JP2016039061A - フレキシブル金属線及びその製造方法並びにフレキシブル配線 - Google Patents

Abstract

【課題】水分による劣化を抑制することができるフレキシブル金属線及びその製造方法並びにそれを用いたフレキシブル配線を提供する。
【解決手段】フレキシブル金属線１は、直径０．０３〜０．１０ｍｍの金属線３と、金属線３を被覆する外径０．０５〜０．２０ｍｍのガラス管２とを備えることを特徴としている。フレキシブル金属線１の製造方法は、金属線４、及び金属線４の直径より大きな内径の内孔２１を有する母材ガラス管２０を準備する工程と、母材ガラス管２０の内孔２１に、金属線４を挿入し、母材ガラス管２０を加熱延伸させることによって、金属線４の外表面に母材ガラス管２０の内孔２１表面を融着させる工程とを備えることを特徴としている。フレキシブル配線１０は、フレキシブル金属線１を複数備えることを特徴としている。
【選択図】図１

Description

本発明は、フレキシブル金属線及びその製造方法並びにそれを用いたフレキシブル配線に関するものである。

フレキシブルな配線材として、従来より、フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）が用いられている。フレキシブルプリント基板では、一般に、導電部となる金属部分をポリイミド樹脂等の樹脂で被覆している（特許文献１等）。

特開２００１−１４４３８９号公報

しかしながら、ポリイミド樹脂等の樹脂は水分を通すため、屋外などで長期間使用すると、金属部分が水分により劣化したり、ポリイミド樹脂と金属配線の隙間を通って水分が装置内に浸入し、装置内のデバイスが劣化するという問題があった。

本発明の目的は、水分による劣化を抑制することができるフレキシブル金属線及びその製造方法並びにそれを用いたフレキシブル配線を提供することにある。

本発明のフレキシブル金属線は、直径０．０３〜０．１０ｍｍの金属線と、金属線を被覆する外径０．０５〜０．２０ｍｍのガラス管とを備えることを特徴としている。

本発明においては、金属線の熱膨張係数とガラス管の熱膨張係数の差が、１５ｐｐｍ／℃以下であることが好ましい。

本発明のフレキシブル金属線の製造方法は、金属線、及び金属線の直径より大きな内径の内孔を有する母材ガラス管を準備する工程と、母材ガラス管の内孔に、金属線を挿入し、母材ガラス管を加熱延伸させることによって、金属線の外表面に母材ガラス管の内孔表面を融着させる工程とを備えることを特徴としている。

本発明のフレキシブル配線は、上記本発明のフレキシブル金属線を複数備えることを特徴としている。

本発明によれば、水分による劣化を抑制することができる。

本発明の第１の実施形態のフレキシブル金属線を示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態のフレキシブル金属線の端部を拡大して示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態のフレキシブル金属線を製造する方法を説明するための斜視図である。 本発明の第２の実施形態のフレキシブル金属線を製造する方法を説明するための斜視図である。 本発明の第１の実施形態のフレキシブル金属線を用いたフレキシブル配線を示す模式的断面図である。

以下、好ましい実施形態について説明する。但し、以下の実施形態は単なる例示であり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また、各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照する場合がある。

図１は、本発明の第１の実施形態のフレキシブル金属線を示す斜視図である。図２は、図１に示す第１の実施形態のフレキシブル金属線の端部を拡大して示す斜視図である。図１及び図２に示すように、本実施形態のフレキシブル金属線１は、金属線３と、金属線３を被覆するガラス管２とを備えている。

金属線３の直径Ｄ１は、０．０３〜０．１０ｍｍの範囲内であり、好ましくは、０．０５〜０．０８ｍｍの範囲内である。金属線３の直径Ｄ１が小さすぎると、抵抗値が大きくなり、損失や発熱、高周波回路に適さない等の問題が生じる。金属線３の直径Ｄ１が大きすぎると、フレキシブル性が悪くなると共に、取り回し時の曲げ等の応力によってガラスに亀裂が入ったり、金属線からガラスが剥離し、ガラスと金属線との間の気密性が損なわれてしまうおそれがある。

金属線３は、導電性材料から形成されており、例えば、金、銀、銅などの金属またはそれらの合金から形成することができる。金属線３の長さ方向に垂直な方向における断面形状は、特に限定されるものではなく、例えば、円形、楕円形、矩形などの断面形状が挙げられる。本実施形態において、金属線３は、円形の断面形状を有している。

ガラス管２の外径Ｄ２は、０．０５〜０．２０ｍｍの範囲内であり、好ましくは、０．１０〜０．１５ｍｍの範囲内である。ガラス管２の外径Ｄ２が小さすぎると、引っ張り強度などの機械的な強度が小さくなり敷設環境等によっては実使用に耐えないおそれがある。ガラス管２の外径Ｄ２が大きすぎると、フレキシブル金属線１のフレキシブル性が損なわれる場合があると共に、取り回し時の曲げ等の応力によってガラスに亀裂が入ったり、金属線からガラスが剥離し、ガラスと金属線との間の気密性が損なわれてしまうおそれがある。

ガラス管２の内孔の内径は、金属線３の直径Ｄ１と実質的に同じであることが好ましい。これにより、ガラス管２の内孔の内表面と、金属線３の外表面とを密着させることができ、外部からの水分等の浸入をより効果的に抑制することができる。

ガラス管２は、金属線３の熱膨張係数に近い熱膨張係数を有するガラスから形成することが好ましい。このようなガラスとして、ホウ珪酸ガラスが好ましく用いられる。このようなガラスとして、具体的には、質量％で、ＳｉＯ_２ ５２〜７０％、Ａｌ_２Ｏ_３ ５〜２０％、Ｂ_２Ｏ_３ ５〜２０％、アルカリ土類金属酸化物 ４〜３０％、ＺｎＯ ０〜５％の基本組成を含有し、実質的にアルカリ金属酸化物を含有しないガラスや、質量％で、ＳｉＯ_２ ５８〜７５％、Ａｌ_２Ｏ_３ ０．５〜１５％、Ｂ_２Ｏ_３ ５〜２０％、アルカリ金属酸化物 １〜２０％、アルカリ土類金属酸化物 ０〜２０％、ＺｎＯ ０〜９％の基本組成を含有するガラスなどが挙げられる。

ガラス管２の長さ方向に垂直な方向における断面の外周面の形状は、特に限定されるものではなく、例えば、円形、楕円形、矩形などの形状が挙げられる。本実施形態においては、円形の形状を有している。ガラス管２の長さ方向に垂直な方向における断面の内周面の形状は、金属線３の長さ方向に垂直な方向における断面形状と同様であることが好ましい。

金属線３の熱膨張係数は、５〜２５ｐｐｍ／℃の範囲であることが好ましく、６〜１５ｐｐｍ／℃の範囲であることがさらに好ましい。ガラス管２の熱膨張係数は、３〜１００ｐｐｍ／℃の範囲であることが好ましく、５〜１０ｐｐｍ／℃の範囲であることがさらに好ましい。金属線３の熱膨張係数とガラス管２の熱膨張係数の差は、１５ｐｐｍ／℃以下の範囲内であることが好ましく、１０ｐｐｍ／℃以下の範囲内であることがさらに好ましい。金属線３の熱膨張係数とガラス管２の熱膨張係数の差を、このような範囲内にすることにより、金属線３とガラス管２との密着性を高めることができる。

本実施形態のフレキシブル金属線１は、金属線３をガラス管２で被覆しているので、金属部材をポリイミド樹脂等で被覆している従来のフレキシブルプリント基板に比べ、外部からの水分等の浸入をより効果的に抑制することができ、水分等による金属線３の劣化を抑制することができる。また、ポリイミド樹脂と金属配線の隙間を通って水分が装置内に浸入し、装置内のデバイスが劣化することを抑制することができる。

図３は、本発明の第１の実施形態のフレキシブル金属線を製造する方法を説明するための斜視図である。図３に示すように、本実施形態のフレキシブル金属線は、母材ガラス管２０の内孔２１に、金属線４を挿入し、母材ガラス管２０を加熱延伸させることによって、金属線４の外表面に母材ガラス管２０の内孔２１の表面を融着させて製造することができる。金属線４は、リール４０に巻き付けられており、リール４０から母材ガラス管２０の内孔２１に供給される。母材ガラス管２０の内孔２１の内径は、金属線４の直径より大きくなるように設定され、例えば、金属線４の直径の１０〜１０００倍になるように設定されることが好ましい。母材ガラス管２０の内孔２１の内径が、金属線４の直径の１０倍未満であると、金属線４を母材ガラス管２０の内孔２１内に挿入することが困難な場合がある。また、金属線４の直径の１０００倍を超えると、金属線４にガラス管２を密着させることが困難な場合がある。

母材ガラス管２０の外径は、特に限定されるものではないが、一般には、ガラス管２の外径Ｄ２の５０〜１００倍程度とすることが好ましい。５０倍未満であると、延伸成形時の縮小率が小さくなり、生産性が著しく悪くなると共に、製品の寸法精度が悪くなる。一方、１００倍を超えると、成形設備が大きくなりすぎるだけではなく、母材ガラスそのものを作製すること自体が困難になる。

金属線４の直径は、最終製品であるフレキシブル金属線１における金属線３の直径Ｄ１と実質的に同程度であることが好ましい。しかしながら、金属線４の直径は、金属線３の直径Ｄ１より大きくてもよい。

母材ガラス管２０は、その外径が、フレキシブル金属線１におけるガラス管２の外径Ｄ２となるまで加熱延伸される。加熱温度は、母材ガラス管２０、すなわちガラス管２の材質等を考慮し、適宜決定される。ガラス管２の材質として、ホウ珪酸ガラスを用いる場合、例えば、加熱温度は、７００〜１０００℃程度に設定される。延伸速度等は、母材ガラス管２０の外径及びガラス管２の外径Ｄ２や、加熱温度などを考慮して適宜決定される。

図４は、本発明の第２の実施形態のフレキシブル金属線を製造する方法を説明するための斜視図である。第２の実施形態では、フレキシブル金属線のガラス管内に複数の金属線が所定方向に並ぶように配置されている。図４に示すように、本実施形態のフレキシブル金属線は、母材ガラス管３０の複数の内孔３１に、それぞれ金属線４を挿入し、母材ガラス管３０を加熱延伸させることによって、金属線４の外表面に母材ガラス管３０の内孔３１の表面を融着させて製造することができる。

図４に示すように、本実施形態の母材ガラス管３０の長さ方向に垂直な方向における断面の外周面の形状は、金属線４が配列される方向に長軸を有する楕円形状となっている。したがって、得られるフレキシブル金属線におけるガラス管も、これに相似形の楕円形状を有している。このようなフレキシブル金属線において、少なくとも楕円形状の短軸方向へのフレキシブル性が求められる場合には、楕円形状の短軸方向の径が、第１の実施形態のガラス管２の外径Ｄ２と同程度であることが好ましい。楕円形状の長軸方向へのフレキシブル性も求められる場合には、楕円形状の長軸方向の径が、第１の実施形態のガラス管２の外径Ｄ２と同程度であることが好ましい。

本実施形態で得られるフレキシブル金属線は、その内部に複数の金属線を有しているので、それ自体でフレキシブル配線として用いることもできる。

本実施形態で得られるフレキシブル金属線も、金属線をガラス管で被覆しているので、金属部材をポリイミド樹脂等で被覆している従来のフレキシブルプリント基板に比べ、外部からの水分等の浸入をより効果的に抑制することができ、水分等による金属線の劣化を抑制することができる。

図５は、本発明の第１の実施形態のフレキシブル金属線を用いたフレキシブル配線を示す模式的断面図である。本実施形態のフレキシブル配線１０は、第１の実施形態のフレキシブル金属線１を所定方向に複数配列し、これらを固定部材１１及び１２で挟持することにより構成されている。フレキシブル金属線１の所定方向への配列数は、その用途に応じて適宜決定される。

本実施形態のフレキシブル配線１０は、フレキシブル金属線１の配列方向と垂直な方向、すなわち固定部材１１及び１２の面方向と垂直な方向にフレキシブル性を有する配線である。固定部材１１及び１２は、フレキシブル金属線１のフレキシブル性を阻害しないようなフレキシブル性を有する材料から形成することが好ましい。このような材料としては、フレキシブル性を有する樹脂やゴム材料が挙げられる。また、固定部材１１及び１２の厚みも、フレキシブル金属線１のフレキシブル性を阻害しないような厚みとなるように適宜決定される。

本実施形態では、フレキシブル金属線１を配列した１層構造のフレキシブル配線を示しているが、これに限定されるものではない。例えば、フレキシブル金属線１を配列した層を、別途準備した固定部材を介して積層し、横方向及び縦方向にフレキシブル金属線１を配列したフレキシブル配線としてもよい。

また、フレキシブル金属線１の固定部材は、図５に示す構造のものに限定されるものではなく、複数のフレキシブル金属線１を固定できる構造のものであれば、その他の構造を採用することができる。

１…フレキシブル金属線
２…ガラス管
３…金属線
４…金属線
１０…フレキシブル配線
１１,１２…固定部材
２０…母材ガラス管
２１…内孔
３０…母材ガラス管
３１…内孔
４０…リール

Claims (4)

1. 直径０．０３〜０．１０ｍｍの金属線と、前記金属線を被覆する外径０．０５〜０．２０ｍｍのガラス管とを備える、フレキシブル金属線。
2. 前記金属線の熱膨張係数と前記ガラス管の熱膨張係数の差が、１５ｐｐｍ／℃以下である、請求項１に記載のフレキシブル金属線。
3. 金属線、及び前記金属線の直径より大きな内径の内孔を有する母材ガラス管を準備する工程と、
   前記母材ガラス管の前記内孔に、前記金属線を挿入し、前記母材ガラス管を加熱延伸させることによって、前記金属線の外表面に前記母材ガラス管の前記内孔表面を融着させる工程とを備える、フレキシブル金属線の製造方法。
4. 請求項１または２に記載のフレキシブル金属線を複数備える、フレキシブル配線。

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