JP5221220B2 - フラットケーブル - Google Patents

Description

本発明は、自動車やフラットパネルディスプレイなどの電子機器に用いられる、高温高湿耐性に優れたフラットケーブルに関するものである。

フラットケーブルは、薄く軽いテープ状の電線であり、単数本から数十本の並列した導体を、絶縁性と難燃性とを共有する熱接着性樹脂（以下、単に絶縁性樹脂という）からなる接着層を有するプラスチックフィルム（以下、接着層付きプラスチックフィルムという）で上下から挟み込み、これらを熱ロールなどを用いてラミネートすることにより製造される。

フラットケーブルは、その柔軟性を活かし、電気・電子機器回路間のジャンパ線（固定配線）に用いられてきた。さらに、フラットケーブルの耐屈曲信頼性が向上したことによって、フラットケーブルをＦＰＣ（フレキシブルプリント配線板）の廉価版として可動部配線に適用するケースが増加している。特に、低価格化を狙ったパソコン用のインクジェット型プリンタの印字ヘッド部の配線、ＣＤプレーヤ、ＤＶＤ（デジタル多用途ディスク）プレーヤやカーナビゲーションシステムのピックアップ部配線などへの適用が進んでいる。

さらに、近年、自動車の居住スペース拡大に伴って、フラットケーブルは、薄くて軽いという特徴を活かし、自動車にも適用されてきている。フラットケーブルは、誤配線しにくいことから、ルーフやスライドドア部などにハーネス化して使用されることもある（例えば、非特許文献１参照）。

また、近年、フラットケーブルは、液晶ＴＶやプラズマＴＶなどに代表される薄型のＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）にも実装され始めている。

自動車やＦＰＤにフラットケーブルを適用するためには、フラットケーブルの基本性能である絶縁性や難燃性を付与するだけでなく、耐熱性や耐湿性を付与する必要がある。

自動車やＦＰＤに適用する場合、フラットケーブルは、高温高湿耐性評価時に、例えば、温度８５℃、湿度８５％ＲＨの過酷環境下で１６８時間程度耐える必要がある。自動車の場合、１０００〜２０００時間の長期間にわたって曝露される場合もある。

一方、難燃性は、自動車向けについてＪＩＳやＩＳＯで規定された傾斜難燃試験（４５°、６０°傾斜難燃試験）で評価されることが多く、ＦＰＤ向けについて電気・電子機器の規格であるＵＬ規格の垂直難燃試験（ＶＷ−１）で評価されることが一般的である。

高温高湿環境に耐えるフラットケーブルとしては、接着層の絶縁性樹脂に熱硬化型のポリエステル系樹脂（例えば、非特許文献２参照）を適用したものや、電子線硬化型のポリオレフィン樹脂（例えば、非特許文献３参照）を用いた、いわゆる硬化型のフラットケーブルが存在する。

特開平７−９４０３２号公報 特開２００５−３１７４１４号公報 藤崎、外１名、「ルーフモジュール用ＦＦＣハーネスの開発」、古河電工時報１０９号、古河電気工業株式会社、２００２年１月、ｐ．３５〜３８ 佐圓治生、外３名、「自動車用フラットケーブル」、住友電気１３１号、住友電気工業株式会社、１９８７年９月、ｐ．１３６〜１３９ 田中啓一、外２名、「機器内配線用照射フラットケーブルの開発」、住友電気１４６号、住友電気工業株式会社、１９９５年３月、ｐ．７３〜７７

しかしながら、上述の硬化型のフラットケーブルは、高性能である反面１）樹脂が高価、２）硬化処理設備が必要、３）硬化工数が必要などの理由で、高コストであるという問題がある。

さらに、接着層に熱硬化型のポリエステル系樹脂を用いる場合は、常温で樹脂の硬化が進行しラミネートが困難になるため低温管理が必要となり、コストがかかる。また、接着層に電子線硬化型のポリオレフィン樹脂を用いる場合は、電子線硬化型のポリオレフィン樹脂の弾性が低いため、屈曲用途に不向きであるというデメリットがある。

フラットケーブルの構造を検討したものとして、ケーブル側端に角度を設け、かつ長く伸ばしたものがある（例えば、特許文献１参照）。特許文献１のフラットケーブルは、高温（８０℃）における耐折性は高いが、本来の目的である温度８５℃、湿度８５％ＲＨなど高温高湿環境における耐性評価結果の記載がなく、その有効性は不明である。

また、プラスチックフィルムの表面に防湿層を付着させたフラットケーブルがある（例えば、特許文献２参照）。しかし、このフラットケーブルでは、コスト面や可動時の周辺材料との摩擦による防湿層の剥離の問題も懸念され、完全とは言えない。

そこで、本発明の目的は、温度８５℃、湿度８５％ＲＨなど高温高湿環境に耐える優れた高温高湿耐性を有し、かつ低コストなフラットケーブルを提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、請求項１の発明は、単数もしくは複数の並列した導体を、プラスチックフィルム上に絶縁性樹脂からなる接着層を形成した一対の接着層付きプラスチックフィルムで上下から挟み込み、これらをラミネートして一体化したフラットケーブルにおいて、前記接着層付きプラスチックフィルムの酸素指数が２６．０以上であり、前記プラスチックフィルムの厚みをｔ_I、前記接着層の厚みをｔ_A 、前記導体の厚みをｔ _C としてｔ _C が１００μｍ以下であり、０．３０≦ｔ_A／ｔ_I≦０．５６かつｔ _A ／ｔ _C ≧０．４０の関係を満たし、温度８５℃、湿度８５％ＲＨで５００時間曝露した後の接着残存率が１／３以上であるフラットケーブルである。

請求項２の発明は、単数もしくは複数の並列した導体を、プラスチックフィルム上に絶縁性樹脂からなる接着層を形成した一対の接着層付きプラスチックフィルムで上下から挟み込み、これらをラミネートして一体化したフラットケーブルにおいて、前記接着層付きプラスチックフィルムの酸素指数が２７．０以上であり、前記プラスチックフィルムの厚みをｔ_I、前記接着層の厚みをｔ_A 、前記導体の厚みをｔ _C としてｔ _C が１００μｍ以下であり、０．４０≦ｔ_A／ｔ_I≦０．５６かつｔ _A ／ｔ _C ≧０．４０の関係を満たし温度８５℃、湿度８５％ＲＨで５００時間曝露した後の接着残存率が１／３以上であるフラットケーブルである。

請求項３の発明は、前記プラスチックフィルムおよび前記接着層がポリエステル系樹脂からなる請求項１または２に記載のフラットケーブルである。

本発明によれば、例えば、温度８５℃、湿度８５％ＲＨなど高温高湿環境に耐える優れた高温高湿耐性を有し、かつ低コストなフラットケーブルが得られる。

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。

本発明のフラットケーブルは、例えば、自動車や、フラットパネルディスプレイなどの電子機器に用いられるものである。

図１（ａ）は、本実施形態に係るフラットケーブルの斜視図であり、図１（ｂ）はその１Ｂ−１Ｂ線断面図である。

図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、フラットケーブル１は、単数もしくは複数（図１（ａ）、（ｂ）では５本）の並列した導体２を、一対の接着層付きプラスチックフィルム３で上下から挟み込み、これらを熱ロールなどでラミネートして一体化したものである。

本実施形態では、導体２として横断面視が矩形状の平角導体を用いた。導体２はこれに限定されず、横断面視が円形状の丸線（単線あるいは撚線）を用いたものでもよい。

この導体２は、例えば、タフピッチ銅（ＴＰＣ）からなる。導体２には、耐食性向上のため、めっきを施しても構わない。導体２に施すめっきとしては、ＳｎもしくはＳｎ合金が一般的であるが、信頼性面からＡｕめっきであっても構わない。ただし、導体２にＡｕめっきを施す場合、下地としてＮｉめっきを施すことが必要である。

接着層付きプラスチックフィルム３は、図２に示すように、プラスチックフィルム４と、そのプラスチックフィルム４上に形成された接着層５とからなる。

接着層５は、絶縁性と難燃性とを共有する熱接着性樹脂（以下、単に絶縁性樹脂という）からなる。絶縁性樹脂としては、コスト面からポリエステル系樹脂を用いるとよい。

プラスチックフィルム４としては、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、またはＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）などのポリエステル系樹脂を用いるとよい。プラスチックフィルム４としては、コスト面からＰＥＴを用いるのが好ましいが、耐屈曲など用途に応じて使い分けるとよい。

一般に、フラットケーブルの難燃性は、自動車向けではＪＩＳやＩＳＯで規定された４５°、６０°傾斜難燃試験、ＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）向けでは電子機器に適用されるＵＬ規格の垂直難燃試験（ＶＷ−１）を満たすことが求められる。

そこで、本実施形態では、接着層付きプラスチックフィルム３を、その酸素指数が２６．０以上となるように形成した。具体的には、接着層５に用いる絶縁性樹脂として、ポリエチレン系樹脂に難燃剤および難燃助剤を添加したものを用い、添加する難燃剤および難燃助剤の量を調整することにより、接着層付きプラスチックフィルム３の酸素指数が２６．０以上となるようにする。

難燃剤としては、例えば、臭素系難燃剤などを用いるとよく、難燃助剤としては、例えば、三酸化アンチモンなどを用いるとよい。難燃剤および難燃助剤とポリエステル系樹脂との質量比は、接着力の面から１：１以下にするとよい。また、酸化チタンなどの顔料を微量添加してもよい。

フラットケーブル１を自動車に用いる場合は、接着層付きプラスチックフィルム３の酸素指数が２６．０以上となるように、添加する難燃剤および難燃助剤の量を調整する。

フラットケーブル１をＦＰＤなどの電子機器に用いる場合は、接着層付きプラスチックフィルム３の酸素指数が２７．０以上、好ましくは２８．０以上となるように、添加する難燃剤および難燃助剤の量を調整する。

また、接着層付きプラスチックフィルム３は、プラスチックフィルム４の厚みをｔ_I、ラミネート前の接着層５の厚みをｔ_Aとすると、０．３０≦ｔ_A／ｔ_I≦０．５６の関係を満たすように形成される。

ｔ_A／ｔ_Iを０．３０以上とするのは、ｔ_A／ｔ_Iが０．３０未満であると、接着層５が薄くなりすぎ、接着力に寄与する樹脂量を十分確保した状態で上述の酸素係数が維持できなくなるためである。プラスチックフィルム４の厚みｔ_Iは、例えば、５０μｍである。

酸素指数を２６．０以上とする場合（自動車に用いる場合）は、ｔ_A／ｔ_Iを０．３０以上とし、酸素指数を２７．０以上とする場合（ＦＰＤなどの電子機器に用いる場合）は、ｔ_A／ｔ_Iを０．４０以上にするとよい。

ｔ_A／ｔ_Iを０．５６以下とするのは、ｔ_A／ｔ_Iが０．５６を超えると、フラットケーブル１の側端（切断面）から水分が侵入しやすくなり、高温高湿環境下では侵入した水分の影響で接着層５の絶縁性樹脂が加水分解してしまうためである。

本発明者らは、高温高湿環境下で接着層５の絶縁性樹脂が加水分解するメカニズムについて調査を行った結果、フラットケーブルの高温高湿下における不具合（絶縁性樹脂の加水分解）は、フラットケーブル表面（プラスチックフィルム側）からの水分の侵入でなく、主としてフラットケーブル側端（切断面）からの水分の侵入により生じることが多いことを見出した。

従来のフラットケーブルでは、ｔ_A／ｔ_Iが０．６〜２．０の範囲（ノンハロゲン難燃剤品では４．０程度まで存在）にあり、接着層５が厚いため、フラットケーブルの側端から水分が侵入しやすく、高温高湿環境下で接着層５の絶縁性樹脂が加水分解する不具合が発生していた。

そこで、本発明のフラットケーブル１では、ｔ_A／ｔ_I≦０．５６とした（但し、小数点３桁目は四捨五入する）。これにより、接着層５とプラスチックフィルム４の厚みの比が小さくなる（接着層５が薄くなる）ため、フラットケーブル１の側端からの水分の侵入を低減し、絶縁性樹脂の加水分解を防ぐことが可能となる。

また、フラットケーブル１は、導体２の厚みをｔ_Cとすると、ｔ_A／ｔ_C≧０．４０の関係を満たすように形成される。

ｔ_A／ｔ_C≧０．４０とする理由は、導体２を接着層５の絶縁性樹脂に隙間なく埋め、導体２の腐食原因となる導体２側端へ水分が溜まる不具合を防止する目的のためである。導体２の厚みは１００μｍ以下が好ましく、５０μｍ以下がより好ましい。

本発明のフラットケーブル１では、フラットケーブル１を温度８５℃、湿度８５％ＲＨの条件下に５００時間曝露したときに、接着層５の接着力残存率が初期の接着力の１／２以上である。

本実施形態の作用を説明する。

本実施形態に係るフラットケーブル１では、接着層付きプラスチックフィルム３の酸素指数を２６．０以上とし、プラスチックフィルム４の厚みをｔ_I、接着層５の厚みをｔ_Aとしたとき、０．３０≦ｔ_A／ｔ_I≦０．５６の関係を満たしている。

接着層付きプラスチックフィルム３の酸素指数が２６．０以上となるように、接着層５の難燃剤および難燃助剤の添加量を調整することにより、ＪＩＳやＩＳＯで規定された４５°、６０°傾斜難燃試験に合格可能な、高い難燃性を有するフラットケーブル１を製造することができ、自動車に適用することが可能となる。

さらに、接着層付きプラスチックフィルム３の酸素指数が２７．０以上となるように、接着層５の難燃剤および難燃助剤の添加量を添加することにより、ＵＬ規格の垂直難燃試験（ＶＷ−１）に合格可能な、高い難燃性を有するフラットケーブル１を製造することができ、ＦＰＤなどの電子機器に適用することが可能となる。

また、フラットケーブル１に用いる接着層付きプラスチックフィルム３として、ｔ_A／ｔ_I≧０．３０（ＦＰＤなどの電子機器用ではｔ_A／ｔ_I≧０．４０）の関係を満たすものを用いることにより、接着層５の接着力を十分に確保しつつ酸素指数を２６．０以上（ＦＰＤなどの電子機器用では２７．０以上）に維持することが可能となる。

さらに、ｔ_A／ｔ_I≦０．５６の関係を満たす接着層付きプラスチックフィルム３を用いることにより、フラットケーブル１の側端から侵入する水分を低減でき、高温高湿環境下で接着層５の絶縁性樹脂が加水分解してしまうのを防ぐことができる。

よって、本実施形態に係るフラットケーブル１によれば、高い難燃性と高温高湿耐性を得ることができ、例えば、温度が８５℃、湿度が８５％ＲＨの高温高湿環境下に５００時間曝露しても、接着層５の接着力残存率を初期の接着力の１／２以上に維持することができ、具体的には、接着剤付きプラスチックフィルム３同士の接着箇所で０．３３ｋｇ／ｃｍ以上、接着剤付きプラスチックフィルム３と導体２との接着箇所で０．５０ｋｇ／ｃｍ以上を維持することができる。

さらに、本実施形態では、プラスチックフィルム４および接着層５に低価格なポリエステル系樹脂を用いており、従来の硬化型のフラットケーブルのような硬化処理を必要としないため、コストを抑制できる。よって、高い高温高湿耐性と低コストを両立したフラットケーブル１が実現できる。

また、フラットケーブル１では、導体２の厚みをｔ_Cとしたとき、ｔ_A／ｔ_C≧０．４０の関係を満たすようにしている。これにより、導体２を接着層５の絶縁性樹脂に隙間なく埋めることができるため、導体２側端へ水分が溜まる不具合を防止することができ、導体２の腐食を防ぐことができる。

本発明のフラットケーブル１の構造は、耐屈曲信頼性も十分に高く、かつ低コストであるため、フレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）の構造に用いることも可能である。

以下、本発明の実施例を説明する。

本発明の効果を確認するため、１）ｔ_A／ｔ_Iの異なる接着層付きプラスチックフィルムのラミネート品単品（接着層付きプラスチックフィルム同士をラミネートしたもの）、および２）ｔ_A／ｔ_Cの異なるフラットケーブルを複数試作し、酸素指数、高温高湿耐性および導体の埋まり性について比較例、従来例と比較評価を行った。

ここでの従来例とは、熱硬化型のポリエステル系樹脂を適用したものや、電子線硬化型のポリオレフィン系樹脂を用いたものでなく、一般的な熱可塑型である。

接着層の絶縁性樹脂は臭素系難燃剤および難燃助剤（三酸化アンチモン）を添加したポリエステル系樹脂とし、ＵＬ規格における１０５℃定格を満たすものを選定した。また、絶縁性樹脂には白色顔料としてＴｉＯ₂を添加した。ポリエステル系樹脂、難燃剤および難燃助剤、およびＴｉＯ₂の質量比は、接着力の面から０．５：０．４５：０．０５とした。

（１）高温高湿耐性
ラミネート品試料は幅を２０ｍｍとし、曝露する環境の条件は温度を８５℃、湿度を８５％ＲＨ、また曝露時間は５００時間とし、曝露前後の接着力を相対評価した。使用したプラスチックフィルムは厚み５０μｍの２軸延伸のＰＥＴフィルムとした。表１に接着残存率の評価結果を示す。このときの接着力は１８０°ピール試験で評価した。

表１において接着力は、サンプル数ｎ＝５の平均値であり、初期を１．０ｋｇ／ｃｍ以上として、その１／２以上を○として、１／３以上を△、１／３未満を×とした。実用上適用可能と考えられる０．３３ｋｇ／ｃｍ（△）以上を合格とした。

表１に示すように、ｔ_A／ｔ_Iを０．３０〜０．５６の範囲に規定した実施例１〜６では、接着力残存率が高く合格ラインを満たしており、酸素指数も２６．０以上となっていることが分かる。

これに対して、ｔ_A／ｔ_Iが０．２６である比較例７は、接着力残存率が合格ラインを満たしているものの、酸素指数が２６．０以下であり、十分な難燃性が得られていないことが分かる。また、ｔ_A／ｔ_Iが０．６０以上である従来例８〜１０では、酸素指数は高いものの、接着力残存率が合格ラインを満たしておらず、十分な高温高湿耐性が得られていないことが分かる。

（２）導体の埋まり性
フラットケーブルの試料は幅２０ｍｍとし、導体を軟質ＴＰＣ（タフピッチ銅）で幅０．７ｍｍ、１ｍｍピッチ、１９芯とした。導体の埋まり性の評価は、フラットケーブル試料横断面の顕微鏡観察により行った。表２に埋まり性の評価結果を示す。

表２に示すように、ｔ_A／ｔ_Cが０．４０以上である実施例１１〜１５、および従来例１８〜２０は、埋まり性が良好であることがわかる。これに対して、ｔ_A／ｔ_Cが０．４０以下である比較例１６，１７は、導体が接着層の絶縁性樹脂で隙間なく埋められておらず、高温高湿環境下では導体に腐食が発生しやすいことが分かる。

以上の結果から、０．３０≦ｔ_A／ｔ_I≦０．５６、かつｔ_A／ｔ_C≧０．４０の関係を満たすようにフラットケーブル１を製造することで、十分な難燃性、高温高湿耐性、および導体の埋まり性が得られることが確認でき、本発明の有効性を検証することができた。

図１（ａ）は、本発明のフラットケーブルの斜視図であり、図１（ｂ）は、その１Ｂ−１Ｂ線断面図である。 本発明のフラットケーブルに用いる接着層付きプラスチックフィルムの断面図である。

符号の説明

１ フラットケーブル
２ 導体
３ 接着層付きプラスチックフィルム
４ プラスチックフィルム
５ 接着層

Claims (3)

1. 単数もしくは複数の並列した導体を、プラスチックフィルム上に絶縁性樹脂からなる接着層を形成した一対の接着層付きプラスチックフィルムで上下から挟み込み、これらをラミネートして一体化したフラットケーブルにおいて、
   前記接着層付きプラスチックフィルムの酸素指数が２６．０以上であり、前記プラスチックフィルムの厚みをｔ_I、前記接着層の厚みをｔ_A 、前記導体の厚みをｔ _C としてｔ _C が１００μｍ以下であり、０．３０≦ｔ_A／ｔ_I≦０．５６かつｔ _A ／ｔ _C ≧０．４０の関係を満たし、
   温度８５℃、湿度８５％ＲＨで５００時間曝露した後の接着残存率が１／３以上であることを特徴とするフラットケーブル。
2. 単数もしくは複数の並列した導体を、プラスチックフィルム上に絶縁性樹脂からなる接着層を形成した一対の接着層付きプラスチックフィルムで上下から挟み込み、これらをラミネートして一体化したフラットケーブルにおいて、
   前記接着層付きプラスチックフィルムの酸素指数が２７．０以上であり、前記プラスチックフィルムの厚みをｔ_I、前記接着層の厚みをｔ_A 、前記導体の厚みをｔ _C としてｔ _C が１００μｍ以下であり、０．４０≦ｔ_A／ｔ_I≦０．５６かつｔ _A ／ｔ _C ≧０．４０の関係を満たし、
   温度８５℃、湿度８５％ＲＨで５００時間曝露した後の接着残存率が１／３以上であることを特徴とするフラットケーブル。
3. 前記プラスチックフィルムおよび前記接着層がポリエステル系樹脂からなる請求項１または２に記載のフラットケーブル。

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