同軸ケーブル及びその製造方法
【課題】屈曲寿命が長い高信頼の細径同軸ケーブルを安価に提供する。
【解決手段】中心導体２、その中心導体２の外周に形成されたフッ素樹脂からなる内部絶縁体３、その内部絶縁体３の周囲に形成された外部導体４、および外部導体４の周囲に形成された外部絶縁体５を有する同軸ケーブル１において、外部導体４が、平均粒径１００ｎｍ以下のＡｇナノ粒子、Ｃｕナノ粒子などの金属ナノ粒子が互いに融着して形成された金属ナノ粒子層４ｎを含むものである。
【解決手段】中心導体２、その中心導体２の外周に形成されたフッ素樹脂からなる内部絶縁体３、その内部絶縁体３の周囲に形成された外部導体４、および外部導体４の周囲に形成された外部絶縁体５を有する同軸ケーブル１において、外部導体４が、平均粒径１００ｎｍ以下のＡｇナノ粒子、Ｃｕナノ粒子などの金属ナノ粒子が互いに融着して形成された金属ナノ粒子層４ｎを含むものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波信号の伝送路に使用される同軸ケーブル及びその製造方法に係り、特に、携帯電話などの電子機器、超音波検査装置などの医療機器など、省スペース化が重要視される用途での同軸ケーブル及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な図４に示す同軸ケーブル４１は、内部導体４２、内部絶縁体４３、外部導体４４および外部絶縁体４５から構成される。内部導体４２は、Ｃｕを主体とする金属の単線または単線を撚り合わせた撚り線が使用される。内部絶縁体４３は、高周波信号の伝送における損失を低くする目的から、比誘電率が低いフッ素樹脂が一般的に使用される。外部導体４４は、複数の単線を内部絶縁体４３の周囲に横巻した構造が広く使用されている。外部絶縁体４５は、用途に応じて様々な材料が使用されるが、絶縁性および耐熱性に優れたフッ素系樹脂が多く使われている。
【０００３】
近年、電子機器や医療機器の小型化、軽量化および高機能化が進み、それらに使用される同軸ケーブルの細径化が強く要求されるようになった。そのため、同軸ケーブルの各構成要素について、細径化のための技術開発が進められてきた。例えば、外部導体４４については、横巻に使用する単線として直径が約１３μｍと細い銅線が量産されている。
【０００４】
一方、高周波信号の伝送の面では、外部導体の厚さを数μｍまで薄くすることが可能である。そのため、外部導体を薄い金属層で構成する技術が検討され、既に公開されている。
【０００５】
例えば、特許文献１では、内部絶縁体の周囲にスパッタ法により金属薄膜を形成し、その上に電気めっき法により金属層を形成する技術が提案されている。
【０００６】
また、特許文献２では、内部絶縁体の表面を金属ナトリウム−ナフタレン錯体溶液などで粗面化処理した後、めっき触媒を付与させ、無電解めっき法と電解めっき法により、金属層を形成する技術が提案されている。
【０００７】
さらに、特許文献３では、粗面化処理した内部絶縁体表面に、金属ナノ粒子と金属粉末を含むペーストを付着させ、温度１７０〜２３０℃で焼成することにより外部導体を形成する技術が提案されている。
【０００８】
【特許文献１】特開平５−３４２９３０号公報
【特許文献２】特開平６−１８７５４７号公報
【特許文献３】特開２００６−２９４５２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、電子機器や医療機器に使われる同軸ケーブルには、細径化の他に、屈曲寿命が長いことが要求される。
【００１０】
例えば、携帯電話においては、表示部と操作部を分離させた折りたたみ式が既に主流になっており、最近では表示部が回転可能なものも普及してきている。特に、後者の表示部と操作部の信号伝送路には、細径の同軸ケーブルが多用されている。また、医療用の超音波検査装置においては、センサ部と本体間をつなぐプローブケーブルに同軸ケーブルが使われていて、実際の検査時には、プローブケーブルの屈曲動作が頻繁に繰り返される。
【００１１】
したがって、携帯電話や超音波検査装置に使用される同軸ケーブルには、屈曲寿命が長いこともきわめて重要である。さらに、各機器の普及に伴い、同軸ケーブルの低価格化も強く要求されている。
【００１２】
外部導体の形成方法としてスパッタ法などの乾式成膜法を用いる場合は、大型の真空装置が必要となるため製造装置の価格が高くなること、および細径のケーブル表面に金属層を形成する際の原料の利用効率が極めて低いことなどにより、同軸ケーブルの製造コストが極めて高くなるという問題があった。
【００１３】
従来の無電解めっき法と電気めっき法の組み合わせにより外部導体を形成する技術、および金属ナノ粒子と金属粉末を含むペーストを用いて外部導体を形成する技術においては、作製した同軸ケーブルの屈曲寿命が図４の横巻外部導体タイプの同軸ケーブル４１と比べて極めて短いという問題があった。
【００１４】
ここで述べる屈曲寿命とは、中心導体や絶縁体が破断するまでの寿命ではなく、外部導体に亀裂、破断などが生じるまでの寿命である。
【００１５】
屈曲寿命が短いことの要因としては、外部導体と内部絶縁体との密着強度が低いことが第１に挙げられる。外部導体と内部絶縁体との密着強度が低い同軸ケーブルにおいては、屈曲動作が繰り返されると、外部導体が部分的に内部絶縁体から剥離する。その状態でさらに屈曲動作が繰り返されると、剥離した外部導体に亀裂や破断が発生する。外部導体に亀裂や破断が発生した同軸ケーブルは、高周波信号の伝送損失が大幅に増加する。
【００１６】
このような従来技術の問題により、外部導体を金属層で構成した同軸ケーブルを屈曲寿命が要求される用途に応用することが困難であった。
【００１７】
そこで、本発明の目的は、屈曲寿命が長い高信頼の細径同軸ケーブルを安価に提供することにある。
【００１８】
また、本発明の他の目的は、外部導体が金属層で構成される同軸ケーブルを携帯電話などの電子機器や、超音波検査装置などの医療機器に応用することを可能にし、機器の小型化、軽量化および高機能化に貢献することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明は前記目的を達成するために創案されたものであり、請求項１の発明は、中心導体、その中心導体の外周に形成されたフッ素樹脂からなる内部絶縁体、その内部絶縁体の周囲に形成された外部導体、および外部導体の周囲に形成された外部絶縁体を有する同軸ケーブルにおいて、
前記外部導体が、平均粒径１００ｎｍ以下のＡｇナノ粒子、Ｃｕナノ粒子などの金属ナノ粒子が互いに融着して形成された金属ナノ粒子層を含む同軸ケーブルである。
【００２０】
請求項２の発明は、前記金属ナノ粒子が、Ａｇナノ粒子とＣｕナノ粒子からなり、前記金属ナノ粒子層のＣｕの重量比が０．１〜１０ｗｔ％の範囲、またはＡｇの重量比が０．１〜１０ｗｔ％の範囲である請求項１記載の同軸ケーブルである。
【００２１】
請求項３の発明は、前記金属ナノ粒子層は、厚さが０．１〜１０μｍである請求項１または２記載の同軸ケーブルである。
【００２２】
請求項４の発明は、前記外部導体は、前記金属ナノ粒子層の周囲に電気めっき法により形成された電気めっきＣｕ層を含む請求項１〜３いずれかに記載の同軸ケーブルである。
【００２３】
請求項５の発明は、中心導体、その中心導体の外周に形成されたフッ素樹脂からなる内部絶縁体、その内部絶縁体の周囲に形成された外部導体、および外部導体の周囲に形成された外部絶縁体を有する同軸ケーブルにおいて、
前記外部導体が、平均粒径１００ｎｍ以下の金属ナノ粒子が互いに融着して形成された金属ナノ粒子層と、その周囲に無電解めっき法により形成された無電解めっきＣｕ層と、その周囲に電気めっき法により形成された電気めっきＣｕ層とを備え、前記金属ナノ粒子は、Ａｇナノ粒子とＰｄナノ粒子からなり、前記金属ナノ粒子層におけるＰｄの重量比が０．０１〜２ｗｔ％の範囲である同軸ケーブルである。
【００２４】
請求項６の発明は、前記金属ナノ粒子層は、厚さが０．０１〜０．１μｍである請求項５記載の同軸ケーブルである。
【００２５】
請求項７の発明は、中心導体、その中心導体の外周に形成されたフッ素樹脂からなる内部絶縁体、その内部絶縁体の周囲に形成された外部導体、および外部導体の周囲に形成された外部絶縁体を有する同軸ケーブルの製造方法において、
外部導体を形成するための工程が、平均粒径１００ｎｍ以下の金属ナノ粒子を有機溶媒などの分散液中に分散させた液状物質を内部絶縁体に被着させる工程と、その後に行う加熱工程とを含む同軸ケーブルの製造方法である。
【００２６】
請求項８の発明は、前記加熱工程は、被着した液状物質を加熱して金属ナノ粒子層を形成する第１加熱工程と、高周波電力を利用した誘導加熱で前記外部導体を加熱する第２加熱工程とを含む請求項７記載の同軸ケーブルの製造方法である。
【００２７】
請求項９の発明は、内部絶縁体の材質がＰＦＡであり、前記第２加熱工程における加熱温度が２９５℃以上である請求項８記載の同軸ケーブルの製造方法である。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、外部導体の金属層の構造、およびその形成方法を適正化することにより、同軸ケーブルの細径化と屈曲寿命の大幅な向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明者は、主に電子機器や医療機器に使用される同軸ケーブルにおいて、特に、外部導体が金属層で構成される場合に、細径化と屈曲寿命の長寿命化を両立させるため、外部導体の金属層の構造、およびその形成方法を検討し、鋭意研究の結果、これらを適正化することにより、同軸ケーブルの屈曲寿命を向上した本発明を完成した。
【００３０】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面にしたがって説明する。
【００３１】
図１は、本発明の好適な第１の実施形態を示す同軸ケーブルの構造の概要を示す横断面図である。
【００３２】
図１に示すように、第１の実施形態に係る同軸ケーブル１は、中心導体２と、その中心導体２の外周に形成されたフッ素樹脂からなる内部絶縁体３と、その内部絶縁体３の周囲に形成された外部導体４と、その外部導体４の周囲に形成された外部絶縁体５とで構成される。
【００３３】
中心導体２は、単線を複数本撚り合わせた構造である。第１の実施形態では、ＣｕとＡｇの合金からなる単線を用い、撚り線の単線数は７とした。
【００３４】
内部絶縁体３の材質としては、押し出し法で形成する際の被覆厚さの均一性の観点から、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体）が適しているが、これに限定されるものではなく、ＰＴＦＡ（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・エチレン共重体）などのフッ素系樹脂も適用することができる。
【００３５】
さて、外部導体４は、内側の金属ナノ粒子層４ｎと、その外側に電気めっき法により形成された電気めっき金属層４ｐとからなる。金属ナノ粒子層４ｎは、平均粒径１００ｎｍ以下、好ましくは５０ｎｍ以下、さらに好ましくは１０ｎｍ以下のＡｇナノ粒子、Ｃｕナノ粒子などの金属ナノ粒子が互いに融着して形成されてなる。第１の実施形態では、金属ナノ粒子層４ｎとして、Ａｇナノ粒子とＣｕナノ粒子からなるものを用いた。
【００３６】
金属ナノ粒子の平均粒径は、動的光散乱法を用いた粒度測定装置により計測した値である。粒度測定装置としては、例えば、日機装株式会社製の９３４０ＵＰＡが市販されていて、３ｎｍ程度からμｍオーダーの平均粒径の計測が可能である。
【００３７】
金属ナノ粒子層４ｎの抵抗率は、平均粒径１００ｎｍ以下であればバルク金属の２倍程度と極めて低く抑えられる。しかし、平均粒径が１００ｎｍを超えると、金属ナノ粒子同士の融着の進行が阻害され、抵抗率が急激に上昇する。
【００３８】
金属ナノ粒子層４ｎのＣｕの重量比は０．１〜１０ｗｔ％の範囲、またはＡｇの重量比は０．１〜１０ｗｔ％の範囲である。これらの合金組成の範囲では、Ａｇ−Ｃｕ合金の抵抗率として純Ｃｕの８５％以上の値が得られ、低抵抗でかつ耐屈曲性に優れた外部導体４の形成が可能になるからである。前記の組成以外では、抵抗率が急激に高くなる。
【００３９】
金属ナノ粒子層４ｎは、厚さ（膜厚）が０．１〜１０μｍ、好ましくは０．１〜７μｍ、さらに好ましくは０．１〜１μｍの範囲が適切である。厚さが０．１μｍよりも薄い場合は、電気抵抗の上昇により、電気めっき金属層４ｐの形成が困難になる。また、厚さが１０μｍを超えると、前述した従来の同軸ケーブルに比べれば屈曲寿命が大幅に向上するが、金属ナノ粒子層のみで外部導体を構成した場合と同等の屈曲寿命となる。
【００４０】
電気めっき金属層４ｐは、主に、外部導体４を半田付けする際の、耐半田性を向上させる目的のものである。電気めっき金属層４ｐには、ＣｕやＡｇと密着性が高い金属を用いるとよい。さらに、耐食性が高く、延性が大きい金属であることが望ましい。
【００４１】
電気めっき金属層４ｐの材料としてはＮｉが望ましいが、この材料に限定されるものではなく、例えば、Ｓｎ、Ｓｎ−Ｚｎ合金およびＳｎ−Ｂｉ合金も適用可能である。電気めっき金属層４ｐの平均的な厚さは、０．１〜０．３μｍの範囲とすることが望ましい。厚さが０．１μｍよりも薄い場合は、外部導体４の半田耐性が低下する。一方、厚さが０．３μｍを超えると、高周波信号の伝送特性が低下する。
【００４２】
第１の実施形態では、電気めっき金属層４ｐの材料としてＮｉを用いた。外部絶縁体５には、内部絶縁体３の材質と同じものを用いる。
【００４３】
なお、携帯電話などの電子機器、超音波検査装置などの医療機器などの用途を考慮すると、同軸ケーブル１の外径はφ０．６ｍｍ以下が望ましい。
【００４４】
次に、同軸ケーブル１の製造方法を説明する。中心導体２に内部絶縁体３を被覆するまでの製造方法は、従来と同様なので省略する。
【００４５】
内部絶縁体３の材質であるフッ素系樹脂は、化学的に極めて安定であり、フッ素系樹脂上に金属層を形成した場合、フッ素樹脂と金属層の界面における化学的な結合は期待できない。そのため、フッ素系樹脂と金属層の密着強度を高めるべく、予めフッ素系樹脂の表面を粗面化処理するのが一般的である。一般的な粗面化の手段としては、金属ナトリウム−ナフタレン錯体溶液を用いた湿式処理法や、Ａｒの逆スパッタなどの乾式処理法がある。しかし、それらの方法で形成される凹凸構造は、フッ素系樹脂の表面から見て概略逆ピラミッド状となるケースがほとんどであり、金属層との充分な密着強度を得ることは難しかった。
【００４６】
同軸ケーブル１の外部導体４には金属ナノ粒子を用いているため、本発明者は、金属ナノ粒子層４ｎの形成条件、特に加熱条件を仔細に検討することにより、フッ素系樹脂と金属ナノ粒子層４ｎの密着強度の向上を図った本実施形態に係る製造方法を完成した。
【００４７】
まず、金属ナノ粒子の周囲に、金属ナノ粒子を保護して融着を抑制するオクチルアミンなどの有機保護剤を被着させ、これを有機溶媒（例えば、デカノールなど）などの分散液中に分散させ、液状物質を作製する。
【００４８】
有機保護剤としては、アミノ基を有する炭素数８の有機物であるオクチルアミンに限らず、他の有機保護剤も適用可能である。例えば、アミノ基の代わりに、アルコール基、カルボキシル基、カルボニル基、アルデヒド基、スルファニル基を含む有機物も有機保護剤として用いることが可能である。それらの有機保護剤を用いることにより、液状物質から金属ナノ粒子層４ｎを得る際の熱処理工程において、金属ナノ粒子表面の酸化を効果的に抑制することが可能となる。
【００４９】
有機保護剤の炭素数は８〜２０の範囲が望ましい。炭素数が７以下の場合は、常温においても液状物質中の金属ナノ粒子間の融着が見られる。一方、炭素数が２０を超えると、熱処理工程が終了した後にも、有機物成分が金属ナノ粒子層４ｎに残存し、抵抗率の低い金属ナノ粒子層４ｎの形成が困難になる。
【００５０】
内部絶縁体３を形成したケーブル（第１プレケーブル）の周囲に液状物質を被着させる（被着工程）。そのケーブルを加熱する（加熱工程）ことにより、内部絶縁体３の周囲に導電性を有する金属ナノ粒子層４ｎを形成する。
【００５１】
より詳細には、加熱工程は、被着した液状物質を加熱して金属ナノ粒子層４ｎを形成する第１加熱工程（第１熱処理工程）と、高周波電力を利用した誘導加熱で外部導体４を加熱する第２加熱工程（第２熱処理工程）とを含む。
【００５２】
第１加熱工程の際、加熱条件を適宜制御することにより、金属ナノ粒子層４ｎの表面に平均粗さ（Ｒａ）が１μｍ以下の微細な凹凸構造を形成する。凹凸構造中には、単純な逆ピラミッド形状のみではなく、表面から内部に向かって開口面積が増加する多数の坪型の形状も形成される。そのような凹凸構造は、金属ナノ粒子層４ｎの内部絶縁体３側の表面にも形成される。
【００５３】
ここで、平均粗さ（Ｒａ）とは、触針式の表面粗さ測定装置で計測した算術平均粗さである。ケーブル表面は曲面であり平均粗さの測定は難しいため、内部絶縁体と同じ材料を用いて成形した板状基板の表面に金属ナノ粒子層を形成し、平均粗さを計測する。本発明者は、さらに、走査型電子顕微鏡を用いて表面および断面の形状を計測することにより、ケーブルと板状基板の表面にほぼ同等の微細凹凸構造を有する金属ナノ粒子層が形成されていることを確認した。
【００５４】
金属ナノ粒子を含む液状物質から金属ナノ粒子層４ｎを形成する際のケーブルの加熱温度の上限は、内部絶縁体３を構成するフッ素系樹脂の融点よりも５℃程度低くすることが望ましい。その温度よりもケーブルの加熱温度を高くすると、内部絶縁体３に変形が発生し、同軸ケーブル製造歩留りが低下する。一方、下限温度は、２００℃以上にすることが望ましい。その温度よりも低い場合は、金属ナノ粒子層４ｎの電気抵抗率が大幅に高くなる。
【００５５】
第１加熱工程に続く第２加熱工程では、高周波電力を利用した誘導加熱法により、金属ナノ粒子を優先的に加熱する。その際の加熱温度は、フッ素系樹脂の融点付近とすることが望ましい。金属ナノ粒子層４ｎの温度がフッ素系樹脂の融点付近まで上昇すると、内部絶縁体３の表面部のみが軟化し、軟化した樹脂が金属ナノ粒子の表面凹凸構造の凹部に入り込む。特に、坪型の凹部に樹脂が入り込み固化することにより、アンカー効果が得られ、内部絶縁体３と金属ナノ粒子層４ｎの密着強度が大幅に向上する。
【００５６】
例えば、内部絶縁体３にＰＦＡ（公称の融点３０２〜３１０℃）を用いた場合、誘導加熱法による金属ナノ粒子層４ｎの加熱温度を２９５〜３３０℃の範囲とすることにより、良好な密着強度が得られる。加熱温度が２９５℃よりも低い場合は、密着強度が低下し、同軸ケーブルの屈曲寿命が著しく低下する。一方、加熱温度が３３０℃よりも高くなると、内部絶縁体３に変形が発生し、同軸ケーブルの製造歩留りが著しく低下する。
【００５７】
内部絶縁体３にＰＴＦＥ（公称の融点３２７℃）を用いる場合は、誘導加熱法による金属ナノ粒子層４ｎの加熱温度を３２０〜３４９℃の範囲とすることにより、良好な密着強度が得られる。同様に、ＥＴＦＥ（公称の融点２７０℃）を用いた場合は、２６１〜２９７℃の範囲で良好な密着強度が得られる。
【００５８】
金属ナノ粒子層４ｎを形成した後、その周囲に電気めっき法により電気めっき金属層４ｐを形成し、その周囲に内部絶縁体３と同様にして外部絶縁体５を形成すると、図１に示した同軸ケーブル１が得られる。
【００５９】
第１の実施形態の作用を説明する。
【００６０】
同軸ケーブル１は、外部導体４が平均粒径１００ｎｍ以下のＡｇナノ粒子、Ｃｕナノ粒子などの金属ナノ粒子が互いに融着して形成された金属ナノ粒子層４ｎを含む。
【００６１】
金属粒子は、粒径がナノオーダーまで小さくなると、融点が低下し、低温で融着が起こることが知られている。その融着は、常温でも進行する。そのため、金属ナノ粒子を扱う際は、金属ナノ粒子の周囲を有機物で保護し、それを有機溶媒中に分散させ、液状にしたものを扱うのが便利である。金属ナノ粒子を分散させた液状物質を加熱すると、有機溶媒および保護用有機物が蒸発、分解する。同時に、金属ナノ粒子が融着し、金属ナノ粒子層４ｎが得られる。この金属ナノ粒子層４ｎ中には、平均粒径が１００ｎｍを超える金属粒子は含まれない。
【００６２】
同軸ケーブル１では、金属ナノ粒子の平均粒径を１００ｎｍ以下とすることにより、金属ナノ粒子間の融着を充分に進行させることができ、外部導体４として低電気抵抗の金属ナノ粒子層４ｎを形成することが可能になる。
【００６３】
特に、同軸ケーブル１では、金属ナノ粒子材料として、Ａｇナノ粒子とＣｕナノ粒子を混合させた材料を用いることにより、ＡｇとＣｕの合金からなる金属ナノ粒子層４ｎを得ることができる。Ａｇ−Ｃｕ合金を外部導体４に応用した同軸ケーブル１においては、Ａｇナノ粒子層単独（Ａｇ単一材料）またはＣｕナノ粒子層単独（Ｃｕ単一材料）で外部導体を構成した場合に比べて、屈曲寿命の改善が大幅に向上する。これは、金属ナノ粒子層４ｎを構成するＡｇ−Ｃｕ合金により、ＡｇやＣｕに比べて引張り強度などの機械的特性が向上するためである。
【００６４】
さらに、同軸ケーブル１は、外部導体４が金属ナノ粒子からなる金属ナノ粒子層４ｎを含むため、従来の乾式成膜法や無電解めっき法と電気めっき法の組み合わせで外部導体を形成する場合に比べ、製造が簡単であり、製造コストも低い。しかも、従来の金属ナノ粒子と金属粉末を含むペーストにより外部導体を形成する場合に比べ、金属ナノ粒子層４ｎが緻密な構造なので、ケーブルを細径化してもケーブルの屈曲寿命を大幅に向上できる。
【００６５】
したがって、同軸ケーブル１によれば、外部導体４の金属層の構造、およびその形成方法を適正化することにより、ケーブルの細径化と屈曲寿命の大幅な向上を図ることができ、同軸ケーブルを安価に提供できる。
【００６６】
また、同軸ケーブル１によれば、外部導体が金属層で構成される同軸ケーブルを携帯電話などの電子機器や、超音波検査装置などの医療機器に応用することが可能であり、機器の小型化、軽量化および高機能化を図ることも可能である。
【００６７】
同軸ケーブル１は、金属ナノ粒子層４ｎに加え、さらに電気めっき金属層４ｐを用いて外部導体４を構成している。このため、同軸ケーブル１では、金属ナノ粒子層４ｎのみで外部導体を構成する場合と比べれば、ケーブルの屈曲寿命をより向上できる。これは、金属ナノ粒子層４ｎに比べて、電気めっき金属層４ｐの方が緻密な構造であるため、屈曲寿命が改善したと考えられる。
【００６８】
また、同軸ケーブル１は、金属ナノ粒子層４ｎの周囲に電気めっき金属層４ｐを形成しているため、金属ナノ粒子層４ｎと電気めっき金属層４ｐの密着強度も高い。
【００６９】
同軸ケーブル１は、金属ナノ粒子層４ｎのＣｕの重量比が０．１〜１０ｗｔ％の範囲、またはＡｇの重量比が０．１〜１０ｗｔ％の範囲であるため、Ａｇ−Ｃｕ合金からなる金属ナノ粒子層４ｎの電気抵抗率を低くすることができ、電気抵抗が低く、かつ屈曲寿命の長い外部導体４の形成が可能になる。
【００７０】
また、本実施形態に係る同軸ケーブル１の製造方法は、平均粒径１００ｎｍ以下の金属ナノ粒子を有機溶媒などの分散液中に分散させた液状物質を内部絶縁体に被着させる工程と、その後に行う加熱工程とを含む。このため、本実施形態に係る製造方法によれば、フッ素樹脂からなる内部絶縁体３と金属ナノ粒子層４ｎの密着強度を大幅に向上でき、外部導体４の屈曲寿命を大幅に向上した高信頼の同軸ケーブル１を簡単に製造できる。
【００７１】
第２の実施形態を説明する。
【００７２】
図２に示すように、第２の実施形態に係る同軸ケーブル２１は、外部導体２４を、最内層である金属ナノ粒子層２４ｎと、その周囲に電気めっき法により形成された電気めっきＣｕ層２４ｐと、最外層である電気めっき法により形成された電気めっき金属層４ｐとからなる３層構造としたものである。
【００７３】
第２の実施形態では、図１の金属ナノ粒子層４ｎの外側の一部を、金属ナノ粒子層２４ｎよりも厚い電気めっきＣｕ層２４ｐとした。金属ナノ粒子層４ｎの厚さと、金属ナノ粒子層２４ｎと電気めっき金属層４ｐの合計厚さは同じである。同軸ケーブル２１のその他の構成は、図１の同軸ケーブルと同じである。
【００７４】
同軸ケーブル２１では、外部導体２４の主要部分を金属ナノ粒子層２４ｎと電気めっきＣｕ層２４ｐとで構成することにより、電気めっき金属層４ｐよりも軟らかい電気めっきＣｕ層２４ｐがケーブルの屈曲性を向上させるため、同軸ケーブル１に比べれば屈曲寿命がより向上する。
【００７５】
第３の実施形態を説明する。
【００７６】
図３に示すように、第３の実施形態に係る同軸ケーブル３１は、外部導体３４を、最内層である金属ナノ粒子層３４ｎと、その周囲に無電解めっき法により形成された無電解めっきＣｕ層３４Ｌと、その周囲に電気めっき法により形成された電気めっきＣｕ層２４ｐと、最外層である電気めっき法により形成された電気めっき金属層４ｐとからなる４層構造としたものである。
【００７７】
金属ナノ粒子層３４ｎは、上述した各金属ナノ粒子層と同様にして形成されるが、Ａｇナノ粒子とＰｄナノ粒子からなり、金属ナノ粒子層３４ｎにおけるＰｄの重量比（Ａｇ−Ｐｄ合金のＰｄの重量比）が０．０１〜２ｗｔ％の範囲である。
【００７８】
この組成範囲では、Ａｇナノ粒子層のみで金属ナノ粒子層を構成する場合と比べて、無電解めっき法による無電解めっきＣｕ層３４Ｌの形成速度が１．５〜２倍に向上するからである。０．０１ｗｔ％より低い組成では、電気めっきＣｕ層２４ｐの形成速度がＡｇナノ粒子層のみで金属ナノ粒子層を構成する場合と同等になる。また、２ｗｔ％よりも高い組成では、同軸ケーブルの屈曲寿命が著しく低下する。
【００７９】
金属ナノ粒子層３４ｎの平均的な厚さとしては、０．０１〜０．１μｍの範囲が適切である。厚さが０．０１μｍよりも薄い場合は、無電解めっき法による無電解めっきＣｕ層３４Ｌの形成速度が著しく低下する。また、厚さが０．１μｍを超えると、同軸ケーブルの屈曲寿命が、金属ナノ粒子層および電解めっきＣｕ層により外部導体を構成した場合と同等になる。
【００８０】
同軸ケーブル３１では、外部導体３４の主要部分を金属ナノ粒子層３４ｎと、無電解めっきＣｕ層３４Ｌと、電気めっきＣｕ層２４ｐとで構成することにより、金属ナノ粒子層３４ｎや電気めっきＣｕ層２４ｐと密着性がよい無電解めっきＣｕ層３４Ｌがいわばバッファ層となってケーブルの屈曲性を向上させる。このため、同軸ケーブル３１では、外部導体２４の主要部分を金属ナノ粒子層２４ｎと電気めっきＣｕ層２４ｐとで構成する図２の同軸ケーブル２１に比べれば、屈曲寿命がより向上する。
【００８１】
上記実施形態では、電気めっきＣｕ層を含む外部導体の例で説明したが、金属ナノ粒子層のみからなる外部導体を用いる場合にも、同軸ケーブルの屈曲寿命を従来に比べて大幅に向上できる。
【００８２】
また、外部導体を構成するための各金属ナノ粒子層の材質としては、上述したＡｇ、Ｃｕ、Ｐｄの他にＡｕ、Ｐｔ、Ｎｉなどでもよいが、抵抗率などの電気的特性、および材料価格を考慮すると、Ａｇのみ、Ｃｕのみ、あるいは上述したようにそれらの合金が最も望ましい。
【実施例】
【００８３】
（実施例１）
内部絶縁体３は、ＣｕとＡｇの合金からなる外径が１３μｍの単線を撚り合わせた構造のものを用いた。撚り線の単線数は７とし、撚り線の外径は約４０μｍとした。内部絶縁体３は、材質としてＰＦＡを用い、平均的な厚さを約２５μｍとした。外部導体４は、金属ナノ粒子層４ｎと電気めっき金属層４ｐより構成した。金属ナノ粒子層４ｎは、平均粒径が約８ｎｍのＡｇナノ粒子を融着させて形成したもので、平均的な厚さを約６μｍにした。電気めっき金属層４ｐは、材質をＮｉとし、平均的な厚さを約０．２μｍにした。外部絶縁体５は、材質としてＰＦＡを用い、平均的な厚さを約２０μｍとした。
【００８４】
同軸ケーブル１の製造方法は、まず、中心導体２を構成する撚り線の周囲に、内部絶縁体３としてＰＦＡを押し出し法により形成した後、Ａｇナノ粒子を分散させた液状物質を内部絶縁体３の周囲に被着させた。
【００８５】
液状物質を平均粒径が約８ｎｍのＡｇナノ粒子、Ａｇナノ粒子の周囲に被着させた有機保護剤、溶媒により構成した。有機保護剤にはオクチルアミン、溶媒にはデカノールをそれぞれ用いた。液状物質中のＡｇナノ粒子の重量比は約８０％とした。ここで、液状物質中のＡｇナノ粒子の重量比とは、Ａｇナノ粒子の重量と、Ａｇナノ粒子を含む液状物質の重量の比を百分率で表したものである。液状物質を被着させたケーブルを管状ヒータの内部を通過させることにより、第１の熱処理工程を実施した。
【００８６】
管状ヒータは、管状の耐熱部材に抵抗発熱体を埋め込んだ構造であり、管状ヒータへの投入電力、管状ヒータの長さ、およびケーブルの通過速度を適正化することにより、ケーブルの加熱温度（最高到達温度）を制御した。第１の熱処理工程を大気中で実施し、加熱温度を約２８０℃とした。
【００８７】
第１の熱処理工程を経ることにより、内部絶縁体３の周囲に、導電性を有する金属ナノ粒子層４ｎを形成した。第１の熱処理工程が終了した後、ケーブルを誘導コイルの内部を通過させることにより、第２の熱処理工程を実施した。
【００８８】
第２の熱処理工程においては、主に、誘導コイルに投入する電力および周波数を適正化することにより、金属ナノ粒子層４ｎの加熱温度（最高到達温度）を制御した。第２の熱処理工程は大気中で実施し、加熱温度を約３２０℃、高周波電力の周波数を約３５０ｋＨｚとした。
【００８９】
第２の熱処理工程が終了した後、金属ナノ粒子層４ｎの周囲に、電気めっき金属層４ｐとして、電気めっき法によりＮｉ層を約０．２μｍの厚さで形成した。電気めっき金属層４ｐの形成が終了した後、外部絶縁体５として、ＰＦＡを押し出し法により形成した。
【００９０】
以上の工程を経て、外部導体４の主要部分が金属ナノ粒子層４ｎで構成され、外径が約１４３μｍと細径の図１に示した同軸ケーブル１を作製した。
【００９１】
実施例１の同軸ケーブル１について、高周波信号の伝送特性を図４に示した従来の同軸ケーブル４１と比較した。その結果、周波数１０ＭＨｚにおける特性インピーダンスおよび信号減衰量について、同等の特性が得られた。ここで、従来の同軸ケーブル４１は、外部導体４４の構成が実施例１とは異なり、外径が約１６μｍのＣｕ線を横巻して外部導体４４を構成したものである。
【００９２】
実施例１の同軸ケーブル１に対して、さらに、左右屈曲試験を実施した。試験条件は、屈曲角度が左右±９０°、屈曲速度が毎分３０回、曲げ歪が約３％であり、荷重は、同軸ケーブルの平均的な破断荷重の約２０％とした。
【００９３】
比較のため、図１に示した実施例１の同軸ケーブル１における金属ナノ粒子層４ｎの代わりに無電解めっき法と電気めっき法により形成したＡｇ層を用いた同軸ケーブル、および金属ナノ粒子層４ｎの代わりに無電解めっき法と電気めっき法により形成したＣｕ層を用いた同軸ケーブルについても左右屈曲試験を実施した。比較用に作製した同軸ケーブルは、内部絶縁体を形成した後、その表面を金属ナトリウム−ナフタレン錯体溶液などで粗面化処理した後、めっき触媒を付与させ、無電解めっき法と電気めっき法により金属層を形成したものである。めっき金属層の合計の厚さは、金属ナノ粒子層４ｎとほぼ同じになるようにした。
【００９４】
左右屈曲試験を実施した結果、金属ナノ粒子層の代わりにめっき金属層を用いた比較用の同軸ケーブルにおいては、金属層の材質がＡｇ、Ｃｕのいずれの場合も屈曲回数が５０回以下で外部導体に破断が生じた。一方、実施例１の同軸ケーブル１では、屈曲回数が５００回まで外部導体の破断は発生しなかった。
【００９５】
左右屈曲試験の結果から、実施例１の同軸ケーブル１においては、屈曲寿命が大幅に向上することがわかった。
【００９６】
実施例１に記した同軸ケーブルの製造方法において、液状物質中の金属ナノ粒子の重量比は５０〜９０％の範囲とすることが望ましい。金属ナノ粒子層４ｎは、前述したように、金属ナノ粒子を含む液状物質を内部絶縁体３の周囲に被着させ、さらに熱処理工程を経て形成する。その際、金属ナノ粒子層４ｎの厚さは、液状物質中の金属ナノ粒子の重量比と、液状物質を構成する溶媒の粘度により制御が可能であるが、特に、金属ナノ粒子の重量比が重要である。
【００９７】
実施例１において、金属ナノ粒子層４ｎは、外部導体４の主要部分を構成し、外部導体としての機能面から、金属ナノ粒子層４ｎの厚さは、通常２〜１０μｍの厚さの範囲に設計される。また、液状物質中の金属ナノ粒子の重量比が５０％以下では、２μｍ以上の厚さを有する金属ナノ粒子層４ｎの形成が困難であった。また、金属ナノ粒子の重量比が９０％を超えると、液状物質の流動性が著しく低下し、均一な厚さを有する金属ナノ粒子層４ｎの形成が困難であった。
【００９８】
（実施例２）
実施例２の同軸ケーブル１は、実施例１と金属ナノ粒子層４ｎの材質のみが異なっており、それ以外は同じ構造である。実施例２においては、金属ナノ粒子層４ｎの材質として、Ｃｕの重量比が約２ｗｔ％のＡｇ−Ｃｕ合金を用いた。金属ナノ粒子層４ｎを形成するための液状物質を作製する際に、Ａｇナノ粒子とＣｕナノ粒子を前記の重量比で混合させることにより、Ａｇ−Ｃｕ合金からなる金属ナノ粒子層４ｎを形成した。Ｃｕナノ粒子の平均粒径は約３０ｎｍであり、有機保護剤はＡｇナノ粒子と同じものを用いた。実施例２の同軸ケーブル１の製造方法も実施例１と同じである。
【００９９】
実施例２の同軸ケーブル１について、周波数１０ＭＨｚの高周波信号の伝送特性を評価した結果、屈曲回数９００回まで外部導体４に破断は見られなかった。したがって、金属ナノ粒子層４ｎをＡｇ−Ｃｕ合金（Ｃｕの重量比２ｗｔ％）で構成することによりさらに屈曲寿命が向上した。
【０１００】
（実施例２の変形例１）
実施例２では、金属ナノ粒子層４ｎをＡｇの重量比が高いＡｇ−Ｃｕ合金で構成したが、Ｃｕの重量比が高いＡｇ−Ｃｕ合金で構成することも可能である。例えば、金属ナノ粒子層４ｎをＡｇの重量比が２ｗｔ％のＡｇ−Ｃｕ合金で構成した場合も、伝送特性および屈曲寿命において、実施例２と同等の良好な効果が得られた。
【０１０１】
その場合の製造方法においては、第２の熱処理工程を還元ガス雰囲気中で実施した。還元ガスとして、窒素と水素の混合ガスを用い、混合ガスにおける水素ガスの体積比を２ｖｏｌ％とした。
【０１０２】
（実施例２の変形例２）
本変形例と実施例２との違いは、金属ナノ粒子層４ｎを形成するための金属ナノ粒子の平均粒径が約８０ｎｍのＡｇナノ粒子と、平均粒径が約９０ｎｍのＣｕナノ粒子を用いた点である。本変形例による同軸ケーブル１の伝送特性および屈曲寿命を評価した結果、実施例２と同等の良好な効果が得られた。
【０１０３】
本変形例による同軸ケーブル１の試作においては、金属ナノ粒子の平均粒径をさらに大きくした場合の伝送特性および屈曲寿命への影響を調べるため、平均粒径がいずれも約１２０ｎｍのＡｇナノ粒子およびＣｕナノ粒子を用いて金属ナノ粒子層を構成した比較試験用の同軸ケーブルにおいては、所望の伝送特性が得られないという問題が生じた他、屈曲寿命が５０回以下と著しく低下した。比較試験用の同軸ケーブルの特性が低下した要因としては、金属ナノ粒子の平均粒径を約１２０ｎｍまで大きくしたことにより、金属ナノ粒子が充分融着しなかったことが挙げられる。
【０１０４】
（実施例３）
実施例３は、図２に示した同軸ケーブル２１であり、外部導体２４を、金属ナノ粒子層２４ｎ、電気めっきＣｕ層２４ｐ、および電気めっき金属層４ｐからなる３層構造としたものである。以下、実施例２との相違点を中心に説明する。
【０１０５】
金属ナノ粒子層２４ｎの材質としては、Ｃｕの重量比が約２ｗｔ％のＡｇ−Ｃｕ合金を用い、平均的な厚さを約０．３μｍとした。電気めっきＣｕ層２４ｐは、金属ナノ粒子層２４ｎの周囲に電気めっき法により形成したＣｕ層であり、平均的な厚さを約６μｍとした。
【０１０６】
製造方法においては、金属ナノ粒子層２４ｎを形成するための液状物質中の金属ナノ粒子重量比は、約３０％とした。
【０１０７】
実施例３の同軸ケーブル２１について、周波数１０ＭＨｚの高周波信号の伝送特性を評価した結果、実施例１とほぼ同じ伝送特性が得られた。また、左右屈曲試験を実施したところ、屈曲回数１２００回まで外部導体に破断は見られなかった。外部導体２４の主要部分を金属ナノ粒子層２４ｎと電気めっきＣｕ層４ｐで構成することにより、実施例２の同軸ケーブル１と比べて、屈曲寿命にさらなる改善が見られた。
【０１０８】
実施例３において、金属ナノ粒子層２４ｐは、外部導体２４の主要部分を構成すると共に、電気めっきＣｕ層２４ｐを形成するためのめっきシード層、および内部絶縁体３と外部導体２４の密着強度を向上させるための密着層としても機能する。
【０１０９】
前述したように、金属ナノ粒子層４ｎの平均的な厚さとして、０．１〜１μｍの範囲が適切である。厚さが０．１μｍよりも薄い場合は、電気抵抗の上昇により、電気めっきＣｕ層２４ｐの困難であった。また、膜厚が１μｍを超えると、金属ナノ粒子層４ｎのみで外部導体４の主要部分を構成した実施例２と同等の屈曲寿命になった。
【０１１０】
金属ナノ粒子層２４ｎの厚さの制御においては、金属ナノ粒子を含む液状物質中の金属ナノ粒子の重量比が重要であるが、実施例３の製造方法においては、液状物質中の金属ナノ粒子の重量比を１０〜５０ｗｔ％の範囲とすることが望ましい。その範囲の重量比の金属ナノ粒子を含む液状物質を用いることにより、金属ナノ粒子層２４ｎの厚さを０．１〜１μｍの範囲で制御することが可能になった。
【０１１１】
（実施例４）
実施例４は、図３に示した同軸ケーブル３１であり、外部導体３４を、金属ナノ粒子層３４ｎ、無電解めっきＣｕ層３４Ｌ、電気めっきＣｕ層２４ｐ、および電気めっき金属層４ｐからなる４層構造としたものである。以下、実施例３との相違点を中心に説明する。
【０１１２】
金属ナノ粒子層３４ｎの材質としては、Ｐｄの重量比が０．２ｗｔ％のＡｇ−Ｐｄ合金を用い、平均的な厚さを約０．０５μｍとした。無電解めっきＣｕ層３４Ｌは、金属ナノ粒子層３４ｎの周囲に無電解めっき法により形成したＣｕ層であり、平均的な厚さを約０．３μｍとした。
【０１１３】
製造方法においては、金属ナノ粒子層３４ｎを形成するための液状物質中の金属ナノ粒子重量比は約３％とした。
【０１１４】
実施例４の同軸ケーブル３１について、周波数１０ＭＨｚの高周波信号の伝送特性を評価した結果、実施例１とほぼ同じ伝送特性が得られた。また、左右屈曲試験を実施したところ、屈曲回数１６００回まで外部導体に破断は見られなかった。外部導体３４の主要部分を金属ナノ粒子層３４ｎ、無電解めっきＣｕ層３４Ｌ、および電気めっきＣｕ層２４ｐで構成することにより、実施例３の同軸ケーブル２１と比べて、屈曲寿命をさらに向上させることができた。
【０１１５】
実施例４において、金属ナノ粒子層３４ｎは、主に、無電解めっきＣｕ層３４Ｌを形成するためのめっき触媒層、および内部絶縁体３と外部導体３４の密着強度を向上させるための密着層としても機能する。また、無電解めっきＣｕ層３４Ｌは、外部導体３４の主要部分を構成すると共に、電気めっきＣｕ層２４ｐを形成するためのめっきシード層としても機能する。
【０１１６】
電気めっきＣｕ層２４ｐを形成する代わりに、無電解めっきＣｕ層３４Ｌを６μｍ程度の厚さに形成しても、前記と同等の伝送特性および屈曲寿命を得ることが可能であるが、無電解めっき法は、電気めっき法と比べて、Ｃｕの形成速度が遅いため、電気めっき法を併用した方が、同軸ケーブルの製造コストを低減できる。
【０１１７】
前述したように、金属ナノ粒子層３４ｎを構成するＡｇとＰｄ合金のＰｄの重量比は、０．０１〜２ｗｔ％の範囲が適している。この組成範囲では、例えば、金属ナノ粒子層３４ｎをＡｇナノ粒子で構成した場合と比べて無電解めっき法によるＣｕ層の形成速度が、１．５〜２倍に向上した。０．０１ｗｔ％より低い組成では、無電解めっき法による無電解めっきＣｕ層３４Ｌの形成速度がＡｇナノ粒子層の場合と同等になった。また、２ｗｔ％よりも高い組成では、同軸ケーブルの屈曲寿命が著しく低下した。
【０１１８】
やはり前述したように、金属ナノ粒子層３４ｎの平均的な厚さとしては、０．０１〜０．１μｍの範囲が適切である。厚さが０．０１μｍより薄い場合は、無電解めっき法による無電解めっきＣｕ層３４Ｌの形成速度が著しく低下した。また、膜厚が０．１μｍを超えると、金属ナノ粒子層３４ｎおよび電気めっきＣｕ層２４ｐにより外部導体の主要部分を構成した実施例３と屈曲寿命が同等になった。
【０１１９】
金属ナノ粒子層３４ｎの厚さ制御においては、金属ナノ粒子を含む液状物質中の金属ナノ粒子の重量比が重要であるが、実施例４の製造方法においては、液状物質中の金属ナノ粒子の重量比は、０．１〜１０ｗｔ％の範囲とすることが望ましい。その範囲の重量比の金属ナノ粒子を含む液状物質を用いることにより、金属ナノ粒子層３４ｎの厚さを０．０１〜０．１μｍの範囲で制御することが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【０１２０】
【図１】本発明の好適な第１の実施形態である同軸ケーブルの構造の概要を示す横断面図である。
【図２】本発明の好適な第２の実施形態である同軸ケーブルの構造の概要を示す横断面図である。
【図３】本発明の好適な第３の実施形態である同軸ケーブルの構造の概要を示す横断面図である。
【図４】従来の同軸ケーブルの横断面図である。
【符号の説明】
【０１２１】
１ 同軸ケーブル
２ 中心導体
３ 内部絶縁体
４ 外部導体
４ｎ 金属ナノ粒子層
５ 外部絶縁体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波信号の伝送路に使用される同軸ケーブル及びその製造方法に係り、特に、携帯電話などの電子機器、超音波検査装置などの医療機器など、省スペース化が重要視される用途での同軸ケーブル及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な図４に示す同軸ケーブル４１は、内部導体４２、内部絶縁体４３、外部導体４４および外部絶縁体４５から構成される。内部導体４２は、Ｃｕを主体とする金属の単線または単線を撚り合わせた撚り線が使用される。内部絶縁体４３は、高周波信号の伝送における損失を低くする目的から、比誘電率が低いフッ素樹脂が一般的に使用される。外部導体４４は、複数の単線を内部絶縁体４３の周囲に横巻した構造が広く使用されている。外部絶縁体４５は、用途に応じて様々な材料が使用されるが、絶縁性および耐熱性に優れたフッ素系樹脂が多く使われている。
【０００３】
近年、電子機器や医療機器の小型化、軽量化および高機能化が進み、それらに使用される同軸ケーブルの細径化が強く要求されるようになった。そのため、同軸ケーブルの各構成要素について、細径化のための技術開発が進められてきた。例えば、外部導体４４については、横巻に使用する単線として直径が約１３μｍと細い銅線が量産されている。
【０００４】
一方、高周波信号の伝送の面では、外部導体の厚さを数μｍまで薄くすることが可能である。そのため、外部導体を薄い金属層で構成する技術が検討され、既に公開されている。
【０００５】
例えば、特許文献１では、内部絶縁体の周囲にスパッタ法により金属薄膜を形成し、その上に電気めっき法により金属層を形成する技術が提案されている。
【０００６】
また、特許文献２では、内部絶縁体の表面を金属ナトリウム−ナフタレン錯体溶液などで粗面化処理した後、めっき触媒を付与させ、無電解めっき法と電解めっき法により、金属層を形成する技術が提案されている。
【０００７】
さらに、特許文献３では、粗面化処理した内部絶縁体表面に、金属ナノ粒子と金属粉末を含むペーストを付着させ、温度１７０〜２３０℃で焼成することにより外部導体を形成する技術が提案されている。
【０００８】
【特許文献１】特開平５−３４２９３０号公報
【特許文献２】特開平６−１８７５４７号公報
【特許文献３】特開２００６−２９４５２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、電子機器や医療機器に使われる同軸ケーブルには、細径化の他に、屈曲寿命が長いことが要求される。
【００１０】
例えば、携帯電話においては、表示部と操作部を分離させた折りたたみ式が既に主流になっており、最近では表示部が回転可能なものも普及してきている。特に、後者の表示部と操作部の信号伝送路には、細径の同軸ケーブルが多用されている。また、医療用の超音波検査装置においては、センサ部と本体間をつなぐプローブケーブルに同軸ケーブルが使われていて、実際の検査時には、プローブケーブルの屈曲動作が頻繁に繰り返される。
【００１１】
したがって、携帯電話や超音波検査装置に使用される同軸ケーブルには、屈曲寿命が長いこともきわめて重要である。さらに、各機器の普及に伴い、同軸ケーブルの低価格化も強く要求されている。
【００１２】
外部導体の形成方法としてスパッタ法などの乾式成膜法を用いる場合は、大型の真空装置が必要となるため製造装置の価格が高くなること、および細径のケーブル表面に金属層を形成する際の原料の利用効率が極めて低いことなどにより、同軸ケーブルの製造コストが極めて高くなるという問題があった。
【００１３】
従来の無電解めっき法と電気めっき法の組み合わせにより外部導体を形成する技術、および金属ナノ粒子と金属粉末を含むペーストを用いて外部導体を形成する技術においては、作製した同軸ケーブルの屈曲寿命が図４の横巻外部導体タイプの同軸ケーブル４１と比べて極めて短いという問題があった。
【００１４】
ここで述べる屈曲寿命とは、中心導体や絶縁体が破断するまでの寿命ではなく、外部導体に亀裂、破断などが生じるまでの寿命である。
【００１５】
屈曲寿命が短いことの要因としては、外部導体と内部絶縁体との密着強度が低いことが第１に挙げられる。外部導体と内部絶縁体との密着強度が低い同軸ケーブルにおいては、屈曲動作が繰り返されると、外部導体が部分的に内部絶縁体から剥離する。その状態でさらに屈曲動作が繰り返されると、剥離した外部導体に亀裂や破断が発生する。外部導体に亀裂や破断が発生した同軸ケーブルは、高周波信号の伝送損失が大幅に増加する。
【００１６】
このような従来技術の問題により、外部導体を金属層で構成した同軸ケーブルを屈曲寿命が要求される用途に応用することが困難であった。
【００１７】
そこで、本発明の目的は、屈曲寿命が長い高信頼の細径同軸ケーブルを安価に提供することにある。
【００１８】
また、本発明の他の目的は、外部導体が金属層で構成される同軸ケーブルを携帯電話などの電子機器や、超音波検査装置などの医療機器に応用することを可能にし、機器の小型化、軽量化および高機能化に貢献することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明は前記目的を達成するために創案されたものであり、請求項１の発明は、中心導体、その中心導体の外周に形成されたフッ素樹脂からなる内部絶縁体、その内部絶縁体の周囲に形成された外部導体、および外部導体の周囲に形成された外部絶縁体を有する同軸ケーブルにおいて、
前記外部導体が、平均粒径１００ｎｍ以下のＡｇナノ粒子、Ｃｕナノ粒子などの金属ナノ粒子が互いに融着して形成された金属ナノ粒子層を含む同軸ケーブルである。
【００２０】
請求項２の発明は、前記金属ナノ粒子が、Ａｇナノ粒子とＣｕナノ粒子からなり、前記金属ナノ粒子層のＣｕの重量比が０．１〜１０ｗｔ％の範囲、またはＡｇの重量比が０．１〜１０ｗｔ％の範囲である請求項１記載の同軸ケーブルである。
【００２１】
請求項３の発明は、前記金属ナノ粒子層は、厚さが０．１〜１０μｍである請求項１または２記載の同軸ケーブルである。
【００２２】
請求項４の発明は、前記外部導体は、前記金属ナノ粒子層の周囲に電気めっき法により形成された電気めっきＣｕ層を含む請求項１〜３いずれかに記載の同軸ケーブルである。
【００２３】
請求項５の発明は、中心導体、その中心導体の外周に形成されたフッ素樹脂からなる内部絶縁体、その内部絶縁体の周囲に形成された外部導体、および外部導体の周囲に形成された外部絶縁体を有する同軸ケーブルにおいて、
前記外部導体が、平均粒径１００ｎｍ以下の金属ナノ粒子が互いに融着して形成された金属ナノ粒子層と、その周囲に無電解めっき法により形成された無電解めっきＣｕ層と、その周囲に電気めっき法により形成された電気めっきＣｕ層とを備え、前記金属ナノ粒子は、Ａｇナノ粒子とＰｄナノ粒子からなり、前記金属ナノ粒子層におけるＰｄの重量比が０．０１〜２ｗｔ％の範囲である同軸ケーブルである。
【００２４】
請求項６の発明は、前記金属ナノ粒子層は、厚さが０．０１〜０．１μｍである請求項５記載の同軸ケーブルである。
【００２５】
請求項７の発明は、中心導体、その中心導体の外周に形成されたフッ素樹脂からなる内部絶縁体、その内部絶縁体の周囲に形成された外部導体、および外部導体の周囲に形成された外部絶縁体を有する同軸ケーブルの製造方法において、
外部導体を形成するための工程が、平均粒径１００ｎｍ以下の金属ナノ粒子を有機溶媒などの分散液中に分散させた液状物質を内部絶縁体に被着させる工程と、その後に行う加熱工程とを含む同軸ケーブルの製造方法である。
【００２６】
請求項８の発明は、前記加熱工程は、被着した液状物質を加熱して金属ナノ粒子層を形成する第１加熱工程と、高周波電力を利用した誘導加熱で前記外部導体を加熱する第２加熱工程とを含む請求項７記載の同軸ケーブルの製造方法である。
【００２７】
請求項９の発明は、内部絶縁体の材質がＰＦＡであり、前記第２加熱工程における加熱温度が２９５℃以上である請求項８記載の同軸ケーブルの製造方法である。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、外部導体の金属層の構造、およびその形成方法を適正化することにより、同軸ケーブルの細径化と屈曲寿命の大幅な向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明者は、主に電子機器や医療機器に使用される同軸ケーブルにおいて、特に、外部導体が金属層で構成される場合に、細径化と屈曲寿命の長寿命化を両立させるため、外部導体の金属層の構造、およびその形成方法を検討し、鋭意研究の結果、これらを適正化することにより、同軸ケーブルの屈曲寿命を向上した本発明を完成した。
【００３０】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面にしたがって説明する。
【００３１】
図１は、本発明の好適な第１の実施形態を示す同軸ケーブルの構造の概要を示す横断面図である。
【００３２】
図１に示すように、第１の実施形態に係る同軸ケーブル１は、中心導体２と、その中心導体２の外周に形成されたフッ素樹脂からなる内部絶縁体３と、その内部絶縁体３の周囲に形成された外部導体４と、その外部導体４の周囲に形成された外部絶縁体５とで構成される。
【００３３】
中心導体２は、単線を複数本撚り合わせた構造である。第１の実施形態では、ＣｕとＡｇの合金からなる単線を用い、撚り線の単線数は７とした。
【００３４】
内部絶縁体３の材質としては、押し出し法で形成する際の被覆厚さの均一性の観点から、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体）が適しているが、これに限定されるものではなく、ＰＴＦＡ（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・エチレン共重体）などのフッ素系樹脂も適用することができる。
【００３５】
さて、外部導体４は、内側の金属ナノ粒子層４ｎと、その外側に電気めっき法により形成された電気めっき金属層４ｐとからなる。金属ナノ粒子層４ｎは、平均粒径１００ｎｍ以下、好ましくは５０ｎｍ以下、さらに好ましくは１０ｎｍ以下のＡｇナノ粒子、Ｃｕナノ粒子などの金属ナノ粒子が互いに融着して形成されてなる。第１の実施形態では、金属ナノ粒子層４ｎとして、Ａｇナノ粒子とＣｕナノ粒子からなるものを用いた。
【００３６】
金属ナノ粒子の平均粒径は、動的光散乱法を用いた粒度測定装置により計測した値である。粒度測定装置としては、例えば、日機装株式会社製の９３４０ＵＰＡが市販されていて、３ｎｍ程度からμｍオーダーの平均粒径の計測が可能である。
【００３７】
金属ナノ粒子層４ｎの抵抗率は、平均粒径１００ｎｍ以下であればバルク金属の２倍程度と極めて低く抑えられる。しかし、平均粒径が１００ｎｍを超えると、金属ナノ粒子同士の融着の進行が阻害され、抵抗率が急激に上昇する。
【００３８】
金属ナノ粒子層４ｎのＣｕの重量比は０．１〜１０ｗｔ％の範囲、またはＡｇの重量比は０．１〜１０ｗｔ％の範囲である。これらの合金組成の範囲では、Ａｇ−Ｃｕ合金の抵抗率として純Ｃｕの８５％以上の値が得られ、低抵抗でかつ耐屈曲性に優れた外部導体４の形成が可能になるからである。前記の組成以外では、抵抗率が急激に高くなる。
【００３９】
金属ナノ粒子層４ｎは、厚さ（膜厚）が０．１〜１０μｍ、好ましくは０．１〜７μｍ、さらに好ましくは０．１〜１μｍの範囲が適切である。厚さが０．１μｍよりも薄い場合は、電気抵抗の上昇により、電気めっき金属層４ｐの形成が困難になる。また、厚さが１０μｍを超えると、前述した従来の同軸ケーブルに比べれば屈曲寿命が大幅に向上するが、金属ナノ粒子層のみで外部導体を構成した場合と同等の屈曲寿命となる。
【００４０】
電気めっき金属層４ｐは、主に、外部導体４を半田付けする際の、耐半田性を向上させる目的のものである。電気めっき金属層４ｐには、ＣｕやＡｇと密着性が高い金属を用いるとよい。さらに、耐食性が高く、延性が大きい金属であることが望ましい。
【００４１】
電気めっき金属層４ｐの材料としてはＮｉが望ましいが、この材料に限定されるものではなく、例えば、Ｓｎ、Ｓｎ−Ｚｎ合金およびＳｎ−Ｂｉ合金も適用可能である。電気めっき金属層４ｐの平均的な厚さは、０．１〜０．３μｍの範囲とすることが望ましい。厚さが０．１μｍよりも薄い場合は、外部導体４の半田耐性が低下する。一方、厚さが０．３μｍを超えると、高周波信号の伝送特性が低下する。
【００４２】
第１の実施形態では、電気めっき金属層４ｐの材料としてＮｉを用いた。外部絶縁体５には、内部絶縁体３の材質と同じものを用いる。
【００４３】
なお、携帯電話などの電子機器、超音波検査装置などの医療機器などの用途を考慮すると、同軸ケーブル１の外径はφ０．６ｍｍ以下が望ましい。
【００４４】
次に、同軸ケーブル１の製造方法を説明する。中心導体２に内部絶縁体３を被覆するまでの製造方法は、従来と同様なので省略する。
【００４５】
内部絶縁体３の材質であるフッ素系樹脂は、化学的に極めて安定であり、フッ素系樹脂上に金属層を形成した場合、フッ素樹脂と金属層の界面における化学的な結合は期待できない。そのため、フッ素系樹脂と金属層の密着強度を高めるべく、予めフッ素系樹脂の表面を粗面化処理するのが一般的である。一般的な粗面化の手段としては、金属ナトリウム−ナフタレン錯体溶液を用いた湿式処理法や、Ａｒの逆スパッタなどの乾式処理法がある。しかし、それらの方法で形成される凹凸構造は、フッ素系樹脂の表面から見て概略逆ピラミッド状となるケースがほとんどであり、金属層との充分な密着強度を得ることは難しかった。
【００４６】
同軸ケーブル１の外部導体４には金属ナノ粒子を用いているため、本発明者は、金属ナノ粒子層４ｎの形成条件、特に加熱条件を仔細に検討することにより、フッ素系樹脂と金属ナノ粒子層４ｎの密着強度の向上を図った本実施形態に係る製造方法を完成した。
【００４７】
まず、金属ナノ粒子の周囲に、金属ナノ粒子を保護して融着を抑制するオクチルアミンなどの有機保護剤を被着させ、これを有機溶媒（例えば、デカノールなど）などの分散液中に分散させ、液状物質を作製する。
【００４８】
有機保護剤としては、アミノ基を有する炭素数８の有機物であるオクチルアミンに限らず、他の有機保護剤も適用可能である。例えば、アミノ基の代わりに、アルコール基、カルボキシル基、カルボニル基、アルデヒド基、スルファニル基を含む有機物も有機保護剤として用いることが可能である。それらの有機保護剤を用いることにより、液状物質から金属ナノ粒子層４ｎを得る際の熱処理工程において、金属ナノ粒子表面の酸化を効果的に抑制することが可能となる。
【００４９】
有機保護剤の炭素数は８〜２０の範囲が望ましい。炭素数が７以下の場合は、常温においても液状物質中の金属ナノ粒子間の融着が見られる。一方、炭素数が２０を超えると、熱処理工程が終了した後にも、有機物成分が金属ナノ粒子層４ｎに残存し、抵抗率の低い金属ナノ粒子層４ｎの形成が困難になる。
【００５０】
内部絶縁体３を形成したケーブル（第１プレケーブル）の周囲に液状物質を被着させる（被着工程）。そのケーブルを加熱する（加熱工程）ことにより、内部絶縁体３の周囲に導電性を有する金属ナノ粒子層４ｎを形成する。
【００５１】
より詳細には、加熱工程は、被着した液状物質を加熱して金属ナノ粒子層４ｎを形成する第１加熱工程（第１熱処理工程）と、高周波電力を利用した誘導加熱で外部導体４を加熱する第２加熱工程（第２熱処理工程）とを含む。
【００５２】
第１加熱工程の際、加熱条件を適宜制御することにより、金属ナノ粒子層４ｎの表面に平均粗さ（Ｒａ）が１μｍ以下の微細な凹凸構造を形成する。凹凸構造中には、単純な逆ピラミッド形状のみではなく、表面から内部に向かって開口面積が増加する多数の坪型の形状も形成される。そのような凹凸構造は、金属ナノ粒子層４ｎの内部絶縁体３側の表面にも形成される。
【００５３】
ここで、平均粗さ（Ｒａ）とは、触針式の表面粗さ測定装置で計測した算術平均粗さである。ケーブル表面は曲面であり平均粗さの測定は難しいため、内部絶縁体と同じ材料を用いて成形した板状基板の表面に金属ナノ粒子層を形成し、平均粗さを計測する。本発明者は、さらに、走査型電子顕微鏡を用いて表面および断面の形状を計測することにより、ケーブルと板状基板の表面にほぼ同等の微細凹凸構造を有する金属ナノ粒子層が形成されていることを確認した。
【００５４】
金属ナノ粒子を含む液状物質から金属ナノ粒子層４ｎを形成する際のケーブルの加熱温度の上限は、内部絶縁体３を構成するフッ素系樹脂の融点よりも５℃程度低くすることが望ましい。その温度よりもケーブルの加熱温度を高くすると、内部絶縁体３に変形が発生し、同軸ケーブル製造歩留りが低下する。一方、下限温度は、２００℃以上にすることが望ましい。その温度よりも低い場合は、金属ナノ粒子層４ｎの電気抵抗率が大幅に高くなる。
【００５５】
第１加熱工程に続く第２加熱工程では、高周波電力を利用した誘導加熱法により、金属ナノ粒子を優先的に加熱する。その際の加熱温度は、フッ素系樹脂の融点付近とすることが望ましい。金属ナノ粒子層４ｎの温度がフッ素系樹脂の融点付近まで上昇すると、内部絶縁体３の表面部のみが軟化し、軟化した樹脂が金属ナノ粒子の表面凹凸構造の凹部に入り込む。特に、坪型の凹部に樹脂が入り込み固化することにより、アンカー効果が得られ、内部絶縁体３と金属ナノ粒子層４ｎの密着強度が大幅に向上する。
【００５６】
例えば、内部絶縁体３にＰＦＡ（公称の融点３０２〜３１０℃）を用いた場合、誘導加熱法による金属ナノ粒子層４ｎの加熱温度を２９５〜３３０℃の範囲とすることにより、良好な密着強度が得られる。加熱温度が２９５℃よりも低い場合は、密着強度が低下し、同軸ケーブルの屈曲寿命が著しく低下する。一方、加熱温度が３３０℃よりも高くなると、内部絶縁体３に変形が発生し、同軸ケーブルの製造歩留りが著しく低下する。
【００５７】
内部絶縁体３にＰＴＦＥ（公称の融点３２７℃）を用いる場合は、誘導加熱法による金属ナノ粒子層４ｎの加熱温度を３２０〜３４９℃の範囲とすることにより、良好な密着強度が得られる。同様に、ＥＴＦＥ（公称の融点２７０℃）を用いた場合は、２６１〜２９７℃の範囲で良好な密着強度が得られる。
【００５８】
金属ナノ粒子層４ｎを形成した後、その周囲に電気めっき法により電気めっき金属層４ｐを形成し、その周囲に内部絶縁体３と同様にして外部絶縁体５を形成すると、図１に示した同軸ケーブル１が得られる。
【００５９】
第１の実施形態の作用を説明する。
【００６０】
同軸ケーブル１は、外部導体４が平均粒径１００ｎｍ以下のＡｇナノ粒子、Ｃｕナノ粒子などの金属ナノ粒子が互いに融着して形成された金属ナノ粒子層４ｎを含む。
【００６１】
金属粒子は、粒径がナノオーダーまで小さくなると、融点が低下し、低温で融着が起こることが知られている。その融着は、常温でも進行する。そのため、金属ナノ粒子を扱う際は、金属ナノ粒子の周囲を有機物で保護し、それを有機溶媒中に分散させ、液状にしたものを扱うのが便利である。金属ナノ粒子を分散させた液状物質を加熱すると、有機溶媒および保護用有機物が蒸発、分解する。同時に、金属ナノ粒子が融着し、金属ナノ粒子層４ｎが得られる。この金属ナノ粒子層４ｎ中には、平均粒径が１００ｎｍを超える金属粒子は含まれない。
【００６２】
同軸ケーブル１では、金属ナノ粒子の平均粒径を１００ｎｍ以下とすることにより、金属ナノ粒子間の融着を充分に進行させることができ、外部導体４として低電気抵抗の金属ナノ粒子層４ｎを形成することが可能になる。
【００６３】
特に、同軸ケーブル１では、金属ナノ粒子材料として、Ａｇナノ粒子とＣｕナノ粒子を混合させた材料を用いることにより、ＡｇとＣｕの合金からなる金属ナノ粒子層４ｎを得ることができる。Ａｇ−Ｃｕ合金を外部導体４に応用した同軸ケーブル１においては、Ａｇナノ粒子層単独（Ａｇ単一材料）またはＣｕナノ粒子層単独（Ｃｕ単一材料）で外部導体を構成した場合に比べて、屈曲寿命の改善が大幅に向上する。これは、金属ナノ粒子層４ｎを構成するＡｇ−Ｃｕ合金により、ＡｇやＣｕに比べて引張り強度などの機械的特性が向上するためである。
【００６４】
さらに、同軸ケーブル１は、外部導体４が金属ナノ粒子からなる金属ナノ粒子層４ｎを含むため、従来の乾式成膜法や無電解めっき法と電気めっき法の組み合わせで外部導体を形成する場合に比べ、製造が簡単であり、製造コストも低い。しかも、従来の金属ナノ粒子と金属粉末を含むペーストにより外部導体を形成する場合に比べ、金属ナノ粒子層４ｎが緻密な構造なので、ケーブルを細径化してもケーブルの屈曲寿命を大幅に向上できる。
【００６５】
したがって、同軸ケーブル１によれば、外部導体４の金属層の構造、およびその形成方法を適正化することにより、ケーブルの細径化と屈曲寿命の大幅な向上を図ることができ、同軸ケーブルを安価に提供できる。
【００６６】
また、同軸ケーブル１によれば、外部導体が金属層で構成される同軸ケーブルを携帯電話などの電子機器や、超音波検査装置などの医療機器に応用することが可能であり、機器の小型化、軽量化および高機能化を図ることも可能である。
【００６７】
同軸ケーブル１は、金属ナノ粒子層４ｎに加え、さらに電気めっき金属層４ｐを用いて外部導体４を構成している。このため、同軸ケーブル１では、金属ナノ粒子層４ｎのみで外部導体を構成する場合と比べれば、ケーブルの屈曲寿命をより向上できる。これは、金属ナノ粒子層４ｎに比べて、電気めっき金属層４ｐの方が緻密な構造であるため、屈曲寿命が改善したと考えられる。
【００６８】
また、同軸ケーブル１は、金属ナノ粒子層４ｎの周囲に電気めっき金属層４ｐを形成しているため、金属ナノ粒子層４ｎと電気めっき金属層４ｐの密着強度も高い。
【００６９】
同軸ケーブル１は、金属ナノ粒子層４ｎのＣｕの重量比が０．１〜１０ｗｔ％の範囲、またはＡｇの重量比が０．１〜１０ｗｔ％の範囲であるため、Ａｇ−Ｃｕ合金からなる金属ナノ粒子層４ｎの電気抵抗率を低くすることができ、電気抵抗が低く、かつ屈曲寿命の長い外部導体４の形成が可能になる。
【００７０】
また、本実施形態に係る同軸ケーブル１の製造方法は、平均粒径１００ｎｍ以下の金属ナノ粒子を有機溶媒などの分散液中に分散させた液状物質を内部絶縁体に被着させる工程と、その後に行う加熱工程とを含む。このため、本実施形態に係る製造方法によれば、フッ素樹脂からなる内部絶縁体３と金属ナノ粒子層４ｎの密着強度を大幅に向上でき、外部導体４の屈曲寿命を大幅に向上した高信頼の同軸ケーブル１を簡単に製造できる。
【００７１】
第２の実施形態を説明する。
【００７２】
図２に示すように、第２の実施形態に係る同軸ケーブル２１は、外部導体２４を、最内層である金属ナノ粒子層２４ｎと、その周囲に電気めっき法により形成された電気めっきＣｕ層２４ｐと、最外層である電気めっき法により形成された電気めっき金属層４ｐとからなる３層構造としたものである。
【００７３】
第２の実施形態では、図１の金属ナノ粒子層４ｎの外側の一部を、金属ナノ粒子層２４ｎよりも厚い電気めっきＣｕ層２４ｐとした。金属ナノ粒子層４ｎの厚さと、金属ナノ粒子層２４ｎと電気めっき金属層４ｐの合計厚さは同じである。同軸ケーブル２１のその他の構成は、図１の同軸ケーブルと同じである。
【００７４】
同軸ケーブル２１では、外部導体２４の主要部分を金属ナノ粒子層２４ｎと電気めっきＣｕ層２４ｐとで構成することにより、電気めっき金属層４ｐよりも軟らかい電気めっきＣｕ層２４ｐがケーブルの屈曲性を向上させるため、同軸ケーブル１に比べれば屈曲寿命がより向上する。
【００７５】
第３の実施形態を説明する。
【００７６】
図３に示すように、第３の実施形態に係る同軸ケーブル３１は、外部導体３４を、最内層である金属ナノ粒子層３４ｎと、その周囲に無電解めっき法により形成された無電解めっきＣｕ層３４Ｌと、その周囲に電気めっき法により形成された電気めっきＣｕ層２４ｐと、最外層である電気めっき法により形成された電気めっき金属層４ｐとからなる４層構造としたものである。
【００７７】
金属ナノ粒子層３４ｎは、上述した各金属ナノ粒子層と同様にして形成されるが、Ａｇナノ粒子とＰｄナノ粒子からなり、金属ナノ粒子層３４ｎにおけるＰｄの重量比（Ａｇ−Ｐｄ合金のＰｄの重量比）が０．０１〜２ｗｔ％の範囲である。
【００７８】
この組成範囲では、Ａｇナノ粒子層のみで金属ナノ粒子層を構成する場合と比べて、無電解めっき法による無電解めっきＣｕ層３４Ｌの形成速度が１．５〜２倍に向上するからである。０．０１ｗｔ％より低い組成では、電気めっきＣｕ層２４ｐの形成速度がＡｇナノ粒子層のみで金属ナノ粒子層を構成する場合と同等になる。また、２ｗｔ％よりも高い組成では、同軸ケーブルの屈曲寿命が著しく低下する。
【００７９】
金属ナノ粒子層３４ｎの平均的な厚さとしては、０．０１〜０．１μｍの範囲が適切である。厚さが０．０１μｍよりも薄い場合は、無電解めっき法による無電解めっきＣｕ層３４Ｌの形成速度が著しく低下する。また、厚さが０．１μｍを超えると、同軸ケーブルの屈曲寿命が、金属ナノ粒子層および電解めっきＣｕ層により外部導体を構成した場合と同等になる。
【００８０】
同軸ケーブル３１では、外部導体３４の主要部分を金属ナノ粒子層３４ｎと、無電解めっきＣｕ層３４Ｌと、電気めっきＣｕ層２４ｐとで構成することにより、金属ナノ粒子層３４ｎや電気めっきＣｕ層２４ｐと密着性がよい無電解めっきＣｕ層３４Ｌがいわばバッファ層となってケーブルの屈曲性を向上させる。このため、同軸ケーブル３１では、外部導体２４の主要部分を金属ナノ粒子層２４ｎと電気めっきＣｕ層２４ｐとで構成する図２の同軸ケーブル２１に比べれば、屈曲寿命がより向上する。
【００８１】
上記実施形態では、電気めっきＣｕ層を含む外部導体の例で説明したが、金属ナノ粒子層のみからなる外部導体を用いる場合にも、同軸ケーブルの屈曲寿命を従来に比べて大幅に向上できる。
【００８２】
また、外部導体を構成するための各金属ナノ粒子層の材質としては、上述したＡｇ、Ｃｕ、Ｐｄの他にＡｕ、Ｐｔ、Ｎｉなどでもよいが、抵抗率などの電気的特性、および材料価格を考慮すると、Ａｇのみ、Ｃｕのみ、あるいは上述したようにそれらの合金が最も望ましい。
【実施例】
【００８３】
（実施例１）
内部絶縁体３は、ＣｕとＡｇの合金からなる外径が１３μｍの単線を撚り合わせた構造のものを用いた。撚り線の単線数は７とし、撚り線の外径は約４０μｍとした。内部絶縁体３は、材質としてＰＦＡを用い、平均的な厚さを約２５μｍとした。外部導体４は、金属ナノ粒子層４ｎと電気めっき金属層４ｐより構成した。金属ナノ粒子層４ｎは、平均粒径が約８ｎｍのＡｇナノ粒子を融着させて形成したもので、平均的な厚さを約６μｍにした。電気めっき金属層４ｐは、材質をＮｉとし、平均的な厚さを約０．２μｍにした。外部絶縁体５は、材質としてＰＦＡを用い、平均的な厚さを約２０μｍとした。
【００８４】
同軸ケーブル１の製造方法は、まず、中心導体２を構成する撚り線の周囲に、内部絶縁体３としてＰＦＡを押し出し法により形成した後、Ａｇナノ粒子を分散させた液状物質を内部絶縁体３の周囲に被着させた。
【００８５】
液状物質を平均粒径が約８ｎｍのＡｇナノ粒子、Ａｇナノ粒子の周囲に被着させた有機保護剤、溶媒により構成した。有機保護剤にはオクチルアミン、溶媒にはデカノールをそれぞれ用いた。液状物質中のＡｇナノ粒子の重量比は約８０％とした。ここで、液状物質中のＡｇナノ粒子の重量比とは、Ａｇナノ粒子の重量と、Ａｇナノ粒子を含む液状物質の重量の比を百分率で表したものである。液状物質を被着させたケーブルを管状ヒータの内部を通過させることにより、第１の熱処理工程を実施した。
【００８６】
管状ヒータは、管状の耐熱部材に抵抗発熱体を埋め込んだ構造であり、管状ヒータへの投入電力、管状ヒータの長さ、およびケーブルの通過速度を適正化することにより、ケーブルの加熱温度（最高到達温度）を制御した。第１の熱処理工程を大気中で実施し、加熱温度を約２８０℃とした。
【００８７】
第１の熱処理工程を経ることにより、内部絶縁体３の周囲に、導電性を有する金属ナノ粒子層４ｎを形成した。第１の熱処理工程が終了した後、ケーブルを誘導コイルの内部を通過させることにより、第２の熱処理工程を実施した。
【００８８】
第２の熱処理工程においては、主に、誘導コイルに投入する電力および周波数を適正化することにより、金属ナノ粒子層４ｎの加熱温度（最高到達温度）を制御した。第２の熱処理工程は大気中で実施し、加熱温度を約３２０℃、高周波電力の周波数を約３５０ｋＨｚとした。
【００８９】
第２の熱処理工程が終了した後、金属ナノ粒子層４ｎの周囲に、電気めっき金属層４ｐとして、電気めっき法によりＮｉ層を約０．２μｍの厚さで形成した。電気めっき金属層４ｐの形成が終了した後、外部絶縁体５として、ＰＦＡを押し出し法により形成した。
【００９０】
以上の工程を経て、外部導体４の主要部分が金属ナノ粒子層４ｎで構成され、外径が約１４３μｍと細径の図１に示した同軸ケーブル１を作製した。
【００９１】
実施例１の同軸ケーブル１について、高周波信号の伝送特性を図４に示した従来の同軸ケーブル４１と比較した。その結果、周波数１０ＭＨｚにおける特性インピーダンスおよび信号減衰量について、同等の特性が得られた。ここで、従来の同軸ケーブル４１は、外部導体４４の構成が実施例１とは異なり、外径が約１６μｍのＣｕ線を横巻して外部導体４４を構成したものである。
【００９２】
実施例１の同軸ケーブル１に対して、さらに、左右屈曲試験を実施した。試験条件は、屈曲角度が左右±９０°、屈曲速度が毎分３０回、曲げ歪が約３％であり、荷重は、同軸ケーブルの平均的な破断荷重の約２０％とした。
【００９３】
比較のため、図１に示した実施例１の同軸ケーブル１における金属ナノ粒子層４ｎの代わりに無電解めっき法と電気めっき法により形成したＡｇ層を用いた同軸ケーブル、および金属ナノ粒子層４ｎの代わりに無電解めっき法と電気めっき法により形成したＣｕ層を用いた同軸ケーブルについても左右屈曲試験を実施した。比較用に作製した同軸ケーブルは、内部絶縁体を形成した後、その表面を金属ナトリウム−ナフタレン錯体溶液などで粗面化処理した後、めっき触媒を付与させ、無電解めっき法と電気めっき法により金属層を形成したものである。めっき金属層の合計の厚さは、金属ナノ粒子層４ｎとほぼ同じになるようにした。
【００９４】
左右屈曲試験を実施した結果、金属ナノ粒子層の代わりにめっき金属層を用いた比較用の同軸ケーブルにおいては、金属層の材質がＡｇ、Ｃｕのいずれの場合も屈曲回数が５０回以下で外部導体に破断が生じた。一方、実施例１の同軸ケーブル１では、屈曲回数が５００回まで外部導体の破断は発生しなかった。
【００９５】
左右屈曲試験の結果から、実施例１の同軸ケーブル１においては、屈曲寿命が大幅に向上することがわかった。
【００９６】
実施例１に記した同軸ケーブルの製造方法において、液状物質中の金属ナノ粒子の重量比は５０〜９０％の範囲とすることが望ましい。金属ナノ粒子層４ｎは、前述したように、金属ナノ粒子を含む液状物質を内部絶縁体３の周囲に被着させ、さらに熱処理工程を経て形成する。その際、金属ナノ粒子層４ｎの厚さは、液状物質中の金属ナノ粒子の重量比と、液状物質を構成する溶媒の粘度により制御が可能であるが、特に、金属ナノ粒子の重量比が重要である。
【００９７】
実施例１において、金属ナノ粒子層４ｎは、外部導体４の主要部分を構成し、外部導体としての機能面から、金属ナノ粒子層４ｎの厚さは、通常２〜１０μｍの厚さの範囲に設計される。また、液状物質中の金属ナノ粒子の重量比が５０％以下では、２μｍ以上の厚さを有する金属ナノ粒子層４ｎの形成が困難であった。また、金属ナノ粒子の重量比が９０％を超えると、液状物質の流動性が著しく低下し、均一な厚さを有する金属ナノ粒子層４ｎの形成が困難であった。
【００９８】
（実施例２）
実施例２の同軸ケーブル１は、実施例１と金属ナノ粒子層４ｎの材質のみが異なっており、それ以外は同じ構造である。実施例２においては、金属ナノ粒子層４ｎの材質として、Ｃｕの重量比が約２ｗｔ％のＡｇ−Ｃｕ合金を用いた。金属ナノ粒子層４ｎを形成するための液状物質を作製する際に、Ａｇナノ粒子とＣｕナノ粒子を前記の重量比で混合させることにより、Ａｇ−Ｃｕ合金からなる金属ナノ粒子層４ｎを形成した。Ｃｕナノ粒子の平均粒径は約３０ｎｍであり、有機保護剤はＡｇナノ粒子と同じものを用いた。実施例２の同軸ケーブル１の製造方法も実施例１と同じである。
【００９９】
実施例２の同軸ケーブル１について、周波数１０ＭＨｚの高周波信号の伝送特性を評価した結果、屈曲回数９００回まで外部導体４に破断は見られなかった。したがって、金属ナノ粒子層４ｎをＡｇ−Ｃｕ合金（Ｃｕの重量比２ｗｔ％）で構成することによりさらに屈曲寿命が向上した。
【０１００】
（実施例２の変形例１）
実施例２では、金属ナノ粒子層４ｎをＡｇの重量比が高いＡｇ−Ｃｕ合金で構成したが、Ｃｕの重量比が高いＡｇ−Ｃｕ合金で構成することも可能である。例えば、金属ナノ粒子層４ｎをＡｇの重量比が２ｗｔ％のＡｇ−Ｃｕ合金で構成した場合も、伝送特性および屈曲寿命において、実施例２と同等の良好な効果が得られた。
【０１０１】
その場合の製造方法においては、第２の熱処理工程を還元ガス雰囲気中で実施した。還元ガスとして、窒素と水素の混合ガスを用い、混合ガスにおける水素ガスの体積比を２ｖｏｌ％とした。
【０１０２】
（実施例２の変形例２）
本変形例と実施例２との違いは、金属ナノ粒子層４ｎを形成するための金属ナノ粒子の平均粒径が約８０ｎｍのＡｇナノ粒子と、平均粒径が約９０ｎｍのＣｕナノ粒子を用いた点である。本変形例による同軸ケーブル１の伝送特性および屈曲寿命を評価した結果、実施例２と同等の良好な効果が得られた。
【０１０３】
本変形例による同軸ケーブル１の試作においては、金属ナノ粒子の平均粒径をさらに大きくした場合の伝送特性および屈曲寿命への影響を調べるため、平均粒径がいずれも約１２０ｎｍのＡｇナノ粒子およびＣｕナノ粒子を用いて金属ナノ粒子層を構成した比較試験用の同軸ケーブルにおいては、所望の伝送特性が得られないという問題が生じた他、屈曲寿命が５０回以下と著しく低下した。比較試験用の同軸ケーブルの特性が低下した要因としては、金属ナノ粒子の平均粒径を約１２０ｎｍまで大きくしたことにより、金属ナノ粒子が充分融着しなかったことが挙げられる。
【０１０４】
（実施例３）
実施例３は、図２に示した同軸ケーブル２１であり、外部導体２４を、金属ナノ粒子層２４ｎ、電気めっきＣｕ層２４ｐ、および電気めっき金属層４ｐからなる３層構造としたものである。以下、実施例２との相違点を中心に説明する。
【０１０５】
金属ナノ粒子層２４ｎの材質としては、Ｃｕの重量比が約２ｗｔ％のＡｇ−Ｃｕ合金を用い、平均的な厚さを約０．３μｍとした。電気めっきＣｕ層２４ｐは、金属ナノ粒子層２４ｎの周囲に電気めっき法により形成したＣｕ層であり、平均的な厚さを約６μｍとした。
【０１０６】
製造方法においては、金属ナノ粒子層２４ｎを形成するための液状物質中の金属ナノ粒子重量比は、約３０％とした。
【０１０７】
実施例３の同軸ケーブル２１について、周波数１０ＭＨｚの高周波信号の伝送特性を評価した結果、実施例１とほぼ同じ伝送特性が得られた。また、左右屈曲試験を実施したところ、屈曲回数１２００回まで外部導体に破断は見られなかった。外部導体２４の主要部分を金属ナノ粒子層２４ｎと電気めっきＣｕ層４ｐで構成することにより、実施例２の同軸ケーブル１と比べて、屈曲寿命にさらなる改善が見られた。
【０１０８】
実施例３において、金属ナノ粒子層２４ｐは、外部導体２４の主要部分を構成すると共に、電気めっきＣｕ層２４ｐを形成するためのめっきシード層、および内部絶縁体３と外部導体２４の密着強度を向上させるための密着層としても機能する。
【０１０９】
前述したように、金属ナノ粒子層４ｎの平均的な厚さとして、０．１〜１μｍの範囲が適切である。厚さが０．１μｍよりも薄い場合は、電気抵抗の上昇により、電気めっきＣｕ層２４ｐの困難であった。また、膜厚が１μｍを超えると、金属ナノ粒子層４ｎのみで外部導体４の主要部分を構成した実施例２と同等の屈曲寿命になった。
【０１１０】
金属ナノ粒子層２４ｎの厚さの制御においては、金属ナノ粒子を含む液状物質中の金属ナノ粒子の重量比が重要であるが、実施例３の製造方法においては、液状物質中の金属ナノ粒子の重量比を１０〜５０ｗｔ％の範囲とすることが望ましい。その範囲の重量比の金属ナノ粒子を含む液状物質を用いることにより、金属ナノ粒子層２４ｎの厚さを０．１〜１μｍの範囲で制御することが可能になった。
【０１１１】
（実施例４）
実施例４は、図３に示した同軸ケーブル３１であり、外部導体３４を、金属ナノ粒子層３４ｎ、無電解めっきＣｕ層３４Ｌ、電気めっきＣｕ層２４ｐ、および電気めっき金属層４ｐからなる４層構造としたものである。以下、実施例３との相違点を中心に説明する。
【０１１２】
金属ナノ粒子層３４ｎの材質としては、Ｐｄの重量比が０．２ｗｔ％のＡｇ−Ｐｄ合金を用い、平均的な厚さを約０．０５μｍとした。無電解めっきＣｕ層３４Ｌは、金属ナノ粒子層３４ｎの周囲に無電解めっき法により形成したＣｕ層であり、平均的な厚さを約０．３μｍとした。
【０１１３】
製造方法においては、金属ナノ粒子層３４ｎを形成するための液状物質中の金属ナノ粒子重量比は約３％とした。
【０１１４】
実施例４の同軸ケーブル３１について、周波数１０ＭＨｚの高周波信号の伝送特性を評価した結果、実施例１とほぼ同じ伝送特性が得られた。また、左右屈曲試験を実施したところ、屈曲回数１６００回まで外部導体に破断は見られなかった。外部導体３４の主要部分を金属ナノ粒子層３４ｎ、無電解めっきＣｕ層３４Ｌ、および電気めっきＣｕ層２４ｐで構成することにより、実施例３の同軸ケーブル２１と比べて、屈曲寿命をさらに向上させることができた。
【０１１５】
実施例４において、金属ナノ粒子層３４ｎは、主に、無電解めっきＣｕ層３４Ｌを形成するためのめっき触媒層、および内部絶縁体３と外部導体３４の密着強度を向上させるための密着層としても機能する。また、無電解めっきＣｕ層３４Ｌは、外部導体３４の主要部分を構成すると共に、電気めっきＣｕ層２４ｐを形成するためのめっきシード層としても機能する。
【０１１６】
電気めっきＣｕ層２４ｐを形成する代わりに、無電解めっきＣｕ層３４Ｌを６μｍ程度の厚さに形成しても、前記と同等の伝送特性および屈曲寿命を得ることが可能であるが、無電解めっき法は、電気めっき法と比べて、Ｃｕの形成速度が遅いため、電気めっき法を併用した方が、同軸ケーブルの製造コストを低減できる。
【０１１７】
前述したように、金属ナノ粒子層３４ｎを構成するＡｇとＰｄ合金のＰｄの重量比は、０．０１〜２ｗｔ％の範囲が適している。この組成範囲では、例えば、金属ナノ粒子層３４ｎをＡｇナノ粒子で構成した場合と比べて無電解めっき法によるＣｕ層の形成速度が、１．５〜２倍に向上した。０．０１ｗｔ％より低い組成では、無電解めっき法による無電解めっきＣｕ層３４Ｌの形成速度がＡｇナノ粒子層の場合と同等になった。また、２ｗｔ％よりも高い組成では、同軸ケーブルの屈曲寿命が著しく低下した。
【０１１８】
やはり前述したように、金属ナノ粒子層３４ｎの平均的な厚さとしては、０．０１〜０．１μｍの範囲が適切である。厚さが０．０１μｍより薄い場合は、無電解めっき法による無電解めっきＣｕ層３４Ｌの形成速度が著しく低下した。また、膜厚が０．１μｍを超えると、金属ナノ粒子層３４ｎおよび電気めっきＣｕ層２４ｐにより外部導体の主要部分を構成した実施例３と屈曲寿命が同等になった。
【０１１９】
金属ナノ粒子層３４ｎの厚さ制御においては、金属ナノ粒子を含む液状物質中の金属ナノ粒子の重量比が重要であるが、実施例４の製造方法においては、液状物質中の金属ナノ粒子の重量比は、０．１〜１０ｗｔ％の範囲とすることが望ましい。その範囲の重量比の金属ナノ粒子を含む液状物質を用いることにより、金属ナノ粒子層３４ｎの厚さを０．０１〜０．１μｍの範囲で制御することが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【０１２０】
【図１】本発明の好適な第１の実施形態である同軸ケーブルの構造の概要を示す横断面図である。
【図２】本発明の好適な第２の実施形態である同軸ケーブルの構造の概要を示す横断面図である。
【図３】本発明の好適な第３の実施形態である同軸ケーブルの構造の概要を示す横断面図である。
【図４】従来の同軸ケーブルの横断面図である。
【符号の説明】
【０１２１】
１ 同軸ケーブル
２ 中心導体
３ 内部絶縁体
４ 外部導体
４ｎ 金属ナノ粒子層
５ 外部絶縁体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心導体、その中心導体の外周に形成されたフッ素樹脂からなる内部絶縁体、その内部絶縁体の周囲に形成された外部導体、および外部導体の周囲に形成された外部絶縁体を有する同軸ケーブルにおいて、
前記外部導体が、平均粒径１００ｎｍ以下のＡｇナノ粒子、Ｃｕナノ粒子などの金属ナノ粒子が互いに融着して形成された金属ナノ粒子層を含むことを特徴とする同軸ケーブル。
【請求項２】
前記金属ナノ粒子が、Ａｇナノ粒子とＣｕナノ粒子からなり、前記金属ナノ粒子層のＣｕの重量比が０．１〜１０ｗｔ％の範囲、またはＡｇの重量比が０．１〜１０ｗｔ％の範囲である請求項１記載の同軸ケーブル。
【請求項３】
前記金属ナノ粒子層は、厚さが０．１〜１０μｍである請求項１または２記載の同軸ケーブル。
【請求項４】
前記外部導体は、前記金属ナノ粒子層の周囲に電気めっき法により形成された電気めっきＣｕ層を含む請求項１〜３いずれかに記載の同軸ケーブル。
【請求項５】
中心導体、その中心導体の外周に形成されたフッ素樹脂からなる内部絶縁体、その内部絶縁体の周囲に形成された外部導体、および外部導体の周囲に形成された外部絶縁体を有する同軸ケーブルにおいて、
前記外部導体が、平均粒径１００ｎｍ以下の金属ナノ粒子が互いに融着して形成された金属ナノ粒子層と、その周囲に無電解めっき法により形成された無電解めっきＣｕ層と、その周囲に電気めっき法により形成された電気めっきＣｕ層とを備え、前記金属ナノ粒子は、Ａｇナノ粒子とＰｄナノ粒子からなり、前記金属ナノ粒子層におけるＰｄの重量比が０．０１〜２ｗｔ％の範囲であることを特徴とする同軸ケーブル。
【請求項６】
前記金属ナノ粒子層は、厚さが０．０１〜０．１μｍである請求項５記載の同軸ケーブル。
【請求項７】
中心導体、その中心導体の外周に形成されたフッ素樹脂からなる内部絶縁体、その内部絶縁体の周囲に形成された外部導体、および外部導体の周囲に形成された外部絶縁体を有する同軸ケーブルの製造方法において、
外部導体を形成するための工程が、平均粒径１００ｎｍ以下の金属ナノ粒子を有機溶媒などの分散液中に分散させた液状物質を内部絶縁体に被着させる工程と、その後に行う加熱工程とを含むことを特徴とする同軸ケーブルの製造方法。
【請求項８】
前記加熱工程は、被着した液状物質を加熱して金属ナノ粒子層を形成する第１加熱工程と、高周波電力を利用した誘導加熱で前記外部導体を加熱する第２加熱工程とを含む請求項７記載の同軸ケーブルの製造方法。
【請求項９】
内部絶縁体の材質がＰＦＡであり、前記第２加熱工程における加熱温度が２９５℃以上である請求項８記載の同軸ケーブルの製造方法。
【請求項１】
中心導体、その中心導体の外周に形成されたフッ素樹脂からなる内部絶縁体、その内部絶縁体の周囲に形成された外部導体、および外部導体の周囲に形成された外部絶縁体を有する同軸ケーブルにおいて、
前記外部導体が、平均粒径１００ｎｍ以下のＡｇナノ粒子、Ｃｕナノ粒子などの金属ナノ粒子が互いに融着して形成された金属ナノ粒子層を含むことを特徴とする同軸ケーブル。
【請求項２】
前記金属ナノ粒子が、Ａｇナノ粒子とＣｕナノ粒子からなり、前記金属ナノ粒子層のＣｕの重量比が０．１〜１０ｗｔ％の範囲、またはＡｇの重量比が０．１〜１０ｗｔ％の範囲である請求項１記載の同軸ケーブル。
【請求項３】
前記金属ナノ粒子層は、厚さが０．１〜１０μｍである請求項１または２記載の同軸ケーブル。
【請求項４】
前記外部導体は、前記金属ナノ粒子層の周囲に電気めっき法により形成された電気めっきＣｕ層を含む請求項１〜３いずれかに記載の同軸ケーブル。
【請求項５】
中心導体、その中心導体の外周に形成されたフッ素樹脂からなる内部絶縁体、その内部絶縁体の周囲に形成された外部導体、および外部導体の周囲に形成された外部絶縁体を有する同軸ケーブルにおいて、
前記外部導体が、平均粒径１００ｎｍ以下の金属ナノ粒子が互いに融着して形成された金属ナノ粒子層と、その周囲に無電解めっき法により形成された無電解めっきＣｕ層と、その周囲に電気めっき法により形成された電気めっきＣｕ層とを備え、前記金属ナノ粒子は、Ａｇナノ粒子とＰｄナノ粒子からなり、前記金属ナノ粒子層におけるＰｄの重量比が０．０１〜２ｗｔ％の範囲であることを特徴とする同軸ケーブル。
【請求項６】
前記金属ナノ粒子層は、厚さが０．０１〜０．１μｍである請求項５記載の同軸ケーブル。
【請求項７】
中心導体、その中心導体の外周に形成されたフッ素樹脂からなる内部絶縁体、その内部絶縁体の周囲に形成された外部導体、および外部導体の周囲に形成された外部絶縁体を有する同軸ケーブルの製造方法において、
外部導体を形成するための工程が、平均粒径１００ｎｍ以下の金属ナノ粒子を有機溶媒などの分散液中に分散させた液状物質を内部絶縁体に被着させる工程と、その後に行う加熱工程とを含むことを特徴とする同軸ケーブルの製造方法。
【請求項８】
前記加熱工程は、被着した液状物質を加熱して金属ナノ粒子層を形成する第１加熱工程と、高周波電力を利用した誘導加熱で前記外部導体を加熱する第２加熱工程とを含む請求項７記載の同軸ケーブルの製造方法。
【請求項９】
内部絶縁体の材質がＰＦＡであり、前記第２加熱工程における加熱温度が２９５℃以上である請求項８記載の同軸ケーブルの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００９−１２３４９０（Ｐ２００９−１２３４９０Ａ）
【公開日】平成２１年６月４日（２００９．６．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２９５５５７（Ｐ２００７−２９５５５７）
【出願日】平成１９年１１月１４日（２００７．１１．１４）
【出願人】（０００００５１２０）日立電線株式会社 (3,358)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年６月４日（２００９．６．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１１月１４日（２００７．１１．１４）
【出願人】（０００００５１２０）日立電線株式会社 (3,358)
【Ｆターム（参考）】
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