JP2004192816A - 絶縁電線及び該絶縁電線を使用した同軸ケーブル - Google Patents

Abstract

【課題】高周波帯域での誘電損失が少なく優れた伝送特性を示すとともに、中心導体と絶縁体との密着性に優れ、ストリップ加工性に優れ、更に所望とする特性インピーダンスを確実に得ることが可能な絶縁電線と、該絶縁電線を使用した同軸ケーブルを提供すること。
【解決手段】中心導体と、該中心導体の周上に形成されたポリテトラフルオロエチレン樹脂を主成分とした絶縁体とからなる絶縁電線において、上記絶縁体は、内層が焼成状態、中間層が未焼成状態又は半焼成状態、外層が焼成状態であることを特徴とする絶縁電線と、該絶縁電線を使用した同軸ケーブル。上記中心導体を発熱させることにより上記絶縁体の内層を焼成状態としたことを特徴とする絶縁電線と、該絶縁電線を使用した同軸ケーブル。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ）を主成分とした絶縁体を備えた絶縁電線と、該絶縁電線を使用した同軸ケーブルに係り、特に、高周波帯域での誘電損失が少なく優れた伝送特性を示すとともに、中心導体と絶縁体との密着性に優れ、ストリップ加工性に優れ、更に、所望とする特性インピーダンスを確実に得ることが可能なものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
同軸ケーブルのような高周波信号を伝送するケーブルでは、信号の減衰量や遅延時間の点から未焼成状態のＰＴＦＥ又は半焼成状態のＰＴＦＥを絶縁体として使用することが有利であることが知られている。これは未焼成状態又は半焼成状態ではＰＴＦＥは多孔体を形成しており実効比誘電率が小さいためである。多孔体の実効比誘電率（ε_ｅ）は、充実体の比誘電率（ε_Ａ）により、ε_ｅ＝ε_Ａ ^１−Ｖの式によって導かれる。ここでＶは発泡率（空気の占有率）である。そのため多孔体の実効比誘電率は完全焼成状態の場合の実効比誘電率よりも低くなる。
又、信号の減衰量は、絶縁体の実効比誘電率（ε_ｅ）が小さい程小さくなる。更に、信号の遅延時間（τ）は絶縁体の実効比誘電率（ε_ｅ）により、τ＝３．３３５６１√ε_ｅ（ｎｓ／ｍ）の式によって導かれ、信号の遅延時間（τ）は絶縁体の実効比誘電率（ε_ｅ）が小さい程小さくなる。
【０００３】
従来、このような未焼成状態のＰＴＦＥ又は半焼成状態のＰＴＦＥを絶縁体として使用した電線又は同軸ケーブルは、例えば、特許文献１乃至特許文献６に開示されている。
【０００４】
まず、特許文献１乃至特許文献３には、未焼成状態のＰＴＦＥを絶縁体として使用した絶縁電線又は同軸ケーブルが開示されている。
【０００５】
又、特許文献４乃至特許文献６には、絶縁体が内層と外層の二層からなり、内層が未焼成状態のＰＴＦＥ又は半焼成状態のＰＴＦＥ、外層が焼成状態のＰＴＦＥとされた絶縁電線又は同軸ケーブル開示されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平２−２７３４１６号公報
【０００７】
【特許文献２】
実開平３−６８３１５号公報
【０００８】
【特許文献３】
特開平８−７７８４３号公報
【０００９】
【特許文献４】
実用新案登録第２５３８６６４号公報
【００１０】
【特許文献５】
特開平１１−２１３７７６号公報
【００１１】
【特許文献６】
特開２００１−３５７７３０号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上記の特許文献１乃至特許文献６に開示された絶縁電線又は同軸ケーブルは、いずれも未焼成状態のＰＴＦＥ又は半焼成状態のＰＴＦＥを絶縁体として使用していることから、比誘電率が低く優れた伝送特性を示すものである。しかしながら、未焼成状態のＰＴＦＥや半焼成状態のＰＴＦＥは軟らかいため、中心導体と絶縁体との間の密着性が不充分で、外力が加わった場合に絶縁体が中心導体から抜けてしまうという恐れがあった。又、ストリップ加工時には、未焼成状態のＰＴＦＥや半焼成状態のＰＴＦＥは綺麗に切断されずに繊維化して糸を引いた状態となってしまい、ストリップ加工性を著しく低下させていた。更に、未焼成状態のＰＴＦＥや半焼成状態のＰＴＦＥは剛性が低いため、特に未焼成状態のＰＴＦＥの場合には、ボビン巻き時や金属素線による編組被覆等によって外部導体を形成する際などに加わる圧力、張力、絞め付け力等の外力によって、絶縁体が変形したり、外部導体を構成する金属素線が絶縁体に食い込んでしまう恐れがあった。このような場合には、特性インピーダンスの計算値と実測値との差が大きくなり、所望とする特性インピーダンスを得ることが困難になってしまう。
【００１３】
本発明はこのような従来技術の問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、高周波帯域での誘電損失が少なく優れた伝送特性を示すとともに、中心導体と絶縁体との密着性に優れ、ストリップ加工性に優れ、更に、所望とする特性インピーダンスを確実に得ることが可能な絶縁電線と、該絶縁電線を使用した同軸ケーブルを提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するべく、本発明の請求項１による絶縁電線は、中心導体と、該中心導体の周上に形成されたポリテトラフルオロエチレン樹脂を主成分とした絶縁体とからなる絶縁電線において、上記絶縁体は、内層が焼成状態、中間層が未焼成状態又は半焼成状態、外層が焼成状態であることを特徴とするものである。
又、請求項２による絶縁電線は、請求項１記載の絶縁電線において、上記中心導体を発熱させることにより上記絶縁体の内層を焼成状態としたことを特徴とするものである。
又、請求項３による同軸ケーブルは、中心導体と、該中心導体の周上に形成されたポリテトラフルオロエチレン樹脂を主成分とした絶縁体と、該絶縁体の周上に形成された外部導体とからなる同軸ケーブルにおいて、上記絶縁体は、内層が焼成状態、中間層が未焼成状態又は半焼成状態、外層が焼成状態であることを特徴とするものである。
又、請求項４による同軸ケーブルは、請求項３記載の同軸ケーブルにおいて、上記中心導体を発熱させることにより上記絶縁体の内層を焼成状態としたことを特徴とするものである。
ここで、本発明において、焼成状態、未焼成状態及び半焼成状態とは、それぞれ次のような状態のことを意味している。
まず、「焼成状態」とは、示差走査熱量測定によるピークから得られたＰＴＦＥの融点が３１０〜３３０℃の範囲内にのみ観察される状態である。又、「未焼成状態」とは、示差走査熱量測定によるピークから得られたＰＴＦＥの融点が３３５〜３４５℃の範囲内にのみ観察される状態である。又、「半焼成状態」とは、示差走査熱量測定によるピークから得られたＰＴＦＥの融点が３１０〜３３０℃の範囲内及び３３５〜３４５℃の範囲内の２箇所に現れる状態である。但し、これらは、それぞれの範囲外に全く熱履歴を持たないものだけを意味しているのではなく、ピークを生じない程度の熱履歴を持つものも含まれる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態と、比較の形態を説明する。
【００１６】
第１の実施の形態
本発明の第１の実施の形態による絶縁電線は図１に示すような構成になっている。まず、中心導体１があり、この中心導体１の外周には、ＰＴＦＥを主成分とした絶縁体２が形成されている。絶縁体２は、内層２ａと中間層２ｂと外層２ｃの三層構造からなり、内層２ａが焼成状態のＰＴＦＥ、中間層２ｂが未焼成状態のＰＴＦＥ、外層２ｃが焼成状態のＰＴＦＥから構成されている。
【００１７】
次に、本実施の形態による絶縁電線の製造方法について説明する。本実施の形態では、まず、融点約３４１℃のＰＴＦＥ樹脂１００重量部と市販の石油系助剤２０．５重量部を混合したものを２４時間熟成して絶縁体用ペーストを調整した。次に、絶縁体用ペーストをシリンダー〔内径６０．２ｍｍ、中芯の外径１６．２５ｍｍ〕の隙間に充填し、面圧プレス３．７３ＭＰａにて１２０秒間加圧してプリフォームを作製した。次いで、このプリフォームをペースト押出機〔シリンダー径６０．８ｍｍ、マンドレル径１６．０ｍｍ〕を使用して、外径０．９３ｍｍの銀メッキ銅被覆鋼線からなる中心導体１の外周に線速８．７ｍ／ｍｉｎで肉厚１．０２ｍｍとなるように押出被覆した後、２００℃のオーブン〔通過時間２４秒〕、と２３０℃のオーブン〔通過時間２４秒〕、及び２５０℃のオーブン〔通過時間２４０秒〕に連続して通して押出助剤を乾燥除去し仕上がり外径２．９ｍｍとした。
【００１８】
次に、この電線を、３３０℃のオーブン〔通過時間２４秒〕、及び３５０℃のオーブン〔通過時間２４秒〕に連続して通すことにより加熱処理を施して絶縁体２の表面の肉厚０．１ｍｍの部分（外層２ｃの部分）を焼成状態とした。次いで、この電線を長さ１．２ｍに切断した後、両端末の中心導体１にＡＣ４Ｖを印加して中心導体１を発熱させ、約２分間加熱処理を施すことにより中心導体１の周上の肉厚０．１ｍｍの部分（内層２ａの部分）を焼成状態とした。このようにして、中心導体１の外周に、焼成状態のＰＴＦＥからなる内層２ａ（比誘電率２．０５）と、未焼成状態のＰＴＦＥからなる中間層２ｂ（比誘電率１．７０，発泡率２６％）と、焼成状態のＰＴＦＥからなる外層３ｃ（比誘電率２．０５）の三層構造の絶縁体２が形成された仕上外径約２．９ｍｍの絶縁電線を製造した。ここで、内層２ａ部分、中間層２ｂ部分及び外層２ｃ部分から取り出した試験片の融点を示差走査熱量計にて測定したところ、内層２ａと外層２ｃは約３１３℃、中間層２ｂは約３４１℃にそれぞれ融点を示した。つまり、本実施の形態による絶縁電線は、内層２ａと外層２ｃが焼成状態、中間層２ｃが未焼成状態であることが確認された。
【００１９】
本実施の形態では、外側からオーブンによる加熱処理を施して焼成状態の外層２ｃを形成し、その後、中心導体１を発熱させることにより加熱処理を施して焼成状態の内層２ａを形成した例を説明したが、その形成順序は特に限定されない。
【００２０】
又、本実施の形態では、内層２ａと外層２ｃを焼成状態とし、中間層２ｂ未焼成状態とする場合の例を説明したが、例えば、内層２ａ又は外層２ｃを焼成状態とする際、その焼成条件を変更することにより中間層２ｂを半焼成状態に形成することも考えられる。
【００２１】
又、本実施の形態では、中心導体１の周上にペースト押出しによって絶縁体２を形成した例を説明したが、それ以外にも、例えば、中心導体１の周上に未焼成のＰＴＦＥテープを巻装することによって絶縁体２を形成することも考えられる。
【００２２】
又、本実施の形態では、中心導体１を抵抗加熱により発熱させて焼成状態の内層２ａを形成した例を説明したが、それ以外にも、例えば、誘導加熱による方法やマイクロウェーブ加熱による方法などにより中心導体１を発熱させることも考えられる。
【００２３】
尚、三層構造の絶縁体２を形成する方法としては、内層２ａ、中間層２ｂ、外層２ｃを別工程で形成する方法も考えられるが、この場合には、製造工程が増加して生産性が著しく低下してしまうとともに、層分けすることにより層間ギャップが生じる恐れがあり好ましくない。
【００２４】
第２の実施の形態
本発明の第２の実施の形態による同軸ケーブルは図２に示すような構成になっている。まず、中心導体１があり、この中心導体１の外周には、ＰＴＦＥを主成分とした絶縁体２が形成されている。絶縁体２は、内層２ａと中間層２ｂと外層２ｃの三層構造からなり、内層２ａと外層２ｃが焼成状態、中間層２ｂが未焼成状態に形成されている。絶縁体２の外周には、外部導体３として、素線径０．１２ｍｍのスズメッキ軟銅線による編組被覆とスズのコーティングが施されている。本実施の形態では、外部導体３の形成時（編組被覆時）におけるキャリアからの給線テンテンションを約１５０ｇｆ、絶縁体２の給線テンションを約１００ｇｆ、ボビンへの巻取テンションを約１ｋｇｆとした。ここで、外部導体３としては、金属素線による編組被覆以外にも、例えば、金属素線の横巻き、金属箔の縦添えや横巻き、金属パイプによる被覆なども考えられる。尚、本実施の形態による同軸ケーブルの製造方法は、外部導体３を形成する以外は、上記第１の実施の形態による絶縁電線の製造方法と同様の製造方法である。
【００２５】
第１の比較の形態
まず、上記した第１の実施の形態の場合と同様の材料、同様の製造方法により、中心導体１の外周に未焼成のＰＴＦＥをペースト押出してペースト中の押出助剤を乾燥除去した。次に、この電線の外周に上記した第２の実施の形態と同様の材料、同様の製造方法により外部導体３を形成して図３に示すような同軸ケーブルを製造した。
【００２６】
第２の比較の形態
まず、上記した第１の実施の形態の場合と同様の材料、同様の製造方法により、中心導体１の外周に未焼成のＰＴＦＥをペースト押出してペースト中の押出助剤を乾燥除去した。次に、この電線を、３３０℃のオーブン〔通過時間２４秒〕、４３０℃のオーブン〔通過時間２４秒〕、及び５３０℃のオーブン〔通過時間２４秒〕に連続して通してＰＴＦＥを完全に焼成した。次に、この絶縁電線の外周に上記した第２の実施の形態と同様の材料、同様の製造方法により外部導体３を形成して図４に示すような同軸ケーブルを製造した。
【００２７】
第３の比較の形態
まず、上記した第１の実施の形態の場合と同様の材料、同様の製造方法により、中心導体１の外周に未焼成のＰＴＦＥをペースト押出してペースト中の押出助剤を乾燥除去した。次に、この電線を、３３０℃のオーブン〔通過時間２４秒〕、及び３５０℃のオーブン〔通過時間２４秒〕に連続して通してＰＴＦＥの表面約０．１ｍｍのみを焼成した。次に、この絶縁電線の外周に上記した第２の実施の形態と同様の材料、同様の製造方法により外部導体３を形成して図５に示すような同軸ケーブルを製造した。
【００２８】
ここで、本発明の第２の実施の形態による同軸ケーブルと、上記第１乃至第３の比較の形態により得られた合計４種類の同軸ケーブルを試料として、伝送特性（減衰量、遅延時間）、中心導体と絶縁体との密着性（導体引抜強度）、ストリップ加工性及び特性インピーダンスに関する特性評価試験を行った。尚、導体引抜強度は、ケーブル長さ５０ｍｍで評価した。又、ストリップ加工性は、自動機（シュロニガー社製ＭＰ２５７）を用いて評価した。又、特性インピーダンスは、ＴＤＲ法によって測定した実測値と、計算式Ｚ０＝６０／√ε×ｌｎ（（Ｄ＋１．５ｄｗ）／ｄ）により算出した計算値とを比較することにより評価した。ここで、Ｚ０は特性インピーダンス、Ｄはコア外径（ｍｍ）、ｄｗは編組素線径（ｍｍ）、εは絶縁体の比誘電率である。結果を表１に示す。
【００２９】
【表１】

【００３０】
まず、伝送特性（減衰量、遅延時間）を見ると、本発明の第２の実施の形態は、第１の比較の形態及び第３の比較の形態の値にはわずかに及ばないものの、第２の比較の形態よりも優れた値を示しており、実使用上、十分な特性が得られている。次に、中心導体と絶縁体との密着性（導体引抜強度）を見ると、本発明の第２の実施の形態は、第２の比較の形態の値には及ばないものの、第１の比較の形態及び第３の比較の形態よりも優れた値を示している。そのため、第１の比較の形態及び第３の比較の形態のように容易に絶縁体が中心導体から抜けてしまうようなことが起こらない。次に、ストリップ加工性を見ると、本発明の第２の実施の形態及び第２の比較の形態は、問題なくストリップ加工ができているのに対し、第１の比較の形態及び第３の比較の形態は、ＰＴＦＥが綺麗に切断されず、糸を引いた状態で残っている。更に、特性インピーダンスについては、本発明の第２の実施の形態、第２の比較の形態及び第３の比較の形態は、何れも実測値と計算値との差が０．５Ωの範囲内であったのに対し、第１の比較の形態は、実測値と計算値との差が２．６Ωであった。又、この第１の比較の形態による同軸ケーブルは、絶縁体の表面に外部導体を構成する金属素線の食い込みが見受けられた。本実施の形態による同軸ケーブルと同等サイズの同軸ケーブルに一般的に要求される特性インピーダンスの公差は±２Ω程度であることを考慮すると、第１の比較の形態のように、絶縁体が未焼成状態のＰＴＦＥからなる同軸ケーブルの場合には、所望とする特性インピーダンスが得られにくいと言える。
【００３１】
本実施の形態では更に、上記した第１の実施の形態による絶縁電線を一例として、絶縁体２の焼成状態の内層２ａと焼成状態の外層２ｃ（焼成状態のＰＴＦＥ）の好ましい肉厚の範囲について考察してみた。まず、好ましい範囲の下限値について考察してみた。内層２ａについては、ストリップ加工の自動機として、０．０１ｍｍの間隔で刃の侵入深さを制御できるタイプ（例えば、シュロニガー社製ＭＰ２５７）が市販されており、内層２ａの厚さが０．０１ｍｍの薄肉であっても焼成状態である内層２ａの部分にまで刃を侵入させ中心導体１に傷を付けることなくストリップ加工することが可能である。そのため、内層２ａの厚さによってストリップ加工に影響が出ることは少ないが、量産時に安定してストリップ加工するためには、ある程度の余裕を持たせることが必要であることから、内層２ａの厚さは０．０５ｍｍ以上であることが好ましいと言える。次に、外層２ｃについては、特性インピーダンスを考慮した場合、絶縁体２の表面が少なくとも焼成状態となっていれば、実測値と計算値との差が小さく、高周波帯域の信号伝送用に使用される電線、ケーブル類に一般的に要求される公差値を満足できると推定されることから、外層２ｃの厚さ（下限値）は特に限定されないと言える。
【００３２】
次に、好ましい範囲の上限値について考察してみた。考察は上記した第１の実施の形態による絶縁電線を一例として、絶縁体２の焼成状態の内層２ａと焼成状態の外層２ｃの肉厚を変化させた場合の絶縁体２の比誘電率（図６参照）を評価することにより行った。図６によれば、絶縁体２の比誘電率は、内層２ａ及び外層２ｃの厚さが薄ければ薄いほど減少し、絶縁体全てが未焼成状態である場合の比誘電率１．７０に近付いていくことがわかる。即ち、焼成状態である内層２ａ及び外層２ｃの厚さが薄いほど減衰量が小さく、遅延時間が短くなる。高周波帯域の信号伝送用に使用される電線、ケーブル類に一般的に要求される比誘電率としては、１．８０より小さいことが好ましいことから、これを満足する内層２ａ及び外層２ｃの厚さ（上限値）としては、内層２ａが０．２ｍｍ以下、外層２ｃが０．４４ｍｍ以下であることが好ましいと言える。
【００３３】
以上、本実施の形態によると次のような効果を奏することができる。まず、中心導体１を発熱させることにより内層２ａを焼成状態としているので、ストリップ加工の自動機の刃を焼成状態である内層２ａまで入れれば、ＰＴＦＥが繊維化して糸を引くことがなく、安定してストリップ加工することが可能である。又、中心導体１は硬い焼成状態の内層２ａに接しているので、中心導体１が未焼成のＰＴＦＥと接しているものに比べ導体引抜強度を上げることが可能である。又、外層２ｃを焼成状態としているので、ボビン巻き時や外部導体の形成時などに加わる圧力、張力、絞め付け力等の外力によって、絶縁体２が変形したり、外部導体３が絶縁体２に食い込んでしまうことを防止することができる。従って、所望とする特性インピーダンスを確実に得ることができる。更に、絶縁体２の大半を占める中間層２ｂは、未焼成状態又は半焼成状態であるため、絶縁体全てを焼成状態にする場合に比べて比誘電率は下がることになる。従って、高周波帯域での誘電損失を少なくすることが可能である。
【００３４】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、高周波帯域での誘電損失が少なく優れた伝送特性を示すとともに、中心導体と絶縁体との密着性に優れ、ストリップ加工性に優れ、更に、所望とする特性インピーダンスを確実に得ることが可能な絶縁電線と、該絶縁電線を使用した同軸ケーブルを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す図で、絶縁電線の概略断面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態を示す図で、同軸ケーブルの概略断面図である。
【図３】第１の比較の形態を示す図で、同軸ケーブルの概略断面図である。
【図４】第２の比較の形態を示す図で、同軸ケーブルの概略断面図である。
【図５】第３の比較の形態を示す図で、同軸ケーブルの概略断面図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態による絶縁電線の比誘電率を示す図である。
【符号の説明】
１ 中心導体
２ 絶縁体
２ａ 内層
２ｂ 中間層
２ｃ 外層
３ 外部導体

Claims (4)

1. 中心導体と、該中心導体の周上に形成されたポリテトラフルオロエチレン樹脂を主成分とした絶縁体とからなる絶縁電線において、上記絶縁体は、内層が焼成状態、中間層が未焼成状態又は半焼成状態、外層が焼成状態であることを特徴とする絶縁電線。
2. 請求項１記載の絶縁電線において、上記中心導体を発熱させることにより上記絶縁体の内層を焼成状態としたことを特徴とする絶縁電線。
3. 中心導体と、該中心導体の周上に形成されたポリテトラフルオロエチレン樹脂を主成分とした絶縁体と、該絶縁体の周上に形成された外部導体とからなる同軸ケーブルにおいて、上記絶縁体は、内層が焼成状態、中間層が未焼成状態又は半焼成状態、外層が焼成状態であることを特徴とする同軸ケーブル。
4. 請求項３記載の同軸ケーブルにおいて、上記中心導体を発熱させることにより上記絶縁体の内層を焼成状態としたことを特徴とする同軸ケーブル。

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