JP2010009835A - 細径同軸ケーブル - Google Patents

Abstract

【課題】細径化、柔軟性、耐屈曲性向上と共に、シールド特性及び減衰量の低下が抑制された細径同軸ケーブルを提供する。
【解決手段】導体断面積が０.００３ｍｍ^２〜０.０９ｍｍ^２の中心導体２、絶縁体３、横巻きシールド導体６および外被７を同軸構造で配した細径同軸ケーブル１で、横巻きシールド導体６は、巻き角度が７３°〜８３°で、横巻き方向が互いに異なる２層で形成され、シールド導体６を形成する横巻き導体４の素線径は、ケーブルのシールド部分の径の０.０５〜０.１２倍であることを特徴とする。なお、２層の横巻きシールド導体６の内側横巻き導体４の巻き角度をθ１、外側横巻き導体５の巻き角度をθ２としたとき、θ１≧θ２とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、高周波信号を用いた通信機器内の配線等に用いられる細径の同軸ケーブルに関する。

携帯電話、ノートパソコン（無線ＬＡＮ）、ゲーム機、車載用無線機器（ＥＴＣ、ＧＰＳ等）等の無線通信手段を備えた電子機器では、アンテナと送受信回路が必要となる。通常、アンテナ部分は電子機器の筐体近傍に配置され、送受信回部分はマザーボード等の回路基板上に形成されて機器本体の内部側に配置される構造となることが多い。この場合、アンテナ部分と送受信回路部分とは、高周波用の同軸ケーブルを用いて接続されるが、この同軸ケーブルとしては、細径、低減衰、高柔軟、高耐屈曲性等が必要とされる。

近年の電子機器の小型化、開閉機能の多様化、使用周波数の広帯域・高周波化で、これらのニーズを備えた同軸ケーブルの提供が困難となっている。従来、この種の同軸ケーブルとしては、細径の中心導体、絶縁体、シールド導体、外被を同軸構造で配し、シールド導体を編組導体で形成するのが一般的である（例えば、特許文献１参照）。しかし、シールド導体に編組導体を用いると、同軸ケーブルのさらなる細径化が難しく、また、ケーブルの端末加工性を考慮すると柔軟性や耐屈曲性が低下し、生産性やコストの点でも改善が求められている。

これに対し、シールド導体を横巻きで形成することにより、細径化、柔軟性、耐屈曲性、耐コストを改善することも提案されている（例えば、特許文献２参照）。ただ、シールド導体を横巻き導体で形成すると、編組導体に比べて減衰量が悪化することから、絶縁体を耐熱性のあるフッ素化された樹脂材料で形成することにより、減衰量の悪化を補っている。
特開平８−１０２２２２号公報 特開２００７−１８８７８２号公報

特許文献２に開示のように、細径化、柔軟性、耐屈曲性向上させるため、シールド導体を１層の横巻き導体で形成すると、ケーブルを曲げたり捻ったりした際に、導体間に隙間ができたりしてシールドが不十分になることがあり、編組導体に比べてシールド特性が劣る。これを改善するために、横巻き導体を同方向に２層に巻いてシールド導体とすると、シールド特性は編組導体と同程度に改善されるものの減衰量が低下し、通常の編組導体の場合より悪化するという問題がある。

本発明は、上述した実情に鑑みてなされたもので、細径化、柔軟性、耐屈曲性向上と共に、シールド特性及び減衰量の低下が抑制された細径同軸ケーブルの提供を目的とする。

本発明による細径同軸ケーブルは、導体断面積が０.００３ｍｍ^２〜０.０９ｍｍ^２の中心導体、絶縁体、横巻きシールド導体および外被を同軸構造で配した細径同軸ケーブルで、横巻きシールド導体は、巻き角度が７３°〜８３°で、横巻き方向が互いに異なる２層で形成され、シールド導体を形成する横巻き導体の素線径は、ケーブルのシールド部分の径の０.０５〜０.１２倍であることを特徴とする。なお、２層の横巻きシールド導体の内側横巻き導体の巻き角度をθ１、外側横巻き導体の巻き角度をθ２としたとき、θ１≧θ２とするのが好ましい。

本発明の細径同軸ケーブルによれば、編組構造のシールド導体を有する細径同軸ケーブルと同程度のシールド特性を得ることができると共に、信号の減衰量を編組構造のシールド導体より１０％程度低減することが可能となる。また、柔軟性に優れ機器内の配線が容易で、コスト的にも安価なものとすることができる。

図により本発明の実施の形態を説明する。図１（Ａ）は本発明による細径同軸ケーブルの断面図、図１（Ｂ）は同斜視図、図２は側面の模式図、図３は本発明による細径同軸ケーブルの評価結果を説明する図、図４は本発明による細径同軸ケーブルのシールド特性を説明する図である。図中、１は細径同軸ケーブル、２は中心導体、３は絶縁体、４は内側の横巻き導体、５は外側の横巻き導体、６はシールド導体、７は外被を示す。

本発明による細径同軸ケーブル１は、図１（Ａ），図１（Ｂ）に示すように、中心導体２を絶縁体３で囲い、その外側に２層の横巻き導体４，５からなるシールド導体６を配し、その外側を外被７で被覆して構成される。中心導体２、絶縁体３、シールド導体６および外被７は、ケーブル全長に亘って同軸形状に形成され、特性インピーダンスが均一になるように形成されている。

中心導体２は、単線または撚り線で形成することができ、撚り線の場合は通常７本撚りで形成される。単線の場合は、撚り線に比べて導体断面積を同じにすると、線径が多少細くなり、より細径化することができ、また、コネクタ等の接点部に半田付けしやすいという利点がある。他方、撚り線は単線と比べると可撓性が優れ、断線しにくいという利点がある。本発明においては、その用途に応じて、単線または撚り線のいずれにも適用することができる。

本発明においては、中心導体２として、導体断面積で０.００３ｍｍ^２〜０.０９ｍｍ^２程度で、ＡＷＧ（ American Wire Gauge ）の＃２８〜＃４２に相当する細径の導線を用いた同軸ケーブルを対象としている。中心導体２の線材としては、例えば、錫メッキ軟銅線が用いられ、外径０.０５ｍｍの素線を７本撚って、外径０.１５ｍｍ（０.０１４ｍｍ^２ ＡＷＧ＃３６相当）の中心導体とし、あるいは、外径０.１０２ｍｍの素線を７本撚って、外径０.３１ｍｍ（０.０５７ｍｍ^２ ＡＷＧ＃２９相当）の中心導体とする。

絶縁体３は、フッ素樹脂、架橋ポリオレフィン、フッ素化されたＦＥＰ（テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体）、フッ素化されたＰＦＡ（テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）を用いることができる。絶縁体３の厚さおよび外径は、所定の特性インピーダンス（５０Ω）を得るためには、中心導体外径０.１５ｍｍの場合は、０.１４ｍｍ厚、絶縁体外径０.４３ｍｍとされ、中心導体外径０.３１ｍｍの場合は、０.３０ｍｍ厚、絶縁体外径０.９０ｍｍとされる。なお、フッ素化されたフッ素樹脂（ＦＥＰ，ＰＦＡ）とは、末端基をフッ素化（例えばＣＦ_３をつける）したフッ素樹脂である。

シールド導体６は、２層の横巻き（螺旋状に巻く形態）導体で形成され、内側の横巻き導体４と外側の横巻き導体５からなり、横巻き導体４と５は互いに交叉して接触し、巻き方向が異なるように巻き付けられる。なお、内側の横巻き導体４と外側の横巻き導体５の巻き方向は、互いの巻き方向が異なっていれば、右巻きあるいは左巻きであるかは任意である。

図２は、シールド導体の巻き付け状態を説明する図である。シールド導体６は、内側の横巻き導体４を巻き付け角度θ１（以下、巻き角度という）、外側の横巻き導体５を巻き角度θ２で巻き付けている。なお、「巻き角度」とは、ケーブルの軸方向に直交する横断線との角度を言うものとする。細径同軸ケーブルの横巻きシールド導体は、コネクタ等への接続の端末加工時にバラけるのを防止するには、一般に、上記の巻き角度θ１,θ２は、７０°〜８５°の範囲が好ましいとされている。本発明においては、さらに好ましい形態として、横巻きの巻き角度θ１,θ２は、７３°〜８３°としている。

横巻き導体の巻き角度θ１,θ２は、小さいほどケーブルを曲げたときに、各横巻き導体の巻間隔が広がるように動き、曲げにより力に耐えることができる。しかし、シールド導体６を２層巻とした場合、ケーブルを曲げた際に、外側の横巻き導体５にかかる力は、内側の横巻き導体４にかかる力よりは大きくなる。したがって、外側の横巻き導体の巻き角度θ２を、内側の横巻き導体４の巻き角度θ１より多少小さくするのが望ましい。すなわち、θ１≧θ２とすることにより、外側の横巻き導体５と内側の横巻き導体４との曲げに対する耐力を同じにし、機械的信頼性を確保することができる。

また、ケーブルを捻回するときには、内側の横巻き導体４の巻き付けが緩む方向の場合は、外側の横巻き導体５の巻き付けは反対に締まる方向となる。しかし、上記のように、θ１≧θ２とすることにより、外側の横巻き導体５の導体長が長くなり、内側の横巻き導体４が緩んで外側に盛り上がることに対して、外側の横巻き導体５の締まり量が少なくなる。この結果、ケーブル捻回時における内側の横巻き導体４と外側の横巻き導体５との摩擦力が小さくなり、断線に対する耐力が向上して、機械的信頼性を高めることができる。

横巻き導体４および５は、例えば、中心導体２と同様な錫メッキ軟銅線を用いることができる。上記の中心導体外径０.１５ｍｍのものに対しては、例えば、内側横巻き導体４および外側横巻き導体５のいずれも、素線径が０.０５ｍｍのもの数十本（例えば、６０本位）を並列状にしてピッチ７ｍｍ（θ１＝７８°、θ２＝７５°）で巻き付けて形成することができる。この場合、シールド導体を形成する横巻き導体の素線径は、ケーブルのシールド部分の径（以下、シールド巻径という）に対して、内側横巻き導体４では（０.０５／０．５３）＝０.０９４倍、外側横巻き導体５では（０.０５／０．６３）＝０.０７９倍となっている。

また、中心導体外径０.３１ｍｍのものに対しては、内側横巻き導体４に素線径が０.０５ｍｍのものを用い、外側横巻き導体５に素線径が０.０６４ｍｍのものを用いて、ピッチ１２ｍｍ（θ１＝７６°、θ２＝７３°）で巻き付けて形成される。この場合、シールド導体を形成する横巻き導体の素線径は、シールド巻径に対して、内側横巻き導体４では（０.０５／１.０）＝０.０５倍、外側横巻き導体５では（０.０６４／１.１２８）＝０.０５７倍となっている。

なお、中心導体２を導体断面積０.０３ｍｍ^２（ＡＷＧ＃４２相当）では、所定の特性インピーダンス（５０Ω）を得るためには、絶縁体３の外径が０.２ｍｍとされる。この場合、内側横巻き導体４の素線径が０.０３ｍｍ以下とするのが望ましい。この場合、シールド導体を形成する横巻き導体の素線径は、シールド巻径に対して、内側横巻き導体４では（０.０３／０.２６）＝０.１１５倍、外側横巻き導体５では（０.０３／０.３２）＝０.０９倍となる。

上記のように、細径化された同軸ケーブルとして、シールド導体を形成する横巻き導体の素線径は、シールド巻径の０.０５〜０.１２倍とする。なお、横巻き導体の素線径が、シールド巻径の０.０５倍未満の細さでは、シールド特性の確保が難しくなり、シールド導体の抵抗値も高くなり、減衰特性の点で不利となる。また、横巻き導体の素線径が、シールド巻径の０.１２倍を超える太さでは、繰り返しの曲げにより切断されやすくなり、機械的信頼性の点で不利となる。

外被７は、押出機による押出し成形により形成することができ、外被材料には上記のＦＥＰ，ＰＦＡのほかＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＥＴＦＥ（テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体）を用いることができる。なお、これらのフッ素樹脂は、薄肉加工性が良好であるため、これらを外被として用いることで同軸ケーブルを細径化しやすい。また、動摩擦係数が低いため耐屈曲性がよくなることから、捻回部分を有する電子機器の同軸ケーブルに適している。

外被７の厚さは、上記の中心導体外径０.１５ｍｍのものに対しては、例えば、ＰＦＡを用い、厚さ０.０９ｍｍ、外被外径０.８１ｍｍで形成することができる。なお、中心導体外径０.３１ｍｍのものに対しては、厚さ０.１２ｍｍ、外被外径１.３５ｍｍとすることができる。

図３は、上述した本発明品と、従来標準品（編組シールド）、比較例（横巻き１層シールド、同方向２層シールド）についての、特性を比較評価した図である。なお、いずれの評価品も中心導体は、外径０.１０２ｍｍの錫メッキ軟銅線を７本撚って、外径０.３１ｍｍ（０.０５７ｍｍ^２ ＡＷＧ＃２９相当）のものを用い、絶縁体３の外径は０.９ｍｍでフッ素化されたＰＦＡ（編組標準品は、通常のフッ素樹脂）で形成し、シールド導体６には錫メッキ軟銅線を用い、外被７は通常のＰＦＡで外径１.３５ｍｍとなるように押出し成形で形成した。

シールド導体については、従来標準品（編組）は素線径０.０５ｍｍで１層、比較例（１層横巻き）は素線径０.１ｍｍで１層、比較例（２層同方向横巻き）は内側素線径０.０５ｍｍ、外側素線径０.０６４ｍｍ、本発明品（２層異方向横巻き）は内側素線径０.０５ｍｍ、外側素線径０.０６４ｍｍとした。

評価の結果、特性インピーダンスは、いずれの評価品も５０Ω±２を確保できた。シールド特性（漏れ電圧の少なさ）は、図４に示すように、比較例（１層横巻き）は、従来の標準品（編組）に比べて劣る。しかし、比較例（２層同方向横巻き）および本発明品（２層異方向横巻き）は、従来の標準品（編組）と同程度のシールド特性を確保することができた。コストについては、比較例（１層横巻き）が最も安価で、従来標準品（編組）が最も高価で、比較例（２層同方向横巻き）と本発明品は、その中間であった。

信号の減衰量については、比較例（１層横巻き）は、従来標準品（編組）に比べて低減されて良好な結果を示すが、シールド特性を改善した比較例（２層同方向横巻き）においては、周波数が高く（６.０ＧＨｚ）なると損失が大きくなった。しかし、本発明の場合は、従来標準品（編組）に比べて１０％程度低減し、比較例（１層横巻き）と同程度に抑制することができた。この高周波信号の減衰は、シールド導体同士の接触抵抗と表皮効果が影響する。このため、本発明のように、２層の横巻きシールド導体の巻き角度θ１，θ２が７３°〜８３°で、巻き方向が逆方向であると、２層のシールド導体同士が小さい接触抵抗で接していて、かつ、表皮効果の影響が小さい状態にあると考えられる。

すなわち、本発明の同軸ケーブルによれば、シールド特性を編組シールドした同軸ケーブルと同程度に保つことができると共に、信号の減衰量を低減することが可能となる。また、コストも編組シールド構造の同軸ケーブルよりは、安価なものとすることができ、横巻きによる柔軟性に優れ機器内の配線を容易とし、細径化を可能とする。

本発明による細径同軸ケーブルの概略を説明する図である。 本発明による細径同軸ケーブルのシールド導体の構成を説明する図である。 本発明による細径同軸ケーブルの評価結果を示す図である。 本発明による細径同軸ケーブルのシールド特性の説明する図である。

符号の説明

１…細径同軸ケーブル、２…中心導体、３…絶縁体、４…内側横巻き導体、５…外側横巻き導体、６…シールド導体、７…外被。

Claims (2)

1. 導体断面積が０.００３ｍｍ^２〜０.０９ｍｍ^２の中心導体、絶縁体、横巻きシールド導体および外被を同軸構造で配した細径同軸ケーブルであって、
   前記横巻きシールド導体は、巻き角度が７３°〜８３°で、横巻き方向が互いに異なる２層で形成され、シールド導体を形成する横巻き導体の素線径は、ケーブルのシールド部分の径の０.０５〜０.１２倍であることを特徴とする細径同軸ケーブル。
2. 前記２層の横巻きシールド導体の内側横巻き導体の巻き角度をθ１、外側横巻き導体の巻き角度をθ２としたとき、θ１≧θ２であることを特徴とする請求項１に記載の細径同軸ケーブル。

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