JP2008066024A - 極細同軸ケーブル - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、極細線の中心導体上にポリイミド樹脂の絶縁被覆層を施し、耐熱性の向上などを図った極細同軸ケーブルを提供するものである。
【解決手段】 かゝる本発明は、ＡＷＧ４０以降の単線又はこれにより小径の素線を撚り合わせて前記ＡＷＧ４０以降の単線と同等の断面積とした撚線の中心導体上に、一般にカルボン酸の無水物とジアミンとの反応化合物からなる全芳香族系、芳香族−脂環式系、全脂環式系のポリイミド樹脂を被覆させた極細同軸ケーブルにあり、これにより、耐熱性などに優れた極細同軸ケーブルが得られる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、極細線の中心導体上にポリイミド樹脂の絶縁被覆層を施した極細同軸ケーブルに関するものである。

従来、細線の絶縁体としては、例えば巻線ではエナメル材料（ワニス）が使用されており、通信用の電線ではフッ素系樹脂（特許文献１）や架橋ポリエチレンなどが使用されている。一方、近年通信分野では、細線のサイズがより一層細線化する傾向にあり、例えばＡＷＧ４０〜５２（アメリカン・ワイヤ・ゲージ、線径＝直径：０．０７９〜０．０１７ｍｍ）程度の細いものまで用いられている。
特開平０８−０５５５２４号公報

しかし、従来のワニス材料では、極細同軸ケーブルの絶縁被覆する場合、誘電率や線膨張係数において特性的に満足できないという面があった。
特に薄い絶縁被覆にするには、インピーダンス整合させる必要があり、被覆材料の誘電率で被覆厚さが決定されてしまう。誘電率が低ければ低いほど薄い絶縁被覆厚さとすることができるが、逆に誘電率が高いと薄い厚さとすることができないため、樹脂材料の選定には、留意する必要がある。

また、ケーブル（電線）のアセンブリにおいて、常に付きまとう問題として、被覆材料のシュリンクバックと口出し性があるが、従来の樹脂の特性では、これらの点にうまく対応できないという問題があった。シュリンクバックというのは、配線されたケーブルが半田処理やアニールなどの工程で加熱されたとき、導体（主に銅）と樹脂被覆材料の膨張係数が異なることにより生じる現象であり、これにより、絶縁被覆の口出し部分が収縮して導体部分が露出するようになる。このため、樹脂材料の選定には、線膨張係数に留意する必要がある。本願発明者の試験・研究によると、線膨張係数が２０（ｐｐｍ／Ｋ）以下であることが好ましいことが分かった。

口出し性は、ケーブル使用時、導体部分から容易に絶縁被覆層が剥ぎ取れるかの否かの特性で、導体と絶縁被覆との密着が過剰に強い場合には、口出し性が悪化（低下）するため、樹脂材料の選定には、この点も留意する必要がある。

勿論、上記したフッ素系樹脂やフッ素電子などのハロゲン元素を導入した樹脂材料では、誘電率が低く、耐熱性に優れるなどの点で有効な被覆材料ということができるが、ケーブル布設後の火災や廃棄時の燃焼処理時において、ハロゲンガスやダイオキシンなどの有害ガスが発生することなどが問題となる。

また、現在、自動車や電子機器用のケーブルでは、その絶縁被覆として、環境負荷物質となり得る、上記ハロゲン元素含有材料の他に、リン、重金属などを含まない材料（クリーン材料）の使用も望まれている。

このような状況下において、本発明者は、上記の点を思慮して、極細同軸ケーブルの使用する絶縁被覆樹脂として、耐熱性に優れたポリイミド樹脂を選定する一方、その用途や要求される仕様（特性）に対処するため、ポリイミド樹脂における、その分子構造、線膨張係数、引張り伸長率などについて、適宜選定するものとした。

本発明は、この観点に立ってなされたものであり、絶縁被覆樹脂として高耐熱性のポリイミド樹脂を使用し、その用途や仕様によって、ポリイミド樹脂の特性を限定するにとにより、対応するようにした極細同軸ケーブルを提供するものである。

請求項１記載の本発明は、ＡＷＧ４０以降の単線又はこれにより小径の素線を撚り合わせて前記ＡＷＧ４０以降の単線と同等の断面積とした撚線の中心導体上にポリイミド樹脂を被覆させたことを特徴とする極細同軸ケーブルにある。

請求項２記載の本発明は、前記ポリイミド樹脂が全芳香族系であることを特徴とする請求項１記載の極細同軸ケーブルにある。

請求項３記載の本発明は、前記ポリイミド樹脂の線膨張係数が２０（ｐｐｍ／℃）以下であることを請求項１又は２記載の極細同軸ケーブルにある。

請求項４記載の本発明は、前記ポリイミド樹脂の引張り伸長率が５０％以上であることを請求項１、２又は３記載の極細同軸ケーブルにある。

請求項５記載の本発明は、前記ポリイミド樹脂のカルボン酸側構造成分及びアミン側構造成分において、いずれかが芳香族又は脂環式であって、両構造成分の組み合わせが芳香族−脂環式系であることを請求項１、３又は４記載の極細同軸ケーブルにある。

請求項６記載の本発明は、前記ポリイミド樹脂の全脂環式系であることを請求項１、３又は４記載の極細同軸ケーブルにある。

本発明の極細同軸ケーブルによると、中心導体上の絶縁被覆がポリイミド樹脂であるため、優れた特性、特に優れた耐熱性のケーブルが得られる。また、極細同軸ケーブルの用途や要求される仕様に対応して、ポリイミド樹脂の分子構造や線膨張係数、引張り伸長率などを選択することにより、適宜特性のケーブルが得られる。

図１は本発明の極細同軸ケーブルの一例を示したものである。図中、１０は極細同軸ケーブル、１１は中心導体、１２は絶縁体、１３は外部導体、１４はシースである。
この極細同軸ケーブル１０において、中心導体１１と絶縁体１２については、以下の絶縁被覆極細線２０を用いる。外部導体１３としては、特に限定されないが、中心導体１１と同一又は異なる線種の巻線や編組などを用いる。シース１４は、その用途や性能仕様などにより、種々の樹脂を適宜使い分けるものとする。好ましくは、ハロゲン元素が含まれない、熱可塑性樹脂の使用が望ましい。

図２は上記絶縁被覆極細線２０の一例を示したものである。図中、２１は導体（中心導体）、２２はポリイミド樹脂の絶縁体、即ち絶縁被覆層である。

上記導体２１のサイズは、ＡＷＧ４０以降、即ちＡＷＧ４０〜５２（線径＝直径：０．０７９〜０．０１７ｍｍ）の極細サイズの単線を用いたり、或いはこれより小径の素線を撚り合わせて前記ＡＷＧ４０以降の単線と同等の断面積とした撚線を用いる。線種も特に問わないが、銅線や錫めっき銅線、ニッケルめっき銅線、銀めっき銅線などを用いる。

また、上記絶縁体２２のポリイミド樹脂としては、特に限定されないが、その用途や要求される仕様に対応して、適宜特性のものを選択することができる。

本願で用いるポリイミド樹脂は、分子構造内にイミド基を有するものであり、一般にカルボン酸の無水物とジアミンとの反応化合物からなる。従って、カルボン酸側構造成分とアミン側構造成分の組み合わせにより、３種類に大別することができる。カルボン酸側とアミン側のいずれもが芳香族系成分である、全芳香族系のもの、カルボン酸側とアミン側のいずれかが芳香族又は脂環式であって、両構造成分の組み合わせが芳香族−脂環式系のもの（芳香族−脂環式混合型）、カルボン酸側とアミン側のいずれもが脂環式系成分である、全脂環式系のものが挙げられる。また、反応の形態から、熱硬化性ポリイミド樹脂（縮合型、付加型、ナジック酸末端型、アセチレン末端型）、熱可塑性ポリイミド樹脂に大別することができる。

全芳香族系のポリイミド樹脂が最も一般的なものといえる。この全芳香族系の場合、分子が平面的に広がり、π共役系によって原子間の結合が強化されるため、高い耐熱性が得られる。その反面分子が剛直となるため柔軟性が低下する。さらに、π共役系の広がりによって着色（通常黄褐色〜茶褐色）されるという問題がある。分子が平面状であることから、スタッキング（積み重なり）し易く、密度が大きくなる。特に全芳香族系ではπ−πの相互作用により、密集し易いため、密度が大きくなるため、誘電率が大きくなる傾向がある。このため、低誘電率仕様のケーブルでは留意が必要となる。

芳香族−脂環式系や全脂環式系のポリイミド樹脂では、全芳香族系のものに比較して、π共役系の広がりが小さい或いは無いこと、脂環部分が立体的な平面とならないことなどから、剛直とならず、柔軟性が確保される。また、分子が平面状であることから、密に凝集することがないため、密度が下がり、誘電率が比較的小さなる利点がある。さらに、着色も淡く或いはほぼ無色であることから、無着色仕様のケーブルではメリットとなる。

このようなポリイミド樹脂のケーブルとしての導体上への被覆にあったては、通常カルボン酸の無水物とジアミンとを適当な溶媒に溶融させたワニスの形態として、導体上に塗布や含浸により付着させる。この後、加熱により硬化させることで、導体上へ被覆させることができる。一方、上記ポリイミド樹脂中の熱可塑性型のものにあっては、押出成形により導体上へ被覆させることも可能である。

このようにして導体上へ被覆されたポリイミド樹脂の場合、導体サイズが極めて細いため、絶縁被覆層はこれに対応した薄膜層(通常導体外径程度を最大とする厚さ)として形成される。このケーブルを捲線として巻き付けると、伸長(曲げの外側)と圧縮(曲げの内側)が生じるため、樹脂特性として、所定の引張り伸長率がないと、屈曲を受けた際に被覆層部分が白く変色する白化現象が生じたり、破れたりする恐れがある。そこで、用いる樹脂の特性として、引張り伸長率が５０％以上のものとしている。例えば、直径２Ｒのケーブルにおける自己径巻き付けを想定すると、伸長率は次のように概算できる。中立線（伸長も圧縮も受けない線）は巻き付けたケーブルの中央線と一致し、巻き付けた外側の円周は２π（Ｒ＋２Ｒ）＝６πＲとなり、中立線の円周は２π(Ｒ＋Ｒ)＝４πＲとなる。よって、自己径巻き付けの場合の伸長率は〔（６πＲ−４πＲ）／４πＲ〕×１００から５０％として求められる。
また、ポリイミド樹脂の線膨張係数が２０（ｐｐｍ／℃）以下とする必要もある。この線膨張係数が２０（ｐｐｍ／℃）を超えるようになると、導体（金属、通常銅）の線膨張係数との差が大きくなり過ぎて、シュリンクバックなどが起こり易くなるからである。

このような特性のポリイミド樹脂による絶縁被覆層を、後述する試験例１〜２０、１−１〜２、２−１〜８（表１〜２）に示すように、導体上に施したところ、使用するポリイミド樹脂の種類や特性なぎに対応して適宜特性の極細同軸ケーブルを得ることができた。

次に、上記したポリイミド樹脂におけるカルボン酸側構造成分及びアミン側構造成分
について例示すると、以下の化学構造式（１）〜（１２）の如くである。

〈カルボン酸側構造成分〉
ＰＭＤＡ（ピロメリット二無水物）

ＢＰＤＡ（ビフェニルテトラカルボン酸二無水物）

ＯＤＰＡ

ＢＨＤＡｄｘ（立体異性体）

ＢＯＤＡｄｘ（立体異性体）

ＣＨＤＡ（シクロヘキシルジカルボン酸二無水物）

〈アミン酸側構造成分〉
ＤＤＡ（ジアミノジフェニルエーテル）

ＢＢＨ

ＢＡＴＤ

ＤＡＣＨ（シクロヘキシルジアミン）

ＰＤＡ

ＤＣＨＭ

〈試験例〉
表１、表２に示すポリイミド樹脂を用いて、外部導体上に絶縁被覆層を設け、上記図１と同構造の極細同軸ケーブルを製造した。そして、このサンプルの各極細同軸ケーブルについて、下記の特性を調べた。

（１）線膨張係数（ｐｐｍ／℃）については、表２の全芳香族系では、相当大きな値のものもあるが、２０（ｐｐｍ／℃）以下のものを合格とした。表１では２０（ｐｐｍ／℃）以下のものを合格として、「○」で表示してある。

（２）誘電率（ＭＨｚ）については、表２の全芳香族系では、３．３や３．５の大きな値を示すが、３．０以下のものを合格とした。表１では３．３以下のものを合格として、「○」で表示してある。

（３）引張伸長率（％）については、表２の全芳香族系では、小さな値のものもあるが、５０（％）以上のものを合格とした。表１では５０（％）以上のものを合格として、「○」で表示してある。

（４）体積抵抗率（Ω・ｍ）については、表２の全芳香族系では、いずれも１０¹⁴以上の値を示し、この１０¹⁴以上のものを合格とした。表１では１０¹⁴以上のものを合格として、「○」で表示してある。

（５）耐熱性については、鉛フリー半田リフローの加熱状態（約２５０℃）で溶融や変形しない場合を合格の目安とした。表２の全芳香族系では、いずれも約２５０℃の加熱状態で溶融や変形することはなく、すべてを合格とした。表１では２５０℃の加熱状態で溶融や変形しないものを合格として、「○」で表示し、また、２５０℃未満の加熱状態で溶融や変形するものを不合格として、「×」で表示した。

上記の試験例から、全芳香族系のポリイミド樹脂では、特に誘電率が大きく、低誘電率の極細同軸ケーブルには不向きなことが分かる。また、商品クレードによっては、線膨張係数が２０以上のものや、引張伸長率が５０％未満のものがあり、シュリンクバックが避けられなかったり、伸長率不足で被覆層が破るなどの問題があることが分かる。
次に、芳香族−脂環式系（芳香族−脂環式混合型）のポリイミド樹脂では、すべての点で良好な極細同軸ケーブルが得られることが分かる。さらに、全脂環式系のポリイミド樹脂では、耐熱性の点に若干の問題があることが分かる。
なお、絶縁被覆層の口出し性については、ポリイミド樹脂と導体金属との密着性（接着性）はありま大きくなく、容易に口出しすることが可能であることが分かった。

本発明に係る極細同軸ケーブルの一例を示した縦断端面図である。 図１の極細同軸ケーブルにおける中心導体と絶縁被覆層を示した縦断端面図である。

符号の説明

１０・・・極細同軸ケーブル、１１・・・中心導体、１２・・・絶縁体、１３・・・外部導体、１４・・・シース、２０・・・絶縁被覆極細線、２１・・・導体、２２・・・絶縁体（絶縁被覆層）、

Claims (6)

1. ＡＷＧ４０以降の単線又はこれにより小径の素線を撚り合わせて前記ＡＷＧ４０以降の単線と同等の断面積とした撚線の中心導体上にポリイミド樹脂を被覆させたことを特徴とする極細同軸ケーブル。
2. 前記ポリイミド樹脂が全芳香族系であることを特徴とする請求項１記載の極細同軸ケーブル。
3. 前記ポリイミド樹脂の線膨張係数が２０（ｐｐｍ／℃）以下であることを請求項１又は２記載の極細同軸ケーブル。
4. 前記ポリイミド樹脂の引張り伸長率が５０％以上であることを請求項１、２又は３記載の極細同軸ケーブル。
5. 前記ポリイミド樹脂のカルボン酸側構造成分及びアミン側構造成分において、いずれかが芳香族又は脂環式であって、両構造成分の組み合わせが芳香族−脂環式系であることを請求項１、３又は４記載の極細同軸ケーブル。
6. 前記ポリイミド樹脂の全脂環式系であることを請求項１、３又は４記載の極細同軸ケーブル。