JP2014191991A

JP2014191991A - フラットケーブル

Info

Publication number: JP2014191991A
Application number: JP2013066456A
Authority: JP
Inventors: Tokuten Ko; 得天黄; Masanori Kobayashi; 正則小林
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2013-03-27
Filing date: 2013-03-27
Publication date: 2014-10-06
Anticipated expiration: 2033-03-27
Also published as: JP5857993B2; CN104078141A

Abstract

【課題】Ｕ字屈曲された際の局部的な応力集中を緩和し、耐Ｕ字屈曲性を向上させることが可能なフラットケーブルを提供する。
【解決手段】並列して配置された絶縁電線１１と抗張力線１２とを備えるフラットケーブル１０において、絶縁電線１１は、撚線導体１３と、撚線導体１３の周囲に形成された絶縁層１４と、絶縁層１４の周囲に形成されると共に絶縁層１４よりも融点が低い電線側融着層１５と、を備え、抗張力線１２は、抗張力繊維１６と、抗張力繊維１６の周囲に形成されると共に絶縁層１４よりも融点が低い抗張力線側融着層１７と、を備え、絶縁電線１１と抗張力線１２は、電線側融着層１５と抗張力線側融着層１７とを介して互いに融着されているものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、Ｕ字屈曲（スライド）を伴う部分に配線されるフラットケーブルに関する。

半導体装置の製造ラインにおいては、上下動動作等によって半導体装置を搬送するための搬送用ロボットが用いられている。搬送用ロボットに配線されるフラットケーブルは、搬送用ロボットが半導体装置を搬送する度に荷重を受けながらＵ字屈曲されることになるので、耐Ｕ字屈曲性に優れていることが要求される。

図５に示すように、従来技術に係るフラットケーブル５０としては、耐Ｕ字屈曲性に優れた撚線導体５１の周囲に絶縁層５２が形成された複数の絶縁電線５３を並列に配置すると共に隣接する絶縁電線５３の絶縁層５２同士を互いに融着させたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−０１１７６９号公報

しかしながら、従来技術に係るフラットケーブル５０では、撚線導体５１と絶縁層５２との間に空間を確保し、フラットケーブル５０がＵ字屈曲されたときに撚線導体５１が空間内を移動して撚線導体５１に加わる応力を逃がすことができるように、チューブ押出によって撚線導体５１の周囲に絶縁層５２を形成しているので、絶縁電線５３の断面形状が真円にならず、絶縁電線５３の外径がどうしてもばらついてしまう。

絶縁電線５３の外径がばらついていると、隣接する絶縁電線５３の絶縁層５２同士を互いに融着させたときに、絶縁電線５３の外径のばらつきに起因する応力がフラットケーブル５０に残存することになるので、フラットケーブル５０がＵ字屈曲された際に局部的な応力集中が発生し、フラットケーブル５０の耐Ｕ字屈曲性を低下させる要因となっていた。

そこで、本発明の目的は、Ｕ字屈曲された際の局部的な応力集中を緩和し、耐Ｕ字屈曲性を向上させることが可能なフラットケーブルを提供することにある。

この目的を達成するために創案された本発明は、並列して配置された絶縁電線と抗張力線とを備えるフラットケーブルにおいて、前記絶縁電線は、撚線導体と、前記撚線導体の周囲に形成された絶縁層と、前記絶縁層の周囲に形成されると共に前記絶縁層よりも融点が低い電線側融着層と、を備え、前記抗張力線は、抗張力繊維と、前記抗張力繊維の周囲に形成されると共に前記絶縁層よりも融点が低い抗張力線側融着層と、を備え、前記絶縁電線と前記抗張力線は、前記電線側融着層と前記抗張力線側融着層とを介して互いに融着されているフラットケーブルである。

前記抗張力線は、ケーブル横断面の両端に配置されていると良い。

前記抗張力線は、ケーブル横断面の中心を境にして対称となるように配置されていると良い。

前記絶縁層は、フッ素樹脂からなり、前記電線側融着層と前記抗張力線側融着層は、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリオレフィン樹脂、又はポリウレタン樹脂からなると良い。

前記抗張力繊維は、伸びが１０％以下で撚り合わされており、断面形状が略真円であると良い。

前記抗張力繊維は、ポリエチレンテレフタレート繊維からなると良い。

また、本発明は、チューブ押出によって撚線導体の周囲に絶縁層を形成する工程と、前記絶縁層の周囲に前記絶縁層よりも融点が低い電線側融着層を形成して絶縁電線を作製する工程と、充実押出によって抗張力繊維の周囲に前記絶縁層よりも融点が低い抗張力線側融着層を形成して抗張力線を作製する工程と、前記絶縁電線と前記抗張力線とを並列して配置すると共に前記電線側融着層と前記抗張力線側融着層の融点以上且つ前記絶縁層の融点未満の温度で加熱して前記電線側融着層と前記抗張力線側融着層とを介して互いに融着させる工程と、を備えるフラットケーブルの製造方法である。

本発明によれば、Ｕ字屈曲された際の局部的な応力集中を緩和し、耐Ｕ字屈曲性を向上させることが可能なフラットケーブルを提供することができる。

本発明に係るフラットケーブルを示す断面模式図である。本発明の変形例に係るフラットケーブルを示す断面模式図である。（ａ）から（ｃ）は本発明の変形例に係るフラットケーブルを示す断面模式図である。（ａ）及び（ｂ）はＵ字屈曲試験について説明する図である。従来技術に係るフラットケーブルを示す断面模式図である。

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。

図１に示すように、本実施の形態に係るフラットケーブル１０は、並列して配置された絶縁電線１１と抗張力線１２とを備えるものであり、絶縁電線１１は、撚線導体１３と、撚線導体１３の周囲に形成された絶縁層１４と、絶縁層１４の周囲に形成されると共に絶縁層１４よりも融点が低い電線側融着層１５と、を備え、抗張力線１２は、抗張力繊維１６と、抗張力繊維１６の周囲に形成されると共に絶縁層１４よりも融点が低い抗張力線側融着層１７と、を備え、絶縁電線１１と抗張力線１２は、電線側融着層１５と抗張力線側融着層１７とを介して互いに融着されていることを特徴とする。

撚線導体１３は、例えば、伸びが１０％以上、引張強度が１９０ＭＰａ以上の軟銅線、又は伸びが５％以上、引張強度が３００ＭＰａ以上の軟質銅合金線を撚り合わせてなる。これにより、絶縁電線１１の耐屈曲性が良好となる。

絶縁層１４は、機械的特性に優れたエチレン・テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、又は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合体（ＰＦＡ）等のフッ素樹脂からなることが好ましい。搬送用ロボットに配線されるフラットケーブル１０には、繰り返しＵ字屈曲されても絶縁層１４が劣化し難いことが要求されるからである。

また、絶縁層１４は、撚線導体１３の周囲にチューブ状に形成されていることが好ましい。これにより、撚線導体１３と絶縁層１４との間に空間を確保し、フラットケーブル１０がＵ字屈曲されたときに撚線導体１３が空間内を移動して撚線導体１３に加わる力を逃がすことができる。

電線側融着層１５は、フッ素樹脂に比べて融点が低いポリ塩化ビニル樹脂、ポリオレフィン樹脂、又はポリウレタン樹脂からなることが好ましい。電線側融着層１５を融着させたときに絶縁層１４までもが溶融して電気的な短絡や絶縁不良といった問題が生じないように、電線側融着層１５の融点を絶縁層１４の融点よりも低くする必要があるからである。また、ポリ塩化ビニル樹脂等はフッ素樹脂に比べて軟らかいため、ポリ塩化ビニル樹脂等で電線側融着層１５を形成することで、端末部において、融着された電線側融着層１５と抗張力線側融着層１７とを割いて分離し、抗張力線１２の不要な部分を切断して絶縁電線１１のみを引き出すことができ、端末接続作業性を向上させることができるからである。

抗張力繊維１６は、伸びが１０％以下で撚り合わされており、その断面形状が略真円である繊維、例えば、ポリエチレンテレフタレート繊維からなることが好ましい。伸びが１０％以下と小さいため、フラットケーブル１０に加わる応力を抗張力線１２に加わり易くし、絶縁電線１１の応力負担を軽減することができる。また、撚り合わされているため、後述する抗張力線側融着層１７が撚目に入り込み易く、抗張力線側融着層１７により抗張力繊維１６を強固に保持することができる。更に、断面形状が略真円であるため、抗張力繊維１６の周囲に抗張力線側融着層１７を形成することで、外径が均一でばらつきの殆どない抗張力線１２を作製することができる。そのため、抗張力線１２に加わる応力を均一に分散することができる。

抗張力線側融着層１７は、電線側融着層１５と同種材料、即ちフッ素樹脂に比べて融点が低いポリ塩化ビニル樹脂、ポリオレフィン樹脂、又はポリウレタン樹脂からなることが好ましい。電線側融着層１５と抗張力線側融着層１７とを同種材料で形成することで、電線側融着層１５と抗張力線側融着層１７とを容易に融着することができるからである。

また、抗張力線側融着層１７は、抗張力繊維１６の周囲に押出により形成されていることが好ましい。これにより、抗張力線側融着層１７により抗張力繊維１６が保持されるため、抗張力線１２の伸びを低く抑えることができる。そのため、チューブ状に形成されてなる絶縁層１４を有する絶縁電線１１と比較して、押出により形成されてなる抗張力線側融着層１７を有する抗張力線１２は、その伸びが同等若しくは絶縁電線１１以下となるので、フラットケーブル１０に加わる応力を抗張力線１２に加わり易くし、絶縁電線１１の応力負担を軽減することができる。

この抗張力線１２は、ケーブル横断面の両端に配置されていることが好ましい。これは、フラットケーブル１０が滑車の溝に挿入された状態で荷重を受けてＵ字屈曲されると、フラットケーブル１０の両端と滑車の溝側面とが擦れて、フラットケーブル１０の両端が摩耗し易いためである。また、このように摩耗や傷が生じ易く、応力が集中し易い両端に抗張力線１２を配置することで、屈曲寿命を延ばすことができる。

更に、抗張力線１２は、ケーブル横断面の中心を境にしてフラットケーブル１０を対称構造となるように配置されることが好ましい。これにより、フラットケーブル１０に加わる応力を均一に分散することができるからである。

次に、フラットケーブルの製造方法について説明する。

本実施の形態に係るフラットケーブル１０の製造方法は、チューブ押出によって撚線導体１３の周囲に絶縁層１４を形成する工程と、絶縁層１４の周囲に絶縁層１４よりも融点が低い電線側融着層１５を形成して絶縁電線１１を作製する工程と、充実押出によって抗張力繊維１６の周囲に絶縁層１４よりも融点が低い抗張力線側融着層１７を形成して抗張力線１２を作製する工程と、絶縁電線１１と抗張力線１２とを並列して配置すると共に電線側融着層１５と抗張力線側融着層１７の融点以上且つ絶縁層１４の融点未満の温度で加熱して電線側融着層１５と抗張力線側融着層１７とを介して互いに融着させる工程と、を備えることを特徴とする。

チューブ押出によって撚線導体１３の周囲に絶縁層１４を形成する工程では、撚線導体１３と絶縁層１４との間に空間を確保し、フラットケーブル１０がＵ字屈曲されたときに撚線導体１３が空間内を移動して撚線導体１３に加わる応力を逃がすことができるように、チューブ押出を採用している。

絶縁層１４の周囲に絶縁層１４よりも融点が低い電線側融着層１５を形成して絶縁電線１１を作製する工程では、特に押出方式を限定する必要が無いので、チューブ押出又は充実押出を採用することができるが、絶縁電線１１の外径を出来る限り均一に近づけるために、充実押出を採用することが好ましい。

充実押出によって抗張力繊維１６の周囲に絶縁層１４よりも融点が低い抗張力線側融着層１７を形成して抗張力線１２を作製する工程では、フラットケーブル１０がＵ字屈曲されたときに加わる応力を抗張力繊維１６に加わり易くして絶縁電線１１の応力負担を軽減し、また抗張力線１２の外径を均一にしてばらつきを無くす観点から、充実押出を採用している。

これまでの工程により、外径にある程度の不均一さを残した絶縁電線１１と外径が均一でばらつきの無い抗張力線１２とが得られる。

そして、絶縁電線１１と抗張力線１２とを並列して配置すると共に電線側融着層１５と抗張力線側融着層１７の融点以上且つ絶縁層１４の融点未満の温度で加熱して電線側融着層１５と抗張力線側融着層１７とを介して互いに融着させる工程では、電線側融着層１５と抗張力線側融着層１７の融点以上且つ絶縁層１４の融点未満の温度で加熱して電線側融着層１５と抗張力線側融着層１７のみを溶融させる。これにより、絶縁層１４は溶融しないため、絶縁層１４と電線側融着層１５の独立性が保たれる。

これまで説明してきたフラットケーブル１０によれば、両端及び絶縁電線１１の間に、疲労破断とは無縁であり、且つ外径が均一で癖の無い柔軟性に優れた抗張力線１２が配置されているので、絶縁電線１１の外径のばらつきに起因する、フラットケーブル１０がＵ字屈曲された際の局部的な応力集中を抗張力線１２によって吸収することができ、Ｕ字屈曲による撚線導体１３の断線を効果的に防止することが可能となる。

また、絶縁電線１１と抗張力線１２とを融着する際に抗張力線１２が絶縁電線１１の外径の不均一さや癖を吸収するので、フラットケーブル１０の外観形状が安定して平滑となり、融着された部分の形状も安定し易い。

更に、フラットケーブル１０がＵ字屈曲された際に絶縁電線１１に掛かる荷重を抗張力線１２が分担して受けることで、絶縁電線１１に掛かる荷重を緩和することができ、疲労破断寿命を向上することが可能となる。

また、絶縁電線１１と抗張力線１２とが絶縁層１４よりも融点が低い電線側融着層１５と抗張力線側融着層１７とを介して互いに融着されているので、絶縁層１４と電線側融着層１５とが融着しておらず独立した２層構造となっており、融着された電線側融着層１５と抗張力線側融着層１７とを割いても絶縁層１４に亀裂が進展することは無い。そのため、フラットケーブル１０は、端末加工時に絶縁層１４が裂けることが無く絶縁電線１１を引き出すことができ、端末加工作業性に優れている。

以上の通り、本発明によれば、Ｕ字屈曲された際の局部的な応力集中を緩和し、耐Ｕ字屈曲性を向上させることが可能なフラットケーブル１０を提供することができる。

なお、本発明は、前述した実施の形態に限定されるものでは無く、種々に変形を加えることが可能である。例えば、前述した実施の形態では、絶縁電線１１と抗張力線１２とを１本ずつ交互に配置したが、図２に示すように、絶縁電線１１を２本ずつ隣接して配置し、その両端と間に抗張力線１２を配置しても良い。

これにより、フラットケーブル１０がＵ字屈曲された際に掛かる荷重を抗張力線１２が均一に分担して受けることができ、両端の摩耗や応力集中から絶縁電線１１を保護することができると共に、抗張力線１２の本数を減らすことでフラットケーブル１０の幅が大きくなり過ぎるのを抑えることができる。

特に、絶縁電線１１の本数が多い場合には、抗張力線１２が１本当たりに分担する応力も小さくなるので、絶縁電線１１が複数本ずつの配置となるように抗張力線１２を間引いても耐Ｕ字屈曲性への影響は非常に小さく、寧ろフラットケーブル１０の幅を小さくし、配線スペースを狭小化できる利徳の方が大きい。

また、図３（ａ）から（ｃ）に示すように、絶縁電線１１が複数本である場合は、配置する絶縁電線１１の本数が同じでなくても良く、ケーブル横断面の中心を境にして対称の配置になっていれば良い。これにより、フラットケーブル１０の左右に均等に荷重が掛かるため、フラットケーブル１０の使用中に捻れたり、片端に摩耗や応力が集中することが無い。

次に、本発明の実施例を説明する。

実施例１として図１に示したフラットケーブル１０を準備し、比較例１として図５に示したフラットケーブル５０を準備した。

具体的には、外径が０．０８ｍｍの素線を撚り合わせた２３ＡＷＧ（American Wire Gauge）の撚線導体１３、３１を用いて４芯のフラットケーブル１０、３０を作製した。フラットケーブル１０では、４芯の絶縁電線１１に加えて５芯の抗張力線１２を絶縁電線１１と交互に配置し、高さが２ｍｍ、幅が１７．２ｍｍとなるようにし、フラットケーブル５０では、４芯の絶縁電線５３のみを並列に配置し、高さが２ｍｍ、幅が７．８ｍｍとなるようにした。

これらフラットケーブル１０、３０について、図４（ａ）に示すように、ケーブル長が１．０ｍとなるように切断し、絶縁電線１１、５３を導体４１を用いて直列に接続すると共に、両端の端子Ａ、Ｂを断線検知器に接続した後、図４（ｂ）に示すように、フラットケーブル１０、３０の一端に２ｋｇの錘４２を取り付けると共に、他端を半径が４０ｍｍのマンドレル４３に取り付け、マンドレル４３を所定の周期で回転・反回転させてフラットケーブル１０、３０を繰り返しＵ字屈曲させるＵ字屈曲試験を実施した。このＵ字屈曲試験においては、断線検知器で測定される導体抵抗値が２０％上昇した時点で断線と判断することとした。

その結果、フラットケーブル１０ではＵ字屈曲を１０００万回以上繰り返しても断線は生じなかったが、フラットケーブル５０では１２０万回程度で断線が生じた。

以上の結果から、本発明によれば、Ｕ字屈曲された際の局部的な応力集中を緩和し、耐Ｕ字屈曲性を向上させることが可能なフラットケーブル１０を提供することができる旨が実証された。

１０フラットケーブル
１１絶縁電線
１２抗張力線
１３撚線導体
１４絶縁層
１５電線側融着層
１６抗張力繊維
１７抗張力線側融着層

Claims

並列して配置された絶縁電線と抗張力線とを備えるフラットケーブルにおいて、
前記絶縁電線は、撚線導体と、前記撚線導体の周囲に形成された絶縁層と、前記絶縁層の周囲に形成されると共に前記絶縁層よりも融点が低い電線側融着層と、を備え、
前記抗張力線は、抗張力繊維と、前記抗張力繊維の周囲に形成されると共に前記絶縁層よりも融点が低い抗張力線側融着層と、を備え、
前記絶縁電線と前記抗張力線は、前記電線側融着層と前記抗張力線側融着層とを介して互いに融着されていることを特徴とするフラットケーブル。
前記抗張力線は、ケーブル横断面の両端に配置されている請求項１に記載のフラットケーブル。
前記抗張力線は、ケーブル横断面の中心を境にして対称となるように配置されている請求項１又は２に記載のフラットケーブル。
前記絶縁層は、フッ素樹脂からなり、前記電線側融着層と前記抗張力線側融着層は、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリオレフィン樹脂、又はポリウレタン樹脂からなる請求項１から３の何れか一項に記載のフラットケーブル。
前記抗張力繊維は、伸びが１０％以下で撚り合わされており、断面形状が略真円である請求項１から４の何れか一項に記載のフラットケーブル。
前記抗張力繊維は、ポリエチレンテレフタレート繊維からなる請求項１から５の何れか一項に記載のフラットケーブル。
チューブ押出によって撚線導体の周囲に絶縁層を形成する工程と、
前記絶縁層の周囲に前記絶縁層よりも融点が低い電線側融着層を形成して絶縁電線を作製する工程と、
充実押出によって抗張力繊維の周囲に前記絶縁層よりも融点が低い抗張力線側融着層を形成して抗張力線を作製する工程と、
前記絶縁電線と前記抗張力線とを並列して配置すると共に前記電線側融着層と前記抗張力線側融着層の融点以上且つ前記絶縁層の融点未満の温度で加熱して前記電線側融着層と前記抗張力線側融着層とを介して互いに融着させる工程と、
を備えることを特徴とするフラットケーブルの製造方法。
前記絶縁層は、フッ素樹脂からなり、前記電線側融着層と前記抗張力線側融着層は、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリオレフィン樹脂、又はポリウレタン樹脂からなる請求項７に記載のフラットケーブルの製造方法。
前記抗張力繊維は、伸びが１０％以下で撚り合わされており、断面形状が略真円である請求項７又は８に記載のフラットケーブルの製造方法。
前記抗張力繊維は、ポリエチレンテレフタレート繊維からなる請求項７から９の何れか一項に記載のフラットケーブル。