WO2015145537A1

WO2015145537A1 - 伝送路

Info

Publication number: WO2015145537A1
Application number: PCT/JP2014/058059
Authority: WO
Inventors: 阿部　正浩; 知之 ▲高▼原; 明成中山
Original assignee: 日立金属株式会社
Priority date: 2014-03-24
Filing date: 2014-03-24
Publication date: 2015-10-01
Also published as: JPWO2015145537A1; CN105474329A

Abstract

【課題】軽量で屈曲性に優れ、伝送損失の小さい伝送路を提供する。【解決手段】伝送路としての同軸ケーブル１は、内部導体２と、内部導体２の外周に絶縁体３を介して設けられた外部導体４とを備え、外部導体４は、第１の電気抵抗率及び使用最低周波数における表皮効果の式から求められる厚さ以上の第１の厚さを有する第１の板部材から形成された内側導体層４０と、内側導体層４０の外側に、第１の電気抵抗率よりも小さい第２の電気抵抗率、及び第１の厚さよりも厚い第２の厚さを有する第２の板部材から形成された外側導体層４１とを備える。

Description

伝送路

　本発明は、電力又は信号を伝送する同軸ケーブル、導波管等の伝送路に関する。

　近年、電力又は信号を伝送する伝送路として、内部導体の外周に、絶縁層、外部導体、シースをこの順に設けた同軸ケーブルにおいて、伝送損失を小さくするため、内部導体と外部導体に導電率が異なる２種類の導電性物質を用いた同軸ケーブルが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

　特許文献１に記載された同軸ケーブルは、アルミニウム中心導体の表面にメッキ、スパッタリング等の方法でアルミニウム中心導体よりも導電率が大きい内部導体銅層を形成した内部導体と、内部導体の外周に設けられた絶縁体と、絶縁体の外周に設けられ、中空円筒状アルミウム導体の内表面にメッキ、スパッタリング等の方法で中空円筒状アルミウム導体よりも導電性が大きい外部導体銅層を形成した外部導体とを備えたものである。

　内部導体銅層及び外部導体銅層は、表皮効果の式から求められる厚さ以上の厚さを有する。これにより、内部導体銅層及び外部導体銅層の厚さが表皮効果の式から求められる厚さ未満のものと比べて伝送損失を小さくすることができる。

特開平６－２６７３４１号公報

　しかし、従来の同軸ケーブルによれば、内部導体の外表面、及び外部導体の内表面に形成される銅層は、メッキあるいはスパッタリングで形成されるため、屈曲性を高めるために内部導体及び外部導体にコルゲート加工を施すと、亀裂が生じやすいという問題がある。

　そこで、本発明の目的は、軽量で屈曲性に優れ、伝送損失の小さい伝送路を提供することにある。

　本発明は、上記課題を解決することを目的として、第１の電気抵抗率、及び使用最低周波数における表皮効果の式から求められる厚さ以上の第１の厚さを有する第１の板部材から管状に形成された内側導体層と、前記内側導体層の外側に、前記第１の電気抵抗率よりも小さい第２の電気抵抗率、及び前記第１の厚さよりも厚い第２の厚さを有する第２の板部材から形成された外側導体層と、を備えた伝送路を提供する。

　前記内側導体層は、前記第１の板部材として前記第１の厚さが１０～２０μｍの銅から形成され、前記外側導体層は、前記第２の板部材として前記第２の厚さが２００～３００μｍのアルミニウム又はアルミニウム合金から形成されたものでもよい。

　また、前記内側導体層及び前記外側導体層は、コルゲート加工が施されたものでもよい。

　前記内側導体層及び前記外側導体層は、内部導体の外周に絶縁体を介して設けられた外部導体を構成し、同軸ケーブルとして用いられるものでもよい。また、前記内側導体層及び前記外側導体層は、中空導体を構成し、導波管として用いられるものでもよい。

　前記内側導体層は、テープ状の前記第１の板部材を縦巻きして前記第１の板部材の突合せ部が溶接され、前記外側導体層は、テープ状の前記第２の板部材を前記縦巻きされた前記第１の板部材を包むように縦巻きして前記第２の板部材の突合せ部が溶接され、前記内側導体層及び前記外側導体層は、前記縦巻きされた前記第１及び第２の部材にダイス引き及びコルゲート加工を施して形成されたものでもよい。

　本発明によれば、軽量で屈曲性に優れ、伝送損失の小さい伝送路を提供することができる。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る同軸ケーブルの概略の構成を示す正面図である。図２は、図１に示す同軸ケーブルの横断面図である。図３は、図１に示す同軸ケーブルの要部縦断面図である。図４は、絶縁体の外周に外部導体を形成する工程の一例を示す図である。図５は、本発明の変形例１に係る同軸ケーブルの概略の構成を示す斜視図である。図６は、本発明の第２の実施の形態に係る導波管の概略の構成を示す横断面図である。

　以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、各図中、実質的に同一の機能を有する構成要素については、同一の符号を付してその重複した説明を省略する。

［第１の実施の形態］
　図１は、本発明の第１の実施の形態に係る同軸ケーブルの概略の構成を示す正面図である。図２は、図１に示す同軸ケーブルの横断面図である。図３は、図１に示す同軸ケーブルの要部縦断面図である。

　この同軸ケーブル１は、内部導体２と、内部導体２の外周に設けられた絶縁体３と、絶縁体３の外周に設けられた外部導体４と、外部導体４の周囲に設けられた絶縁保護層としてのシース５とを備え、例えば、１ＭＨｚ～１５ＧＨｚの電力又は信号を伝送する。なお、同軸ケーブル１は、伝送路の一例である。

　内部導体２は、例えば、平滑な金属パイプであり、銅（無酸素銅、タフピッチ銅等）、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金等の導電性材料から形成されている。これらの導電性材料のうち、銅が導電性及び加工性の点で好ましい。内部導体２として金属パイプを用いることで、撚り線と比べて伝送損失を抑制することができる。

　絶縁体３は、伝送損失を小さくするため、誘電率及び誘電正接の小さい材料を用いることが好ましい。このような材料として、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエチレン、パーフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＡ）等の絶縁樹脂を用いることができ、誘電率及び誘電正接をさらに小さくするため、発泡ポリエチレン、発泡テフロン（テフロンは登録商標である。）等の発泡絶縁樹脂を用いることができる。

（外部導体の構成）
　外部導体４は、例えば、太径部４ａと細径部４ｂがケーブル長手方向に沿って交互に形成された環状コルゲート管である。環状コルゲート管を用いることで、平滑な金属パイプや螺旋状コルゲート管と比べて屈曲性が向上する。また、外部導体４は、内側に形成された内側導体層４０と、内側導体層４０の外側に形成された外側導体層４１とを備える。

　内側導体層４０は、電気抵抗率が比較的小さい導電性材料、例えば、無酸素銅、タフピッチ銅等の銅からなる。銅の電気抵抗率は、例えば１．５５Ωｍ（０℃）である。

　内側導体層４０の厚さは、表皮効果の［数１］の式から求められる。［数１］の厚さσ（ｍ）は、電流が表面電流の１／ｅ（約０．３７）になる深さである。

　ここで、ρ：導体の電気抵抗率、ω：使用最低角周波数（＝２π×周波数）、μ：導体の絶対透磁率

　例えば、導体として銅の電気抵抗率をρ＝１．５５×１０^-8Ωｍ、周波数を１００ＭＨｚ、銅の絶対透磁率をμ＝１．２５７×１０^-6Ｈ／ｍとしたとき、［数式１］から厚さ６．３μｍが求まる。内側導体層４０の厚さを表皮効果の式から求めた厚さ以上とすることにより、減衰量を低く抑えることができる。また、軽量化の観点から、内側導体層４０の厚さは２０μｍ以下が好ましい。したがって、内側導体層４０の厚さは、１０～２０μｍが好ましい。

　内側導体層４０を銅で形成し、外側導体層４１をアルミニウムで形成した場合は、銅の比重は８．９６、アルミニウムの比重は２．７８であるので、内側導体層４０の厚さは、外側導体層４１の厚さよりも小さい方が軽量化の点で好ましい。また、内側導体層４０の厚さをｔ１、外側導体層４１の厚さをｔ２とするとき、ｔ１／ｔ２は０．７５～１．０が好ましい。

　外側導体層４１は、電気抵抗率が比較的大きい導電性材料、例えば、軽量化の観点からアルミニウム、アルミニウム合金等の導電性材料からなる。外側導体層４１の厚さは、電力容量の観点から、２００～３００μｍが好ましい。

　シース５は、例えば、ポリエチレン、難燃ポリエチレン、塩化ビニル樹脂、エチレン－酢酸ビニル重合体、フッ素系樹脂、シリコーン系樹脂等から形成される。

（同軸ケーブル１の製造工程）
　次に、図４を参照して同軸ケーブル１の製造工程の一例について説明する。図４は、絶縁体３の外周に外部導体４を形成する工程の一例を示す図である。

　まず、内部導体２を準備する。次に、発泡核剤とポリエチレンとの混合物に炭酸ガスを注入して混練し、その混練物を押出ヘッドから内部導体２の外周に供給し、発泡ポリエチレンからなる絶縁体３を形成する。

　次に、絶縁体３を包むようにして厚さ１０～２０μｍの第１の板材としての銅テープ４００を縦巻きし、銅テープ４００の突合せ部４０１を溶接機により溶接して内側導体層４０を形成する。

　次に、内側導体層４０を包むように厚さ２００～３００μｍの第２の板材としてのアルミニウムテープ４１０を縦巻きし、アルミニウムテープ４１０の突合せ部４１１を溶接機により溶接して外側導体層４１を形成する。

　次に、内側導体層４０の外周に外側導体層４１を形成したものを線引きダイス５０の開口部５０ａに通してダイス引きして外側導体層４１を所望の外径に圧縮する。

　次に、内側導体層４０及び外側導体層４１からなる外部導体４の外周にアニューラルリング５１を回転させながら押し付けて環状コルゲート加工を施し、外部導体４として環状コルゲート管を形成する。次に、周知・慣用の方法により、外部導体４の外周にシース５を形成する。

（第１の実施の形態の作用、効果）
　本実施の形態によれば、以下の作用、効果を奏する。
（１）外部導体４を２層構造とし、内側導体層４０を薄い銅管から形成し、外側導体層４１を銅管よりも厚いアルミニウム管から形成したので、全てを銅管により形成した場合と比べて軽量化が図れる。
（２）内側導体層４０の厚さを表皮効果の式から求められる厚さ以上としているので、内側導体層の厚さが表皮効果の式から求められる厚さ未満のものと比べて、伝送損失を小さくすることができる。
（３）外部導体４は、環状コルゲート管を用いているので、平滑な銅パイプや螺旋状コルゲート管と比べて屈曲性が高くなる。

［変形例１］
　図５は、本発明の変形例１に係る同軸ケーブルの斜視図である。上記実施の形態では、絶縁体３として発泡絶縁樹脂を用いた場合について説明したが、変形例１は、絶縁体として、螺旋状の樹脂からなる支持部材６及びその周囲の空気層を用いたものである。支持部材６は、内部導体２側から外部導体４を支持する。この変形例１によれば、第１の実施の形態の（１）～（３）の効果を奏するとともに、絶縁体３として発泡絶縁樹脂を用いた場合と比べてケーブル外径を直径５０ｍｍ以上に大型化することができる。

［変形例２］
　本発明の変形例２に係る同軸ケーブルは、変形例１の構成において、外部導体に電磁波を放射するためのスロットを形成し、外部導体と平行に吊線を設け、シースで外部導体及び吊線を一括して被覆した漏えい同軸ケーブルである。この変形例２は、ケーブルを伝送する信号の一部を電波としてスロットから外部に放射させて漏えいさせ、これにより移動体と固定局間の通信を可能にしたものである。この変形例２によっても第１の実施の形態と同様の効果を奏する。なお、吊線を設けなくてもよい。

［第２の実施の形態］
　図６は、本発明の第２の実施の形態に係る導波管の概略の構成を示す横断面図である。同図に示す導波管１０は、第１の実施の形態において、内部導体２及び絶縁体３を省いたものである。導波管１０は、断面楕円形状を有する中空導体１４と、中空導体１４の外周に設けられたシース５とを備える。なお、導波管１０は、伝送路の一例である。

　中空導体１４は、内側導体層４０と、内側導体層４０の外側に形成された外側導体層４１とを備える。なお、中空導体１４は、断面長円形状、略矩形、真円形等でもよい。

　この導波管１０は、例えば次のように製造される。まず、厚さ１０～２０μｍの第１の板材としての銅テープを縦巻きし、銅テープの突合せ部を溶接機により溶接して内側導体層４０を形成する。次に、内側導体層４０を包むように厚さ２００～３００μｍのアルミニウムテープを縦巻きし、アルミニウムテープの突合せ部を溶接機により溶接して外側導体層４１を形成する。次に、内側導体層４０の外側に形成された外側導体層４１の外周にスパイラルリングを回転させながら押し付けて螺旋状コルゲート加工を施し、中空導体１４として螺旋状コルゲート管を形成する。次に、螺旋状コルゲート加工が施された中空導体１４を上下方向から一対の金型で押さえて断面楕円形状に成型する。次に、周知・慣用の方法により、中空導体１４の外周にシース５を形成する。

　第２の実施の形態によれば、内部導体を有していないため、第１の実施の形態と比べて伝送損失を抑制することができ、屈曲性が向上する。

［変形例３］
　本発明の変形例３は、図６の導波管において、導体１４に電磁波を放射するためのスロットを形成し、中空導体１４の外周をシース５で被覆した漏えい導波管である。この変形例３は、導波管を伝送する信号の一部を電波としてスロットから外部に放射させて漏えいさせ、これにより移動体と固定局間の通信を可能にしたものである。この変形例３によっても第２の実施の形態と同様の効果を奏する。

［その他の変形例］
　なお、本発明の実施の形態は、上記実施の形態に限定されず、種々な実施の形態が可能である。外部導体４及び中空導体１４は、平滑な金属パイプや螺旋状コルゲート管でもよい。これらによっても第１の実施の形態の（１）、（２）と同様の効果が得られる。

　また、内部導体２は、環状又は螺旋状のコルゲート管でもよい。この構成によれば、平滑な金属パイプと比べて屈曲性が向上する。

　また、内部導体２を、電気抵抗率が比較的大きいアルミニウム等の内側導体層と、その内側導体層の外周に電気抵抗率が比較的小さく、内側導体層よりも薄い銅等の外側導体層との２層構造としてもよい。

　本発明は、高周波（例えば、１ＭＨｚ～１５ＧＨｚ）の電力又は信号を伝送する同軸ケーブルや導波管、又は移動体と固定局間、移動体間の通信等に使用される漏えい同軸ケーブルや漏えい導波管等の伝送路に好適である。

１…同軸ケーブル、２…内部導体、３…絶縁体、４…外部導体、４ａ…太径部、４ｂ…細径部、５…シース、６…支持部材、１０…導波管、１４…中空導体、４０…内側導体層、４１…外側導体層、５０…ダイス、５０ａ…開口部、５１…アニューラルリング、４００…銅テープ、４０１…突合せ部、４１０…アルミニウムテープ、４１１…突合せ部

Claims

　第１の電気抵抗率、及び使用最低周波数における表皮効果の式から求められる厚さ以上の第１の厚さを有する第１の板部材から管状に形成された内側導体層と、
　前記内側導体層の外側に、前記第１の電気抵抗率よりも小さい第２の電気抵抗率、及び前記第１の厚さよりも厚い第２の厚さを有する第２の板部材から形成された外側導体層と、
　を備えた伝送路。
　前記内側導体層は、前記第１の板部材として前記第１の厚さが１０～２０μｍの銅から形成され、
　前記外側導体層は、前記第２の板部材として前記第２の厚さが２００～３００μｍのアルミニウム又はアルミニウム合金から形成された、
　請求項１に記載の伝送路。
　前記内側導体層及び前記外側導体層は、コルゲート加工が施された、
　請求項１又は２に記載の伝送路。
　前記内側導体層及び前記外側導体層は、内部導体の外周に絶縁体を介して設けられた外部導体を構成し、同軸ケーブルとして用いられる、
　請求項１から３のいずれか１項に記載の伝送路。
　前記内側導体層及び前記外側導体層は、中空導体を構成し、導波管として用いられる、　
　請求項１から３のいずれか１項に記載の伝送路。
　前記内側導体層は、テープ状の前記第１の板部材を縦巻きして前記第１の板部材の突合せ部が溶接され、
　前記外側導体層は、テープ状の前記第２の板部材を前記縦巻きされた前記第１の板部材を包むように縦巻きして前記第２の板部材の突合せ部が溶接され、
　前記内側導体層及び前記外側導体層は、前記縦巻きされた前記第１及び第２の部材にダイス引き及びコルゲート加工を施して形成された、
　請求項１又は２に記載の伝送路。