JP4412137B2

JP4412137B2 - 同軸ケーブルの製造方法並びにその同軸ケーブルを用いた接続ケーブル

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Publication number: JP4412137B2
Application number: JP2004283754A
Authority: JP
Inventors: 正史松下; 稔之堀越; 正義青山
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2004-09-29
Filing date: 2004-09-29
Publication date: 2010-02-10
Anticipated expiration: 2024-09-29
Also published as: JP2006100073A

Description

本発明は、電磁ノイズ抑制のための同軸ケーブル及びその製造方法並びにその同軸ケーブルを用いた接続ケーブルに関するものである。

一般的な同軸ケーブルは、図３に示すように、中心導体３１の周りに、順に絶縁層３２、外部導体層３３、外皮層３６を有する。同軸ケーブル３０においては、多数本の金属線を編み込んでなる編組を、外部導体層３３、かつ、電磁波シールド層とするタイプ（編組単体）と、編組及び片面に金属箔（例えば、銅箔）を設けたポリエチレンフィルムを、外部導体層３３、かつ、電磁波シールド層とするタイプ（編組＋金属箔）がある。

近年、外部導体層を、絶縁体層表面に無電解メッキ、電解メッキなどによって形成した金属薄膜で構成した同軸ケーブルが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、情報処理機器の高周波化、高密度集積化に伴い、近接電磁界の相互干渉を抑制する技術が重要になってきている。同軸ケーブルにおける電磁ノイズ抑制の一般的手法としては、編組及び片面に金属箔を設けたポリエチレンフィルムのシールド能力だけに頼るか、ポリマー中に強磁性微粒子を分散させた樹脂で外皮層を形成するかのいずれかである。電磁ノイズ抑制能を更に高めるべく、図４に示すように、外皮内層３６の表面の少なくとも一部に、電磁波吸収能に優れた磁気損失膜（グラニュラー薄膜）４５を設け、その磁気損失膜４５を含めてケーブル全体を被うように外皮外層４６を設けた同軸ケーブル４０が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００２−２０３４３７号公報特開２００１−２８３６５２号公報

近年における情報処理機器の高密度集積化の要請から、同軸ケーブルの細径化が大きな課題となっている。外部導体層をＣｕで構成した同軸ケーブルを用い、ＧＨｚ帯の高周波を伝送する際、表皮効果から考えられる伝送可能な最小限の外部導体層の層厚（以下、最小層厚と記す）は、数μｍ程度とされる。

ここで、一般的な編組を用いた外部導体層の層厚は、金属線の細径化の限界から、最小層厚よりも大幅に厚くなってしまうという問題があった。これに対して、特許文献１記載の同軸ケーブルは、外部導体層の層厚を任意に調整することができ、外部導体層の層厚を最小層厚と同じ厚さにすることができる。しかしながら、無電解メッキ、電解メッキで形成された金属薄膜は、同軸ケーブルの屈曲によって、剥離やクラックが発生し易く、編組と比べて耐屈曲性が劣るという問題があった。

一方、情報処理機器の高周波化、高密度集積化の要請から、同軸ケーブルの電磁ノイズの抑制も極めて重大な課題となっている。特許文献２記載の同軸ケーブルは、電磁ノイズ抑制能が極めて高いものの、外皮層が外皮内層３６及び外皮外層４６の二層であることから、製造工程数が多くなってしまい、製造コストの上昇を招くという問題があった。そこで、図５に示すように、外皮層を外皮内層３６だけにした同軸ケーブル５０も考えられるが、磁気損失膜４５がむき出しであることから、長期間に亘る使用によって剥離が生じるおそれがあった。

以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、細径で、電磁ノイズ抑制能に優れた同軸ケーブル及びその製造方法並びにその同軸ケーブルを用いた接続ケーブルを提供することにある。

本発明に係る同軸ケーブルの製造方法は、中心導体の周りに、順に絶縁層、外部導体層、外皮層を有する同軸ケーブルを製造する方法において、上記中心導体の周りに設けた絶縁層の表面に金属薄膜の層を設け、その金属薄膜の層の表層部に、プラズマ加工を用いた成膜法を用いて、金属薄膜の構成元素とは異種の元素原子又はそれらの元素原子の化合物を、置換型又は侵入型に入り込ませ、金属薄膜の表層部を固溶層に形成し、その固溶層を有する金属薄膜の層の表面に、磁性薄膜の電磁ノイズ抑制層を設けるものである。

ここで、プラズマ加工を用いた成膜法がスパッタリング法であることが好ましい。

金属薄膜の層を、プラズマ加工を用いた成膜法、メッキ法、或いは蒸着法の少なくとも１つを用いて形成することが好ましい。また、電磁ノイズ抑制層を、プラズマ加工を用いた成膜法、メッキ法、或いは蒸着法の少なくとも１つを用いて形成することが好ましい。

一方、本発明に係る接続ケーブルは、上述した同軸ケーブルの製造方法により製造された同軸ケーブルの、少なくとも一方の端末部の上記電磁ノイズ抑制層を除去して上記金属薄膜を露出させ、その金属薄膜の露出部にコネクタを接続してなるものである。

本発明によれば、細径でありながら、電磁ノイズ抑制能に優れた同軸ケーブルを得ることができるという優れた効果を発揮する。

以下、本発明の好適一実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

（第１の実施形態）
本発明の好適一実施の形態に係る同軸ケーブルの横断面図を図１（ａ）、図１（ｂ）に示す。

図１（ａ）に示すように、本実施の形態に係る同軸ケーブル１０は、中心導体１１の周りに、順に絶縁層１２、外部導体層１３、外皮層１６を有するものである。外部導体層１３は、図１（ｂ）に示すように、内層側に設けられ、金属薄膜１４からなる層と、外層側に設けられ、磁性薄膜１５からなる電磁ノイズ抑制層とで構成される。

金属薄膜１４の層の層厚は、最小層厚以上であれば特に限定するものではないが、例えば、0.5μｍ以上、好ましくは数μｍ程度とされる。また、金属薄膜１４を構成する金属材としては、例えば、Ｃｕ、Ａｌ、又はＡｇなどの導電性金属を少なくとも１種含む金属単体や、合金、例えば、Cu-In-Sn系合金などが挙げられる。

電磁ノイズ抑制層は、磁性薄膜１５の単層構造又は２層以上の複層構造とされる。磁性薄膜１５は、その膜厚が10μｍ以下、好ましくは0.1〜5μｍ、より好ましくは、0.1〜3μｍとされる。磁性薄膜１５の膜厚が0.1μｍ未満では、電磁ノイズの遮蔽効果が不十分となってしまい、また、膜厚が5μｍを超えると、膜の作製に要する時間が長くなりすぎてしまい、生産性の低下を招いてしまう。

磁性薄膜１５の構成材としては、磁性体酸化物のマトリックス中に強磁性微粒子が島状（粒状）に均一に分散したグラニュラー薄膜や、フェライト薄膜が挙げられる。また、磁性薄膜１５の構成材として、窒化鉄や、パーメンジュール（Fe-Co合金）の皮膜を用いてもよい。

グラニュラー薄膜としては、例えば、Ｍ-Ｘ-Ｙの組成の磁性体（ここで、Ｍは、Fe,Co,Mn,又はNiの内の少なくとも１種であり、Ｘは、O,F,又はNの内の少なくとも１種であり、Ｙは、Ｍ及びＸ以外の元素である。）が挙げられる。グラニュラー薄膜は、スパッタ法又は蒸着法によって形成される。フェライト薄膜としては、例えば、Ｍ-Ｆｅ-Ｏの組成のフェライト磁性体（ここで、Ｍは、Co,Ni,Zn,Mn,又はMgの内の少なくとも１種である。）が挙げられる。フェライト薄膜は、例えば、メッキ法や蒸着法などにより形成される。

ここで言う“グラニュラー薄膜”とは、磁性を担う粒子の大きさが数ｎｍ〜数十ｎｍと極めて小さく、セラミック成分で構成される粒子の粒界で区切られた微細結晶構造を有し、数十ＭＨｚ〜数ＧＨｚの高周波帯域において非常に大きな磁気的損失を示す磁性薄膜のことである。この技術分野では、“微結晶薄膜”とも呼ばれている。

中心導体１１としては、素線を撚り合わせた撚線材又は１本の素線からなる単線材のいずれであってもよい。中心導体１１を構成する素線は、例えば、Cu,Al,又はAgなどの導電性金属を少なくとも１種含む金属単体或いは合金で構成される線材や、その線材を用いたメッキ線などが挙げられる。

絶縁層１２及び外皮層１６の各構成材は、特に限定するものではなく、同軸ケーブルの絶縁層及び外皮層として慣用的に用いられているものが全て適用可能であり、例えば、フッ素樹脂（例えば、ＰＦＡ）などが挙げられる。絶縁層１２の構成材と外皮層１６の構成材は、同種又は異種のいずれであってもよい。

本実施の形態に係る同軸ケーブル１０の少なくとも一方の端末部において、磁性薄膜１５の電磁ノイズ抑制層を除去して金属薄膜１４を露出させ、その金属薄膜１４の露出部を介してコネクタ（図示せず）を接続することで、接続ケーブルが得られる。電磁ノイズ抑制層の除去は、プラズマ加工を用いた方法、例えば、イオンエッチングなどによって行う。

次に、本実施の形態に係る同軸ケーブル１０の製造方法を、図１（ａ）、図１（ｂ）に基づいて説明する。

先ず、予め形成しておいた中心導体１１の周りに絶縁層１２を設ける。絶縁層１２の形成は、押出被覆装置などを用いて行う。

次に、絶縁層１２の表面に、外部導体層１３を設ける。外部導体層１３の形成工程は、内層の形成ステップと、内層の形成ステップ後に行われる外層の形成ステップの２つのステップを有している。

外部導体層１３の内層である金属薄膜１４の層の形成ステップは、例えば、絶縁層１２の表面に、メッキ法及び／又は蒸着法による膜形成処理を施すものである。これによって、絶縁層１２の表面に金属薄膜１４の層が設けられる。一方、外部導体層１３の外層である磁性薄膜１５の電磁ノイズ抑制層の形成ステップは、例えば、金属薄膜１４の層の表面に、メッキ法及び／又は蒸着法による膜形成処理を施すものである。これによって、金属薄膜１４の層の表面に電磁ノイズ抑制層が設けられる。

最後に、金属薄膜１４の層と磁性薄膜１５の電磁ノイズ抑制層の２層で構成される外部導体層１３の表面に外皮層１６を設け、本実施の形態に係る同軸ケーブル１０が得られる。外皮層１６の形成は、押出被覆装置などを用いて行う。

本実施の形態に係る同軸ケーブル１０においては、絶縁層１２の表面に金属薄膜１４の層を設け、その金属薄膜１４の層の表面に電磁ノイズ抑制層を設け、その電磁ノイズ抑制層の表面に外皮層１６を設けている。本実施の形態に係る同軸ケーブル１０によれば、外部導体層１３として編組ではなく、金属薄膜１４を用いていることから、外部導体層１３の層厚を最小層厚とすることができ、図３に示した同軸ケーブル３０と比較して、細径化を図ることができる。

また、本実施の形態に係る同軸ケーブル１０は、金属薄膜１４の層の表面に、電磁波吸収能に優れた電磁ノイズ抑制層を設けていることから、電磁ノイズの抑制能に優れた同軸ケーブルとなる。

さらに、この電磁ノイズ抑制層は、外皮層１６の内層側に設けていることから、外皮層は一層だけで十分であり、また、前述した特許文献１記載の同軸ケーブル４０のように、外皮を２層にする必要はなく、また、同軸ケーブルのように、電磁ノイズ抑制層（電磁波吸収層）の剥離が生じるおそれがないことから、信頼性の高い同軸ケーブルとなる。

また、本実施の形態に係る同軸ケーブルの製造方法においては、金属薄膜１４の層全体をメッキ法及び／又は蒸着法を用いて形成する場合について説明を行ったが、特にこれに限定するものではない。例えば、金属薄膜１４の層の内、絶縁層１２と金属薄膜１４の層との界面部分のみを、プラズマ加工を用いた成膜法で形成し、その他の部分は、メッキ法及び／又は蒸着法を用いて形成するようにしてもよい。また、金属薄膜１４の層全体をプラズマ加工を用いた成膜法で形成するようにしてもよい。プラズマ加工を用いた成膜法（スパッタリング法、反応性スパッタリング法）により金属薄膜１４の層を形成することで、絶縁層１２における表面の一部に、金属薄膜１４の構成原子が打ち込まれる。この打ち込みによるアンカー効果によって、絶縁層１２と金属薄膜１４の層との密着性が向上する。

次に、本発明の他の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

（第２の実施形態）
本発明の他の好適一実施の形態に係る同軸ケーブルの横断面図を図２（ａ）、図２（ｂ）に示す。尚、図１（ａ）、図１（ｂ）と同様の部材には同じ符号を付しており、これらの部材については説明を省略する。

図２（ａ）に示すように、本実施の形態に係る同軸ケーブル２０は、中心導体１１の周りに、順に絶縁層１２、外部導体層２３、外皮層１６を有するものである。外部導体層２３は、図２（ｂ）に示すように、外部導体層２３の内層側に設けられ、金属薄膜２４からなる層と、外部導体層２３の外層側に設けられ、磁性薄膜１５からなる電磁ノイズ抑制層とで構成される。金属薄膜２４の層は、その表層部（金属薄膜２４の層と電磁ノイズ抑制層との界面部）に固溶層２４ａを備えている。

金属薄膜２４の層の層厚は、最小層厚以上であれば特に限定するものではないが、例えば、5GHzの高周波を流すのであれば、1μｍ以上、好ましくは2μｍ程度とされる。また、金属薄膜２４を構成する金属材としては、例えば、Ｃｕ、Ａｌ、又はＡｇなどの導電性金属を少なくとも１種含む金属単体や、合金、例えば、Cu-In-Sn系合金などが挙げられる。金属単体或いは合金のみの層（金属薄膜２４の層）が最小層厚を下回ると導電性の大きな低下を招いてしまう。

固溶層２４ａの層厚と金属薄膜２４の層全体の層厚との比（固溶層２４ａの層厚／金属薄膜２４の層全体の層厚）は、1／100〜1／10、好ましくは1／100〜1／90とされる。層厚比が1／100未満では、固溶層２４ａの形成効果が薄く（小さく）なってしまう。固溶層２４ａの形成効果を十分に得るために、固溶層２４ａの層厚は、例えば、300Å（オングストローム）以上であることが好ましい。また、層厚比が1／10を超えると、同軸ケーブル２０全体の導電性が大きく低下してしまう。

次に、本実施の形態に係る同軸ケーブル２０の製造方法を、図２（ａ）、図２（ｂ）に基づいて説明する。

前述した第１の実施形態に係る同軸ケーブル１０と同様の方法により形成した絶縁層１２の表面に、外部導体層２３を設ける。外部導体層２３の形成工程は、内層の形成ステップと、内層の形成ステップ後に行われる外層の形成ステップの２つのステップを有している。

外部導体層２３の内層である金属薄膜２４の層の形成ステップは、例えば、絶縁層１２の表面に、メッキ法及び／又は蒸着法による膜形成処理を施すものである。これによって、絶縁層１２の表面に金属薄膜２４の層が設けられる。

次に、外部導体層１３の外層である電磁ノイズ抑制層の形成ステップは、例えば、金属薄膜２４の層の表面に、プラズマ加工を用いた成膜法による膜形成処理を施すものである。この外層の形成時、磁性薄膜１５の構成材で、かつ、金属薄膜２４の構成元素とは異種の元素原子又はそれらの元素原子の化合物（以下、元素原子又は化合物と記す）が、金属薄膜２４の表層部に置換型（又は侵入型）に入り込み、金属薄膜２４の表層部に固溶層２４ａが形成される。これによって、金属薄膜２４の層の表層部に固溶層２４ａが形成されると共に、金属薄膜２４の層の表面に電磁ノイズ抑制層が設けられる。ここで、元素原子又は化合物の原子半径が、金属薄膜２４の構成元素の原子半径よりも大きい場合は、元素原子又は化合物が金属薄膜２４の表層部に置換型に入り込み、逆に、元素原子又は化合物の原子半径が、金属薄膜２４の構成元素の原子半径よりも小さい場合は、元素原子又は化合物が金属薄膜２４の表層部に侵入型に入り込む。

最後に、金属薄膜２４の層と磁性薄膜１５の電磁ノイズ抑制層の２層で構成される外部導体層２３の表面に外皮層１６を設け、本実施の形態に係る同軸ケーブル２０が得られる。外皮層１６の形成は、押出被覆装置などを用いて行う。

本実施の形態に係る同軸ケーブル２０においても、第１の実施形態に係る同軸ケーブル１０と同様の作用効果が得られる。

また、本実施の形態に係る同軸ケーブル２０における金属薄膜２４の表層部には、元素原子又は化合物が、金属薄膜２４の表層部に置換型（又は侵入型）に入り込んだ固溶層２４ａが形成されている。固溶層２４ａにおいては、これらの元素原子又は化合物の一部は、転位のすべり面に入り込んでおり、このため、転位のすべり面が分断される。その結果、これらの元素原子又は化合物のピンニング効果（ピン止め効果）により、同軸ケーブル２０を屈曲させた際の、すべり面上における転位の移動、進行（すべり運動）が抑制される。よって、本実施の形態に係る同軸ケーブル２０は、その屈曲時に、転位のすべり運動が抑制されることから、金属薄膜２４にクラックが発生しにくく、第１の実施形態に係る同軸ケーブル１０と比較して耐屈曲性が更に良好となる。

さらに、本実施の形態に係る同軸ケーブルの製造方法においては、電磁ノイズ抑制層全体をプラズマ加工を用いた成膜法で形成する場合について説明を行ったが、特にこれに限定するものではない。例えば、電磁ノイズ抑制層の内、金属薄膜１４の層と電磁ノイズ抑制層との界面部分のみを、プラズマ加工を用いた成膜法で形成し、その他の部分は、メッキ法及び／又は蒸着法を用いた成膜法で形成するようにしてもよい。

（第３の実施形態）
前述した第２の実施形態に係る同軸ケーブル２０の製造方法では、外部導体層１３の形成工程が２つのステップで構成され、外部導体層１３の外層の形成ステップ時に、内層である金属薄膜２４の表層部に固溶層２４ａを形成するものであった。

これに対して、本発明の別の好適一実施の形態に係る同軸ケーブルの製造方法は、外部導体層の形成工程が３つのステップで構成されるものであり、内層の形成ステップと外層の形成ステップとの間に、新たに固溶層の形成ステップを設けたものである。本実施の形態に係る同軸ケーブルの製造方法の、外部導体層の形成工程を除くその他の工程については、前述した第２の実施形態に係る同軸ケーブル２０の製造方法と同様とされる。

次に、本実施の形態に係る同軸ケーブルの製造方法の、外部導体層の形成工程を、図２（ａ）、図２（ｂ）に基づいて説明する。

次に、金属薄膜２４の層の表層部である固溶層２４ａの形成ステップは、例えば、金属薄膜２４の層の表面に、プラズマ加工を用いた成膜法による膜形成処理を施すものである。この形成ステップ時において、金属薄膜２４の層の表層部に、金属薄膜２４の構成元素よりも原子半径の大きな元素原子又はそれらの元素原子の化合物が、金属薄膜２４の表層部に置換型に入り込み、金属薄膜２４の表層部に固溶層２４ａが形成される。金属薄膜２４の構成材がＣｕ又はＣｕ合金の場合、元素原子としてはIn,Snなどが挙げられ、それらの元素原子の化合物としてはC,N,O,Si,又はBの内の少なくとも１種を含む化合物などが挙げられる。

次に、外部導体層１３の外層である電磁ノイズ抑制層の形成ステップは、例えば、金属薄膜２４の層の表面に、メッキ法及び／又は蒸着法による膜形成処理を施すものである。これによって、金属薄膜２４の層の表面に電磁ノイズ抑制層が設けられる。

本実施の形態に係る同軸ケーブルにおいても、第１の実施形態に係る同軸ケーブル１０及び第２の実施形態に係る同軸ケーブル２０と同様の作用効果が得られる。

また、本実施の形態に係る同軸ケーブルの製造方法においては、電磁ノイズ抑制層全体をメッキ法及び／又は蒸着法で形成する場合について説明を行ったが、特にこれに限定するものではない。例えば、電磁ノイズ抑制層の内、金属薄膜１４の層と電磁ノイズ抑制層との界面部分のみを、プラズマ加工を用いた成膜法で形成し、その他の部分は、メッキ法及び／又は蒸着法を用いた成膜法で形成するようにしてもよい。また、電磁ノイズ抑制層全体をプラズマ加工を用いた成膜法で形成するようにしてもよい。

以上、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、他にも種々のものが想定されることは言うまでもない。

本発明の好適一実施の形態に係る同軸ケーブルの横断面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）の要部１ｂの拡大図である。本発明の他の好適一実施の形態に係る同軸ケーブルの横断面図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）の要部２ｂの拡大図である。従来の同軸ケーブルの一例を示す横断面図である。従来の同軸ケーブルの他の例を示す横断面図である。従来の同軸ケーブルの更に別の例を示す横断面図である。

符号の説明

１０同軸ケーブル
１１中心導体
１２絶縁層
１３外部導体層
１４金属薄膜
１５磁性薄膜（電磁ノイズ抑制層）
１６外皮層

Claims

中心導体の周りに、順に絶縁層、外部導体層、外皮層を有する同軸ケーブルを製造する方法において、上記中心導体の周りに設けた絶縁層の表面に金属薄膜の層を設け、その金属薄膜の層の表層部に、プラズマ加工を用いた成膜法を用いて、金属薄膜の構成元素とは異種の元素原子又はそれらの元素原子の化合物を、置換型又は侵入型に入り込ませ、金属薄膜の表層部を固溶層に形成し、その固溶層を有する金属薄膜の層の表面に、磁性薄膜の電磁ノイズ抑制層を設けることを特徴とする同軸ケーブルの製造方法。
上記プラズマ加工を用いた成膜法がスパッタリング法である請求項１記載の同軸ケーブルの製造方法。
上記金属薄膜の層を、プラズマ加工を用いた成膜法、メッキ法、或いは蒸着法の少なくとも１つを用いて形成する請求項１または２に記載の同軸ケーブルの製造方法。
上記電磁ノイズ抑制層を、プラズマ加工を用いた成膜法、メッキ法、或いは蒸着法の少なくとも１つを用いて形成する請求項１から３いずれかに記載の同軸ケーブルの製造方法。
請求項１から４いずれかに記載の方法で製造された同軸ケーブルの、少なくとも一方の端末部の上記電磁ノイズ抑制層を除去して上記金属薄膜を露出させ、その金属薄膜の露出部にコネクタを接続してなることを特徴とする接続ケーブル。