JP5993279B2

JP5993279B2 - 電線コードおよびそれを用いたケーブル

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Publication number: JP5993279B2
Application number: JP2012236876A
Authority: JP
Inventors: 脩平岡村; 章寺岡; 小林　正彦; 正彦小林
Original assignee: Teijin Ltd
Current assignee: Teijin Ltd
Priority date: 2012-10-26
Filing date: 2012-10-26
Publication date: 2016-09-14
Anticipated expiration: 2032-10-26
Also published as: JP2014086392A

Description

本発明は電子機器やオーディオ機器、電話コードおよび自動車用等の通信用途等に使用される電線コードおよびそれを用いたケーブルに関する。さらに詳しくは細径で高い破断強力を有し、かつ軽量で、導電性、柔軟性に優れた電線コードおよびそれを用いたケーブルに関する。

従来の電線は、芯線として銅線を用いたものが主流であり、一般的な絶縁電線は、複数の銅細線を束ねて芯線とし、さらに熱可塑性樹脂系の絶縁体で被覆した構造のものである。しかし、電子機器の可動部など頻繁に屈曲や捩じりが加わる用途に用いる電線は、銅線の金属疲労による限界のために断線する、あるいは、取付け作業時の引張に対して弱いため断線しやすいという問題点がある。

上記問題を解決するために、例えば、特許文献１のようにアラミド繊維のような高強力繊維を芯部に使用し、その外周を銅線で捲回した電線コードが提案されている。これらは、繊維自身が高い強度を有することから細い繊度の糸条を用いて従来は得られなかった高強力の電線コードが得られるが、芯線を使用する分、コード径が太くなり、重量も増加するといった問題点があった。また、一般的に電線コードが使用される電子機器用途等においては、正極と負極接続用に少なくとも片側の導体が絶縁被覆された２本以上の電線コードが必要であり、電線コードを外装被覆してケーブルとした際、できあがったケーブルの細さ、柔軟性、重量について満足のいくものではなかった。また、２本以上の電線コードをまとめて外装被覆した場合、屈曲時に接触する電線コード間の摩擦により、捲回された銅線やエナメル被覆された銅線が、断線しやすいといった問題がある。

また、特許文献２のように正極と負極接続用の絶縁電線を撚り合わせ、接続時に端部で正極と負極用に分けることで、配線部分を１本の電線コードとすることが可能となる。但し、テンションメンバのような芯線がないために、引張強力に乏しく、伸長時に断線しやすいという問題は解決できない。

特開２０１１−９６５５７号公報特開２００４−１５８４２２号公報

本発明は上記課題を解決するものであり、高い力学特性や導電性を有するだけでなく、細径かつ軽量であり柔軟性に優れた電線コードおよびそれを用いたケーブルを提供することにある。

本発明者らは金属被覆を施した繊維糸条を電気伝導体として使用し、特定の構成とすることにより、上記課題が達成できることを見出し、本発明に到達した。すなわち、本発明は以下の通りである。

１．少なくとも２種類の電気伝導体Ａおよび電気伝導体Ｂからなる電線コードであって、電気伝導体Ａは金属被覆された有機繊維糸条からなり、電気伝導体Ｂは金属線からなり、電気伝導体Ａおよび／または電気伝導体Ｂが樹脂被覆されていることを特徴とする電線コード。
２．好ましくは、有機繊維糸条の弾性率が、５ＧＰａ以上である上記１の電線コード。
３．好ましくは、少なくとも電気伝導体Ｂが樹脂被覆されており、電気伝導体Ａが樹脂被覆された電気伝導体Ｂにより捲回されており、電気伝導体Ａが芯部に、樹脂被覆された電気伝導体Ｂが鞘部に配されている上記１または２の電線コード。
４．上記１〜３のいずれかに記載の電線コードを熱可塑性樹脂で被覆してなるケーブル。
５．好ましくは、ケーブルが通信用ケーブルである上記４記載のケーブル。
６．好ましくは、電気伝導体Ａおよび電気伝導体Ｂをそれぞれ正極または負極の異なる端子に接続させる上記４または５記載のケーブル。

本発明によれば、高強度で軽量かつ細く、導電性、柔軟性に優れた電線コード及びそれを用いたケーブルを提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
本発明の電線コードは、少なくとも２種類の電気伝導体Ａおよび電気伝導体Ｂからなる電線コードであって、電気伝導体Ａは金属被覆された有機繊維糸条からなり、電気伝導体Ｂは金属線からなり、電気伝導体Ａおよび／または電気伝導体Ｂが樹脂被覆されていること特徴とする。

本発明で電気伝導体Ａとして有機繊維糸条を被覆する金属としては、電気抵抗、価格等の面から銅が最も好ましいが、その他、ニッケル、銀、金の単独あるいはこれらの合金等を用いることもできる。
繊維に銅等の金属を被覆する方法としては、無電解めっき法、スパッタリング法、真空蒸着法等があるが、特に量産性の面から無電解めっき法が好ましい。またその被覆量は、必要な導電性に応じて設定すれば良い。しかし、単糸一本当たりの金属被覆が厚くなると、屈曲時に被覆の剥離やクラックが生じやすくなるため、必要な電気抵抗値に応じて、単糸繊度を細くしたり、糸条の単糸本数を多くし、表面積を増やすことで、金属被覆をより薄くすることが好ましい。

また、無電解めっきで０．１μｍ厚み以上の金属被覆をするには時間を有するため、無電解めっきを実施し、有機繊維糸条に導電性を付与した後に電気めっきすることが効果的な手段である。
めっきの厚みとしては、０．０５〜５．０μｍが好ましく、０．１〜３．０μｍがより好ましい。この厚みが、０．０５μｍ未満では十分な導電性が得られ難くなり、一方、３．０μｍを超えると、金属被覆量が多くなり有機繊維糸条が硬くなり柔軟性を損ねてしまうために好ましくない。

本発明で用いられる有機繊維糸条を構成する有機繊維は特に限定されるものではないが、アラミド繊維、全芳香族ポリエステル繊維（例えば株式会社クラレ製、商品名「ベクトラン」）、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール（ＰＢＯ）繊維（例えば東洋紡績株式会社製、商品名「ザイロン」）など、より引張強力、引張弾性率に優れた高強度有機合成繊維が好ましい。特に引張弾性率は５ＧＰａ以上であることが好ましい。引張弾性率が５ＧＰａ未満であると、引張応力負荷時の繊維軸方向への伸長変形が大きく、例えば金属線を捲回する際に、金属線に応力負荷がかかり断線しやすくなるという問題点がある。

特に、上記高強度有機合成繊維のなかでも、耐熱性および耐切創性に優れている点や、熱による電線の変形や鋭利な刃物による電線の切断等の恐れがない点から、アラミド繊維が好ましい。該アラミド繊維としては、メタ系アラミド繊維とパラ系アラミド繊維があり、メタ系アラミド繊維としては、例えば、ポリメタフェニレンイソフタルアミド繊維（帝人テクノプロダクツ株式会社製、商品名「コーネックス」）などのメタ系アラミド繊維が挙げられる。また、パラ系アラミド繊維としては、例えば、ポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維（帝人テクノプロダクツ株式会社製、商品名「トワロン」）およびコポリパラフェニレン−３、４’−オキシジフェニレン・テレフタルアミド繊維（例えば、帝人テクノプロダクツ株式会社製、「テクノーラ」等が例示される。上記アラミド繊維の中でも、引張強度、引張弾性率が高いパラ系アラミド繊維が好ましく、更にはより高強度で耐疲労性に優れることからコポリパラフェニレン−３、４’−オキシジフェニレン・テレフタルアミド繊維が好ましい。

有機繊維糸条の繊度は特に限定はなく、用途によって適宜設計でき、例えば、イヤホン、ヘッドホンケーブルやパソコンのマウス等のＵＳＢケーブル等に使用される電線コード用の繊維の場合は、単繊維繊度０．５〜２０ｄｔｅｘが好ましく、０．５〜５ｄｔｅｘがより好ましい。また、総繊度は、１０〜５０００ｄｔｅｘが好ましく、１００〜２０００ｄｔｅｘがより好ましく、さらに１００〜５００ｄｔｅｘが、より細く、柔軟性に優れた電線コードとするためには好ましい。

本発明の金属被覆された有機繊維糸条は、必要に応じて撚りをかけて使用することが好ましい。撚り数は、次式で示す撚り係数（ＴＭ）ＴＭ＝Ｔ×√Ｄ／１０５５［ここで、ＴＭは撚り係数、Ｔは撚り数（回／ｍ）、Ｄは有機繊維糸条原糸（撚りをかける前の有機繊維糸条）の総繊度（ｔｅｘ）をそれぞれ示す］が、約１．０の時に引張強力が最大となり、また撚りを掛けるほど電気抵抗値が低下する。これは、撚りを掛けることで、めっきの脱落やクラック等による欠点がキャンセルされたことに加えて、単糸一本一本に被覆された金属の金属表面同士が強固な撚りで密着することにより、接触抵抗が低減されたことによると推察される。さらに撚りをかけることで、電気抵抗値をより低下させることも可能であるが、撚りを１．０以上掛けすぎると引張強力が低下していくため、用途に応じて決定する必要がある。また、金属被覆された有機繊維糸条には、表面の酸化等を防ぐために、防錆剤等が塗布されても構わない。
電気伝導体Ｂの金属線としては、特に限定されるものではないが、導電性に優れた銅線、銀線、金線、アルミニウム線が好ましく、中でも安価で加工性に優れる銅線がより好ましい。

本発明においては、電気伝導体Ａおよび／または電気伝導体Ｂが樹脂被覆されている必要がある。これにより電気伝導体Ａと電気伝導体Ｂが電気的に絶縁され、それぞれを異なる電極に接続しても電気的に短絡することなく使用することが可能となる。本発明においては、特に細線化と被覆工程の簡易さの観点から電気伝導体Ｂのみが樹脂被覆されていることが好ましい。

上記の樹脂被覆に用いられる樹脂としては、ポリウレタン、ポリエステル、ポリエステルイミドのように通常のエナメル線に使用される熱硬化性樹脂や、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリエステル系エラストマー等の熱可塑性樹脂が上げられ、特に外周に捲回される電気伝導体Ｂを被覆する場合は薄膜でも高い絶縁特性を有し、耐熱性にも優れたポリウレタンが好ましい。芯部の電気伝導体Ａを被覆する場合は、柔軟性を確保するために、ポリウレタンのような熱硬化性樹脂を薄く被覆するか、ポリエステル系エラストマーのような柔らかい樹脂を引抜成型で被覆することが好ましい。
電気伝導体Ａ、Ｂを熱硬化性樹脂で被覆する場合、樹脂の被覆厚みは、１．０〜３０μｍが好ましく、熱可塑性樹脂で被覆する場合、樹脂の被覆厚みは、５０〜３００μｍが好ましい。

また、本発明においては、少なくとも電気伝導体Ｂが樹脂被覆されており、電気伝導体Ａが樹脂被覆された電気伝導体Ｂにより捲回されており、電気伝導体Ａが芯部に、樹脂被覆された電気伝導体Ｂが鞘部に配されていることが好ましい。電気伝導体Ａと電気伝導体Ｂが電気的に絶縁されていながらも、見かけ上は芯鞘構造の１本の電線コードとなるため、細線化が可能となる。また、引張強力、引張弾性率に優れた電気伝導体Ａに電気伝導体Ｂを捲回することで、引張伸長時に電気伝導体Ｂに掛かる応力が減少し、電気伝導体Ｂの断線する機会が大きく低下する。
電気伝導体Ａ（芯部）を電気伝導体Ｂ（鞘部）により捲回する場合は、そのピッチは０．５〜５ｍｍが好ましく、１．０〜３．０ｍｍがより好ましい。

電気伝導体Ｂの金属線は金属線を１本または複数本用いても良い。好ましくは細い金属線を複数本捲回する方が、柔軟性に優れ、屈曲時に断線しにくく、また何かの衝撃や摩擦、摩耗で数本が断線しても、その他の金属線で電気の導通を保つことが可能であるため好ましい。よって、直径１ｍｍ以下の金属線を１〜３０本程度使用することが好ましい。直径１ｍｍより太い金属線は、柔軟性に乏しく、屈曲時に断線しやすいため好ましくない。また、金属線の本数が３０本より多くなると電気伝導体Ａに捲回する工程が複雑になるため好ましくない。

芯部と鞘部からなる一組の電線コードは、外部からの衝撃、摩擦摩耗等により、鞘部の金属線等が断線するのを防ぐ目的からも、樹脂、好ましくは熱可塑性樹脂により被覆されてケーブルとして使用される。ここで使用される樹脂は、特に限定されるものではないが、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル等が好ましい。接続部の数に応じて、ケーブルに導入される電線コードの本数は決定される。

本発明においては、芯部の電気伝導体Ａである金属被覆された有機繊維糸条と、鞘部の電気伝導体Ｂである金属線とが、正極または負極の異なる端子に接続されることが好ましい。そうすることで、外見上は１本の電線コードを、２本分の導体として使用することが可能となり、より細く、柔軟性に優れたケーブルとすることが可能となる。例えば、一般的な通信用ケーブル等では、ケーブルの中にそれぞれ正極と負極の接続用に２本の電線コードが含まれているが、本発明のケーブルでは、芯部を正極または負極に接続し、鞘部をもう一方の他の電極に接続して使用することができる。

以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例のみに限定されるものではない。なお、実施例で用いた評価方法は下記の通りである。
（１）電気抵抗値
抵抗値測定器（日置株式会社製ミリオームハイテスタ３５４０−０２Ａ）にて、電線コード１ｍ間の電気抵抗値を測定した。
（２）繊維糸条の繊度
ＪＩＳＬ１０１３に準拠して測定した。
（３）繊維糸条の弾性率
ＡＳＴＭＤ８８５に準拠して測定した。
（４）電線コードの引張強度
ＡＳＴＭＤ８８５に準拠して測定した。

［実施例１］
有機繊維糸条として総繊度４４０ｄｔｅｘ、弾性率７４ＧＰａ、単繊維本数２６７本のコポリパラフェニレン−３、４’−オキシジフェニレンテレフタルアミド長繊維糸条（帝人テクノプロダクツ株式会社製、「テクノーラ」）を使用し、これに銅めっき処理を次のように実施した。界面活性剤「Ｃａｔａｐｏｓｉｔ１５０１ＰＲＥＤＩＰ」（以下、剤はローム・アンド・ハース電子材料株式会社製）０．０５％水溶液に、約４０℃で約１分間浸せき後、触媒となるＰｄを含む「ＯＭＮＩＳＨＩＥＬＤＡＣＴＩＶＡＴＯＲ１５７２」０．２％と濃塩酸０．８％溶液に、室温で１分間浸漬し、Ｐｄを吸着した後、水洗を行い過剰のＰｄを除去した。その後、「ＯＭＮＩＳＨＩＥＬＤＥＬＥＣＴＲＯＬＥＳＳＣＯＰＰＥＲ１５９８Ｍ」４．８％、「ＯＭＮＩＳＨＩＥＬＤＥＬＥＣＴＲＯＬＥＳＳＣＯＰＰＥＲ１５９８Ａ」１．０％、「ＯＭＮＩＳＨＩＥＬＤＥＬＥＣＴＲＯＬＥＳＳＣＯＰＰＥＲ１５９８Ｒ」０．２％、「ＣＵＰＯＳＩＴＹ」１．４％、「ＣＵＰＯＳＩＴＺ」２．２％、「ＯＭＮＩＳＨＩＥＬＤ１１２０ＳＲＣＯＰＰＥＲＲＥＰＬＥＮＩＳＨＥＲ」０．１６％溶液に浸漬し、無電解銅めっきを実施した。その後、硫酸銅（ＣｕＳＯ_４・５Ｈ_２Ｏ）２０％、硫酸５．０％溶液中で電気銅めっきを実施し、めっき厚み１．５μｍの銅被覆（銅めっき）テクノーラ繊維糸条（電気伝導体Ａ）を得た。
銅被覆テクノーラ繊維糸条（電気伝導体Ａ）を芯部として、その外周に導体径４０μｍ、ポリウレタン皮膜厚１０μｍのポリウレタン被覆銅線（電気伝導体Ｂ）１６本を撚りのピッチが２ｍｍとなるように捲回することで、見かけ上１本でありながら、芯部と鞘部を、正極、負極それぞれに接続することで、通信可能な電線コードを得た。得られた電線コードの電気抵抗値、重量、体積、引張強力、柔軟性を表１に示す。

［比較例１］
総繊度２２０ｄｔｅｘ、弾性率７４ＧＰａ、単繊維本数２６７本のコポリパラフェニレン−３、４’−オキシジフェニレンテレフタルアミド長繊維糸条（帝人テクノプロダクツ株式会社製、「テクノーラ」）を芯部に配し、その外周に導体径４０μｍ、ポリウレタン皮膜厚１０μｍのポリウレタン被覆銅線（電気伝導体Ｂ）１６本を撚りのピッチが２ｍｍとなるように捲回して電線コードを得た。正極、負極に接続し通信線としての役割を得るためには、上記の電線コードを２本用いる必要があった。得られた電線コードの電気抵抗値、重量、体積、引張強力、柔軟性を表１に示す。

表１に示すように実施例１で得られた本発明の電線コードは、比較例１に示す既存技術で得られる電線コードと比べて、同等の導電性、引張強力でありながら重量が１１％減、体積が２４％減と、非常に細さ、軽量性に優れた電線コードであった。

また、実施例１で得られた電線コードと、比較例１で得られた電線コードを、それぞれ熱可塑性樹脂（熱可塑性ポリウレタン樹脂）で被覆しケーブルを作成した。実施例１の電線コードからなるケーブルは、比較例１の電線コードからなるケーブルに比べて、非常に柔軟性に優れたケーブルであった。また、前記実施例１と同様に、実施例１の電線コードからなるケーブルを用いて、芯部の銅被覆テクノーラ繊維糸条（電気伝導体Ａ）と、鞘部のポリウレタン被覆銅線（電気伝導体Ｂ）を、正極、負極にそれぞれ接続することで、良好な通信が可能であった。

本発明の電線コードおよびそれを用いたケーブルは、細径で高い引張強力を有し、かつ軽量で、導電性、柔軟性、屈曲疲労性に優れるため、電子機器やオーディオ機器、電話コードおよび自動車用等の通信用途等に好適に使用できる。

Claims

少なくとも２種類の電気伝導体Ａおよび電気伝導体Ｂからなる電線コードであって、電
気伝導体Ａは金属被覆された有機繊維糸条からなり、電気伝導体Ｂは樹脂被覆された金属線からなり、電気伝導体Ａが電気伝導体Ｂにより捲回されており、電気伝導体Ａが芯部に、電気伝導体Ｂが鞘部に配されていることを特徴とする電線コード。
電気伝導体Ａが樹脂被覆されている請求項１記載の電線コード。
有機繊維糸条の弾性率が、５ＧＰａ以上である請求項１または２に記載の電線コード。
請求項１〜３のいずれかに記載の電線コードを熱可塑性樹脂で被覆してなるケーブル。
ケーブルが通信用ケーブルである請求項４記載のケーブル。
電気伝導体Ａおよび電気伝導体Ｂをそれぞれ正極または負極の異なる端子に接続させる請求項４または５記載のケーブル。