JP6413941B2

JP6413941B2 - ケーブル

Info

Publication number: JP6413941B2
Application number: JP2015118479A
Authority: JP
Inventors: 阿部　正浩; 正浩阿部; 知之 ▲高▼原; 知己長谷川
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2015-06-11
Filing date: 2015-06-11
Publication date: 2018-10-31
Anticipated expiration: 2035-06-11
Also published as: JP2017004796A

Description

本発明は、ケーブルに関する。

従来、コルゲート形状（波形状）の外部導体を有する同軸ケーブルが知られている（例えば、特許文献１）。コルゲート形状の外部導体は、平滑な通常の外部導体と比べて、優れた屈曲性を有する。

特許第４７５３５０９号公報

しかしながら、コルゲート形状の外部導体は、平滑な通常の外部導体と比べて電気長が長くなるため、ケーブル損失が大きくなるという問題がある。例えば、同軸ケーブルにおいて電気長が１００ｍの平滑な外部導体を電気長が１０６ｍのコルゲート形状の外部導体に変更した場合、ケーブル損失が１００ｍあたり５．３７ｄＢから５．５８ｄＢに増加する。

そこで、本発明は、優れた屈曲性を保持しつつケーブル損失の増加が抑えられた、コルゲート形状の管状導体を有するケーブルを提供することを目的とする。

本発明の一態様は、上記目的を達成するために、下記［１］〜［４］のケーブルを提供する。

［１］コルゲート形状を有する管状導体を有するケーブルであって、前記管状導体の長さ方向の波状の断面において、山部内の空間面積が谷部内の空間面積の１．５〜３倍であり、前記管状導体の厚さが０．２ｍｍ以上かつ０．３５ｍｍ以下であり、前記管状導体のコルゲート形状のピッチが５ｍｍ以上９ｍｍ以下であり、高さが３ｍｍ以上５ｍｍ以下である、ケーブル。

［２］前記管状導体の内側の内部導体と、前記管状導体と前記内部導体の間に設けられた、前記内部導体の周囲を被覆する絶縁体と、をさらに有する、前記［１］に記載のケーブル。

［３］前記管状導体の内側の内部導体と、前記管状導体と前記内部導体の間の空洞内に設けられ、前記管状導体と接触しないように前記内部導体を保持する絶縁性のスペーサと、をさらに有する、前記［１］に記載のケーブル。

［４］前記管状導体の内側が空洞の導波管である、前記［１］に記載のケーブル。

本発明によれば、優れた屈曲性を保持しつつケーブル損失の増加が抑えられた、コルゲート形状の管状導体を有するケーブルを提供することができる。

図１は、第１の実施の形態に係るケーブルの側面図である。図２は、第１の実施の形態に係るケーブルの径方向の断面図である。図３（ａ）は、コルゲート形状の管状導電体である外部導体の長さ方向の断面図である。図３（ｂ）は、比較例としての従来のコルゲート形状の管状導電体の長さ方向の断面図である。図４は、ケーブルの外部導体の周辺の一部を拡大した、ケーブルの長さ方向の断面図である。図５は、第２の実施の形態に係るケーブルの径方向の断面図である。図６は、第３の実施の形態に係るケーブルの径方向の断面図である。図７は、実施例に係るケーブル曲げ試験の方法を概略的に表す図である。図８は、ケーブル曲げ試験の結果を表すグラフである。

〔第１の実施の形態〕
（ケーブルの構成）
図１は、第１の実施の形態に係るケーブル１０の側面図である。図２は、第１の実施の形態に係るケーブル１０の径方向の断面図である。

ケーブル１０は、内部導体１１と、内部導体１１の周囲を被覆する絶縁体１２と、絶縁体１２の周囲を被覆する外部導体１３と、外部導体１３の周囲を被覆するシース１４とを有する。ケーブル１０は、例えば、ＬＨＰＸと呼ばれる低損失型の高周波同軸ケーブルである。

内部導体１１は、銅等の導体からなる。内部導体１１は、例えば、中空の管状導体であり、コルゲート形状を有してもよい。

絶縁体１２は、例えば、発泡ポリエチレン等の発泡絶縁体からなる。

外部導体１３は、銅等の導体からなる、コルゲート形状の管状導電体である。

シース１４は、ポリエチレン等の絶縁体からなる。

図３（ａ）は、コルゲート形状の管状導電体である外部導体１３の一部の長さ方向の断面図である。図３（ａ）に示される外部導体１３の上側が外側、下側が内側（絶縁体１２側）である。図３（ａ）に示されるように、外部導体１３の長さ方向の断面は波状であり、山部内の空間面積Ｓ１が谷部内の空間面積Ｓ２の１．５〜３倍である。

ここで、山部内の空間面積Ｓ１とは、外部導体１３の長さ方向の波状の断面における、外部導体１３の山部の内面（図３（ａ）における下側の面）による曲線と、その曲線上の最も内側に位置する点を結んだ線（図３（ａ）における山部の底を塞ぐ点線）によって囲まれる面積である。

また、谷部内の空間面積Ｓ２とは、外部導体１３の長さ方向の波状の断面における、外部導体１３の谷部の外面（図３（ａ）における上側の面）による曲線と、その曲線上の最も外側に位置する点を結んだ線（図３（ａ）における谷部の上面を塞ぐ点線）によって囲まれる面積である。

山部内の空間面積Ｓ１を谷部内の空間面積Ｓ２の１．５〜３倍とすることにより、外部導体１３の優れた屈曲性を保持しつつ、電気長の増加を抑えることができる。山部内の空間面積Ｓ１が谷部内の空間面積Ｓ２の１．５倍よりも小さい場合、外部導体１３の電気長が長くなり、ケーブル損失が大きくなる。また、山部内の空間面積Ｓ１が谷部内の空間面積Ｓ２の３倍よりも大きい場合、外部導体１３の屈曲性が不十分となる。

図３（ａ）中の「Ｐ」は、外部導体１３の長さ方向のコルゲート形状のピッチを示す。ピッチＰは、隣接する山部の頂点の間隔及び隣接する谷部の頂点の間隔に等しい。外部導体１３のピッチＰは、５ｍｍ以上９ｍｍ以下である。

また、図３（ａ）中の「Ｈ」は、外部導体１３のコルゲート形状の高さを示す。高さＨは、谷部の頂点における外部導体１３の内面上の点の位置を基準とした、山部の頂点における外部導体１３の外面上の点の高さである。外部導体１３の高さＨは、３ｍｍ以上５ｍｍ以下である。

図３（ｂ）は、比較例としての従来のコルゲート形状の管状導電体５３の一部の長さ方向の断面図である。図３（ｂ）に示されるように、従来のコルゲート形状の管状導電体５３は、長さ方向の波状の断面における山部と谷部の大きさが同じであり、山部内の空間面積Ｓ１と谷部内の空間面積Ｓ２が等しい。このため、外部導体１３と管状導電体５３のピッチＰ及び高さＨが等しい場合、管状導電体５３の電気長は外部導体１３の電気長よりも長くなる。

図４は、ケーブル１０の外部導体１３の周辺の一部を拡大した、ケーブル１０の長さ方向の断面図である。図４に示されるように、絶縁体１２と外部導体１３との間には空隙が存在するが、この空隙部分の体積が大きいほど外部導体１３の内側の領域の誘電率が大きくなり、ケーブル損失を小さくすることができる。

ここで、外部導体１３のピッチＰ、高さＨ、及び絶縁体１２中への沈み込み量が一定であるとすると、山部内の空間面積Ｓ１の谷部内の空間面積Ｓ２に対する比が大きくなるほど絶縁体１２と外部導体１３との間の空隙が大きくなる。このため、山部内の空間面積Ｓ１と谷部内の空間面積Ｓ２が等しい従来のコルゲート形状の管状導電体５３を用いる場合よりも、本実施の形態に係る外部導体１３を用いる場合のほうが、ケーブル損失を小さくすることができる。

また、外部導体１３の厚さは、０．２ｍｍ以上かつ０．３５ｍｍ以下である。山部内の空間面積Ｓ１の谷部内の空間面積Ｓ２に対する比を大きくすると屈曲性が低下するが、外部導体１３の厚さを０．３５ｍｍ以下とすることにより、この場合の屈曲性の低下を抑えることができる。また、製造時の破断を防ぐため、外部導体１３の厚さは０．２ｍｍ以上であることが求められる。

〔第２の実施の形態〕
第２の実施の形態は、ケーブルの構成において第１の実施の形態と異なる。

（ケーブルの構成）
図５は、第２の実施の形態に係るケーブル２０の径方向の断面図である。

ケーブル２０は、内部導体２１と、内部導体１１の外側の外部導体２２と、外部導体２２の周囲を被覆するシース２３とを有する。内部導体１１と外部導体２２の間は空洞であり、内部導体１１は、図示しない絶縁性のスペーサによって外部導体２２と接触しないように保持されている。このスペーサは、例えば、内部導体１１の周囲にらせん状に巻き付けられた線状のスペーサである。ケーブル２０は、例えば、ＨＦ型と呼ばれる高周波同軸ケーブルである。

内部導体２１は、銅等の導体からなる。内部導体２１は、例えば、中空の管状導体であり、コルゲート形状を有してもよい。

外部導体２２は、銅等の導体からなる、コルゲート形状の管状導電体である。

第１の実施の形態に係る外部導体１３と同様に、外部導体２２の長さ方向の波状の断面において、山部内の空間面積Ｓ１が谷部内の空間面積Ｓ２の１．５〜３倍である。また、第１の実施の形態に係る外部導体１３と同様に、外部導体２２の厚さは０．２ｍｍ以上かつ０．３５ｍｍ以下、ピッチＰが５ｍｍ以上９ｍｍ以下、高さＨが３ｍｍ以上５ｍｍ以下である。

シース２３は、ポリエチレン等の絶縁体からなる。

〔第３の実施の形態〕
第３の実施の形態は、ケーブルの構成において第１の実施の形態と異なる。

（ケーブルの構成）
図６は、第３の実施の形態に係るケーブル３０の径方向の断面図である。

ケーブル３０は、管状の導体３１と、導体３１の周囲を被覆するシース３２とを有する。ケーブル３０は導波管であり、導体３１の内側は、他の部材が存在しない空洞である。ケーブル３０は、例えば、ＨＥ導波管と呼ばれる断面が楕円形の導波管である。

導体３１は、銅等の導体からなる、コルゲート形状の管状導電体である。導体３１は、図６に示されるように、径方向の断面形状が楕円形であってもよい。

第１の実施の形態に係る外部導体１３と同様に、導体３１の長さ方向の波状の断面において、山部内の空間面積Ｓ１が谷部内の空間面積Ｓ２の１．５〜３倍である。また、導体３１の厚さは、第１の実施の形態に係る外部導体１３と同様に、０．２ｍｍ以上かつ０．３５ｍｍ以下、ピッチＰが５ｍｍ以上９ｍｍ以下、高さＨが３ｍｍ以上５ｍｍ以下である。

シース３２は、ポリエチレン等の絶縁体からなる。

（実施の形態の効果）
上記第１〜第３実施の形態によれば、コルゲート形状の管状導電体（外部導体１３、外部導体２２、及び導体３１）の長さ方向の波状の断面における、山部内の空間面積Ｓ１を谷部内の空間面積Ｓ２の１．５〜３倍とし、管状導電体の厚さを０．２ｍｍ以上かつ０．３５ｍｍ以下とすることにより、優れた屈曲性を保持しつつ、ケーブル損失を抑えることができる。

以下に、本発明を実施例に基づいて更に詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

図１の構造のケーブル１０に対して、屈曲性（曲げ易さ）を評価するためにケーブル曲げ試験を実施した。本実施例では、外部導体１３の長さ方向の波状の断面における、山部内の空間面積Ｓ１と谷部内の空間面積Ｓ２の比、又は外部導体１３の厚さの異なる３種類のケーブル１０に対して試験を実施した。

図７は、本実施例に係るケーブル曲げ試験の方法を概略的に表す図である。図７に示されるように、ケーブル１０は一箇所を固定部材４１により固定され、円筒形のマンドレル４２の側面に接触した状態で、マンドレル４２との接触点から見た固定部材４１と反対側の端部に荷重が掛けられ、屈曲する。

試験したケーブル１０の構成は以下の通りである。内部導体１１は、銅からなる厚さ０．３ｍｍ、外径９．０ｍｍの管状導体である。絶縁体１２は、発泡ポリエチレンからなる外径２２ｍｍの絶縁体である。外部導体１３は、銅からなるコルゲート形状の管状導体であり、長さ方向の波状の断面におけるピッチＰ、高さＨは、それぞれ７ｍｍ、４ｍｍである。シース１４は、ポリエチレンからなる厚さ２．０ｍｍのシースである。また、マンドレル４２の半径Ｒは１．３ｍｍである。

本ケーブル曲げ試験では、図７に示されるように、ケーブル１０のマンドレル４２との接触点から荷重点側に４００ｍｍ離れた位置の径方向の変位量を曲がり距離Ｄとして測定した。

図８は、ケーブル曲げ試験の結果を表すグラフである。図８の横軸はケーブル１０に掛かる荷重の大きさ［Ｎ］を表し、縦軸は曲がり距離Ｄ［ｍｍ］を表す。

図８中のＸ１は、外部導体１３の厚さが０．３ｍｍ、山部内の空間面積Ｓ１が谷部内の空間面積Ｓ２の３倍であるケーブル１０の測定値を表す。Ｘ２は、外部導体１３の厚さが０．３ｍｍ、山部内の空間面積Ｓ１が谷部内の空間面積Ｓ２の１．５倍であるケーブル１０の測定値を表す。Ｘ３は、外部導体１３の厚さが０．４５ｍｍ、山部内の空間面積Ｓ１が谷部内の空間面積Ｓ２の１．５倍であるケーブル１０の測定値を表す。

図８中の目標値を表す直線よりも測定値が上側にあることが、屈曲性に優れることを意味し、試験に合格となる。図８によれば、Ｘ１、Ｘ２が合格であり、Ｘ３が不合格である。この結果から、外部導体１３の厚さが０．３ｍｍ以下であって、山部内の空間面積Ｓ１が谷部内の空間面積Ｓ２の１．５倍以上である場合に、優れた屈曲性を有することがわかる。

なお、上述のように、本ケーブル曲げ試験に用いたケーブル１０の外部導体１３のピッチＰ、高さＨはそれぞれ７ｍｍ、４ｍｍであるが、ピッチＰは±２ｍｍ、高さＨは±１ｍｍの範囲であれば変動しても屈曲性にほとんど影響がない。すなわち、外部導体１３のピッチＰは５ｍｍ以上９ｍｍ以下、高さＨは３ｍｍ以上５ｍｍ以下であれば、外部導体１３の厚さが０．３ｍｍ以下であって、山部内の空間面積Ｓ１が谷部内の空間面積Ｓ２の１．５倍以上である場合に、ケーブル１０は優れた屈曲性を有する。

また、上述のように、本ケーブル曲げ試験に用いたケーブル１０の絶縁体１２の外径は２２ｍｍであるが、絶縁体１２の外径が異なる場合であっても、外部導体１３のピッチＰが５ｍｍ以上９ｍｍ以下、高さＨが３ｍｍ以上５ｍｍ以下、外部導体１３の厚さが０．３ｍｍ以下、かつ山部内の空間面積Ｓ１が谷部内の空間面積Ｓ２の１．５倍以上、の条件を満たす場合には、そのサイズのケーブルにとって優れた屈曲性を有する。

例えば、絶縁体１２の外径が２０ｍｍであるケーブル１０に対して、半径Ｒが２４０ｍｍのマンドレル４２を用いたケーブル曲げ試験を実施した場合、絶縁体１２の外径が２９ｍｍであるケーブル１０に対して、半径Ｒが３５０ｍｍのマンドレル４２を用いたケーブル曲げ試験を実施した場合、絶縁体１２の外径が３９ｍｍであるケーブル１０に対して、半径Ｒが５００ｍｍのマンドレル４２を用いたケーブル曲げ試験を実施した場合に、ケーブル１０が上記の条件を満たせば優れた屈曲性を有することが確認されている。

また、ケーブル１０の代わりに第２の実施の形態に係るケーブル２０や、第３の実施の形態に係るケーブル３０を用いて同様のケーブル曲げ試験を実施した場合にも、ケーブル２０の外部導体２２、又はケーブル３０の導体３１が上記の条件を満たせば、ケーブル２０又はケーブル３０は優れた屈曲性を有する。

以上、本発明の実施の形態及び実施例を説明したが、本発明は、上記実施の形態及び実施例に限定されず、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施が可能である。

また、上記に記載した実施の形態及び実施例は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態及び実施例の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

１０、２０、３０ケーブル
１１、２１内部導体
１２絶縁体
１３、２２外部導体
３１導体

Claims

コルゲート形状を有する管状導体を有するケーブルであって、
前記管状導体の長さ方向の波状の断面において、山部内の空間面積が谷部内の空間面積の１．５〜３倍であり、
前記管状導体の厚さが０．２ｍｍ以上かつ０．３５ｍｍ以下であり、
前記管状導体のコルゲート形状のピッチが５ｍｍ以上９ｍｍ以下であり、高さが３ｍｍ以上５ｍｍ以下である、ケーブル。
前記管状導体の内側の内部導体と、
前記管状導体と前記内部導体の間に設けられた、前記内部導体の周囲を被覆する絶縁体と、
をさらに有する、
請求項１に記載のケーブル。
前記管状導体の内側の内部導体と、
前記管状導体と前記内部導体の間の空洞内に設けられ、前記管状導体と接触しないように前記内部導体を保持する絶縁性のスペーサと、
をさらに有する、
請求項１に記載のケーブル。
前記管状導体の内側が空洞の導波管である、
請求項１に記載のケーブル。