JP5421565B2 - 同軸ケーブル - Google Patents

Description

本発明は、電気通信機器、情報機器の配線等に用いられる同軸ケーブルおよび多心同軸ケーブルに関する。

電子機器内または機器間の配線や、高速信号の伝送に同軸ケーブルが用いられる。この同軸ケーブルは、通常、中心導体を絶縁体で被覆し、絶縁体の外周を外部導体で覆い、その外側を保護被覆体で覆った構造のもので、用途に応じてケーブル外径が０.２５ｍｍ〜数ｍｍのものがある。この同軸ケーブルは、細径で良好の電気特性を得るには、中心導体の外周を被覆している絶縁体の誘電率をできるだけ小さくすることが重要とされている。

同軸ケーブルの絶縁体としては、従来、フッ素樹脂やポリオレフィン樹脂のなどの低誘電率の樹脂が使用され、さらに、その誘電率を下げるために絶縁体をガス発泡または化学発泡等により発泡化したものを用いることもある。しかし、絶縁体の発泡押出しによる被覆成形は、形状の安定性の確保が難しく絶縁体の外径変動が生じやすい。また、発泡度が高くなると発泡状態が悪化しやすく、長手方向の伝送特性などの安定性が低下する。さらに、発泡された絶縁体は、導体との密着力が弱いという問題もある。

これに対し、図２（Ａ）に示すような、絶縁体の長手方向に沿って複数の中空部を設けた構造の同軸ケーブルが知られている（例えば、特許文献１参照）。この同軸ケーブル１ａは、中心導体２の絶縁体３として、中心導体２に密着する内環状体３ａと外部導体５が巻かれる外環状体３ｂとを、複数のリブ部３ｃで連結して、複数の断面扇状の中空部４を設けた形状のものを用いている。そして、絶縁体３に占める中空部４の割合は４０％以上とされている。なお、外部導体５の外周は、保護被覆体６で被覆され、ケーブル全体が保護されている。

また、図２（Ｂ）に示すように、中心導体２ａを絶縁する絶縁体７に、長手方向に沿う複数の空隙部８を設けた構造の差動伝送ケーブル１ｂが知られている（例えば、特許文献２参照）。この差動伝送ケーブル１ｂは、中心導体２ａを囲う絶縁体７として、中心導体２ａの周りに６個の断面楕円状の空隙部８を均等に配した形状のものを用いている。なお、中心導体２ａを絶縁体７で絶縁した一対の信号線は、ドレインワイヤ９を含めて外部導体５ａでシールドされ、その外周を保護被覆体６ａで被覆している。
特開２００７−３３５３９３号公報 特開２００８−１０３１７９号公報

図２（Ａ）の中空部（空隙部）の断面が扇状であると、絶縁体３に占める空隙部４の割合を大きくとることができるが、外圧に対して十分な強度を確保することができない。このため、ケーブルが潰れやすく、曲げに対して空隙部が変形しやすいという問題があり、実際の使用に際しては伝送特性の安定確保が難しい。また、図２（Ｂ）のように空隙部８の断面を楕円ないし円形とした場合であっても、１つの空隙部８の断面積が大きすぎると空隙周囲の絶縁体７の厚さが薄くなり、十分な強度を確保することが難しくなる。一方、１つの空隙部の断面積を小さくすると強度は確保されるが、全部の空隙部が絶縁体に占める割合が小さくなって絶縁体の誘電率が高くなるので、ケーブルの電気特性や寸法が所定の範囲に収まらなくなる。

本発明は、上述した実情に鑑みてなされたもので、空隙部の絶縁体に対する割合を確保して低誘電率とするとともに、十分な強度を得ることが可能な同軸ケーブルおよび多心同軸ケーブルの提供を目的とする。

本発明による同軸ケーブルは、中心導体を、長手方向に連続する空隙部を有する絶縁体で覆い、該絶縁体の外周に外部導体を配した同軸ケーブルで、中心導体の外径が０．０７５〜０．３８ｍｍであり、絶縁体がフッ素樹脂からなり、その外径は中心導体径の２．２〜３．０倍とされ、空隙部は同軸ケーブルの長さ方向に垂直な断面において円形または楕円形状に形成され、７〜９個の前記空隙部を前記絶縁体に均等に配する。前記の垂直な断面において、全ての空隙部の面積と絶縁体の面積の和に対する空隙部の割合を空隙率とするときに、１つの空隙部の空隙率を６．８％以下とし、全部の空隙部を合わせた空隙率を４３％以上としたことを特徴とする。なお、前記の空隙部は８個で空隙率を４３％〜５４％とすることが好ましい。
また、上記の同軸ケーブルを複数本束ねて、共通のシールド導体によりシールドして多心同軸ケーブルとしてもよい。

本発明によれば、空隙部を７〜９個として１つの空隙部の空隙率を６．８％以下とすることにより、全部の空隙部を合わせた空隙率を４３％以上としても、外圧や曲げに対して潰れにくく、安定した伝送特性を確保することができる。

図１により本発明の実施の形態を説明する。図中、１１は同軸ケーブル、１２は中心導体、１３は絶縁体、１４は空隙部、１５は外部導体、１６は外被を示す。
本発明による同軸ケーブル１１は、中心導体１２を絶縁体１３で覆い、絶縁体１３の外周に外部導体１５を配し、その外側を外被１６で保護した形状で、絶縁体１３は長手方向に連続する複数個の空隙部１４を有している。また、中心導体１２および外部導体１５と絶縁体１３との間には空隙がなく密着している。

中心導体１２は、銀メッキもしくは錫メッキ軟銅線ないしは銅合金線からなる単線または撚り線で形成される。撚り線の場合は、例えば、素線導体径が０.０２５ｍｍのものを７本撚った外径０.０７５ｍｍ（ＡＷＧ＃４２相当）ものや、素線導体径が０.１２７ｍｍのものを７本撚った外径０.３８ｍｍ（ＡＷＧ＃２８相当）としたものが用いられる。

また、外部導体１５は、中心導体１２に用いた素線導体と同程度の太さの裸銅線（軟銅線または銅合金線）または銀メッキもしくは錫メッキ軟銅線ないしは銅合金線を、絶縁体１３の外周に横巻きまたは編組構造で配して形成される。さらに、シールド機能を向上させるために、金属箔テープを併設する構造としてもよい。外被１６は、フッ素樹脂等の樹脂材を押出成形するか、または、ポリエステルテープなどの樹脂テープを巻き付けて形成される。

絶縁体１３は、ヤング率が４００〜１３００ＭＰａのポリエチレン（ＰＥ）、ヤング率が１５００〜２０００ＭＰａのポリプロピレン（ＰＰ）、あるいはヤング率が５００ＭＰａ程度のフッ素樹脂等の熱可塑性樹脂を用いて、押出し成形で形成される。なお、フッ素樹脂材としては、例えば、ＰＦＡ（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）、ＦＥＰ（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）、ＥＴＦＥ（テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体）等が用いられる。

絶縁体１３の外径Ｄ１は、中心導体１２の導体径をＤ２としたとき、Ｄ２×（２．２〜３．０）程度とするのが望ましい。例えば、上記の中心導体１２の導体径が０．３８ｍｍ（ＡＷＧ＃２８）の場合は、絶縁体１３の外径を０．８４ｍｍ〜１．１ｍｍとする。中心導体１２の導体径が０．０７５ｍｍの場合は、絶縁体１３の外径を０．１７ｍｍ〜０．２２５ｍｍとする。なお、本発明においては、絶縁体１３の外径が、１．１ｍｍ以下で形成される同軸ケーブルを対象とするのが好ましい。

この寸法の同軸ケーブルは、携帯電話やノート型パソコンで、アンテナ配線やＬＣＤとＣＰＵを結ぶ配線等に使用されることやセンサと機器とを結ぶ多心ケーブルとして使用されることが多く、これらの端末装置の小型化、薄型化により、同軸ケーブルの細径化および多心ケーブルの細径化が要求される。同軸ケーブルは、所定のインピーダンス（５０Ω、７５Ωまたは８０〜９０Ω）とする必要があり、それを実現する限りにおいてできるだけ細径とする。そのためには、中心導体１２と外部導体１５の間の絶縁層の誘電率を小さくすることが必要である。本発明では、絶縁体１３に空隙部１４を設け、全部の空隙部１４を合わせた全体の空隙率を４３％以上とすることにより、上記の範囲の寸法において細径化を実現する。もし、全体の空隙率を４３％未満としてかつ細径化を満足させようとすると、同軸ケーブルのインピーダンスを所定の値とすることは困難である。

本発明の同軸ケーブルは、細径で絶縁体１３の厚さが薄いので、ケーブルに加えられる外圧や曲げに対して耐えられなくなることがある。したがって、本発明が対象とする細い同軸ケーブルでは、絶縁体１３に設けられる空隙の１個当たりの大きさが問題となる。これは、それよりも太径の同軸ケーブルにはない課題である。本発明では、１個当たりの空隙率を６．８％以下とすることで、この寸法の同軸ケーブルで十分な耐久性を実現する。

絶縁体１３の空隙部１４は、同軸ケーブルの長さ方向に垂直な断面において円形状（真円、楕円）で形成され、中心導体１２の周りに７〜９個の空隙部が均等に配されるように設けられていることが望ましい。この空隙部１４を、例えば真円で形成し、その内径をＤ３とすると、１つの空隙部１４の絶縁体１３に対する割合は、
「０.６８≧（｛Ｄ３／２｝^２×π）／（｛Ｄ１／２｝^２×π−｛Ｄ２／２｝^２×π）」
の範囲で形成されていることが好ましい。

なお、上記の式の考え方は、楕円の空隙部に対しても同様に当てはめることができる。すなわち、１つの空隙部１４の空隙率を６.８％以下とし、空隙部自体の強度を満足させることが望ましい。また、１つの空隙部１４の空隙率が小さ過ぎると、所定の空隙率が得られず低誘電率を確保することができなくなる。空隙部全体として４３％以上の空隙率となるようにする。空隙が７個ある場合は一つ当たりの空隙率が６.１％以上であり、空隙が８個ある場合は一つ当たりの空隙率が５.４％以上であり、空隙が９個ある場合は一つ当たりの空隙率が４．８％以上である。

絶縁体１３に設けられる空隙部１４の数が７個の場合は、全体の空隙率は４３％〜４７.６％、８個の場合は４３％〜５４.４％、９個の場合は４３％〜６１.２％となる。これにより所定のインピーダンスとする低誘電率を確保することができる。そして、１つの空隙率が６.８％以下となるので、絶縁体全体として機械的な強度を高め、外圧や曲げに対して潰れ難くすることができ、伝送特性の安定性確保が可能となる。

空隙部１４の数が８個の場合は、中心導体１２の導体径Ｄ２を０.３８ｍｍ、絶縁体１３の外径Ｄ１を０.９６ｍｍ、空隙部１４の内径Ｄ３は、０.２２５ｍｍとすると、絶縁体１３の空隙率が５２％となる。なお、これに外部導体１５として外径０.１２７ｍｍのメッキ軟銅線を巻き付け、外被１６として、厚さ０.０４ｍｍ程度のフッ素樹脂（例えば、ＰＦＡ）を押出被覆すると、外径１.３ｍｍの同軸ケーブルを得ることができる。

なお、図２（Ｂ）に示すように、絶縁体に設けられる空隙部の数が６個の場合は、上記と同程度の空隙率を確保するには、１つの空隙部の空隙率は、７.２％以上となり、外圧や曲げに対して潰れやすくなる。また、空隙部の数を１０個以上とすると、空隙部１４の１個あたりの空隙の直径が小さくなり全体の空隙率が小さくなってしまうことがある。全体の空隙率を所定の範囲とすると、空隙部間の絶縁体の厚さが薄い部分が生じるなどして絶縁体の強度が弱くなることがある。このため、外圧や曲げに対して潰れやすくなる。

上述した同軸ケーブルは、単心線の例で説明したが、この同軸ケーブルを複数本束ねて、さらに共通のシールド導体によりシールドした多心の同軸ケーブルとしてもよい。

本発明による上述の同軸ケーブルを評価するため、本発明の実施例品と比較例品を作製し試験した。なお、いずれの試験品も、中心導体には、外径が０.１２７ｍｍの銀メッキ軟銅線を７本撚り合わせた撚り線を使用し、それにフッ素樹脂（ＦＥＰ）を押出被覆して外径０.９４ｍｍの絶縁体とした。絶縁体を押し出すときに、空隙部を形成する治具を使用して、絶縁体中に長手方向に連続する空隙部を形成した。空隙部の大きさ、数を下記の各例の通りとした。外部導体は錫メッキ軟銅線を一重編組し、その上にフッ素樹脂（ＰＦＡ）を押出被覆して外径１.３５ｍｍの同軸ケーブルとした。

（実施例１）
直径が０.２０ｍｍの空隙部を８個設けた。空隙部１つ当たりの空隙率は５.４％、全体での空隙率は４３％となる。
（実施例２）
直径が０.２２４ｍｍの空隙部を８個設けた。空隙部１つ当たりの空隙率は６.８％、全体での空隙率は５４％となる。

（比較例１）
直径が０.２３０ｍｍの空隙部を８個設けた。空隙部１つ当たりの空隙率は７.２％、全体での空隙率は５７％となる。
（比較例２）
直径が０.２３４ｍｍの空隙部を６個設けた。空隙部１つ当たりに空隙率は７.４％、全体での空隙率は４４％となる。

上記の各試験品の同軸ケーブルについて、下記の試験を行った。
（１）潰し試験
プッシュプルゲージの先端に一辺が５ｍｍの正方形の平面で同軸ケーブルに押しつけ、特性インピーダンスが２Ω変化する力を測定した。
（２）巻き付け試験
直径４ｍｍのマンドレルに５ターン巻き付け、巻付け前と巻付け後の特性インピーダンスの変化量（差）を測定した。
（３）捻り試験
同軸ケーブル１０ｍｍ間で５回捻り、捻り前と捻り後の特性インピーダンスの変化量（差）を測定した。
（４）キンク試験
同軸ケーブルをキンクさせ、キンク前とキンク後の特性インピーダンスの変化量（差）を測定した。
試験の結果を、下表に示す。

一般に、潰し試験では２.０ｋｇ以上の力に耐えることが要求される。潰し試験において、２Ωインピーダンスが変化するときに加えられる力が２.０ｋｇ以上を合格とすると、１個当たりの空隙率が６.８％以下である実施例品はいずれも試験に合格したが、１個当たりの空隙率が７.２％以上である比較例品はいずれも不合格であった。また、巻き付け試験、捻り試験、キンク試験のいずれにおいても、実施例品は比較例品よりもインピーダンスの変化が小さく、巻き付け、捻り、キンクに対する耐久性が優れていた。

また、以下の比較例品を作製し、本発明の実施例品と比べてみた。
（比較例３）
空隙の数が６個、１個当たりの空隙率を６.５％、全体の空隙率を３９％とし、中心導体および絶縁体の材質と寸法は、上記の実施例品と同様にした同軸ケーブルでは、インピーダンスが５０Ωよりも小さく、良品とはならなかった。
（比較例４）
空隙の形状を図２（Ａ）のように扇形とし、１個当たりの空隙率を６.８％とした同軸ケーブルでは、潰し試験で２.０ｋｇの力に耐えない（２.０ｋｇ未満の力でインピーダンスが２Ω変化する）ことがあり、良品の歩留まりが悪い。一方、１個当たりの空隙率が６.８％以下である実施例品は、いずれも全数が潰し試験に合格した。

本発明の実施の形態を説明する図である。 従来技術を説明する図である。

符号の説明

１１…同軸ケーブル、１２…中心導体、１３…絶縁体、１４…空隙部、１５…外部導体、１６…外被。

Claims (3)

1. 中心導体を、長手方向に連続する空隙部を有する絶縁体で覆い、該絶縁体の外周に外部導体を配した同軸ケーブルであって、
   前記中心導体の外径が０．０７５〜０．３８ｍｍであり、前記絶縁体がフッ素樹脂からなり、その外径は前記中心導体径の２．２〜３．０倍とされ、前記空隙部は前記同軸ケーブルの長さ方向に垂直な断面において円形または楕円形状に形成され、７〜９個の前記空隙部を前記絶縁体に均等に配して、前記垂直な断面において、全ての空隙部の面積と絶縁体の面積の和に対する空隙部の割合を空隙率とするときに、１つの空隙部の空隙率を６．８％以下とし、全部の空隙部を合わせた空隙率を４３％以上としたことを特徴とする同軸ケーブル。
2. 前記空隙部が８個で、前記絶縁体の空隙率を４３％〜５４％としたことを特徴とする請求項１に記載の同軸ケーブル。
3. 請求項１または２に記載の同軸ケーブルを複数本束ねて、共通のシールド導体によりシールドしたことを特徴とする多心同軸ケーブル。

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