JP2015103423A - フラットケーブル及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】幅方向に曲げ易いフラットケーブル及びその製造方法を提供する。
【解決手段】フラットケーブルFCは、軸方向に延びる複数本の導体10と、これらの導体10が幅方向に並んだ状態でこれらを被覆する絶縁被覆20と、を備える。絶縁被覆20は、膨出部24を有する。膨出部24は、前記軸方向及び幅方向と直交する厚み方向について各導体10の外周面から外側に離間するように膨出し、これにより、導体10同士の相対変位を許容する内部空間を形成する。このフラットケーブルFCは、フラットケーブル素材の周囲に径方向外側に膨出する形状の部分を含む内面を有する金型を配置し、金型内で絶縁被覆20を加熱しかつその内外に圧力差を与えて前記金型の内面に沿った形状の膨出部24を形成することにより、製造されることができる。
【選択図】 図1

Description

本発明は、自動車等に配索されるフラットケーブル及びその製造方法に関する。
従来、複数本の導体及び絶縁被覆を有するケーブルの一種として、フラットケーブルが知られている。このフラットケーブルでは、前記複数本の導体がその軸方向と直交する幅方向に配列され、互いに平行に延びている。絶縁被覆は、このように配列された前記導体を一括して被覆する。
このフラットケーブルは、前記のように複数本の導体が幅方向に配列されていることから、全体として偏平な形状を有し、特に、前記幅方向と直交する厚み方向には比較的撓み易い特性を有している。
特開2013−20750号公報
前記フラットケーブルは、前記厚み方向には撓み易い反面、前記複数本の導体が並ぶ幅方向にはほとんど曲げることができない。このことは、当該フラットケーブルの配索形態を著しく制限する。
本発明の目的は、幅方向に配列される複数本の導体と、これを覆う絶縁被覆と、を有するフラットケーブルであって、その厚み方向だけでなく幅方向にも曲げることが可能なものと、当該フラットケーブルを容易に製造することが可能な方法と、を提供することにある。
この目的を達成するため、本発明者らは、従来のフラットケーブルの幅方向への曲げの困難性の原因について検討をした。従来のフラットケーブルを幅方向に曲げることを困難にしている理由は、複数本の導体の配列形態が固定されていることにある。すなわち、従来のフラットケーブルでは各導体が絶縁被覆により拘束されていて各導体の配列形態が固定されているので、当該フラットケーブルを幅方向に曲げるためには、その曲げ半径の小さい側つまり幅方向内側に位置する導体の長さと、曲げ半径の大きい側つまり幅方向外側に位置する導体の長さとの間に大きな差が必要になる。しかし、各導体の伸縮はきわめて限られているから、これら導体の長さに大きな差を与えることは不可能である。
本発明は、このような観点からなされたものである。本発明が提供するフラットケーブルは、それぞれが軸方向に延びる複数本の導体と、これらの導体がその軸方向と直交する幅方向に整列した状態で当該導体を外側から拘束するようにしてこれらの導体を一括して覆う絶縁被覆と、を備える。そして、その特徴として、当該絶縁被覆は、前記導体同士の相対変位を許容することにより幅方向の曲げを可能にする膨出部を有する。この膨出部は、前記各導体から部分的に少なくとも前記幅方向及び前記軸方向の双方と直交する厚み方向に離間するように膨出することにより、互いに隣接する導体同士が前記厚み方向に重なるように相対変位することを許容する内部空間を形成する。
このフラットケーブルでは、前記絶縁被覆のうちの膨出部において局所的に当該絶縁被覆による各導体の拘束が解かれ、当該膨出部すなわち前記各導体から前記絶縁被覆が少なくとも厚み方向に離間するように膨出する部分で当該絶縁被覆の内部に導体同士が前記厚み方向に重なり合うことを許容する空間が形成されるため、その導体同士の相対変位を伴いながら前記フラットケーブルを厚み方向だけでなく幅方向にも曲げることができる。つまり、前記膨出部での曲げに際して曲げ半径の大きい側すなわち外側に位置する導体が曲げ半径の小さい側すなわち内側に位置する導体に対して内側に相対変位することにより、当該膨出部での曲げが容易になる。
ここで、「互いに隣接する導体同士が前記厚み方向に重なる」とは、これらの導体同士が当該厚み方向に完全に重なる形態に限定されず、厚み方向からみて両導体の一部同士が部分的に重なる形態も含む趣旨である。
前記膨出部は、さらに、前記幅方向の両外側に位置する導体の外周面から幅方向外側に離間するように膨出することが、より好ましい。このようにして当該膨出部と幅方向外側に位置する導体との間に形成される隙間は、フラットケーブルが幅方向に曲げられたときに前記各導体が前記膨出部に対してその曲げ方向の内側(曲げ半径の小さい側)に相対変位すること、つまりなるべく短い経路を通ること、を可能にし、これにより、当該膨出部での曲げをより容易にすることができる。
前記膨出部の具体的な形状は特に限定されない。しかし、当該膨出部は、外側に膨出する山部と、この山部の外径よりも小さな外径及び当該山部の内径よりも小さな内径を有する谷部と、が交互に並ぶ蛇腹状をなすことが、より好ましい。この形状は、前記導体同士の相対変位の許容だけでなく、絶縁被覆そのものの曲げ変形を容易にし、これにより、当該膨出部の曲げ変形可能な度合いをさらに大きくすることができる。
また本発明は、前記フラットケーブルを製造するための方法を提供する。この方法は、それぞれが軸方向に延びる複数本の導体と、熱可塑性樹脂材料からなり、前記各導体がその軸方向と直交する幅方向に整列した状態で当該導体を外側から拘束するようにしてこれらの導体を一括して覆う絶縁被覆と、を有するフラットケーブル素材を用意する工程と、前記フラットケーブル素材の軸方向の少なくとも一部の箇所の周囲に当該フラットケーブル素材の外周面に対して径方向外側に膨出する形状の膨出部をもつ内面を有する金型を配置する工程と、当該金型内において前記絶縁被覆を構成する熱可塑性樹脂材料を加熱して軟化させるとともに当該絶縁被覆の内側の圧力が前記金型内における当該絶縁被覆の外側の圧力よりも高くなるような圧力差を与えることにより、当該絶縁被覆に、前記金型の内面に沿った形状の膨出部であって、前記各導体から部分的に前記幅方向及び前記軸方向と直交する厚み方向に離間するように膨出することにより、互いに隣接する導体同士が前記厚み方向に重なるように相対変位することを許容する内部空間を形成する膨出部を形成する工程と、を含む。
ここで、「熱可塑性樹脂材料を加熱して軟化させる」とは、前記圧力差の付与により当該熱可塑性樹脂が膨張して前記金型の凹凸内面に沿う形状に変形可能となる程度まで軟化するように加熱することを意味し、その具体的な加熱温度は、当該熱可塑性樹脂の材質や厚みに応じて適宜設定されればよい。
このフラットケーブルの製造方法によれば、フラットケーブル素材の周囲に金型を配置して当該金型内で絶縁被覆を加熱しながらその内外に圧力差を与えるだけで、当該絶縁被覆に好適な膨出部を形成することができる。この方法では、前記金型の内面の形状とこれにより得られる膨出部の形状とが対応しているので、当該金型の内面の形状の設定により、好ましい形状の膨出部を自由に形成することが、可能である。
前記金型内における絶縁被覆の内側の圧力と外側の圧力との間に圧力差を与えるには、当該金型内を排気して減圧してもよいし、当該フラットケーブル素材の少なくとも一方の端部から前記金型内で加熱している絶縁被覆の内側に空気等のガスを押し込んでもよい。前者の場合には、特別な加圧ガスを用いることなく所望の膨出部を形成することができる。
以上のように、本発明によれば、厚み方向だけでなく幅方向にも曲げることが可能なフラットケーブル及び当該フラットケーブルを容易に製造することが可能な方法が提供される。
本発明の第1の実施の形態に係るフラットケーブルの要部を示す断面斜視図である。 前記フラットケーブルの要部を示す平面図である。 前記フラットケーブルの要部を示す断面正面図である。 (a)は図2のIV−IV線に沿った断面図、(b)は(a)の状態からフラットケーブルが幅方向に曲げられた状態を示す断面図である。 前記フラットケーブルの膨出部を真空成形によって形成するための下金型及び上金型を当該フラットケーブルの周囲に配置した状態を示す斜視図である。 前記下金型及び上金型を前記フラットケーブルの周囲に配置した状態を示す断面正面図である。 前記下金型の平面図である。 (a)は本発明の第2の実施の形態に係るフラットケーブルの断面正面図、(b)は当該フラットケーブルの断面平面図である。 本発明の第3の実施の形態に係るフラットケーブルの要部を示す断面斜視図である。 本発明の第4の実施の形態に係るフラットケーブルの要部を示す断面斜視図である。
本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
図1〜図4は、本発明の第1の実施の形態に係るフラットケーブルFCを示す。このフラットケーブルFCは、複数本の導体10と、これらを被覆する絶縁被覆20と、を備える。前記各導体10は、高い導電性を有するものであればよく、例えば、銅などの良導電性金属材料からなる単一の素線または互いに束ねられた複数の素線により構成される。絶縁被覆20は、前記各導体10が互いに平行な配列でその軸方向と直交する方向に並んだ状態でこれらを一括して被覆する形状、すなわち偏平状をなす。絶縁被覆20は、絶縁性を有する合成樹脂材料からなる。その具体的な材質は特に限定されないが、後述のようにしてフラットケーブルFCの製造を行うためには、熱可塑性樹脂であることが、好ましい。
このフラットケーブルFCの特徴として、前記絶縁被覆20は、その軸方向の一部の箇所に膨出部24を有する。この膨出部24は、絶縁被覆20のうちの当該膨出部24以外の部分、すなわち当該絶縁被覆20の内周面が中心導体10の外周面に密着または略密着する通常部分22よりも前記幅方向及びこれと直交する厚み方向に膨出する形状を有する。具体的に、当該膨出部24は、前記各導体10の外周面から前記厚み方向の外側に離間するとともに、当該導体10のうち幅方向両外側に位置する導体10の外周面から当該幅方向の外側に離間するように膨出する。
この第1の実施の形態に係る膨出部24は、さらなる特徴として、複数の大径部すなわち山部26と複数の小径部すなわち谷部28とが軸方向に交互に並ぶ形状、すなわち、いわゆる蛇腹状をなす。前記各山部26は、その内周面が前記中心導体10の外周面から径方向の外側に大きく離間するように当該径方向の外側に膨出する形状を有する。一方、前記各谷部28は、前記山部26の外径よりも小さい外径と、前記山部26の内径よりも小さい内径と、を有する。すなわち、この実施形態に係る膨出部24は、その内径及び外径が軸方向について繰り返し増減する形状を有する。
従って、この第1の実施の形態に係る膨出部24では、図3及び図4に示されるように、前記各谷部28の内周面28aと各導体10との間に、前記厚み方向及び前記幅方向の隙間が形成され、これにより、前記各導体10が互いに相対変位することを許容する空間40が膨出部24の内部に形成されている。
この空間40は、前記相対変位の許容によってフラットケーブルFCを膨出部24において曲げ易くすることを可能にする。例えば、従来のフラットケーブル、つまり各導体と絶縁被覆とが軸方向全域にわたって密着していて導体同士の相対変位が許容されていないフラットケーブル、では、これを幅方向に曲げようとした場合、その曲げ方向の内側に位置する導体の経路長と外側に位置する導体の経路長との間に差が与えられなければならないが、この差を生じさせるために各導体が弾性的に伸縮できる量は僅かであり、よって当該フラットケーブルを幅方向に曲げることは実質上困難である。これに対し、第1の実施の形態に係るフラットケーブルFCを例えば図2の矢印ALに示すように幅方向に曲げようとすると、図4(b)に示すように互いに隣接する導体10同士が厚み方向(同図では上下方向)に重なりながらこれら導体10全体がその曲げ方向の内側(同図では右側)に偏在することができる。このことが、当該膨出部24でのフラットケーブルFCの幅方向の曲げを可能にする。
ここで、図4(a)に示される各導体10と谷部28の内周面28aとの厚み方向の隙間の寸法C1及び幅方向両外側の導体10と当該内周面28aとの幅方向の隙間の寸法C2は自由に設定することが可能である。前記厚み方向の隙間寸法C1を大きくすることは、互いに隣接する導体10同士の厚み方向の重なり度合いを増すことを可能にし、幅方向の隙間寸法C2を大きくすることは、導体10全体が膨出部24内で曲げ方向の内側に偏在する度合いを大きくすることができる。従って、いずれも膨出部24での曲げ易さの向上に寄与することができる。
本発明では、前記幅方向の隙間は省略されてもよく、厚み方向の隙間のみが確保されるものでもよい。この場合も、互いに隣接する導体10同士の厚み方向の重なりを可能にすることで、フラットケーブルFCの曲げ易さは顕著に向上する。
さらに、この第1の実施の形態に係るフラットケーブルFCでは、膨出部24が複数の山部26と複数の谷部28とを交互に有する、いわゆる蛇腹形状をなしているので、膨出部24自体の曲げ剛性も他の通常部分22に比べて小さくなっている。つまり、膨出部24では絶縁被覆20そのものの曲げ変形も容易に生じさせることができる。
以上説明したフラットケーブルFCは、例えば以下の工程を含む方法により、合理的かつ容易に製造されることが可能である。
1)予備工程(フラットケーブル素材準備工程)
この工程では、前記の中心導体10と絶縁被覆20とを有する通常の(すなわち絶縁被覆20の肉厚及び径が均一の)フラットケーブル素材が準備される。このフラットケーブル素材は、通常の絶縁電線と同様、例えば押出し成形によって生産されることが可能である。前記絶縁被覆20の材質としては、後の加熱状態での成形のために、絶縁性に加えて熱可塑性を有する樹脂が用いられる。具体的には、ポリアミド樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、架橋ポリエチレン、エチレン−エチルアクリルレート共重合樹脂、サーモプラスチックポリウレタン共重合樹脂、塩化ビニルなど、が好適である。
2)金型配置工程及び膨出部形成工程
これらの工程では、前記フラットケーブル素材の軸方向の少なくとも一部の箇所の周囲に、前記膨出部24を形成するための金型が配置され、その状態で膨出部24の形成が行われる。換言すれば、当該金型の内部に前記フラットケーブル素材の軸方向の少なくとも一部が配置され、当該金型の内部で前記膨出部24の形成が行われる。この膨出部24の形成は、当該膨出部24の形成箇所における絶縁被覆20の内側の圧力と外側の圧力(すなわち金型内の圧力)との間に前者の圧力の方が高いような圧力差を与えることにより、行われる。このような圧力差を利用した膨出部24の形成は、例えば、次の真空成形が好適である。
この真空成形は、絶縁被覆20の外側空間を減圧することにより前記圧力差を形成するものであり、例えば図5〜図6に示すような上金型30A及び下金型30B(図7は下金型30Bのみ図示)の使用により、実現される。
上金型30A及び下金型30Bは、図5〜図6に示すフラットケーブル素材FC′のうちの膨出部形成部位及びその近傍部位のみを上下から挟みこむ形状を有する。具体的に、両金型30A,30Bの軸方向両端部は、前記フラットケーブル素材FC′の外周面に対応する断面半円状の半割内周面32をそれぞれ有し、軸方向中央部分は、形成目標となる膨出部24の外側面形状に対応した形状の凹凸内面34を有する。すなわち、この凹凸内面34は、前記山部26の外周面に対応した寸法で径方向の外向きに膨出する大径部36と、前記谷部28の外周面に対応した内径を有する小径部38と、を有する。この小径部38の内周面の形状は、形成されるべき膨出部24の内側に前記の空間40が確保されるように前記フラットケーブル素材FC′の絶縁被覆20の外周面よりも一回り大きい形状に設定されている。
前記各金型30A,30Bの外側面には、図略の真空ポンプに接続される部分である凹部31が形成され、この凹部31の底面と前記内側面32の複数の箇所(図6及び図7に示す例では前記山部26に対応する大径部36すなわち径方向外向きに大きく膨出する内面)とを連通するように複数のエア吸引孔35が各金型30A,30Bが形成されている。従って、各エア吸引孔35に前記真空ポンプが接続されることが可能である。
真空成形の際には、前記上金型30A及び前記下金型30Bのうちその軸方向両端部に形成された内周面32がそれぞれ前記フラットケーブル素材FC′の外周面(絶縁被覆20の外周面)に全周にわたり密着するように、両金型30A,30B同士の間に前記フラットケーブル素材FC′が挟み込まれ、この状態で両金型30A,30B同士が図略のボルトにより締結される。換言すれば、フラットケーブル素材FC′の周囲に前記両金型30A,30Bが配置される。
この状態で、例えば前記金型30A,30Bに内蔵されたヒータにより前記絶縁被覆20を構成する熱可塑性樹脂が加熱される。この温度は、後述の圧力差の付与によって、当該熱可塑性樹脂が膨張して前記金型30A,30Bの凹凸内面34に沿う形状に変形可能となる程度まで軟化する温度に設定されればよく、その具体的な値は当該熱可塑性樹脂の材質や厚みに応じて適宜設定されればよい。例えば、絶縁被覆20の材質が例えば塩化ビニルで1mm程度の肉厚を有する場合には100°C〜130°C程度まで加熱すればよい。すなわち、この熱可塑性樹脂の加熱温度は、当該熱可塑性樹脂からなる絶縁被覆20が前記凹凸内面34に対応する形状まで変形することを可能にする程度まで軟化するように設定さればよく、その具体的な温度は限定されない。
このような加熱状態で、さらに、前記真空ポンプが作動して上金型30A及び下金型30Bの内部のエアを吸引することにより負圧を形成する。これにより、当該金型30A,30B内のエアの圧力(すなわち絶縁被覆20のすぐ外側のエアの圧力)Poと、絶縁被覆20の内側の圧力Piとの間にPo<Pi(=大気圧)となる圧力差(=Pi−Po)が与えられる。この圧力差により、金型30A,30B内で加熱されて軟化した絶縁被覆20が金型30A,30Bの内側面に密着する形状、すなわち、大径部36と小径部38とが交互に並ぶ凹凸内面34に対応して山部26及び谷部28を有する形状、に変形させられる。これにより、通常部分22よりも薄肉でかつ前記山部26および谷部28を含む膨出部24が形成される。このようにして、当該膨出部24をもつフラットケーブルFCが製造される。
なお、前記絶縁被覆20の弾性が低くて当該絶縁被覆20と金型内周面32との密着が難しい場合には、両者間に例えばOリングが挟み込まれてもよい。また、両金型30A,30B同士の接合面のシールのためにゴムシートが両金型30A,30Bの間に挟みこまれてもよい。あるいは、フラットケーブル素材FC′が比較的短い場合には、当該電線素材FC′全体を密封するような長尺の金型が使用されてもよい。この場合も、当該金型内を排気して減圧すると、フラットケーブル素材FC′における中心導体10での流路抵抗により絶縁被覆20の内側圧力Piと外側圧力Poとの間にPo<Pi(=大気圧)となる圧力差が生ずるので、前記と同様に膨出部24を形成することが可能である。
このような真空成形の他、ブロー成形によっても前記圧力差を与えることが可能である。このブロー成形は、前記絶縁被覆20の内側に圧力ガス(例えばエア)を押し込んで当該内側の圧力Piを昇圧することにより、Po(=大気圧)<Piとなる圧力差を形成するものである。
以上示した製造方法によれば、フラットケーブル素材FC′の周囲に適当な形状の内面をもつ金型を配置して当該金型内で絶縁被覆20を加熱しながら当該絶縁被覆20の内側と外側との間に圧力差を与えるだけで、当該絶縁被覆20に好適な膨出部24を形成することができる。この方法では、金型内面形状と、得られる膨出部24の形状と、が対応しているので、当該金型の内面の形状の設定により、好ましい形状の膨出部24を自由に形成することが、可能である。換言すれば、要求される形状の膨出部の形成は、その形状に対応した形状の金型を用いることで容易に達成することが可能である。
本発明では、膨出部の具体的な形状は限定されない。図8(a)(b)は、第2の実施の形態に係るフラットケーブルFC2を示している。このフラットケーブルFC2は、蛇腹状ではなく平坦な形状の膨出部24′を有している。すなわち、この膨出部24′は、他の通常部分22に比べて一回り大きい断面形状を有していて内部の導体10から厚み方向及び幅方向の外側に離間しているが、軸方向について一様な断面形状を有している。このような膨出部24′においても、その内部で複数の導体10同士が相対変位することを許容することにより、当該膨出部24′での曲げ易さを飛躍的に向上させることができる。
また、膨出部が前記山部26のような複数の山部を有する場合において、その山部の形状も図1に示されるような環状に限定されない。例えば、当該山部は第3の実施の形態として図9に示されるフラットケーブルFC3の山部26′のように網目状に形成されたもの、あるいは螺旋状に形成されていてもよい。
本発明では、膨出部の個数や、膨出部以外の部分の絶縁被覆の形状も特に限定されない。図10は、第4の実施の形態に係るフラットケーブルFC4を示しているが、このフラットケーブルFC4の絶縁被覆20は、軸方向に間欠的に並ぶ複数の膨出部24を有しており、そのうち特定の膨出部24同士の間に複数本のリブ25が形成されている。これらのリブ25は軸方向と平行な方向に延び、膨出部24とは逆に当該リブ25が形成されている部分でフラットケーブルFC4が厚み方向に曲げ変形するのを抑止する。
FC1〜FC4 フラットケーブル
FC′ フラットケーブル素材
10 中心導体
20 絶縁被覆
22 通常部分
24 膨出部
26,26′ 山部
28 谷部
30A 上金型
30B 下金型
34 凹凸内面
36 大径部
38 小径部
40 膨出部内の空間

Claims (4)

  1. フラットケーブルであって、
    それぞれが軸方向に延びる複数本の導体と、
    これらの導体がその軸方向と直交する幅方向に整列した状態で当該導体を外側から拘束するようにしてこれらの導体を一括して覆う絶縁被覆と、を備え、
    前記絶縁被覆は、前記導体同士の相対変位を許容することにより幅方向の曲げを可能にする膨出部を有し、この膨出部は、前記各導体から部分的に少なくとも前記幅方向及び前記軸方向の双方と直交する厚み方向に離間するように膨出することにより、互いに隣接する導体同士が前記厚み方向に重なるように相対変位することを許容する内部空間を形成する、フラットケーブル。
  2. 請求項1記載のフラットケーブルであって、前記膨出部は、さらに、前記幅方向の両外側に位置する導体の外周面から幅方向外側に離間するように膨出する、フラットケーブル。
  3. 請求項1または2記載のフラットケーブルであって、前記膨出部は、外側に膨出する山部と、この山部の外径よりも小さな外径及び当該山部の内径よりも小さな内径を有する谷部と、が交互に並ぶ蛇腹状をなす、フラットケーブル。
  4. フラットケーブルを製造するための方法であって、
    それぞれが軸方向に延びる複数本の導体と、熱可塑性樹脂材料からなり、前記各導体がその軸方向と直交する幅方向に整列した状態で当該導体を外側から拘束するようにしてこれらの導体を一括して覆う絶縁被覆と、を有するフラットケーブル素材を用意する工程と、
    前記フラットケーブル素材の軸方向の少なくとも一部の箇所の周囲に当該フラットケーブル素材の外周面に対して径方向外側に膨出する形状の膨出部をもつ内面を有する金型を配置する工程と、
    当該金型内において前記絶縁被覆を構成する熱可塑性樹脂材料を加熱して軟化させるとともに当該絶縁被覆の内側の圧力が前記金型内における当該絶縁被覆の外側の圧力よりも高くなるような圧力差を与えることにより、当該絶縁被覆に、前記金型の内面に沿った形状の膨出部であって、前記各導体から部分的に前記幅方向及び前記軸方向と直交する厚み方向に離間するように膨出することにより、互いに隣接する導体同士が前記厚み方向に重なるように相対変位することを許容する内部空間を形成する膨出部を形成する工程と、を含む、フラットケーブルの製造方法。


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