JP2006286389A

JP2006286389A - フラットケーブル

Info

Publication number: JP2006286389A
Application number: JP2005104433A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Suzuki; 裕鈴木
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2005-03-31
Filing date: 2005-03-31
Publication date: 2006-10-19
Anticipated expiration: 2025-03-31
Also published as: JP4833576B2

Abstract

【課題】接着層を存在させないで一対の単層ポリカーボネートフィルムを直接融着することにより、安価で難燃性、耐熱性に優れたフラットケーブルを提供する。
【解決手段】複数本の芯材を並列に配置し、一対のフィルムによりはさんでなるフラットケーブルにおいて、前記フィルムがポリカーボネートを主成分とし、フィルムを、そのガラス転移点より高温で熱融着するフラットケーブル。
【選択図】図１

Description

本発明は電子機器、家電製品、自動車などで広く使われているフラットケーブルの被覆絶縁部材に関するものである。

まず、従来のフラットケーブルについて図４に基づいて説明する。
図４は、従来のフラットケーブルの一例の断面図である。図４中、１は芯材、２’はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム等の基材層、７は接着層である。
従来のフラットケーブルは導体や電線、光ファイバーなどの芯材１を挟んだラミネートフィルムを一対の熱ロールに通し、向かい合う接着層同士を熱融着させることで製造する。ラミネートフィルムは、熱ロールの温度では溶融しない基材層２’と、熱ロールの熱で融着する接着層７で構成されるのが一般的である。この一般的なラミネートフィルムは基材フィルム２’に接着層７を塗布後、ブロッキングなどの不具合を起こさない程度にまで乾燥、硬化し、フィルムをロール状に巻き取る、などの製造工程が必要なため高価格になってしまう。
また一般に基材層２’は樹脂フィルムであるため、熱を伝えにくい。そのため熱ロールからの熱は基材層２’を通り接着層７に至るまでには時間を要してしまう。そこで、接着層７に使われる接着剤はなるべく低温で融着する性能が要求される。その結果、いくら基材層に耐熱性の高い材料を使用しても接着層が耐熱性が低いため、フラットケーブルとしての耐熱性は低いものになってしまいがちであった。
接着層に耐熱性を求める場合は接着層の架橋技術を使用していた。架橋する方法としては、接着層に過酸化物などの架橋剤を添加して接着層を化学架橋させるのが一般的であった。その場合、接着層が融着前に架橋してしまうと十分な接着強度が発揮されなくなってしまうことから、架橋前のラミネートフィルムは冷蔵状態にて輸送、保管する必要があり、冷蔵するために多大なコストがかかっていた。またいくら冷蔵して保管しても架橋反応は少しずつ進行してしまうため、製品の使用可能期間も短くなってしまい、通常約１ヶ月程度しか在庫しておくことが出来なかった。その結果、毎月のように使用分ずつラミネートフィルムを製造しなくてはならず、大量生産による生産効率向上がなかなか図れない状態であった。
ラミネートフィルムの基材層としては価格と機械的及び熱的性能のバランスからポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムを使用するのが一般的である。一方、接着層としてはＰＥＴフィルムとの相性の良さや、接着性能、価格のバランスからポリエステル系接着剤を用いるのが一般的である（例えば、特許文献１参照。）。しかしながらＰＥＴフィルム、ポリエステル系接着剤ともに非常に燃えやすい材料であるため、フラットケーブルとしての十分な難燃性能を得るためには難燃効果の高いハロゲン系難燃剤と三酸化アンチモンを組み合わせて添加する必要があり、その結果環境負荷物質を多量に含んでしまうという欠点を有していた。

また、ＰＥＴフィルムを接着層を介さずに熱融着させたフラットケーブルも検討されている。しかし、前述のようにＰＥＴ樹脂は難燃性が低く、通常接着剤に難燃剤を混合して難燃性を発現させる方法が使用できないため、難燃性が求められる用途には使用できなかった。また、ＰＥＴ樹脂は吸水性があるため、フィルム成型後すぐに吸水してしまい、その後熱融着させるとその熱で加水分解が起こり、もろくなってしまうという欠点があった。そのため、ＰＥＴ製造、フィルム成型と同時に熱融着させてケーブルを製造しなければならず、製造設備、方法に大きな制約があった。さらに、延伸させることにより結晶を規則的に生成させ、強度を有していたＰＥＴフィルムを熱融着させると、結晶構造を破壊してしまうこととなり、さらに再結晶化する過程で不規則な結晶構造となってしまうことにより、機械的強度が劣るという欠点を有していた。

また、接着層を持たないフラットケーブルとして、押出成型にて製造されたフラットケーブルが挙げられる（例えば、特許文献１参照。）。押出成型でフラットケーブルを製造するには導体サイズや芯数などの仕様毎に押出成型金型を用意する必要がある。押出成型は、単一の品種を大量に製造するのには優れているが、様々な仕様を要求され、多品種を少量ずつ生産する必要がある場合には、膨大な押出成型用金型を用意しなくてはならず、設備投資を回収するのは難しい場合があった。
特開２００２−３５８８３７公報

本発明の目的は、上記のような問題点を解消するため、従来の接着層を用いることなく製造でき、安価で難燃性、耐熱性に優れたフラットケーブルを提供することにある。

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、接着層を存在させないで一対の単層ポリカーボネートフィルムを直接融着することにより、上記目的を達成できることを見出した。本発明はこの知見に基づきなされるに至ったものである。
すなわち、本発明は、
（１）複数本の芯材を並列に配置し、一対のフィルムにより挟んで一体化してなるフラットケーブルであって、前記フィルムがポリカーボネートを主成分とし、前記フィルムを、そのガラス転移点より高温で熱融着させてなることを特徴とするフラットケーブル、
（２）前記フィルムを、そのガラス転移点より１０℃以上高い温度で融着させること特徴とする（１）項に記載のフラットケーブル、
（３）前記ポリカーボネートフィルムが平均粒径０．５〜５０μｍの無機粉末を０．５〜１０質量％含有したことを特徴とする（１）又は（２）項に記載のフラットケーブル、
（４）前記無機粉末が、珪藻土、タルク、炭酸カルシウムおよびクレーからなる群の少なくとも１種であることを特徴とする（３）項に記載のフラットケーブル、及び
（５）前記芯材が、導体、電線及び光ファイバーからなる群の少なくとも１種からなり、さらにその表面にエポキシ系接着剤、シラン系カップリング剤、チオール系カップリング剤及びブチル化メラミン樹脂からなる群の少なくとも１種を塗布したことを特徴とする（１）〜（４）項のいずれか１項に記載のフラットケーブル
を提供するものである。

本発明のフラットケーブルは、従来の接着層を用いることなく製造でき、安価で難燃性、耐熱性に優れる。

本発明の好ましい実施の態様について、添付の図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図の説明において同一の要素には同一の符号を付して重複する説明を省略する。
まず、本発明の好ましいフラットケーブルについて図１に基づいて説明する。
図１は、本発明のフラットケーブルの１つの好ましい実施態様（芯材２本のもの）を示す断面図である。図中、１は芯材、２はポリカーボネートフィルム、点線はポリカーボネートフィルム２が融着していることを示す。
図１に示すように、本発明は、導体、電線または光ファイバなどの複数本の芯材１を並列に配置し、芯材１を一対のポリカーボネートフィルム２で挟んだ構成を有するフラットケーブルであって、接着層を用いずに熱融着させ、一体化させてなるフラットケーブルである。

本発明において、難燃性能と耐熱性に優れたポリカーボネート（以下ＰＣという。）をフィルム状に加工したもの（以下ＰＣフィルムという。）を用いる。前記ＰＣフィルムの厚さは特に制限はないが、３０〜２００μｍが好ましい。ＰＣを主成分とするが、副成分として、後述する無機フィラーとしての無機粉末や、ＰＣフィルム中０〜５０質量％のＰＥＴやポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）等をＰＣフィルムの特性を損なわない範囲で含有させてもよい。
本発明のフラットケーブルは、後述するように複数本の芯材をＰＣフィルムで挟み、熱ラミネート加工してフィルム同士を融着させることで製造することができる。融着温度はＰＣのガラス転移点である１４５〜１５０℃より１０℃以上高い温度とするのが好ましく、１０〜３０℃高い温度とするのがより好ましい。例えば、１５５〜１８０℃で融着させることが好ましい。前記融着は後述する熱ロールにより行なわれるのが好ましい。前記融着温度は熱ロールの表面温度に対応し、融着時間は、熱ロールの回転速度で制御させる。

前記ＰＣフィルムに予め無機フィラーとしての無機粉末を含有させることにより、フィルム表面に露出した無機フィラーが融着時に相対するフィルムに突き刺さり、アンカー効果を発揮することで融着強度が増加することができ、さらには耐屈曲性や耐折り曲げ加工性を向上させることもできる。
前記無機粉末としては、０．５〜５０μｍの平均粒径を有することが好ましく、１〜５μｍがより好ましい。前記無機粉末は前記ＰＣフィルム中に０．５〜１０質量％含有することが好ましく、１〜５質量％含有するのがより好ましい。
前記無機粉末としては、珪藻土、タルク、炭酸カルシウムおよびクレーからなる群の少なくとも１種であることが好ましく、より好ましくは、珪藻土又はタルクである。
前記芯材としては、任意の材質のものであってよいし、任意の断面の形状を有するものであってよく、例えば、丸断面導体等任意の導体、被覆電線等任意の電線または任意の光ファイバ等が挙げられる。芯材の本数は特に制限はないが２〜３０本が好ましい。芯材の厚さは特に制限はないが２５〜２５０μｍが好ましい。芯材の幅も特に制限はないが０．５〜１５ｍｍが好ましい。芯材同士の間隔も絶縁が保たれる限り特に制限はないが０．５〜５ｍｍが好ましい。
本明細書において、ケーブル又は芯材の「幅」方向とは、ケーブル又は芯材の長さ方向と直交する面内における、芯材が並ぶ方向を表し、「厚さ」方向とはケーブル又は芯材の長さ方向と直交する面内における、幅方向と直交する方向を表す。

また、融着前に、前記芯材の表面に接着剤又は粘着剤を塗布しておき、熱ラミネート時にフィルムと芯材の間を強固に密着させることでフラットケーブルの耐屈曲性や耐折曲加工性を向上させることが可能である。前記接着剤又は前記粘着剤の具体例としては、エポキシ系接着剤、シラン系カップリング剤、チオール系カップリング剤、ブチル化メラミン樹脂等が挙げられ、好ましくはエポキシ系接着剤又はシラン系カップリング剤である。前記接着剤等の芯材表面への塗布量は特に制限はないが、なるべく均一に０．１〜１００μｍ厚が好ましい。
フラットケーブルの幅は特に制限はないが、２〜１００ｍｍ好ましく、その幅は前記ＰＣフィルムの幅に対応する。

次に、本発明のフラットケーブルの製造方法の１例を、図２を参照して説明する。
図２は、本発明のフラットケーブルを製造するための熱ラミネート加工時の説明図である。図中、１は芯材、２はＰＣフィルム、３は熱ロール、４はロール状に巻かれたＰＣフィルム（以下ＰＣフィルムボビンという。）であり、ＰＣフィルム２はＰＣフィルムボビン４から供給される。
形成すべきフラットケーブルの幅方向に互いに所定間隔離した複数本ある芯材１は、図２に示したように、一対の熱ロール３へと案内され、この熱ロール３により、前記芯材１を、前記芯材１の上下方向（それぞれ、矢印ｈ、ｉ)から供給されるＰＣフィルム２にて挟み、芯材１を挟んだ状態で向かい合うＰＣフィルム２同士を熱融着し、一体化させることにより本発明のフラットケーブルを製造することができる。
このとき、図中の矢印ｊで示す長さ方向に進ませるライン速度、すなわち製造速度は特に制限はないが、0.4〜５ｍ/分が好ましく、より好ましくは１〜３ｍ/分である。この製造速度は、熱ロール３の回転速度により制御される。また、一対の熱ロール３により芯材１とＰＣフィルム２とを挟み込む面圧は特に制限はない。
熱ロール３は、６インチ等任意の直径でよく、シリコンゴム等任意の材料で被覆されていてよい。
本発明のフラットケーブルの製造方法の別の態様を図３に基づいて説明する。
図３は本発明のフラットケーブルのもう１つの実施態様を示す断面図である。図中、５は芯材と芯材の隙間部分、６はフラットケーブルの幅方向の両端部分を示す。
本発明のフラットケーブルは、上述の熱ラミネート加工の代わりに超音波ホーン等を用
いた任意の超音波熱融着により製造することもできる。すなわち、図３に示したように、ＰＣフィルムの芯材と芯材の隙間部分５と両端部分６をケーブル長さ方向に連続的に超音波ホーンを当てて融着して、フラットケーブルを製造することができる。

以下、実施例に基づき本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらにより限定されるものではない。
まず、下記表１〜３に示した各種試験方法について説明する。
[耐屈曲性］
常温（２５℃）にて屈曲半径１０ｍｍに曲げたり真っ直ぐに伸ばしたりを繰り返し、フラットケーブル内の芯材が破断するまでの回数であり、数字が大きいほど優れていることになる。
[剥離強度]
フィルム同士の剥離強度は、Ｔ型剥離試験（剥離速度５０ｍｍ／分）により接着力を測定した。
フィルムと芯材の剥離強度は、１８０度剥離試験（剥離速度５０ｍｍ／分）により接着力を測定した。
[難燃性]
難燃性については、ＩＳＯ６７２２で規定する４５度傾斜燃焼試験を行なった。７０秒以内で自己消化した場合を合格とし、７０秒以上延焼した場合と全焼した場合を不合格とした。

参考例１
５０μｍ厚のフィルム状に成型された帝人化成株式会社製パンライトＰＣ−２８５６（融点約２５０℃、ガラス転移点約１４５℃）を毎分２ｍの製造速度、熱ロール４表面温度１６０℃という条件で直径６インチのシリコンゴム被覆した熱ロール機に通したところ、フィルム同士は６Ｎ／ｃｍという大きな融着強度を示した。また上記フィルムを住友ダウ株式会社製のシリコーン系難燃ポリカーボネート（ＳＤＰＯＬＹＣＡ）を５０μｍ厚フィルムに加工したものに置き換えても同様であった。
実施例１
参考例１で用いた一対のフィルム間に厚さ１００μｍ、幅１．５ｍｍの平角導体を幅方向に複数本並べてはさみ込み、同様な条件の１６０℃で熱ラミネート加工したところ、ハロゲンなどの環境負荷物質を全く含まないのにＩＳＯ６７２２の４５度傾斜燃焼試験に合格するほどに高い難燃性能を有するフラットケーブルを形成することが出来た。また、このフラットケーブルを１３０℃で１万時間加熱をしてもフィルムの柔軟性は十分残されており、実用上全く不具合は生じなかった。

実施例２〜７
実施例２において熱ロール表面温度を１７５℃まで上げたところ、フィルム同士は剥離できず材料破壊するほど強固に融着していた。この条件を使っても同様にフラットケーブルを製造することが可能だった。なお、実施例２〜４において、熱ロール表面温度を１５５〜１８０℃、ＰＣフィルム厚を３０〜２００μｍ、導体厚を２５〜２５０μｍの範囲で変更して試験したところ、いずれの場合もフラットケーブルを形成することが可能であった。また、実施例５〜７において、芯材を被覆電線や丸断面導体、光ファイバーに置き換えても全く問題なかった。

実施例８
実施例１で用いた一対のフィルムと導体について、熱ラミネート加工の代わりに超音波融着を実施した。導体と導体の隙間部分と、両端部分のフィルムを長さ方向に連続的に超音波ホーンを当てて融着したところ、フラットケーブルを形成できた。
参考例２
平均粒径５μｍの珪藻土の微粉末を３質量％添加したＰＣで５０μｍ厚のフィルムを作製した。参考例１の条件で融着したところ、フィルム同士の剥離強度は１０Ｎ／ｃｍまで向上した。

実施例９〜１４
参考例２で用いた一対のフィルムを使ってフラットケーブルを構成すると、フィルム同士の融着強度が上がるため、実施例１の場合より耐屈曲性能が向上した。なお、実施例９〜１４において、珪藻土を炭酸カルシウム、タルク、クレーに置き換えたり、平均粒径を１〜５０μｍの範囲で変更したり、添加量を０．５〜１０質量％の範囲で変更して試験しても同様な効果が得られた。

実施例１５〜２０
実施例１５において、実施例６の導体表面に２液混合型エポキシ系接着剤を塗布して同様にＰＣフィルムと共にフラットケーブルを構成した。その結果、耐屈曲性が更に向上した。またフラットケーブルを急激に折り曲げても被覆の裂け、導体露出は全く現れなくなった。実施例１６〜２０において、接着剤としてアクリル系接着剤、α−シアノアクリレート系接着剤、ブチル化メラミン樹脂、シラン系カップリング剤、チオール系カップリング剤などを用いても同様な効果が得られた。

比較例１
５０μｍ厚ＰＥＴフィルムに臭素系難燃剤と三酸化アンチモンを添加した接着剤を４０μｍ塗布したラミネートフィルムを構成して、１５０μｍ厚導体を挟んで熱ラミネート加工を行った。屈曲性の高いフラットケーブルを製造することが出来たが、耐熱性能がやや低く、１２０℃で１万時間加熱しても柔軟性は失われないものの、１３０℃で１万時間の場合は曲げ半径３ｍｍで曲げると被覆にクラックが生じて電気絶縁性能を失ってしまった。また高価格であること、環境負荷物質を多量に含むことが問題として挙げられる。

比較例２〜４
参考例１で用いた一対のＰＣフィルムの代わりに５０μｍ厚の二軸延伸加工を行ったＰＥＴフィルムを用いた。熱ロールの表面温度を、ＰＥＴフィルムのガラス転移点より高い９０℃（比較例２）から、熱ロールに巻いたシリコンゴムの耐熱温度である２００℃（比較例３）の範囲まで変更して試験したが、いずれも簡単に剥がれる程度にしかフィルムは融着しなかった。また、比較例４では、ＰＥＴフィルムで実施例１と同様に導体を挟み込んだフラットケーブルを作製し難燃性能を評価したところ、ＩＳＯ６７２２の４５度傾斜燃焼試験で全焼し不合格であった。

比較例５
比較例１のＰＥＴフィルムの代わりに５０μｍ厚の非常に難燃性能が高いＰＰＳフィルムを用いた。熱ロールの表面温度をＰＰＳの融点に近い２７０℃まで上げても十分な融着強度は得られず、手で簡単に剥がれる程度であった。
上記参考例１〜２、実施例１〜２０、比較例１〜５の構成、及びそれらの試験結果を下記表に示す。なお、表中、「材破」は、強固に融着し、剥離強度試験において材料が破壊したことを示す。「−」は使用せず、又は試験せずを示し、「ＮＧ」は不合格を示す。

図１は、本発明のフラットケーブルの１つの好ましい実施態様を示す断面図である。図２は、本発明のフラットケーブルを製造するための熱ラミネート加工の説明図である。図３は、本発明のフラットケーブルのもう１つの実施態様を示す断面図である。図４は、従来のフラットケーブルの一例の断面図である。

符号の説明

１芯材
２ポリカーボネートフィルム

Claims

複数本の芯材を並列に配置し、一対のフィルムにより挟んで一体化してなるフラットケーブルであって、前記フィルムがポリカーボネートを主成分とし、前記フィルムを、そのガラス転移点より高温で熱融着させてなることを特徴とするフラットケーブル。
前記フィルムを、そのガラス転移点より１０℃以上高い温度で融着させること特徴とする請求項１に記載のフラットケーブル。
前記ポリカーボネートフィルムが平均粒径０．５〜５０μｍの無機粉末を０．５〜１０質量％含有したことを特徴とする請求項１又は２に記載のフラットケーブル。
前記無機粉末が、珪藻土、タルク、炭酸カルシウムおよびクレーからなる群の少なくとも１種であることを特徴とする請求項３に記載のフラットケーブル。
前記芯材が、導体、電線及び光ファイバーからなる群の少なくとも１種からなり、さらにその芯材表面にエポキシ系接着剤、シラン系カップリング剤、チオール系カップリング剤、及びブチル化メラミン樹脂からなる群の少なくとも１種を塗布したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のフラットケーブル。