JP2011228064A - 高周波同軸ケーブルの製造方法及び高周波同軸ケーブル並びに押出装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】中心導体付近の発泡絶縁体に発生する「巣」をコントロールして発泡状態を均一分布とし、それによって伝送ロスを低減することができる高周波同軸ケーブルの製造方法を提供する。
【解決手段】心金4および口金5を有する押出金型から樹脂6を押出し発泡させて、中心導体2の外周に発泡絶縁体14を形成する高周波同軸ケーブルの製造方法において、心金4の外周面に複数の突起13を配置することで気泡7を成長させて発泡絶縁体14を形成する方法である。
【選択図】図4
【解決手段】心金4および口金5を有する押出金型から樹脂6を押出し発泡させて、中心導体2の外周に発泡絶縁体14を形成する高周波同軸ケーブルの製造方法において、心金4の外周面に複数の突起13を配置することで気泡7を成長させて発泡絶縁体14を形成する方法である。
【選択図】図4
Description
本発明は、高周波伝送に用いる高周波同軸ケーブルの製造方法及び高周波同軸ケーブル並びに押出装置に関するものである。
情報通信の分野では使用する信号の伝送周波数が高くなっており、ケーブルにもGHz帯での長距離伝送が求められている。同軸ケーブルは、絶縁体を中心導体の表面に被覆して形成される絶縁コアに、外部導体及び絶縁性のシースを順次被覆して得られるものである。
同軸ケーブルの伝送ロスは使用周波数はもちろんのこと、導体の導電率、絶縁体の誘電率、誘電正接が影響する。導体は導電性の高い銅が使われているので導体損は固定であるが、誘電損は絶縁体で変化し下式の通りとなる。
(誘電損)=9.1×f×√ε×tanδ×10-8 (dB/m)
f:周波数(Hz)
ε:誘電率
δ:誘電正接
(誘電損)=9.1×f×√ε×tanδ×10-8 (dB/m)
f:周波数(Hz)
ε:誘電率
δ:誘電正接
ここで、誘電率、誘電正接は絶縁体自身の特性以外にも発泡構造とすることで影響を低減できることが知られており、そのため発泡度を向上させる検討がなされている。
ところが発泡度が上昇すると局部的に「巣」と呼ばれる巨大気泡が発生する場合があり、これが長手方向に偏在するとインピーダンスがずれてしまい、それによってロスが増大することが知られている。また、伝送損失以外にも外形寸法の変動や機械的強度の低下などが発生し信頼性が劣る結果となる。
電線の製造プロセスとしては、中心導体の外周にポリエチレンを押出し被覆し、その後に外周を水冷などによって絶縁体を冷却し気泡の成長速度を制御するといった工程を経るものとなっている。ところが発泡絶縁体は熱伝導率が低いために冷却効率が悪く、外表面から冷却されていくので、中心付近すなわち中心導体周辺の温度が高い状態で維持されることとなり、気泡成長が制御されにくい。
そのため、「巣」の発生は中心導体周辺に集まりやすくなり、それが径方向に不均一に発生することで特性の悪化を招くこととなる。
気泡の成長を制御する手段を記載した公知例の一つとしては特許文献1がある。特許文献1では、発泡絶縁体の外周部ほど気泡径を大きくし、外周部にランダムな凹凸を形成することで外部導体との密着性を向上させようというものである。そのため、上述した中心導体付近の気泡の異常成長を制御するものではない。
また、特許文献1は、絶縁体外周の気泡径を拡大させる方法としてダイス温度をクロスヘッドの温度よりも高くする方法を開示している。そのため、これを逆の設定温度とすれば、中心導体付近の気泡径が大きくできる可能性があるが、径を揃える方法とはなっていないため、上記課題を解決できるものではない。
そこで、本発明の目的は、中心導体付近の発泡絶縁体に発生する「巣」をコントロールして発泡状態を均一分布とし、それによって伝送ロスを低減することができる高周波同軸ケーブルの製造方法及び高周波同軸ケーブル並びに押出装置を提供することにある。
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、請求項1の発明は、心金および口金を有する押出金型から樹脂を押出し発泡させて、中心導体の外周に発泡絶縁体を形成する高周波同軸ケーブルの製造方法において、前記心金の外周面に複数の突起を配置することで気泡を成長させて前記発泡絶縁体を形成する高周波同軸ケーブルの製造方法である。
請求項2の発明は、中心導体の外周に発泡絶縁体を形成する高周波同軸ケーブルにおいて、前記発泡絶縁体中の最大径気泡の長径が、前記発泡絶縁体中の最小径気泡の長径の3.0倍以下である高周波同軸ケーブルである。
請求項3の発明は、前記発泡絶縁体の発泡度が、76%以上である請求項2に記載の高周波同軸ケーブルである。
請求項4の発明は、心金および口金を有する押出金型からなる押出装置において、前記心金の外周面に、気泡を成長させて発泡絶縁体を形成するための複数の突起が配置されている押出装置である。
請求項5の発明は、前記突起が、8個以上形成されている請求項4に記載の押出装置である。
請求項6の発明は、前記突起の高さが、前記発泡絶縁体中の気泡の平均寸法の0.5〜2.0倍である請求項4又は5に記載の押出装置である。
本発明によれば、中心導体付近の発泡絶縁体に発生する「巣」をコントロールして発泡状態を均一分布とし、それによって伝送ロスを低減することができる。
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
図1は、一般的な押出ヘッドの心金、口金の構造を示す断面図である。
図1に示すように、高周波同軸ケーブルの絶縁コア1は、中心導体2が予熱されて(図示せず)押出ヘッド3内に導入され、心金4によって位置決めがなされ、その後に口金5との間から押出された樹脂(ポリエチレン樹脂など)6が被覆されて完成する。
樹脂6には、押出装置の中間にてガスが注入され、それが高圧で樹脂6中に溶解状態となっている。口金5から出された樹脂6は大気圧に開放され、溶解しているガスが気体となって気泡が成長する。これにより、中心導体2の外周に気泡を有する発泡絶縁体8が形成された絶縁コア1が得られる。
その後、図2に示すように、絶縁コア1の外周に外部導体9及び絶縁性のシース10を順次被覆すると高周波同軸ケーブル11が得られる。
ところが、中心導体2付近の発泡が不均一の場合、気泡7の合一により大きく成長した大径気泡(巣)12が局部的、突発的に発生する。このときの気泡径について、前記大径気泡のうち最大径気泡の長径と最小径気泡の長径の比が3.0を超えると高周波同軸ケーブルを製造したときの特性インピーダンスが1Ω以上ずれてしまい、伝送ロスが増えてしまう。上述の比が2.5程度のときにはずれ量は0.7Ω程度となるが余裕は少ない。実用的には0.5Ω程度のずれにとどめる必要があるが、そのときの比は2.0以下となる。
そこで、本発明では、図3に示すように、中心導体2付近の気泡7を積極的に発生成長させて大きくし、突発的な大径気泡12ではなく定常的に大径気泡12となるようにして、高周波同軸ケーブル16を製造する。
すなわち、本実施の形態に係る高周波同軸ケーブルの製造方法では、図4(a),(b)に示すように、心金4の出口部外周面に複数の円錐形の突起13を配置した押出装置を用い、気泡7を積極的に成長させて、中心導体2付近に定常的な大径気泡12を有する発泡絶縁体14を形成するようにした。
上述したように、口金5から出された樹脂6は大気圧に開放され、溶解しているガスが気体となって現れることになるが、この気泡7の発生成長は、熱力学的な不安定さがその駆動エネルギーとなる。
例えば、押出の際の大気圧と圧力差、温度、撹拌などが主な要因であり、この中の圧力差、温度については飽和溶解状態となったガスが気体となって現れるものである。撹拌は、炭酸水を揺動することで発泡する現象からも理解されるもので、本発明は突起13によってその撹拌を起こしているものである。
心金4の外周面に突起13を設置した理由は、中心導体2の表面付近に気泡7を位置させるためである。また、心金4の外周面に沿って突起13を配置した理由は、中心導体2の周囲に均一に気泡7を成長させるためである。
突起13の寸法は、最終的に形成する気泡7,12の平均寸法の0.5〜2.0倍が望ましい。これは種々実験をした結果、気泡径は突起寸法相当となる傾向にあることが明確となったためである。配置する突起13の数は、最小でも8個程度が望ましく、それ以上あれば概ね平均的な気泡分布となる。
さらに、図5,6に示すように、この突起13を中心導体2の走行方向に2〜3重に施すことで、気泡数が増大して相対的に気泡径が小さくなり、それによってより安定な気泡径分布となる。
このような工法で製造した高周波同軸ケーブル16は、中心導体2付近の気泡径が大きく成長するが、突起13の加工条件を選択すれば、良好な特性の高周波同軸ケーブル16を得ることができる。
ここで発泡絶縁体の発泡度が73%以下であれば、気泡7が成長してもそれぞれが独立して存在できるので、巣が発生することはまれである。しかし、同一球径で充填したときの到達発泡度は74%であることが理論的に証明されている(金属原子を球と見立てて充填したときの原子の球体の空間占有率であって、最も密に充填される結晶構造(最密充填構造)のときの空間占有率が74%である)。すなわち、74%を超える領域では気泡7の合一による巣の発生が必ず発生する。そのため、本実施の形態に係る高周波同軸ケーブルの製造方法は、特に発泡度76%以上で効果が発揮される。
以上説明したように、本実施の形態に係る高周波同軸ケーブルの製造方法では、気泡7は大きく成長するものの、中心導体2の周囲に均一に分布する。つまり、中心導体2付近の発泡絶縁体14に発生する「巣」をコントロールして発泡状態を均一分布とし、それによって本方法を用いて製造された高周波同軸ケーブル16の伝送ロスを低減することができる。
従って、高周波伝送に適用する高発泡同軸ケーブルを、安定して製造できるようになる。
なお、本実施の形態においては、突起13を円錐形としたが、図7(a)に示すように円筒形(或いは直方体)の突起17としてもよいし、図7(b)に示すように、凹加工を施して凹部15を形成してもよい。これは樹脂6の流れを乱して、撹拌する効果を有するものであればよい。凹加工により凹部15を形成する場合には加工が容易で、低コストにできる利点がある。
本発明の具体的な実施例と比較例を表1に示す。
(比較例1)
樹脂としては、高密度品と低密度品を配合したポリエチレン材料を使用し、これを押出装置にて溶融混練し、窒素ガスを注入した後に押出ヘッドから発泡体を押出す手順とした。
樹脂としては、高密度品と低密度品を配合したポリエチレン材料を使用し、これを押出装置にて溶融混練し、窒素ガスを注入した後に押出ヘッドから発泡体を押出す手順とした。
適用した中心導体は直径9.0mmの無酸素銅(OFC)で、発泡絶縁体の外径は23mm程度である。押出温度170℃、ガス圧(樹脂圧との差圧)25MPaとして押出しを実施すると、発泡体の平均気泡径(最終気泡径)はほぼ300〜700μmとなった。
このプロセス条件では、発泡度73%までが巣が無く良好な発泡体が形成されるが、それ以上の領域では、中心導体周辺の一部に巣が発生した。例えば、発泡度を77%としたときの、中心導体付近の気泡径比(最大径/最小径)は3.0となった。このときの特性インピーダンスのずれは1.2Ωとなり伝送ロスは大きくなってしまった。
(実施例1〜5)
これに対して、突起形状を円筒とし、高さ、直径を最終的に予定している気泡径と同等として数を変えてみたところ、突起数の増大に伴って気泡径比が小さくなり、8個のときに気泡径比は2.0を下回った。しかし、突起数が10個以上では大きな改善効果は見られなかった。
これに対して、突起形状を円筒とし、高さ、直径を最終的に予定している気泡径と同等として数を変えてみたところ、突起数の増大に伴って気泡径比が小さくなり、8個のときに気泡径比は2.0を下回った。しかし、突起数が10個以上では大きな改善効果は見られなかった。
(実施例6〜11)
突起高さ比(突起高さ/最終気泡径)を変えてみたところ、突起高さ比が大きくなるにしたがって気泡径比も減少し、1.0以上のときに気泡径比は2.0を下回った。しかし、突起高さ比2.0以上では気泡径比は変わらなかった。
突起高さ比(突起高さ/最終気泡径)を変えてみたところ、突起高さ比が大きくなるにしたがって気泡径比も減少し、1.0以上のときに気泡径比は2.0を下回った。しかし、突起高さ比2.0以上では気泡径比は変わらなかった。
(実施例12〜25)
次に、突起を8個、突起配置を多重とした。3重にするところまでは気泡径比が減少する傾向が見られたが、それ以上では大きな効果はなかった。
次に、突起を8個、突起配置を多重とした。3重にするところまでは気泡径比が減少する傾向が見られたが、それ以上では大きな効果はなかった。
これは、突起を多重化することで気泡の数が増大し、相対的に気泡径が小さくなったためである。また、突起をそれ以上多重化しても気泡径比は向上せず、3重化程度が限界であった。
なお、上述の最大径、最小径、最終気泡径は、発泡体の断面(横断面)を露出させて取り込んだ画像を基に面積を算出し、各気泡の面積に相当する円の径から求めることができる。
なお、上述の気泡径は次の方法から求められる。
発泡絶縁体断面の画像をまず取り込み、気泡の輪郭を抽出する。このときの画像処理の対象とする領域は導体直上から導体の1.2倍の直径内にある絶縁体の領域である。
上記抽出された画像から各気泡の長径が求められ、それによって最大気泡径の長径と、最小気泡径の長径を得ることができる。
最終気泡径は抽出された画像から気泡面積を求め、その面積から平均的な径を計算することによって得る。
2 中心導体
4 心金
5 口金
6 樹脂
7 気泡
13 突起
14 発泡絶縁体
16 高周波同軸ケーブル
4 心金
5 口金
6 樹脂
7 気泡
13 突起
14 発泡絶縁体
16 高周波同軸ケーブル
Claims (6)
- 心金および口金を有する押出金型から樹脂を押出し発泡させて、中心導体の外周に発泡絶縁体を形成する高周波同軸ケーブルの製造方法において、前記心金の外周面に複数の突起を配置することで気泡を成長させて前記発泡絶縁体を形成することを特徴とする高周波同軸ケーブルの製造方法。
- 中心導体の外周に発泡絶縁体を形成する高周波同軸ケーブルにおいて、前記発泡絶縁体中の最大径気泡の長径が、前記発泡絶縁体中の最小径気泡の長径の3.0倍以下であることを特徴とする高周波同軸ケーブル。
- 前記発泡絶縁体の発泡度が、76%以上である請求項2に記載の高周波同軸ケーブル。
- 心金および口金を有する押出金型からなる押出装置において、前記心金の外周面に、気泡を成長させて発泡絶縁体を形成するための複数の突起が配置されていることを特徴とする押出装置。
- 前記突起が、8個以上形成されている請求項4に記載の押出装置。
- 前記突起の高さが、前記発泡絶縁体中の気泡の平均寸法の0.5〜2.0倍である請求項4又は5に記載の押出装置。
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JP2010095299A JP2011228064A (ja) | 2010-04-16 | 2010-04-16 | 高周波同軸ケーブルの製造方法及び高周波同軸ケーブル並びに押出装置 |
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---|---|---|---|---|
KR20160063971A (ko) | 2014-11-27 | 2016-06-07 | 히타치 긴조쿠 가부시키가이샤 | 동축 케이블 및 그것을 사용한 의료용 케이블 |
US9734934B2 (en) | 2014-11-19 | 2017-08-15 | Hitachi Metals, Ltd. | Coaxial cable and medical cable using same |
JP2020181764A (ja) * | 2019-04-26 | 2020-11-05 | 日立金属株式会社 | 発泡電線の製造装置、発泡電線の製造方法、及び発泡電線 |
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2010
- 2010-04-16 JP JP2010095299A patent/JP2011228064A/ja active Pending
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KR20160063971A (ko) | 2014-11-27 | 2016-06-07 | 히타치 긴조쿠 가부시키가이샤 | 동축 케이블 및 그것을 사용한 의료용 케이블 |
US9659683B2 (en) | 2014-11-27 | 2017-05-23 | Hitachi Metals, Ltd. | Coaxial cable and medical cable using the same |
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