関係式で表わされる。
（Ｄｄ^２−Ｄｐ^２）／（Ｄ１^２−Ｄ２^２）

また、引落しバランス（ＤＲＢ）は、同軸電線１１の絶縁体１３の電線径である仕上径Ｄ１に対するダイス３１の押出孔３３の内周面径である内径Ｄｄの相似比と、中心導体１２の外径Ｄ２に対するポイント４１の円筒部４３の外径Ｄｐの相似比との比であり、次式から求められる。
ＤＲＢ＝（Ｄｄ／Ｄ１）／（Ｄｐ／Ｄ２）

本実施形態の同軸電線１１では、ＤＲＢが、下記の範囲内に収まるように設定される。
１．０４≦ＤＲＢ≦１．４７
仮に、ＤＲＢ≦１．０を狙うと、絶縁体１３の外径変動や静電容量変動を抑制することが難しくなる。逆に、１．５＜ＤＲＢとなると、中心導体１２に対する絶縁体１３の長手方向の安定的な追従が難しくなり、製造中に絶縁体１３が中心導体１２から剥がれてしまう可能性がある。

このとき、絶縁体１３を形成する溶融樹脂Ｒは、筒体４５を取り巻く流れとなって空隙部１４が形成される。ポイント４１から押出方向に沿って延在する複数の筒体４５の連通孔４６はポイント４１の外部に通じており、連通孔４６から空隙部１４に空気が引き込まれる。これにより、絶縁体１３には、長手方向に連続する複数の空隙部１４が周方向へ間隔をあけて形成される。

次に、絶縁体１３の外周に、導電性金属の複数本の細径線材を編組或いは横巻きして外部導体１５を設ける。なお、金属箔を絶縁体１３に巻き付けるか又は縦添えして外部導体としても良い。また、２枚の金属箔で絶縁体１３を挟んでラミネートして外部導体としても良い。その後、外部導体１５の外周に、外被１６となる樹脂を押出被覆するか或いは絶縁テープを巻き付けることで同軸電線１１が完成する。

このようにして製造された同軸電線１１は、絶縁体１３に形成された空隙部１４を６〜９個（本実施形態では８個）として１つの空隙部１４の空隙率を６．８％以下とすることにより、全部の空隙部１４を合わせた空隙率を４３％〜６０％の範囲内に収めることで、外圧や曲げに対して潰れにくく、安定した伝送特性を確保することができる。

この同軸電線１１は、１本で使用するか、或いは複数本を束ねるか、或いは並列にしてテープ状とした多心電線として使用される。

以上説明したように、本実施形態の電線の製造方法では、０．４３≦空隙部１４の断面積の和／（絶縁体１３の断面積の和＋空隙部１４の断面積の和）≦０．６０を満たすとともに、ダイス３１の押出孔３３の内径Ｄｄとポイント４１の円筒部４３の外径Ｄｐとの間に、１．０４≦（Ｄｄ／Ｄ１）／（Ｄｐ／Ｄ２）≦１．４７となる関係式が成り立つ。なお、Ｄ１は絶縁体１３の仕上径であり、Ｄ２は中心導体１２の外径である。これにより、中心導体１２を被覆する絶縁体１３に対して長手方向に空隙部１４が安定して形成されると共に、中心導体１２に対する絶縁体１３の長手方向の安定的な追従を実現して、仕上外径や静電容量の変動を抑制することができる。

次に、本発明に係る製造方法により製造した同軸電線の効果を検証した実施例について説明する。図１に示したような構造の同軸電線を下記に示す各条件で製造し、絶縁体の外径変動、静電容量の変動及び樹脂切れを調べた。絶縁体の外周に０．０３ｍｍの径の銅合金線を横巻して外部導体とした。なお、樹脂切れとは、導体に樹脂が塗布されなくなってしまう現象である。

（実施例１）
ＡＷＧ：＃４２
導体径：０．０７５ｍｍの銀メッキ銀銅合金を７本撚り合わせた撚り線
絶縁体：ＰＦＡ、外径０．２６０ｍｍ（厚さ０．０９３ｍｍ）
ダイス内径：９．０ｍｍ
ポイント外径：２．５ｍｍ
引落しバランス（ＤＲＢ）：１．０４
絶縁体の外径変動：±０．００４ｍｍ以下
絶縁体の静電容量変動：±１ｐＦ／ｍ以下
樹脂切れ：なし

（実施例２）
ＡＷＧ：＃４０
導体径：０．０９０ｍｍの銀メッキ銀銅合金を７本撚り合わせた撚り線
絶縁体：ＰＦＡ、外径０．２２０ｍｍ（厚さ０．０６５ｍｍ）
ダイス内径：９．０ｍｍ
ポイント外径：２．５ｍｍ
引落しバランス（ＤＲＢ）：１．４７
絶縁体の外径変動：±０．００４ｍｍ以下
絶縁体の静電容量変動：±１ｐＦ／ｍ以下
樹脂切れ：なし

（比較例１）
ＡＷＧ：＃４２
導体径：０．０７５ｍｍの銀メッキ銀銅合金を７本撚り合わせた撚り線
絶縁体：ＰＦＡ、外径０．２６０ｍｍ（厚さ０．０９３ｍｍ）
ダイス内径：８．６ｍｍ
ポイント外径：２．５ｍｍ
引落しバランス（ＤＲＢ）：０．９９
絶縁体の外径変動：±０．０２０ｍｍ以上
絶縁体の静電容量変動：±３ｐＦ／ｍ以上
樹脂切れ：なし

（比較例２）
ＡＷＧ：＃４０
導体径：０．０９０ｍｍの銀メッキ銀銅合金を７本撚り合わせた撚り線
絶縁体：ＰＦＡ、外径０．２２０ｍｍ（厚さ０．０６５ｍｍ）
ダイス内径：９．５ｍｍ
ポイント外径：２．５ｍｍ
引落しバランス（ＤＲＢ）：１．５５
絶縁体の外径変動：±０．００４ｍｍ以下
絶縁体の静電容量変動：±１ｐＦ／ｍ以下
樹脂切れ：あり

上記実施例１，２と比較例１，２において、同じ細径電線のＡＷＧ＃４２である実施例１と比較例１、及びＡＷＧ＃４０である実施例２と比較例２の結果を比較してみる。
実施例１のＤＲＢは、本発明における下限値であるのに対して、比較例１のＤＲＢは、その下限値を下回ってＤＲＢ＝１．０に近似した値である。このＤＲＢの相違によって、比較例１の外径変動は、実施例１の５倍以上と大きく、静電容量変動も３倍以上と大きいことが確認できる。この結果からＤＲＢ＝１．０を狙うと絶縁体の外径変動や静電容量変動がかえって大きくなってしまうことがわかる。通常の電線の被覆においては、ＤＲＢは１．０とされるが、本発明のように長手方向に連続する空隙部を有する電線ではＤＲＢを１．０とすることは、外径変動や静電容量変動を大きくしてしまうことがわかった。

また、実施例２のＤＲＢは、本発明における上限値であるのに対して、比較例２のＤＲＢは、その上限値を上回った値である。このＤＲＢの相違によって、実施例２と比較例２とでは、絶縁体の外径変動や静電容量変動は同じであるが、比較例２では、樹脂切れが発生した。この結果から本発明におけるＤＲＢの上限値以上で、特にＤＲＢ＝１．５以上になると、製造中に絶縁体が導体から剥がれてしまうことがわかる。

なお、上記実施形態では、中心導体１２、絶縁体１３、外部導体１５及び外被１６が同軸に順次積層された構造を有する同軸電線１１を一例に説明したが、導体の周囲を絶縁体で覆った電線であれば同軸電線には限定されない。

１１：同軸電線、１２：中心導体（導体）、１３：絶縁体、１４：空隙部、３１：ダイス、３２：内周面、４１：ポイント、４２：外周面、４４：挿通孔、４５：筒体、５１，５２：押出流路、Ｒ：樹脂

Claims

円錐台部に円筒が継がれた形状の内周面を有するダイス内に、
円錐台部に円筒部が継がれた形状の外周面を有し、連通孔を有する複数の筒体が前記円筒部の周囲に等間隔に且つ押出方向に沿って前記外周面から延在するポイントを、前記円筒部が前記内周面の中心に配置されるように組み合わせてから、
前記ダイスと前記ポイントとの隙間からなる環状の押出流路へ樹脂を押し出し且つ引き落とすことにより、前記ポイントの中心に形成された挿通孔から引き出される中心導体の周囲に前記樹脂を被覆して絶縁体を形成するとともに、長手方向に連続する複数の空隙部を前記絶縁体の周方向へ間隔をあけて形成する電線の製造方法であって、
前記空隙部の断面積の和が、
０．４３≦空隙部の断面積の和／（絶縁体の断面積の和＋空隙部の断面積の和）≦０．６０
となる関係式を満たすとともに、
前記ダイスの内周面の内径と前記ポイントの前記円筒部の外径との間に、
１．０４≦（ダイス出口の内周面径／電線径）／（ポイントの円筒部の外径／中心導体径）≦１．４７
となる関係式が成り立つことを特徴とする電線の製造方法。
請求項１に記載の電線の製造方法であって、
前記絶縁体の外周に外部導体を形成することを特徴とする電線の製造方法。