JP2009043429A - ケーブル類の接合方法およびケーブル類を接合した電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】外表面がポリウレタン等の熱可塑性エラストマからなるケーブルを、近接スイッチの樹脂製ケースやコネクタ等の樹脂製部品に簡易に、しかも強固に接合することができ、ケーブル抜け防止視、シール性を確保することのできるケーブル類の接合方法を提供する。
【解決手段】外表面が熱可塑性エラストマにて形成されたケーブル類の上記外表面に接合させて樹脂製部品を成形するに際して、前記ケーブル類の外表面を改質処理してその表面性状を変化させた後、該ケーブル類の外表面を包囲して前記樹脂製部品を成形することで前記樹脂製部品との間の接着性を高めてその界面破壊を防止し、前記ケーブル類と前記樹脂製部品とを一体に接合して抜け止め固定する。
【選択図】図３

Description

本発明は、外表面が熱可塑性エラストマにて形成されたケーブル類と該ケーブル類に接続される電子機器のケースやコネクタ等との連結に用いられる樹脂製部品を、前記ケーブル類の外表面に接合して一体化するに好適なケーブル類の接合方法およびこの接合方法を用いてケーブル類を接合した電子機器に関する。

光センサや磁気センサに代表される近接スイッチ（電子機器）にケーブルを接続する場合、その電子機器本体を収納したケースと前記ケーブルとの間の接合部における気密性または液密性（以下、シール性という）を確保すると共に、上記接合部における接合強度を十分に高くしてケーブルを抜け止め固定することが重要である。このような要求に応えるべく、前記ケースにおけるケーブル引き出し部に予め一体成形して設けた突出片を前記ケーブルの外周（外被）に喰い込ませ、その周囲を保持リングにて固定することが提唱されている（例えば特許文献１を参照）。

一方、硬質樹脂製の一次成形体の表面に熱可塑性エラストマ製の二次成形体を融着する場合、上記一次成形体におけるエラストマを融着させる部分の表面にシボ加工を施して凹凸を設け（表面を荒らす）、これによってその融着面積を拡げて一次形成体と二次成形体との接合強度を高めることも提唱されている（例えば非特許文献１を参照）。
特開２００４−９５８４８号公報 産業調査会辞典出版センター、２００２年４月２７日発行「射出成形辞典」第６２８頁

ところで電気製品一般について、それが用済み廃棄されたときに自然環境に与える悪影響を減らすべく、ハロゲンを含む材料の使用量を極力減らすべきであるという社会的な要請がある。また金属加工用クーラントの使用環境下で用いられる近接スイッチ等においては、該近接スイッチの外囲器をなす樹脂製ケースのみならず、前記近接スイッチに接合されるケーブルについても耐クーラント性が要求される。このような理由から近接スイッチへの電力供給や電気信号授受を行うための電線として、従来一般的な塩化ビニル（ＰＶＣ）被覆ケーブルに代えて、その外表面をポリウレタン（ＰＵＲ）等の熱可塑性エラストマにて被覆したケーブルを用いることが種々試みられている。

しかしながら外表面が熱可塑性エラストマにて形成されたケーブル類の端部（一次側）に接続した近接スイッチのケースを樹脂成形（二次側）してもその接合強度（接着強度）が弱く、いわゆるケーブル抜けが生じ易くなったり、接合部が剥離してその内部に水や油が進入し易くなると言う問題がある。即ち、ポリウレタン被覆ケーブルの端部に近接スイッチのケース（樹脂製部品）を成形する場合には、一般的にその接合性を確保するべく上記ケース（樹脂製部品）の素材として前記ケーブルの外表面と同じ材料を用いるが、それでもケーブル抜けが生じ易なったり、接合部が剥離してその内部に水や油が進入し易くなると言う問題がある。

この点、前述した非特許文献１に示されるように、エラストマ（ポリウレタン）に対する融着部分となる樹脂製部品（本体ケース）の表面を予めシボ加工しておく（荒らしておく）ことが考えられる。しかし上記樹脂製部品はポリウレタン被覆ケーブル（熱可塑性エラストマ製の外表面を有するケーブル類）の端部（一次側）に成形される二次側部品なので、非特許文献１に示される手法を適用することができないと言う問題がある。つまり樹脂製部品はケーブル類（一次側）の端部に射出成形される二次側部品なので、予めこの樹脂製部品（二次側）の表面をシボ加工しておくことができないと言う問題がある。

本発明はこのような不具合を考慮してなされたもので、その目的は、外表面がポリウレタン等の熱可塑性エラストマからなるケーブル類を一次側として、その外表面に、例えば近接スイッチのケースやコネクタ等の二次側樹脂製部品を簡易に、しかも強固に接合して成形することができ、従来問題となっていたケーブル抜けや接合部の剥離を確実に防止することのできるケーブル類の接合方法を提供することにある。

また本発明の別の目的は、上記接合方法を用いてケーブル類の端部に、電子機器本体を収納する本体ケース等の樹脂製部品を接合形成した構造のケーブル類を接合した電子機器を提供することにある。

本発明に係るケーブル類の接合方法は、外表面が熱可塑性エラストマ（例えばポリウレタン系エラストマ、ポリエステル系エラストマやポリオレフィン系エラストマ）製のケーブル類の外表面に接合させて樹脂製部品を成形するに際し、
前記ケーブル類の外表面を改質処理してその表面性状を変化させた後、該ケーブル類の外表面を包囲して樹脂製部品を成形して、例えば前記ケーブル類の外表面を覆って樹脂製部品を射出成形し、これによって前記ケーブル類と樹脂製部品とを一体に接合して抜け止め固定すると共に、そのシール性を確保することを特徴としている。

ちなみに前記ケーブル類は、芯線をなす導体の周面を絶縁材にて被覆した絶縁被覆ケーブル、複数本の絶縁被覆ケーブルを束ねてその周囲を絶縁材にて覆った多芯ケーブル、コア体の周面をクラッド層にて被覆した光ファイバ、または中空構造のチューブからなる。また前記ケーブル類の外表面の改質処理は、前記樹脂製部品の成形後における該樹脂製部品と前記ケーブルとの接合面の界面破壊を防止するべく、例えば加熱処理、放電処理、プラズマ処理、化学処理または機械処理によって行われる。

また本発明に係るケーブル類を接合した電子機器は、外表面が熱可塑性エラストマ製のケーブル類の端部にセンサ等の電子機器を接合したものであって、前記電子機器の樹脂製ケース、またはこの樹脂製ケースと前記ケーブル類の外表面とを一体に連結する樹脂製部品を、上述した接合方法を用いて前記ケーブル類の外表面に成形したことを特徴としている。

本発明においてはケーブル類の外表面に接合させて、例えば射出成形処理によって樹脂製部品を成形するに先立ち、前記ケーブル類の熱可塑性エラストマからなる外表面を改質処理してその表面性状を変化させ、これによって熱可塑性エラストマからなるケーブル被覆の外表面に形成されたスキン層を破壊し、またはその表面層のタルク成分を除去し、或いは熱可塑性エラストマからなるケーブル被覆の外表面における分子構造自体を変化させて反応基を生成・増加させる。その後、該ケーブル類の外表面を包囲して前記樹脂製部品を成形するので、該樹脂製部品とケーブル類の外表面との間の接着性を向上させ、そのシール性を高めることができる。特に予めケーブル類の熱可塑性エラストマからなる外表面を改質処理し、その表面性状を変化させるだけで、ケーブル類の外表面に接合させて成形した樹脂製部品からのケーブル抜けを効果的に防止することが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態に係るケーブル類の接合方法およびケーブル類を接合した電子機器について、外表面が熱可塑性エラストマ製のケーブル類、具体的にはポリウレタン被覆ケーブルの外表面に接合させて近接スイッチの樹脂製ケース（樹脂製部品）を成形する場合を例に説明する。
図１は近接スイッチ１０のケース１１と、該近接スイッチ１０に接続されたケーブル２０との接合構造を示す要部断面構造図である。この近接スイッチ１０は、例えば磁気コイルの共振を利用した高周波発振型のものであって、図中１２はその駆動回路を搭載した回路基板である。またケーブル２０は、導体である芯線２１を絶縁性の被覆材２２にてそれぞれ被覆した２本の被覆導体線２３を更に外被絶縁体２４にて被覆した２芯型のものからなり、前記芯線２１の端部を前記回路基板１２に接続することで前記近接スイッチ１０と外部機器（図示せず）との電気的接続に用いられる。特にこのケーブル２０は、その外表面を形成する前記外被絶縁体２４として耐クーラント性の高い、例えばポリウレタン（熱可塑性エラストマ）を用いたものからなる。

このケーブル２０の前記回路基板１２への電気的接続は、先ずケーブル２０の端部側に該ケーブル２０の周囲を覆ってケーブル保持部品２５を射出成形し、更にこのケーブル保持部品２５の端部に前記ケーブル２０の周囲を覆って中間部材２６を射出成形する。この状態において前記ケーブル２０の端部の外被絶縁体２４を所定長さに亘って切除し、これによって剥き出しにした２本の被覆導体線２３の端部の被覆材２２をそれぞれ切除することで２本の芯線２１を前記回路基板１２との半田付けに要する長さだけ露出させて行われる。

一方、図示しないセンサ部（磁気コイル）と共に回路基板１２を収納する前記ケース１１の主体部をなす金属製の円筒体１４には、その開口端部に筒状の受け部材１６を圧入して固定する。そしてこの受け部材１６の開口部に前述した２本の芯線２１を通し、前述した中間部材２６を上記受け部材１６の開口部を閉塞して嵌め込む。この状態で前記芯線２１を回路基板１２に半田付けして電気的な接続を行う。その後、前記円筒体１４内にエポキシ樹脂１０５を充填することで該円筒体１４に前記受け部材１６および前記中間部材２６をそれぞれ接合一体化する。

ちなみに前記円筒体１４の開口端部からの前記ケーブル２０の引き出し部分を覆うケーブル保持部品２５は、該ケーブル２０の、いわゆる根元部での曲率の小さい不本意な折れ曲がりを防止することで前記芯線２１の断線を未然に防ぐためのものである。特にこのケーブル保持部品２５は、前記ケーブル２０の外表面との密着性を高くしてその間のシール性を確保すると共に、前記ケーブル２０の外表面に強く接着（接合）してケーブル抜けを防止するべく、例えば前記ケーブル２０の外表面をなす外被絶縁体２４の形成材料と同一材料、具体的にはポリウレタン（熱可塑性エラストマ）を用いて成型される。このケーブル保持部品２５の成形は、ケーブル２０の端部を挟み込む金型を用いてケーブル２０の周囲に樹脂材を射出することにより行われる。

また上述した如くケーブル２０の先端部に射出成形したケーブル保持部品２５の先端部に設けられた中間部材２６は、前述した金属製の円筒体１４内に充填されて前記回路基板１２を埋め込む絶縁性のエポキシ樹脂１５と前記ケーブル保持部品２５との接着性を確保するためのものであって、ケーブル保持部品２５および上記エポキシ樹脂１５のそれぞれに対して近い値の溶解度パラメータ（ＳＰ値）を有する樹脂製のものからなる。具体的には上記中間部材２６は、ポリウレタン製のケーブル保持部品２５および上記エポキシ樹脂１５のそれぞれに対して接着性の高いポリブチレンテフタレート（ＰＢＴ）製のものからなる。

一方、前記円筒体１４の開口端部に設けられて前記ケーブル保持部品２５および中間部材２６を支持する受け部材１６は、前記円筒体１４の開口端部を閉塞する役割も担っている。具体的にはこの受け部材１６は、その筒部の内側に前記ケーブル保持部品２５の端部および中間部材２６を嵌合して接合一体化することで前記円筒体１４の開口端部を閉塞し、同時に前記ケーブル保持部品２５を保持する役割を担う。この受け部材１６もまた上記エポキシ樹脂１５との接着性を確保するべく、エポキシ樹脂１５に対して近い値の溶解度パラメータ（ＳＰ値）を有する樹脂製のものからなる。具体的にはこの受け部材１６は、上記エポキシ樹脂１５に対して接着性の高いポリアミド（ＰＡ）製のものである。

基本的にはこのような接合構造を形成してケーブル２０と近接スイッチ１０とを接合するに際して、本発明に係るケーブル類の接合方法は、その接合に先立って図２にその概念を示すように前記ケーブル類の外表面を改質処理することを特徴としている。具体的にはケーブル２０の外表面の前述したケーブル保持部品２５および中間部材２６がそれぞれ接合される領域Ａを改質処理し、これによってポリウレタン等の熱可塑性エラストマからなるケーブル被覆（被覆材２２および外被絶縁体２３）の外表面に形成されたスキン層を破壊し、またはその表面層のタルク成分を除去して、或いは熱可塑性エラストマからなるケーブル被覆の外表面における分子構造自体を変化させて反応基を生成・増加させることを特徴としている。尚、ここで「スキン層」というのは、ケーブル製造工程において溶融した熱可塑性エラストマがケーブルの被覆材の形状に固化するときに、その表面が最先に冷却されることによって表面に形成されると考えられる極く薄い層のことである。

この「スキン層」は直接的な観察によっては確認されていないが、次の実験によってその存在が確認されている。即ち、熱可塑性エラストマからなる被覆材の端部を一次側としてその周囲に硬質樹脂を二次成形した試料について引っ張り試験を行ったところ、被覆材の外周表面においては両樹脂の界面での剥離（界面破壊）が発生したが、被覆材端面（切断面）においては被覆材の内部で破壊（基材破壊）が発生し両樹脂の界面における剥離（界面破壊）は生じなかった。尚、この実験において、被覆材端面は十分な平滑さを呈するように注意深く切断されており、端面の凹凸による投錨効果によって両樹脂の界面の接着強度が保たれたものとは考えられない。このことから見て、一次側の被覆材の表面に両樹脂の接着を阻害する「スキン層」が存在するものと考えられる。

さてケーブル類の外表面の改質処理は、例えば図３に示すような金属製の加熱ブロック体（治具）３０に前記ケーブル２０の外径に相当するＵ字状の溝３１を設けておき、上記加熱ブロック体３０を加熱しておく。そしてケーブル２０を上記Ｕ字状の溝３１に嵌め込み、この状態でケーブル２０を回転させながら該ケーブル２０の外表面を加熱処理することにより実行される。このような加熱処理を施したケーブル２０の外表面については、処理前のケーブル２０の外表面に比較してその光沢が損なわれることから視認可能である。

そして上述した熱処理（改質処理）を施したケーブル２０の外表面にケーブル保持部品２５および中間部材２６を接合形成して製作した図１に示す接合構造の１０本のケーブル付き近接スイッチと、熱処理（改質処理）を施さずにケーブル２０の外表面にそのままケーブル保持部品２５および中間部材２６を接合形成して製作した同じ接合構造のケーブル付き近接スイッチについて、それぞれ約５０Ｎ（ニュートン）の荷重を加えて引っ張り試験や曲げ試験を行ったところ、本発明を適用して改質処理を施したものについては接合部の剥離が発生せず、これに対して改質処理を施さないものについては接合部の剥離が発生した。

またケーブル抜けが生じたケーブル２０の外表面を電子顕微鏡を用いてそのＳＥＭ像から観察したところ、改質処理を施さないケーブル２０を用いたものにおいては基材破壊が生じており、これに対して改質処理を施したケーブル２０を用いたものにおいては材料破壊が生じていることが確認できた。このことから前述した熱処理（改質処理）によって、ケーブル２０のポリウレタンからなる外被絶縁体２４の外表面に形成されたスキン層が破壊されている、またはその表面層のタルク成分が除去されている、或いはその分子構造自体が変化した反応基が生成・増加しているものと推察される。そしてこの外被絶縁体２４の外表面の改質により、その表面に接合形成されるケーブル保持部品２５との間での接着性が高まって該外被絶縁体２４（ケーブル２０）の外表面とケーブル保持部品２５とが強固に接合一体化しており、またその間のシール性も十分に高くなったと推定される。尚、上述した表面改質処理による表面の変化は、樹脂同士の接着面積を増大させるほどのものではなく、投錨効果による接着強度の増加はほとんど期待できない。少なくとも投錨効果が接着強度を増加させる主要因ではない。

尚、ここではケーブル２０の外表面にケーブル保持部品２５を樹脂成形により接合する場合を例に説明したが、その外表面がポリウレタン等の熱可塑性エラストマによって形成されている光ファイバやチューブの外表面にコネクタ部材等を接合形成する場合にも同様に適用することができる。またポリウレタン系エラストマのみならずポリオレフェン系エラストマやポリエステルにて外表面が形成されている部品に樹脂材をポッティングする場合にも同様に適用することができる。

また熱可塑性エラストマの外表面に対する改質処理の代表例として加熱処理について説明したが、コロナ放電やプラズマ加工、更にはアセトン等を用いた化学処理やその表面を薄く削り取る機械処理等を施すことによって、熱可塑性エラストマの外表面に形成する樹脂部品との接着性を高めることも可能である。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

本発明が適用される近接スイッチと該近接スイッチに接続されたケーブルとの接合構造を示す要部断面構造図。 本発明に係るケーブル類の接合方法を説明するための、ケーブル外表面への樹脂部品の接合形成に先立って実行される上記ケーブル表面の改質処理の概念を示す図。 改質処理の一例である加熱処理に用いる加熱ブロック体（治具）と、加熱処理の形態を示す図。

符号の説明

１０ 近接スイッチ
１１ ケース
１４ 金属製の円筒体
１５ エポキシ樹脂
１６ 受け部材
２０ ケーブル
２２ 被覆材
２３ 被覆導体線
２４ 外被絶縁体（ポリウレタン）
２５ ケーブル保持部品（ポリウレタン）
２６ 中間部材（ポリブチレンテフタレート）
３０ 加熱ブロック体（治具）

Claims (7)

1. 外表面が熱可塑性エラストマにて形成されたケーブル類の上記外表面に接合させて樹脂製部品を成形するに際し、
   前記ケーブル類の外表面を改質処理してその表面性状を変化させた後、該ケーブル類の外表面を包囲して前記樹脂製部品を成形し、前記ケーブル類と前記樹脂製部品とを一体に接合することを特徴とするケーブル類の接合方法。
2. 前記ケーブル類の外表面の改質処理は、加熱処理、放電処理、プラズマ処理、化学処理または機械処理であって、前記樹脂製部品の成形後における該樹脂製部品と前記ケーブルの外表面との接合面の界面破壊を防止するものである請求項１に記載のケーブル類の接合方法。
3. 前記ケーブル類は、芯線をなす導体の周面を絶縁材にて被覆した絶縁被覆ケーブル、コア体の周面をクラッド層にて被覆した光ファイバ、または中空構造のチューブである請求項１に記載のケーブル類の接合方法。
4. 前記熱可塑性エラストマは、ポリウレタン系、ポリエステル系またはポリオレフィン系のものである請求項１に記載のケーブル類の接合方法。
5. 前記樹脂製部品は、前記ケーブル類の外表面を覆って射出成形され、前記ケーブル類の端部に接続された電子機器と前記ケーブル類の外表面とを連結して一体化するものである請求項１に記載のケーブル類の接合方法。
6. 外表面が熱可塑性エラストマにて形成されたケーブル類を接続した電子機器であって、
   前記電子機器の樹脂製ケース、またはこの樹脂製ケースと前記ケーブル類の外表面とを一体に連結する樹脂製部品を、請求項１に記載の接合方法を用いて前記ケーブル類の外表面に成形したことを特徴とするケーブル類を接合した電子機器。
7. 前記電子機器は、センサヘッドである請求項６に記載のケーブル類を接合した電子機器。

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