JP2011028952A - フラットケーブルハーネス - Google Patents

Abstract

【課題】断線保護機能の維持と横糸除去処理簡素化とを両立させたフラットケーブルハーネスを提供する。
【解決手段】複数の電線２がフラット状に並べられ、これら電線２を縦糸とし樹脂繊維糸３を横糸として織り込まれたフラットケーブルハーネス１において、電線２の長手方向に樹脂繊維糸３の織り込みピッチが広い粗部４と樹脂繊維糸３の織り込みピッチが狭い密部５とが形成された。
【選択図】図１

Description

本発明は、断線保護機能の維持と横糸除去処理簡素化とを両立させたフラットケーブルハーネスに関する。

携帯電話機、ノートパソコン、薄型液晶テレビ、ＰＤＡ（携帯情報端末）、カメラ、プリンタ等の電子機器において折り畳み自在構造（開閉式）になっている本体と液晶ディスプレイ表示部との間をつなぐ信号伝送用配線材には、従来、ＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）が使われている。ＦＰＣは、可撓性があるため開閉に耐えられると共に、フィルムで構成されているので、フラット状であり、薄型化された電子機器の内部に配置するには好適である。

しかし、近年の電子機器には、その電子機器の一部と他の一部とが回動式、捻回式、スライド式になっており、かつ防水構造のものがある。また、近年の電子機器は、さらなる薄型化が急速に進められている。

これら回動、捻回、スライドを行う可動部に適用されるケーブルハーネスとして、複数の細径化された電線をフラット状に並べ電線を縦糸としてポリエステル製横糸を織り込んだものが特許文献１に、複数の細径化された電線に横糸を織り込んで丸形状に束ねたものが特許文献２に記載されている。

図９に、従来のフラットケーブルハーネス９１を示す。フラットケーブルハーネス９１は、複数の電線９２をフラット状に並べ電線９２を縦糸としポリエステル糸９３を横糸をとして織り込んだものである。フラットケーブルハーネス９１の両端末には、コネクタ９４が取り付けられる。

特開２００１−１０１９３４号公報 特開２００５−１４１９２３号公報

ＦＰＣは、小さい曲げ半径での単純曲げには弱いため、大きな曲げ半径を作って曲げる必要がある。このため、薄型化される電子機器には適用できない。また、ＦＰＣは、フィルムで構成されているため、丸めてヒンジ内に通すことが不可能であり、捻回部に使用されるとフィルム上の配線回路にダメージが生じる。また、ＦＰＣは、捻回した状態では、電気特性が不安定であり、ＥＭＩ（不要輻射）特性が劣化する。よって、ＦＰＣは、多様な可動部を設けて高機能化、多機能化する電子機器の可動部には適切でない。

特許文献１，２のケーブルハーネスを可動部で使用する場合、このケーブルハーネスが内蔵される電子機器とケーブルハーネス中の電線とが回動、捻回、スライドによって擦れて電線が断線しないよう保護するために、横糸の織り込みピッチを密にする必要がある。

しかし、ケーブルハーネスの両端それぞれにコネクタを接続するために、ケーブルハーネスの端末から所定長さまでの横糸を除去して電線を露出させる際、横糸の織り込みピッチが密であると、除去するべき横糸の量が多く、横糸除去処理に手間がかかる。この横糸除去処理の手間を減らすために横糸の織り込みピッチを粗にすると、前述した電線を断線から保護する機能が不十分になってしまう。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、断線保護機能の維持と横糸除去処理簡素化とを両立させたフラットケーブルハーネスを提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、複数の電線がフラット状に並べられ、これら電線を縦糸とし樹脂繊維糸を横糸として織り込まれたフラットケーブルハーネスにおいて、前記電線の長手方向に前記樹脂繊維糸の織り込みピッチが広い粗部と前記樹脂繊維糸の織り込みピッチが狭い密部とが形成されたものである。

前記複数の電線中に、同軸線、絶縁ワイヤ、４心対角同軸線のいずれかが含まれてもよい。

前記樹脂繊維糸に金属めっきが施されてもよい。

本発明によれば、断線保護機能の維持と横糸除去処理簡素化とを両立させることができる。

本発明の一実施形態を示すフラットケーブルハーネスの上面図である。 図１のフラットケーブルハーネスの横断面図である。 本発明のフラットケーブルハーネスの電線に用いられる同軸線の横断面図である。 本発明のフラットケーブルハーネスの電線に用いられる絶縁ワイヤの横断面図である。 本発明のフラットケーブルハーネスの電線に用いられる４心対角同軸線の横断面図である。 屈曲試験を説明する図である。 捻回試験を説明する図である。 スライド試験を説明する図である。 従来のフラットケーブルハーネスの上面図である。

以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１及び図２に示されるように、本発明に係るフラットケーブルハーネス１は、複数の電線２がフラット状に並べられ、これら電線２を縦糸とし樹脂繊維糸３を横糸として織り込まれたフラットケーブルハーネス１において、電線２の長手方向に樹脂繊維糸３の織り込みピッチが広い粗部４と樹脂繊維糸３の織り込みピッチが狭い密部５とが形成されたものである。フラットケーブルハーネス１の両端末では、各電線２が端末処理されてコネクタ６に接続されている。

電線２には、図３に示した同軸線３１、図４に示した絶縁ワイヤ４１、図５に示した４心対角同軸線５１などを用いることができる。

図３に示されるように、同軸線３１は、複数の導体素線を撚ってなる内部導体３２と、内部導体３２を覆う内部絶縁体３３と、内部絶縁体３３の外周に設けられた外部導体（シールド）３４と、外部導体３４を覆う外部絶縁体３５とからなる。

図４に示されるように、絶縁ワイヤ４１は、複数の導体素線を撚ってなる導体４２と、導体４２を覆う絶縁体４３とからなる。

図５に示されるように、４心対角同軸線５１であるＬＶＤＳ用４心対角同軸線（Quad-X）５１は、複数の導体素線を撚ってなる内部導体５２を絶縁体５３で覆った４本の絶縁ワイヤ５４が対角に並べられ、その外周に内部ジャケット５５、外部導体５６、外部ジャケット５７が順に設けられたものである。

電線２の外径は、電子機器の薄型化に対応すること、電線２をヒンジ部に通すことを考慮すると、０．５ｍｍ以下が望ましい。

電線２の本数は、一般的な携帯電話機の場合、同軸線３１なら２０〜７０本、４心対角同軸線５１なら５〜１８本程度であるが、本発明は電線２の本数を限定しない。ここでは、１０本の絶縁ワイヤ４１が電線２として平行に並べられている。

図１及び図２に示されるように、樹脂繊維糸３は、電線２がフラット状に並べられた電線群の並び順１番目の電線２の上から２番目の電線２の下に入り、２番目の電線２の下から３番目の電線２の上に出るというように、電線２の１本ごとに交互に上下して交差している。樹脂繊維糸３は、電線群の並び順１番目から１０番目の電線２まで電線２と直角な方向に進み、そこで折り返されて電線２の長手方向に織り込みピッチを隔てた箇所まで長手方向に進み、並び順１０番目から１番目の電線２まで前述と反対方向に進み、前述の上下交差とは上下関係が互い違いになるよう電線２の１本ごとに交互に上下して交差している。このように、１条の樹脂繊維糸３が電線群の電線２を１本ずつ縫って固定するような織り込みが長手方向に繰り返されている。

非可動部となるコネクタ６の近傍（具体的にはコネクタ６から１０ｍｍ以内の部分）は、いずれも樹脂繊維糸３の織り込みピッチが広い粗部４となっており、織り込みピッチＰｗは７〜１３本／ｃｍである。この織り込みピッチＰｗは、電線群をフラット状に保持すると共に、横糸除去処理を容易にすることができる。可動部となる両端末の中間（具体的にはコネクタ６から１０ｍｍを超えた部分）は、樹脂繊維糸３の織り込みピッチが狭い密部５となっており、織り込みピッチＰｎは１４〜２２本／ｃｍである。この織り込みピッチＰｎは、電子機器とフラットケーブルハーネス１との擦れによるダメージを防ぎつつ、回動、捻回、スライドを円滑に行うことができる程度に柔軟性が得られる。

樹脂繊維糸３としては、例えば、高抗張力繊維糸であるＰＥＴ糸がある。ＰＥＴ糸は、直径１５〜２５μｍの単線が複数本集合されたマルチ素線である。ＰＥＴ糸は、２０％以上の伸びを得ることができるので、電線２に織り込む際にＰＥＴ糸が電線２を締め付けて電線２にダメージを与えることがなく、耐熱性にも優れている。また、ＰＥＴ糸は、耐屈曲性及び耐引張性に優れるため、電子機器のヒンジ部で３０万回以上の繰り返し曲げと捻りに耐えることができる。

樹脂繊維糸３の太さの規格は、フラットケーブルハーネス１を電子機器の狭いヒンジ部に通すことができ、かつ、繰り返しの捻りに耐えられるよう、２０〜１００ｄ（デニール）が望ましい。２０ｄ未満では破断強度が十分でなく、複数の電線２に織り込んだ後のフラットケーブルハーネス１の形状保持が難しい。一方、１００ｄを超えると、樹脂繊維糸３が太くなりすぎて電線２の配列間隔が大きくなり、また、柔軟性が阻害される。

この実施形態では、樹脂繊維糸３にＣｕ又はＡｇの金属めっきが施されている。樹脂繊維糸３は、フラットケーブルハーネス１の両端末において、電線群からほぐされ、コネクタ６の側方にグランド（接地）線３ａとして取り出されている。

次に、本発明のフラットケーブルハーネス１の作用効果を説明する。

従来の課題は、横糸の織り込みピッチが密であると横糸除去処理に手間がかり、横糸の織り込みピッチが粗であると断線保護機能が不十分になることであった。

これに対し、図１のフラットケーブルハーネス１は、両端末においては織り込みピッチＰｗが広い粗部４となっており、両端末の中間においては織り込みピッチＰｎが狭い密部５となっている。したがって、コネクタ６を取り付ける両端末では横糸除去処理が簡素化され、両端末以外では断線保護機能が十分に維持される。

図１のフラットケーブルハーネス１は、樹脂繊維糸３に金属めっきが施されているので、この金属めっき樹脂繊維糸３をグランド線３ａに利用することができる。コネクタ６の接続先である電子機器の一部と他の一部（例えば、携帯電話機本体と表示部）の基板上のグランドに対してそれぞれグランド線３ａを接続し、両部位のグランド電位を等しくすることができる。電子機器のグランドに繋がるコネクタ６のグランド端子にグランド線３ａを接続してもよい。電線２が同軸線３１又は４心対角同軸線５１の場合、金属めっき樹脂繊維糸３を外部導体に接続するとよい。

図１のフラットケーブルハーネス１は、樹脂繊維糸３に金属めっきが施されているので、この金属めっき樹脂繊維糸３からなるグランド線３ａを電子機器のグランドに接続することにより、金属めっき樹脂繊維糸３が電線２の電磁シールドとなる。特に、電線２が絶縁ワイヤ４１の場合、絶縁ワイヤ４１が同軸線３１と同様のシールド効果を得て、フラットケーブルハーネス１を高周波信号伝送に用いることができる。同軸線３１よりも絶縁ワイヤ４１のほうが安価であるので、フラットケーブルハーネス１の低コスト化が可能となる。

電線２として同軸線３１、絶縁ワイヤ４１、４心対角同軸線５１を混ぜて用い、これらを組み合わせた電線群を構成してもよく、例えば、電源供給用の電線２に絶縁ワイヤ４１を用いる。この場合でも、これらの電線２を縦糸とし金属めっき樹脂繊維糸３を横糸として織り込むとよく、両端のグランド線３ａを電子機器の両部位のグランドにそれぞれ接続することにより、シールド効果が得られる。

本実施形態では、樹脂繊維糸３を電線２と直角に織り込んだが、樹脂繊維糸３は螺旋状、あるいはジグザグ状に織り込んでもよい。

本実施形態では、樹脂繊維糸３を電線２の１本ごとに交互に電線２に交差させたが、樹脂繊維糸３は電線２を１本以上飛び越して電線２に交差させてもよい。

本実施形態では、横糸として金属めっき樹脂繊維糸３を用いたが、横糸には樹脂繊維糸３に金属箔を巻き付けた金属箔糸を用いてもよい。

本実施形態では、粗部４を端末から１０ｍｍ以内としたが、粗部４や密部５の長さは本発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。また、織り込みピッチＰｗ，Ｐｎも前述した範囲に限らず、本発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

本発明の効果を確認するため、本発明の実施例サンプルと比較例サンプルを製作し、評価試験を行った。

・同軸線３１を用いたケーブルハーネス
中心導体３２は、φ０．０２ｍｍの銀めっき銅合金線を７本撚ったものである。この中心導体３２の周囲に０．０５ｍｍの肉厚でＰＦＡからなる内部絶縁体３３を形成した。この内部絶縁体３３の外周にφ０．０２５ｍｍスズめっき銅合金線を横巻して外部導体３４を形成した。この外部導体３４の周囲に肉厚０．０３ｍｍのＰＦＡからなる外部絶縁体３５を形成した。この同軸線３１の外径はφ０．２７ｍｍである。

長さ１００ｍｍの同軸線３１を４０本束ねて、５５μｍ厚のＰＴＦＥテープを１／２ラップで巻いて比較例サンプルＴ１を製作した。

長さ１００ｍｍの同軸線３１を４０本並列に配置し、直径２０μｍのＰＥＴ糸８本を撚り合わせて最終外径６０μｍとした樹脂繊維糸３を、ジクザグに織り込んだ。このとき、両端末から５ｍｍまでは織り込みピッチＰｗ＝１０本／ｃｍの粗部４とし、両端末の中間９０ｍｍは織り込みピッチＰｎ＝１８本／ｃｍの密部５として実施例サンプルＳ１を製作した。

・４心対角同軸線５１を用いたケーブルハーネス
中心導体５２は、φ０．０２ｍｍの銀めっき銅合金線を７本撚ったものである。この中心導体５２の周囲に０．０２５ｍｍの肉厚でＰＦＡからなる内部絶縁体５３を形成し、絶縁ワイヤ５４とした。４本の絶縁ワイヤ５４を束ねて撚り合わせ、ＰＦＡからなる内部ジャケット５５で抑え巻きし、この内部ジャケット５５の外周にφ０．０３ｍｍスズめっき銅合金線を横巻きして外部導体５６を形成し、外部導体５６の周囲に、フッ素樹脂から成る０．０４ｍｍ肉厚外部ジャケット５７とした。この４心対角同軸線５１の外径はφ０．４４ｍｍである。

長さ１００ｍｍの４心対角同軸線５１を１０本束ねて、５５μｍ厚のＰＴＦＥテープを１／２ラップで巻いて比較例サンプルＴ２を製作した。

長さ１００ｍｍの４心対角同軸線５１を１０本並列に配置し、直径２０μｍのＰＥＴ糸８本を撚り合わせて外径６０μｍとし、さらに厚さ１μｍの銅めっきを施した金属めっき樹脂繊維糸（ＣｕめっきＰＥＴ糸；金属めっき高抗張力繊維糸）３を、ジクザグに織り込んだ。このとき、両端末から５ｍｍまでは織り込みピッチＰｗ＝１０本／ｃｍの粗部４とし、両端末の中間９０ｍｍは織り込みピッチＰｎ＝１８本／ｃｍの密部５として実施例サンプルＳ２を製作した。

・絶縁ワイヤ４１を用いたケーブルハーネス
中心導体４２は、φ０．０２ｍｍの銀めっき銅合金線を７本撚ったものである。この中心導体４２の周囲に０．０５ｍｍの肉厚でＰＦＡからなる絶縁体４３を形成し、絶縁ワイヤ４１とした。

長さ１００ｍｍの絶縁ワイヤ４１を４０本並列に配置し、直径２０μｍのＰＥＴ糸８本を撚り合わせて最終外径６０μｍとした樹脂繊維糸３を、ジクザグに織り込んだ。このとき、両端末から５ｍｍまでは織り込みピッチＰｗ＝１０本／ｃｍの粗部４とし、両端末の中間９０ｍｍは織り込みピッチＰｎ＝１８本／ｃｍの密部５として実施例サンプルＳ３を製作した。

次に、ケーブルハーネスに対する機械特性の評価試験について説明する。

図６に示されるように、屈曲試験では、試料ケーブル６１を曲げジグ６２に挟み込み、曲げジグ６２から垂下された試料ケーブル６１の下端に錘６３を取り付ける。曲げジグ６２を＃１のように９０°左に回転させ、＃２のように９０°右に回転させて元に戻し、さらに、曲げジグ６２を＃３のように９０°右に回転させ、＃４のように９０°左に回転させて元に戻す。これにより、試料ケーブル６１は所定の引っ張り荷重がかけられた状態で左右に９０°ずつの屈曲を繰り返し与えられることになる。

試験速度は３０回／分とした。屈曲角度は±９０°とした。試験サイクルは＃１→＃２→＃３→＃４とした。荷重は０．３Ｎ（３０ｇｆ）。曲げ半径は２ｍｍとした。

断線検知方法は、試料ケーブル６１に常時数Ｖの電圧を加え、電流値が試験開始時に比べて２０％低下した時点を寿命（断線が起きる屈曲回数）とする。

図７に示されるように、捻回試験では、試料ケーブル７１を固定チャック部７２と捻回チャック部７３で把持する。固定チャック部７２と捻回チャック部７３との間が捻回部７４となる。捻回チャック部７３を＃１のように１８０°左旋回させ、＃２のように１８０°右旋回させて元に戻し、さらに、捻回チャック部７３を＃３のように１８０°右旋回させ、＃４のように１８０°左旋回させて元に戻す。これにより、試料ケーブル７１は捻回部７４において左右に１８０°ずつの捻回を繰り返し与えられることになる。

試験速度は３０回／分とした。屈曲角度は±１８０°とした。試験サイクルは＃１→＃２→＃３→＃４とした。捻回部長さは１０ｍｍとした。

断線検知方法は、試料ケーブル７１に常時数Ｖの電圧を加え、電流値が試験開始時に比べて２０％低下した時点を寿命（断線が起きる捻回回数）とする。

図８に示されるように、スライド試験では、試料ケーブル８１にＵ字状の折り返し部８２を形成する。試料ケーブル８１の先端部８３を＃１のように折り返し部８２のほうへ直線移動させ、＃２のように折り返し部８２と反対方向に直線移動させて元に戻す。これにより、試料ケーブル８１は所定の長さ範囲にわたりＵ字状の折り返しを繰り返し与えられることになる。

試験速度は３０回／分とした。スライド内幅は４ｍｍとした。試験サイクルは＃１→＃２とした。ストローク長は６０ｍｍとした。

断線検知方法は、試料ケーブル８１に常時数Ｖの電圧を加え、電流値が試験開始時に比べて２０％低下した時点を寿命（断線が起きるスライド回数）とする。

これらの評価試験を実施例サンプルＳ１〜Ｓ３及び比較例サンプルＴ１，Ｔ２について実施した結果、以下の評価が得られた。

屈曲試験においては、比較例サンプルＴ１，Ｔ２は５万回で断線したのに対し、実施例サンプルＳ１〜Ｓ３は３０万回以上でも断線せず、フラット状の形状も乱れなかった。

捻回試験においては、比較例サンプルＴ１，Ｔ２は１０万回で断線したのに対し、実施例サンプルＳ１〜Ｓ３は２５万回以上でも断線せず、フラット状の形状は乱れなかった。

スライド試験においては、比較例サンプルＴ１，Ｔ２は２万回で断線したのに対し、実施例サンプルＳ１〜Ｓ３は２０万回以上でも断線せず、フラット状の形状は乱れなかった。

以上の評価試験の結果から、本発明は、携帯電話機、ノートパソコン、薄型液晶テレビ、ＰＤＡ（携帯情報端末）、カメラ、プリンタ等の電子機器に使用される電気特性、機械特性に優れるフラットケーブルハーネス１を提供することができることが分かる。

１ フラットケーブルハーネス
２ 電線
３ 樹脂繊維糸（金属めっき樹脂繊維糸）
４ 粗部
５ 密部
６ コネクタ

Claims (3)

1. 複数の電線がフラット状に並べられ、これら電線を縦糸とし樹脂繊維糸を横糸として織り込まれたフラットケーブルハーネスにおいて、前記電線の長手方向に前記樹脂繊維糸の織り込みピッチが広い粗部と前記樹脂繊維糸の織り込みピッチが狭い密部とが形成されたことを特徴とするフラットケーブルハーネス。
2. 前記複数の電線中に、同軸線、絶縁ワイヤ、４心対角同軸線のいずれかが含まれることを特徴とする請求項１記載のフラットケーブルハーネス。
3. 前記樹脂繊維糸に金属めっきが施されたことを特徴とする請求項１又は２記載のフラットケーブルハーネス。

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