JP7122829B2 - ケーブルおよびケーブルの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ケーブルに関し、特に、高周波信号伝送用同軸ケーブルに関するものである。

通信機器内および機器間の信号伝送用のケーブルとしては、例えば、導体の外周を絶縁層で覆い、その外周にシールド層を設け、その外周を被覆層で覆った同軸形状で構成されるものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２－２３４７６０号公報

無線通信に用いられる信号においては、使用周波数が高くなる傾向にあり、通信機器間の信号伝送に用いられる高周波信号伝送用同軸ケーブルにおいては、誘電体損失を小さくするため、導体を発泡層で覆う構造を有している。さらに、高周波信号伝送用同軸ケーブルにおいては、インピーダンスの変化の抑制やノイズ特性の劣化を抑制するため、素線を編み込んで形成された編組シールドよりなるシールド層が設けられ、その外周には、最外層として樹脂よりなるシース層が設けられている。

上記構成の高周波信号伝送用同軸ケーブルにおいて、本発明者が検討したところ、後述するように、ケーブルの電気特性が劣化することが判明した。そして、電気特性の劣化について鋭意検討し、高周波信号伝送用同軸ケーブルの電気特性の改善に至った。

本発明の目的は、伸び、耐燃料性、難燃性を維持し、かつ、電気特性の良好なケーブルを提供することである。

本発明のケーブルは、導体と、前記導体の外周に形成された絶縁層と、前記絶縁層の外周に形成された素線よりなるシールド層と、前記シールド層の外周に形成された被覆層と、を有する。そして、前記被覆層は、ベースポリマとして、融点が９０℃以上のポリオレフィンを、前記ベースポリマ１００質量％中６０質量％以上含有する。

本発明のケーブルの製造方法は、導体の外周に発泡層を有する絶縁層を形成する工程、前記絶縁層の外周に素線よりなるシールド層を形成する工程、前記シールド層の外周に被覆層を形成する工程、前記被覆層に電子線を照射することにより前記被覆層を構成するベースポリマを架橋する工程、を有する。そして、前記電子線の照射量は、７Ｍｒａｄ以下である。

本発明によれば、伸び、耐燃料性、難燃性を維持しつつ、電気特性の良好なケーブルを提供することができる。また、このようなケーブルを製造することができる。

実施の形態のケーブルの構造を示す図である。

[ケーブルの構造]
図１は、本実施の形態のケーブルの構造を示す断面図である。本実施の形態のケーブルは、高周波信号伝送用同軸ケーブルである。図１に示すように、本実施の形態に係る高周波信号伝送用同軸ケーブル１００は、導体１０１と、導体１０１の外周に形成された絶縁層１０２と、絶縁層１０２の外周に形成された遮光層１０３と、遮光層１０３の外周に形成されたシールド層１０４と、シールド層１０４の外周に形成された難燃テープ１０６と、難燃テープ１０６の外周に形成された被覆層１０７と、を有している。

導体１０１は、導電性に優れた金属（例えば、銅やアルミニウム）からなる単線又は撚線よりなる。これらの単線又は撚線は、めっき処理が施されためっき線であってもよい。めっき線としては、例えば、錫めっき線又は銀めっき線を使用することができる。

絶縁層１０２は、樹脂（ポリマ）よりなる。高周波信号の伝送に対応するために低誘電率の樹脂を用いることが好ましい。また、低誘電率化するためには、発泡層を用いることが好ましい。ここでは、絶縁層１０２は、発泡層１０２ａと、その外側の充実層（補強層）１０２ｂとで構成している。充実層１０２ｂは、発泡層１０２ａより発泡率が小さい層である。発泡層１０２ａおよび充実層１０２ｂは、例えば、ポリエチレンよりなる。発泡層１０２ａの発泡度は、例えば、５０％以上である。また、絶縁層１０２用の樹脂組成物としては、低誘電率化のために、発泡剤など不可避的なものを除いて着色剤等の添加物が含有されていない高純度なもの（例えば、絶縁層１０２に対するベースポリマ（例えば、ポリエチレン）が９８％以上のもの）を使用することが好ましい。絶縁層１０２は、導体１０１の外周に樹脂組成物を押出成型した後、電子線（電離放射線）を照射することにより形成される。

遮光層１０３は、基材となる樹脂層１０３ａと、この樹脂層１０３ａの外周の金属層１０３ｂと、を有するシート部材である。樹脂層１０３ａは、例えば、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート、polyethylene terephthalate）よりなる。また、金属層１０３ｂは、銅膜（銅薄膜）よりなる。なお、遮光層１０３は、電子線を反射して遮光するための機能を有するものであれば、他の構成としてもよい。遮光層１０３は、例えば、絶縁層１０２の外周に巻き付ける（縦巻きする）ことにより形成される。

シールド層１０４は、複数の素線よりなる。素線は、導電性に優れた金属（例えば、銅やアルミニウム）からなると共にめっき処理が施されためっき線で構成される。めっき線としては、例えば、錫めっき線又は銀めっき線を用いることができる。

シールド層１０４は、隣接する素線同士が隙間を生じないように、複数の素線を遮光層１０３の外周に巻き付けることにより形成される。特に、遮光層１０３の外周に、複数の素線を編み込んで形成されたシールド層を編組シールド層という。

難燃テープ１０６は、例えば、ポリイミドよりなる。難燃テープ１０６は、シールド層１０４の外周に巻き付けることにより形成される。

被覆層（シース層）１０７は、樹脂（ポリマ）よりなる。被覆層１０７は、ベースポリマとして、１種または２種以上のポリマを有し、ベースポリマとしてポリオレフィン（例えば、ポリエチレン）を有する。

そして、被覆層（シース層）１０７は、融点が９０℃以上のポリオレフィン（例えば、ポリエチレン）を、ベースポリマ１００質量％中６０質量％以上含有する。また、この融点が９０℃以上のポリオレフィン（例えば、ポリエチレン）のベースポリマ中の含有量は、可撓性を維持するため９０質量％以下が好ましい。

被覆層１０７は、難燃テープ１０６の外周にベースポリマと添加剤とを有する樹脂組成物を押出成型した後、電子線を照射することにより形成される。この電子線の照射量は、７Ｍｒａｄ以下である。別の言い方をすれば、被覆層１０７は、照射量が７Ｍｒａｄ以下の電子線によりベースポリマが架橋されたものである。なお、図１に示される被覆層１０７は１層で構成されているが、被覆層１０７が複数層からなる多層構造であってもよい。

本実施の形態の高周波信号伝送用同軸ケーブルによれば、被覆層（シース層）１０７として、融点が９０℃以上のポリオレフィン（例えば、ポリエチレン）であって、ベースポリマ１００質量％中６０質量％以上のポリオレフィン（例えば、ポリエチレン）を用いたので、伸び、耐燃料性、難燃性を維持し、かつ、電気特性（高周波特性）の良好なケーブルを提供することができる。

また、本実施の形態の高周波信号伝送用同軸ケーブル１００は、ハロゲンフリーのケーブルとなり、ハロゲン元素などによる環境負荷を低減することができる。

[ケーブルの製造方法]
次に、本実施の形態のケーブル（高周波信号伝送用同軸ケーブル）の製造方法について説明する。

導体１０１を準備し、その外周に絶縁層１０２を形成する。ポリオレフィン（例えば、ポリエチレン）を高純度で含むベースポリマのペレット材および発泡剤などの添加剤（樹脂組成物）を、押出部に投入し、導体１０１の外周に押出被覆し、第１層（発泡層）を形成する。次いで、ポリオレフィン（例えば、ポリエチレン）を高純度で含むベースポリマのペレット材および発泡剤以外の添加剤（樹脂組成物）を、押出部に投入し、上記第１層（発泡層）の上にさらに、押出被覆する。この際、２層押出機を用い、発泡層およびその外周の充実層を同時に形成しても良い（２軸練り）。この後、電子線を照射し、絶縁層１０２を架橋させる。

次いで、遮光層（シート部材）１０３を、絶縁層１０２上に巻き付け、さらに、遮光層（シート部材）１０３上に、編組シールド層（シールド層１０４）を形成する。次いで、編組シールド層上に、難燃テープ１０６を巻き付け、さらに、その外周に被覆層（シース層）１０７を形成する。シース層の形成工程について以下に説明する。

（シース層の形成工程）
難燃テープ１０６まで形成された中間体の外周に被覆層１０７を形成する。ポリオレフィン（例えば、ポリエチレン）を含むベースポリマ、添加剤などを含むペレット材（樹脂組成物）を、押出部に投入し、難燃テープ１０６の外周を押出被覆する。この後、電子線を照射し、被覆層１０７を架橋させる。以上により、本実施の形態のケーブルを製造することができる。

被覆層１０７用の樹脂組成物について以下に説明する。被覆層１０７用の樹脂組成物は、ベースポリマ、難燃剤およびその他の添加剤を有する。

（ベースポリマ）
被覆層１０７用の樹脂組成物は、ベースポリマとして、ポリオレフィンを含んでいる。このようなポリオレフィンとしては、例えば、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）、超低密度ポリエチレン（ＶＬＤＰＥ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）が挙げられ、さらにベースポリマに用いることができる樹脂として、エチレン－アクリル酸エチル共重合体（ＥＥＡ）、エチレン－アクリル酸メチル共重合体（ＥＭＡ）、エチレン－酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、エチレン－ブテン－１共重合体、エチレン－オクテン共重合体、エチレン－プロピレン－ジエン三元共重合体（ＥＰＤＭ）、マレイン酸変性ポリオレフィン等が挙げられる。

そして、被覆層１０７用の樹脂組成物は、ベースポリマとして、融点が９０℃以上のポリエチレンを、ベースポリマ１００質量％中６０質量％以上有する。例えば、上記直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）の融点は、１１８℃である。

なお、被覆層１０７用の樹脂組成物としては、上記したベースポリマの説明で例示した１種類の樹脂を単独で用いてもよいし、２種類以上の樹脂を混合して用いてもよい。

（難燃剤）
被覆層１０７用の樹脂組成物は、難燃剤を有している。難燃剤は、例えば、水酸化マグネシウムである。

（その他の添加剤）
被覆層１０７用の樹脂組成物としては、上記した難燃剤の他、適宜、架橋剤、架橋助剤、充填剤、安定剤、酸化防止剤、滑剤、可塑剤等が添加されていてもよい。

[実施例]
以下に、実施例を説明する。以下の実施例は一例であって、本発明は以下の実施例により限定されるものではない。

（実施例１）
上記ケーブルの製造方法において説明した、導体が絶縁層、遮光層、編組シールド層、難燃テープ（中間層）で順次覆われた中間体を準備する。絶縁層は、架橋ポリエチレン（架橋ＰＥ）であり、発泡度は、約７０％、誘電率は、約７６．５である。遮光層は、ＰＥＴ／銅膜よりなるシート部材を用いた。編組シールド層は、Ａｌの素線を編み込んだものを用いた。難燃テープ（中間層）は、ポリイミドフィルムを用いた。ポリイミドフィルムは、厚さ０．０２５ｍｍ、幅２０ｍｍのものを２枚重ねて、１／３～１／４ラップで巻きつけた。

表１に示したシース配合にて、溶融混練し、混練材を得た。次に、押出機により、上記混練材をストランド状に押し出し、ペレタイザにより、ストランド状の押出材を切断し、樹脂組成物のペレット材を形成した。

次に、上記樹脂組成物のペレット材を、押出機に投入し、上記中間体の外周に押出成型することにより、シース層を形成した。次に、ケーブル（シース層）に、表１に示す強度（照射量）で、電子線を照射し、シース層（ベースポリマ）を架橋した。このようにして、実施例１のケーブルを製造した。

（比較例１）
比較例１では、表１に示したシース配合、照射量を用いる他は、実施例１と同様にケーブルを製造した。

なお、表１において、ポリマ１～３は、ベースポリマであり、これらの合計質量部は、１００質量部である。ベースポリマ以外の添加剤の量は、ベースポリマを１００質量部とした場合の質量部である。

（評価）
実施例１、比較例１のケーブルに対して、以下の評価を行った。

（電気特性）
ネットワークアナライザを用いて、ケーブルの伝送された信号の信号減衰量を求めた。５．８ＧＨｚの信号を伝送した場合において、信号減衰量が５９．６２ｄＢ／１００ｍ以下のものを○（合格）とし、５９．６２ｄＢ／１００ｍを越えたものを×（不合格）とした。

（伸び）
試験規格ＥＮ６０８１１－１－１ ９．２に準拠した試験を行った。具体的には、ケーブルのシース材を指定形状に打ち抜き、引張試験を行った。引張強度が規格に合格するものを○（合格）とし、合格しないものを×（不合格）とした。

（難燃性）
実施例１、比較例１のケーブルに対して、以下の（１）、（２）の試験を行った。

（１）一条燃焼試験
試験規格ＥＮ６０３３２－１－２に準拠した試験を行った。具体的には、ケーブルを一条敷設し、バーナーを用いて燃焼し、炭化距離を測定した。

（２）多条燃焼試験
試験規格ＥＮ６０３３２－３－２５に準拠した試験を行った。具体的には、ケーブルを、非金属量が規定値になるように、多条敷設し、バーナーを用いて燃焼し、炭化距離を測定した。

上記（１）（２）の双方において、炭化距離が規格に合格するものを○（合格）とし、合格しないものを×（不合格）とした。

（耐燃料性）
試験規格ＥＮ６０８１１－２－１ １０に準拠した試験を行った。具体的には、ケーブルのシース材を指定形状に打ち抜きテストピースを得た。次いで、テストピースを指定オイルに１６８時間浸漬した。浸漬前後のテストピースについて、引張試験を行った。浸漬前後のテストピースの引張強度の変化率を求めた。変化率が規格に合格するものを○（合格）とし、合格しないものを×（不合格）とした。

（結果）
実施例１では、電気特性、伸び、難燃性、耐燃料性（耐油性）のいずれも○（合格）であった。これに対し、比較例１では、伸び、難燃性は、○（合格）であったが、耐燃料性（耐油性）が合格基準値より少し低かった（表１では、△（三角）で表示した）。そして、比較例１では、電気特性は、×（不合格）であった。

以上の試験結果から、実施例１は総合判定において○（合格）となり、実施例１のケーブルは、伸び、耐燃料性、難燃性などのケーブルに要求される特性を維持し、かつ、電気特性の良好なケーブルであることが判明した。

これに対し、比較例１は総合判定において×（不合格）となり、高周波信号伝送用のケーブルとしては不適であることが判明した。

（考察）
シース材として、融点７２℃のエチレン－酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）に代えて直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）を用いたところ、電子線の照射量の低下が可能となった。直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）を用いることで、シース層の強度が向上し、低照射（実施例１では２Ｍｒａｄ）でも、即ち、架橋度が低くても（実施例１では６２．６％）、伸び、難燃性、耐燃料性（耐油性）を○（合格）とすることができた。

また、電子線の照射量を低くすることで、シース層の内側、特に、絶縁層を構成する発泡層の劣化を抑制でき、電気特性を向上させることができた。即ち、電子線自体、また、電子線の照射による発熱により、発泡層中の発泡部が破壊され、発泡層の誘電率が低下する。また、絶縁層の変形により、高周波信号の伝送特性が劣化する。このような不具合を、電子線の照射量を低く抑えることで、解消し、電気特性を向上することができた。具体的には、前述したように、５．８ＧＨｚの信号を伝送した場合において、信号減衰量が５９．６２ｄＢ／１００ｍ以下の電気特性を有するケーブルを実現することができた。

別の言い方をすれば、直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）を用いることで、融点７２℃未満のエチレン－酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）を用いた比較例１のように、架橋助剤（ＴＭＰＴ：トリメチロールプロパントリメタクリレート）の添加量を多く、また、電子線の照射量を高く（比較例１では１３Ｍｒａｄ）して架橋度を高く（比較例１では９０．６％）し、難燃性、耐燃料性（耐油性）を確保する必要がなく、電子線の高照射量による弊害である電気特性の低下を回避することができた。

本発明は、実施例１に限定されるものではない。実施例１においては、直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）を用いたが、この他、融点が９０℃以上となるような結晶性の高いポリオレフィン（例えば、ポリエチレン）を用いることができる。このように、結晶性を高めることで、難燃性、耐燃料性（耐油性）を確保することができる。また、結晶性を高めることで、難燃剤の添加量を低く抑えることができる。また、結晶性を高めても、規格を満たす伸びを確保することができる。

ここで、融点が９０℃以上となるような結晶性の高いポリオレフィン（例えば、ポリエチレン）の含有量としては、ベースポリマ１００質量％中６０質量％以上が好ましい。このように、結晶性の高いポリオレフィン（例えば、ポリエチレン）の含有量を６０質量％以上とすることで、シース層の強度を向上させつつ、電子線の照射量を低く抑えることができ、電気特性を向上させることができる。また、ポリオレフィン（例えば、ポリエチレン）の含有量の上限としては、９０質量％を超えると可撓性が低下してしまうため、９０質量％以下が好ましい。

このような電気特性等の良好なシース層を形成するための、電子線の照射量は、７Ｍｒａｄ以下、より好ましくは、５Ｍｒａｄ以下、さらに好ましくは、３Ｍｒａｄ以下である。また、融点が９０℃以上のポリエチレンの架橋度としては、９０％以下、より好ましくは、８０％以下、さらに好ましくは、７０％以下である。

また、実施例１においては、シールド層１０４の外周（シールド層１０４とシース層１０７との間）に、難燃テープ１０６を設けたので、その内部の構成材、例えば、難燃剤を添加し難い絶縁層１０２などの難燃性を補強することができる。なお、シールド層１０４の内側（遮光層１０３とシールド層１０４との間）に、難燃テープ１０６を設けてもよい。難燃テープ１０６は、１／２～１／４ラップ（１／２～１／４の重なり）で巻き付けることができる。

また、実施例１においては、絶縁層１０２の外周に、遮光層１０３を設けたので、絶縁層１０２に対する電子線自体、また、電子線の照射による発熱の影響を緩和することができ、絶縁層１０２の特性劣化を抑制することができる。但し、比較例１から明らかなように遮光層１０３のみでは、電子線の影響を回避することはできない。

また、実施例１においては、絶縁層１０２を、発泡層１０２ａと、その外側の充実層１０２ｂとの積層構造としたので、充実層１０２ｂにより発泡層１０２ａを保護することができる。また、充実層１０２ｂにより電子線の照射による発熱の影響が発泡層１０２ａに及び発泡部が破壊されることを抑制することができる。

また、上記実施の形態および実施例で説明したケーブルは、例えば、鉄道車両内でのＷｉＦｉ用ケーブルなど、電気特性（高周波特性）および伸び、耐燃料性、難燃性などの要求の高いケーブル（高周波信号伝送用同軸ケーブル）として用いることができる。特に、１ＭＨｚ以上、３ＭＨｚ以上、または、６ＭＨｚ以上の高周波の信号伝送用のケーブルとして用いることができる。

本発明は上記実施の形態または実施例に限定されるものでなく、その趣旨を変更しない範囲で種々の変更が可能である。

１００ 高周波信号伝送用同軸ケーブル（ケーブル）
１０１ 導体
１０２ 絶縁層
１０２ａ 発泡層
１０２ｂ 充実層
１０３ 遮光層
１０３ａ 樹脂層
１０３ｂ 金属層
１０４ シールド層
１０６ 難燃テープ
１０７ 被覆層（シース層）

Claims (5)

1. 導体と、
   前記導体の外周に形成された絶縁層と、
   前記絶縁層の外周に形成された素線よりなるシールド層と、
   前記シールド層の外周に形成された被覆層と、
   を有し、
   前記被覆層は、ベースポリマとして、前記ベースポリマ１００質量％中に、融点が９０℃以上のポリオレフィンである直鎖状低密度ポリエチレンを６０質量％、エチレン－酢酸ビニル共重合体を１５質量％およびマレイン酸変性ポリオレフィンを２５質量％で含有し、
   ２Ｍｒａｄの照射量で電子線が照射された前記被覆層における、前記ベースポリマの架橋度が６２．６％であり、
   ５．８ＧＨｚの信号を伝送した場合の信号減衰量が５９．６２ｄＢ／１００ｍ以下である、ケーブル。
2. 請求項１に記載のケーブルにおいて、
   前記絶縁層は、前記導体側の第１層と、前記第１層を被覆する第２層とを有し、
   前記第１層は、発泡層である、ケーブル。
3. 請求項１に記載のケーブルにおいて、
   前記絶縁層と、前記シールド層との間に遮光層を有し、
   前記遮光層は、金属層と、前記金属層の内側に形成された樹脂層と、を有する、ケーブル。
4. 請求項３に記載のケーブルにおいて、
   前記シールド層と前記被覆層との間、または、前記シールド層と前記遮光層との間に難燃テープを有し、
   前記難燃テープは、ポリイミドよりなる、ケーブル。
5. 導体の外周に発泡層を有する絶縁層を形成する工程、
   前記絶縁層の外周に素線よりなるシールド層を形成する工程、
   前記シールド層の外周に被覆層を形成する工程、
   前記被覆層に電子線を照射することにより前記被覆層を構成するベースポリマを架橋する工程、
   を有し、
   前記被覆層は、ベースポリマとして、前記ベースポリマ１００質量％中に、融点が９０℃以上のポリオレフィンである直鎖状低密度ポリエチレンを６０質量％、エチレン－酢酸ビニル共重合体を１５質量％およびマレイン酸変性ポリオレフィンを２５質量％で含有し、
   ２Ｍｒａｄの照射量の電子線が照射された前記被覆層における、前記ベースポリマの架橋度が６２．６％であり、
   ５．８ＧＨｚの信号を伝送した場合の信号減衰量が５９．６２ｄＢ／１００ｍ以下である、ケーブルの製造方法。

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