JP5799802B2 - 難燃性樹脂シート及びそれを用いたフラットケーブル - Google Patents

Description

本発明は、フラットケーブルの被覆材、特に低誘電層として好適に用いることができる難燃性樹脂シート、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、導体に接する接着剤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。

フラットケーブルは液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ等の電子機器の高速伝送用の配線ケーブルとしても用いられている。この場合、ノイズ対策のために、絶縁層の外側にシールド層（金属層）を設けた構成としている。また高速伝送特性を出すためには特性インピーダンスを高速デジタル信号の送信用・受信用ＩＣのインピーダンスと同じ１００Ωに設定する必要がある。特性インピーダンスのファクターである静電容量を制御するために絶縁層の誘電率を低くする必要があり、接着剤層、樹脂フィルムの他に低誘電層を使用している。

このようなフラットケーブルとして、特許文献１には、導体の両側に接着層付き発泡絶縁体をラミネート加工し、その外側に導電性接着層付き金属層を設けたフレキシブルフラットケーブルが開示されている。発泡絶縁体は従来の絶縁体よりも誘電率が低いため静電容量を制御することができる。

特許文献２には、導体と、該導体の両面を被覆する絶縁層と、該絶縁層の外側に設けられた低誘電層と、該低誘電層の外側に設けられたシールド層を備え、該低誘電層がポリオレフィン樹脂からなる樹脂組成物を主成分とするフラットケーブルが開示されている。また特許文献３には、特許文献２と同様の構成で、ポリカーボネート樹脂、変性ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂等を低誘電層として用いたフラットケーブルが開示されている。

特開２００３−３１０３３号公報 特開２００８−４７５０５号公報 特開２００８−１９８５９２号公報

フラットケーブルには柔軟性や折り曲げ加工性が要求される。そのため低誘電層にも柔軟性、折り曲げ加工性が必要である。特許文献１で使用している発泡絶縁体は強度が弱いために折り曲げ加工時に座屈して電気特性が悪化する場合がある。

また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低誘電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、窒素系難燃剤等のノンハロゲン系難燃剤を使用する。

特許文献２の低誘電層に使用しているポリオレフィン系樹脂は難燃性が低く、燃焼性の規格を満足させるためには多量の難燃剤を添加する必要がある。特に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、その結果低誘電層の柔軟性が低下する。

さらに、フラットケーブルの特性インピーダンスを所望の値とするためには、導体幅、絶縁フィルム厚さ、シールド構造等に応じて低誘電層の厚みを変える必要がある。この場合、低誘電層を薄くすることも必要となり薄肉押出加工可能な低誘電層が求められる。特許文献３の低誘電層に使用しているポリカーボネート等の樹脂は難燃性は充分であるが、硬い材料であるため薄肉押出加工が困難で、薄いフィルムを得ることができない。

そこで本発明は、誘電率を低くできると共に柔軟性、難燃性及び薄肉加工性に優れる難燃性樹脂シート、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。このフラットケーブルは特に高速伝送用のケーブルとして好適に用いることができる。

本発明は、ポリフェニレンエーテル５質量％以上７５質量％以下、熱可塑性エラストマー５質量％以上４０質量％以下及びポリオレフィン樹脂２０質量％以上９０質量％以下を含有する樹脂成分と、前記樹脂成分１００質量部に対してリン系難燃剤、窒素系難燃剤の一方又は両方を２０〜１００質量部含有する難燃性樹脂シートであって、 前記ポリオレフィン樹脂は、エチレンエチルアクリレート共重合体、エチレン酢酸ビニル共重合体、酸変性ポリエチレン、酸変性ポリプロピレン、アイオノマー、及びエチレンメタクリル酸共重合体からなる群より選ばれた１種以上であり、前記熱可塑性エラストマーは、スチレン系熱可塑性エラストマーである、難燃性樹脂シートである。

ポリフェニレンエーテルを含有することで、難燃性樹脂シートの誘電率を低くできると共に難燃性を向上できる。ポリオレフィン樹脂を含有することで、柔軟性を得ることが出来ると共に薄肉加工性を向上することができる。また熱可塑性エラストマーを含有することで、柔軟性、押出加工性を高めることが出来ると共に、上記ポリフェニレンエーテルとポリオレフィン樹脂との相溶性を高めることができ、機械特性を向上できる。さらにリン系難燃剤又は窒素系難燃剤を使用することで難燃性を向上できる。従って、この難燃性樹脂シートは高速伝送用フラットケーブルの低誘電層として好適に用いることができる。

前記ポリオレフィン樹脂は、エチレンエチルアクリレート共重合体、エチレン酢酸ビニル共重合体、酸変性ポリエチレン、酸変性ポリプロピレン、アイオノマー、及びエチレンメタクリル酸共重合体からなる群より選ばれた１種以上であると好ましい。これらの樹脂は柔軟性に優れている。

前記熱可塑性エラストマーは、スチレン系熱可塑性エラストマーであると好ましい。スチレン系熱可塑性エラストマーは、柔軟性及び押出加工性に優れている。

前記難燃性樹脂シートの２５℃における引張弾性率が１０ＭＰａ以上３００ＭＰａ以下であると好ましい。引張弾性率が３００ＭＰａよりも大きいと柔軟性が低下する。また引張弾性率が１０ＭＰａよりも小さい場合は機械強度が悪くなる。なお引張弾性率は、短冊状に切断したサンプルで引張試験を行い、応力−伸び曲線から求めることができる。

前記難燃性樹脂シートの厚みが０．２ｍｍ以下であると好ましい。厚みが薄くなることでこの難燃性樹脂シートを使用したフラットケーブル等の柔軟性を上げることができ、本発明では上記のような樹脂成分を使用することでこのように薄い膜を押出成形することが可能となった。

また本発明は、上記の難燃性樹脂シートを被覆材として用いたフラットケーブルを提供する。このフラットケーブルは難燃性及び柔軟性に優れている。

また本発明は、前記フラットケーブルの一態様として、導体、該導体の両面を被覆する第１絶縁層、該第１絶縁層の少なくとも片面の外側に設けられた第２絶縁層、及び該第２絶縁層の外側に設けられたシールド層を有するフラットケーブルであって、前記第２絶縁層として上記の難燃性樹脂シートを用いたフラットケーブルを提供する。なお第１絶縁層は、接着層とフィルム層のように複数の層で構成していても良い。このフラットケーブルは難燃性、柔軟性に優れていると共に、特性インピーダンスを所望の値に調整可能であり高速伝送用のケーブルとして好適に使用することができる。

本発明によれば、誘電率を低くできると共に柔軟性、難燃性及び薄肉加工性に優れる難燃性樹脂シート、及びこの難燃性樹脂シートを被覆材として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、本発明の難燃性樹脂シートを構成する各種材料について説明する。ポリフェニレンエーテルは、メタノールとフェノールを原料として合成される２，６−キシレノールを酸化重合させて得られるエンジニアリングプラスチックである。またポリフェニレンエーテルの成形加工性を向上させるため、ポリフェニレンエーテルにポリスチレンを溶融ブレンドした材料が変性ポリフェニレンエーテル樹脂として各種市販されている。本発明に用いるポリフェニレンエーテル系樹脂としては、上記のポリフェニレンエーテル樹脂単体、及びポリスチレンを溶融ブレンドしたポリフェニレンエーテル樹脂のいずれも使用することができる。また無水マレイン酸等のカルボン酸を導入したものを適宜ブレンドして使用することもできる。

熱可塑性エラストマーとしては、スチレン系エラストマー、ポリエステルエラストマー、ポリウレタンエラストマー、オレフィン系エラストマー等を使用することができる。この中でも、ポリフェニレンエーテルとポリオレフィン樹脂との相溶性を高め、機械特性や押出加工性を向上できる点でスチレン系エラストマーが好ましい。スチレン系エラストマーとしては、スチレン・エチレンブテン・スチレン共重合体、スチレン・エチレンプロピレン・スチレン共重合体、スチレン・エチレン・エチレンプロピレン・スチレン共重合体、スチレン・ブチレン・スチレン共重合体等が挙げられ、これらの水素添加ポリマーや部分水素添加ポリマーを例示できる。また無水マレイン酸等のカルボン酸を導入したものを適宜ブレンドして使用することもできる。

本発明に使用するポリオレフィン樹脂としては、ポリエチレン、超低密度ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレンエチルアクリレート共重合体、エチレン酢酸ビニル共重合体、酸変性ポリエチレン、酸変性ポリプロピレン、アイオノマー、エチレンメタクリル酸共重合体等が例示できる。これらの中でもエチレンエチルアクリレート共重合体、エチレン酢酸ビニル共重合体、酸変性ポリエチレン、酸変性ポリプロピレン、アイオノマー、及びエチレンメタクリル酸共重合体は柔軟性に優れていることから好ましい。

ポリフェニレンエーテルは樹脂成分全体に対して５質量％以上７５質量％以下、熱可塑性エラストマーは樹脂成分全体に対して５質量％以上４０質量％以下、ポリオレフィン樹脂は、樹脂成分全体に対して２０質量％以上９０質量％となるように上記の３成分を混合する。ポリフェニレンエーテルの量が上記の量よりも少ない場合には難燃性樹脂シートの難燃性が低下する。熱可塑性エラストマーの量が上記の量よりも少ない場合には、難燃性樹脂シートの柔軟性が低下する。またポリオレフィン樹脂の量が上記の量よりも少ない場合は押出加工性が低下し、薄肉のシートを得ることが困難となる。

本発明に使用する窒素系難燃剤としては、メラミン樹脂、メラミンシアヌレート、トリアジン、イソシアヌレート、尿素、グアニジン等を例示できる。窒素系難燃剤は使用後に焼却処理してもハロゲン化水素等の有毒ガスが発生せず、環境負荷の低減を図ることができる。窒素系難燃剤としてメラミンシアヌレートを使用すると混合時の熱安定性や難燃性向上効果の面で好ましい。メラミンシアヌレートはシランカップリング剤やチタネート系カップリング剤で表面処理して使用することも可能である。

本発明に使用するリン系難燃剤としては、９，１０−ジヒドロ−９−オキサ−１０−フォスファフェナンスレン−１０−オキサイド等の環状有機リン化合物、トリフェニルホスフェート、ビスフェノールＡビス（ジフェニル）ホスフェート等のリン酸エステル、ポリリン酸アンモニウム、ポリリン酸アルミニウム、次亜リン酸アルミニウム等が例示される。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。

前記窒素系難燃剤及びリン系難燃剤の含有量は、両者の合計で樹脂成分１００質量部に対して５〜１００質量部とする。５質量部を下回ると難燃性が不充分であり、また１００質量部を超えると機械特性や押出加工性が低下するからである。窒素系難燃剤、リン系難燃剤をそれぞれ単独で用いても良いし、両者を併用しても良い。

難燃性樹脂シートには、必要に応じて酸化防止剤、老化防止剤、滑剤、加工安定剤、着色剤、重金属不活性化材、発泡剤、多官能性モノマー等を適宜混合することができる。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性樹脂シートを作製する。

難燃性樹脂シートの厚みは使用する部分に応じて適宜選択することができる。後述するように、難燃性樹脂シートをフラットケーブルの低誘電層として用いる場合には特性インピーダンスを所望の値とするためにシールド構造、導体幅、絶縁フィルム厚さ等に応じて必要な厚みを設計して使用する。また難燃性樹脂シートの厚みが薄いほどフラットケーブルの柔軟性を向上できる。本発明の難燃性樹脂シートは押出加工性に優れているので種々の設計に合わせた厚みとすることができる。特に０．２ｍｍ以下と薄い厚みであっても押出加工が可能である。

次に本発明のフラットケーブルについて説明する。図１は本発明の難燃性樹脂シート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。図２に示すように、平角形状の導体１の両面を、接着層２及び樹脂フィルム３からなる第１絶縁層４が被覆している。第１絶縁層４の外側には第２絶縁層５が設けられている。第２絶縁層５は、フレキシブルフラットケーブルの特性インピーダンスを調整するためのものであり、本実施形態では、第１絶縁層４（樹脂フィルム３）と第２絶縁層５の間に粘着剤層７を設けて両者を接着している。

さらに、フラットケーブルの外側にはシールド層６を設けている。またフラットケーブルの端部においてシールド層６の内側に導電層９を設けている。シールド層６と導電層９とは電気的に接続しており、導電層９はコネクタを介してグランド線に接続される。シールド層６と第２絶縁層５の間には易接着層８を設けて両者の接着力を高めている。シールド層６は電磁干渉とノイズを低減させるためのものである。なお図１に示すように、フラットケーブルの端部では、電子機器に設けられた接続端子と導体１とを接続できるように第１絶縁層４を片面だけに設けて導体１を露出させる構成としている。

なお、本発明の難燃性樹脂シートは、フラットケーブルを構成するその他の層として使用することもできる。例えば、樹脂フィルム３として使用することができる。また導体との接着力が不要であるフラットケーブルの場合は、接着層２の代わりに難燃性樹脂シートを用い、難燃性樹脂シートと樹脂フィルム３とを積層したものを、第１絶縁層として使用することもできる。

導体１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〜５０μｍが好ましい。

接着層２としてはポリエステル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂等を単独で、又は難燃剤等と混合して使用することができる。接着層の厚みは２０μｍ〜５０μｍが好ましい。

樹脂フィルム３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。

シールド層６としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド、ポリフェニレンサルファイド等の樹脂フィルムに銀等の金属を蒸着し、さらに金属蒸着面側に導電性接着剤層を設けたシールドフィルムが使用できる。

粘着剤層７には、アクリル系樹脂、天然ゴム、ポリイソプレン系ゴム、ニトリルゴム、スチレン・ブタジエンゴム、ブチルゴム、酢酸ビニル樹脂、ポリメタクリレート樹脂、ポリビニルブチラート、エポキシ系樹脂、シリコーン樹脂等を使用することができる。粘着剤層の厚みは５μｍ〜６０μｍとする。

易接着層８には、ウレタン樹脂、酢酸ビニル樹脂、アクリル樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリメチルメタクリレート樹脂、ゴム系樹脂等を使用することができる。易接着層の厚みは０．１μｍ〜５μｍとする。

導電層９としては銅、錫メッキ軟銅、ニッケルメッキ軟銅などを使用することができる。

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枚の第１絶縁層４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と接着層２及び接着層２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、第１絶縁層４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にする。

さらに第１絶縁層４の外側に、粘着剤層７を介して第２絶縁層５を載置する。第２絶縁層の外側に導電層を設け、外周をシールドテープ（シールド層）で被覆して、シールド層を有するフラットケーブルが得られる。

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、比較例）
（難燃性樹脂シートの作製）
表１に示す配合処方で各成分を二軸混合機で溶融混合した後ストランド状に溶融押出し、次いで、溶融ストランドを冷却切断してペレットを作製した。このペレットをＴダイ押出機でシート状に押出成形して厚み１５０μｍのシートを作製した。

（難燃性樹脂シートの弾性率測定）
得られたシートを幅１０ｍｍに切断し、ＪＩＳ Ｋ７１２７に基づいて引張速度１０ｍｍ／ｍｉｎ、チャック間距離１００ｍｍで引張試験を行い、弾性率を測定した。

（難燃性樹脂シートの誘電率測定）
誘電率測定器（日本ヒューレットパッカード（株）製、商品名４２７６Ａ ＬＣＺメーター）を用いて得られたシートの誘電率を測定した。

（フラットケーブルの作製）
導体である錫メッキ軟銅箔（厚さ３５μｍ、幅０．３ｍｍ）５０本を０．５ｍｍピッチで平行に並べた。ポリエチレンテレフタレート（厚み１２μｍ）フィルムに、ポリエステル系接着剤（厚み３０μｍ）を塗布した絶縁フィルム（第１絶縁層）２枚で導体を挟み込み、１３０℃に加熱した熱ラミネータを用いて加熱加圧処理を行って、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た。

難燃性樹脂シートの片面に２液硬化性ウレタン樹脂（東洋インキ（株）製、主剤：ＥＬ５１０、硬化剤：ＣＡＴ−ＲＴ８１０）を塗布して厚み３μｍの易接着層を形成し、もう一方の面にアクリル系粘着剤（綜研化学（株）製、ＳＫダイン１２０１）塗布して厚み２０μｍの粘着剤層を形成した。粘着層側が樹脂フィルムに接するようにして難燃性樹脂シートを上記のフラットケーブルに貼り付け、さらに外側にシールドテープ（厚さ９μｍのポリエチレンテレフタレートフィルムに銀を蒸着し、銀蒸着面に導電性接着剤を厚さ２０μｍで塗布したもの）を巻き付け、全体を１００℃５秒間プレスして一体化させた。難燃性樹脂シートは実施例１、４では絶縁フィルムの両面に、実施例２、３、５、６及び７では片面に設けた。

（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。以上の結果を表１に示す。

（脚注）
（１）ポリフェニレンエーテル：旭化成（株）製、ザイロン５４０Ｚ
（２）ポリフェニレンエーテル：旭化成（株）製、ザイロンＸ９１０８
（３）ポリフェニレンエーテル：旭化成（株）製、ザイロンＸ９１０２
（４）スチレン系熱可塑性エラストマー：旭化成（株）製、タフテックＨ１０４１
（５）スチレン系熱可塑性エラストマー：ＪＳＲ（株）製、ダイナロン４６００Ｐ
（６）エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）：三井・デュポンポリケミカル（株）製、エバフレックスＥＶ３６０
（７）エチレンエチルアクリレート共重合体（ＥＥＡ）：日本ユニカー（株）製、ＮＵＣ−６２２０
（８）酸変性ポリエチレン：三井化学（株）製、アドマーＮＦ５４８
（９）アイオノマー：三井・デュポンポリケミカル（株）製、ハイミラン１７０５
（１０）エチレンメタクリル酸共重合体（ＥＭＡＡ）：三井・デュポンポリケミカル（株）製、ニュクレルＡＮ４２１３Ｃ
（１１）リン酸エステル：大八化学（株）製、ＰＸ２００
（１２）メラミンシアヌレート：日産化学（株）製ＭＣ６０００

ポリフェニレンエーテル、熱可塑性エラストマー、ポリオレフィン樹脂の３成分を樹脂成分として使用し、さらに難燃剤を添加した実施例１〜７のシートは厚み１５０μｍのシートを良好に押出成形可能であり、また弾性率、難燃性も必要特性を満たしていた。

樹脂成分としてポリフェニレンエーテル、熱可塑性エラストマーのみを使用した比較例１の配合では、厚み１５０μｍでの押出成形ができず、薄肉加工性が悪いことがわかる。またリン系難燃剤、窒素系難燃剤のいずれも添加していない比較例２の配合では難燃性を満たしていなかった。

１ 導体
２ 接着層
３ 樹脂フィルム
４ 第１絶縁層
５ 第２絶縁層
６ シールド層
７ 粘着剤層
８ 易接着層
９ 導電層

Claims (5)

1. ポリフェニレンエーテル５質量％以上７５質量％以下、熱可塑性エラストマー５質量％以上４０質量％以下、及びポリオレフィン樹脂２０質量％以上９０質量％以下を含有する樹脂成分と、前記樹脂成分１００質量部に対してリン系難燃剤、窒素系難燃剤の一方又は両方を２０〜１００質量部含有する難燃性樹脂シートであって、
   前記ポリオレフィン樹脂は、エチレンエチルアクリレート共重合体、エチレン酢酸ビニル共重合体、酸変性ポリエチレン、酸変性ポリプロピレン、アイオノマー、及びエチレンメタクリル酸共重合体からなる群より選ばれた１種以上であり、
   前記熱可塑性エラストマーは、スチレン系熱可塑性エラストマーである、難燃性樹脂シート。
2. ２５℃における引張弾性率が１０ＭＰａ以上３００ＭＰａ以下である、請求項１に記載の難燃性樹脂シート。
3. 厚みが０．２ｍｍ以下である、請求項１又は２に記載の難燃性樹脂シート。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の難燃性樹脂シートを被覆材として用いたフラットケーブル。
5. 導体、該導体の両面を被覆する第１絶縁層、該第１絶縁層の少なくとも片面の外側に設けられた第２絶縁層、及び該第２絶縁層の外側に設けられたシールド層を有するフラットケーブルであって、前記第２絶縁層として、請求項１〜３のいずれか１項に記載の難燃性樹脂シートを用いたフラットケーブル。

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