WO2015016232A1 - 同軸ケーブル - Google Patents

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WO2015016232A1
WO2015016232A1 PCT/JP2014/069977 JP2014069977W WO2015016232A1 WO 2015016232 A1 WO2015016232 A1 WO 2015016232A1 JP 2014069977 W JP2014069977 W JP 2014069977W WO 2015016232 A1 WO2015016232 A1 WO 2015016232A1
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electric field
coaxial cable
field shielding
shielding layer
conductor
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PCT/JP2014/069977
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Inventor
豪 田邉
Original Assignee
株式会社 潤工社
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B7/00—Insulated conductors or cables characterised by their form
    • H01B7/30—Insulated conductors or cables characterised by their form with arrangements for reducing conductor losses when carrying alternating current, e.g. due to skin effect
    • H01B7/303—Conductors comprising interwire insulation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B11/00—Communication cables or conductors
    • H01B11/18—Coaxial cables; Analogous cables having more than one inner conductor within a common outer conductor
    • H01B11/1808—Construction of the conductors
    • H01B11/1817—Co-axial cables with at least one metal deposit conductor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/02—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of metals or alloys
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    • H01B11/00—Communication cables or conductors
    • H01B11/18—Coaxial cables; Analogous cables having more than one inner conductor within a common outer conductor
    • H01B11/1808—Construction of the conductors
    • H01B11/1826—Co-axial cables with at least one longitudinal lapped tape-conductor

Definitions

  • the present invention relates to a coaxial cable, and more particularly to a very fine coaxial cable.
  • the coaxial cable includes an inner conductor, a dielectric layer disposed on the outer peripheral surface of the inner conductor, and an outer conductor disposed on the outer peripheral surface of the dielectric layer.
  • the outer conductor is grounded at the end of the coaxial cable.
  • the outer conductor of the coaxial cable is formed by braiding and braiding a plurality of conductors for outer conductors, or is formed by winding a plurality of conductors for outer conductors in a spiral shape and winding them sideways.
  • the outer conductor formed by braiding or horizontal winding is disposed along the outer peripheral surface of the dielectric layer disposed on the outer peripheral surface of the inner conductor.
  • a coaxial cable used for a medical cable is required to have bending resistance as a characteristic because of its use, and further, a thinner diameter is required to improve handling. Therefore, studies have been made to further reduce the diameter without deteriorating the transmission characteristics of the coaxial cable.
  • Patent Document 1 a metal layer is formed on the outer peripheral surface of a dielectric layer in place of an outer conductor formed by braiding or laterally winding an ultrafine coaxial cable, so that the shield is thin although the thickness of the shield is thin. It is described that it is possible to provide a micro coaxial cable with good performance.
  • the metal layer of the coaxial cable described in Patent Document 1 is formed by vapor deposition or plating, and has a thickness of 0.1 ⁇ m to 20 ⁇ m.
  • the coaxial cable described in Patent Document 1 by forming the outer conductor by metal vapor deposition or the like, it is possible to reduce the cable diameter by the diameter of the conductor for the outer conductor without deteriorating the shielding performance.
  • the metal layer formed on the outer peripheral surface of the dielectric layer may crack, and the transmission characteristics of the coaxial cable may be deteriorated. is there. That is, the coaxial cable described in Patent Document 1 has a problem that sufficient bending resistance cannot be obtained.
  • a coaxial cable in which a tape with a metal layer in which a metal layer is formed on one surface of a plastic tape is disposed on the outer peripheral surface of a dielectric layer.
  • the outer shape of the effective dielectric including the gap between the dielectric and the conductor for the outer conductor and the dielectric is a substantially cylindrical shape coaxial with the inner conductor.
  • the outer diameter of the coaxial cable is reduced to reduce the diameter, and the range is referred to as an ultrathin cable, the outer shape of the effective dielectric cannot be regarded as a substantially cylindrical shape. As a result, transmission characteristics may be deteriorated.
  • the coaxial cable described in Patent Document 2 includes a plastic tape with a metal layer and a plastic tape with a metal layer wound around the outer peripheral surface of the dielectric layer so as to dispose the metal layer on the surface of the dielectric layer.
  • the coaxial cable described in Patent Document 2 has a substantially cylindrical outer shape of an effective dielectric, which is a combination of a dielectric and a gap between a dielectric and a conductor for an outer conductor, by a metal layer of a plastic tape with a metal layer. Since it is corrected, it is considered that the above-described problem of deterioration of transmission characteristics can be suppressed.
  • the coaxial cable to which the invention is applied preferably has an inner conductor size of 40 AWG to 28 AWG (outer diameter: about 0.08 to 0.32 mm)”. ing.
  • a cable having an inner conductor size of 32 AWG or more is called a thin cable, and a cable having an inner conductor size of 38 AWG or more is called an ultrafine cable.
  • the metal layer of the plastic tape with the metallization layer is thick and functions as a conductor because of its low resistance value.
  • the transmitted signal flows through the metal layer of the plastic tape with the metal layer placed inside the outer conductor, not the outer conductor formed of multiple conductors. become.
  • the transmission signal flows through the metal layer of the plastic tape with the metal layer instead of the outer conductor having a lower resistance value, the loss of signal transmission due to resistance loss may increase.
  • an object of the present invention is to provide a micro coaxial cable that has low insertion loss and does not deteriorate transmission characteristics even when a high-frequency signal is transmitted.
  • a coaxial cable according to the present invention includes an inner conductor, a dielectric layer disposed on the outer peripheral surface of the inner conductor, a band-shaped base, and an electric field shielding layer disposed on one surface of the base.
  • the resistance value of the shielding layer is 500 ⁇ / m or more.
  • the resistance value of the electric field shielding layer of the coaxial cable according to the present invention is 500 ⁇ / m or more, it does not function as a conductor even when a high-frequency signal is transmitted, and the transmission signal is prevented from flowing through the electric field shielding layer due to the skin effect. Most of the signal flows through the conductor for the outer conductor in contact with the electric field shielding layer. As a result, the electric field shielding layer does not function as an outer conductor. Therefore, it is possible to suppress loss of transmission signals due to the resistance component of the electric field shielding layer when a signal flows through the electric field shielding layer.
  • the electric field shielding layer disposed between the dielectric layer and the outer conductor is very thin and the resistance value is very large, so that the transmission signal hardly flows.
  • the function of correcting the effective dielectric shape including the gap formed between the dielectric layer and the outer conductor lead to a cylindrical shape, arranged so that the outer conductor lead is in contact with the dielectric layer. Can be expressed. Thereby, good transmission characteristics can be obtained without being affected by the gap formed between the dielectric layer and the outer conductor.
  • the resistance value of the electric field shielding layer of the coaxial cable according to the present invention is preferably 12 k ⁇ / m or less.
  • the resistance value of the electric field shielding layer of the coaxial cable according to the present invention is 12 k ⁇ / m or less, a function for correcting the shape of the effective dielectric material to a cylindrical shape is exhibited, and the coaxial cable is formed between the dielectric layer and the outer conductor. Can suppress the influence of voids.
  • the thickness of the electric field shielding layer of the coaxial cable according to the present invention is preferably 0.02 ⁇ m or more and 0.3 ⁇ m or less.
  • the thickness of the electric field shielding layer of the coaxial cable according to the present invention is 0.02 ⁇ m or more, the thickness can be made substantially uniform over the entire electric field shielding layer.
  • the electric field shielding layer of the coaxial cable according to the present invention has a thickness of 0.3 ⁇ m or less, no signal flows through the electric field shielding layer when an ultra-thin wire of 38 AWG or more is used as an internal conductor, and the skin effect Since the signal flows through the external conductor, no signal loss occurs due to the resistance component of the electric field shielding layer.
  • the thickness of the metal layer provided on the outer periphery of the dielectric layer is 0.1 ⁇ m to 20 ⁇ m, but there is no description of the details of the metal layer thickness.
  • a metal layer thickness of about 1 ⁇ m to 4 ⁇ m is necessary, so that the substantial metal layer thickness is considered to be 1 to 4 ⁇ m or more.
  • the coaxial cable described in the cited document 2 also has a thickness of the metal layer larger than 1 ⁇ m and 4 ⁇ m or less.
  • the plurality of conductors for the outer conductor of the coaxial cable according to the present invention be wound horizontally.
  • the diameter of the coaxial cable can be reduced as compared with the case where a plurality of outer conductor conductors are braided.
  • the coaxial cable according to the present invention can have higher flexibility than the case where a plurality of conductors for external conductors are braided.
  • the horizontal winding direction of the plurality of conductors for the outer conductor of the coaxial cable according to the present invention is preferably the same direction as the direction in which the tape material is wound.
  • the coaxial cable according to the present invention Since the horizontal winding direction of the plurality of conductors for the outer conductor of the coaxial cable according to the present invention is the same direction as the direction in which the tape material is wound, the coaxial cable according to the present invention has high flexibility and an electric field shielding layer. And the gap between the outer conductor conductor and the conductor can be reduced.
  • the present invention even when a high-frequency signal is transmitted, it is possible to provide an extra fine coaxial cable that has a low insertion loss and does not have a possibility of deteriorating transmission characteristics.
  • (A) is sectional drawing of a cross section perpendicular
  • (b) is sectional drawing of a cross section perpendicular
  • (C) is an enlarged sectional view of the dielectric layer portion of the coaxial cable shown in (b). It is sectional drawing of a cross section perpendicular
  • FIG. 1A is a cross-sectional view of a cross section perpendicular to the longitudinal direction of an example of a conventional coaxial cable
  • FIG. 1B is a cross section perpendicular to the longitudinal direction when the conventional coaxial cable is formed with the diameter of an ultrafine cable. It is sectional drawing of a cross section
  • FIG.1 (c) is the elements on larger scale of the coaxial cable shown in FIG.1 (b).
  • the coaxial cable 101 includes an inner conductor 111, a dielectric layer 112 disposed on the outer circumferential surface of the inner conductor 111, a plurality of outer conductor conductors 113 disposed on the outer circumferential surface of the dielectric layer 112, and a plurality of outer conductors. And a sheath 114 arranged to cover the conductive wire 113.
  • the coaxial cable 101 shows a structure of an example of a conventional coaxial cable. A metal layer is not provided on the dielectric layer, and the outer conductor is directly arranged in a horizontal winding.
  • the diameter of the coaxial cable 101 is indicated by A, and the diameter of the dielectric layer 112 is indicated by B.
  • the diameter of the plurality of outer conductor conductors 113 is indicated by C, and in one example, the diameter of the plurality of outer conductor conductors 113 is 30 ⁇ m.
  • the coaxial cable 102 includes an inner conductor 121, a dielectric layer 122 disposed on the outer circumferential surface of the inner conductor 121, a plurality of external conductor conductors 123 disposed on the outer circumferential surface of the dielectric layer 122, and a plurality of outer conductors. And a sheath 124 arranged to cover the conductive wire 123.
  • the coaxial cable 102 has a structure in which the coaxial cable 101 is reduced in diameter to form an ultrafine coaxial cable. A metal layer is not provided on the dielectric layer, and the outer conductor is directly arranged in a horizontal winding.
  • the diameter of the coaxial cable 102 is indicated by D
  • the diameter of the dielectric layer 122 is indicated by E.
  • the diameter of the plurality of outer conductor conductors 123 is indicated by C, and is equal to the diameter of the plurality of outer conductor conductors 113 of the coaxial cable 101.
  • the diameter D of the coaxial cable 102 is reduced to about 1/5 of the diameter A of the coaxial cable 101.
  • the coaxial cable 101 and the coaxial cable 102 with a reduced cable diameter often use conductors having substantially the same diameter for the conductor for the external conductor due to manufacturing problems.
  • the outer conductor conductor diameter is sufficiently small relative to the dielectric diameter.
  • the gap formed between the conductor and the dielectric is negligible.
  • the coaxial cable diameter is narrowed, the dielectric diameter and the outer conductor conductor diameter become closer, and there are multiple outer conductor conductors and dielectrics. The influence of voids formed between them cannot be ignored.
  • the ratio of the total size of the gaps of the coaxial cable 101 indicated by the arrow F to the cross-sectional area of the dielectric layer 112 is about 2%.
  • the ratio of the total size of the gaps of the coaxial cable 102 indicated by the arrow G in FIG. % is increased four times as compared with the coaxial cable 101.
  • the plurality of outer conductor conductors and the dielectric layers The effect of the air gap formed between the dielectric layer and the outer conductor is not negligible, and the effective dielectric outer shape including the air gap formed between the dielectric layer and the outer conductor is not substantially cylindrical, and is shown in FIG. It becomes an irregular shape as shown. As a result, there arises a problem that transmission characteristics of the coaxial cable are deteriorated.
  • the metal layer of the coaxial cable described in the cited document 2 has a sufficient thickness to function as a conductor, and when transmitting a high-frequency signal, the transmission signal is external conductor due to the skin effect. It flows through the metal layer of the plastic tape with the metal layer disposed inside. Because the resistance value of the metal layer of the plastic tape with a metal layer is high to function as a conductor, the transmission signal flows not through the external conductor but through the metal layer of the plastic tape with the metal layer. Transmission signal loss may increase.
  • the inventors of the present invention have focused on the fact that the metal layer does not function as a conductor when the resistance value of the metal layer disposed between the plurality of conductors for external conductors and the dielectric is very large. That is, the inventor of the present invention makes the metal layer disposed between the plurality of conductors for outer conductors and the dielectric very thin, greatly increases its resistance value, and transmits the transmission signal flowing through the metal layer. It was found that the reflection and loss of the transmission signal can be suppressed by suppressing the transmission signal.
  • the resistance value of the metal layer disposed between the plurality of conductors for outer conductors and the dielectric is greatly increased, so that the resistance value is not the metal layer, even when the transmission signal is high frequency.
  • the present invention provides an effective dielectric outer shape by disposing an electric field shielding layer, which is a metal layer having a high resistance value that does not function as a conductor, between a plurality of conductors for outer conductors and a dielectric layer.
  • an electric field shielding layer which is a metal layer having a high resistance value that does not function as a conductor
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the coaxial cable according to the embodiment.
  • the coaxial cable 1 includes an inner conductor 11, a dielectric layer 12, a plurality of conductors 13 for outer conductors, a sheath 14, and a tape material 15 wound along the outer peripheral surface of the dielectric layer 12.
  • the tape material 15 includes a base 16 wound so as to be in contact with the dielectric layer, and an electric field shielding layer 17 which is deposited on the outer surface of the base 16 and whose outer peripheral surface is in contact with the plurality of conductors 13 for external conductors. .
  • the inner conductor 11 has a plurality of silver-plated copper alloy wires twisted together.
  • the inner conductor 11 is formed of a silver-plated copper alloy wire, but may be formed of tin-plated copper, silver-plated copper, or coarse copper. In one example, the inner conductor 11 has a diameter of 60 ⁇ m.
  • the dielectric layer 12 is formed of a tetrafluoroethylene / perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA) and disposed on the outer peripheral surface of the internal conductor 11. In one example, the outer diameter of the dielectric layer 12 is 150 ⁇ m.
  • the dielectric layer 12 may be formed of other resins such as polyethylene or polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer (FEP), tetrafluoroethylene / ethylene copolymer (ETFE). Good.
  • Each of the plurality of conductors 13 for the outer conductor is made of a silver-plated copper alloy wire, and is wound horizontally in the same direction as the direction in which the tape material 15 is wound so that at least a part thereof is in contact with the outer peripheral surface of the electric field shielding layer 17. Is done.
  • Each of the plurality of conductors 13 for external conductor functions as a return path during signal transmission.
  • the diameters of the plurality of outer conductor conductors 13 are each 30 ⁇ m.
  • Each of the plurality of conductors 13 for the outer conductor is formed of a silver-plated copper alloy wire, but may be formed of tin-plated copper, silver-plated copper, or coarse copper.
  • the sheath 14 is made of PFA and is a protective coating layer disposed on the outer peripheral surface of the plurality of outer conductor wires 13. In one example, the thickness of the sheath 14 is 30 ⁇ m.
  • the base 16 is a belt-like polyester film having an electric field shielding layer deposited on one surface, and the dielectric layer is formed so that the end in the width direction overlaps with the surface on which the electric field shielding layer is deposited facing outward. 12 is wound along the outer peripheral surface.
  • the width of the base 16 is 0.6 mm
  • the thickness is 4 ⁇ m
  • the thickness of the deposited electric field shielding layer 17 is 0.1 ⁇ m.
  • the electric field shielding layer 17 is a metal such as aluminum or copper deposited on one surface of the base 16. On the outer peripheral surface of the electric field shielding layer 17, a plurality of outer conductor conducting wires 13 are wound horizontally so that at least a part thereof is in contact with the outer peripheral surface of the electric field shielding layer 17.
  • the electric field shielding layer 17 is formed so as to have a uniform thickness throughout, and the electric field shielding layer 17 has a thickness of 500 ⁇ / m or more at which the skin effect does not appear even when a high frequency signal is transmitted. The resistance value is selected.
  • the film thickness of the electric field shielding layer 17 is defined as an average film thickness of a cross section of the electric field shielding layer 17 in a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the coaxial cable 1.
  • the resistance value of the electric field shielding layer 17 is determined by peeling the tape material 15 from the dielectric layer 12 over an appropriate length, and between the both ends of the electric field shielding layer 17 disposed on one surface of the peeled tape material 15. It is defined as a resistance value per unit length by actually measuring the resistance value.
  • k is a coefficient for correcting the resistivity ⁇ [ ⁇ / m] of the metal forming the electric field shielding layer when the electric field shielding layer is formed by vapor deposition.
  • k is 2.5, and in the case of copper vapor deposition, k is 1.25.
  • l [mm] is the length of the tape material 15 when the tape material 15 is wound once along the outer peripheral surface of the dielectric layer 12
  • l ⁇ D / sin ⁇
  • D [mm] is the sum of the diameter D o [mm] of the dielectric layer 12 and the thickness t [mm] of the tape material
  • ⁇ is the tape material 15 on the outer peripheral surface of the dielectric layer 12. It is the angle when it is wound.
  • W O [mm] is the width of the tape material 15, and M t [mm] is the thickness of the electric field shielding layer 17.
  • W [mm] is the effective width of the tape material 15
  • 3 (a) and 3 (b) are diagrams schematically showing constants used when calculating the resistance value R [ ⁇ / m] of the electric field shielding layer 17, respectively.
  • D o [mm] is the diameter of the dielectric layer 12
  • t [mm] is the thickness of the tape material 15
  • D [mm] is the sum of Do and t
  • ⁇ is The angle when the tape material 15 is wound around the outer peripheral surface of the dielectric layer 12
  • W O [mm] is the width of the tape material 15.
  • W [mm] is the effective width of the tape material 15
  • P [mm] is the pitch when the tape material 15 is wound around the outer peripheral surface of the dielectric layer 12.
  • the effective dielectric shape is a substantially cylindrical shape surrounded by the electric field shielding layer. .
  • the thickness of the electric field shielding layer 17 is selected so as to have a resistance value that does not function as a conductor, a transmission signal flows through the electric field shielding layer 17 even when a high frequency signal is transmitted. It is possible to suppress an increase in transmission signal loss due to transmission signal resistance loss.
  • the plurality of conductors 13 for the outer conductor are wound in the same direction as the direction in which the tape material 15 on which the electric field shielding layer 17 is wound is wound. It can have flexibility.
  • the ratio between the outer diameter of the dielectric layer 12 and the diameter of the plurality of conductors 13 for the outer conductor is preferably between 1: 1 and 10: 1. If the diameter of the plurality of outer conductor conductors 13 is larger than the outer diameter of the dielectric layer 12, it becomes difficult to uniformly wind the plurality of outer conductor conductors 13 around the outer periphery of the dielectric layer 12, and the outer conductor.
  • the diameter of the coaxial cable 1 increases as the diameter of the conductive wire 13 increases.
  • the diameter of the plurality of outer conductor conducting wires 13 is 10 times the outer diameter of the dielectric layer 12. It becomes smaller than 1 / min.
  • the diameters of the plurality of outer conductor conductors 13 are smaller than one tenth of the outer diameter of the dielectric layer 12, the size of the gap formed between the plurality of outer conductor conductors 13 and the dielectric layer 12 is reduced.
  • the ratio of the dielectric layer to the cross-sectional area is about 2%.
  • the ratio of the size of the gap formed between the plurality of conductors for outer conductors 13 and the dielectric layer 12 to the cross-sectional area of the dielectric layer is smaller than about 2%, the reflection of the transmission signal by the gap is reflected in the transmission signal. Since the influence exerted becomes small, the effect by disposing the electric field shielding layer 17 becomes small.
  • the plurality of outer conductor wires 13 are wound in the same direction as the direction in which the tape material 15 is wound. However, the plurality of outer conductor wires 13 are arranged in the direction opposite to the direction in which the tape material 15 is wound. It may be wound. Further, although the plurality of outer conductor conductors 13 are wound horizontally, the plurality of outer conductor conductors may be braided.
  • the diameter of the plurality of outer conductor conductors 13 of the coaxial cable 1 is 30 ⁇ m, but the diameter of the plurality of outer conductor conductors 13 does not affect the flexibility of the coaxial cable 1 and the diameter of the coaxial cable 1.
  • the thickness may be larger than 30 ⁇ m within a range in which is not increased more than necessary.
  • the diameters of the plurality of conductors 13 for the external conductor may be smaller than 30 ⁇ m for the purpose of suppressing the balance with the dielectric diameter and the increase in the outer diameter.
  • the thickness of the electric field shielding layer 17 is preferably 0.02 ⁇ m or more and 0.3 ⁇ m or less. If the thickness of the electric field shielding layer 17 is thinner than 0.02 ⁇ m, it is difficult to produce an electric field shielding layer having a uniform thickness, which may increase the production cost. When the thickness of the electric field shielding layer 17 is greater than 0.3 ⁇ m, even when the electric field shielding layer 17 is formed of a metal having high resistivity such as iron, the electric field shielding layer 17 functions as an external conductor, and the electric field shielding is performed by the skin effect. Loss due to resistance loss may increase due to a signal flowing through the layer.
  • the material and thickness of the electric field shielding layer 17 are 500 ⁇ / m from the reflection attenuation amount and the measured insertion loss shown in FIGS. 4 and 5 and the theoretical value of the insertion loss reduction rate shown in FIG. It is preferable to select so as to be above.
  • the resistance value of the electric field shielding layer 17 is 500 ⁇ / m or more, reflection attenuation and insertion loss can be suppressed even when a signal having a frequency of 1.5 GHz propagates.
  • the material and thickness of the electric field shielding layer 17 are preferably selected so that the resistance value of the electric field shielding layer 17 is 800 ⁇ / m or more, as shown in FIGS.
  • the resistance value of the electric field shielding layer 17 is 800 ⁇ / m or more, reflection attenuation and insertion loss can be suppressed even when a signal having a frequency of 3 GHz propagates.
  • the material and thickness of the electric field shielding layer 17 are preferably selected so that the resistance value of the electric field shielding layer 17 is 12000 ⁇ / m or less, as shown in FIGS.
  • the resistance value of the electric field shielding layer 17 is 12000 ⁇ / m or less, reflection attenuation and insertion loss can be suppressed even when a signal having a frequency of 1.5 GHz propagates.
  • the material and thickness of the electric field shielding layer 17 are preferably selected so that the resistance value of the electric field shielding layer 17 is 6000 ⁇ / m or less, as shown in FIGS.
  • the resistance value of the electric field shielding layer 17 is 6000 ⁇ / m or less, reflection attenuation and insertion loss can be suppressed even when a signal having a frequency of 3 GHz propagates.
  • the thickness of the electric field shielding layer 17 is preferably set to 0.3 mm or less. Even when the thickness of the electric field shielding layer 17 formed of aluminum is 0.3 mm or less, a conductor having a size of 38 AWG is used as the inner conductor 11 and a tape material 15 having a width of 1.5 mm is used. The resistance value of the electric field shielding layer 17 can be made smaller than 500 ⁇ . When copper is used as the material for the electric field shielding layer 17, the thickness of the electric field shielding layer 17 is preferably 0.2 mm or less.
  • a conductor having a size of 38 AWG is used as the inner conductor 11 by making the thickness of the electric field shielding layer 17 formed of copper 0.2 mm or less.
  • the resistance value of the electric field shielding layer 17 can be made smaller than 500 ⁇ .
  • the reflection loss and insertion loss were measured by changing the frequency of the transmission signals of the seven coaxial cables formed so that the characteristic impedances were substantially equal.
  • Sample 1 is a silver-plated copper alloy wire having a diameter of 60 ⁇ m as an internal conductor.
  • PFA having an outer diameter of 150 ⁇ m is used as the dielectric layer, and 18 outer conductor conductors are horizontally wound around the outer peripheral surface of the dielectric layer without an electric field shielding layer.
  • the conductor for the outer conductor is a silver-plated copper alloy wire having a diameter of 30 ⁇ m.
  • the sheath covering the conductor for the outer conductor is PFA having a thickness of 30 ⁇ m.
  • Sample 2 is an Alpet to which an aluminum foil having a thickness of 3 ⁇ m is bonded, disposed between the dielectric layer of Sample 1 and the conductor for the outer conductor, and Sample 3 is formed by depositing copper having a thickness of 0.13 ⁇ m.
  • the tape material is disposed between the dielectric layer of Sample 1 and the outer conductor conductor.
  • Sample 4 is a tape material on which copper having a thickness of 0.05 ⁇ m is deposited between the dielectric layer of Sample 1 and the conductor for the outer conductor, and Sample 5 is deposited by aluminum having a thickness of 0.055 ⁇ m.
  • the tape material thus prepared is arranged between the dielectric layer of Sample 1 and the outer conductor conductor.
  • Sample 6 is a tape material on which aluminum having a thickness of 0.035 ⁇ m is vapor-deposited between the dielectric layer of sample 1 and the conductor for the outer conductor, and sample 7 is vapor-deposited with aluminum having a thickness of 0.02 ⁇ m.
  • the tape material thus prepared is arranged between the dielectric layer of Sample 1 and the outer conductor conductor.
  • Table 1 shows the characteristic impedance, resistance value, and deposited metal film thickness of Samples 1-7.
  • Sample 1 does not have an electric field shielding layer
  • the resistance value of the electric field shielding layer of Sample 2 is 25 ⁇ / m
  • the resistance value of the electric field shielding layer of Sample 3 is 250 ⁇ / m.
  • the film thickness of the electric field shielding layer of sample 2 is 3 ⁇ m
  • the film thickness of the electric field shielding layer of sample 3 is 0.13 ⁇ m.
  • the resistance value of the electric field shielding layer of Sample 4 is 800 ⁇ / m
  • the resistance value of the electric field shielding layer of Sample 5 is 3 k ⁇ / m
  • the resistance value of the electric field shielding layer of Sample 6 is 6 k ⁇ / m
  • Sample 7 The resistance value of the electric field shielding layer is 12 k ⁇ / m.
  • the film thickness of the electric field shielding layer of sample 4 is 0.05 ⁇ m
  • the film thickness of the electric field shielding layer of sample 5 is 0.055 ⁇ m
  • the film thickness of the electric field shielding layer of sample 6 is 0.035 ⁇ m
  • the film thickness of the electric field shielding layer of Sample 7 is 0.02 ⁇ m.
  • the return loss of samples 1 to 7 was measured with a vector network analyzer.
  • FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the transmission signal frequency of samples 1 to 7 and the return loss.
  • the horizontal axis in FIG. 4 indicates the frequency of the transmission signal, and the vertical axis indicates the return loss.
  • the solid line indicated by the arrow 1 indicates the sample 1
  • the broken line indicated by the arrow 2 indicates the sample 2
  • the alternate long and short dash line indicated by the arrow 3 indicates the sample 3.
  • the solid line indicated by the arrow 4 indicates the sample 4
  • the broken line indicated by the arrow 5 indicates the sample 5
  • the alternate long and short dash line indicated by the arrow 6 indicates the sample 6
  • the two-dot chain line indicated by the arrow 7 indicates the sample 7. Indicates.
  • the samples 2 to 7 having the electric field shielding layer have a smaller return loss than the sample 1 having no electric field shielding layer.
  • the reflection attenuation amounts of the samples 2 and 3 in which the resistance values of the electric field shielding layer are 25 ⁇ / m and 250 ⁇ / m are the reflection attenuation of the sample 1 that does not have the electric field shielding layer. It is almost equal to the amount.
  • the return loss of Samples 4 to 7 having a resistance value of the electric field shielding layer exceeding 800 ⁇ / m is smaller than the return loss of Sample 1 having no electric field shielding layer, regardless of the frequency of the transmission signal.
  • FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the transmission signal frequency of samples 1 to 7 and the insertion loss.
  • the horizontal axis in FIG. 5 indicates the frequency of the transmission signal, and the vertical axis indicates the insertion loss.
  • the solid line indicated by the arrow 1 indicates the sample 1
  • the broken line indicated by the arrow 2 indicates the sample 2
  • the alternate long and short dash line indicated by the arrow 3 indicates the sample 3.
  • the solid line indicated by the arrow 4 indicates the sample 4
  • the broken line indicated by the arrow 5 indicates the sample 5
  • the alternate long and short dash line indicated by the arrow 6 indicates the sample 6
  • the two-dot chain line indicated by the arrow 7 indicates the sample 7. Indicates.
  • the insertion loss of the sample 4 in which the resistance value of the electric field shielding layer is 800 ⁇ / m is smaller than the insertion loss of the sample 1 having no electric field shielding layer.
  • the insertion loss of the sample 4 is substantially equal to the insertion loss of the sample 1 having no electric field shielding layer.
  • the insertion loss of Samples 5 to 7 in which the resistance value of the electric field shielding layer exceeds 3 k ⁇ / m is smaller than the insertion loss of Sample 1 that does not have the electric field shielding layer, regardless of the frequency of the transmission signal.
  • FIG. 6 is a graph showing the relationship between the resistance values of the electric field blocking layers of Samples 2 to 4 and the reduction rate of insertion loss.
  • the horizontal axis of FIG. 6 shows the resistance value of the electric field blocking layer, and the vertical axis shows the reduction rate of the insertion loss of each sample with respect to the insertion loss of the sample 1 having no electric field blocking layer.
  • a point indicated by reference numeral 2 indicates the sample 2
  • a point indicated by reference numeral 3 indicates the sample 3
  • a point indicated by reference numeral 3 indicates the sample 4.
  • the reduction rate of the insertion loss in FIG. 6 is calculated based on the average value of the insertion loss at a plurality of frequencies in the frequency range lower than 1.5 GHz used for generating the graph of FIG.
  • the reduction rate of the insertion loss of the sample 2 indicates the ratio of the average value of the insertion loss at the plurality of frequencies of the sample 2 to the average value of the insertion loss at the plurality of frequencies of the sample 1.
  • the two-dot chain line is an approximate straight line calculated from the reduction rate of the insertion loss of each sample.
  • Each of the coaxial cables of Samples 8 to 10 has the same configuration as Sample 1 having no electric field shielding layer, except for the diameter of the conductor for the outer conductor.
  • the ratio of the outer diameter of the dielectric layer of the sample 8 to the diameter of the conductor for the outer conductor is 3: 1, and the ratio of the outer diameter of the dielectric layer of the sample 8 to the diameter of the conductor for the outer conductor is 5: 1. Yes, the ratio of the outer diameter of the dielectric layer of the sample 8 to the diameter of the outer conductor conducting wire is 7: 1.
  • FIG. 7 is a graph showing the return loss reduction rate of samples 8-10.
  • the horizontal axis of FIG. 7 shows the ratio between the outer diameter of the dielectric layer and the diameter of the conductor for the outer conductor, and the vertical axis shows the return loss reduction rate.
  • a point indicated by reference numeral 8 indicates the sample 8
  • a point indicated by reference numeral 9 indicates the sample 9
  • a point indicated by reference numeral 10 indicates the sample 10.
  • the return loss of Samples 8 to 10 indicates the influence of the reflected wave generated by the gap formed between the dielectric layer and the outer conductor conductor. From FIG. 7, when the ratio between the outer diameter of the dielectric layer and the diameter of the conductor for the outer conductor is about 10: 1, the amount of reflected wave attenuation caused by the gap formed between the dielectric layer and the conductor for the outer conductor is Estimated to be negligible.

Abstract

【課題】良好な電気特性を有し且つ良好な耐摺動特性を有する同軸多心ケーブルを提供する。 【解決手段】同軸ケーブル１は、内部導体１１と、内部導体１１の外周面に配置された誘電体層１２と、帯状のベース１６及びベース１６の一方の表面に配置される電界遮蔽層１７を有し、誘電体層１２の外周面に沿ってベース１６が誘電体層１２に接触するように巻回されたテープ材１５と、電界遮蔽層１７に少なくとも一部が接するように配置された複数の外部導体用導線１３とを有し、電界遮蔽層１７の抵抗値は、５００Ω／ｍ以上であることを特徴とする。

Description

同軸ケーブル
　本発明は同軸ケーブルに関し、より詳細には、極細の同軸ケーブルに関する。
　内視鏡や超音波プローブケーブルなどの医療用ケーブルの信号線等として極細の同軸ケーブルを使用して、高周波信号を極細の伝送路で伝送することが知られている。同軸ケーブルは、内部導体と、内部導体の外周面に配置される誘電体層と、誘電体層の外周面に配置される外部導体とで構成される。通常、同軸ケーブルを使用するとき、外部導体は、同軸ケーブルの端部で接地される。同軸ケーブルの外部導体は、複数の外部導体用導線が編み込まれて編組されて形成されるか、又は複数の外部導体用導線が螺旋状に巻回されて横巻されて形成される。編組又は横巻されて形成された外部導体は、内部導体の外周面に配置される誘電体層の外周面に沿って配置される。医療用ケーブルに用いられる同軸ケーブルは、その用途から、特性として耐屈曲性が要求され、さらに取り扱い性の向上のためより細径化が求められている。そこで同軸ケーブルの伝送特性を低下させずにさらに細径化する検討がなされてきた。
　特許文献１には、極細の同軸ケーブルの編組又は横巻されて形成された外部導体の代わりに誘電体層の外周面に金属層を形成することで、シールドの厚みが薄いにもかかわらずシールド性能が良い極細同軸ケーブルを提供できることが記載されている。特許文献１に記載された同軸ケーブルの金属層は、蒸着又はメッキにより形成され、０．１μｍ～２０μｍの厚さを有する。
　特許文献１に記載された同軸ケーブルでは、外部導体を金属蒸着などで形成することにより、シールド性能を低下させずに外部導体用導線の径の分ケーブル径を細くすることが可能となる。しかしながら、特許文献１に記載された同軸ケーブルでは、同軸ケーブルが屈曲動作を繰り返すと、誘電体層の外周面に形成された金属層に亀裂が生じて、同軸ケーブルの伝送特性は悪化するおそれがある。すなわち、特許文献１に記載された同軸ケーブルでは、十分な耐屈曲性が得られないという問題がある。
　また、プラスチィックテープの一方の表面に金属層が形成された金属層付きのテープを誘電体層の外周面に配置した同軸ケーブルが知られている。同軸ケーブルにおいて、誘電体層の外径が大きい場合には、誘電体と外部導体用導線との空隙部分と、誘電体とを含む実効誘電体の外形は、内部導体と同軸の略円筒形であると見なすことができる。しかしながら、細径化のため同軸ケーブルの外径を細くしていき、極細ケーブルと呼ばれる範囲になると、前述の実効誘電体の外形は、略円筒形であると見なすことができなくなる。そのため伝送特性が悪化するおそれがある。特許文献２に記載される同軸ケーブルは、誘電体層の表面に金属層を配置するように誘電体層の外周面に沿って巻回された金属層付きプラスチィックテープと、金属層付きプラスチックテープの外周面に配置された複数の外部導体用導線とを有する。特許文献２に記載される同軸ケーブルは、金属層付きプラスチックテープの金属層により、誘電体と外部導体用導線との空隙部分と、誘電体とを合わせた実効誘電体の外形が略円筒形に補正されるので、上述の伝送特性の悪化の問題については抑制することができると考えられる。
　特許文献２の段落〔０００６〕には、「銅や銀からなる金属層による十分な表皮効果を得るためには、１ＧＨｚの高周波では少なくとも２μｍ，５ＧＨｚの高周波では少なくとも１μｍの厚さが必要であるが、蒸着による方法では金属層の厚さを厚くすることが困難であり、十分な電気特性を発揮できないといった不都合がある」ことが記載されている。特許文献２に記載される同軸ケーブルの金属層の厚さが厚くされているのは、金属層付きプラスチックテープの金属層を導体として機能させるためである。このため、特許文献２では、同軸ケーブルの金属層付きプラスチックテープの金属層の厚さは、１μｍより厚く４μｍ以下の厚さとしている。
　また、特許文献２の段落〔００１３〕には、「発明を適用する同軸ケーブルとしては内部導体サイズが４０ＡＷＧ～２８ＡＷＧ（外径約０．０８～０．３２ｍｍ）のものが好ましい」ことが記載されている。
　一般に、内部導体サイズが３２ＡＷＧ以上のケーブルは細径ケーブル、内部導体サイズが３８ＡＷＧ以上のケーブルは極細ケーブルと呼ばれる。
特開２００６－４０８０６号公報 特開２００３－２５７２５７号公報
　特許文献２に記載されるような構造の同軸ケーブルでは、金蔵層付きプラスチックテープの金属層が厚く、抵抗値が低いため導体として機能する。この同軸ケーブルで高周波信号を伝送する場合、表皮効果によって、伝送信号は、複数の導線で形成される外部導体ではなく、外部導体の内側に配置される金属層付きプラスチックテープの金属層を流れることになる。伝送信号が、より抵抗値が低い外部導体ではなく金属層付きプラスチックテープの金属層を流れることにより、抵抗損による信号伝送の損失が増加するおそれがある。
　特許文献２に記載されるような構造の同軸ケーブルの信号伝送の損失を低くするために、金属層付きプラスチックテープの金属層の膜厚をさらに厚くして、その抵抗値を小さくすることが考えられる。しかしながら、金属層付きプラスチックテープの金属層の膜厚を厚くすると、同軸ケーブルの可撓性と耐久性が低下するおそれがある。
　また、極細の同軸ケーブルにおいて、外部導体に信号が流れるようにするため、誘電体層と外部導体との間に金属層を配置しない場合、誘電体層と外部導体との間に形成される空隙による伝送特性の悪化が問題になる。すなわち、極細の同軸ケーブルでは、外部導体用導線の口径と誘電体層の外径との差が小さくなり、誘電体層と外部導体用導線との間に形成される空隙を含む実効的な誘電体形状が略円筒形ではなくなり、空隙に充填される空気の誘電率と誘電体層を形成する材料の誘電率との差により反射が生じるため、同軸ケーブルの伝送特性が悪化するおそれがある。
　そこで、本発明は、高周波信号を伝送した場合でも、挿入損失が低く且つ伝送特性が悪化するおそれがない極細同軸ケーブルを提供することを目的とする。
　本発明に係る同軸ケーブルは、内部導体と、内部導体の外周面に配置された誘電体層と、帯状のベース及びベースの一方の表面に配置される電界遮蔽層を有し、誘電体層の外周面に沿ってベースが誘電体層に接触するように巻回されたテープ材と、電界遮蔽層に少なくとも一部が接するように配置された複数の外部導体用導線と、を有し、電界遮蔽層の抵抗値は、５００Ω／ｍ以上である。
　本発明に係る同軸ケーブルの電界遮蔽層の抵抗値は５００Ω／ｍ以上なので、高周波信号を伝送した場合でも導体として機能せず、表皮効果によって電界遮蔽層に伝送信号が流れることを抑制し、伝送信号はそのほとんどが電界遮蔽層に接する外部導体用導線を流れることになる。その結果、電界遮蔽層は外部導体として機能しないことになる。そのため、電界遮蔽層に信号が流れる時の、電界遮蔽層の抵抗成分による伝送信号の損失を抑制できる。また、本発明に係る同軸ケーブルでは、誘電体層と外部導体との間に配置される電界遮蔽層は非常に薄く、抵抗値を非常に大きくしているため伝送信号が流れることはほとんどないが、誘電体層上に外部導体用導線が接するように配置され、先述の誘電体層と外部導体用導線との間に形成される空隙を含む実効的な誘電体形状を円筒形に補正する機能を発現することが可能である。それにより、誘電体層と外部導体との間に形成される空隙の影響は受けずに、良好な伝送特性が得られる。
　さらに、本発明に係る同軸ケーブルの電界遮蔽層の抵抗値は、１２ｋΩ／ｍ以下であることが好ましい。
　本発明に係る同軸ケーブルの電界遮蔽層の抵抗値が１２ｋΩ／ｍ以下であるので、実効誘電体の形状を円筒形に補正する機能を発現し、誘電体層と外部導体との間に形成される空隙の影響を抑制できる。
　さらに、本発明に係る同軸ケーブルの電界遮蔽層の厚さは、０．０２μｍ以上０．３μｍ以下であることが好ましい。
　本発明に係る同軸ケーブルの電界遮蔽層の厚さは０．０２μｍ以上なので、電界遮蔽層全体に亘って略均一の厚さとすることができる。また、本発明に係る同軸ケーブルの電界遮蔽層の厚さは０．３μｍ以下なので、３８ＡＷＧ以上の極細の導線を内部導体として使用する場合に電界遮蔽層に信号が流れることは無く、表皮効果によって外部導体に信号が流れるため、電界遮蔽層の抵抗成分による信号の損失が生じることがない。
　これに対し、引用文献１に記載される同軸ケーブルは、誘電体層の外周に設けた金属層厚を０．１μｍ～２０μｍとしているが金属層厚の詳細についての記載はなく、塗布またはメッキなどで作成された金属層単独で十分な電気特性を得るためには 1μｍ～４μｍ程度の金属層厚が必要であるため、実質的な金属層厚は１～４μｍ以上であると考えられる。また先述のように、引用文献２に記載される同軸ケーブルも金属層の厚さを１μｍより厚く４μｍ以下の厚さとしている。
　さらに、本発明に係る同軸ケーブルの複数の外部導体用導線は、横巻されることが好ましい。
　本発明に係る同軸ケーブルの複数の外部導体用導線は横巻されるので、複数の外部導体用導線が編組される場合と比較して、同軸ケーブルの口径を小さくすることができる。また、複数の外部導体用導線が編組される場合と比較して、本発明に係る同軸ケーブルは高い可撓性を有することができる。
　さらに、本発明に係る同軸ケーブルの複数の外部導体用導線の横巻方向は、テープ材が巻回させる方向と同一方向であることが好ましい。
　本発明に係る同軸ケーブルの複数の外部導体用導線の横巻方向がテープ材が巻回させる方向と同一方向であるので、本発明に係る同軸ケーブルは高い可撓性を有し、電界遮蔽層と外部導体用導線との間の空隙を小さくすることができる。
　本発明によれば、高周波信号を伝送した場合でも、挿入損失が低く且つ伝送特性が悪化するおそれがない極細同軸ケーブルを提供することが可能となった。
（ａ）は従来の同軸ケーブルの一例の長手方向に垂直な断面の断面図であり、（ｂ）は従来の同軸ケーブルを極細ケーブルの径で作成したときの長手方向に垂直な断面の断面図であり、（ｃ）は（ｂ）に示す同軸ケーブルの誘電体層部分の拡大断面図である。 実施形態に係る同軸ケーブルの長手方向に垂直な断面の断面図である。 電界遮蔽層の抵抗値を演算するときに使用される定数を概略的に示す図である。 伝送信号周波数と反射減衰量との関係を示す図である。 伝送信号周波数と挿入損失との関係を示す図である。 電界遮断層の抵抗値と挿入損失の低減率との関係を示す図である。 誘電体層の外径と外部導体用導線の口径との比と反射減衰量低減率との関係を示す図である。
　以下図面を参照して、本発明に係る同軸ケーブルについて説明する。但し、本発明の技術的範囲はそれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明との均等物に及ぶ点に留意されたい。
　本発明に係る同軸ケーブルについて説明する前に、従来のケーブルの課題についてより詳細に説明する。
　図１（ａ）は従来の同軸ケーブルの一例の長手方向に垂直な断面の断面図であり、図１（ｂ）は従来の同軸ケーブルを極細ケーブルの径で作成したときの長手方向に垂直な断面の断面図であり、図１（ｃ）は図１（ｂ）に示す同軸ケーブルの部分拡大断面図である。
　同軸ケーブル１０１は、内部導体１１１と、内部導体１１１の外周面に配置された誘電体層１１２と、誘電体層１１２の外周面に配置された複数の外部導体用導線１１３と、複数の外部導体用導線１１３を覆うように配置されるシース１１４とを有する。同軸ケーブル１０１は、従来の同軸ケーブルの一例の構造を示しており、誘電体層上に金属層を設けず、直接外部導体を横巻で配置している。同軸ケーブル１０１の口径はＡで示され、誘電体層１１２の口径はＢで示される。複数の外部導体用導線１１３の口径はＣで示され、一例では、複数の外部導体用導線１１３の口径は３０μｍである。
　同軸ケーブル１０２は、内部導体１２１と、内部導体１２１の外周面に配置された誘電体層１２２と、誘電体層１２２の外周面に配置された複数の外部導体用導線１２３と、複数の外部導体用導線１２３を覆うように配置されるシース１２４とを有する。同軸ケーブル１０２は、同軸ケーブル１０１を細径化し極細同軸ケーブルとした構造を示しており、誘電体層上に金属層を設けず、直接外部導体が横巻で配置されている。同軸ケーブル１０２の口径はＤで示され、誘電体層１２２の口径はＥで示される。複数の外部導体用導線１２３の口径はＣで示され、同軸ケーブル１０１の複数の外部導体用導線１１３の口径と等しい。
　同軸ケーブル１０２の口径Ｄは、細径化されて同軸ケーブル１０１の口径Ａの略１／５になっている。同軸ケーブル１０１と、ケーブル径が細くなった同軸ケーブル１０２とで、製造上の問題などにより、外部導体用導線には略同一口径の導体を使用することが多い。略同一口径の導体を外部導体を形成する複数の外部導体用導線として使用した場合、同軸ケーブルの口径が大きい時には、誘電体径に対して外部導体用導線の径が十分に小さく、外部導体用導線と誘電体との間に形成される空隙は無視できるが、同軸ケーブルの口径が細くなると、誘電体径と外部導体用導線の径が近くなり、複数の外部導体用導線と誘電体との間に形成される空隙の影響が無視できなくなる。
　図１（ａ）において矢印Ｆで示される同軸ケーブル１０１の空隙の合計の大きさの誘電体層１１２の断面積に対する割合は、２％程度である。一方、図１（ｃ）の拡大断面図に示すように、図１（ｂ）において矢印Ｇで示される同軸ケーブル１０２の空隙の合計の大きさの誘電体層１２２の断面積に対する割合は、８％程度である。このように、同軸ケーブル１０２では、同軸ケーブル１０１と比較して、空隙の合計の大きさの誘電体層の断面積に対する割合が４倍にも増加することになる。
　同軸ケーブルが極細化し、複数の外部導体用導線と誘電体との間に形成される空隙の大きさの誘電体層の断面積に対する割合が大きくなると、複数の外部導体用導線と誘電体層との間に形成される空隙の影響は無視できなくなり、誘電体層と外部導体との間に形成される空隙を含む実効的な誘電体外形が略円筒形ではなく、図１（ｃ）に示されるようにいびつな形となる。その結果、同軸ケーブルの伝送特性が悪化する問題が生じる。
　そこで、引用文献１及び２に記載のような、誘電体層上に金属層を配置した構造で、複数の外部導体用導線と誘電体との間に形成される空隙の影響は排除できると考えられる。
　しかしながら、先述のように、引用文献２に記載される同軸ケーブルの金属層は導体として機能するための十分な厚さを有し、高周波信号を伝送する場合、表皮効果によって、伝送信号が外部導体の内側に配置される金属層付きプラスチックテープの金属層を流れることになる。金属層付きプラスチックテープの金属層の抵抗値は、導体として機能するには高いため、伝送信号が外部導体ではなく、金属層付きプラスチックテープの金属層を流れることにより、信号伝送時の抵抗損による伝送信号の損失が増加するおそれがある。
　特許文献２に記載されるような構造の同軸ケーブルの信号伝送の損失を改善するために、金属層付きプラスチックテープの金属層の膜厚をさらに厚くした場合には、先述のように同軸ケーブルの可撓性と耐久性が低下し、同軸ケーブルが屈曲動作を繰り返すと、金属層付きプラスチックテープの金属層に亀裂が生じてシールド効果が低下するおそれがある。
　本発明の発明者は、複数の外部導体用導線と誘電体との間に配置される金属層の抵抗値を非常に大きくすると、金属層が導体として機能しないことに着目した。すなわち、本発明の発明者は、複数の外部導体用導線と誘電体との間に配置される金属層を非常に薄くし、その抵抗値を非常に大きくして、金属層に流れる伝送信号を抑制することにより、伝送信号の反射及び損失を抑制できることを見出した。
　本発明によれば、複数の外部導体用導線と誘電体との間に配置される金属層の抵抗値を非常に大きくすることにより、伝送信号が高周波の場合でも、金属層ではなく、抵抗値が小さい外部導体用導線に伝送信号を流すことにより伝送信号の反射及び損失を抑制することが可能になる。
　本発明は、複数の外部導体用導線と誘電体層との間に、導体として機能しない高さの抵抗値を有する金属層である電界遮蔽層を配置することによって、実効的な誘電体の外形を略円筒形に補正して伝送信号の反射及び損失が少ない同軸ケーブルを提供するものである。
　図２は、実施形態に係る同軸ケーブルの長手方向に垂直な断面の断面図である。
　同軸ケーブル１は、内部導体１１と、誘電体層１２と、複数の外部導体用導線１３と、シース１４と、誘電体層１２の外周面に沿って巻回されたテープ材１５とを有する。テープ材１５は、誘電体層に接触するように巻回されたベース１６と、ベース１６の外側面に蒸着され、外周面が複数の外部導体用導線１３に接触する電界遮蔽層１７とを有する。
　内部導体１１は、撚り合わされた複数の銀めっき銅合金線を有する。内部導体１１は、銀めっき銅合金線で形成されるが、錫めっき銅、銀めっき銅、粗銅などで形成してもよい。一例では、内部導体１１の口径は、６０μｍである。
　誘電体層１２は、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）で形成され、内部導体１１の外周面に配置される。一例では、誘電体層１２の外径は、１５０μｍである。誘電体層１２は、ポリエチレン又はポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、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・エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）など他の樹脂で形成してもよい。
　複数の外部導体用導線１３はそれぞれ、銀めっき銅合金線で構成され、電界遮蔽層１７の外周面に少なくとも一部が接するように、テープ材１５が巻回される方向と同一方向に横巻きされる。複数の外部導体用導線１３はそれぞれ、信号伝送時に帰路として機能する。一例では、複数の外部導体用導線１３の口径はそれぞれ、３０μｍである。複数の外部導体用導線１３はそれぞれ、銀めっき銅合金線で形成されるが、錫めっき銅、銀めっき銅、粗銅などで形成してもよい。
　シース１４は、ＰＦＡで構成され、複数の外部導体用導線１３の外周面に配置される保護被膜層である。一例では、シース１４の厚さは、３０μｍである。
　ベース１６は、一方の面に電界遮蔽層が蒸着形成された帯状のポリエステルフィルムであり、電界遮蔽層が蒸着形成された面を外側に向けて、幅方向の端部が重なるように誘電体層１２の外周面に沿って巻回されている。一例では、ベース１６の幅は０．６ｍｍであり厚さは４μｍ、蒸着形成された電界遮蔽層１７の膜厚は、０．１μｍである。
　電界遮蔽層１７は、ベース１６の一方の表面に蒸着形成されたアルミニウム又は銅等の金属である。電界遮蔽層１７の外周面には、複数の外部導体用導線１３が少なくとも一部が電界遮蔽層１７の外周面に接するように横巻きされている。電界遮蔽層１７は、全体に亘って厚さが均一になるように形成されており、電界遮蔽層１７の厚さは、高周波信号が伝送された場合でも表皮効果が発現しない５００Ω／ｍ以上の抵抗値となるように選択される。
　電界遮蔽層１７の膜厚は、同軸ケーブル１の長手方向に垂直な断面における電界遮蔽層１７の断面の平均膜厚として規定される。
　電界遮蔽層１７の抵抗値は、誘電体層１２からテープ材１５を適当な長さに亘って剥がして、剥がしたテープ材１５の一方の表面に配置される電界遮蔽層１７の両端の間の抵抗値を実測することにより単位長さ当たりの抵抗値として規定される。
　また、電界遮蔽層１７の抵抗値Ｒ〔Ω／ｍ〕は、
　Ｒ　＝　ｋ・ρ・Ｌ／（ＷO・Ｍt)
　から演算してもよい。ここで、ｋは、電界遮蔽層が蒸着生成される場合に、電界遮蔽層を形成する金属の抵抗率ρ〔Ω／ｍ〕を補正する係数である。例えば、アルミ蒸着の場合、ｋは２．５であり、銅蒸着の場合、ｋは１．２５である。Ｌ〔ｍ〕は、同軸ケーブル１の１〔ｍ〕当たりのテープ材１５の長さであり、
　Ｌ　＝　ｌ・１０-3／Ｐ
　で示される。ここで、ｌ〔ｍｍ〕は、誘電体層１２の外周面に沿ってテープ材１５が１周巻回されたときのテープ材１５の長さであり、
　ｌ　＝πＤ／ｓｉｎθ
　で示される。ここで、Ｄ〔ｍｍ〕は誘電体層１２の口径Ｄo〔ｍｍ〕とテープ材１５の厚さｔ〔ｍｍ〕との和であり、θはテープ材１５が誘電体層１２の外周面に巻回されるときの角度である。
　Ｐ〔ｍｍ〕はテープ材１５が誘電体層１２の外周面に巻回されるときのピッチであり、
　Ｐ　＝πＤ／ｔａｎθ
で示される。
　ＷO〔ｍｍ〕はテープ材１５の幅であり、Ｍt〔ｍｍ〕は電界遮蔽層１７の厚さである。テープ材１５の幅ＷOは、
　ＷO　＝Ｗ・Ｗr
　で示される。ここで、Ｗ〔ｍｍ〕はテープ材１５の実効幅であり、
　Ｗ　＝πＤ・ｃｏｓθ
　で示される。Ｗrはテープ材１５のラップ数である。ラップ数は、１．１～１．３程度である。
　図３（ａ）及び３（ｂ）はそれぞれ、電界遮蔽層１７の抵抗値Ｒ〔Ω／ｍ〕を演算するときに使用される定数を概略的に示す図である。
　図３において、Ｄo〔ｍｍ〕は誘電体層１２の口径であり、ｔ〔ｍｍ〕はテープ材１５の厚さであり、Ｄ〔ｍｍ〕はＤoとｔとの和であり、θはテープ材１５が誘電体層１２の外周面に巻回されるときの角度であり、ＷO〔ｍｍ〕はテープ材１５の幅である。また、Ｗ〔ｍｍ〕はテープ材１５の実効幅であり、Ｐ〔ｍｍ〕はテープ材１５が誘電体層１２の外周面に巻回されるときのピッチである。
　同軸ケーブル１では、誘電体層１２と複数の外部導体用導線１３との間に電界遮蔽層１７が配置されるため、実効的な誘電体形状は電界遮蔽層に囲まれた略円筒形となる。同軸ケーブル１では、誘電体層１２と複数の外部導体用導線１３との間に形成される空隙による伝送信号の反射及び損失を防止することができる。
　また、同軸ケーブル１では、電界遮蔽層１７の厚さは導体として機能しないような抵抗値となるように選択されるので、高周波信号が伝送された場合でも電界遮蔽層１７に伝送信号が流れることによる伝送信号の抵抗損による伝送信号の損失の増加を抑制することができる。
　また、同軸ケーブル１では、複数の外部導体用導線１３は、電界遮蔽層１７が配置されるテープ材１５が巻回される方向と同一方向に横巻きされるので、口径を小さくし且つ高い可撓性を有することができる。
　誘電体層１２の外径と複数の外部導体用導線１３の口径との比は、１：１～１０：１の間となることが好ましい。複数の外部導体用導線１３の口径が誘電体層１２の外径より大きくなると、複数の外部導体用導線１３を誘電体層１２の外周に均一に横巻きすることが難しくなる上に、外部導体用導線１３の口径が大きくなることにより同軸ケーブル１の口径が増加することになる。
　誘電体層１２の外径を３００μｍよりも大きくし、又は複数の外部導体用導線１３の口径を３０μｍよりも小さくすると、複数の外部導体用導線１３の口径が誘電体層１２の外径の１０分の１より小さくなる。複数の外部導体用導線１３の口径が誘電体層１２の外径の１０分の１より小さくなると、複数の外部導体用導線１３と誘電体層１２との間に形成される空隙の大きさの誘電体層の断面積に対する割合が２％程度になる。複数の外部導体用導線１３と誘電体層１２との間に形成される空隙の大きさの誘電体層の断面積に対する割合が２％程度より小さくなると、空隙による伝送信号の反射が伝送信号に与える影響が小さくなるので、電界遮蔽層１７を配置することによる効果は小さくなる。
　複数の外部導体用導線１３はテープ材１５が巻回される方向と同一方向に横巻きされているが、複数の外部導体用導線１３はテープ材１５が巻回される方向と反対方向に横巻きされてもよい。また、複数の外部導体用導線１３は横巻きされているが、複数の外部導体用導線は編組されてもよい。
　また、同軸ケーブル１の複数の外部導体用導線１３の口径は３０μｍであるが、複数の外部導体用導線１３の口径は、同軸ケーブル１の可撓性に影響を与えず且つ同軸ケーブル１の口径を必要以上に大きくしない範囲で３０μｍよりも大きくてもよい。また、同軸ケーブル１の誘電体を細くした場合など、誘電体径とのバランス及び外径増加を抑える目的などにより、複数の外部導体用導線１３の口径は３０μｍよりも小さくしてもよい。
　また、電界遮蔽層１７の厚さは、０．０２μｍ以上０．３μｍ以下であることが好ましい。電界遮蔽層１７の厚さが０．０２μｍよりも薄くなると、均一な厚さを有する電界遮蔽層を製造することが難しくなり製造コストが上昇するおそれがある。電界遮蔽層１７の厚さが０．３μｍよりも厚くなると、鉄など抵抗率が高い金属で電界遮蔽層１７を形成した場合でも、電界遮蔽層１７が外部導体として機能し、表皮効果によって電界遮蔽層に信号が流れることにより抵抗損による損失が増加するおそれがある。
　また、電界遮蔽層１７の材料及び厚さは、図４及び図５に示される反射減衰量と挿入損失の実測値と、図６に示される挿入損失低減率の理論値とから、５００Ω／ｍ以上になるように選択されることが好ましい。電界遮蔽層１７の抵抗値を５００Ω／ｍ以上にすると、周波数が１．５ＧＨｚである信号が伝播した場合でも反射減衰及び挿入損失を抑制することができる。
　また、電界遮蔽層１７の材料及び厚さは、図４及び図５に示されるように、電界遮蔽層１７の抵抗値が８００Ω／ｍ以上になるように選択されることが好ましい。電界遮蔽層１７の抵抗値が８００Ω／ｍ以上にすると、周波数が３ＧＨｚである信号が伝搬した場合でも反射減衰及び挿入損失を抑制することができる。
　また、電界遮蔽層１７の材料及び厚さは、図４及び図５に示されるように、電界遮蔽層１７の抵抗値が１２０００Ω／ｍ以下になるように選択されることが好ましい。電界遮蔽層１７の抵抗値が１２０００Ω／ｍ以下にすると、周波数が１．５ＧＨｚである信号が伝搬した場合でも、反射減衰及び挿入損失を抑制することができる。
　また、電界遮蔽層１７の材料及び厚さは、図４及び図５に示されるように、電界遮蔽層１７の抵抗値が６０００Ω／ｍ以下になるように選択されることが好ましい。電界遮蔽層１７の抵抗値が６０００Ω／ｍ以下にすると、周波数が３ＧＨｚである信号が伝搬した場合でも、反射減衰及び挿入損失を抑制することができる。
　また、電界遮蔽層１７の材料としてアルミニウムを採用する場合、電界遮蔽層１７の厚さは、０．３ｍｍ以下にすることが好ましい。アルミニウムで形成される電界遮蔽層１７の厚さを０．３ｍｍ以下にすることにより、サイズが３８ＡＷＧの導体を内部導体１１として使用し、幅が１．５ｍｍのテープ材１５を使用した場合でも、電界遮蔽層１７の抵抗値は５００Ωより小さくできる。また、電界遮蔽層１７の材料として銅を採用する場合、電界遮蔽層１７の厚さは、０．２ｍｍ以下にすることが好ましい。銅で形成される電界遮蔽層１７の厚さを０．２ｍｍ以下にすることにより、サイズが３８ＡＷＧの導体を内部導体１１として使用し、幅が１．５ｍｍのテープ材１５を使用した場合でも、電界遮蔽層１７の抵抗値は５００Ωより小さくできる。
　特性インピーダンスが略等しくなるように形成された７つの同軸ケーブルの伝送信号の周波数を変化させて反射減衰量及び挿入損失量を測定した。
　試料１は、内部導体として口径が６０μｍの銀メッキ銅合金線　を使用し、誘電体層として外径が１５０μｍのＰＦＡを使用し、誘電体層の外周面に電界遮蔽層を介さずに１８本の外部導体用導線が横巻きされている。外部導体用導線は、口径が３０μｍの銀メッキ銅合金線である。外部導体用導線を覆うシースは、３０μｍの厚さを有するＰＦＡである。
　試料２は厚さ３μｍのアルミニウム箔が接着されたアルペットを試料１の誘電体層と外部導体用導線との間に配置したものであり、試料３は厚さ０．１３μｍの銅が蒸着されたテープ材を試料１の誘電体層と外部導体用導線との間に配置したものである。
　試料４は厚さ０．０５μｍの銅が蒸着されたテープ材を試料１の誘電体層と外部導体用導線との間に配置したものであり、試料５は厚さ０．０５５μｍのアルミニウムが蒸着されたテープ材を試料１の誘電体層と外部導体用導線との間に配置したものである。試料６は厚さ０．０３５μｍのアルミニウが蒸着されたテープ材を試料１の誘電体層と外部導体用導線との間に配置したものであり、試料７は厚さ０．０２μｍのアルミニウムが蒸着されたテープ材を試料１の誘電体層と外部導体用導線との間に配置したものである。
　表１に試料１～７の特性インピーダンス、抵抗値及び蒸着された金属膜の膜厚を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　試料１は電界遮蔽層を有しておらず、試料２の電界遮蔽層の抵抗値は２５Ω／ｍであり、試料３の電界遮蔽層の抵抗値は２５０Ω／ｍである。また、試料２の電界遮蔽層の膜厚は３μｍであり、試料３の電界遮蔽層の膜厚は０．１３μｍである。
　試料４の電界遮蔽層の抵抗値は８００Ω／ｍであり、試料５の電界遮蔽層の抵抗値は３ｋΩ／ｍであり、試料６の電界遮蔽層の抵抗値は６ｋΩ／ｍであり、試料７の電界遮蔽層の抵抗値は１２ｋΩ／ｍである。また、試料４の電界遮蔽層の膜厚は０．０５μｍであり、試料５の電界遮蔽層の膜厚は０．０５５μｍであり、試料６の電界遮蔽層の膜厚は０．０３５μｍであり、試料７の電界遮蔽層の膜厚は０．０２μｍである。
　試料１～７の反射減衰量はベクトルネットワークアナライザにより測定した。
　図４は、試料１～７の伝送信号周波数と反射減衰量との関係を示す図である。図４の横軸は伝送信号の周波数を示し、縦軸は反射減衰量を示す。図４において、矢印１で示される実線は試料１を示し、矢印２で示される破線は試料２を示し、矢印３で示される一点鎖線は試料３を示す。また、矢印４で示される実線は試料４を示し、矢印５で示される破線は試料５を示し、矢印６で示される一点鎖線は試料６を示し、矢印７で示される二点鎖線は試料７を示す。
　伝送信号の周波数が１．５ＧＨｚより低いとき、電界遮蔽層を有しない試料１と比較して、電界遮蔽層を有する試料２～７は反射減衰量が小さくなっている。伝送信号の周波数が１．５ＧＨｚを超えると、電界遮蔽層の抵抗値がそれぞれ２５Ω／ｍ及び２５０Ω／ｍである試料２及び３の反射減衰量は、電界遮蔽層を有しない試料１の反射減衰量と略等しくなっている。一方、電界遮蔽層の抵抗値が８００Ω／ｍを超える試料４～７の反射減衰量は、伝送信号の周波数にかかわらず、電界遮蔽層を有しない試料１の反射減衰量より小さくなっている。
　図５は、試料１～７の伝送信号周波数と挿入損失との関係を示す図である。図５の横軸は伝送信号の周波数を示し、縦軸は挿入損失を示す。図５において、矢印１で示される実線は試料１を示し、矢印２で示される破線は試料２を示し、矢印３で示される一点鎖線は試料３を示す。また、矢印４で示される実線は試料４を示し、矢印５で示される破線は試料５を示し、矢印６で示される一点鎖線は試料６を示し、矢印７で示される二点鎖線は試料７を示す。
　伝送信号の周波数が１．５ＧＨｚより低いとき、電界遮蔽層の抵抗値が８００Ω／ｍである試料４の挿入損失は、電界遮蔽層を有しない試料１の挿入損失よりも小さくなっている。伝送信号の周波数が１．５ＧＨｚを超えると、試料４の挿入損失は、電界遮蔽層を有しない試料１の挿入損失と略等しくなっている。
　電界遮蔽層の抵抗値が３ｋΩ／ｍを超える試料５～７の挿入損失は、伝送信号の周波数にかかわらず、電界遮蔽層を有しない試料１の挿入損失より小さくなっている。
　図６は、試料２～４の電界遮断層の抵抗値と挿入損失の低減率との関係を示す図である。図６の横軸は電界遮断層の抵抗値を示し、縦軸は電界遮断層を有さない試料１の挿入損失に対するそれぞれの試料の挿入損失の低減率を示す。図６において、符号２で示される点は試料２を示し、符号３で示される点は試料３を示し、符号３で示される点は試料４を示す。図６の挿入損失の低減率は、図６のグラフを生成するために使用した１．５ＧＨｚより低い周波数範囲において複数の周波数における挿入損失の平均値に基づいて演算されている。例えば、試料２の挿入損失の低減率は、試料１の複数の周波数における挿入損失の平均値に対する、試料２の複数の周波数における挿入損失の平均値の割合を示す。図６において、二点鎖線はそれぞれの試料の挿入損失の低減率から演算される近似直線である。
　図６から、電界遮断層の抵抗値が４００Ω／ｍより高いとき、伝送信号の挿入損失が低減されており、例えば電界遮断層の抵抗値が５００Ω／ｍのとき、挿入損失の低減率は略２％になることが分かる。
　誘電体層の外径と外部導体用導線の口径との比が異なる同軸ケーブルの伝送信号の反射減衰量を測定した。
　試料８～１０の同軸ケーブルはそれぞれ、外部導体用導線の口径以外は、電界遮蔽層を有しない試料１と同一の構成を有する。試料８の誘電体層の外径と外部導体用導線の口径との比は３：１であり、試料８の誘電体層の外径と外部導体用導線の口径との比は５：１であり、試料８の誘電体層の外径と外部導体用導線の口径との比は７：１である。
　図７は、試料８～１０の反射減衰量低減率を示す図である。図７の横軸は誘電体層の外径と外部導体用導線の口径との比を示し、縦軸は反射減衰量低減率を示す。図７において、符号８で示される点は試料８を示し、符号９で示される点は試料９を示し、符号１０で示される点は試料１０を示す。
　試料８～１０の反射減衰量は、誘電体層と外部導体用導線との間に形成される空隙により生じる反射波の影響を示すものである。図７から誘電体層の外径と外部導体用導線の口径との比が１０：１程度になると、誘電体層と外部導体用導線との間に形成される空隙により生じる反射波減衰量は無視できる程度になると推定される。
　１、１０１、１０２　　同軸ケーブル
　１１、１１１、１２１　　内部導体
　１２、１１２、１２２　　誘電体層
　１３、１１３、１２３　　複数の外部導体用導線
　１４、１１４、１２４　　シース
　１５　　テープ材
　１６　　ベース
　１７　　電界遮蔽層

Claims (7)

  1. 　内部導体と、
    　前記内部導体の外周面に配置された誘電体層と、
    　帯状のベース及び前記ベースの一方の表面に配置される電界遮蔽層を有し、前記誘電体層の外周面に沿って前記ベースが前記誘電体層に接触するように巻回されたテープ材と、
    　前記電界遮蔽層に少なくとも一部が接するように配置された複数の外部導体用導線と、を有し、
    　前記電界遮蔽層の抵抗値は、５００Ω／ｍ以上である、ことを特徴とする同軸ケーブル。
  2. 　前記電界遮蔽層の抵抗値は、１２ｋΩ／ｍ以下である、請求項１に記載の同軸ケーブル。
  3. 　前記電界遮蔽層の厚さは、０．０２μｍ以上０．３μｍ以下である、請求項１又は２に記載の同軸ケーブル。
  4. 　前記複数の外部導体用導線は、横巻される、請求項１～３の何れか一項に記載の同軸ケーブル。
  5. 　前記複数の外部導体用導線の横巻き方向は、前記テープ材が巻回させる方向と同一方向である、請求項４に記載の同軸ケーブル。
  6. 　内部導体と、
    　前記内部導体の外周面に配置された誘電体層と、
    　帯状のベース及び前記ベースの一方の表面に配置され且つアルミニウムを含む電界遮蔽層を有し、前記誘電体層の外周面に沿って前記ベースが前記誘電体層に接触するように巻回されたテープ材と、
    　前記電界遮蔽層に少なくとも一部が接するように配置された複数の外部導体用導線と、を有し、
    　前記電界遮蔽層の膜厚は、０．３μｍ以下である、ことを特徴とする同軸ケーブル。
  7. 　内部導体と、
    　前記内部導体の外周面に配置された誘電体層と、
    　帯状のベース及び前記ベースの一方の表面に配置され且つ銅を含む電界遮蔽層を有し、前記誘電体層の外周面に沿って前記ベースが前記誘電体層に接触するように巻回されたテープ材と、
    　前記電界遮蔽層に少なくとも一部が接するように配置された複数の外部導体用導線と、を有し、
    　前記電界遮蔽層の膜厚は、０．２μｍ以下である、ことを特徴とする同軸ケーブル。
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