JP5186604B2

JP5186604B2 - 同軸ケーブル用中空コア体の製造装置

Info

Publication number: JP5186604B2
Application number: JP2012019714A
Authority: JP
Inventors: 晴士田中; 繁宏松野; 隆久高田
Original assignee: Ube Nitto Kasei Co Ltd
Current assignee: Ube Exsymo Co Ltd
Priority date: 2012-02-01
Filing date: 2012-02-01
Publication date: 2013-04-17
Anticipated expiration: 2027-03-28
Also published as: JP2012119328A

Description

本発明は、同軸ケーブル用中空コア体の製造装置および同コア体の製造に用いる成形ダイスに関するものである。

ＩＴの進展に伴い、同軸ケーブルにおいても高性能化（低損失化、高速伝送化）、軽薄短小化（ケーブルサイズダウン）が求められ、そのため絶縁体の低誘電率化とその安定性向上が求められている。絶縁体の低誘電率化には、エアロコア（リブ構造中空コア）を使用することで達成されるが、以下の欠点があった。

（１）リブが開放構造のため、横巻き線シールド，編組線シールドを施して同軸ケーブルとした場合、はんだ付けによりコネクター取付をすると、はんだが中空部に進入して、特性インピーダンスが変動する場合があった。

（２）エアロコア（ストレートリブ構造）のコア体を複数本並べる構造の同軸ケーブルに応用する場合、リブ同士が噛み合って、上手くケーブル化することができない。

（３）エアロコア（ストレートリブ、ラセンリブ構造共に）では、リブ体が開放構造のため、横まきシールド，編組線シールドを施した時、シールドの外形状が多角形になり、所定の性能が得られない、また、外形状が安定しない場合があった。

（４）編組線シールドした後、シールド効果を高めるため、錫を含浸する場合（セミフレキシブル同軸ケーブル）があるが、錫が中空部に入ってしまい所定の特性が得られない場合がある。

このような欠点は、外形状が真円状で内部に複数の中空室を持つ断面が、レンコン構造状の絶縁体とすることで解決できる。このようなレンコン構造（絶縁体被覆）コア体を製造する方法は、特許文献１に提案されている。しかしながら、特許文献１に開示されているコア体の製造方法には、特に、成形ダイスの構造に以下に説明する技術的な課題があった。
特開２００３−２４９１２９号公報

特許文献１には、製造方法として、分割された多孔ダイスを用いて絶縁被覆を行う方法と、リブ構造で１回目の被覆を行い、その後に環状に２段被覆する方法とが提案されているが、これらの製造方法には、それぞれ以下に説明する課題があった。

前者の製造方法では、分割された各部を接着するため、分割孔を相互に隣接させる必要があり、このため、ドラフト率を大きく取れないし、形状安定性に劣り、分割部で割れる可能性があり、また、相互のずれなどのため、外形状が真円になり難いという課題があった。

後者の製造方法では、複数のダイスを必要とし、工程が複雑になり、環状被覆とリブ構造部（十字部）を接着するため、環状被覆自体に引き締める力が必要になり、環状被覆の厚みが薄いと多角形状になり、真円性を確保するためには、厚みを厚くする必要があるが、厚くすると中空率が低下するという課題があった。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、中空率が高く、真円性を確保することができる同軸ケーブル用中空コア体の製造装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、内部導体と、前記内部導体の外周に設けられた絶縁被覆層とを有する同軸ケーブル用コア体の製造装置において、中心に前記内部導体を挿通させながら溶融した樹脂を押出して、前記内部導体を被覆する内環状部と、前記内環状部から放射状に延びる複数のリブ部と、前記リブ部の外端を連結する外環状部と、前記内，外環状部とリブ部とで囲まれた複数の中空部とを備えた前記絶縁被覆層を形成する成形ダイスと、前記成形ダイスから押出された前記絶縁被覆層を冷却する冷却装置とを備えた製造装置であって、前記成形ダイスは、押し出された前記コア体の前記中空部内に内圧調整用エアを導入する貫通孔を有し、前記冷却装置は、前記絶縁被覆層を垂直下方に押出す前記成形ダイスの後流に配置され、徐冷用の風冷筒とその後方に設置される水冷却槽とを備え、前記冷却装置と前記成形ダイスは、垂直方向に延設される同一のレールに移動自在に設置し、前記中空コア体の外径を搖動式外径測定器で測定し、前記外径測定器で測定した外径の最大外径と最少外径との差が最小になるポイントに前記冷却装置を固定設置することを特徴としている。

風冷筒による徐冷により融点付近に絶縁被覆層の温度を下げた後に水冷する方法は、特に、製造速度を速くしたい場合有効である。

速度を上げた時、風冷筒の徐冷のみでは、真円形状を得るのは困難になる。冷却不足のため、外形状が６角形になり易い。また、水冷による急冷を行うと、逆に、リブ部が凹んだ花びら状になり易い。速度を上げて真円性の良い中空コア体を得るには、風冷筒による徐冷の後、水冷するのが有効であることが分かった。引き落としの過程で、リブ部、外環状部の冷却収縮のバランスを徐冷により取り、融点付近まで冷却した後、水冷するのが有効である。

前記徐冷から水冷に切り替えるポイントは、水冷により、室温付近まで完全冷却された前記中空コア体の外径を、当該中空コア体が水冷槽を出た後、外径測定器自体を揺動回転させつつ測定する揺動式の外径測定器により評価し、その最大外径、最小外径の差が最小になるポイントとすることができる。

ここで、風冷筒による徐冷から水冷に切り替える（水冷槽に入れる）ポイントが重要である。早いと花びら状になりやすく、遅いと６角形になり易い。そこで、室温付近まで完全冷却された中空コア体の外径を、外径測定器自体を揺動回転させつつ測定する揺動式の外径測定器により評価し、その最大径、最小径の差が最小に成るポイントとすることが有効である。

冷却装置は、その設置位置が上下自在に変えられ、かつ、任意位置に固定する機構を有していれば、前記揺動式外径測定器による最大外径、最小外径の差が最小になるポイントにて前記冷却装置を固定設置する。

なお、前記絶縁被覆層は、フッ素樹脂、ポリオレフィン、環状ポリオレフィン（ＡＰＯ）、ＳＰＳ（シンジオタクティックＰＳ）、ポリメチルペンテン、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）のいずれかから選択される樹脂により一体形成することができる。

本発明にかかる同軸ケーブル用中空コア体の製造装置によれば、中空率が４０％以上で、外環状部の真円度が９６．０％以上の中空コア体を、単一のダイスにより製造することができ、特に、成形ダイスは、中空部内に内圧調整用エアを導入する貫通孔を有しているので、エアを導入することで、中空部の形状安定性や、外環状部の真円度を良好に確保することができ、さらに、エア導入による冷却効果も期待される。

以下に、本発明の好適な実施の形態について、添付図面を参照にして詳細に説明する。図１は、本発明にかかる製造装置によって得られる同軸ケーブル用中空コア体の一例を示している。同図に示した同軸ケーブル用中空コア体１０は、内部導体１２と絶縁被覆層１４とを備えている。

内部導体１２には、強度、導電性に優れる銅又は銅合金の細線、または、これらにより高導電性の金属をメッキした単線が用いられているが、撚り線であってもよい。

絶縁被覆層１４は、熱可塑性樹脂で形成され、内部導体１２の外周を被覆する内環状部１４ａと、この内環状部１４ａの外周から外方に向けて放射状に延設された６本のリブ部１４ｂと、各リブ部１４ｂの外端間を連結する外環状部１４ｃとを備えている。

本例の場合には、６本のリブ部１４ｂを周方向に沿って、等角度間隔で配置することにより、内，外環状部１４ａ，１４ｃとリブ部１４ｂとで外周を囲まれて、かつ、長手方向に連続した６個の中空部１６が、内部導体１２を中心にして、周方向に均等配置されており、リブ部１４ｂにより中空部１６を小空間に区画している。

なお、この中空部１６は、６個に限ることはなく、５以上であればよく、その外端部が、絶縁被覆層１４の外周縁、すなわち、外環状部１４ｃの外縁に到達しないように形成する。

上記構成の中空コア体１０は、絶縁被覆層１４の外環状部１４ｃの外周に、外部導体層と、必要に応じてその保護層とを設けることで同軸ケーブルとして使用される。この場合、外部導体層は、金属メッキにより形成することができる。

この場合には、絶縁被覆層１４の活性化処理として、ウエットブラストによるエッチング、フルオロエッチ（ナフタレン・ナトリウム錯体）による親水化処理をした後、塩化第一錫の塩酸酸性液でセンシタイジングし、さらに塩化パラジウムの塩酸酸性液でアクチュベーションを行った後、無電解メッキを行う。

なお、同軸ケーブルとして使用する際には、１本の中空コア体１０を用いる場合と、複数本の中空コア体１０を用いる場合のいずれにも対応することができる。

本例の場合、絶縁被覆層１４の外環状部１４ｃの外径は、５．０ｍｍ以下で、リブ部１４ｂの本数が３本以上であって、中空部１６の割合が４０％以上で、外環状部１４ｃの真円度が９６．０％以上になっている。

一般的に絶縁外径５ｍｍ程度以下の高い可撓性を有した同軸ケーブル用コアは、発泡タイプの絶縁層が用いられる。同軸ケーブルが比較的細径の場合は発泡度を極端に大きく出来ない事から、４０％以上の中空率を確保すれば、発泡タイプの同軸ケーブルに比べ誘電率の低減が可能になる。

本例の中空絶縁構造では４０％以上の中空率が確保できるが、構造の真円性、機械的特性（側圧、曲げ特性及びケーブルの端末加工時）等を確保するためリブ数を３本以上とすることが望ましい。またこのリブ本数については、中空率４０％以上を確保するためとダイス先端部の機械加工精度の点から、１０本を越えないことが望ましい。

ここで、中空部１６の割合である空隙率は、中空コア体１０の断面積において、絶縁部全体に占める中空部１６の割合であって、本例の場合には、６個の中空部１６の断面積の総和が、絶縁部（絶縁被覆層１４の全断面積＋中空部１６の全断面積）の４０％以上になるように設定している。

また、真円度は、外環状部１４ｃの外径の大きさで、最長径をａ、最短径をｂ、平均外径をｃ（ｃ＝（ａ＋ｂ）／２）とした場合、
真円度（％）＝（１−（ａ−ｂ）／ｃ）×１００
で求められる値であり、どれだけ真円に近いかを現わす指標となる。

さらに、後述する具体例で測定している偏芯率は、外環状部１４ｃの外径の中心点と内部導体１２の中心点との距離をａ、外径の半径をｂとした場合
偏芯率（％）＝（ａ／ｂ）×１００
で求められる値であり、内部導体１２と外環状部１４ｃとの同心状態を現わす指標となる。

また、面積引き落とし倍率は、
（ダイの外径）^２／（中空コア体の外環状部の径）^２ …式１
で求められる値であり、好ましい範囲としては４〜３００倍で、さらに好ましくは４〜１５０倍であり、この範囲を超えると生産安定性という点で好ましくない。

なお、図１に示した内，外環状部１４ａ，１４ｃとリブ部１４ｂとからなる絶縁被覆層１４は、図１に示した断面形状でそのまま押出すこともできるし、また、内部導体１２の周囲を一定のピッチで回転するように形成することもできる。

前記絶縁被覆層１４は、フッ素樹脂、ポリオレフィン、環状ポリオレフィン（ＡＰＯ）、ＳＰＳ（シンジオタクティックＰＳ）、ポリメチルペンテン、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）のいずれかから選択される樹脂により一体形成することができる。

上記構成の中空コア体１０は、図２〜図４に示すダイス２０を用いることで製造することができる。これらの図に示したダイス２０は、断面が概略凸状に形成され、円盤状のフランジ２２と、先端凸部２４とを備えている。

図３は、先端凸部２４の拡大図であり、図４は、図３の先端側平面図である。これらの図に示した先端凸部２４には、軸芯にパイプ２６を挿入嵌着することにより、内部導体１２の挿通用中心孔２４ａが設けられている。

この中心孔２４ａの外周には、内環状孔２４ｂが隣接設置されると共に、内環状孔２４ｂの外周から、当角度間隔で外方に向けて放射状に延びる６本の直線状孔２４ｃが設けられている。

さらに、６本の直線状孔２４ｃの外端間には、これらを連結する外環状孔２４ｄが設けられている。このようなダイス２０を用い、中心孔２４ａ内に内部導体１２を挿通させながら、内，外環状孔２４ｂ，２４ｄおよび直線状孔２４ｃから溶融した樹脂を概略垂直下方に押出して、溶融樹脂を冷却固化させると、図１に示した断面形状の中空コア体１０が得られる。

この場合、内部導体１２を被覆する内環状部１４ａは、内環状孔２４ｂから押出され樹脂で形成され、内環状部１４ａから放射状に延びる６本のリブ部１４ｂは、直線状孔２４ｃから押出され樹脂で形成され、リブ部１４ｂの外端を連結する外環状部１４ｃは、外環状孔２４ｄから押出され樹脂で形成される。

このような中空コア体１０の製造において、本例の場合、内，外環状部１４ａ，１４ｃとリブ部１４ｂとで囲まれた複数の中空部１６内には、内圧調整用エアを導入し、徐冷しながら引き落とし、面積引き落とし倍率を４〜３００倍とする。この内圧調整用エアは、図２，３に示したダイス２４の貫通孔２４ｅを介して導入される。

貫通孔２４ｅは、本実施例の場合、内，外環状孔２４ｂ，２４ｄと直線状孔２４ｃとで囲まれた部分にそれぞれ１個ずつ配置されていて、内部導体１２を中心孔２４ａ内に挿通して、これを所定速度で引き取る際に、これに伴って外部のエアが、貫通孔２４ｅの後端側（図２においては左端に相当する）から前方に向かう空気流に伴って、中空部１６内に導入されて、それぞれの中空部１６の内圧を均一化することになる。

なお、このような内圧調整用エアは、内部導体１２の引き取りに伴って自然発生する空気流で中空部１６内に導入することだけでなく、所定の圧力に加圧した内圧調整用エアを中空部１６内に積極的に注入することも可能である。

図５および図６は、図１に示した中空コア体１０を用いて同軸ケーブルとした２つの例を示している。図５は、１本の中空コア体１０の外環状部１４ｃの外周に、編組線シールドからなる外部導体層３０を設けた例であり、この例では、外部導体層３０の外周に保護被覆層３２を被覆形成している。編組線シールドは、複数本の金属単線を相互に接触するように並列配置して、メッシュ状に編み組したものである。

図６は、１本の中空コア体１０の外環状部１４ｃの外周に、横巻き線シールドからなる外部導体層３０ａを設けた例であり、この例でも、外部導体層３０ａの外周に保護被覆層３２を被覆形成している。横巻き線シールドは、複数本の金属単線を相互に接触するように並列配置して、この状態で外環状部１４ｃの外周に密接状態で、螺旋状に巻きつけたものである。

なお、図５，６に示した例では、保護被覆層３２を設けているが、この保護被覆層３２は、必ずしも必要としない。また、中空コア体１０は、単数に限るものではなく、例えば、２本を並列させる構成や、３本以上を外周が相互に密接するようにして直線状に配置し、それらの外周に外部導体層３０，３０ａを設けてもよい。

また、外部導体層３０，３０ａは、外環状部１４ｃの外周面に直接接触するように設けること以外に、例えば、両面或いは片面に金属層を有する合成樹脂フィルムなどからなるテープ巻き（横巻き或いは縦添え）を施して、その上面に外部導体層３０，３０ａを設けることもできる。

また、外部導体層３０，３０ａに錫を含浸させることもできる。この場合、発泡タイプのコアでは、気泡が独立気泡のため、錫含浸時、熱により膨張し、編組線に食い込んで含浸が不十分に成ったり、錫含浸層の内面に膨張の跡（凹凸）が残ったりする場合があるが、本発明の中空コア体は連続気泡であり、この様な問題は生じない。

以下中空コア体の製造についてより具体的な具体例について説明するが、本発明は下記具体例に限定されるものではない。

具体例１（空冷＋水冷で揺動式にて水冷ポイントを定め、丸形状を得る例）
内部導体１２として、φ０．５１ｍｍ軟銅線を、クロスヘッドダイスに導き、図２示す口部のダイス２０を、１０ｍ／ｍｉｎの速度で下向きに通過させＰＦＡ樹脂（４２０ＨＰＪ：三井デュポンフロロケミカル製／誘電率２．１）をφ１．４ｍｍの外径に被覆し、雰囲気温度約３０℃の空冷による徐冷を行った。

真円率が最も大きい地点を揺動式外径測定器にて測定した結果、ダイス面より５０ｍｍとなった。この場合の真円率は９６％であり、このポイントで水冷却を行った。以上の様な方法で、面積引き落とし倍率３５倍の中空コア体を得た。又水冷却直前の被覆温度は３１５℃と融点を上回る温度であった。

得られた中空コア体１０をカットして寸法を測定したところ、外環状部の厚みが０．０７ｍｍ、リブ部の厚みが０．０６ｍｍ、内環状部の厚みが０．０６ｍｍであった。これらの値から求めた中空部１６の中空率５８％、真円度９６．２％、偏芯率３％と真円形状に近いコアを得ることができた。

図７は、具体例１における製造装置の配置状態を示す図である。同図において、符号２０がダイスであり、このダイス２０は、図２に示したものと実質的に同じ構造になっており、このダイス２０には、ターンシーブ４０を介して、内部導体１２が導入される。ダイス２０の後流側には、徐冷用の風冷筒４２が配置され、風冷筒４２には、ブロアー付き熱風発生器４４が付設されている。

風冷筒４２の後流側には、水冷却槽４６が設置され、その下方には、水受用水槽４７が設けられている。風冷筒４２と水冷却槽４６との間には、ダイス２０から導出され、風冷筒４２を通過することにより徐冷された中空コア体１０の温度を測定する非接触温度計４８が配置されている。

上述したダイス２０，風冷筒４２，非接触温度計４８，水冷却槽４６は、この順に垂直方向に配列されて、架台５０に固定されているレール５２に上下移動自在で、かつ、任意の位置に固定することができるように支持されている。

一方、水冷却槽４６で冷却された中空コア体は、水受用水槽４７内に設けられたシーブ５４で方向転換されて、ネルソンローラ５６に導かれた後に、図示省略の巻き取り機に送られる。ネルソンローラ５６から導出された中空コア体は、その直後に揺動式外径測定器５８により、その外径が測定される。

揺動式外径測定器５８は、連続ないしは間欠的に中空コア体１０の外径測定が可能であり、測定器自体を１８０℃往復揺動回転させつつ測定するものであって、オンライン上で中空コア体の全周方向で外径の測定が可能である。具体例１では、水冷却槽４６をダイス２０に対して上下方向に移動させて、両者間の距離に関する外径測定を行い、その距離がダイス面より５０ｍｍの場合に、真円率が最も大きくなっていた。そこで、試験製造を終了して、それ以後の製造は、距離をこの間隔に固定した製造を行った。

具体例２
内部導体１２として、φ０．５１ｍｍ軟銅線を、クロスヘッドダイスに導き図２示す口部のダイス２０を、４ｍ／ｍｉｎの速度で下向きに通過させＰＦＡ樹脂（４２０ＨＰＪ：三井デュポンフロロケミカル製／誘電率２．１）をφ１．４ｍｍの外径に被覆し、雰囲気温度約３０℃の空冷による徐冷を行い、面積引き落とし倍率３５倍の中空コア体を得た。

得られた中空コア体をカットして寸法を測定したところ、外環状部の厚みが０．０７ｍｍ、リブ部の厚みが０．０６ｍｍ、内環状部の厚みが０．０６ｍｍであった。これらの値から求めた中空部１６の中空率５８％、真円度９６．５％、偏芯率３％と真円形状に近いコアを得ることが出来た。

具体例３
内部導体１２として、φ０．５１ｍｍ軟銅線を、クロスヘッドダイスに導き図２示す口部のダイスを、２０ｍ／ｍｉｎの速度で下向きに通過させＰＦＡ樹脂（４２０ＨＰＪ：三井デュポンフロロケミカル製／誘電率２．１）をφ１．４ｍｍの外径に被覆した上、被覆後、雰囲気温度下約３０℃の空冷による徐冷を行い、中空コア体を得た。この被覆時には、ダイス２０の貫通孔２４ｅに、エアを加圧し毎分８ｃｍ^３の流量で供給した。

このような積極的なエア供給は、自然吸気のみでは、被覆内部で圧力低下が発生し、外環状部が内側に押される場合や冷却不足で外環状部が内側に凹む６角形状になる場合に有効である。

面積引き落とし倍率３５倍で得られた中空コア体をカットして寸法を測定したところ、外環状部の厚みが０．０７ｍｍ、リブ部の厚みが０．０５ｍｍ、内環状部の厚みが０．０５ｍｍであった。これらの値から求めた中空部の中空率６４％、真円度９６．５％、偏芯率３％であった。エアー圧入により角部位の肉厚が減少する傾向であったが真円形状を得ることが出来た。

本発明に係る同軸ケーブル用コア体の製造装置によれば、同軸ケーブルの誘電率を低減することができるので、同軸ケーブルを用いるＩＴ機器の小型化などに有効に活用することができる。

本発明に係る同軸ケーブル用コア体の製造装置で得られるコア体の一例を示す断面図である。本発明に係る同軸ケーブル用コア体の製造装置に用いるダイスの説明図である。図２のＡ部拡大図である。図３の先端側からみた平面図である。図１に示したコア体を用いた同軸ケーブルの一例を示す断面図である。図１に示したコア体を用いた同軸ケーブルの他の例を示す断面図である。本発明にかかる製造装置の配置説明図である。

１０同軸ケーブル用中空コア体
１２中心導体
１４絶縁被覆層
１４ａ内環状部
１４ｂリブ部
１４ｃ外環状部
１６中空部
２０ダイス
４２風冷筒
４４水冷却槽

Claims

内部導体と、前記内部導体の外周に設けられた絶縁被覆層とを有する同軸ケーブル用コア体の製造装置において、
中心に前記内部導体を挿通させながら溶融した樹脂を押出して、前記内部導体を被覆する内環状部と、前記内環状部から放射状に延びる複数のリブ部と、前記リブ部の外端を連結する外環状部と、前記内，外環状部とリブ部とで囲まれた複数の中空部とを備えた前記絶縁被覆層を形成する成形ダイスと、前記成形ダイスから押出された前記絶縁被覆層を冷却する冷却装置とを備えた製造装置であって、
前記成形ダイスは、押し出された前記コア体の前記中空部内に内圧調整用エアを導入する貫通孔を有し、
前記冷却装置は、前記絶縁被覆層を垂直下方に押出す前記成形ダイスの後流に配置され、徐冷用の風冷筒とその後方に設置される水冷却槽とを備え、
前記冷却装置と前記成形ダイスは、垂直方向に延設される同一のレールに移動自在に設置し、
前記中空コア体の外径を搖動式外径測定器で測定し、前記外径測定器で測定した外径の最大外径と最少外径との差が最小になるポイントに前記冷却装置を固定設置することを特徴とする同軸ケーブル用中空コア体の製造装置。