KR20240056049A - 다용도 동축케이블. - Google Patents

Abstract

중심 도체와, 상기 중심 도체의 외주를 피복하는 절연 피복층과, 상기 절연 피복층을 피복하는 실드층과, 상기 실드층을 피복하는 재킷층을 구비하고, 상기 실드층은, 수지 시트와, 상기 수지 시트에 코팅된 금속층을 구비하고, 상기 실드층은, 0.100Ω·㎠ 이하의 두께 방향 저항값을 갖는, 다용도 동축케이블

Description

다용도 동축케이블. {Versatile Coaxial Cable}

본 발명은 동축케이블에 관한 발명으로, 보다 상세하게는 다용도 동축케이블에 관한 발명이다.

전자 기기(퍼스널 컴퓨터, 디지털 카메라, 8밀리 카메라 및 휴대 단말기 등), 의료 기기, 센서 네트워크, 메쉬네트워크 및 차차간 통신 기기 등에는, 통신을 위해서 동축 케이블이 사용되는 경우가 있다.

예를 들어, 특허문헌 1(일본특허공개 제2015-8072호 공보)에는, 중심 도체의 외주에 절연 피복층이 적층 형성되고, 그 외측에 실드층과 재킷층을 갖는 동축 케이블이며, 상기 절연 피복층이, 소정의 다공질 절연 피복층과, 상기 다공질 절연 피복층의 바로 위에 형성되어 불소 수지를 포함하는 중실 절연 피복층을 갖고, 상기 다공질 절연 피복층은, 그 공극률이 70% 초과 80% 이하이고, 해당 공극이 서로 연통하고 있는 것을 특징으로 하는 고주파 신호 전송용 동축 케이블이 개시되어 있다. 또한, 당해 문헌에는, 실드층으로서, 편조 도체가 바람직하게 사용되는 것도 기재되어 있다.

일본특허공개 제2015-8072호 공보

전술한 기기간의 통신에는, 고속화를 달성하기 위해, 고주파 신호에 의한 통신이 요구되고 있다. 본 발명자들의 지견에 따르면, 특허문헌 1에 기재된 바와 같이, 실드층으로서 편조 도체를 사용한 경우에는, 고주파수의 신호를 전송할 때에 전송 손실이 커지기 쉽다. 또한, 통신 기기에는, 소형·박형화도 요구되고 있다. 이에 수반 하여, 동축 케이블에도, 세경화가 요구되고 있다. 그러나, 동축 케이블의 세경화는, 전송로의 전파 손실이나 대역 열화, 전송로간 크로스토크나 외래 잡음에 의한 전송 품질 열화 등을 초래한다. 따라서, 동축 케이블을 세경화한 경우에는, 고주파수의 신호를 전송할 때의 전송 손실에 관한 문제가, 보다 현저해진다. 그 때문에, 세경이며, 또한 고주파 신호를 전송할 때의 전송 손실을 억제할 수 있는, 동축 케이블의 실현이 요망되고 있다.

즉, 본 발명의 과제는, 세경 또한 고주파수 신호를 전송할 때의 전송 손실을 억제할 수 있는, 동축 케이블을 제공하는 데 있다.

본 발명자들은, 예의 검토한 결과, 실드층으로서 소정의 구성의 재료를 사용함으로써, 상기 과제를 해결할 수 있는 것을 발견하고, 본 발명에 이르렀다.

상기 과제를 달성하기 위해 본 발명의 동축케이블은 중심 도체와, 상기 중심 도체의 외주를 피복하는 절연 피복층과, 상기 절연 피복층을 피복하는 실드층과 상기 실드층을 피복하는 재킷층을 구비하고, 상기 실드층은, 수지 시트와, 상기 수지 시트에 코팅된 금속층을 구비하고, 상기 실드층은, 0.100Ω·㎠ 이하의 두께 방향 저항값을 갖는 것일 수 있다.

또한, 중심 도체와, 상기 중심 도체의 외주를 피복하는 절연 피복층과, 상기 절연 피복층을 피복하는 실드층과, 상기 실드층을 피복하는 재킷층을 구비하고, 상기 실드층은, 수지 시트와, 상기 수지 시트에 코팅된 금속층 을 구비하고, 상기 금속층이, 상기 동축 케이블의 횡단면에 있어서 닫힌 형상을 형성하고 있는 것일 수 있다.

본 발명에 따르면, 전송하는 신호의 주파수가 높은 경우에도, 전송 손실을 억제할 수 있는 동축 케이블이 제공된다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 동축 케이블을 모식적으로 도시하는 횡단면도이다.
도 2는 실시예 및 비교예의 전송 감쇠 특성을 나타내는 그래프이다.

본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태들로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되지 않는다.

본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 특정 한 개시 형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 본 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 첨부된 도면을 이용하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 고주파용 동축 케이블을 모식적으로 도시하는 횡단면도이다. 본실시 형태에 따른 동축 케이블은, 도 1에 도시한 바와 같이, 중심 도체(1)와, 절연 피복층(2)과, 실드층(3)과, 재킷층(4)을 갖고 있다. 중심 도체(1)은 선상이다. 절연 피복층(2)은 중심 도체(1)의 전체 둘레를 피복하고 있다. 실드층(3)은 절연 피복층(2)의 전체 둘레를 피복하고 있다. 재킷층(4)은 실드층(3)의 전체 둘레를 피복하고 있다.

중심 도체(1)와 절연 피복층(2)의 접착력, 절연 피복층(2)과 실드층(3)의 접착력, 실드층(3)과 재킷층(4)의 접착력을 강화하기 위해서, 각 부재간에 접착층이 마련되어 있어도 된다.

실드층(3)은 0.100Ω·㎠ 이하의 두께 방향 저항값을 갖고 있다. 바람직하게는, 실드층(3)의 두께 방향 저항값은 0.025Ω·㎠ 이하이다.

실드층(3)은 금속층과, 수지 시트를 포함할 수 있다. 수지 시트는 폭이 절연 피복층(2)의 외주 길이보다 긴 가늘고 긴 형상을 갖고 있다. 금속층은 수지 시트상에 코팅된 층이다. 금속층은 수지 시트의 양면에 코팅되어 있다. 수지 시트의 측단부면에는, 금속층은 마련되어 있지 않다. 실드층(3)은 폭 방향에 있어서의 일단부와 타단부가 케이블의 직경 방향에 있어서 겹쳐서 절연 피복층(2)의 외주를 덮도록, 즉 세로붙임으로 절연 피복층(2)에 감겨 있다.

상기와 같은 구성에 따르면, 실드층(3)이 0.100Ω·㎠ 이하인 두께 방향 저항값을 갖고 있으므로, 전자파가 실드층(3)의 내측으로부터 외측으로 누설되는 것이 방지되어, 전송 손실이 억제된다. 즉, 높은 주파수의 신호를 전송하는 경우에도, 전송 손실이 커지기 어렵다.

예를 들어, 본 실시 양태에 의하면, 0.045 내지 18㎓의 범위에서 주파수(㎓)-전송 감쇠(dB)의 기울기가, -0.8(dB/㎓) 이상인, 동축 케이블을 얻을 수 있다.

또한, 금속층에 의해 코팅된 수지 시트는 가공성이 우수하다. 예를 들어, 금속 시트 단체에 의해 형성된 실드층(3)은, 소경의 동축 케이블에 사용되면, 금속 시트가 갈라져버려, 적절하게 실드층(3)을 형성할 수 없는 경우가 있다. 이에 대해, 본 실시 형태에 따르면, 소경의 동축 케이블에 사용되는 경우에도, 적절하게 실드층(3)을 형성할 수 있다.

추가로, 본 실시 형태에 따르면, 실드층(3)으로서, 금속층이 코팅된 수지 시트를 사용함으로써, 유연하고 경량인 동축 케이블을 얻을 수 있다. 유연하고 경량인 동축 케이블은, 여러가지 용도에 유용하다.

예를 들어, 본 실시 양태에 의하면, 동축 케이블을 옭매듭하고, 재킷층(4)의 인장 강도의 1/2의 강도로 동축 케이블을 인장했을 때의 옭매듭의 부분의 외경이, 동축 케이블의 외경의 4배 이하인, 동축 케이블을 얻을 수 있다.

또한, 실드층(3)은 수지 시트 및 금속층을 갖고, 0.100Ω·㎠ 이하의 두께 방향 저항값을 갖고 있으면 된다. 예를 들어 표면에 금속층을 코팅한 띠상의 수지 시트가, 간극없이 나선상으로 절연 피복층(2)에 감겨 있어도 된다.

이하에, 동축 케이블의 각 구성 요소에 대해서, 상세하게 설명한다.

중심도체

중심 도체(1)는 원형 도체(횡단면이 원형의 도체)인 것이 바람직하다. 중심 도체(1)는 반복 굽힘·비틂에 대한 내구성(굴곡 내성)의 관점에서, 복수의 도체 소선을 꼬아서 합친 연선 도체를 포함하는 것이 바람직하다. 도체소선의 직경은, 신호 손실 저감의 관점에서 0.05㎜ 이상이 바람직하고, 굴곡 내성 향상의 관점에서 0.20㎜ 이하가 바람직하다. 또한, 연선 도체의 꼬임 피치는, 도체 소선의 직경의 20배 이상 50배 이하가 바람직하다. 꼬임 피치가 소선 직경의 20배 이상이면, 소선 길이가 너무 길어져서 전기 저항이 증가하는 일도 없고, 전송 감쇠 특성이 저하되는 일도 없다. 한편, 꼬임 피치가 소선 직경의 50배 이하이면, 꼬임이 지나치게 느슨해서 반복 굴곡으로 꼬임 형상이 무너지기 쉬워지는 일도 없다.

연선 도체의 소선 개수(꼬임 개수)는 원형 도체에 접근하는 관점에서 7개 꼬임 또는 19개 꼬임이 바람직하다. 동축 케이블의 세경화 요구에 대응하는 관점에서는, 7개 꼬임이 보다 바람직하다.

중심 도체(1)을 구성하는 재료로서는, 도전성 재료이면 특별히 한정되지 않지만, 구리 및 TA(Tin coated Annealed copper wires) 등을 사용할 수 있다.

절연 피복층

절연 피복층(2)은 중심 도체(1)를 피복하도록, 중심 도체(1)의 외주면 전체에 형성된다. 절연 피복층(2)의 재료는 절연성이면 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리염화비닐 등의 폴리에틸렌계 수지; 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 트라플루오로에틸렌·퍼플루오로알킬비닐에테르 공중합체(PFA) 및 테트라플루오로에틸렌·헥사플루오로프로필렌 공중합체(FEP) 등의 불소계 수지; 및 이들의 발포체 등을 사용할 수 있다. 저정전 용량 케이블을 실현하기 위해서, 비유전율이 낮은 불소 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 테트라플루오로에틸렌·퍼플루오로알킬비닐에테르 공중합체(PFA) 및 테트라플루오로에틸렌·헥사플루오로프로필렌 공중합체(FEP)가 적합하다.

절연 피복층(2)은 중심 도체(1)를 고정하기 쉬운 점에서, 튜브 압출 성형에 의해 형성되는 것이 바람직하다.

재킷층

재킷층(4)의 재료에는 특별한 한정은 없고, 예를 들어 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리염화비닐 등의 폴리에틸렌계 수지; 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 트라플루오로에틸렌·퍼플루오로알킬비닐에테르 공중합체(PFA) 및 테트라플루오로에틸렌·헥사플루오로프로필렌 공중합체(FEP) 등의 불소계 수지; 및 이들의 발포체 등을 사용할 수 있다. 내마모성, 저마찰성, 내 저온성, 내열성 등의 관점에서, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 테트라플루오로에틸렌·퍼플루오로알킬비닐에테르 공중합체(PFA), 테트라플루오로에틸렌·헥사플루오로프로필렌(FEP) 등의 불소 수지가 적합하다.

실드층

실드층(3)은 이미 설명한 바와 같이, 절연 피복층(2)과 재킷층(4) 사이에 마련되어 있다. 실드층(3)은 금속층이 코팅된 수지 시트에 의해 구성된다. 이미 설명한 바와 같이, 금속층은 수지 시트의 양면에 코팅되어 있는 것이 바람직하다. 단, 금속층은 수지 시트의 내면에 코팅되어 있어도 된다. 또한, 금속층은 수지 시트의 내면 및 외면의 양쪽에 첨가하고, 수지 시트의 단부면에 코팅되어 있어도 된다.

수지 시트로서는 고내열의 시트를 사용하는 것이 바람직하다. 「고내열의 시트」란, 재킷층(4)을 구성하는 재료보다 높은 융점을 갖는 재료에 의해 구성된 시트, 혹은 실질적으로 안정 융점을 나타내지 않는 수지로부터 구성되는 시트이다. 이러한 수지 시트에, 금, 은, 구리, 아연, 니켈, 주석 등 또는 그들의 합금을 코팅하고, 금속층을 형성하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 도전성이 우수한 실드층(3)을 형성하는 것이 가능해진다.

동축 케이블의 제조 시에는, 절연 피복층(2)을 덮도록 실드층(3)을 배치한다. 이어서, 실드층(3)을 덮도록, 재킷층(4)을 구성하는 수지를 용융 상태에서 배치한다. 추가로, 재킷층(4)을 구성하는 수지를 고화시킨다. 이와 같이 한 제조된 동축 케이블에 있어서는, 절연 피복층(2), 실드층(3) 및 재킷층(4) 사이의 밀착성이 높아진다. 밀착성이 높으면, 전송 손실을 억제할 수 있어, 고속 전송이 가능해진다.

실드층(3)은 0.01Ω/□ 이하의 표면 저항률을 갖고 있는 것이 바람직하다.

실드층(3)은 적합하게는, 도전성 아라미드지에 의해 구성되어 있는 것이 바람직하다. 이하, 도전성 아라미드지에 대해서 상세하게 설명한다.

도전성 아라미드지

도전성 아라미드지는 아라미드지를 수지 시트로서 사용하고, 이 아라미드지 상에 금속을 코팅해서 금속층을 형성한 것이다.

도전성 아라미드지는, (1) 도전성을 갖고 있는 점, (2) 재킷층(4)을 구성하는 수지 이상의 내열성을 구비하고 있는 점, (3) 형상 안정성이 높은 점, 및 (4) 양호한 가공성을 갖고 있는 점 등으로부터, 본 실시 형태의 동축케이블용 수지 시트로서 적합하다.

도전성 아라미드지를 한 방향으로 신장하는 직사각형 형상이 되도록 슬릿하고, 절연 피복층(2)의 외주에 나선 감기, 혹은 세로붙임으로 배치함으로써, 실드층(3)을 형성할 수 있다. 생산성의 관점에서는, 세로붙임으로 실드층(3)을 형성하는 것이 바람직하다. 세로붙임으로 실드층(3)을 형성한 후, 용융시킨 재킷층(4)용의 재료를 사용하여, 튜브 압출 성형에 의해, 실드층(3)을 고정한다. 이에 의해, 실드층(3)의 간극이 방지된다. 또한, 이러한 방법으로 성형된 동축 케이블(10)에서는, 절연 피복층(2)과 실드층(3) 사이의 밀착성, 및 실드층(3)과 재킷층(4) 사이의 밀착성도 향상된다. 이미 설명한 바와 같이, 밀착성을 향상시킴으로써, 특히 고주파로의 전송 감쇠 특성이 향상된다.

추가로 전송 감쇠 특성을 향상시키기 위해서, 케이블의 유연성을 저해하지 않는 범위에서 재킷층(4)의 내측에드레인선을 배치하는 것도 가능하다. 드레인선의 재질은 구리, TA가 바람직하지만 이들에 한정되는 것은 아니다.

또한, 나선 감기의 경우, 인접하는 2턴간에서 도전성 아라미드지의 폭의 30% 이상 55% 미만의 일정한 비율로 오버랩하도록 도전성 아라미드지를 권회하는 것이 바람직하고, 45% 이상 50% 미만을 오버랩시키는 것이 보다 바람직하다. 오버랩이 도전성 아라미드지의 폭의 30% 이상이면, 도전성 아라미드지의 길이 방향에 있어서의 1매의 부분과 2매의 부분의 차가 작게 끝난다. 오버랩이 55% 미만이면, 도전성 아라미드지가 길이 방향으로 3매 이상겹치는 부분이 발생하는 일도 없고, 외경 변동 또는 공극률 변동이 억제되어, 동축 케이블(10) 전체의 특성 임피던스의 변동도 억제된다.

안정된 특성 임피던스를 얻기 위해서는, 세로붙임에 의해 실드층(3)을 배치하는 것이 바람직하다.

아라미드지로서는, 아라미드 단섬유 및/또는 아라미드 파이브리드를 갖는 것이 적합하게 사용된다. 보다 적합하게는, 아라미드지는 아라미드 단섬유, 아라미드 파이브리드 및 도전성 필러를 포함한다.

아라미드지(금속층의 코팅 전의 재료)의 전체 중량 중에서 차지하는 아라미드 단섬유의 함량은, 바람직하게는 5 내지 60중량%, 보다 바람직하게는 10 내지 55중량%, 더욱 바람직하게는 20 내지 50중량%이지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 아라미드 단섬유의 함량이 5중량% 이상이면, 도전성 아라미드지의 기계적 강도가 유지된다. 아라미드 단섬유의 함량이 60중량% 이하이면 아라미드 파이브리드의 함량이 확보되어, 역시 기계적 강도가 유지된다.

아라미드지의 전체 중량에 차지하는 아라미드 파이브리드의 함량은, 바람직하게는 30 내지 80중량%, 보다 바람직하게는 35 내지 70중량%, 더욱 바람직하게는 40 내지 65중량%이지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 일반적으로, 아라미드 파이브리드의 함량이 30중량% 이상이면, 도전성 아라미드지의 기계적 강도가 유지되고, 80중량% 이하이면, 습식법으로의 제조(후술)에 있어서 여수성이 저하되는 일도 없고, 도전성 아라미드지의 균일성 불량 등을 방지할 수 있다.

아라미드지의 전체 중량 중에서 차지하는 도전성 필러의 함량은, 바람직하게는 1 내지 30중량%, 보다 바람직하게는 3 내지 30중량%이다. 이러한 범위이면, 도전성 아라미드지의 도전성이 충분히 확보된다.

도전성 아라미드지의 두께 방향 저항값을 작게 하기 위해서, 금속층(3-1)의 코팅 양태가 연구되어 있어도 된다.

예를 들어, 금속 코팅을 실시할 때에, 도전성 아라미드지의 단부면도 코팅하면, 두께 방향 저항값을 작게 할 수 있다. 구체적으로는, 아라미드지를 케이블에 장착할 때의 폭으로 절단한 후, 금속 코팅을 행한다. 이에 의해, 아라미드지의 단부면에도 금속을 코팅할 수 있다. 그 결과, 두께 방향 저항값을 작게 할 수 있다.

혹은, 코팅 시에 금속이 아라미드지의 일 표면으로부터 다른 표면까지 연속적으로 함침하도록, 두께가 작은(예를 들어, 50㎛ 이하, 바람직하게는 40㎛ 이하) 아라미드지를 사용한다. 이러한 방법에 의해서도, 두께 방향 저항값을 작게 할 수 있다.

실드층(3)에 있어서의 두께 방향 저항값을 작게 함으로써, 전자파가 실드층(3)의 고저항 부분으로부터 누설되고, 특히 고주파에서의 전송 감쇠 특성이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

금속층에 사용되는 금속 재료로서는, 예를 들어 금, 은, 구리, 아연, 니켈, 주석 등 및 그들의 합금 등을 들 수 있다. 도전성 및 제조 비용을 고려하면 구리가 바람직하다. 단, 전자파 실드성이나 내구성을 고려해서 선택하면 되고, 특별히 한정되지 않는다.

도전성 아라미드지에 형성되는 금속층의 함량(평량)은, 평균값으로 25g/㎡ 이상인 것이 바람직하다. 금속층의 양이 이 범위이면, 충분한 도전성을 얻을 수 있다. 금속층의 평량은, 보다 바람직하게는, 25내지 100g/㎡이다.

도전성 아라미드지에 있어서, 금속층이 적절하게 형성되어 있는지의 여부에 대해서는, 표면 저효율 및 두께 방향 저항값을 측정함으로써, 확인할 수 있다. 예를 들어, 저항값계를 사용하여 측정되는 표면 저항률이 0.01Ω/□ 이하이고, 두께 방향 저항값이 0.100Ω·㎠ 이하이면 금속층이 적절하게 형성되어 있다고 할 수 있다.

두께 방향 저항값은, 구체적으로는, 저항값계 측정에서 얻어지는 실효 저항값에, 전극과의 접촉 면적을 곱한 값을 두께 방향의 저항값으로서 구할 수 있다.

도전성 아라미드지의 두께에 대해서는 특별히 제한은 없지만, 10㎛ 내지 100㎛의 범위 내의 두께를 갖고 있는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 20 내지 80㎛이다. 10㎛ 이상이면, 기계적 특성이 저하되고, 제조 공정에서의 반송 등의 취급성에 문제가 발생하는 일도 없다. 한편, 100㎛ 이하이면, 케이블에 장착할 때에, 절연 피복층(2)과 실드층(3), 및/또는 실드층(3)과 재킷층(4) 사이에 간극이 발생하는 일도 없고, 고주파에서의 전송감쇠 특성이 저하되기 어려워진다.

도전성 아라미드지의 평량은, 35 내지 110g/㎡인 것이 바람직하다.

아라미드

본 발명에 있어서, 「아라미드」란, 아미드 결합의 60% 이상이 방향환에 직접 결합한 선상 고분자 화합물을 의미한다. 이러한 아라미드로서는, 예를 들어 폴리메타페닐렌이소프탈아미드 및 그 공중합체, 폴리파라페닐렌테레프탈아미드 및 그 공중합체, 코폴리파라페닐렌·3,4'-디페닐에테르테레프탈아미드 등을 들 수 있다. 이들 아라미드는, 예를 들어 방향족 산 이염화물 및 방향족 디아민과의 축합 반응에 의한 용액 중합법, 2단계 계면 중합법 등에 의해 공업적으로 제조되어 있고, 시판품으로서 입수할 수 있지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 이들 아라미드 중에서는, 실질적으로 안정된 융점을 나타내지 않는 폴리메타페닐렌이소프탈아미드가 양호한 성형가공성, 난연성, 내열성 등의 특성을 구비하고 있는 점에서 바람직하게 사용된다.

아라미드 단섬유

「아라미드 단섬유」로서는, 아라미드를 원료로 하는 섬유를 소정의 길이로 절단한 것을 들 수 있고, 그러한 섬유로서는, 예를 들어 데이진(주)의 「데이진 커넥스(등록상표)」, 「테크노라(등록상표)」, 듀퐁사의 「노멕스(등록상표)」, 「케블라(등록상표)」, 테이진 아라미드사의 「트와론(등록상표)」 등의 상품명으로 입수할 수 있는 것을 들 수 있지만, 이들에 한정되는 것은 아니다.

아라미드 단섬유는, 바람직하게는 0.05dtex 이상 25dtex 미만인 범위 내의 섬도를 가질 수 있다. 섬도가 0.05dtex 이상인 섬유이면, 습식법으로의 제조(후술)에 있어서 응집하기 쉬워지는 일도 없다. 또한, 섬도가 25dtex 미만인 섬유이면, 섬유 직경이 지나치게 커지는 일도 없고, 예를 들어 진원 형상으로 밀도를 1.4g/㎤로 했다고 해도, 직경 45㎛ 이상인 경우에, 애스펙트비의 저하, 역학적 보강 효과의 저감, 아라미드지의 균일성 불량 등의 문제가 발생하는 일도 없다. 도전성 아라미드지의 균일성 불량이 발생한 경우, 도전성 아라미드지의 도전성에 변동이 발생하고, 그에 의해 구해지는 전자파 실드 기능이 충분히 발현할 수 없을 가능성이 있기 때문에 바람직하지 않다.

아라미드 단섬유의 길이는, 1㎜ 이상 25㎜ 미만인 것이 바람직하다. 단섬유의 길이가 1㎜ 이상이면, 도전성 아라미드지의 역학 특성이 저하되는 일도 없고, 한편 25㎜ 미만이면, 후술하는 습식법으로의 도전성 아라미드지의 제조 시에 「얽힘」 「결속」 등이 발생하기 쉬워 결함의 원인이 되는 일도 없다.

아라미드 파이브리드

「아라미드 파이브리드」란, 아라미드를 포함하는 필름상 미소 입자이고, 아라미드 펄프라고도 칭해진다. 아라미드 파이브리드는, 예를 들어 일본특허공고 소35-11851호나 일본특허공고 소37-5732호 공보 등에 기재된 방법에 의해, 제조할 수 있다. 아라미드 파이브리드는, 통상의 목재(셀룰로오스) 펄프와 동일하도록 초지성을 갖기 때문에, 수중 분산한 후, 초지기로 시트상으로 성형할 수 있다. 이 경우, 초지에 적합한 품질을 유지할 목적으로 소위 고해 처리를 실시할 수 있다. 이 고해 처리는, 디스크 리파이너, 비터, 기타 기계적 절단 작용을 미치는 초지 원료 처리 기기에 의해 실시할 수 있다. 이 조작에 있어서, 파이브리드의 형태 변화는, JIS P8121에 규정의 여수도(프리니스)로 모니터할 수 있다. 본 발명에 있어서, 고해 처리를 실시한 후의 아라미드 파이브리드의 여수도는, 10 내지 300㎤(캐나디언 스탠다드 프리니스)의 범위 내에 있는 것이 바람직하다. 이 범위이면, 그것으로부터 성형되는 시트의 강도가 저하되는 일도 없다. 10㎤ 이상의 여수도를 얻는 것이면, 투입하는 기계동력의 이용 효율이 작아지는 일도 없고, 또한 단위 시간당 처리량이 적어지는 일도 없고, 추가로 파이브리드의 미세화가 지나치게 진행되어, 소위 결합제 기능의 저하를 초래하는 일도 없다.

도전성 필러

「도전성 필러」로서는, 약 10^-1Ω·㎝ 이하의 체적 저항을 갖는 도체로부터, 약 10^-1 내지 10⁸ Ω·㎝의 체적 저항을 갖는 반도체까지, 광범위하게 걸치는 도전성을 갖는 섬유상 또는 미립자(분말 또는 플레이크)상물을 들 수 있다. 이러한 도전성 필러로서는, 예를 들어 금속 섬유, 탄소 섬유, 카본 블랙 등의 균질한 도전성을 갖는 재료, 혹은 금속 도금 섬유, 금속 분말 혼합 섬유, 카본 블랙 혼합 섬유 등, 도전 재료와 비도전 재료가 혼합되어서 전체로서 도전성을 나타내는 재료 등을 들 수 있지만, 이들에 한정되는 것은 아니다. 이 중에서, 본 실시형태에서는, 도전성 필러로서, 탄소 섬유를 사용하는 것이 바람직하다. 탄소 섬유로서는, 섬유상 유기물을 불활성 분위기에서 고온 소성해서 탄화한 것이 바람직하다. 일반적으로 탄소 섬유는, 폴리아크릴로니트릴(PAN) 섬유를 소성한 것과, 피치를 방사한 후에 소성한 것으로 크게 구별되지만, 이외에도 레이온이나 페놀 등의 수지를 방사 후, 소성해서 제조하는 것도 있고, 모두 사용할 수 있다. 소성에 앞서서 산소 등을 사용해서 산화 가교 처리를 행하고, 소성 시의 융단을 방지하는 것도 가능하다. 본 발명에서 사용하는 탄소 섬유의 섬도는, 0.5내지 10dtex의 범위가 바람직하다. 또한, 섬유 길이는 1㎜ 내지 20㎜인 것이 바람직하다.

도전성 아라미드지의 제조 방법

도전성 아라미드지는, 예를 들어 아라미드 단섬유, 아라미드 파이브리드 및 도전성 필러를 혼합한 후, 시트화하고, 한 쌍의 금속제 롤간에서 열압 가공하고, 그 후, 금속을 코팅함으로써, 제조할 수 있다.

구체적으로는, 예를 들어 (i) 아라미드 단섬유, 아라미드 파이브리드 및 도전성 필러를 건식으로 블렌드한 후에, 기류를 이용해서 시트를 형성하고, 한 쌍의 금속제 롤간에서 열압 가공한 후에 금속층(3-1)을 형성하는 방법, (ii) 아라미드 단섬유, 아라미드 파이브리드 및 도전성 필러를 액체 매체 중에서 분산 혼합한 후, 액체 투과성의 지지체, 예를 들어 망 또는 벨트 상에 토출해서 시트화하고, 액체를 제외해서 건조하고, 한 쌍의 금속제 롤간에서 열압 가공한 후에 금속층(3-1)을 형성하는 방법 등을 적용할 수 있다. 이들 중에서도 물을 매체로서 사용하는, 소위 습식 초조법으로 시트화하고, 한 쌍의 금속제 롤간에서 열압 가공한 후에 금속을 코팅하는 방법이 바람직하게 선택된다.

습식 초조법으로는, 적어도 아라미드 단섬유, 아라미드 파이브리드 및 도전성 필러의 단일 또는 혼합물의 수성 슬러리를 초지기로 송액하고 분산한 후, 탈수, 착수 및 건조 조작을 행함으로써, 시트로서 권취하는 방법이 일반적이다. 초지기로서는, 예를 들어 장망 초지기, 원망 초지기, 경사형 초지기 및 이들을 조합한 콤비네이션 초지기 등을 이용할 수 있다. 콤비네이션 초지기로의 제조의 경우, 배합 비율이 다른 수성 슬러리를 시트 성형하고 합일함으로써, 복수의 지층을 포함하는 복합 시트를 얻는 것도 가능하다. 습식 초조 시에 필요에 따라서 분산성 향상제, 소포제, 지력 증강제 등의 첨가제를 사용해도 된다. 도전성 필러가 입자상물인 경우에는, 아크릴계 수지, 정착제, 고분자 응집제 등을 첨가해도 상관없다. 도전성 아라미드지에는, 필요에 따라서, 기타 섬유상 성분, 예를 들어 폴리페닐렌술피드 섬유, 폴리에테르에테르케톤 섬유, 셀룰로오스계 섬유, 액정 폴리에스테르 섬유, 폴리이미드 섬유, 폴리아미드이미드 섬유, 폴리파라페닐렌벤조비스옥사졸 섬유 등의 유기 섬유, 유리 섬유, 암면, 보론 섬유 등의 무기 섬유를 첨가할 수도 있다. 또한, 상기 첨가제나 다른 섬유상 성분을 사용하는 경우에는, 도전성 아라미드지의 금속층 형성 전의 전체 중량의 20중량% 이하로 하는 것이 바람직하다.

이와 같이 해서 얻어지는 시트는, 예를 들어 한 쌍의 평판간 또는 금속제 롤간에서 고온 고압으로 열압 가공함으로써, 기계적 강도를 향상시킬 수 있다. 열압 가공의 조건은, 예를 들어 금속제 롤을 사용하는 경우, 온도 100 내지 400℃, 선압 50 내지 1000kg/㎝의 범위 내이다. 도전성 아라미드지의 특징인 높은 실드 특성을 얻기 위해서, 롤 온도는 330℃ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 330℃ 내지 380℃이다. 또, 선압은 50 내지 500kg/㎝인 것이 바람직하다. 해당 온도는 메타형 아라미드의 유리 전이 온도보다 높고, 또한 메타형 아라미드의 결정화 온도에 가까운 점에서, 해당 온도에서 열압 가공함으로써 기계적 강도가 향상된다. 또한, 도전성 아라미드지를 구성하는 재료끼리를 견고하게 밀착시킬 수 있고, 두께 방향의 저항을 저감할 수 있다. 상기 열압 가공은 복수회 행해도 된다. 또한 용도에 따라서는, 과도한 공간 절약화를 필요로 하지 않고, 100㎛를 초과하는 두께가 필요해지는 경우도 있고, 그 경우에는, 상술한 방법에 의해 얻은 시트상물을 복수매 중첩해서 열압 가공을 행해도 된다.

이와 같이 해서 얻어진 시트에, 금속을 코팅하는 방법으로서는, 진공 증착법, 스퍼터링법, 무전해 도금법, 전계도금법 등을 들 수 있다. 형성되는 금속층의 균일성, 생산성의 관점에서, 무전해 도금법의 후에 전계 도금법을 실시하고, 금속층을 증가시키는 것이 특히 바람직하다.

실험예

(1) 시트의 단위 면적당 중량, 두께, 밀도

JIS C 2300-2에 준해서 실시하고, 밀도는 (단위 면적당 중량/두께)에 의해 산출했다.

(2) 표면 저항률

JIS JIS K 7194에 준해서 실시하고, 로레스터 GP MCP-T610 ESP 타입(미쯔비시 가가꾸제)을 사용하여 측정했다.

(3) 두께 방향 저항값

한 쌍의 전극 사이에 시트를 끼우고, 시트에 걸리는 면압(전극의 중량도 포함한다)이 250g/㎠의 상태에서, 밀리옴 하이테스터(히오끼 덴키제)를 사용하여 측정한 저항값에, 전극의 면적을 곱했다.

(4) 전송 감쇠 특성

시료 길이 1m의 동축 케이블을 준비하고, 네트워크 애널라이저(MS2028B 안리쓰)를 사용하여, 0.045㎓ 내지 18㎓의 고주파 대역에 있어서 감쇠 특성을 측정했다.

(5) 유연성

시료 길이 1m의 동축 케이블을 옭매듭하고, 재킷층(4)의 인장 강도의 1/2의 강도로 동축 케이블을 인장했을 때의 옭매듭의 부분의 도 3에 도시한 외경을 측정했다. 폴리염화비닐의 인장 강도가 60㎫이었으므로, 재킷층(4)의 단면적을 계산하고, 30㎫을 곱한 강도로 인장 시험기에서 인장했다.

(원료 조제)

일본특허공개 소52-15621호 공보에 기재된, 스테이터와 로터의 조합으로 구성되는 펄프 입자의 제조 장치(습식 침전기)를 사용하여, 폴리메타페닐렌이소프탈아미드의 파이브리드를 제조했다. 이것을 고해기로 처리하고 길이 가중 평균 섬유 길이를 0.9㎜에 조절했다(여수도 200㎤). 한편, 듀퐁사제 메타 아라미드 섬유(노멕스(등록상표), 단사 섬도 2.2dtex)를 길이 6㎜로 절단(이하 「아라미드 단섬유」라고 기재)하고, 초지용 원료로 하였다.

상기한 바와 같이 조제한 메타 아라미드 파이브리드, 메타 아라미드 단섬유 및 탄소 섬유(도호 테낙스 가부시키가이샤제, 섬유 길이 3㎜, 단섬유 직경 7㎛, 섬도 0.67dtex, 체적 저항률 1.6×10^-3Ω·㎝)를, 각각 수중에 분산하여, 슬러리를 제작했다. 이 슬러리를, 메타 아라미드 파이브리드, 메타 아라미드 단섬유, 및 탄소 섬유가, 표 1에 나타내는 배합 비율이 되도록 혼합하고, 원망식 초지기(폭 30㎝)로 처리해서 시트상물을 제작했다. 이어서, 얻어진 시트를 1쌍의 금속제 캘린더 롤에 의해 온도 330℃, 선압 150kg/㎝로 열압 가공했다. 얻어진 시트를 8㎜폭으로 슬릿했다. 슬릿된 시트에, 무전해 도금법과 전계 도금법에 의해 금속(구리)층을 코팅하고, 도전성 아라미드지를 얻었다. 얻어진 도전성 아라미드지에는, 양면 및 단부면에, 금속층이 마련되어 있었다. 얻어진 도전성 아라미드지의 주요 특성값을 표 1에 나타낸다.

특성	단위	실시예
원료조성 메타아라미드 파이브리드 메타아라미드 단섬유 탄소 섬유	중량 %	50 45 5
열압 가공한 시트의 평량	g/m2	39
도전성 아라미드지의 평량	g/m2	79
두께	μm	67
밀도	g/cm3	1.18
표면 저항률	Ω/□	0.0068
두께 방향 저항값	Ω·cm2	0.024

(동축 케이블의 제작)

중심 도체로서 직경 0.18㎜의 구리선을 7개 꼬임으로 하고, 외경 0.53㎜로 하였다. 그 바로 위에, 튜브 압출 성형에 의해, 두께 0.52㎜의 폴리에틸렌의 절연 피복층을 형성하고, 외경 1.59㎜로 하였다. 그 바로 위에 표 1 의 도전성 아라미드지를 실드층으로 하여, 세로붙임으로 배치하고, 외경 1.93㎜로 하였다. 그 바로 위에, 튜브압출 성형에 의해, 두께 0.4㎜의 폴리염화비닐의 재킷층(4)을 형성하고, 외경 2.62㎜의 동축 케이블을 실시예로서 제작했다. 실시예에 관한 동축 케이블의 전송 감쇠 특성을 도 2에 도시한다.

0.045 내지 18㎓의 범위에서 주파수(㎓)-전송 감쇠(dB)의 기울기는 -0.71(dB/㎓)였다.

또한, 유연성을 측정한 결과, 외경 8㎜였다. 케이블의 길이당 중량으로서는 7.0g/m였다.

(비교예)

실시예에 있어서, 실드층을 직경 0.1㎜의 구리선의 5개가닥 16개타의 편조(밀도 93.1%)로 변경하고, 외경을 2.04㎜로 하였다. 그 바로 위에, 튜브 압출 성형에 의해, 두께 0.4㎜의 폴리염화비닐의 재킷층(4)을 형성하고, 외경 2.95㎜의 동축 케이블을 비교예에 관한 동축 케이블로서 제작했다. 비교예에 관한 동축 케이블의 전송 감쇠 특성을 도 2에 도시한다.

0.045 내지 18㎓의 범위에서 주파수(㎓)-전송 감쇠(dB)의 기울기는 -2.5(dB/㎓)였다.

또한, 유연성을 측정한 결과, 외경 13㎜였다. 케이블의 길이당 중량으로서는 11.6g/m였다.

도 2에 도시한 바와 같이, 실시예에 관한 동축 케이블은, 특히 고주파 전송 감쇠 특성에 대해서 우수한 특성을 나타냈다.

한편, 비교예에 관한 동축 케이블에서는, 도 2에 도시한 바와 같이, 10㎓를 초과하는 주파수로 급격하게 전송 손실이 증가하여, 고주파용 동축 케이블로서는 불충분한 것이 시사되었다. 비교예에서는, 실드층으로서 편조를 사용하고 있고, 실드층을 구성하는 금속 섬유 사이에 간극이 존재한다. 이 간극에 의해, 고주파 특성이 떨어지게 되는 것이라 생각된다.

또한, 실시예에 관한 동축 케이블은, 비교예보다 유연하고, 경량이었다. 이러한 점에서, 본 발명에 관한 동축 케이블은, 고주파의 전기 전자 기기, 예를 들어 하이브리드카, 전기 자동차 중 전자 기기 등의 동축 케이블로서 유용한 것을 알 수 있다.

1: 중심 도체
2: 절연 피복층
3: 실드층
4: 재킷층

Claims (5)

1. 중심 도체와,
   상기 중심 도체의 외주를 피복하는 절연 피복층과,
   상기 절연 피복층을 피복하는 실드층과,
   상기 실드층을 피복하는 재킷층을 구비하고,
   상기 실드층은,
   수지 시트와,
   상기 수지 시트에 코팅된 금속층을 구비하고,
   상기 실드층은, 0.100Ω·㎠ 이하의 두께 방향 저항값을 갖는,
   다용도 동축케이블.
2. 제1항에 있어서, 상기 실드층의 표면 저항률이 0.01Ω/□ 이하인, 다용도 동축케이블.
3. 제1항에 있어서, 상기 금속층의 평량이, 25g/㎡ 이상인, 다용도 동축 케이블.
4. 중심 도체와,
   상기 중심 도체의 외주를 피복하는 절연 피복층과,
   상기 절연 피복층을 피복하는 실드층과,
   상기 실드층을 피복하는 재킷층을 구비하고,
   상기 실드층은,
   수지 시트와,
   상기 수지 시트에 코팅된 금속층을 구비하고,
   상기 금속층이, 상기 동축 케이블의 횡단면에 있어서 닫힌 형상을 형성하고 있는, 다용도 동축 케이블.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수지 시트가, 상기 재킷층보다 고내열성의 시트인, 다용도 동축 케이블.