JP2013175341A - 絶縁フィルム及びそれを用いたフラットケーブル - Google Patents

Abstract

【課題】結晶性共重合ポリエステルに対するリン系難燃剤の分散性を向上することができ、外観に優れると共に難燃性に優れる絶縁フィルム及びそれを用いたフラットケーブルを提供すること。
【解決手段】樹脂フィルムに難燃樹脂層が積層された絶縁フィルムであって、前記難燃樹脂層は、結晶性共重合ポリエステルとポリオレフィンとを必須成分とし、前記結晶性共重合ポリエステルを樹脂成分全体の４０質量％以上含有する樹脂成分１００質量部に対して、前記結晶性共重合ポリエステルの融点において固体であるリン系難燃剤を２０質量部以上１００質量部以下含有する樹脂組成物からなる、絶縁フィルム。
【選択図】 図１

Description

本発明は、フラットケーブルの被覆材として好適に用いることができる絶縁フィルム及びそれを用いたフレキシブルフラットケーブルに関する。

電子機器の内部配線用の電線として多心平型のフレキシブルフラットケーブルが使用されている。フラットケーブルは、２枚の絶縁フィルムの間に複数本の導体を並列して挟み、絶縁フィルム同士を熱融着して一体化することにより製造されている。この絶縁フィルムは、一般に、導体に接する接着層とその外側の樹脂フィルムを有している。樹脂フィルムとしては、機械的特性、電気的特性に優れた二軸延伸ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムが汎用されている。接着層のベースポリマーにはポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）や飽和共重合ポリエステル等が使用されている。

フラットケーブルには高度な難燃性が要求される用途があり、米国ＵＬ規格の垂直難燃試験（ＶＷ−１試験）のような難燃性が規定されている。難燃性の規格を満足させるためには接着層中に難燃剤を含有させる必要があり、難燃剤として臭素系難燃剤、塩素系難燃剤等のハロゲン系難燃剤、又はリン系難燃剤、窒素系難燃剤、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム等のノンハロゲン難燃剤が使用されている。このようなフラットケーブルとして、特許文献１には、ポリエステル樹脂に難燃剤及びフィラーを混合したヒートシール層（接着層）を有するフラットケーブル用のヒートシール性テープが開示されている。

燃焼性の規格を満足させるためには、接着層に多量の難燃剤を添加する必要がある。特にリン系難燃剤、窒素系難燃剤等のノンハロゲン系難燃剤を使用する場合はハロゲン系難燃剤を使用する場合に比べてさらに多量の難燃剤の添加が必要であり、その結果接着層と樹脂フィルム又は導体との接着力が低下したり、フレキシブルフラットケーブルの柔軟性が低下する。また難燃剤を多量に添加すると接着層の誘電率が高くなりフラットケーブルの電気特性が低下する。しかしハロゲン系難燃剤を使用したフラットケーブルは焼却時にハロゲン化水素ガスなどの人体に有害な燃焼ガスを発生するため環境面で好ましくなく、近年はノンハロゲン系難燃剤を使用した材料が主に用いられている。

また特許文献２には、共重合ポリエステルにポリフェニレンエーテルとリン系難燃剤とを混合した樹脂組成物を難燃樹脂層（接着層）として用いたフラットケーブル用絶縁フィルムが開示されている。難燃性が高く、また誘電率が低い材料であるポリフェニレンエーテルを使用することで難燃剤の添加量を減らしてもＵＬ規格のＶＷ−１燃焼試験に合格できる難燃性を得ることができる、と記載されている。

特許第４６６２５１１号公報 特開２０１１−２２２３７１号公報

リン系難燃剤は水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、窒素系難燃剤等の他のノンハロゲン系難燃剤と比べると少量でも難燃性向上効果が高く、また接着剤層の誘電率への影響も少ないためフラットケーブルの接着層の難燃剤として好ましく使用されている。

特に耐熱性を重視したフラットケーブルでは、耐熱性の高い結晶性共重合ポリエステルが接着層の樹脂成分として主に使用されている。結晶性共重合ポリエステルは有機溶剤には溶けないため、リン系難燃剤を樹脂中に分散させるために、結晶系共重合ポリエステルの融点以上の温度に加熱して溶融混練を行っている。液状のリン系難燃剤は溶融混練でも良好に分散する。しかし、融点が高く混練時の温度において固体状のリン系難燃剤は一般的な溶融混練装置を用いて良好に分散させることが難しい。

フラットケーブルは絶縁フィルム厚みが１００μｍ以下と薄く、接着剤層の厚みも数１０μｍ〜数１００μｍ程度であるため、リン系難燃剤が接着剤層中に良好に分散していない場合は接着剤層の表面が平滑とならず外観が良くない。またリン系難燃剤の分散性が悪いと難燃性や電気特性も悪化する。

そこで本発明は結晶性共重合ポリエステルに対するリン系難燃剤の分散性を向上することができ、外観に優れると共に難燃性に優れる絶縁フィルム及びそれを用いたフラットケーブルを提供することを課題とする。

本発明は、樹脂フィルムに難燃樹脂層が積層された絶縁フィルムであって、前記難燃樹脂層は、結晶性共重合ポリエステルとポリオレフィンとを必須成分とし、前記結晶性共重合ポリエステルを樹脂成分全体の４０質量％以上含有する樹脂成分１００質量部に対して、前記結晶性共重合ポリエステルの融点において固体であるリン系難燃剤を２０質量部以上１００質量部以下含有する樹脂組成物からなる、絶縁フィルムである（請求項１）。

前述のようにリン系難燃剤を結晶性共重合ポリエステルに分散させる際には溶融混練を行っている。本発明者らが検討した結果、結晶性共重合ポリエステルは溶融時の粘度（溶融粘度）が低く、溶融混練時にリン系難燃剤に加わる剪断応力が小さいことがリン系難燃剤の分散性が悪い原因であると推測された。そこで、結晶性共重合ポリエステルと良好に混合すると共に溶融粘度が高いポリオレフィンを結晶性共重合ポリエステルと併用することで、結晶性共重合ポリエステルの特性を低下させることなく、溶融混練時に固体であるリン系難燃剤の分散性を向上できることを見いだした。なお樹脂成分は結晶性共重合ポリエステルとポリオレフィンとを必須成分とするが、本発明の趣旨を損ねない範囲でさらに他の樹脂を併用して使用しても良い。

ポリオレフィンの含有量は、樹脂成分全体の５質量％以上４０質量％以下とすることが好ましい（請求項２）。ポリオレフィンの含有量が５質量％よりも少ないとリン系難燃剤の分散性が低下する。一方ポリオレフィンの含有量が４０質量％よりも多い場合は難燃性が低下する。

ポリオレフィンとしては任意の樹脂を使用することができるが、カルボニル基を含有するモノマーを１質量％以上２０質量％以下共重合させた共重合ポリオレフィンを使用すると好ましい（請求項３）。このような共重合ポリオレフィンは分子内にカルボニル基を含有するためポリエステル樹脂との相容性が高く、良好に混合する。またそのメカニズムは不明であるが一定量の範囲でカルボニル基を有する共重合ポリオレフィンを使用することでリン系難燃剤の分散性がさらに向上する。

結晶性共重合ポリエステルの融点は８０℃以上１７０℃以下が好ましい（請求項４）。融点が８０℃未満であると、フラットケーブルの耐熱性が低下する。また融点が１７０℃を超えると溶融混練時の温度を高温にする必要がある。

樹脂成分として、さらに、非晶性共重合ポリエステルを樹脂成分全体の５質量％以上２０質量％以下含有しても良い（請求項５）。非晶性共重合ポリエステルを５質量％以上含有させることで難燃樹脂層の接着力を向上できる。しかし非晶性共重合ポリエステルは一般に結晶性共重合ポリエステルよりも軟化温度が低いため２０質量％以上含有させると耐熱性が低下する。

難燃樹脂層を構成する樹脂組成物に、難燃剤としてさらに窒素系難燃剤を併用しても良い。リン系難燃剤と窒素系難燃剤とを組み合わせて使用することでより難燃性が向上する。ただし難燃樹脂層中の窒素系難燃剤の含有量を多くしすぎると難燃樹脂層の誘電率が高くなる。また導体や樹脂フィルムとの接着力も低下する。したがって、窒素系難燃剤の量は樹脂成分１００質量部に対して１０質量部以上７５質量部以下とすることが好ましい（請求項６）。

前記樹脂フィルムと前記難燃樹脂層との間にアンカーコート層を有すると好ましい（請求項７）。アンカーコート層を有することで、樹脂フィルムと難燃樹脂層との接着力が向上する。

また本発明は、上記の絶縁フィルムを被覆材として用いたフラットケーブルを提供する（請求項８）。このフラットケーブルはリン系難燃剤が良好に分散していることから外観に優れると共に難燃性も優れている。

本発明によれば、結晶性共重合ポリエステルに対するリン系難燃剤の分散性を向上することができ、難燃性及び外観が優れる絶縁フィルム及びそれを用いたフラットケーブルを得ることができる。

本発明のフラットケーブルを示す図である。 本発明のフラットケーブルを示す図であり、図１のＡ−Ａ’断面図である。

まず、本発明の絶縁フィルムを構成する各種材料について説明する。共重合ポリエステルとしては、ポリエチレンテレフタレート・セバケート、ポリブチレンテレフタレート・セバケート、ポリブチレンテレフタレート・アジペート、ポリエチレンテレフタレート・イソフタレートなどの飽和共重合ポリエステルを使用することができる。これらの樹脂はエチレングリコール、１，４−ブタンジオール、１，６−ヘキサンジオール等のアルコール成分と、テレフタル酸、ナフタレンカルボン酸、アジピン酸、セバシン酸、イソフタル酸等の酸成分とを重合して得ることができる。また、フマル酸、イタコン酸等の分子内に炭素−炭素不飽和結合を有するモノマーを共重合させた不飽和ポリエステルを使用しても良い。

結晶性共重合ポリエステルとは、上記の共重合ポリエステルのうち、示差熱分析（ＤＳＣ）測定で結晶に由来する融解熱量ピークが観察されるものをいう。結晶性共重合ポリエステルは、樹脂成分全体の４０質量％以上含有させる。結晶性共重合ポリエステルの種類は必要とされる耐熱性や接着力に応じて任意に選択できる。融点が高い結晶性共重合ポリエステルを使用すると難燃樹脂層の耐熱性が良くなるが、融点が高すぎると導体との接着時に高温での加熱が必要となる。このため結晶性共重合ポリエステルの融点は８０℃以上１７０℃以下とすることが好ましい。

共重合ポリエステルとして非晶性共重合ポリエステルを併用しても良い。非晶性共重合ポリエステルのなかでも比較的ガラス転移温度（Ｔｇ）の低いものを併用すると、低温での接着性が良好となり難燃樹脂層の耐熱性と接着性とを両立可能となる。なお「非晶性」とは、ＪＩＳ Ｋ ７１２２に基づく示差熱分析法を１０℃／分の昇温条件において行った場合に、ガラス転移温度と分解温度の間に吸熱または融解ピークが認められないことをいう。

ポリオレフィンとしては、ポリエチレン樹脂（ＰＥ）、ポリプロピレン樹脂（ＰＰ）、酸変性ポリエチレン樹脂、酸変性ポリプロピレン樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、エチレン−メチルメタクリレート共重合体（ＥＭＭＡ）、エチレン−エチルアクリレート共重合体（ＥＥＡ）、エチレン−メタクリル酸共重合体（ＥＭＡＡ）、エチレン−エチルアクリレート−無水マレイン酸共重合体、およびアイオノマーが挙げられる。

これらのうち、エチレン−メタクリル酸共重合体、エチレン−エチルアクリレート−無水マレイン酸共重合体など、カルボニル基を含有する共重合モノマーを共重合させた共重合ポリオレフィンを用いると好ましい。カルボニル基を含有するモノマーの共重合比率は、共重合モノマー全体の１質量％以上２０質量％以下が好ましい。

本発明の趣旨に鑑み、ポリオレフィンとしては、溶融粘度が高いものが好ましい。溶融粘度の指標として、メルトフローレート（ＭＦＲ）が２０ｇ／１０ｍｉｎ以下のものが好ましい。なおメルトフローレートはＪＩＳ Ｋ ７２１０に準拠して、１９０℃及び荷重２．１６ｋｇの条件で測定した値である。

本発明に使用するリン系難燃剤としては、ホスフィン酸金属塩、リン酸メラミン化合物、リン酸アンモニウム化合物、環状有機リン系難燃剤等が挙げられる。本発明の趣旨に鑑みハロゲンフリーのリン系難燃剤が好ましい。リン酸エステル等、溶融混練の温度で液体状のリン系難燃剤を併用しても良い。しかし溶融混練の温度（結晶性共重合ポリエステルの融点以上の温度）で固体であるリン系難燃剤の方が難燃性向上効果が高いため、本発明では結晶性共重合ポリエステルの融点において固体であるリン系難燃剤を必須成分とする。リン系難燃剤の含有量は樹脂成分１００質量部に対して２０質量部以上１００質量部以下とする。リン系難燃剤の含有量が２０質量部未満であると必要とする難燃性が得られない。またリン系難燃剤の量が１００質量部を超えるとリン系難燃剤の分散性が悪くなり、外観不良の原因となる。

以上の材料を混合して樹脂組成物とする。さらに樹脂組成物には窒素系難燃剤を含有していても良い。リン系難燃剤と窒素系難燃剤とを併用することで更に難燃性を向上できる。ただし窒素系難燃剤の含有量を多くしすぎると導体との接着力が低下する。また誘電率も上がるので誘電率を低くする観点からは窒素系難燃剤を含有しない方が好ましい。さらに必要に応じて樹脂組成物には酸化防止剤、老化防止剤、滑剤、加工安定剤等を混合しても良い。これらの材料を短軸押出型混合機、加圧ニーダー、バンバリーミキサー等の既知の溶融混合機を用いて混合した後、押出成形加工等の方法で難燃樹脂層を作製する。また上記の樹脂組成物を溶剤に溶解した液を樹脂フィルム上に塗布した後乾燥させて難燃樹脂層を形成しても良い。

樹脂フィルムとしては柔軟性に優れた樹脂材料が使用され、例えばポリエステル樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリイミド樹脂等が例示される。ポリエステル樹脂としてはポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリブチレンナフタレート樹脂、ポリトリメチレンテレフタレート樹脂、ポリトリメチレンナフタレート樹脂、ポリシクロヘキサンジメチルテレフタレート樹脂、ポリシクロヘキサンジメチルナフタレートポリアリレート樹脂等が挙げられる。これらの樹脂のうち、電気的特性、機械的特性、コスト等の観点からポリエチレンテレフタレート樹脂が樹脂フィルムとして好適に使用される。また樹脂フィルムの厚みは１２〜５０μｍとすることが好ましい。

樹脂フィルムと難燃樹脂層の間にアンカーコート層を有すると樹脂フィルムと難燃樹脂層との接着力が向上して好ましい。アンカーコート層としては任意の材料を使用することができる。例えば主剤であるポリウレタン樹脂にイソシアネート系の硬化剤を混合したウレタン系のアンカーコート材料が好ましく使用できる。アンカーコート層の厚みは０．５〜５μｍとすることが好ましい。以上の材料を積層して絶縁フィルムが得られる。

次に本発明のフラットケーブルについて説明する。図１は本発明の絶縁フィルムを用いたフラットケーブルの一例を示す図であり、図２は図１のＡ−Ａ’断面図である。平角形状の導体１の両面を、難燃樹脂層２、樹脂フィルム３及びアンカーコート層４からなる絶縁フィルム５が被覆している。図１に示すように、フラットケーブルの端部は片面のみに絶縁フィルム５を被覆して導体１を露出させている。

フラットケーブルを製造する際は、複数の導体１の外側に２枚の絶縁フィルム５を樹脂フィルム３が外側となるように相対峙させて、既知の熱ラミネータや熱プレス装置を用いて加熱加圧処理を行って導体１と絶縁フィルム５及び絶縁フィルム５同士を接着させる。この際、フラットケーブル端部となる部分においては、絶縁フィルム５の一部に穴を開けておくことで、端部の導体１を露出させることができる。熱ラミネート又は熱プレスを連続して行うことで長尺のフラットケーブルが得られる。その後一定の長さに切断して任意の長さのフラットケーブルを得ることができる。さらにフラットケーブルの外側にシールド層を設けても良い。

導体としては、銅、錫メッキ軟銅、ニッケルメッキ軟銅等の導電性金属を使用することができる。導体は平角形状が好ましく、その厚みは使用する電流量に対応するが、フラットケーブルの柔軟性を考慮すると１５μｍ〜１００μｍが好ましい。

次に、本発明を実施例、比較例に基づいて説明する。なお実施例は本発明の範囲を限定するものではない。

（実施例１〜１２、比較例１〜４）
（絶縁フィルムの作製）
ウレタン系接着剤（三井化学ポリウレタン（株）製、商品名タケラックＡ−３１０）とイソシアネート系硬化剤（三井化学ポリウレタン（株）製、商品名タケネートＡ−３）とを固形分換算で１０：１の割合で混合したアンカーコート剤を準備し、表面にコロナ処理を行ったポリエチレンテレフタレート樹脂フィルム（東レ（株）製、厚さ１２μｍ）の表面に塗布した後、乾燥して溶剤を除去することで樹脂フィルムの表面に厚さ約３μｍのアンカーコート層を形成した。

（樹脂組成物の作製）
表１及び表２に示す種類及び量の材料を混合機（東芝機械（株）製、ＴＥＭ２６ＳＳ）を用いて溶融混合して樹脂組成物を作製した。なお混練時の温度は１８０℃である。

Ｔダイ押出機を用い、上記の樹脂組成物を、アンカーコート層を形成したポリエチレンテレフタレート樹脂フィルムの上にフィルム状に押し出して絶縁フィルムを得た。この絶縁フィルムはポリエチレンテレフタレート樹脂フィルム、アンカーコート層、難燃樹脂層（樹脂組成物をフィルム状に押し出したもの）の順に積層されたものである。

（分散性評価）
絶縁フィルムの表面を顕微鏡で観察し、直径２００μｍ以上の凝集塊が１ｍ^２あたり１０個未満であるものを◎、１０個以上５０個未満のものを○、５０個以上のものを×とした。

（フラットケーブルの作成）
導体である錫メッキ軟銅箔（厚さ３５μｍ、幅０．３ｍｍ）４０本を０．５ｍｍピッチで平行に並べた状態で２枚の絶縁フィルムで挟み込み、１５０℃の加熱ローラを用いて導体の両面を絶縁フィルムで被覆した後、任意の長さに切断してフラットケーブルを作製した。

（難燃性評価）
作製したフラットケーブルに対して、ＵＬ規格１５８１のＶＷ−１に規定される垂直燃焼試験を行った。より具体的には、フラットケーブルを１０本準備し、着火後、１０本中１本以上燃焼したもの、燃焼落下物によりフラットケーブルの下方に配置した脱脂綿が燃焼したもの、またはフラットケーブルの上部に取り付けたクラフト紙が燃焼したものを不合格とし、その他を合格とした。

（接着力評価）
作製したフラットケーブルを用いて導体接着力を測定した。具体的には、フラットケーブル端部に露出した導体（厚さ３５μｍ、幅０．３ｍｍ）を引張速度１００ｍｍ／ｍｉｎで１８０°方向に引っ張り、剥離強度を測定した。７Ｎ／ｃｍ以上が合格レベルである。

（実施例１３〜１４）
ポリエチレンテレフタレート樹脂フィルムの代わりにポリイミド樹脂フィルム（東レ・デュポン（株）製、厚さ１２．５μｍ）を用いたこと以外は実施例１〜１２と同様に絶縁フィルム及びフラットケーブルを作製し、一連の評価を行った。以上の結果を表１及び表２に示す。

（脚注）
結晶性共重合ポリエステル：Ｔｇ１９℃、融点１４３℃、分子量２５０００
非晶性共重合ポリエステル：Ｔｇ６７℃、分子量１７０００
ポリオレフィン１：エチレン−メタクリル酸共重合体（メタクリル酸４質量％、ＭＦＲ７）
ポリオレフィン２：エチレン−エチルアクリレート−無水マレイン酸共重合体（エチルアクリレート９質量％、無水マレイン酸２質量％、ＭＦＲ５）
ポリオレフィン３：エチレン−エチルアクリレート−無水マレイン酸共重合体（エチルアクリレート１５質量％、無水マレイン酸２質量％、ＭＦＲ３）
ポリオレフィン４：エチレン−エチルアクリレート共重合体（エチルアクリレート１０質量％、ＭＦＲ３）
ポリオレフィン５：エチレン−エチルアクリレート−無水マレイン酸共重合体（エチルアクリレート３２質量％、無水マレイン酸２質量％、ＭＦＲ７）
ポリオレフィン６：エチレン−エチルアクリレート共重合体（エチルアクリレート２０質量％、ＭＦＲ２０）
ポリオレフィン７：ポリエチレン
リン系難燃剤１：ホスフィン酸金属塩（クラリアント（株）製 ＥＸＯＬＩＴ ＯＰ９３０）
リン系難燃剤２：環状有機リン系難燃剤（三光（株）製 ＨＣＡ−ＨＱ−ＨＳ）
窒素系難燃剤１：メラミンシアヌレート（日産化学（株）製 ＭＣ６０００）

実施例１〜１４の絶縁フィルム、フラットケーブルは分散性、難燃性、接着力ともに合格レベルであり、リン系難燃剤が良好に分散している。なかでもメタクリル酸、エチルアクリレート、無水マレイン酸等の、カルボニル基を有するモノマーを１質量％〜２０質量％共重合させた共重合ポリオレフィンを用いた実施例１〜６、１３、１４は特に分散性が優れている。なお実施例８で使用しているポリオレフィン６はエチルアクリレート共重合比率は２０質量％であるが、ＭＦＲが大きく溶融混練時の粘度が低くなったため実施例１〜６と比較すると分散性が低下していると推測される。

比較例１は結晶性ポリエステルのみを使用したものである。難燃性、接着力は良好であるがポリオレフィンを併用していないため分散性が劣っている。比較例２はポリオレフィンを樹脂成分全体の５０質量％と多量に使用している。このため分散性は良好であるが難燃性が劣っている。比較例３はリン系難燃剤の添加量が多すぎるため分散性が悪い。

１ 導体
２ 難燃樹脂層
３ 樹脂フィルム
４ アンカーコート層
５ 絶縁フィルム

Claims (8)

1. 樹脂フィルムに難燃樹脂層が積層された絶縁フィルムであって、
   前記難燃樹脂層は、結晶性共重合ポリエステルとポリオレフィンとを必須成分とし、該結晶性共重合ポリエステルを樹脂成分全体の４０質量％以上含有する樹脂成分１００質量部に対して、前記結晶性共重合ポリエステルの融点において固体であるリン系難燃剤を２０質量部以上１００質量部以下含有する樹脂組成物からなる、絶縁フィルム。
2. 前記ポリオレフィンの含有量が、前記樹脂成分全体の５質量％以上４０質量％以下である、請求項１に記載の絶縁フィルム。
3. 前記ポリオレフィンは、カルボニル基を含有するモノマーを１質量％以上２０質量％以下共重合させた共重合ポリオレフィンである、請求項１又は２に記載の絶縁フィルム。
4. 前記結晶性共重合ポリエステルの融点が８０℃以上１７０℃以下である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の絶縁フィルム。
5. 前記樹脂成分が、さらに非晶性共重合ポリエステルを、樹脂成分全体の５質量％以上２０質量％以下含有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の絶縁フィルム。
6. 前記樹脂組成物は、さらに、前記樹脂成分１００質量部に対して窒素系難燃剤を１０質量部以上７５質量部以下含有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の絶縁フィルム。
7. 前記樹脂フィルムと前記難燃樹脂層との間にアンカーコート層を有する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の絶縁フィルム。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の絶縁フィルムを被覆材として用いたフラットケーブル。

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