JP2011001494A - 樹脂組成物及び高発泡高密度高周波同軸ケーブル - Google Patents

Abstract

【課題】ケーブルの長さ方向の安定性の指標である電圧定在波比を小さく、かつ減衰量を小さくするための樹脂組成物及び高発泡高密度高周波同軸ケーブルを提供する。
【解決手段】架橋高密度ポリエチレンからなり、密度が０．９６０ｇ／ｃｍ³以上、かつ溶融破断張力が２０〜１００ｍＮである樹脂組成物を用い、内部導体２の外周に、内部充実層３、発泡樹脂絶縁層４、外部充実層５、外部導体６を順に設けた高周波同軸ケーブルにおいて、発泡樹脂絶縁層４を上記樹脂組成物の発泡体により構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、移動体通信施設やマイクロ波通信施設で用いられる高周波同軸ケーブルに関するものである。

携帯電話に必要な移動体通信施設やテレビ局のマイクロ波通信施設で用いられる高周波同軸ケーブルは、通信速度と容量のアップを目的として、使用周波数が高くなる傾向にある。

これに伴い、減衰量の小さい高周波同軸ケーブルが要求されるようになっている。高周波同軸ケーブルの減衰量は、導体径に起因する導体損失と、絶縁体材料（ポリエチレン）に起因する誘電体損失とを足した値である。導体損失は、ケーブル形状で決定されるため変更できない。そのため、誘電体損失を小さくする必要がある。誘電体損失は、次式のような関係で示される。

ここで、εは誘電率、ｔａｎδは誘電正接、ｆは周波数である。よって、誘電体損失は、誘電正接に比例し、かつ、周波数に比例する。使用周波数が高い高周波同軸ケーブルにおいては、誘電正接を小さくする必要がある。

特開２００２−２５１９２３号公報 特開２００８−０２７８９９号公報

一般に、誘電正接（ｔａｎδ）は、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）よりも高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）の方が小さい。これは、高密度ポリエチレンの分子構造中の側鎖が少ないことが原因と考えられる。そのため、発泡絶縁体の組成物の主材料として高密度ポリエチレンが多く使用されている。しかし、高密度ポリエチレンは、分岐が少なく、分子同士の絡み合いが小さいので、溶融破断張力（ＭＴ）が小さくなる。そのため、発泡絶縁体内の気泡が独立したものではなく、気泡同士がつながった連続気泡（巣）になり易く、その結果、電圧定在波比（ＶＳＷＲ）が増大（悪化）する。そのため、誘電正接を犠牲にしてでも、溶融破断張力の大きい低密度ポリエチレンをブレンドする必要があった。

そこで、本発明の目的は、ケーブルの長さ方向の安定性の指標である電圧定在波比を小さく、かつ減衰量を小さくするための樹脂組成物及び高発泡高密度高周波同軸ケーブルを提供することである。

上記目的を達成するために本発明の樹脂組成物は、架橋高密度ポリエチレンからなり、密度が０．９６０ｇ／ｃｍ³以上、かつ溶融破断張力が２０〜１００ｍＮであるものである。

上記架橋高密度ポリエチレンは、０．１〜２．０Ｍｒａｄの電子線を照射することにより、架橋してなってもよい。

上記架橋高密度ポリエチレンは、シラン化合物を０．２〜１．０質量％添加することにより、架橋してなってもよい。

上記架橋高密度ポリエチレンは、有機過酸化物を添加することにより、架橋してなってもよい。

本発明の高発泡高密度高周波同軸ケーブルは、内部導体の外周に、内部充実層、発泡樹脂絶縁層、外部充実層、外部導体を順に設けた高周波同軸ケーブルにおいて、上記発泡樹脂絶縁層が上記樹脂組成物の発泡体により構成されるものである。

前記発泡樹脂絶縁層の空洞共振摂動法による２ＧＨｚでの誘電正接の値が２．０×１０^-4であってもよい。

本発明によれば、ケーブルの長さ方向の安定性の指標である電圧定在波比を小さく、かつ減衰量を小さくすることができる。

（ａ）は、本発明の一実施形態を示す高発泡高密度高周波同軸ケーブルの外部充実層より内部の断面図、（ｂ）は、本発明の一実施形態を示す高発泡高密度高周波同軸ケーブルの端末の側面図である。 本発明の高発泡高密度高周波同軸ケーブルを製造する押出装置の概略構成図である。

以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

本発明者らは、誘電正接が小さく発泡成形に適する粘弾性を有するポリエチレンの体系的な研究を行った。その結果、高密度ポリエチレンの主鎖同士をわずかに橋掛けした状態（微架橋状態）とすることで、分岐の少ない高密度ポリエチレンにおいても絡み合いを生じさせ、溶融破断張力を高くすることができることを見出した。すなわち、本発明の樹脂組成物は、微架橋高密度ポリエチレンを用い、密度が０．９６０ｇ／ｃｍ³以上、かつ溶融破断張力が２０〜１００ｍＮとしたものである。

本発明の樹脂組成物における溶融破断張力は、炉体径が９．５５ｍｍのキャピラリ式レオメータを用いて、内径２．０９５ｍｍ、長さ８．０３ｍｍのフラットキャピラリを用い、温度１７０℃、ピストンスピード１０ｍｍ／ｍｉｎ、引き取り加速度４００ｍ／ｍｉｎ²の条件で測定したものである。

本発明の樹脂組成物は、溶融破断張力２０〜１００ｍＮの範囲にすることにより、樹脂組成物を発泡体とした場合に、気泡の粗大化の防止及び高発泡化が可能になる。

微架橋高密度ポリエチレンを作製する方式としては電子線照射、過酸化物による化学架橋・シラングラフト水架橋などが挙げられるが、本発明では、どの様な架橋方式を用いてもよい。

照射架橋の場合、酸化によるポリエチレンの劣化を防ぐため、窒素ガスなど不活性ガス雰囲気若しくは真空中で高密度ポリエチレンのペレットに電子線を０．１〜２．０Ｍｒａｄ照射すると微架橋高密度ポリエチレンのペレットが得られる。溶融破断張力を適正値にするため、より好適には０．５〜１．０Ｍｒａｄである。

パーオキサイド架橋による場合、微量のジクミルパーオキサイドなどの有機化酸化物と高密度ポリエチレンを樹脂温度１８０℃以上になるように設定した押出機中で反応させた後、ペレタイズにより微架橋高密度ポリエチレンのペレットを得ることができる。

シラングラフト水架橋による場合は、高密度ポリエチレンにビニルシランなどのシラン化合物０．２〜１．０質量％を有機過酸化物などの適当な反応開始剤および架橋反応触媒（ジブチルスズジラウレート）と共に溶融混練してグラフトポリマを作製後、これを８０℃の水蒸気雰囲気中で２４ｈｒキュアすることにより微架橋高密度ポリエチレンが得られる。

本発明の微架橋高密度ポリエチレンからなる樹脂組成物には、定法に従い発泡核剤、発泡剤、酸化防止剤、銅害防止剤、滑剤、難燃剤、着色剤、紫外線吸収剤、光安定剤、架橋助剤を添加することができる。発泡核剤としてはタルク、シリカ、窒化ホウ素、無機酸化物、金属酸化物、化学発泡剤として市販されている有機化合物を使用することができ、化学発泡剤のＡＤＣＡ（アゾジカルボンアミド）またはＯＢＳＨ（オキシベンゼンスルホニルヒドラジド）が好適である。

以上説明したように、本発明の樹脂組成物は、微架橋高密度ポリエチレンを用い、密度が０．９６０ｇ／ｃｍ³以上、かつ溶融破断張力が２０〜１００ｍＮとしたので、この樹脂組成物を発泡体とした場合に、気泡の粗大化の防止及び高発泡化が可能になる。

次に、本発明者らは、内部導体の外周に、内部充実層、本発明の樹脂組成物を用いた発泡樹脂絶縁層、外部充実層、外部導体及びシースを順次設けた高発泡高密度高周波同軸ケーブルは、良好な高周波特性を奏することを見出した。

図１（ａ）及び図１（ｂ）に示されるように、本発明の高発泡高密度高周波同軸ケーブル１は、内部導体２の外周に、発泡用ガスが内部導体２の周囲に逃げないようにするための内部充実層３、本発明の樹脂組成物の発泡体により構成される発泡樹脂絶縁層４、発泡樹脂絶縁層４の気泡への水分浸入を防止する外部充実層５、外部導体６、外皮７を順に設けたものである。外部導体６は、銅コルゲート、リング状などがある。

本発明の高発泡高密度高周波同軸ケーブル１の効果を説明する。既に述べたように、本発明の樹脂組成物を発泡体とした場合、気泡の粗大化の防止及び高発泡化が可能である。その結果、本発明の樹脂組成物の発泡体により発泡樹脂絶縁層４が構成された高発泡高密度高周波同軸ケーブル１は、電圧定在波比を小さくすることができ、電波エネルギーの効率的な伝送に有利となる。また、前記微架橋後の高密度ポリエチレンの２ＧＨｚの時の誘電正接を２．０×１０^-4にすると、高発泡高密度高周波同軸ケーブル１のロスをさらに小さくすることが可能となる。

本発明の高発泡高密度高周波同軸ケーブル１は、図２の押出装置２１により製造することができる。図２に示されるように、カスケード型物理発泡押出装置２１は、発泡層用材料を混練する１ｓｔ押出機２２、１ｓｔ押出機２２からの混練物を発泡に適した温度まで下げるための２ｎｄ押出機２３、１ｓｔ押出機２２に発泡用の不活性ガスを注入するガス注入装置２４、発泡樹脂絶縁層４を押し出す押出ヘッド２５、内部充実層３を押し出す内部充実層押出機２６、外部充実層５を押し出す外部充実層押出機２７、高発泡高密度高周波同軸ケーブル１を冷却する冷却水槽２８から構成される。

１ｓｔ押出機２２にて発泡層用材料を混練しつつガス注入装置２４から不活性ガスを注入し、２ｎｄ押出機２３では１ｓｔ押出機２２からの混練物を発泡に適した温度まで下げる。内部充実層押出機２６では、内部導体２に内部充実層３を押し出し、この押し出された中間製品に対し、押出ヘッド２５と外部充実層押出機２７により発泡樹脂絶縁層４と外部充実層５を同時に押し出し被覆し、冷却水槽２８にて冷却することで、高発泡高密度高周波同軸ケーブル１が製造される。

表１に、本発明の実施例１〜８を示す。

微架橋高密度ポリエチレンは、照射架橋の場合、窒素ガス雰囲気下で高密度ポリエチレンのペレットに電子線を照射して作製した。パーオキサイド架橋による場合は、有機過酸化物としてジクミルパーオキサイド（ＤＣＰ）０．１質量％を用いた。シラングラフト水架橋による場合は、高密度ポリエチレンとビニルシラン０．５質量％にＤＣＰを０．０５質量％溶かした溶液と、ジブチルスズジラウレート０．０２質量％とを、樹脂温度が１８０℃以上になるように設定した押出機に投入し、ペレタイズ後のペレットを８０℃の水蒸気雰囲気中で２４ｈｒキュアして作製した。

本発明の高発泡高密度高周波同軸ケーブル１の作製は、以下の手順にもとづき行った。

高密度ポリエチレンに１．０質量％の発泡核剤（ＡＤＣＡ）を練り込み、核剤マスターバッチを作製する。微架橋高密度ポリエチレンからなる樹脂組成物と核剤マスターバッチを９９：１の比率でドライブレンドして発泡層用材料とした。

この発泡層用材料を使用し、図２に示すカスケード型物理発泡押出装置２１で高発泡高密度高周波同軸ケーブルを製造した。

発泡層用材料をカスケード型物理発泡押出装置２１の１ｓｔ押出機２２に投入し、ガス注入装置２４から窒素ガスを圧入後、混練し、２ｎｄ押出機２３で発泡に適した温度まで下げていき、押出ヘッド２５において、内部充実層押出機２６であらかじめ接着層として内部充実層を被覆したφ９．０ｍｍの内部導体２上に、２ｎｄ押出機２３で発泡体からなる発泡樹脂絶縁層と、外部充実層押出機２７で外部充実層を同時に押し出し被覆して高発泡高密度高周波同軸ケーブル１を得た。製造した高発泡高密度高周波同軸ケーブル１は、導体損失による減衰量の値が最も大きい内径２０ｍｍでインピーダンスが５０Ωの２０Ｄアニューラリングにより外部導体６を形成した。

製造した高発泡高密度高周波同軸ケーブル１（実施例１〜８）の減衰量及び電圧定在波比の測定はアジレント社製スカラネットワークアナライザ８７５７Ｄを用いて行い、２．２ＧＨｚでの減衰量が６．１４ｄＢ／１００ｍ未満を○、６．１０ｄＢ／１００ｍ未満を◎、６．１５ｄＢ／１００ｍ以上を×とした。○及び◎が合格である。電圧定在波比は１．１０以下を合格とした。

発泡コア（絶縁層全体）＝（内部充実層＋発泡樹脂絶縁層＋外部充実層）の発泡度測定は次の式で求めた。

メルトフローレート(ＭＦＲ)の値はＪＩＳ Ｋ７２１０に基づいて、１９０℃、２１．８Ｎの荷重で測定した。さらに、溶融破断張力を測定した１７０℃のメルトフローレートも測定した。

誘電正接は、摂動(空洞共振器)法に基づき関東電子応用開発製２．０ＧＨｚ空洞共振器を用い、ヒューレットパッカード社製ネットワークアナライザ８７２０Ｄで測定を行った。計算式は以下の通りである。

ここで、Ｆｒ，Ｑｒは、試料非装荷時の共振周波数と無負荷時のＱ値、Ｆｓ，Ｑｓは、試料装荷時の共振周波数と無負荷時のＱ値、Ｓｃ，Ｓｓは、電界に垂直な空洞共振器及び試料の断面積、αは、空洞共振器のモードにより決まる定数である。

実施例１〜８は、密度が規定値０．９６０以上の高密度ポリエチレンに微架橋処理を施した例であるが、高密度でありながら、いずれも２０ｍＮ以上の高い溶融破断張力を有している。また、同軸ケーブルの発泡層には巣の発生がなく高い発泡度が得られ、減衰量および電圧定在波比が合格している。

特に電子線照射（照射量０．１〜２．０Ｍｒａｄ）により微架橋した実施例１〜３及び実施例６、７は、高周波（２ＧＨｚ）での誘電正接が規定範囲の２．０×１０^-4以下であり、その結果空気中で照射した実施例８及び微架橋方法の異なる実施例４，５より優れた減衰量が得られている。空気中で照射した実施例８では酸化によるものと思われる高周波（２ＧＨｚ）での誘電正接が大きく、発泡度が高いにもかかわらず減衰量がやや劣る。

実施例６，７はベースとなる高密度ポリエチレンの密度が０．９６２ｇ／ｃｍ³、０．９６３ｇ／ｃｍ³と規定した０．９６０ｇ／ｃｍ³の下限の場合であり、メルトフローレートが異なる系である。メルトフローレートが異なっていても溶融破断張力は規定範囲内に入っており減衰量・電圧定在波比共に合格している。

表２に、比較例１〜３を示す。

比較例１は、非照射の場合であるが、溶融破断張力が低いため成形時に気泡が破泡し、発泡剤（ガス）抜けによる気泡の粗大化が見られた。このため発泡度が６５％と低下してしまい、その結果、減衰量が規格を満足できない。

比較例２は、照射量が少なすぎる場合であり、未照射同様に溶融破断張力が規定より低く、発泡時に巣を発生し、発泡度が６７%と低く、その結果、減衰量が規格を満足できない。

比較例３は、照射量が２．０Ｍｒａｄ以上の場合であるが、絶縁層全体が発泡度の低下によって減衰量を満足できない。溶融破断張力が大きくなりすぎ、流動性が損なわれたためと推定できる。

１ 高発泡高密度高周波同軸ケーブル
２ 内部導体
３ 内部充実層
４ 発泡樹脂絶縁層
５ 外部充実層
６ 外部導体
７ 外皮

Claims (6)

1. 架橋高密度ポリエチレンからなり、密度が０．９６０ｇ／ｃｍ³以上、かつ溶融破断張力が２０〜１００ｍＮであることを特徴とする樹脂組成物。
2. 上記架橋高密度ポリエチレンは、０．１〜２．０Ｍｒａｄの電子線を照射することにより、架橋してなることを特徴とする請求項１記載の樹脂組成物。
3. 上記架橋高密度ポリエチレンは、シラン化合物を０．２〜１．０質量％添加することにより、架橋してなることを特徴とする請求項１記載の樹脂組成物。
4. 上記架橋高密度ポリエチレンは、有機過酸化物を添加することにより、架橋してなることを特徴とする請求項１記載の樹脂組成物。
5. 内部導体の外周に、内部充実層、発泡樹脂絶縁層、外部充実層、外部導体を順に設けた高周波同軸ケーブルにおいて、上記発泡樹脂絶縁層が請求項１〜４いずれかに記載の樹脂組成物の発泡体により構成されることを特徴とする高発泡高密度高周波同軸ケーブル。
6. 前記発泡樹脂絶縁層の空洞共振摂動法による２ＧＨｚでの誘電正接の値が２．０×１０^-4であることを特徴とする請求項５記載の高発泡高密度高周波同軸ケーブル。

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