JP7167505B2 - 高周波ケーブル - Google Patents

Description

本発明は、高周波ケーブルに関する。

高周波信号を伝送するケーブルとして、例えば、複数の導線を撚り合わせて形成した撚り合わせ部材を圧縮して、中心の導線と周辺の導線との間の空隙が導線の材料により略充満された中心導体を備える可撓性同軸ケーブルがある（特許文献１参照）。

特開昭６１－４５５１２号公報

しかしながら、特許文献１に記載のケーブルでは、隣接する撚り線の間において中心導体の外周面側に隙間（以下、「落込み」ともいう。）が生じていることによって、ケーブルの電気特性が低下する虞があった。そして、高周波信号の送信に用いられる高周波ケーブルでは、この落込みによる電気特性の低下が特に顕著であった。

そこで、本発明は、高周波信号の送信における電気特性の低下が改善された高周波ケーブルを提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決することを目的として、下記の［１］～［３］の高周波ケーブルを提供する。

［１］中心に位置する１本の第１の素線と前記第１の素線の周囲に位置する複数本の第２の素線とを撚り合わせてなる中心導体を備え、前記複数本の第２の素線の外周面は、前記中心導体の外周面として略連続した円周面を構成する、高周波ケーブル。
［２］前記第１の素線は、略６角形状の断面形状を有し、前記複数本の第２の素線は、６つの素線からなるとともに、該６つの第２の素線は、それぞれ円弧と底辺と前記円弧及び前記底辺を両端で結ぶ２つの辺とで囲まれた略扇子形の断面形状を有し、横断面視において、前記６つの第２の素線の前記底辺が前記第１の素線の各辺と接するとともに、前記複数本の第２の素線の前記辺がそれぞれ隣接する第２の素線の前記辺と接して、前記円弧が前記中心導体の外周面として前記略連続した円周面を構成する、前記［１］に記載の高周波ケーブル。
［３］前記中心導体は、１０％以上の伸び率を有する、前記［１］又は［２］に記載の高周波ケーブル。
［４］前記複数本の第２の素線のうち、前記中心導体の周方向において互いに隣接する第２の素線は、分離可能に接触している、前記［１］から［３］のいずれか１つに記載の高周波ケーブル。

本発明によると、高周波信号の送信における電気特性の低下が改善された高周波ケーブルを提供することができる。

本発明の実施の形態に係る高周波ケーブルの構造の一例を示す横断面図である。 本発明の実施例及び従来例の電気特性の試験の結果の一例を示す表である。 図２に示す減衰量の結果を示す図である。 本発明の実施例及び従来例における外力に対する耐久性の試験の結果の一例を示す表である。

［実施の形態］
図１は、本発明の実施の形態に係る高周波ケーブルの構造の一例を示す横断面図である。以下、高周波ケーブルの一例として、ケーブルを構成する各層が同軸上に配置された同軸ケーブルを例に挙げて説明する。図１に示すように、高周波ケーブル１は、中心導体１１と、中心導体１１の外周に設けられた絶縁層１２と、絶縁層１２の外周に設けられた外部導体１３と、外部導体１３の外側に設けられた最外層としてのシース層１４とを備えている。

（中心導体１１）
中心導体１１は、複数本の素線１１０を撚り合わせた撚り線を含んで構成されている。撚り合わせる素線１１０の本数は、特に限定されるものではないが、例えば、７本、１９本、３７本であることが好ましい。また、これら複数本の素線１１０は、高周波ケーブル１の周方向において互いに均等な位置に配置される同心撚りの配置であることがより好ましい。なお、図１では、７本の素線１１０を撚り合せて構成した例を示している。

素線１１０には、例えば、軟銅線を用いることができる。軟銅線には、銀めっき等のめっきが施されていても良い。具体的には、素線１１０には、ＨｉＦＣ（登録商標）導体等を用いることができる。

素線１１０は、細径であることが好ましく、具体的には、０．０６５～０．０７０ｍｍの直径を有するものであることが好ましい。また、撚り線のピッチの間隔は、例えば、約８．７±０．５ｍｍとすることができる。また、素線１１０は、素線１１０の長手方向において１０％以上の伸び率を有している。

中心導体１１は、中心に位置する１本の素線１１０（以下、「コア１１０Ａ」ともいう。）と、このコア１１０Ａの周囲に位置する複数本の素線１１０（以下、「周辺素線１１０Ｂ」ともいう。）とを含んで構成されている。また、複数本の周辺素線１１０Ｂの絶縁層１２側の外周面１１０Ｂａは、中心導体１１の外周面１１ａを構成している。なお、図１では、一例として、周辺素線１１０Ｂの本数を６本とする構成例を示している。ここで、コア１１０Ａは、第１の素線の一例である。また、周辺素線１１０Ｂは、第２の素線の一例である。

コア１１０Ａは、略６角形状の横断面形状を有している。すなわち、コア１１０Ａは、略６角柱の形状を有している。

また、周辺素線１１０Ｂは、１つの円弧とこの円弧よりも中心導体１１側に位置して該円弧と対向する底辺とこれら円弧及び底辺を両端で結ぶ２つの辺とで囲まれた略扇子形の断面形状を有している。すなわち、周辺素線１１０Ｂは、絶縁層１２側に位置して円周状の曲面からなる外周面１１０Ｂａと、コア１１０Ａ側に位置して平面からなる１つの底面１１０Ｂｂと、外周面１１０Ｂａ及び底面１１０Ｂｂと中心導体１１の周方向における両端とで接続する平面からなる２つの横側面１１０Ｂｃとで囲まれた柱状の形状を有している。

６つの周辺素線１１０Ｂは、それぞれコア１１０Ａに面接触するように設けられている。具体的には、６つの周辺素線１１０Ｂの底面１１０Ｂｂは、コア１１０Ａの各側面１１０Ａａとそれぞれ面接触するように設けられている。換言すれば、図１に示す横断面視において、周辺素線１１０Ｂを構成する底辺は、コア１１０Ａの断面を構成する各辺と接するように設けられている。

中心導体１１の周方向において隣接する周辺素線１１０Ｂは、互いに分離可能に面接触するように設けられている。ここで、「分離可能に」とは、中心導体１１の周方向において隣接する周辺素線１１０Ｂ同士が互いに接合していないことをいう。

具体的には、中心導体１１の周方向において隣接する周辺素線１１０Ｂの横側面１１０Ｂｃ同士が面接触するように設けられている。換言すれば、図１に示す横断面視において、周辺素線１１０Ｂを構成する辺は、隣接する周辺素線１１０Ｂを構成する辺と接するように設けられている。かかる構成により、中心導体１１の周方向において隣接する周辺素線１１０Ｂ間における絶縁層１２側の角部に所定の大きさを有する隙間（以下、「落込み」ともいう。）が生じないようになっている。

以上のように構成することにより、図１に示すように、周辺素線１１０Ｂは、中心導体１１の外周面１１ａとして略連続した円周面を構成している。すなわち、中心導体１１は、１つの単線導体のような略円柱形の形状を有する。換言すれば、図１に示す横断面視において、中心導体１１の外周縁は、凹凸のない略円形の形状を有している。なお、「凹凸のない」とは、「凹凸が全く無い」こと意味するものではなく、凹凸の大きさが所定の微小な大きさ未満に抑制されていることを意味する。かかる形状により、高周波ケーブル１の径方向における中心導体１１の外周面１１ａと外部導体１３との距離を、高周波ケーブル１の周方向によらずに略一定化することができる。

また、中心導体１１は、長手方向において１０％以上の伸び率を有する。

（絶縁層１２）
絶縁層１２は、絶縁体により構成されている層である。絶縁層１２は、例えば、フッ素樹脂からなる。フッ素樹脂としては、例えばテトラフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、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（ＦＥＰ）、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（ＰＦＡ）が好適である。絶縁層１２の厚みは、０．２０～０．２２ｍｍであることが好ましい。

（外部導体１３）
外部導体１３は、例えば、錫めっき軟銅線、錫めっき銅線、錫めっき銅合金線、銀めっき銅線、銀めっき銅合金線である。これが多数本（例えば、３０本～６０本）、所定ピッチ（例えば、９．７±１．０ｍｍ）でらせん状に絶縁層１２の外周に巻き付けられている。外部導体１３は、横巻きに巻き付けられていてもよく、編み目状（「編組」ともいう。）に巻き付けられていてもよい。外部導体１３は、０．７０～０．７３ｍｍの外径を有するものであることが好ましい。

（シース層１４）
シース層１４は、特に限定はされないが、例えば、PVC（ポリ塩化ビニル）、PE（ポリエチレン）、FEP（テフロン）等の材料を用いて形成される。シース層１４は、単層で構成してもよく、また、多層で構成してもよい。また、必要に応じて、シース層１４に、セパレータ、編組等を施してもよい。シース層１４の厚みは、０．０５５～０．０６５ｍｍであることが好ましい。

［中心導体１１の製造方法］
次に、中心導体１１の製造方法について説明する。中心導体１１の製造方法は、複数本の素線１１０を撚り線にする撚り線形成工程と、撚り線となった素線１１０をその横断面が円形状になるように中心方向に圧縮する圧縮工程と、圧縮された撚り線を加熱する加熱工程とを含む。

圧縮工程により、コア１１０Ａの横断面が略６角形状に変形するとともに、残りの６つの周辺素線１１０Ｂは、前述した略扇形の形状に変形する。また、この圧縮工程により、６つの周辺素線１１０Ｂは、互いに面接触して、中心導体１１の周方向において隣接する周辺素線１１０Ｂ間における絶縁層１２側の角部に落込みが生じないようになっている。換言すれば、圧縮工程により、６つの周辺素線１１０Ｂが略円柱形状の中心導体１１を形成する。なお、素線１１０は、圧縮されて加工度が上がると、強度が向上する一方で、加工歪みが生じる。

加熱工程は、前述の圧縮工程によって撚り線に生じた加工歪を解放するために行う工程である。撚り線に蓄積される加工歪みが大きくなると、撚り線の電気特性が低下する。加熱工程は、この加工歪みを解放して、撚り線の電気特性を回復させる工程である。

加熱工程は、例えば、加熱炉（不図示）等を用いて行う。焼鈍炉（不図示）を用いて、所定の温度で、圧縮された撚り線（素線１１０）に熱焼鈍を施してもよい。加熱工程により、撚り線（素線１１０）の電気特性は、軟銅線の電気特性の約９８％程度まで回復する。

（実験結果１）
発明者らは、上述の本発明の実施の形態に係る高周波ケーブル１（以下、「実施例の高周波ケーブル１」ともいう。）と、比較例に係る高周波ケーブルとにおいて、電気特性を比較する実験を行った。以下、図２及び図３を参照して説明する。

図２は、本発明の実施例及び従来例の電気特性の試験の結果の一例を示す表である。発明者らは、電気特性を示す指標の一例として、特性インピーダンス、導体抵抗、静電容量、及び減衰量の測定を行った。これらの測定では、実施例には、上述した圧縮工程により圧縮され、略連続した円周面を有する円柱形の形状を有する中心導体を備えた高周波ケーブル１を用いた。これに対して、比較例では、圧縮されていない、外周面に落込みが生じている中心導体を備えた高周波ケーブルを用いた。なお、測定に使用した高周波ケーブル１の詳細な条件は図２に示す通りである。

図３は、実施例及び比較例において図２に示す減衰量の結果を示した図である。横軸は、周波数（ＧＨｚ）を示している。縦軸は、減衰量（ｄＢ／ｍ）を示している。ここで、減衰量とは、単位長さの高周波ケーブル１において、一方の端部に入力した信号が他方の端部から出力されるときに減衰した量をいう。また、グラフＡ（実線）は、実施例に係る高周波ケーブル１の減衰量を示し、グラフＢ（破線）は、比較例に係る高周波ケーブルの減衰量を示している。

図３に示すように、高周波の領域（例えば、３ＧＨｚ以上）において、実施例に係る高周波ケーブル１の減衰量が比較例に係る高周波ケーブルの減衰量より減少することが確認できた。

（実験結果２）
また、発明者らは、実施例の高周波ケーブル１と、比較例に係る高周波ケーブルとにおいて、外力に対する耐久性を比較する実験を行った。以下、図４を参照して説明する。

図４は、本発明の実施例及び従来例における外力に対する耐久性の試験の結果の一例を示す表である。以下では、高周波ケーブル１の外力に対する耐久性を示す指標の一例として、高周波ケーブル１を所定の回数捻回し、導通の有無を確認する試験（以下、「導通試験」ともいう。）の結果を例に挙げて説明する。なお、導通の有無は、高周波ケーブル１の電気抵抗を測定することにより確認した。

本導通試験では、長さ２０ｍｍ、重さ５０ｇの高周波ケーブル１に対して、長手方向を中心軸として時計回り及び半時計回りに１８０度ずつ交互に捻回を繰り返した。また、捻回は、１分間に３０回のサイクルで実施した。なお、所定の回数として捻回数が、１，０００回目、２，０００回目、３，０００回目、４，０００回目、５，０００回目及び１０，０００回目の直後に、高周波ケーブル１の電気抵抗を測定して導通の有無の確認を行った。

図４に示すように、前述の電気特性試験と同様に、実施例には、前述した略連続した円周面を有する円柱形の形状を有する中心導体１１を備えた高周波ケーブル１を用い、比較例では、外周面に落込みが生じている中心導体を備えた高周波ケーブルを用いた。なお、図４に示すように、圧縮工程の有無以外の主な条件、具体的には、中心導体１１を構成する素線１１０の本数、中心導体１１の材質、絶縁層１２の材質、外部導体１３の材質、及びシース層１４の材質等は、実施例及び比較例間で統一した。

導通試験の結果、図４に示すように、比較例に係る高周波ケーブルは、５，０００回よりも多い回数の捻回を受けることにより導通しなくなった（図４の「なし」参照。）のに対して、実施例に係る高周波ケーブル１は、少なくとも１０，０００回の捻回を受けても導通していること（図４の「あり」参照。）が確認された。

（用途）
上記の本発明の実施の形態に係る高周波ケーブル１は、例えば、無線機等の通信機に搭載されるケーブルとして好適である。また、上記の実施の形態では、同軸ケーブルを例に挙げて説明したが、高周波ケーブル１は、ＬＡＮ（Local Area Network）等の多心ケーブルに適用してもよい。

［実施の形態の作用及び効果］
以上説明した本発明の実施の形態によれば、複数本の素線の外周面１１０Ｂａが中心導体１１の外周面１１ａとし略連続した円周面を形成することにより、高周波信号の送信における電気特性の低下が改善された高周波ケーブルを提供することができる。また、複数本の素線１１０を撚り合わせてなる中心導体１１を含むことにより、外力に対する耐久性にも優れた高周波ケーブルを提供することができる。

電気特性が向上するのは、複数本の周辺素線１１０Ｂの外周面１１０Ｂａが中心導体１１の外周面１１ａとしての略連続した円周面を形成する、すなわち、中心導体１１が円柱形状を有することによって、単線導体のように、中心導体１１の外周面１１ａと外部導体１３との高周波ケーブル１の径方向における距離が中心導体１１の周方向によらずに略一定となり、中心導体１１と外部導体１３との間に生じる電界及び磁界の対称性が良くなるためと考えられる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記に記載した実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

１：高周波ケーブル、１１：中心導体、１１ａ：外周面、１２：絶縁層、１３：外部導体、１４：シース層、１１０：素線、１１０Ａ：コア、１１０Ａａ：コアの側面、１１０Ｂ：周辺素線、１１０Ｂａ：周辺素線の外周面、１１０Ｂｂ：周辺素線の底面、１１０Ｂｃ：周辺素線の横側面

Claims (4)

1. 中心に位置する１本の第１の素線と前記第１の素線の周囲に位置する複数本の第２の素線とを撚り合わせた撚り線が圧縮されてなる中心導体と、前記中心導体の外周に設けられた絶縁層と、を備え、
   前記中心導体は、前記第１の素線が６角形状の断面形状を有し、前記複数本の第２の素線の外周面が円周状の曲面を有して前記中心導体の外周面を構成し、前記中心導体の周方向において隣接する前記第２の素線の横側面同士が面接触している撚り線からなり、
   ２０ＧＨｚ～４０ＧＨｚの周波数における減衰量が１４．０２ｄＢ／ｍ以上２７．６２ｄＢ／ｍ以下であり、
   長さ２０ｍｍ、重さ５０ｇとし、長手方向を中心軸として時計回り及び半時計回りに１８０度ずつ１分間に３０回のサイクルで交互に捻回を繰り返し、所定の捻回数で電気抵抗を測定する導通試験を行ったときに、前記捻回数が１００００回で導通する、
   高周波ケーブル。
2. 前記第１の素線は、６角形状の断面形状を有し、
   前記複数本の第２の素線は、６つの素線からなるとともに、該６つの第２の素線は、それぞれ円弧と底辺と前記円弧及び前記底辺を両端で結ぶ２つの辺とで囲まれた扇子形の断面形状を有し、
   横断面視において、前記６つの第２の素線の前記底辺が前記第１の素線の各辺と接するとともに、前記複数本の第２の素線の前記辺がそれぞれ隣接する第２の素線の前記辺と接して、前記円弧が前記中心導体の前記外周面を構成する、
   請求項１に記載の高周波ケーブル。
3. 前記中心導体は、１０％以上の伸び率を有する、
   請求項１又は２に記載の高周波ケーブル。
4. 前記複数本の第２の素線のうち、前記中心導体の周方向において互いに隣接する第２の素線は、分離可能に接触している、請求項１から３のいずれか１項に記載の高周波ケーブル。

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