(57)【要約】【課題】発泡絶縁層全体の発泡度を維持しつつ、内部での巣の発生を抑制し、かつ高生産性で製造することができる発泡電線を提供する。【解決手段】中心導体１１の外周上に設けられるベース樹脂に発泡核剤を添加し、ガスを注入してベース樹脂を発泡させて形成される発泡電線において、ベース樹脂は、発泡前の溶融張力が１６０℃で１０ｍＮのポリエチレン或いはポリオレフィン系樹脂であり、ベース樹脂の一部或いは全部を発泡させ、発泡後のポリエチレン或いはポリオレフィン系樹脂からなる発泡絶縁層１３，１４を中心導体１１の外周に同心円状に複数層形成した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心導体の外周上に設けられるベース樹脂に発泡核剤を添加し、発泡用ガスを注入してベース樹脂を発泡させて形成される発泡電線において、
上記ベース樹脂は、発泡前の溶融張力が１６０℃で１０ｍＮのポリエチレン或いはポリオレフィン系樹脂であり、ベース樹脂の一部或いは全部を発泡させ、発泡後のポリエチレン或いはポリオレフィン系樹脂からなる発泡絶縁層を、上記中心導体の外周に同心円状に複数層形成したことを特徴とする発泡電線。
【請求項２】
上記ポリエチレンは、単独のポリエチレン或いは２種類以上のポリエチレンをブレンドしたものである請求項１記載の発泡電線。
【請求項３】
各発泡絶縁層の最小の厚さが発泡絶縁層全体の厚さの１０％以上である請求項１または２に記載の発泡電線。
【請求項４】
上記中心導体直上に形成され中実のポリエチレン層からなる内部スキン層、最外層の発泡絶縁層の外周上に形成され中実のポリエチレン層からなる外部スキン層、複数層の発泡絶縁層間に形成され中実のポリエチレン層からなる中間スキン層のうち少なくとも一つ有する請求項１〜３いずれかに記載の発泡電線。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波伝送時の損失を低減できる発泡電線に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＧＨｚ帯の通信周波数の電力を伝送する高周波伝送用ケーブルにおいて、中心導体を覆う絶縁体の電気特性として、誘電率ε及び誘電正接tanδが小さいことが求められ、なかでも誘電正接tanδが小さいことが求められる。
【０００３】
伝送損失は以下の式で示される。伝送損失は、周波数fwやtanδに比例し、εの平方根に比例する。よって相対的にtanδが重要になる。
【０００４】
（伝送損失）  ∝  √ε  ×  fw  ×  tanδ
εやtanδの低減には、絶縁体としてポリエチレン（ＰＥ）を用い、そのＰＥを発泡させて発泡電線を構成することが有効である。ＰＥを発泡させ、絶縁体内部に気泡を形成することで、ＰＥ単体（気泡のない中実なＰＥ）用いた場合よりも絶縁体のε及びtanδを小さくできることから、伝達信号の高周波数化に伴い発泡電線の重要性が増している。
【０００５】
例えば、特許文献１には、ポリオレフィン樹脂を高発泡に押出成形して得られる細径発泡電線が開示されている。
【０００６】
特許文献２には、フッ素樹脂との親和性が低い充填剤を発泡核剤として用い、微細な気泡を均一に分散させてなる樹脂組成物を絶縁層として形成したものが開示されている。
【０００７】
特許文献３には、樹脂に粒径１〜２μｍの発泡核剤を添加することにより、気泡の分布が均一なものが開示されている。
【０００８】
また、特許文献４には、導体の外周に発泡絶縁層を被覆形成してなる高周波同軸ケーブルが開示されている。発泡絶縁層に使用される樹脂の密度、長鎖分岐数の比率、溶融張力とＭＦＲ（Melt Flow Rate）の関係、ＤＳＣ測定における吸熱ピークが一つであることに特徴を有している。
【０００９】
特許文献５には、芯線上に内部発泡ポリエチレン層を有し、その内部発泡ポリエチレン層の外側に外部高発泡ポリエチレン層を有する高発泡絶縁電線が開示されている。この高発泡絶縁電線は、化学発泡剤をポリエチレン層に添加し、化学発泡させることにより得られる。
【００１０】
【特許文献１】特開平１１−２１３７５９号公報
【特許文献２】国際公開第２００３／０００７９２号パンフレット
【特許文献３】特開２００４−１７１９４２号公報
【特許文献４】特開２００６−１００１６０号公報
【特許文献５】特開平７−３２６２４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、伝送損失の小さい高発泡の発泡電線は、製造が困難で生産性が低いという問題がある。具体的には、発泡層内部で複数の気泡が破泡・合一したいわゆる「巣」や、気泡の異常成長によって巨大気泡が発生し、伝送損失などの電気特性の低下や外径変動、機械的強度の低下などを引き起こしてしまう。
【００１２】
この問題は、電線製造時（溶融ＰＥの押出時）に発泡用ガスを注入させたＰＥを中心導体上に被覆し、気泡を成長させつつ冷却・固化させる際に、発泡層内部では外部層よりも冷却効果が現れるまで時間を要するために発生する。すなわち、内部では冷却が遅くＰＥが長時間に渡り溶融状態を維持するため、気泡が過大に成長し、巣を発生しやすくなる。
【００１３】
このことから通常の発泡電線は、中心導体付近の気泡が大きく発泡度も高くなり、外層部の気泡径は小さく発泡度も低くなる傾向にある。そのため、高周波領域での伝送損失の小さい高性能な発泡電線を製造するには、高い発泡度と発泡層内部で巣を発生させないことを両立させる必要があるが、その製造条件を安定させて維持することが困難であるため、生産性が低くなってしまう。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、発泡絶縁層全体の発泡度を維持しつつ、内部での巣の発生を抑制し、かつ高生産性で製造することができる発泡電線を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために、本発明の発泡電線は、中心導体の外周上に設けられるベース樹脂に発泡核剤を添加し、ガスを注入してベース樹脂を発泡させて形成される発泡電線において、上記ベース樹脂は、発泡前の溶融張力が１６０℃で１０ｍＮのポリエチレン或いはポリオレフィン系樹脂であり、ベース樹脂の一部或いは全部を発泡させ、発泡後のポリエチレン或いはポリオレフィン系樹脂からなる発泡絶縁層を、上記中心導体の外周に同心円状に複数層形成したものである。
【００１６】
上記ポリエチレンは、単独のポリエチレン或いは２種類以上のポリエチレンをブレンドしたものであってもよい。
【００１７】
各発泡絶縁層の最小の厚さが発泡絶縁層全体の厚さの１０％以上であるのが好ましい。
【００１８】
また、上記中心導体直上に形成され中実のポリエチレン層からなる内部スキン層、最外層の発泡絶縁層の外周上に形成され中実のポリエチレン層からなる外部スキン層、複数層の発泡絶縁層間に形成され中実のポリエチレン層からなる中間スキン層のうち少なくとも一つ有してもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、高発泡度を有し、伝送損失の小さい発泡電線を高い生産性で製造することができるという優れた効果を発揮する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２１】
図１は本発明に係る発泡電線の好適な実施の形態を示した断面図である。
【００２２】
本実施の形態に係る発泡電線１０は、中心導体１１上に、多数の気泡を有する発泡絶縁層１２を有する。発泡絶縁層１２は、中心導体１１の外周に同心円状に形成され、中心導体１１の外周に形成される内部発泡層１３と、その内部発泡層１３の外周に形成される外部発泡層１４とからなる。
【００２３】
本実施の形態では、中心導体１１の直上（中心導体１１と内部発泡層１３との間）に、中実のポリエチレン層からなる内部スキン層１５が形成され、内部発泡層１３と外部発泡層１４との間に中実のポリエチレン層からなる中間スキン層１６が形成される。さらに、発泡絶縁層１２上には外部導体１７が形成され、その外部導体１７上に最外被覆層（シース層）１８が被覆され、発泡電線１０（同軸ケーブル）が構成される。
【００２４】
ここで、発泡絶縁層１２について説明する。
【００２５】
発泡絶縁層１２は、中心導体１１上にベース樹脂を押出被覆する際、ベース樹脂に発泡核剤を添加し、発泡用ガスを注入して形成される。
【００２６】
発泡絶縁層１２の各層（例えば、内部発泡層１３と外部発泡層１４）の厚さの比は特に限定されない。ただし、一方の層が極端に薄い場合には発泡絶縁層１２を複数層で構成する効果が薄れることから、各層の最小の厚さは、発泡層絶縁１２の厚さの１０％以上であることが望ましい。
【００２７】
発泡絶縁層１２を構成するベース樹脂として、ポリエチレン或いはポリオレフィン系樹脂が用いられる。これらポリエチレン或いはポリオレフィン系樹脂は、発泡前の溶融張力が１６０℃において１０ｍＮ以上の材料から選択される。
【００２８】
この材料としては、溶融張力を持つポリエチレンであれば特に規定するものではなく、ＬＤＰＥ（低密度ポリエチレン）、ＨＤＰＥ（高密度ポリエチレン）、ＬＬＤＰＥ（直鎖状低密度ポリエチレン）、ＭＤＰＤ（中密度ポリエチレン）、ＵＨＭＷＰＥ（超高分子量ポリエチレン）等の各種ポリエチレンを単独または複数種類ブレンドしたものが挙げられる。また、ポリオレフィン系樹脂としては、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリメチルペンテン−１等が挙げられる。これらの材料は、各々絶縁層（発泡絶縁層１２）を形成する際、所望の溶融張力に調整できる。
【００２９】
発泡絶縁層１２の材料は、実用的な特性としてある程度の溶融張力を有したほうが、気泡の発生及び成長を制御しやすいという点から、１０ｍＮ（＠１６０℃）以上が一つの目安になると考えられる。これ以下の溶融張力でも、注入するガスの圧力を下げる等の条件を変更することで発泡絶縁層１２の成形は可能となるが、製造条件に裕度がないため、実用的とはいえない。目安となる１０ｍＮ以上の溶融張力を得ることは、単一グレードで条件を満たすＰＥを選択する他、上記各種ＰＥを適宜ブレンド（混合）することも可能である。
【００３０】
上記の発泡絶縁層１２を形成する材料の溶融張力は、キャピラリーレオメータを使用し、以下の表１に示される条件で測定したものとしている。
【００３１】
【表１】
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【００３２】
次に、本実施の形態の発泡電線の製造方法について説明する。
（１）中心導体１１上に、内部スキン層１５及び内部発泡層１３を被覆する。内部スキン層１５は、中心導体１１上に内部発泡層１３と同時に形成してもよく、内部発泡層１３を形成する前に、予め中心導体１１上に被覆してもよい。
（２）内部発泡層１３上に中間スキン層１６を被覆する。
（３）中間スキン層１６上に外部発泡層１４を被覆する。
上記（１）〜（３）の工程は、工程（１）から（３）に順次行ってもよく、工程（１）〜（３）を一括して同時に行ってもよい。
（４）外部発泡層１４の外周に、外部導体１７、外部被覆層（シース層）１８を形成して、本実施の形態の発泡電線１０が得られる。
【００３３】
ベース樹脂を発泡させる際に使用する発泡核剤は、ＢＮ（窒化ホウ素）、タルク、シリカ系微粒子に代表される無機微粒子、フッ素樹脂系微粒子のほか、ＡＤＣＡ（アゾジカルボンアミド）、ＯＢＳＨ（p,p'-オキシビスベンゼンスルホニルヒドラジン）のような有機系微粒子を使用してもよく、特に限定するものではない。
【００３４】
発泡剤として用いるガス（発泡用ガス）は、Ｎ2、Ａｒなどいわゆる不活性ガスが適しているが、ＣＯ2、イソブタンガス、圧縮空気など所望する気体を使用してもよい。
【００３５】
また、発泡用ガスの注入圧力は、所望する発泡度、使用する材料の溶融張力、発泡核剤の種類や量に応じて設定できる。
【００３６】
最適な発泡用ガスの注入圧力の具体的な範囲としては、押出機のサイズ（ケーブル径）、樹脂の種類やグレード、目標とする発泡度、製造速度などの要因で大きく変化するため、「多層構造をとる場合の最適ガス圧範囲」は３ＭＰａ〜１５０ＭＰａとする。ガス注入圧力を３ＭＰａ未満にすると、発泡電線の効果を得るための十分な気泡が形成されず、他方、１５０ＭＰａを超えると、気泡が多量かつ大きくなり過ぎ、発泡絶縁層１２を維持できなくためである。
【００３７】
また、内部発泡層１３を形成する際のガス注入圧力を、外部発泡層１４に対する冷却の遅れを見越してガス圧を低く設定してもよい。また、外部発泡層１４を形成する際のガス抜けを防止するべく、外部発泡層１４のガス注入圧力を内部発泡層１３のガス注入圧力に対して低く設定してもよい。
【００３８】
本実施の形態の作用を説明する。
【００３９】
本実施の形態では、発泡用ガスの注入と発泡核剤の添加で発泡体を得る「物理発泡法」を用いて発泡絶縁層１２を形成している。例えば、化学発泡法では、化学発泡剤を使用する（ベース樹脂内で化学反応させることにより発泡させる）ために発泡残渣が生じ、発泡電線の電気特性（誘電率ε、誘電正接tanδ）を低下させることがある。これに対して物理発泡法では、発泡核剤の使用量が、化学発泡剤を用いた場合に比べ１／１０〜１／１００程度と微量であることから、電気的特性の低下を最低限に抑制することができる。
【００４０】
また、発泡絶縁層１２を形成する際の温度は、ベース樹脂の粘度を抑制するためだけの項目（パラメータ）である。すなわち、本実施の形態の発泡電線１０は、ベース樹脂の押出時の温度制御に関する制限を緩やかにできる副次的な効果を有する。
【００４１】
従来の発泡電線は、一般に、溶融張力を高めた材料が、気泡の成長に対して樹脂が引き伸ばされるときの粘性抵抗が大きいことから、気泡の異常成長防止に効果があることを利用して、高い溶融張力でのみ気泡の成長を制御することを目標としているものであった。しかし、太ケーブル（発泡絶縁層が厚い場合）では
（１）押出直後から発泡が始まる
（２）直に冷却水中に入るため発泡層外層部が硬化する一方、内部の温度はなかなか下がらない（発泡層は良好な断熱材となる）
（３）発泡層内周部ではいつまでも樹脂が溶融状態を維持し、気泡の成長が続きやすい
（４）外層が硬化している為行き場のないガスは、気泡の異常成長など「巣」の原因となる
可能性があった。
【００４２】
これに対して、本実施の形態の発泡電線１０は、ケーブル（特に発泡絶縁層）を太くしても、発泡絶縁層１２を中心導体の同心円状に複数層形成される。そのため、特に内部発泡層は冷却の遅れを見越してガス圧を低く設定することもできる（従来の発泡電線において、ガス圧を低く設定して発泡絶縁層を形成すると、発泡絶縁層全体が発泡度不足になる）。
【００４３】
したがって、ガス圧を低くしても十分な発泡度を得ることができるので、発泡用ガスに対抗して樹脂の粘性抵抗を増す必要がなくなるため、材料選択の範囲が広がる。それ故に適正なガス圧（及びその他の製造条件）を選択できれば、溶融張力１０ｍＮ（１６０℃）以上という広い範囲での材料選択が可能となる。
【００４４】
以上、本実施の形態の発泡電線１０によれば、発泡前の溶融張力が１６０℃で１０ｍＮのポリエチレン或いはポリオレフィン系樹脂を用い、中心導体の外周に同心円状に複数層の発泡絶縁層を形成することにより、発泡絶縁層全体の発泡度を維持しつつ、内部での巣の発生を抑制し、かつ高生産性で製造することができる。
【００４５】
本実施の形態では、発泡絶縁層１２を内部発泡層１３と外部発泡層１４の２層構造を有するが、発泡絶縁層１２が厚い場合は、発泡絶縁層１２を３層以上に分割することも可能である。押出機の構成（樹脂注入圧力、ガス注入圧力、発泡核剤、発泡剤（発泡用ガスの種類）等）さえ調整できれば、複数層の発泡絶縁層の発泡度を各発泡絶縁層毎にきめ細かく調節できる。
【００４６】
また、発泡絶縁層１２の各発泡絶縁層（内部発泡層１３、外部発泡層１４）の内周或いは外周に、中実のポリエチレンからなるスキン層を少なくとも一層形成してもよい。
【００４７】
例えば、中心導体１１と発泡絶縁層１２の密着性を向上させるため、中心導体１１と発泡絶縁層１２との間に内部スキン層１５を設けてもよい。発泡絶縁層１２の外周には、外径変動防止や発泡ガスを保持して発泡効率向上のための外部スキンを設けてもよい。内部発泡層１３と外部発泡層１４の中間にスキン層１６を設けてもよい。中間スキン層１６を設けることで、超高発泡度の発泡層を形成するに際して、内部発泡層１３のガス抜けを効果的に防止することができる。
【００４８】
各発泡絶縁層は、互いに同一の材料で形成してもよく、互いに異なる材料で形成してもよい。
【実施例】
【００４９】
実施例１〜９及び比較例１〜７では、２０Ｄ（中心導体径９．０ｍｍ、絶縁層厚７．０ｍｍ、外部導体径２５．０ｍｍ、シース径２８．０ｍｍ）の高周波用同軸ケーブルを試作し評価を行った。試作した高周波用同軸ケーブルの各パラメータを表２に示す。
【００５０】
【表２】
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【００５１】
発泡絶縁層、内部スキン層及び外部スキン層を形成する際に使用する核剤、発泡剤を示す。
【００５２】
【表３】
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【００５３】
パラメータとして、内部スキン層及び外部スキン層の有無、窒素ガスの注入圧力を変動させて実施例及び比較例を試作した。
【００５４】
発泡絶縁層の材料は、表４の材料をブレンドし、所望の溶融張力の材料を得た。
【００５５】
【表４】
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【００５６】
実施例１〜８においては、発明の効果を明瞭に示すため内側の発泡絶縁層と外側の発泡絶縁層とを同一材料で構成した。実施例９においては、内側、中間及び外側の発泡絶縁層を同一材料で構成した。
【００５７】
実施例の試作装置及び試作手順の概要を図２に示す。
【００５８】
図２に示すように、まず、送出し機２１から中心導体を供給し、必要な場合には（実施例３〜９及び比較例２，４〜７）内部スキン押出機２２にて内部スキン層を被覆する。その際、被覆厚は約５０μｍとする。
【００５９】
続いて主押出機２３にて発泡絶縁層を被覆する。主押出機２３は３層同時押出が可能であり、内部発泡層、外部発泡層、必要に応じ外部スキン層の被覆も同時に行う。
【００６０】
各層の被覆が終了したのち、冷却槽２４にて冷却し、電線巻取り機２５にて巻き取る。その後、外部導体とシース層を設け、得られた発泡電線（同軸ケーブル）の各種特性の評価を行う。
【００６１】
評価項目は以下の通りである。
（１）発泡度（％）
１万ｍ製造し、１０００ｍ毎に合計１０箇所（アルコール比重法で）発泡度を測定し、その平均値と、それに対する最大値及び最小値の差を変動量として示す。
【００６２】
スキン層を有する場合には、それも含めた発泡度を示す。
【００６３】
アルコール比重法（空気中と液中での重量差から固体比重を求める方法。比重計は、東洋精機製のＤ−Ｈ型を用いる）にて評価した。
【００６４】
発泡度が少なくとも６５％以上のものを合格とする。
（２）巨大気泡の有無
発泡絶縁層（特に中心導体近傍）において、気泡の異常成長や破泡の有無を顕微鏡や電子顕微鏡を用いて確認する。
【００６５】
巨大気泡は、実際には発生経緯により以下の２種類に分類できる。
１．過成長型：一つの気泡が大きく成長し、他の気泡の数倍の大きさになるもの。一つの気泡であるため、外周は比較的綺麗な楕円を描く。
２．合一型（「巣」）：隣接した複数の気泡が合体して成長するもの。外周がそれぞれの気泡形状を残して凹凸になりやすい。
【００６６】
本実施例では、径が概ね１．５ｍｍを超える気泡を一括して巨大気泡として扱う。
【００６７】
巨大気泡の大きさは気泡の数とサイズの双方を要因として持つ。そのため、気泡有無の判定については、発泡絶縁体の断面積における巨大気泡の占める面積で表現している。
【００６８】
【表５】
2008226772.tif 000007
【００６９】
巨大気泡は少ない程好ましく、最低でも（少）以下を合格とする。
（３）気泡径（μｍ）
内部発泡層の中心導体近傍及び外部発泡層の外周部でのそれぞれの気泡径を測定する。気泡径は小さい程よく、８００〜１０００μｍを超えないことが望ましい。
（４）伝送損失（ｄＢ／１００ｍ＠２．２μｍ）
２．２ＧＨｚの信号波を同軸ケーブルで伝送したときの損失である。伝送損失は、６．５（ｄＢ／１００ｍ＠２．２ＧＨｚ）以下であることが望ましい。
（５）総合判定
製造安定性（歩留り）と特性を総合的に評価した。
【００７０】
製造された発泡電線が高性能でも、製造安定性が低いものは評価を低くした。
【００７１】
（×〜◎の４段階評価。○以上を適用可能とする）
製造安定性について
製造安定性は、製造時の発泡度、外径等の変動量の大小で評価する。本実施例においては、特に発泡度に着目しているため、発泡度とそれに対する変動量を重視し、高発泡度品でも変動量が大きいものは総合的に低い評価となる。
【００７２】
実施例１〜９、比較例１〜７の各材料、条件、評価結果を表６に示す。
【００７３】
【表６】
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【００７４】
実施例と比較例との比較
実施例１〜４では、気泡が成長しやすい内部発泡層を低ガス圧で、外部発泡層を高ガス圧で押し出す成形する為、内外周部の気泡径のばらつきや異常成長が抑制できる。このため、製品の特性が安定し、生産性が大きく向上することが確認できた。
【００７５】
一方、発泡絶縁層が１層である比較例１〜７は、従来技術の問題点でも指摘したように、伝送損失を小さくするために発泡度を高くすると内層部での成長が進み、巨大な気泡となりやすい。
【００７６】
実施例５〜８と比較例５〜７は、発泡層に使用するポリエチレンの溶融張力を変化させて発泡の状態を比較したものである。
【００７７】
実施例５，６と、比較例５，６は低溶融張力材料を用いた例であり、気泡の成長が急速に進むため、いずれも内層部での巨大気泡の発生は避けられないが、実施例５，６ではその程度は小さく許容できる範囲となっている。また、発泡度も外部発泡層のガス圧を低めにすることでガス抜けを防止でき、実用に耐えうる発泡度を維持できる。
【００７８】
実施例７と比較例７では、同じ高溶融張力材料を使用して比較した。実施例７では、内部発泡層では低めのガス圧を維持することで気泡合一を防止できることを確認した。これに対し、比較例７では、溶融張力が高く、外周部では気泡が殆ど成長しないままになっている。
【００７９】
さらに、実施例７では発泡度がやや低くなることから、実施例８において外周部のガス圧を高め、特性と生産性のバランスを保てることも確認した。また、実施例９では発泡絶縁層を３層形成し、より細かなガス圧調整を行うことで、より均一な気泡の形成に成功した。
【００８０】
以上説明したように、本発明によれば、従来の発泡層を１層のみとする技術では生産性と伝送性能の両立が困難であった問題点を解決し、伝送損失の小さい発泡電線を安定して生産できるようにするという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の好適な一実施形態に係る発泡電線を示す断面図である。
【図２】発泡電線の製造方法を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００８２】
１０  発泡電線
１１  中心導体
１２  発泡絶縁層
１３  内部発泡層
１４  外部発泡層
１５  内部スキン層
１６  中間スキン層
１７  外部導体
１８  シース層（外部被覆層）
【図１】
2008226772.tif 000009
【図２】
2008226772.tif 000010