JP7211338B2 - 同軸ケーブルおよび同軸ケーブルの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、同軸ケーブルおよび同軸ケーブルの製造方法に関するものである。

同軸ケーブルは、内部導体と、前記内部導体の周囲に設けられる第１絶縁層と、前記第１絶縁層の周囲に配置される外部導体と、前記外部導体の周囲に設けられる第２絶縁層（被覆層）とを備えている。近年、前記第１絶縁層を発泡層によって形成することにより、同軸ケーブルの細径化と電気特性との両立を図る技術が知られている。

このような同軸ケーブルの例として、特許文献１には、内部導体と、前記内部導体上に押出成形によって形成されたフッ素樹脂で構成される発泡層（発泡誘電体）と、前記発泡層を被覆する保護層（スキン層）とを備えるケーブルコア、および、当該ケーブルコアを備える同軸ケーブル（伝送ケーブル）が記載されている。

特開２０１７－５４８００号公報

詳細は後述するが、特許文献１に記載の同軸ケーブルのように、前記第１絶縁層が発泡層を含むことにより、前記第１絶縁層の誘電率を低くすることができ、同軸ケーブルを細径化することが可能となる。

本発明者らは、同軸ケーブルをさらに細径化するために、前記保護層の構成を工夫することを検討している。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、電気特性および細径化の両立が可能な同軸ケーブルを提供することを目的とする。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。

［１］同軸ケーブルは、第１導体と、前記第１導体の周囲に被覆される第１絶縁層と、前記第１絶縁層の周囲に配置される第２導体と、前記第２導体の周囲に被覆される第２絶縁層と、を有し、前記第１絶縁層は、空孔を有する発泡層と、前記発泡層の周囲に配置される保護層と、を有し、前記保護層は、中空粒子を含む。

［２］［１］に記載の同軸ケーブルにおいて、前記保護層は、基材と、前記中空粒子と、により構成され、前記中空粒子は、外殻と、前記外殻に内包された気体と、により構成され、前記外殻は、前記基材よりも硬い。

［３］［１］に記載の同軸ケーブルにおいて、前記中空粒子の外径は、１０μｍ以下であり、前記保護層の平均厚さは、１０μｍ以下である。

［４］［３］に記載の同軸ケーブルにおいて、前記中空粒子の外径は、２μｍ以下である。

［５］［１］に記載の同軸ケーブルにおいて、前記発泡層の発泡率は、６０％以上８０％以下である。

［６］同軸ケーブルの製造方法は、（ａ）第１導体の周囲に第１絶縁層を形成する工程、（ｂ）前記第１絶縁層の周囲に第２導体を配置する工程、（ｃ）前記第２導体の周囲に第２絶縁層を形成する工程、を含み、前記（ａ）工程は、（ａ１）前記第１導体の周囲に空孔を有する発泡層を形成する工程、（ａ２）前記発泡層の周囲に、中空粒子を含む保護層を形成する工程、を含む。

［７］［６］に記載の同軸ケーブルの製造方法において、前記（ａ２）工程は、（ａ２１）前記発泡層の周囲に、前記中空粒子を含むコーティング液を付着させる工程、（ａ２２）前記（ａ２１）工程の後に、前記コーティング液を乾燥させて前記保護層を形成する工程、を含む。

［８］［７］に記載の同軸ケーブルの製造方法において、前記（ａ２１）工程では、前記発泡層に被覆された前記第１導体を前記コーティング液に浸漬させた後に引き上げることにより、前記発泡層の周囲に前記コーティング液を付着させる。

本発明によれば、電気特性および細径化の両立が可能な同軸ケーブルを提供することができる。

第１実施形態に係る同軸ケーブルの構造を示す横断面図である。 第１実施形態に係る同軸ケーブルの構造を示す側面図である。 第１実施形態に係る同軸ケーブルの製造工程を示す横断面図である。 第１実施形態に係る同軸ケーブルの製造工程を示す模式図である。 検討例に係る同軸ケーブルの構造を示す横断面図である。

（検討事項）
実施の形態を説明する前に、本発明者らが検討した事項について説明する。

同軸ケーブルは、例えば、製造ラインで利用される産業用ロボット等において、信号伝送用ケーブルとして用いられる。このような同軸ケーブルにおいて、信号伝送を確実に行うことができるように、所定の特性インピーダンスに設定する必要がある。

このような同軸ケーブルとして、図５に示す検討例に係る同軸ケーブルを例に説明する。図５は、検討例に係る同軸ケーブルの構造を示す横断面図である。図５に示すように、検討例に係る同軸ケーブル９０は、第１導体（内部導体）１１と、第１導体（内部導体）１１の周囲に被覆される第１絶縁層１２，９３と、第１絶縁層１２，９３の周囲に配置される第２導体（外部導体、シールド層）１４と、第２導体（外部導体、シールド層）１４の周囲に被覆される第２絶縁層１５と、を有している。第１絶縁層１２，９３は、空孔１２ａを有する発泡層１２と、発泡層１２の周囲に配置される保護層（スキン層）９３と、を有している。

一般に、同軸ケーブルにおける特定インピーダンスＺ₀は、次の式１で求められる。

Ｚ₀≒１３８（１／ε_r）^1/2・ｌｏｇ₁₀（Ｄ／ｄ）・・・（式１）
ここで、図５に示す検討例に係る同軸ケーブル９０を例に説明すると、ε_rは第１絶縁層１２，９３の（平均）比誘電率（空孔１２ａ中に含まれる物質を考慮した数値）、ｄは第１導体１１の外径（直径）、Ｄは第２導体１４の内径である。

同軸ケーブルの細径化のために、第１絶縁層１２，９３の膜厚を薄くすると、Ｄが小さくなる。このとき、Ｚ₀を一定にするためには、第１絶縁層１２，９３の比誘電率ε_rを低くする必要がある。検討例に係る同軸ケーブル９０のように、第１絶縁層１２，９３が発泡層１２を含むと、空孔１２ａに比誘電率の低い空気等の気体が存在することになり、第１絶縁層１２，９３の比誘電率を低くすることができる。その結果、検討例に係る同軸ケーブル９０を細径化することが可能となる。

しかしながら、本発明者らは、検討例に係る同軸ケーブル９０において、発泡層１２の発泡率としては、特許文献１に記載された８０％程度が実質的な上限であり、発泡層１２の比誘電率をこれ以上低下させることが難しいことを確認した。そのため、本発明者らは、検討例に係る同軸ケーブル９０において、発泡層１２とともに第１絶縁層を構成する保護層９３の比誘電率を低下させることを検討した。

本発明者らは、検討例に係る同軸ケーブル９０において、第１絶縁層１２，９３に含まれる保護層９３の役割について着目した。

まず、発泡層１２の外表面は発泡により凹凸を有しているため、当該発泡層１２の周囲に第２導体（外部導体、シールド層）１４を均一に配置することが難しい。そのため、発泡層１２の周囲を保護層９３で覆うことで、第１絶縁層１２，９３の外表面を滑らかにして、第２導体１４を第１絶縁層１２，９３の周囲に均一に配置することができる（役割（１）とする）。

次に、発泡層１２は、その空孔１２ａに空気等の気体を含むため、発泡していない同じ材料に比べて強度が低下している。そのため、発泡層１２の周囲を保護層９３で覆うことで、発泡層１２の強度を補填することができる（役割（２）とする）。

また、発泡層１２は、その空孔１２ａに外部から水が侵入し、同軸ケーブルの電気特性を低下させる可能性がある。そのため、発泡層１２の周囲を保護層９３で覆うことで、発泡層１２の空孔１２ａに水が侵入する可能性を低減することができる（役割（３）とする）。

ここで、保護層９３の比誘電率を低下させる方法としては、保護層９３を発泡層１２と同じように発泡させることが考えられる。しかし、本発明者らは、保護層９３を発泡させることによって保護層９３の比誘電率を低下しようとすると、前述した保護層９３の役割が果たせなくなることを確認した。役割（１）については、保護層９３の外表面が発泡により凹凸を有するため、第２導体１４を均一に配置することができない。役割（２）については、発泡により保護層９３の強度が低下してしまうため、発泡層１２の強度を補填することができない。役割（３）については、保護層９３の発泡により生じた空孔に水が侵入する可能性がある。そのため、発泡層１２を保護層９３で密閉することができず、発泡層１２の空孔１２ａに水が侵入する可能性が生じてしまう。

以上より、発泡層および保護層を有する同軸ケーブルにおいて、同軸ケーブルをさらに細径化するにあたり、保護層としての役割を保持しつつ、保護層の比誘電率を低下させることが望まれる。

（実施の形態）
＜第１実施形態に係る同軸ケーブルの主要な構成および効果＞
以下、第１実施形態に係る同軸ケーブルについて、図面を参照して説明する。図１は、第１実施形態に係る同軸ケーブルの構造を示す横断面図である。図２は、第１実施形態に係る同軸ケーブルの構造を示す側面図である。

図１に示すように、第１実施形態に係る同軸ケーブル１０は、第１導体（内部導体）１１と、第１導体（内部導体）１１の周囲に被覆される第１絶縁層１２，１３と、第１絶縁層１２，１３の周囲に配置される第２導体（外部導体、シールド層）１４と、第２導体（外部導体、シールド層）１４の周囲に被覆される第２絶縁層１５と、を有している。第１絶縁層１２，１３は、空孔１２ａを有する発泡層１２と、発泡層１２の周囲に配置される保護層１３と、を有し、保護層１３は、中空粒子１３ａを含む。

第１実施形態では、以上のような構成を採用したことにより、電気特性および細径化の両立が可能な同軸ケーブルを提供することができる。以下、その理由について具体的に説明する。

前述したように、図５に示す検討例に係る同軸ケーブル９０において、保護層９３を発泡させることで比誘電率を低下しようとすると、保護層９３の３つの役割が果たせなくなる。

一方、第１実施形態に係る同軸ケーブル１０にあっては、保護層１３が中空粒子１３ａを含んでいる。こうすることで、中空粒子１３ａは空気等の気体を内包しているため、保護層１３を発泡させる場合と同様に、保護層１３の比誘電率を低下させることができる。

そして、前述した保護層を発泡させる場合に生じる問題を解消することができる。すなわち、役割（１）については、保護層１３中の中空粒子１３ａは層形成時に膨張すること無く、層中に取り込まれるため、保護層１３の外表面に極端な凹凸は発生しづらい。このため、保護層１３の周囲に第２導体１４を均一に配置することができる。役割（２）については、保護層１３を発泡させていないため、保護層１３の強度が低下せず、発泡層１２の強度を補填することができる。役割（３）については、保護層１３を発泡させておらず、かつ中空粒子１３ａはそれぞれが単独で気体を内包し、中空粒子１３ａの内部に水が侵入することがない。その結果、保護層１３によって発泡層１２を密閉することができ、発泡層１２の空孔１２ａに水が侵入する可能性を低減できる。

以上より、第１実施形態に係る同軸ケーブル１０にあっては、保護層１３としての役割を保持しつつ、保護層１３の比誘電率を低下させることができる。

また、第１実施形態に係る同軸ケーブル１０は、好ましい形態として、中空粒子１３ａは、外殻と、前記外殻に内包された気体と、により構成され、前記外殻は、基材１３ｂよりも硬い。このように、中空粒子１３ａの外殻を保護層１３の基材１３ｂよりも硬くすることで、役割（２）について、中空粒子１３ａが保護層１３の強度をさらに高め、発泡層１２の強度を確実に補填することができる。

また、第１実施形態に係る同軸ケーブル１０は、好ましい形態として、中空粒子１３ａの外径は、１０μｍ以下であり、保護層１３の平均厚さｔ_sは、１０μｍ以下である。こうすることで、保護層１３の厚さを小さくすることができ、同軸ケーブルの細径化が可能となる。なお、平均厚さｔ_sは、サンプル（長さ１ｍ）の長さ方向に沿って、任意に１０点の膜厚を測定し、その平均値を取った値とした。また、膜厚の測定は、走査型電子顕微鏡像（倍率１０００倍）により行った。また、中空粒子１３ａは、例えば、市販の材料に篩をかけて選別することにより外径を制御することができる。

また、第１実施形態に係る同軸ケーブル１０は、より好ましい形態として、中空粒子１３ａの外径は、２μｍ以下である。こうすることで、保護層１３の厚さを小さくするだけでなく、図１に示すように、発泡層１２の外表面に形成された凹凸に中空粒子１３ａがはまり込んで、第１絶縁層１２，１３の外表面をより平坦化しやすくすることができる。

また、第１実施形態に係る同軸ケーブル１０は、好ましい形態として、発泡層１２の発泡率は、６０％以上８０％以下である。こうすることで、発泡層１２の比誘電率を最大限低下させることができる。また、このように発泡層１２の発泡率を高めた場合において、発泡層１２の強度が低下するところ、第１実施形態に係る保護層１３によれば、発泡層１２の強度を補填することができる（前述の役割（２））。

＜導体の構成＞
図１に示す第１導体１１を構成する導線１１ａおよび第２導体（シールド層）１４を構成する導線１４ａとしては、通常用いられる金属線（例えば銅線、銅合金線のほか、アルミニウム線、金線、銀線等）や、樹脂繊維の周囲に金属めっき膜を形成した導電性繊維（例えば銅メッキポリエステル繊維、銀メッキポリエステル繊維等）を用いることができる。また、導線１１ａ，１４ａとして、金属線の周囲に錫やニッケル等の金属めっきを施したものを用いてもよい。第１導体１１は撚り線構造ではなく、単線を使用してもよい。また、第２導体１４として、金属線を撚り合わせた（集合）撚り導体を用いることもできる。第１導体１１および第２導体１４を構成する導線１１ａ，１４ａの断面積および外径は、特に限定されるものではなく、同軸ケーブル１０に求められる電気特性に応じて適宜変更することができる。導線１１ａ，１４ａの外径は、例えば１０μｍ以上、１００μｍ以下である。第１導体１１の外径ｄは、例えば３０μｍ以上３００μｍ以下である。なお、導線１４ａの代わりに、金属メッキや金属箔テープによってシールド層１４を形成してもよい。

＜絶縁層の構成＞
図１に示す第１絶縁層を構成する発泡層１２の基材１２ｂとしては、限定されるものではないが、例えば、パーフルオロアルコキシアルカンやエチレン－四フッ化エチレン共重合体、四フッ化エチレン樹脂（ポリテトラフルオロエチレン）、ポリエチレン、シリコーンゴム、シリコーン樹脂等を用いることができる。また、保護層１３の基材１３ｂとしては、限定されるものではないが、例えば、ポリエチレンやシリコーンゴム、シリコーン樹脂、ポリプロピレン、ポリエステル、ナイロン、ポリイミド、塩化ビニル等を用いることができる。発泡層１２の厚さｔ_fは、特に限定されるものではないが、例えば３μｍ以上１ｍｍ以下である。

第２絶縁層１５を構成する材料としては、限定されるものではないが、例えば、ポリエチレンやシリコーンゴム、シリコーン樹脂、ポリプロピレン、ポリエステル、ナイロン、ポリイミド、塩化ビニル、クロロプレンゴム、ブチルゴム等を用いることができる。第２絶縁層１５の厚さは、特に限定されるものではないが、例えば１０μｍ以上１ｍｍ以下である。

中空粒子１３ａとしては、中空ガラスビーズ、中空フィラー等を用いることができる。前述したように、中空粒子１３ａの外殻は、保護層１３の基材１３ｂより硬いことが好ましく、例えば中空粒子１３ａとしてガラスビーズを用いれば、外殻はガラスとなり、保護層１３の基材１３ｂよりも硬い。中空粒子１３ａには、空気、窒素等の気体が内包されていることが好ましいが、真空であってもよい。

＜第１実施形態に係る同軸ケーブルの製造方法＞
図１に示す第１実施形態に係る同軸ケーブル１０は、例えば、次のように製造される。以下、第１実施形態に係る同軸ケーブルの製造方法について説明する。

第１実施形態に係る同軸ケーブルの製造方法は、（ａ）第１導体１１の周囲に第１絶縁層１２，１３を形成する工程、（ｂ）第１絶縁層１２，１３の周囲に第２導体１４を配置する工程、（ｃ）第２導体１４の周囲に第２絶縁層１５を形成する工程、を含む。前記（ａ）工程は、（ａ１）第１導体１１の周囲に空孔１２ａを有する発泡層１２を形成する工程、（ａ２）発泡層１２の周囲に、基材１３ｂと中空粒子１３ａとを含む保護層１３を形成する工程、を含む。

このように、第１実施形態に係る同軸ケーブルの製造方法によれば、電気特性および細径化の両立が可能な同軸ケーブルを製造することができる。具体的には、例えば、インピーダンス７５Ω、および、６０～６７ｐＦ／ｍの低静電容量を満たしつつ、外径０．３２～０．３４ｍｍの細径の同軸ケーブルを製造することができる。なお、静電容量を低く抑えることにより、波形のなまりを抑える等、伝送信号波形の品質を向上させることが可能となる。

以下、第１実施形態に係る同軸ケーブルの製造方法について、詳細に説明する。

まず、第１導体１１を準備し、押出成形機により、第１導体１１の周囲を被覆するように、樹脂組成物を押し出して、所定の厚さの発泡層１２を形成する（前記（ａ１）工程）。発泡層１２は、例えば樹脂組成物に発泡核剤を添加し、空気、窒素等の気体を導入しながら押出成形をすることによって形成したり、樹脂組成物に発泡性物質を添加して押出成形し、その後、当該発泡性物質を加熱により熱分解して発泡させることによって形成したりすることができる。

なお、第１実施形態において、樹脂組成物を製造するための混練装置は、例えば、バンバリーミキサーや加圧ニーダなどのバッチ式混練機、二軸押出機などの連続式混練機などの公知の混練装置を採用することができる。

その後、図３に示すように、発泡層１２の周囲を被覆するように、所定の厚さの保護層（コーティング層）１３を形成する（前記（ａ２）工程）。ここで、第１実施形態に係る同軸ケーブルの製造方法にあっては、好ましい形態として、図４に示すように、発泡層１２の周囲に、中空粒子１３ａを含むコーティング液５２を付着させる。より好ましい形態として、具体的には、発泡層１２に被覆された第１導体１１を、例えばコーティング装置５０において、容器５１に入れたコーティング液５２に浸漬させた後に引き上げることにより、発泡層１２の周囲にコーティング液５２を付着させる。このように、発泡層１２に中空粒子１３ａを含む液体を付着させるようにすることで、発泡層１２の外表面に形成された凹凸に中空粒子１３ａがはまり込む。その結果、発泡層１２の周囲に中空粒子１３ａが付着しやすくなるとともに、発泡層１２の外表面を平坦化しやすくなる。

その後、発泡層１２の周囲に付着させたコーティング液５２を加熱や乾燥等の方法によって硬化させて保護層１３を形成する。なお、付着後は、すぐに加熱によって硬化させることが好ましい。第１実施形態にあっては、以上の工程により保護層１３を形成することによって、例えば、押出成形またはテープ巻き等によって保護層１３を形成する場合に比べて、薄い（１０μｍ以下の）保護層を精度良く均一に形成することができ、同軸ケーブルの細径化を容易に行うことができる。なお、コーティング液５２の粘度は、２０ｍＰａ・ｓ～２００ｍＰａ・ｓ（＜音叉型振動式粘度計、型式ＳＶ－１０Ｈ、メーカ：（株）エー・アンド・デイ＞）とし、コーティング液５２への浸漬開始から、硬化開始までの時間は１秒以内とすると共に、加熱によって硬化させることが好ましい。これによって、コーティング液５２の硬化成分が発泡層１２中の空孔を塞ぐのを抑制することができ、保護層１３形成工程（前記（ａ２）工程）前の発泡層１２の発泡度を維持することができる。

次に、保護層１３の周囲に複数本の導線１４ａを巻き付けた第２導体（シールド層）１４を形成する。

次に、第２導体（シールド層）１４の周囲を被覆するように、樹脂組成物を押し出して、所定厚さの第２絶縁層１５を形成する（図１参照）。以上の工程により、第１実施形態に係る同軸ケーブル１０を製造することができる。

なお、第１実施形態に係る同軸ケーブル１０の製造方法においては、第２絶縁層１５を形成した後に、第２絶縁層１５を構成する樹脂組成物を、例えば電子線架橋法または化学架橋法により架橋する工程を含むことが好ましい。この工程は必須ではないが、架橋により当該樹脂組成物の機械特性が向上する。

本発明は前記実施の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種々変更可能である。

１０，９０ 同軸ケーブル
１１ 第１導体
１１ａ 導線
１２ 発泡層（第１絶縁層）
１２ａ 空孔
１２ｂ 基材
１３，９３ 保護層（第１絶縁層）
１３ａ 中空粒子
１３ｂ 基材
１４ 第２導体
１４ａ 導線
１５ 第２絶縁層
５０ コーティング装置
５１ 容器
５２ コーティング液

Claims (8)

1. 第１導体と、前記第１導体の周囲に被覆される第１絶縁層と、前記第１絶縁層の周囲に配置される第２導体と、前記第２導体の周囲に被覆される第２絶縁層と、を有し、
   前記第１絶縁層は、空孔を有する発泡層と、前記発泡層の周囲に配置される保護層と、を有し、
   前記保護層は、中空粒子を含む、同軸ケーブル。
2. 請求項１に記載の同軸ケーブルにおいて、
   前記保護層は、基材と、前記中空粒子と、により構成され、
   前記中空粒子は、外殻と、前記外殻に内包された気体と、により構成され、
   前記外殻は、前記基材よりも硬い、同軸ケーブル。
3. 請求項１に記載の同軸ケーブルにおいて、
   前記中空粒子の外径は、１０μｍ以下であり、
   前記保護層の平均厚さは、１０μｍ以下である、同軸ケーブル。
4. 請求項３に記載の同軸ケーブルにおいて、
   前記中空粒子の外径は、２μｍ以下である、同軸ケーブル。
5. 請求項１に記載の同軸ケーブルにおいて、
   前記発泡層の発泡率は、６０％以上８０％以下である、同軸ケーブル。
6. （ａ）第１導体の周囲に第１絶縁層を形成する工程、
   （ｂ）前記第１絶縁層の周囲に第２導体を配置する工程、
   （ｃ）前記第２導体の周囲に第２絶縁層を形成する工程、
   を含み、
   前記（ａ）工程は、
   （ａ１）前記第１導体の周囲に空孔を有する発泡層を形成する工程、
   （ａ２）前記発泡層の周囲に、中空粒子を含む保護層を形成する工程、
   を含む、同軸ケーブルの製造方法。
7. 請求項６に記載の同軸ケーブルの製造方法において、
   前記（ａ２）工程は、
   （ａ２１）前記発泡層の周囲に、前記中空粒子を含むコーティング液を付着させる工程、
   （ａ２２）前記（ａ２１）工程の後に、前記コーティング液を硬化させて前記保護層を形成する工程、
   を含む、同軸ケーブルの製造方法。
8. 請求項７に記載の同軸ケーブルの製造方法において、
   前記（ａ２１）工程では、
   前記発泡層に被覆された前記第１導体を前記コーティング液に浸漬させた後に引き上げることにより、前記発泡層の周囲に前記コーティング液を付着させる、同軸ケーブルの製造方法。

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