JP2008027914A - 極細同軸ケーブル - Google Patents

Abstract

【課題】優れたインピーダンス特性を有し、高周波伝送の際にも反射損失なく安定的な信号伝送が可能であり、また、高周波伝送の際に信号の外部干渉を著しく抑制して高画質の伝送が可能な極細同軸ケーブルを提供する。
【解決手段】上記課題を解決するために、２本以上の第１極細金属線が０．５〜３ｍｍのピッチで捻れた内部導体と、当該内部導体を取り囲み、誘電率１．２〜３．０の高分子材料で構成される絶縁層と、当該絶縁層を取り囲み、２本以上の第２極細金属線が横巻きピッチ２．０〜１０．０ｍｍで当該絶縁層を横巻きしてなる金属シールド層と当該金属シールド層を取り囲んで形成された保護被覆層とを備える極細同軸ケーブルとする。
【選択図】図１

Description

本件発明は、極細同軸ケーブルに関する。さらに詳しくは、優れたインピーダンス特性を有し、高周波伝送の際にも反射損失なく安定的な信号伝送が可能であり、また、高周波伝送の際に信号の外部干渉を著しく抑制して、高画質の伝送が可能な極細同軸ケーブルに関する。

同軸ケーブルは信号を伝送するための内部導体と、内部導体の同軸上に外部導体（金属シールド層）が形成された構造のケーブルであって、大きさ別／種類別に数多くの製品が開発されている。そして、主に建物の地下のアンテナ又はＣＡＴＶなどに信号を伝送するためのケーブルとして用いられてきた。従来の同軸ケーブルに関する主な開発テーマは、エネルギーの損失を減らすための内部導体と外部導体との間の構造設計、誘電特性の改善及び外部導体に対する種々の機能の付与などであった。

そして、高度情報化社会への進展に伴い、情報通信機器及びその機器に搭載される半導体素子の試験装置及び検査装置などでは、伝送速度の高速化への対応要請が高まっている。

一方、ポータブルマルチメディア機器、そして内視鏡などの医療機器の小型化が進み、これらの駆動に用いる直径１ｍｍ以下の極細同軸ケーブルの、性能向上のための研究が活発に行われている。

このような同軸ケーブルは、一般に、内部導体、絶縁層、金属シールド層及び保護被覆層で構成される。そして、同軸ケーブルの伝送特性は、以下の数１を用いて計算される特性インピーダンス（Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ， Ｚ_０）によって決まる。同軸ケーブルの伝送特性においては、インピーダンス整合（Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ Ｍａｔｃｈｉｎｇ）が最も重要な要素である。そして、エネルギー波の電力伝送特性が最も良いインピーダンスは３３オーム（Ω）、信号波形の歪み（ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ）特性が最も良いインピーダンスは７５オームであり、国際標準値はそのほぼ中央値である４５〜５０オームである。

上記の数式から分かるように、特性インピーダンスは「内部導体の直径」と「金属シールド層の内径」及び「絶縁層の誘電率」と密接な相関関係を有する。もし、１つのシステムの内部に適用されている特性インピーダンスに違いがあれば、信号伝送中に反射損失（Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ Ｌｏｓｓ）が発生して伝送特性が悪くなるので、インピーダンスを整合させた設計は、ケーブル設計者のみならず、システム設計者にとっても非常に重要な課題である。

しかし、極細同軸ケーブル分野においては、上記のような特性インピーダンスに関する研究は殆ど進んでいない。そして、特許文献１及び特許文献２などはあるが、これらは主に内部導体を伝送する信号の外部漏洩を防止することを目的として、金属シールド層の内部又は外部に、電磁波のシールド特性に優れた金属層、又は金属が蒸着されたフィルム層を備えることなどに焦点が合わせられている。

従来の一般同軸ケーブル又は大口径同軸ケーブルは、その直径が通常５ｍｍ〜４２ｍｍ程度であって、内部導体、絶縁層及び金属シールド層の直径が充分大きいため、特性制御の面においては十分なマージンがあり、絶縁層の制御も可能であった。しかし、極細同軸ケーブルにおいては、全体の直径が１ｍｍ以下であり、内部導体、絶縁層及び金属シールド層の直径も微細である。従って、内部導体の外径が不均一になり絶縁層の外径基準の設計や金属シールド層の設計が容易ではなく、インピーダンスの不整合が発生する問題がある。このような問題を解決するための努力は関連分野で重ねられており、このような技術的背景下で本件発明が案出された。

米国特許第６１３０３８５号 米国特許公開２００３−５１８９７号公報

本件発明が解決する課題は、優れたインピーダンス特性を有し、高周波の伝送の際にも反射損失がなく安定的な信号伝送が可能で、また、高周波伝送の際に信号の外部干渉を著しく抑制して高画質の伝送が可能な極細同軸ケーブルを提供することである。

前述した本件発明が解決しようとする技術的課題を果たすために、本件発明の同軸ケーブルは、２本以上の第１極細金属線が０．５ｍｍ〜３．０ｍｍのピッチで捻れた内部導体と、当該内部導体を取り囲む誘電率１．２〜３．０の高分子材料で構成される絶縁層と、当該絶縁層を取り囲み、２本以上の第２極細金属線が横巻きピッチ２．０ｍｍ〜１０．０ｍｍで当該絶縁層を横巻きしてなる金属シールド層と当該金属シールド層を取り囲んで形成された保護被覆層とを備える極細同軸ケーブルとする。

前記内部導体を構成する第１極細金属線の捻れピッチは、１．０ｍｍ〜１．４ｍｍであることが好ましい。また、当該内部導体の直径は、０．０７ｍｍ〜０．１０ｍｍであることが好ましく、内部導体を構成する第１極細金属線の直径は、０．０１ｍｍ〜０．０４ｍｍであることが好ましい。

そして、前記内部導体を構成する第１極細金属線は、銅合金で構成されることが好ましい。

また、前記絶縁層の誘電率は、１．５〜２．５であることがより好ましく、当該絶縁層は、フッ素系樹脂を用いたものであることが好ましい。そして、前記フッ素系樹脂は、四フッ化エチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂（ＰｅｒＦｌｕｏｒｏ Ａｌｋｏｘｙ Ｒｅｓｉｎ：以下、「ＰＦＡ樹脂」と称する。）を用いることが更に好ましい。

また、前記金属シールド層を構成する第２極細金属線の横巻きピッチは、３．０ｍｍ〜４．５ｍｍであることがより好ましく、当該金属シールド層を構成する第２極細金属線は、当該内部導体を構成する第１極細金属線の捻じり方向と反対方向に横巻きされることがより好ましい。

また、前記金属シールド層を構成する第２極細金属線は、銅合金で構成されることが好ましい。

また、前記金属シールド層を構成する第２極細金属線の直径は、０．０２ｍｍ〜０．０４ｍｍであることが好ましく、前記金属シールド層を構成する第２極細金属線の本数は、１５〜３５本であることが好ましい。

本件発明は、さらに、２本以上の第１極細金属線が所定のピッチで捻れた内部導体と、当該内部導体を取り囲み、高分子材料で構成される絶縁層と、所定のピッチで当該内部導体を構成する第１極細金属線の捻じり方向と反対方向に横巻きされた２本以上の第２極細金属線で当該絶縁層を取り囲んで形成された金属シールド層と当該金属シールド層を取り囲んで形成された保護被覆層とを備える極細同軸ケーブルを提供する。

本件発明に係る極細同軸ケーブルは、２本以上の第１極細金属線が０．５〜３ｍｍのピッチで捻れた内部導体と、当該内部導体を取り囲み、誘電率１．２〜３．０の高分子材料で構成される絶縁層と、当該絶縁層を取り囲み、２本以上の第２極細金属線が横巻きピッチ２．０〜１０．０ｍｍで当該絶縁層を横巻きしてなる金属シールド層と、当該金属シールド層を取り囲んで形成された保護被覆層とを備えるものであり、優れたインピーダンス特性を有し、高周波伝送の際にも反射損失なく安定的な信号伝送が可能であり、高周波伝送の際に信号の外部干渉を著しく抑制して高画質の伝送が可能であり、反復的な曲げにも安定した機械的特性が確保できる。

以下、本件発明の好ましい実施形態を詳しく説明する。しかし、本件発明に係る明細書及び請求範囲に用いられている用語や単語は、通常の意味や辞書に記載の意味に限定して解釈されるものではなく、発明者は自分の発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義することができるという原則に則り、本件発明の技術的思想に符合する意味と概念とに解釈すべきものである。従って、本明細書に記載された実施形態は、本件発明の最も好ましい一実施形態に過ぎず、本件発明の技術的思想の全てを代弁するものではないため、本出願時点においてこれらに代替できる多様な均等物と変形例があり得ることを断っておく。

本件発明に係る極細同軸ケーブルは、内部導体、当該内部導体を取り囲んで形成された絶縁層、当該絶縁層を取り囲んで形成された金属シールド層及び当該金属シールド層を取り囲んで形成された保護被覆層を備えるものであって、内部導体、絶縁層及び金属シールド層の構成が最適化され、優れたインピーダンス特性を有するので、高周波伝送の際にも反射損失なく安定的な信号伝送が可能であり、また、高周波伝送の際に信号の外部干渉を著しく抑制するので、高画質の伝送が可能である。

図１は、本件発明の一実施形態における極細同軸ケーブルの斜視図である。図１に示すように、本件発明の１つの実施形態におけるる極細同軸ケーブルは、内部導体１１と、当該内部導体に面しながら当該内部導体を取り囲んで形成された絶縁層１３、当該絶縁層に面しながら当該絶縁層を取り囲むように形成された金属シールド層１７及び当該金属シールド層に面しながら当該金属シールド層を取り囲むように形成された保護被覆層１９とを備えている。

前記内部導体１１は、２本以上の第１極細金属線からなり、当該第１極細金属線は所定のピッチで捻れて内部導体１１を形成する。当該ピッチは０．５ｍｍ〜３．０ｍｍが好ましく、１．０ｍｍ〜１．４ｍｍがさらに好ましい。当該ピッチが０．５ｍｍ未満の場合には、内部導体の外径が無駄に大きくなって屈曲特性が悪くなる。一方、当該ピッチが３．０ｍｍを超えると、第１極細金属線で構成される内部導体が稠密に連結されず隙間が生じてしまいコネクターを連結する際に接点不良を誘発することがある。前記第１極細金属線の直径は、周波数特性（ＲＦ：Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）を考慮すると、０．０１ｍｍ〜０．０４ｍｍであることが好ましい。また、前記第１極細金属線は、電気伝導性及び経済性などを考慮すると、銅合金で構成されることが好ましい。このような構成を有する内部導体１１自体の直径は、第１極細金属線の前記ピッチ条件と、第１極細金属線の直径及び同軸ケーブルのインピーダンス特性を考慮すると、０．０７ｍｍ〜０．１０ｍｍとすることが好ましい。

前記内部導体の外周面には、高分子樹脂で構成される絶縁層１３が、押出機を用いて被覆される。前記高分子樹脂の誘電率（ε）は、１．２〜３．０であることが好ましく、１．５〜２．５であることがより好ましい。１．２未満の誘電率は、高分子材料を発泡させても実現が難しく、誘電率が３．０を超過すれば信号の高速伝送が困難になる。前記高分子樹脂の種類は特に限定されないが、溶融粘度が低くて加工が容易なフッ素系樹脂が好ましく、その中でもＰＦＡ樹脂が最も好ましく用いられる。絶縁層１３では、誘電率をさらに低くするために、高分子を発泡させて、絶縁層内に発泡セルを形成させることもできる。絶縁層形成の際に、押出機のノズルは、発泡した絶縁層が内部導体の外周面をすぐ覆うように共押出（Ｃｏ‐ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ）し、発泡した絶縁体が押し出されながら被覆することが好ましい。

絶縁層の外周部には、電磁波信号（Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｓｉｇｎａｌ）の損失を抑制するために、２本以上の第２極細金属線を横巻きして、誘電体が完全に取り囲まれるように金属シールド層１７を形成する。前記第２極細金属線の横巻きピッチは、２．０ｍｍ〜１０．０ｍｍ（角度としては２０〜４度）であることが好ましく、３．５ｍｍ〜４．５ｍｍであることがより好ましい。ピッチが２．０ｍｍ未満では、無駄に稠密なピッチにより金属シールド層が厚くなりすぎ、金属線の使用量が過剰で、横巻き体（第２極細金属線）が他の横巻き体上に乗り上げたりするため、曲げ特性が悪くなる。一方、１０．０ｍｍを超えると、横巻き体が形状を維持できずに乱れるか、横巻き体間の間隔が空いてＴＥＭ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍａｇｎｅｔｉｃ）波が有効に伝送できないか、又は特性インピーダンスの不均一を引き起こすことになる。横巻きピッチ、絶縁層の厚さ、特性インピーダンスなどを考慮すると、前記第２極細金属線の直径は、０．０２ｍｍ〜０．０４ｍｍであることが好ましく、第２極細金属線の本数は１５〜３５本であることが好ましい。また、第２極細金属線は電気伝導性及び経済性を考慮すると、銅合金で構成されることが好ましい。

金属シールド層を構成する第２極細金属線の横巻き方向は、内部導体を構成する第２極細金属線の捻じり方向と反対方向であることが好ましい。横巻き方向この様にすれば、インピーダンス特性に優れるのみならず、反復的な曲げによる機械的特性も良好であり、一方向に反る現象の発生も抑制できる。

図２は、横巻き体が横巻きされる過程を模式的に示している。内部導体及びその外周部に絶縁層が形成されている線材２１は、Ａ方向に回転しながらＢ方向に進む。すると、第２極細金属線２７が巻き取りされたミニボビン（Ｂｏｂｂｉｎ）２５から出た第２極細金属線２７が、所定ピッチで線材に横巻きされて、金属シールド層が形成されたケーブル２３が製造される。

図３及び図４は、本件発明に係る構成を有する金属シールド層の表面写真である。また、図６及び図７は、従来の技術による金属シールド層の表面写真である。従来の技術によれば、金属シールド層に、図６に示したような横巻き体の空き、又は図７に示したような横巻き体の乗り上げのような問題があった。しかし、本件発明に係る構成を備える金属シールド層は、図３及び図４に示すように、このような問題が全くないことが分かる。

前記金属シールド層の外周部には、同軸ケーブルの保護のための保護被覆層１９が形成される。前記保護被覆層１９は、従来の同軸ケーブルの保護被覆層の形成のために用いうる材料から選択して用いることができる。

図５は、本件発明に係る極細同軸ケーブルの特性インピーダンス（Ｚ：Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ）を、インピーダンス分析機（Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ Ａｎａｌｙｚｅｒ）で測定した結果を模式的に示している。図５から、特性インピーダンスは上下限値内でほぼ均一に維持されている。

図８は、従来の同軸ケーブルの特性インピーダンスを、インピーダンス分析機で測定した結果を模式的に示している。図６から、特性インピーダンスが時間軸方向で変動していることが分かり、特に変動が大きな部分においては、規格の上限と下限に近接しており、特性が安定していない。

以上のように、本件発明を限定された実施形態と図面とによって説明したが、本件発明はこれによって限定されるものではない。本件発明が属する技術分野において、通常の知識を有する者であれば、本件発明の技術思想と特許請求範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能なのは言うまでもない。

本件発明に係る極細同軸ケーブルは、優れたインピーダンス特性を有しており、高周波伝送の際にも反射損失なく安定的な信号伝送が可能である。また、高周波伝送の際に信号の外部干渉を有効に抑制しするので高画質の伝送が可能であり、反復的な曲げにも安定な機械的特性が確保できる。このような高性能の極細同軸ケーブルを用いれば、内視鏡及びポータブルマルチメディア機器などの小型化を実現できる。

本明細書に添付される下記の図面は本件発明の好ましい実施形態を例示するものであって、発明の詳細な説明とともに本件発明の技術思想をさらに理解させる役割を果たすものであるため、本件発明はそのような図面に記載された事項にのみ限定されて解釈されてはいけない。
本件発明の一実施形態にる極細同軸ケーブルの構造を概略的に示した斜視図である。 横巻き体が横巻きされる過程を図式的に示した図である。 本件発明に係る構成を有する金属シールド層の表面写真である。 本件発明に係る構成を有する金属シールド層の表面写真である。 本件発明に係る極細同軸ケーブルの特性インピーダンス（Ｚ：Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ）をインピーダンス分析機（Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ Ａｎａｌｙｚｅｒ）で測定した結果を模式的に示した図である。 従来の技術における金属シールド層の表面写真である。 従来の技術における金属シールド層の表面写真である。 従来の極細同軸ケーブルの特性インピーダンスをインピーダンス分析機で測定した結果を模式的に示した図である。

符号の説明

１１ 内部導体
１３ 絶縁層
１７ 金属シールド層
１９ 保護被覆層
２１ 内部導体の外周部に絶縁層が形成された線材
２３ ケーブル
２５ ミニボビン
２７ 第２極細金属線
Ａ 線材の回転方向
Ｂ 線材の進行方向

Claims (10)

1. 同軸ケーブルにおいて、
   ２本以上の第１極細金属線が０．５ｍｍ〜３．０ｍｍのピッチで捻れた内部導体と、当該内部導体を取り囲む、誘電率１．２〜３．０の高分子材料で構成される絶縁層と、当該絶縁層を取り囲み、２本以上の第２極細金属線が横巻きピッチ２．０ｍｍ〜１０．０ｍｍで当該絶縁層を横巻きした金属シールド層と当該金属シールド層を取り囲んで形成された保護被覆層とを備えることを特徴とする極細同軸ケーブル。
2. 前記内部導体の直径は、０．０７ｍｍ〜０．１０ｍｍである請求項１に記載の極細同軸ケーブル。
3. 前記内部導体を構成する第１極細金属線は、銅合金を用いたものである請求項１又は請求項２に記載の極細同軸ケーブル。
4. 前記内部導体を構成する第１極細金属線の直径は、０．０１ｍｍ〜０．０４ｍｍである請求項１〜請求項３のいずれかに記載の極細同軸ケーブル。
5. 前記絶縁層は、フッ素系樹脂を用いたものである請求項１〜請求項４のいずれかに記載の極細同軸ケーブル。
6. 前記フッ素系樹脂は、四フッ化エチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂である請求項５に記載の極細同軸ケーブル。
7. 前記金属シールド層を構成する第２極細金属線は、銅合金を用いたものである請求項１〜請求項６のいずれかに記載の極細同軸ケーブル。
8. 前記金属シールド層を構成する第２極細金属線の直径は、０．０２ｍｍ〜０．０４ｍｍである請求項１〜請求項７のいずれかに記載の極細同軸ケーブル。
9. 前記金属シールド層を構成する第２極細金属線の本数は、１５本〜３５本である請求項１〜請求項８のいずれかに記載の極細同軸ケーブル。
10. 同軸ケーブルであって、
    ２本以上の第１極細金属線が所定のピッチで捻れた内部導体と、当該内部導体を取り囲み、高分子材料で構成される絶縁層と、所定のピッチで当該内部導体を構成する第１極細金属線の捻じり方向と反対方向に横巻きされた２本以上の第２極細金属線を用いて当該絶縁層を取り囲んで形成された金属シールド層と当該金属シールド層を取り囲んで形成された保護被覆層とを備えることを特徴とする極細同軸ケーブル。