JP6828362B2

JP6828362B2 - 同軸ケーブル

Info

Publication number: JP6828362B2
Application number: JP2016201097A
Authority: JP
Inventors: 考信渡部; 得天黄; 晴之渡辺; 紀美香工藤
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2016-10-12
Filing date: 2016-10-12
Publication date: 2021-02-10
Anticipated expiration: 2036-10-12
Also published as: JP2018063833A

Description

本発明は、同軸ケーブルに関する。

従来より、電気信号を伝送する際、内部導体と、絶縁層と、外部導体と、シースと、を有する同軸ケーブルが用いられている。内部導体として、ＣＰ線からなる高張力金属線と、高張力金属線の側周を囲うように設けられた軟銅線からなる低抵抗金属線と、を撚り合わせてなる撚線であって、撚線が所定の径となるように圧縮加工を行った撚線（圧縮撚線）を用いることが提案されている（例えば特許文献１参照）。

特開平８−２２２０３６号公報

しかしながら、上述の圧縮撚線は、内部導体を小型（細径）にすることはできるものの、ＣＰ線は耐屈曲性が低い線であるため、このような内部導体では、繰り返し屈曲すると内部導体が断線してしまうことがある。

本発明は、細径であり、良好な耐屈曲性を有する導体を備える同軸ケーブルを提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、
内部導体と、前記内部導体の側周を囲うように設けられた絶縁層と、前記絶縁層の側周を囲うように設けられた外部導体と、を有し、
前記内部導体は、
複数の抗張力線が撚られてなる抗張力撚線と、
前記抗張力撚線の側周を全周にわたって囲うように、前記抗張力撚線と同心の円周上に配され、前記抗張力撚線を中心にして撚られてなる複数の導電線と、有する同軸ケーブルが提供される。

本発明によれば、細径であり、良好な耐屈曲性を有する導体を備える同軸ケーブルを提供することができる。

本発明の一実施形態にかかる同軸ケーブルの径方向における概略断面図の一例を示す図である。（ａ）は図１の同軸ケーブルが備える内部導体の径方向における概略断面図の一例を示す図であり、（ｂ）は従来の内部導体の径方向における概略断面図の一例を示す図であり、（ｃ）は従来の内部導体の径方向における概略断面図の他の例を示す図である。導電線（抗張力撚線）の撚りピッチを説明する模式図を示す図である。屈曲試験の方法を説明する図である。

＜本発明の一実施形態＞
（１）同軸ケーブルの構成
以下に、本発明の一実施形態にかかる同軸ケーブルの構成について、図面を参照しながら説明する。

図１に示すように、本実施形態にかかる同軸ケーブル１は、内部導体（中心導体）２と、内部導体２の側周を囲うように設けられた絶縁層３と、絶縁層３の側周を囲うように設けられた外部導体４と、外部導体４の側周を囲うように設けられた外被（シース）５と、を有している。

同軸ケーブル１が備える内部導体２は、例えば図２（ａ）に示すように、複数（本実施形態では例えば１９本）の抗張力線２１が撚られてなる抗張力撚線２２と、抗張力撚線２２の側周を全周にわたって囲うように設けられた複数の導電線２３と、を有している。

抗張力撚線２２は、抗張力線２１からなる層を複数有している。すなわち、本実施形態にかかる抗張力撚線２２は、例えば図２（ａ）に示すように、抗張力撚線２２の中心に配される１本の抗張力線２１ａからなる第１層と、第１層の側周を囲うように配される複数（例えば６本）の抗張力線２１ｂからなる第２層と、第２層の側周を囲うように配される複数（例えば１２本）の抗張力線２１ｃからなる第３層と、を有している。

抗張力撚線２２は、その破断強度が例えば１５００ＭＰａ以上であることが望ましい。これにより、抗張力撚線２２の側周に複数の導電線２３を配した場合であっても、内部導体２全体の破断強度を４５０ＭＰａ以上、好ましくは１０００ＭＰａ程度にでき、所定の耐屈曲性を確保できる。なお、抗張力撚線２２の破断強度が１５００ＭＰａ未満であると、内部導体２全体の破断強度が４５０ＭＰａ未満になることがある。

なお、上述の抗張力撚線２２の代わりに、所定の径を有する１本の抗張力線、すなわち抗張力を有する単線（例えばＳＵＳワイヤ）を用いることも考えられる。しかしながら、この場合、内部導体２（同軸ケーブル１）が屈曲した際に、抗張力線の屈曲箇所に加わる曲げ歪の量が抗張力撚線２２よりも多くなる。そのため、所定の耐屈曲性（耐屈曲特性）を確保できないことがある。また、ＳＵＳワイヤの破断強度が大きくなるにつれて、耐屈曲性の向上は認められるものの、所定の耐屈曲性を確保できなことを本発明者は確認済みである。

抗張力線２１としては、導電線２３よりも導電率が低い材料で形成された線を用いることができる。例えば、抗張力線２１としてステンレス（ＳＵＳ）からなる素線（ＳＵＳ素線）を用いることができる。すなわち、上述の抗張力撚線２２としてＳＵＳロープを用いることができる。また、抗張力線２１として鋼からなる素線（鋼線、ピアノ線）を用いることもできる。しかしながら、ＳＵＳ素線の方がピアノ素線よりも錆びにくいという点で好ましい。また、抗張力線２１として、ニッケル（Ｎｉ）やチタン（Ｔｉ）を含む形状記憶合金からなる素線を用いることもできる。しかしながら、ＳＵＳ素線やピアノ素線の方が上述の形状記憶合金からなる素線よりもコストが低い点で好ましい。

なお、抗張力線２１として、アラミド繊維やナイロン等の比較的張力の高い繊維からなる糸を用いることが考えられる。しかしながら、この場合、抗張力撚線２２の径方向における断面形状を円形（例えば真円）にすることが難しく、その結果、内部導体２の径方向における断面形状（以下、「内部導体２の断面形状」ともいう。）を円形にできないことがある。また、糸からなる抗張力撚線２２は、繰り返し屈曲すると撚りがほどけてきたり、コネクタ等への接続が難しかったりするという問題もある。

導電線２３は、信号伝送（信号送電）用の線である。複数の導電線２３は、例えば抗張力撚線２２の最外層を構成する各抗張力線２１（すなわち第３層を構成する抗張力線２１ｃ、以下では「最外抗張力線２１ｃ」ともいう。）の中心を通る円と同心の円周上に分配されている。複数の導電線２３は、抗張力撚線２２の中心と各導電線２３の中心との間の最短距離が等しくなるとともに、隣接する導電線２３がそれぞれ接触し、また各導電線２３と抗張力撚線２２とが接触するように配されている。複数の導電線２３は、抗張力撚線２２を中心にして撚られている。

導電線２３の数は、最外抗張力線２１ｃの数よりも多いことが好ましい。例えば本実施形態のように最外抗張力線２１ｃの数が１２本の場合、導電線２３の数は１３本以上であることが好ましい。

導電線２３の数は、導電線２３で構成される層（導電層）を１層で収めることができる範囲内の数で、できるだけ多い数にすることが好ましい。というのも、高速伝送用の信号、すなわち高周波域の電気信号は、表皮効果により主に内部導体２（導電層）の表面側を流れることとなる。例えば１ＧＨｚの帯域の信号は、主に内部導体２の表面から１μｍ程度の深さまでの領域を流れることとなる。したがって、導電層を複数層にするメリットが殆どないどころか、導電層を複数層にすることで、内部導体２の径（直径）が大きくなり、同軸ケーブル１を小型にできないことがある。したがって、導電線２３の数は、上述の範囲内の数にすることが好ましい。

各導電線２３は、抗張力線２１の径よりも小さな径を有していることが好ましい。これにより、導電線２３の数を、上述のように最外抗張力線２１ｃの数よりも確実に多くすることができる。

各導電線２３の径は、抗張力線２１の径よりも小さな径であって、できるだけ小さな径であることが好ましい。これにより、内部導体２の表面をできるだけ凹凸が少ない平坦な面にする、すなわち内部導体２の断面形状を円形（真円）に近付けることができる。

また、複数の導電線２３はそれぞれ、同じ径を有していることが好ましい。これにより、内部導体２の断面形状を円形に確実に近付けることができる。

導電線２３としては、例えば銅線や銅合金線等の抗張力線２１よりも導電率が高い材料で形成された線を用いることができる。銅線は銅合金線よりも導電率が高い点で好ましく、銅合金線は銅線よりも高い引張強度を有する点で好ましい。導電線２３は、例えば８５％ＩＡＣＳ以上の導電率を有していることが好ましい。導電線２３の導電率が８５％ＩＡＣＳ未満であると、高速信号を伝送することができなくなったり、伝送損失が大きくなったりすることがある。

上述のように複数の導電線２３は、抗張力撚線２２を中心にして撚られている。このとき、導電線２３の撚り込み率と抗張力撚線２２の撚り込み率とが異なっていることが好ましい。すなわち、各導電線２３は、各抗張力線２１（特に最外抗張力線２１ｃ）と交差していることが好ましい。具体的には、導電線２３で構成される層の層心径（Ｐｄ_１）に対する導電線２３の撚りピッチ（Ｐ_１）の比（Ｐ_１／Ｐｄ_１比）と、最外抗張力線２１ｃで構成される層の層心径（Ｐｄ_２）に対する最外抗張力線２１ｃの撚りピッチ（Ｐ_２）の比（Ｐ_２／Ｐｄ_２比）と、が異なっている（Ｐ_１／Ｐｄ_１比≠Ｐ_２／Ｐｄ_２比である）ことが好ましい。なお、導電線２３で構成される層の層心径とは、抗張力撚線２２の側周に環状に配置された各導電線２３の中心を通る円Ｃ１の直径であり、最外抗張力線２１ｃで構成される層の層心径とは、各最外抗張力線２１ｃの中心を通る円Ｃ２の直径である。また、撚りピッチ（Ｐ_１，Ｐ_２）とは、図３に示すように、各導電線２３、各最外抗張力線２１ｃがそれぞれ、同軸ケーブル１（すなわち抗張力撚線２２）の中心軸ｍを中心として周方向に螺旋状に３６０°回転するのに要する距離のことである。

また、導電線２３が最外抗張力線２１ｃよりも短ピッチで撚られることが好ましい。すなわち、Ｐ_１／Ｐｄ_１比が、Ｐ_２／Ｐｄ_２比よりも小さい（Ｐ_１／Ｐｄ_１比＜Ｐ_２／Ｐｄ_２比である）ことが好ましい。

また、導電線２３の撚り方向と抗張力撚線２２の撚り方向とを同じ方向とした場合、内部導体２（同軸ケーブル１）が屈曲することによる導電線２３の撚り状態の変化を、抗張力線２１の撚り状態の変化と同傾向のものにすることができる点で好ましい。すなわち、導電線２３の撚り合わせが緩んだ場合、抗張力線２１の撚り合わせも緩ませることができ、導電線２３の撚り合わせが締まった場合、抗張力線２１の撚り合わせも締めることができる点で好ましい。なお、導電線２３や抗張力撚線２２の撚り状態の変化とは、内部導体２が屈曲した際に導電線２３および抗張力撚線２２が捻回すること等により、導電線２３の撚りピッチ（Ｐ_１）や抗張力撚線２２の撚りピッチ（Ｐ_２）が変わることをいう。

また、導電線２３の撚り方向と抗張力撚線２２の撚り方向とを異なる方向とした場合、導電線２３と最外抗張力線２１ｃとを交差させやすくなる点で好ましい。

上述のように、絶縁層３が内部導体２の外周を囲うように設けられている。絶縁層３は、絶縁性に優れるとともに、伝送損失を確実に低減するため誘電率および誘電正接の小さい材料で形成することが好ましい。絶縁層３は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエチレン、パーフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＡ）等の絶縁樹脂で形成することが好ましい。また、絶縁層３を、発泡ポリエチレン、発泡フッ素樹脂等の発泡絶縁樹脂で形成することもでき、これにより、絶縁層３の誘電率および誘電正接をさらに小さくすることができる。

上述のように、外部導体４が絶縁層３の側周を被覆するように設けられている。外部導体４はシールド層として機能する。外部導体４は、例えば銅や銅合金等の導電率が高い材料で形成されていることが好ましい。例えば、外部導体４として、複数の銅や銅合金の素線（銅線や銅合金線）を格子状に編み込んで形成した編組シールドや、絶縁層３上に複数の素線を螺旋状に巻きつけて形成した横巻シールドを用いることができる。

上述のように、シース５が外部導体４の側周を被覆するように設けられている。シース５は、同軸ケーブル１の最外周を構成する層であり、同軸ケーブル１の保護層として機能する。シース５は、ポリエチレン樹脂、エチレン−酢酸ビニル重合体、フッ素系樹脂、シリコーン系樹脂等で形成することができる。

（２）本実施形態にかかる効果
本実施形態によれば、以下に示す１つまたは複数の効果を奏する。

（ａ）内部導体２の内周側を抗張力撚線２２で構成し、外周側を導電線２３で構成することで、内部導体２を小型（細径）にしても、高い耐屈曲性を確保することができる。特に、内部導体２の内周側を抗張力撚線２２で構成することで、従来の内部導体よりも高い耐屈曲性を確保することができる。

内部導体２の径を同一としたとき、本実施形態にかかる内部導体２の屈曲寿命の方が、例えば図２（ｂ）に示すような複数の銅合金の素線を撚り合わせてなる銅合金撚線からなる内部導体２０Ａの屈曲寿命よりも長いことを本願発明者は確認済みである。屈曲寿命とは、内部導体に対して屈曲試験を行った際に内部導体が破断に至るまでの屈曲回数であり、屈曲回数が多いほど、屈曲寿命が長いことを意味する。なお、屈曲試験は、図４に示すように、内部導体２（または内部導体２を有する同軸ケーブル１）を垂直に配置し、所定半径ｒを有する断面が円形状の２つの治具３１で内部導体２を挟んだ後、例えば所定重量の重り３２を吊るすことで内部導体２を所定荷重で引張りながら±９０°（左右に）屈曲させることで行った。屈曲回数は左右に１回ずつ屈曲させることで１回とした。

また参考までに、内部導体の径を同一としたとき、上述の内部導体２０Ａの屈曲寿命の方が、例えば図２（ｃ）に示すような銅合金の単線からなる内部導体２０Ｂの屈曲寿命よりも長いことも本願発明者は確認済みである。例えば、上述の内部導体２０Ａの屈曲寿命を１としたとき、上述の内部導体２０Ｂの屈曲寿命は０．２程度であることを本願発明者は確認済みである。

（ｂ）各導電線２３の径を小さくしたり、各導電線２３を同じ径にしたりすることで、導電線２３に対して圧縮加工を行うことなく、内部導体２の断面形状を円形に近付けることができる。これにより、内部導体２を流れる電気信号の損失（伝送損失）を低減することができる。

本実施形態にかかる内部導体２は、上述の内部導体２０Ａよりも伝送損失を低減できるとともに、上述の内部導体２０Ｂと同程度の伝送損失にすることができる。例えば、上述の内部導体２０Ａの伝送損失を１としたとき、本実施形態にかかる内部導体２の伝送損失は０．８５程度であり、上述の内部導体２０Ｂの伝送損失は０．８程度であることを本願発明者は確認済みである。なお、これらの内部導体２，２０Ａ，２０Ｂの径は同一の径としている。

（ｃ）また、各導電線２３の径を小さくすることで、内部導体２が屈曲した際に導電線２３の屈曲箇所に加わる曲げ歪の量を少なくできる。また、各導電線２３を同じ径にすることで、内部導体２が屈曲した際、屈曲箇所（屈曲箇所の近傍）で特定の導電線２３が隣接する他の導電線２３によって押し付けられて断線することを抑制できる。これらにより、内部導体２の耐屈曲性をより向上させることができる。

（ｄ）Ｐ_１／Ｐｄ_１比≠Ｐ_２／Ｐｄ_２比とすることで、内部導体２が屈曲した際に抗張力撚線２２が引張られることにより隣接する最外抗張力線２１ｃの間に形成された溝（隙間）内に、導電線２３が落ちて嵌ることを抑制できる。特定の導電線２３が上述の溝内に嵌った状態で内部導体２が屈曲すると、特定の導電線２３（例えば上述の溝内に嵌った導電線２３）が他の導電線２３や最外抗張力線２１等によって圧縮されて断線することがあるが、Ｐ_１／Ｐｄ_１比≠Ｐ_２／Ｐｄ_２比とすることで、この課題を解決して導電線２３の断線を抑制できる。すなわち、内部導体２の耐屈曲性をより一層向上させることができる。

これに対し、Ｐ_１／Ｐｄ_１比とＰ_２／Ｐｄ_２比とが同一（Ｐ_１／Ｐｄ_１比＝Ｐ_２／Ｐｄ_２比）であると、各導電線２３が最外抗張力線２１ｃと平行に配置されることとなるため、内部導体２が屈曲していない状態であっても、導電線２３が隣接する最外抗張力線２１ｃの間の溝内に落ちることがある。

（ｅ）Ｐ_１／Ｐｄ_１比＜Ｐ_２／Ｐｄ_２比とすることで、内部導体２の外周側に位置する導電線２３の長さが、内部導体２の内周側に位置する抗張力線２１（特に最外抗張力線２１ｃ）の長さよりも長くなる。なお、導電線２３（抗張力線２１）の長さとは、導電線２３（抗張力線２１）の径方向と直交する方向における長さである。これにより、導電線２３の余長により、Ｐ_１／Ｐｄ_１比＞Ｐ_２／Ｐｄ_２比とする（導電線２３を抗張力線２１よりも長ピッチで撚る）場合よりも、内部導体２が屈曲しやすくなるため、導電線２３がより断線しにくくなる。

（ｆ）Ｐ_１／Ｐｄ_１比＜Ｐ_２／Ｐｄ_２比とすることで、内部導体２が屈曲した際に、導電線２３や抗張力撚線２２（特に最外抗張力線２１ｃ）の撚り状態が変化した場合であっても、導電線２３が上述の溝内に落ちて嵌ることを抑制できる。その結果、上記（ｄ）の効果を確実に得ることができる。

なお、Ｐ_１／Ｐｄ_１比＞Ｐ_２／Ｐｄ_２比であると、導電線２３および抗張力撚線２２の撚り状態が導電線２３および抗張力撚線２２の撚りピッチ（Ｐ_１，Ｐ_２）が短くなる方向（撚り合わせが緩む方向）に変化した場合に導電線２３が上述の溝内に落ちて嵌ることがある。

（ｇ）導電層を複数の導電線２３で構成することで、内部導体２が屈曲した際、屈曲箇所で１本あたりの導電線２３に加わる応力を分散させることができるため、導電線２３がより断線しにくくなる。

（ｈ）隣接する導電線２３が接触していることで、内部導体２が屈曲した際に内部導体２内で隣り合う導電線２３同士が互いに干渉することで導電線２３が移動することを抑制できる。これにより、内部導体２が屈曲を繰り返しても内部導体２の断面形状を円形に近い形状に維持できるとともに、特定の導電線２３が例えば絶縁層３と最外抗張力線２１ｃとの間に挟まれて導電線２３が断線することを抑制できる。

（ｉ）本実施形態にかかる内部導体２を有する同軸ケーブル１は、高速信号（例えば４００ＭＨｚ以上の信号）を伝送するケーブルに用いる場合に特に有効である。

（本発明の他の実施形態）
以上、本発明の一実施形態を具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

上述の実施形態では、抗張力撚線２２が抗張力線２１からなる層を３層有する場合を例に説明したが、これに限定されない。例えば、１本の抗張力線２１ａからなる第１層と、第１層の側周を囲うように配される６本の抗張力線２１ｂからなる第２層と、を有する抗張力撚線２２であってもよい。すなわち、抗張力撚線２２は抗張力線２１からなる層を２層以上有していればよく、また各層を構成する抗張力線２１の本数も上述の実施形態の本数に限定されるものではなく、内部導体２（同軸ケーブル１）に要求される仕様に基づいて適宜変更可能である。

＜本発明の好ましい態様＞
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。

［付記１］
本発明の一態様によれば、
内部導体と、前記内部導体の側周を囲うように設けられた絶縁層と、前記絶縁層の側周を囲うように設けられた外部導体と、を有し、
前記内部導体は、
複数の抗張力線が撚られてなる抗張力撚線と、
前記抗張力撚線の側周を全周にわたって囲うように、前記抗張力撚線と同心の円周上に配され、前記抗張力撚線を中心にして撚られてなる複数の導電線と、を有する同軸ケーブルが提供される。

［付記２］
付記１の同軸ケーブルであって、好ましくは、
前記抗張力線は、ステンレス素線または鋼線である。

［付記３］
付記１または２の同軸ケーブルであって、好ましくは、
前記導電線の数は、前記抗張力撚線の最外周を構成する前記抗張力線の数よりも多い。

［付記４］
付記１〜３のいずれかの同軸ケーブルであって、好ましくは、
前記導電線の径は、前記抗張力線の径よりも小さい。

［付記５］
付記１〜４のいずれかの同軸ケーブルであって、好ましくは、
複数の前記導電線はそれぞれ、同一の径を有している。

［付記６］
付記１〜５のいずれかの同軸ケーブルであって、好ましくは、
前記導電線で構成される層の層心径（Ｐｄ_１）に対する前記導電線の撚りピッチ（Ｐ_１）の比（Ｐ_１／Ｐｄ_１比）と、前記抗張力線で構成される層の層心径（Ｐｄ_２）に対する前記抗張力線の撚りピッチ（Ｐ_２）の比（Ｐ_２／Ｐｄ_２比）と、が異なっている。

［付記７］
付記６の同軸ケーブルであって、好ましくは、
前記導電線で構成される層の層心径（Ｐｄ_１）に対する前記導電線の撚りピッチ（Ｐ_１）の比（Ｐ_１／Ｐｄ_１比）が、前記抗張力線で構成される層の層心径（Ｐｄ_２）に対する前記抗張力線の撚りピッチ（Ｐ_２）の比（Ｐ_２／Ｐｄ_２比）よりも小さい。

［付記８］
付記１〜７のいずれかの同軸ケーブルであって、好ましくは、
前記抗張力撚線の撚り方向と、前記導電線の撚り方向と、が同じ方向である。

［付記９］
付記１〜８のいずれかの同軸ケーブルであって、好ましくは、
前記抗張力撚線の撚り方向と、前記導電線の撚り方向と、が異なる方向である。

［付記１０］
付記１〜９のいずれかの同軸ケーブルであって、好ましくは、
前記抗張力撚線の破断強度が１５００ＭＰａ以上である。

［付記１１］
付記１〜１０のいずれかの同軸ケーブルであって、好ましくは、
高速信号伝送に用いられる。

１同軸ケーブル
２内部導体（導体）
２１（２１ａ〜２１ｃ）抗張力線
２２抗張力撚線
２３導電線

Claims

内部導体と、前記内部導体の側周を囲うように設けられた絶縁層と、前記絶縁層の側周を囲うように設けられた外部導体と、を有し、
前記内部導体は、
ステンレス素線または鋼線である複数の抗張力線が撚られてなる抗張力撚線と、
前記抗張力撚線の側周を全周にわたって囲うように、前記抗張力撚線と同心の円周上に配され、前記抗張力撚線を中心にして撚られてなる複数の導電線と、
を有し、
前記複数の導電線は、導電率が８５％ＩＡＣＳ以上であり、
前記抗張力撚線は、中心に配される１本の抗張力線からなる第１層と、前記第１層の側周を囲うように配される複数の抗張力線からなる第２層と、前記第２層の側周を囲うように配される複数の抗張力線からなる第３層と、を有し、
前記複数の導電線の撚りピッチが、前記抗張力撚線の前記第３層を構成する前記複数の抗張力線の撚りピッチよりも短く、前記導電線で構成される層の層心径に対する前記導電線の撚りピッチの比が、前記抗張力線で構成される前記第３層の層心径に対する前記抗張力線の撚りピッチの比よりも小さい
同軸ケーブル。
前記抗張力撚線の撚り方向と、前記導電線の撚り方向と、が同じ方向である
請求項１に記載の同軸ケーブル。
前記抗張力撚線の破断強度が１５００ＭＰａ以上であり、前記内部導体の破断強度が４５０ＭＰａ以上である
請求項１または２に記載の同軸ケーブル。