JP2014022147A - 高周波電力伝送用同軸ケーブル - Google Patents

Abstract

【課題】取り扱い性を向上させることができ、コストダウンさせることができ、伝送効率を向上させることができる高周波電力伝送用同軸ケーブルを提供する。
【解決手段】高周波電力伝送用同軸ケーブル１は、内部導体２と、該内部導体２の外周に設けられた絶縁体５と、該絶縁体５の外周に設けられた外部導体７と、該外部導体７の外周に設けられたジャケット層１０と、を有し、前記内部導体２が、アルミニウム芯線３の外周に銅被覆４を設けた銅クラッドアルミニウム線とされ、前記外部導体７が、複数本の銅素線８を編み組した銅編組線とされ、前記複数本の銅素線８の軸直角断面の断面積の合計が、前記内部導体２の軸直角断面の断面積の１．３〜１．５倍である。
【選択図】図１

Description

本発明は、高周波電力を伝送するための高周波電力伝送用同軸ケーブルに関する。

同軸ケーブル１０１として、図４に示すように、内部導体１０２と、絶縁体（誘電体）１０５と、外部導体１０７と、ジャケット層１１０とが同軸上に配置され、前記内部導体１０２が銀めっき銅クラッド鋼線とされたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平９−１３９１２２号公報

しかしながら、前記特許文献１に示された従来の同軸ケーブル１０１は、内部導体１０２が銀めっき銅クラッド鋼線であるため、内部導体１０２を大径化させると、重量が増加するとともに、曲げに対する硬さが増加し、取り扱い性が極端に低下してしまうという問題があった。

また、銀めっきにコストがかかるため、同軸ケーブル１０１のコストアップとなり、用途が限られてしまうことから、汎用性が低下してしまうという問題があった。

また、高周波電力を伝送する時に、交流電流の流れる方向に対して直角となる方向の交流磁界が外部導体１０７に発生し、該外部導体１０７の表面を交流電流が流れるいわゆる表皮効果を生じて、外部導体１０７の導体抵抗が増加し、伝送効率が低下してしまうという問題があった。

本発明は、かかる問題を解決することを目的とするものである。即ち、本発明は、取り扱い性を向上させることができ、コストダウンさせることができ、伝送効率を向上させることができる高周波電力伝送用同軸ケーブルを提供することを目的とする。

前記課題を解決し目的を達成するために、本発明の高周波電力伝送用同軸ケーブルは、内部導体と、該内部導体の外周に設けられた絶縁体と、該絶縁体の外周に設けられた外部導体と、該外部導体の外周に設けられたジャケット層と、を有し、前記内部導体が、アルミニウム芯線の外周に銅被覆を設けた銅クラッドアルミニウム線とされ、前記外部導体が、複数本の銅素線を編み組した銅編組線とされ、前記複数本の銅素線の軸直角断面の断面積の合計が、前記内部導体の軸直角断面の断面積の１．３〜１．５倍であることを特徴としている。

本発明の高周波電力伝送用同軸ケーブルによれば、銅クラッドアルミニウム線を内部導体としたことによって、鋼線を用いた場合よりも内部導体を軽量化させることができる。

また、銅クラッドアルミニウム線を内部導体としたことによって、鋼線を用いた場合よりも内部導体を柔軟化させることができる。

このように、鋼線を用いた場合よりも内部導体を軽量化させることができるとともに柔軟化させることができるので、高周波電力伝送用同軸ケーブルを軽量化させることができ、柔軟化させることができる。

また、高周波電力伝送用同軸ケーブルを軽量化させるとともに柔軟化させることによって、可撓性や耐屈曲性などを向上させることができ、高周波電力伝送用同軸ケーブルの取り扱い性を向上させることができる。

また、銅クラッドアルミニウム線を内部導体としたことによって、銀めっきが施された鋼線を用いた場合よりもコストダウンさせることができる。したがって、高周波電力伝送用同軸ケーブルをコストダウンさせることができる。

このように、高周波電力伝送用同軸ケーブルをコストダウンさせることができるので、比較的に高価な銀めっき銅クラッド鋼線を用いた場合よりも、種々の用途に使用させることができる。したがって、高周波電力伝送用同軸ケーブルの汎用性を向上させることができる。

また、高周波電力が伝送される時に表皮効果の影響で外部導体の内周側の表面のみに交流電流が流れることとなるが、複数本の銅素線が編み組された銅編組線を外部導体とするとともに、複数本の銅素線の軸直角断面の断面積の合計を内部導体の軸直角断面の断面積の１．３〜１．５倍とすることによって、内部導体に流れる交流電流と同等の交流電流を外部導体に流すことができるようになる。

このように、内部導体に流れる交流電流と同等の交流電流を外部導体に流すことができるので、高周波電力伝送用同軸ケーブルの伝送効率の低下を抑えさせることができる。

本発明の一実施形態にかかる高周波電力伝送用同軸ケーブルの軸直角断面を示す断面図である。 本発明の高周波電力伝送用同軸ケーブルの実施例と比較例とにおける取り扱い性、コストダウン、伝送効率の各々の性能を示す図である。 屈曲試験の方法を説明するための説明図である。 従来例の同軸ケーブルの軸直角断面を示す断面図である。

以下に添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下に説明する本発明の実施の形態は、本発明の代表的な形態を示したものに過ぎず、本発明は、実施の形態に限定されるものではない。したがって、本発明は、本発明の骨子を逸脱しない範囲、すなわち、当業者が容易に想到できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲で種々変形して実施することができる。

図１は、本発明の一実施形態にかかる高周波電力伝送用同軸ケーブル１の軸直角断面を模式的に表した断面図である。

本発明の一実施形態にかかる高周波電力伝送用同軸ケーブル１は、図１に示すように、内部導体２と、絶縁体５と、外部導体７と、ジャケット層１０と、が同心円上に配置されている。

また、高周波電力伝送用同軸ケーブル１は、該高周波電力伝送用同軸ケーブル１が伝送する高周波電力の周波数（例えば、数十ＭＨｚないし数百ＭＨｚ）において、所定の特性インピーダンスとなるように、内部導体２の外径と外部導体７の内径との比が設定されている。

内部導体２の外径と外部導体７の内径との比は、例えば、周波数が１０ＭＨｚのときの特性インピーダンスが５０Ωとなるように設定されている。

内部導体２は、軸直角断面が円形状に形成されている。内部導体２は、いわゆる銅クラッドアルミニウム線（銅クラッドアルミ線ともいう）とされている。内部導体２の線径Ｒ１は、後述する外部導体７の銅素線８の線径Ｒ２よりも大径に形成されている。図示例では、内部導体２の線径Ｒ１が、銅素線８の線径Ｒ２の約４倍に設定されている。

銅クラッドアルミニウム線は、１本のアルミニウム芯線３と、該アルミニウム芯線３の外周に被覆された銅被覆４と、を備えている。銅クラッドアルミニウム線は、アルミニウム芯線３の外周面と銅被覆４の内周面とが、熱および圧力によって拡散結合されている。

また、銅クラッドアルミニウム線は、銅被覆４でアルミニウム芯線３の表面を覆うことによって、引っ張り強さが向上されるとともに、銅線や鋼線よりも軽量化されている。また、銅クラッドアルミニウム線は、銅被覆４でアルミニウム芯線３の表面を覆うことによって、従来の半田付けが可能となり、接続性が向上されている。また、銅クラッドアルミニウム線は、アルミニウム芯線３の有する柔軟性によって、銅線や鋼線よりも柔軟性が向上されている。

また、銅線や鋼線を用いた場合よりも内部導体２を軽量化および柔軟化させるとともに高強度化させることによって、高周波電力伝送用同軸ケーブル１の取り扱い性が向上されている。

また、銅クラッドアルミニウム線で内部導体２を形成したことによって、銀めっきが施された鋼線を用いた場合よりもコストダウンさせることができるので、高周波電力伝送用同軸ケーブル１がコストダウンし、汎用性が向上している。

アルミニウム芯線３は、円柱形状に形成されている。アルミニウム芯線３は、アルミニウムまたはその合金で形成されている。アルミニウムとしては、例えば、硬アルミ、半硬アルミ、または軟アルミなどを用いることができ、アルミニウム合金としては、例えば、イ号アルミ合金、高力アルミ合金、耐熱アルミ合金、高力耐熱アルミ合金などを用いることができる。

銅被覆４は、円筒形状に形成されている。銅被覆４は、銅またはその合金で形成されている。銅としては、例えば、硬銅、半硬銅、または軟銅などを用いることができ、銅合金としては、例えば、耐熱硬銅（銅−銀系合金）、銅−亜鉛系合金、銅−錫系合金、ベリリウム銅、チタン銅、ジルコニウム銅、鉄入り銅、コルソン合金など、電気伝導性および熱伝導性が大きく損なわれずに高強度化された銅合金等を用いることができる。

また、銅被膜４の厚さは、高周波電力を高周波電力伝送用同軸ケーブル１によって伝送する際に、内部導体２に発生する表皮効果の影響を受けたとしても、必要とされる電流を流すことのできる厚さに設定されている。

絶縁体５は、内部導体２の外周の同心円上に設けられている。絶縁体５は、円筒形状に形成されている。絶縁体５は、例えば、熱可塑性エラストマーなどのゴム状弾性体、あるいは、ポリエチレン樹脂などの合成樹脂で形成されている。

また、絶縁体５は、高周波電力伝送用同軸ケーブル１が伝送する高周波電力の周波数（例えば、数十ＭＨｚないし数百ＭＨｚ）において、所定の特性インピーダンスとなるように、その厚さが設定されている。

すなわち、絶縁体５は、内部導体２の線径Ｒ１と外部導体７の内径との比が、例えば周波数が１０ＭＨｚのときの特性インピーダンスが５０Ωとなるように、その厚さが設定されている。

なお、絶縁体５は、前記ゴム状弾性体や前記合成樹脂などを発泡させた発泡絶縁体であってもよい。このように絶縁体５を発泡させることにより当該絶縁体５の誘電率を低く抑え、高周波電力伝送用同軸ケーブル１のインピーダンスを整合させやすくしてもよい。

また、誘電率を低く抑えることによって、絶縁体５の厚さを薄くし、高周波電力伝送用同軸ケーブル１のケーブル外径を細くさせることができる。

外部導体７は、絶縁体５の外周の同心円上に設けられている。外部導体７は、複数本（図示例では、２６本）の銅素線８が等間隔で同心円上に配置されている。外部導体７は、複数本の銅素線８が編み組されて筒状に形成された銅編組線とされている。

銅素線８は、円柱形状に形成されている。銅素線８は、例えば、硬銅線、半硬銅線、軟銅線、銅−銀系合金線、銅−亜鉛系合金線、銅−錫系合金線、ベリリウム銅線、チタン銅線、ジルコニウム銅線、鉄入り銅線、コルソン合金線などが用いられる。

また、銅素線８の線径Ｒ２は、内部導体２の線径Ｒ１よりも小径とされている。また、銅素線８の線径Ｒ２は、複数本の銅素線８の軸直角断面の断面積の合計が、内部導体２の軸直角断面の断面積の１．３〜１．５倍となるように設定されている。

このように、複数本の銅素線８の軸直角断面の断面積の合計が内部導体２の軸直角断面の断面積の１．３〜１．５倍となるように設定することによって、内部導体２に流れる交流電流と同等の交流電流を外部導体７の内周側の表面に流すことができるようになる。

また、内部導体２に流れる交流電流と同等の交流電流を外部導体７の内周側の表面に流すことができるので、高周波電力伝送用同軸ケーブル１の伝送効率の低下を抑えさせることができる。

なお、銅素線８は、軟銅素線で形成した場合には、導電性を向上させることができ、銅合金素線で形成した場合には、機械的強度を向上させることができるので、配線箇所や配線形態または用途などに適した高周波電力伝送用同軸ケーブル１を製造することができる。

また、銅素線８は、図示例の２６本に限定されるものではなく、複数本の銅素線８の軸直角断面の断面積の合計が内部導体２の軸直角断面の断面積の１．３〜１．５倍となるように設定されていればよいので、シールド特性を低下させない範囲内において、その本数や線径Ｒ２の変更が可能である。

ジャケット層１０は、外部導体７の外周の同心円上に設けられている。ジャケット層１０は、外部導体７の外周面を被覆している。ジャケット層１０は、円筒状に形成された外装絶縁層とされている。

また、ジャケット層１０は、例えば、熱可塑性エラストマーとして、軟質ポリ塩化ビニル樹脂（軟質ＰＶＣ樹脂）などで形成されている。なお、ジャケット層１０は、耐候性、耐水性、あるいは耐熱性など、種々の用途に対して最適となる公知の合成樹脂などで形成することができる。

以上に説明したように、本発明の一実施形態にかかる高周波電力伝送用同軸ケーブル１は、内部導体２と、該内部導体２の外周に設けられた絶縁体５と、該絶縁体５の外周に設けられた外部導体７と、該外部導体７の外周に設けられたジャケット層１０と、を有し、前記内部導体２が、アルミニウム芯線３の外周に銅被覆４を設けた銅クラッドアルミニウム線とされ、前記外部導体７が、複数本の銅素線８を編み組した銅編組線とされ、前記複数本の銅素線８の軸直角断面の断面積の合計が、前記内部導体２の軸直角断面の断面積の１．３〜１．５倍であることを特徴とするものである。

このように、銅線や鋼線よりも軽量であるとともに柔軟である銅クラッドアルミニウム線で内部導体２を形成したことによって、内部導体２を軽量化させるとともに柔軟化させることができる。

また、内部導体２を軽量化させるとともに柔軟化させることによって、高周波電力伝送用同軸ケーブル１を軽量化させるとともに柔軟化させることができる。

また、高周波電力伝送用同軸ケーブル１を軽量化させるとともに柔軟化させることによって、高周波電力伝送用同軸ケーブル１の可撓性および耐屈曲性を向上させ、高周波電力伝送用同軸ケーブル１の取り扱い性を向上させることができる。

また、比較的に安価である銅クラッドアルミニウム線で内部導体２を形成したことによって、銀めっき処理された鋼線が用いられた場合よりもコストダウンさせることができる。したがって、高周波電力伝送用同軸ケーブル１をコストダウンさせることができる。

また、高周波電力伝送用同軸ケーブル１をコストダウンさせることによって、低費用で施工される箇所にも配線できるようになるので、コスト上の制限を減少させることができる。したがって、高周波電力伝送用同軸ケーブル１の汎用性を向上させることができる。

また、高周波電力が伝送される時に表皮効果の影響で外部導体７の内周側の表面のみに交流電流が流れることとなるが、複数本の銅素線８が編み組された銅編組線を外部導体７とするとともに、複数本の銅素線８の軸直角断面の断面積の合計を内部導体７の軸直角断面の断面積の１．３〜１．５倍とすることによって、内部導体２に流れる交流電流と同等の交流電流を外部導体７に流すことができるようになる。

また、内部導体２に流れる交流電流と同等の交流電流を外部導体７に流すことによって、高周波電力伝送用同軸ケーブル１の伝送効率の低下を抑えさせることができる。

次に、本発明の一実施形態にかかる高周波電力伝送用同軸ケーブル１の実施例と、同軸ケーブルの比較例とについて説明する。

図２に示すように、複数本の銅素線８の軸直角断面の断面積の合計が、内部導体２の軸直角断面の断面積の１．３〜１．５倍の範囲となった高周波電力伝送用同軸ケーブル１を製造した（実施例１〜３）。

また、複数本の銅素線８の軸直角断面の断面積の合計が、内部導体２の軸直角断面の断面積の１．３〜１．５倍の範囲を外れた同軸ケーブルを製造した（比較例１〜６）。

なお、比較例１〜６にかかる同軸ケーブルは、上述した本発明の一実施形態にかかる高周波電力伝送用同軸ケーブル１と同様に、図１に示すように、内部導体２と、絶縁体５と、外部導体７と、ジャケット層１０とが、同心円上に配置されている。

このようにして製造された実施例１〜３および比較例１〜６の各々について、図２に示すような特性試験を行い、その特性（取り扱い性、コストダウン、伝送効率）を求めた。

（屈曲試験）
図３に示すように、二つの円柱状の曲げ治具２２間に高周波電力伝送用同軸ケーブル１を挿通しておき、高周波電力伝送用同軸ケーブル１の一端部（上端部）を治具２０に固定するとともに他端部（下端部）に錘２１を取り付け、治具２０を一方の曲げ治具２２側（記号Ｂ側）に移動させて、高周波電力伝送用同軸ケーブル１の一端部を一方の曲げ治具２２の外周面に沿って屈曲させた後、治具２０を他方の曲げ治具２２側（記号Ｃ側）に移動させて、高周波電力伝送用同軸ケーブル１の一端部を他方の曲げ治具２２の外周面に沿って屈曲させる。

詳しくは、記号Ａ側から記号Ｂ側、記号Ｂ側から記号Ａ側、記号Ａ側から記号Ｃ側、そして、記号Ｃ側から記号Ａ側へ治具２０を移動させる一連の動作が１サイクルとされ、交互に、互いに逆向きに高周波電力伝送用同軸ケーブル１を繰り返して屈曲させる。

１００００回以上の屈曲回数に達したときに、導体すなわち、内部導体２および外部導体７が完全な破断をしていないことで、十分な機械的強度を有していることとなる。また、屈曲させるのに必要なエネルギーが予め定めたものよりも小さいことで、十分な可撓性を有していることとなる。

（重量試験）
高周波電力伝送用同軸ケーブル１の単位長さ当たりの重量を測定し、予め定められた重量よりも軽いことで、軽量化されていることとなる。

なお、前記屈曲試験および前記重量試験において、十分な機械的強度と十分な可撓性とを有するとともに軽量化されているとされたものが、取り扱い性の向上したものとなる。

（コスト試験）
高周波電力伝送用同軸ケーブル１の単位長さ当たりのコストを算出し、予め定められたコストを下回ることで、コストダウンされていることとなる。

（伝送効率試験）
内部導体２に流れる交流電流と、外部導体７に流れる交流電流とを測定し、内部導体２に流れる交流電流と同等の交流電流が外部導体７に流れることで、十分な伝送効率を有していることとなる。

（試験結果）
図２に示すように、本発明の実施例１〜３にかかる高周波電力伝送用同軸ケーブル１は、取り扱い性がよく、コストダウンされていた。また、高周波電力伝送用同軸ケーブル１は、伝送効率がよいものであった。

一方、比較例１〜６にかかる同軸ケーブルは、取り扱い性または伝送効率のいずれか一方が必要とされる性能に達していなかった。

このように、複数本の銅素線８の軸直角断面の断面積の合計が内部導体２の軸直角断面の断面積の１．３〜１．５倍の範囲では、内部導体２に流れる交流電流と同等の交流電流を外部導体７の内周側の表面に流すことができるようになり、伝送効率のよい高周波電力伝送用同軸ケーブル１が得られた。

一方、複数本の銅素線８の軸直角断面の断面積の合計が内部導体２の軸直角断面の断面積の１．３倍未満では、内部導体２の軸直角断面の断面積と、外部導体７の軸直角断面の断面積との比率が変わるとともに、表皮効果によって外部導体７の抵抗値が上昇することから、内部導体２と同等の交流電流が外部導体７に流れなくなり、伝送効率が低下した。

また、複数本の銅素線８の軸直角断面の断面積の合計が内部導体２の軸直角断面の断面積の１．５倍を超えると、外部導体７の厚さが大きくなるので、同軸ケーブルのケーブル径が太くなり、同軸ケーブルの可撓性が低下した。

したがって、複数本の銅素線８の軸直角断面の断面積の合計が内部導体２の軸直角断面の断面積の１．３〜１．５倍の範囲で、取り扱い性を向上させることができ、コストダウンさせることができ、伝送効率を向上させることができる高周波電力伝送用同軸ケーブル１を製造することができた。

本発明にかかる高周波電力伝送用同軸ケーブル１は、高周波電力を伝送するためのケーブルとして利用することができ、例えば、車両内の配線用、機器同士の配線用や機器内の配線用などとして利用することができる。

１ 高周波電力伝送用同軸ケーブル
２ 内部導体
３ アルミニウム芯線
４ 銅被覆
５ 絶縁体
７ 外部導体
８ 銅素線
１０ ジャケット層
Ｒ１ 内部導体の線径
Ｒ２ 銅素線の線径

Claims (1)

1. 内部導体と、該内部導体の外周に設けられた絶縁体と、該絶縁体の外周に設けられた外部導体と、該外部導体の外周に設けられたジャケット層と、を有し、
   前記内部導体が、アルミニウム芯線の外周に銅被覆を設けた銅クラッドアルミニウム線とされ、
   前記外部導体が、複数本の銅素線を編み組した銅編組線とされ、
   前記複数本の銅素線の軸直角断面の断面積の合計が、前記内部導体の軸直角断面の断面積の１．３〜１．５倍である
   ことを特徴とする高周波電力伝送用同軸ケーブル。

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